基于Bi-LSTM模型的轨迹异常点检测算法

摘要：定位技术的飞速发展催生了时空轨迹大数据,轨迹数据中往往存在着明显偏离轨迹的异常点。检测出轨迹中的异常点对提高数据质量和后续轨迹数据挖掘精度至关重要。该文提出了一种基于双向长短时记忆网络(Bidirectional Long Short-Term Memory, Bi-LSTM)模型的轨迹异常点检测算法。首先对每个轨迹点提取一个6维的运动特征向量,然后构建了一个Bi-LSTM模型,模型输入为一定序列长度的轨迹数据特征向量,输出为轨迹点的类型结果。同时,算法采用了欠采样和过采样的组合方法缓解类别不平衡对检测性能的影响。融合了长短时记忆网络单元和双向网络,Bi-LSTM模型能够自动学习正常点和邻近异常点在运动特征上的差异。基于真实船舶轨迹标注数据的实验结果表明,该文算法的检测性能显著优于恒定速度阈值法、不考虑数据时序性的经典机器学习分类算法和卷积神经网络模型,尤其是召回率达到了0.902,验证了该文算法的有效性。