[发明专利]基于气象环境信息的无人船舶最短航时航线优化方法

权利要求书

1.一种基于气象环境信息的无人船舶最短航时航线优化方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、根据气象环境信息，构建无人船舶航行失速矩阵模型；

S2、根据无人船舶航线起点和终点经纬度值，获取从起点到终点大圆航线，及大圆航线上预设数目的各个航路点的经纬度值；

S3、依据无人船舶航行失速矩阵对大圆航线上的航路点进行调整：

判断大圆航线上的航路点是否满足：当前航路点的失速小于预设船舶临界速度，并且当前航路点的无人船舶的外部气象阻力小于船舶自身的推力，若是，则该航路点为理想航路点，不用调整，若否，则对该航路点的经度和纬度增加或者减少一个随机的数值；

S4、判断调整后的大圆航线耗时是否小于调整前的大圆航线耗时，若是，则输出最短航时航线，若否，则返回步骤S3对大圆航线上的航路点继续进行调整。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中无人船舶航行失速矩阵模型包括：

根据公式一建立在航线地图上的经纬度下的船舶航行失速V的模型；

公式一：

V＝V₀-(a₁h-a₂qh+a₃Fcosα)(1-a₄DV₀)；

其中，V₀为无人船舶的静水航速，a_j为无人船舶性能系数，j＝1，2，3，4；h为当前经纬度的浪高，q为当前经纬度的相对波向，F为当前经纬度的风速，α为当前经纬度的相对风向，D为无人船舶的排水量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11、获取全球气象信息，获得风力矩阵，所述风力矩阵包括经向风矩阵、纬向风向矩阵和风速矩阵；

S12、根据风力矩阵获得航线地图上当前经纬度的风速F，相对风向α；

S13、根据风力矩阵，获得海浪矩阵：

其中，v为10m高度处的风速，g为重力加速度，为海浪平均浪高；

S14、根据风向矩阵获得航线地图上当前经纬度的相对波向q：

q＝|180°-|C-α|l；

其中，C为船舶航向；

S15、根据当前经纬度的风速F、相对风向α、浪高h，相对波向q获得当前经纬度下的船舶航行失速V矩阵模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中船舶临界速度V_L为：

V_L＝e^0.13[u(q)-h]^0.16+r(q)；

其中，u(q)＝12.0+1.4×10^-4q²³，r(q)＝7.0+4.0×10^-4q²³。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S31、获取大圆航线上的任意一个航路点，设为当前航路点；

S32、根据公式一获得当前航路点的失速；

S33、判断当前航路点的失速是否小于预设船舶临界速度，并且当前航路点的无人船舶的外部气象阻力是否小于船舶自身的推力，若是，则将该航路点记为理想航路点并返回步骤S31获取下一个航路点，若否，则执行步骤S34；

S34、对当前航路点的经度或纬度增加或者减少一个随机的数值；

S35、记录步骤S34修正后的航路点并返回步骤S31获取下一个航路点。