論文の概要: Probabilistic Feature Augmentation for AIS-Based Multi-Path Long-Term
Vessel Trajectory Forecasting
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.18948v4
- Date: Wed, 21 Feb 2024 14:35:31 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-22 20:05:55.559596
- Title: Probabilistic Feature Augmentation for AIS-Based Multi-Path Long-Term
Vessel Trajectory Forecasting
- Title（参考訳）: AISを用いたマルチパス長期船軌道予測のための確率的特徴増強
- Authors: Gabriel Spadon, Jay Kumar, Derek Eden, Josh van Berkel, Tom Foster,
Matthew Smith, Sarah Vela, Romina Gehrmann, Amilcar Soares, Ronan Fablet,
Stan Matwin and Ronald Pelot
- Abstract要約: 本研究では, 船体衝突防止のためのAISデータについて検討した。
双方向長短期記憶ネットワークを用いたエンコーダ・デコーダモデルアーキテクチャを開発した。
我々は、北大西洋右クジラの生息地として知られるセントローレンス湾で、我々のモデルを検証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.362274449572418
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Maritime transportation is paramount in achieving global economic growth,
entailing concurrent ecological obligations in sustainability and safeguarding
endangered marine species, most notably preserving large whale populations. In
this regard, the Automatic Identification System (AIS) data plays a significant
role by offering real-time streaming data on vessel movement, allowing enhanced
traffic monitoring. This study explores using AIS data to prevent
vessel-to-whale collisions by forecasting long-term vessel trajectories from
engineered AIS data sequences. For such a task, we have developed an
encoder-decoder model architecture using Bidirectional Long Short-Term Memory
Networks (Bi-LSTM) to predict the next 12 hours of vessel trajectories using 1
to 3 hours of AIS data as input. We feed the model with probabilistic features
engineered from historical AIS data that refer to each trajectory's potential
route and destination. The model then predicts the vessel's trajectory,
considering these additional features by leveraging convolutional layers for
spatial feature learning and a position-aware attention mechanism that
increases the importance of recent timesteps of a sequence during temporal
feature learning. The probabilistic features have an F1 Score of approximately
85% and 75% for each feature type, respectively, demonstrating their
effectiveness in augmenting information to the neural network. We test our
model on the Gulf of St. Lawrence, a region known to be the habitat of North
Atlantic Right Whales (NARW). Our model achieved a high R2 score of over 98%
using various techniques and features. It stands out among other approaches as
it can make complex decisions during turnings and path selection. Our study
highlights the potential of data engineering and trajectory forecasting models
for marine life species preservation.
- Abstract（参考訳）: 海洋輸送は世界的な経済成長を達成する上で最重要であり、持続可能性と絶滅危惧種の保護に同時に生態的義務を負う。
この点において、自動識別システム(ais)データは、船舶移動に関するリアルタイムストリーミングデータを提供することで、交通監視の強化に重要な役割を果たす。
本研究では,AISデータ系列から長期の船舶軌道を予測することにより,船体衝突を防止するためのAISデータについて検討する。
そこで我々は, 双方向長短期記憶ネットワーク(Bi-LSTM)を用いたエンコーダ・デコーダモデルアーキテクチャを開発し, 入力として1～3時間AISデータを用いて, 次の12時間の船舶軌道を予測した。
我々は,各軌道の潜在的な経路や目的地を示す歴史的AISデータから構築した確率的特徴をモデルに提供する。
このモデルでは,空間的特徴学習における畳み込みレイヤと,時間的特徴学習における時系列の最近の時間ステップの重要性を増大させる位置認識型注意機構を活用することで,船の軌道を予測する。
確率的特徴は、それぞれの特徴タイプに対して約85%と75%のF1スコアを持ち、ニューラルネットワークへの情報拡張の有効性を示す。
我々は、北大西洋右クジラ(NARW)の生息地として知られるセントローレンス湾で、我々のモデルを検証した。
我々のモデルは、様々な技術と特徴を用いて、高いR2スコアを98%以上達成した。
旋回や経路選択の間に複雑な決定をすることができるため、他のアプローチの中でも際立っている。
本研究は,海洋生物種の保全のためのデータ工学および軌道予測モデルの可能性を明らかにする。
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