[发明专利]一种基于遗传算法的开敞水域帆船路径规划方法

说明书

本发明涉及现代三角帆船智能控制领域，提出了一种新的在开敞水域使用遗传算法的帆船路径规划方法，来实现帆船路径的自动规划，最终生成帆船路径转向点列表。通过使用电子海图作为基底图，根据坐标转化公式将地理坐标转化为平面坐标简化计算过程；通过插值法计算出整个风场的风矢量数据，并可视化为风场图像；采用帆船航速表作为帆船航行速度的计算依据，并将船风考虑进来计算出更加准确的帆船迎风角度和视风风速；对随机生成的转向点进行排序提高初始种群有效性；并采用积分的方法计算帆船航行在每一段航线上的时间；最后对遗传算法的编码、选择、杂交、变异过程进行修改，以适应本发明所要解决的问题。

技术领域

本发明涉及现代三角帆船智能控制领域，尤其涉及在开敞水域使用遗传算法的帆船路径规划方法。

背景技术

帆船作为绿色、时尚的绅士运动，受到了越来越多人的喜爱。通常情况下，船员根据接收到的海上气象信息规划帆船的航行路径。但海面的风场是变化且不均匀的，仅凭经验无法获得最优的路径，而且长距离的帆船路径是无法仅通过一次规划就可以完成的。要实现帆船的自动驾驶，路径自动规划是非常关键的一步的。由于帆船的动力来源于风，且有约90°的无法航行区间，所以帆船的航线规划就变得复杂，需要多段的动态规划才能保持帆船始终处于最佳的航线上。

以往关于帆船路径规划的研究主要解决帆船竞赛绕标航行时的情况，通过分区段、模糊综合的方法。如邢惠丽、葛艳等人发表的相关论文，“帆船绕标航行最优行驶路径规划方法”、“基于分区段优化方法的帆船绕标航行路径动态仿真”、“基于模糊综合评价的帆船行驶最优路径规划方法”，这些方案的不足有：一是只解决近距离帆船竞赛时的路径规划，但是对于在开敞水域的帆船长航线规划并不是很适用，二是没有考虑帆船在航行时会有船风，船风的存在会使帆船的迎风大小和角度发生变化。

发明内容

本发明使用基于遗传算法的帆船路径规划方法，实现帆船路径的自动规划，最终生成帆船路径转向点列表。本发明的技术方案通过以下几个方面予以阐述：

一、为使本发明的方法和装置更容易理解，相关的概念及定义如下：

1.风矢量，指既有方向又有大小的风数据。

2.风场，指一定范围内存在局部风速、风向不均匀分布的海面空间，并能够获取到详细的风矢量数据。

3.路径规划，即为航线规划，在本文中是相同的意思。

4.气象站，本发明涉及到的区域为海面，气象站是指船舶站、海洋气象浮标等采集气象数据的装置，本文中将采集气象数据的装置统一用“气象站”代替。

5.关键位置点，指气象站、起点、终点的位置。

二、一种基于遗传算法的开敞水域帆船路径规划方法的主要步骤如下：

步骤一.准备帆船航速表(表1)和帆船航速图，每一节风对应一个帆船航速表格，帆船航速表中列有不同风舷角对应的最大航速，帆船航速图是帆船航速表的图示，不同风级的帆船航速表可以绘在一张帆船航速图上。

表1帆船航速表(所有数据均能够获得到)