[发明专利]船舶航行路径规划方法、系统、介质和设备

权利要求书

1.一种船舶航行路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：建立海上物流情况模型：根据船舶航行计划及海上气候环境及路线中地形地貌的变化情况确定船舶航行区域的港口数量和船舶载重量，确定需要调度的船舶数量；

S2：对需要调度的船舶在不同港口之间的路径构造最优路径的目标函数及约束条件，建立船舶航行路径优化模型；具体计算公式如下所述：

设单只船舶从第i个港口航行至第j个港口所需成本为C_ij，i,j＝1,2…m，m为港口数量，x_ijs表示货物是否从i港口运输至j港口，y_ijs表示货物是否由船舶s运输，表示为：

船舶航行路径优化模型的目标函数为：

约束条件包括对船舶载重和每次调度的船舶数量的约束，分别表示为：

其中，k表示需要调度的船舶数量，p为每只船舶的载重量，g_i为第i个港口所需的货物总量；

S3：结合船舶航行计划的历史数据，采用蚁群算法计算船舶的最优航行路径；具体步骤如下所述：

S31：参数初始化和坐标数据预处理：参数包括蚁群规模num、信息素因子a、启发函数因子b、信息素挥发因子v、信息素常数Q、最大迭代次数iter_max；将港口的坐标信息转换为港口间的距离矩阵；

设第一港口坐标为(x₁,y₁)，第二港口坐标为(x₂,y₂)，第一港口和第二港口之间的距离为：

港口的坐标信息转换成港口间的距离矩阵为：

S32：随机将蚂蚁放在不同港口出发点，对每个蚂蚁r计算下个应到达的港口，直到有蚂蚁访问完所有港口；

S33：计算各蚂蚁经过的路径长度L_r，记录当前迭代次数最优解，同时对路径上的信息素浓度进行更新，

S34：判断是否达到设定的最大迭代次数，若还未达到，返回步骤S32继续执行；若达到最大迭代次数，执行下一步骤；

S35：确定最优路径值后记录结果，同时根据需要输出寻优过程中的相关指标。

2.根据权利要求1所述的船舶航行路径规划方法，其特征在于，步骤S1中所述的确定需要调度的船舶数量，具体计算公式如下所述：

设港口数量为m，第i个港口所需的货物总量为g_i，每只船舶的载重量为p，需要调度的船舶数量k表示为：

k＝[∑g_i/bp]+1

其中，b为航行路径规划的约束条件，0b1、0im且g_i＞p。

3.根据权利要求1所述的船舶航行路径规划方法，其特征在于，步骤S35中所述同时根据需要输出寻优过程中的相关指标，相关指标包括运行时间和收敛迭代次数。

4.根据权利要求1所述的船舶航行路径规划方法，其特征在于，步骤S33中所述的同时对路径上的信息素浓度进行更新，采用一种限定范围的实时更新策略，具体步骤如下所述：

初始状态信息素浓度没有进行更新时，表示为当前时刻的最优解，确定信息素浓度的限定范围：

其中，ρ表示信息素的挥发系数，表示当前迭代次数下对应的最优路径长度，τ_max(t)表示信息素浓度最大值，τ_min(t)表示信息素浓度最小值，

参数初始化结束后，在蚂蚁经过的每一步路径中寻找信息素的最大值，具体表示为：

5.一种船舶航行路径规划系统，其特征在于，应用于权利要求1-4中任一项所述的船舶航行路径规划方法，包括：

海上物流情况模型构建模块，用于根据船舶航行计划确定船舶航行区域的港口数量和船舶载重量，根据海上气候环境和路线地形地貌，确定调度船舶数量；

船舶航行路径优化模型构建模块，用于对需要调度的船舶在不同港口之间构造最优路径的目标函数及约束条件，建立船舶航行路径优化模型；

最优航行路径规划获取模块，采用蚁群算法获得最优航行路线。