海上交通运输系统作为一种复杂系统,具有多智能主体、多因素耦合、多目标协同等机理特征,其中,船舶交通流的特征和演化规律是直接影响海上交通运输安全及效率的关键影响因素之一。随着海上交通运输的日益繁忙,船舶交通流态势日趋复杂多变,表现出结构复杂、交叉/会遇频繁、密度大、范围广等特征,其中,船舶交通流的时空分布规律是其主要特征的体现。传统的船舶交通流运行态势指标的定义和相关分析方法多从其动态特性进行描述,缺乏针对船舶交通流形态及时空分布特征的研究,势必会造成无法有效对船舶交通流运行态势进行全面、有效的监管。因此,基于船舶AIS(Automatic Identification System,AIS)数据,融合数据挖掘、数学分析、复杂系统以及道路、航空交通运输等领域的相关先进理论技术,对于开展船舶交通流形态及时空分布特征的相关研究具有十分重要的意义。本研究通过对船舶交通流形态特征及其影响因素、船舶交通流时空轨迹特征的定性分析基础上,运用点集偏差(Discrepancy of Point Sets)理论,构建特定范围内的船舶交通流空间异质性度量模型;运用动态时间规整(Dynamic Time Warping,DTW)算法、K-Means聚类、骨架提取等方法,构建区域船舶交通流时空异质性度量模型,最后进行算例分析,具体研究内容包括:(1)区域船舶交通流空间异质性特征定性分析。根据船舶交通流基本概念和空间分布特征,综合分析了船舶交通流形态特征及其影响因素,提出了区域船舶交通流空间异质性。定性分析区域船舶交通流空间异质性的基本概念、影响因素和演化机理。(2)区域船舶交通流空间异质性度量模型。在定性分析区域船舶交通流空间异质性的基础上,基于历史统计船舶AIS数据,通过数据解析、预处理等方法,基于点集偏差精确计算公式,构建区域船舶交通流空间异质性度量模型。(3)区域船舶交通流时空异质性特征定性分析。根据船舶交通流空间分布特征,融入时间维度,对船舶交通流的时空轨迹特征进行分析,提出了区域船舶交通流时空异质性概念,定性分析了区域船舶交通流时空异质性。(4)区域船舶交通流时空异质性度量模型。在定性分析区域船舶交通流时空异质性的基础上,基于历史统计船舶AIS数据,通过数据解析、预处理等方法,运用动态时间规整算法,K-Means聚类、时空轨迹骨架提取等方法,构建区域船舶交通流空间异质性度量模型。(5)算例分析。本文采用长江口南槽进港航道水域、烟台西港区主航道水域以及秦皇岛港区及附近水域船舶AIS数据对船舶交通流空间异质性和时空异质性模型进行实例分析,对构建模型中得到结果进行统计、比较分析,并通过选取特征度量结果进行相关分析及描述,研究结果可以有效验证模型的可行性。本研究成果构建了区域船舶交通流空间异质性度量模型和时空异质性度量模型,丰富了区域船舶交通流形态特征以及船舶交通流时空分布特征的理论研究方法,是对区域船舶交通流运行态势研判的有效补充,对形成完善的区域船舶交通流运行态势理论分析与方法具有重要理论和实际意义。