船轨迹预测

以为很简单的任务,结果做了很多次的调整,才有一定的效果。最让人头疼的是,预测的第一个值总是跳很远。很诡异。

数据处理是最必要的,减均值除方差真的非常重要。

数据清洗,数据里面有很多数字的连续性不强,也是要去掉的。

网络参数调整:包括调整神经元个数还有dropout率,似乎效果影响不大。

单模型变双模型:因为是要预测两个数据坐标,我尝试用两个模型分别预测经度和纬度,效果有提升

类seqtoseq 的LSTM: 预测的序列长度不再是一个,而是一串,这样似乎能更加让后面的一串表达前面数据的特征。这样也有两种实现方式,一种是拿到LSTM的所有状态序列(require_seq=False),另外一种是拿到最后的结果即可(require_seq=True) 。

模型预测结果异常现象: 预测的第一个点总是会有跳跃,然后后面的点跟着走,基本没问题。似乎模型预测到的是一个斜率和方位,对于位置的预测比较差。最后只能计算第一个点和用来预测的序列的末端点的偏移,然后将预测的序列的所有的数据做相同的偏移。

### 轨迹预测中的时间序列算法 轨迹预测是一个复杂的过程,通常涉及多种数据处理技术和机器学习方法。以下是几种常用的时间序列分析和预测技术,在轨迹预测领域具有广泛应用。 #### 1. **传统统计模型** 传统的统计学方法可以用于建模时间和空间上的变化规律。例如: - 自回归移动平均模型 (ARMA)[^1] 是一种经典的时间序列预测工具,适用于平稳时间序列的数据。 - 扩展到非平稳情况下的自回归积分滑动平均模型 (ARIMA)[^2] 可以更好地适应实际场景中可能存在的趋势性和季节性特征。 对于舶运动而言,这些模型能够捕捉速度、方向等变量随时间的变化模式。 #### 2. **卡尔曼滤波器(Kalman Filter)** 当存在噪声干扰或者测量误差时,卡尔曼滤波是一种有效的状态估计手段[^3]。它通过递推方式更新系统的先验概率分布来实现最优线性无偏估计。这种方法特别适合于动态环境下的目标跟踪问题,比如海上航行路径规划。 #### 3. **基于深度学习的方法** 随着计算能力的增长以及大数据时代的到来,神经网络逐渐成为解决高维非线性映射关系的有效途径之一: - 长短期记忆网络(LSTM),作为循环神经网络(RNN)的一种变体形式,擅长处理长时间依赖的任务[^4] 。由于其内部结构设计允许记住过去的信息并抑制梯度消失现象的发生,因此非常适合用来做未来位置点的推测工作。 ```python import tensorflow as tf from tensorflow.keras.models import Sequential from tensorflow.keras.layers import LSTM, Dense def build_lstm_model(input_shape): model = Sequential() model.add(LSTM(50, activation='relu', input_shape=input_shape)) model.add(Dense(1)) # 输出层只有一个节点表示下一个时刻的位置坐标值 model.compile(optimizer='adam', loss='mse') return model ``` 此代码片段展示了如何构建一个简单的LSTM模型来进行单步超前预报。 另外还有卷积神经元(CNN)+RNN混合架构也被证明有效提升性能表现尤其针对含有局部时空关联特性的输入信号集如AIS广播消息流解析成果应用案例研究显示良好效果[^5]. --- #### 4. **强化学习框架下马尔可夫决策过程(MDP)** 如果考虑主动控制策略,则可以引入MDP理论框架结合Q-learning/DQN等算法训练智能代理自主决定何时改变航线避开障碍物同时达到目的地最短耗时目的[^6]. 这种思路更贴近真实世界操作需求但也增加了系统开发难度. --- ### 结论 综上所述,无论是采用经典的数理统计办法还是前沿的人工智慧解决方案都可以不同程度满足不同精度要求下的航迹预估作业;具体选用哪类方案需视项目背景约束条件而定。
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