[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

说明书

本发明涉及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，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；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。该方法在航线规划同时考虑了气象环境信息，在保障船舶安全性的前提下，躲避不利于船舶航行的因素，最大限度利用有利于航行的气象条件，实现无人船舶航行时间最短，提升船舶运行效率。

技术领域

本发明涉及无人船舶航线规划技术，尤其涉及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。

背景技术

在大洋中航行的无人船舶，会或多或少地遇到较大的风浪，在无人船舶全局航线规划中，躲避大风浪区域是考虑气象对航线影响的重要目的之一。目前，无人船舶全局航线规划方面研究的主要内容为航线最短路算法、避障算法等，这些算法大多是为了避障，以避障和路径最短作为路径规划目的，虽然保障了船舶航行的安全性，但是没有考虑气象信息以及不利于躲避船舶航行的风浪流因素，没有最大限度的利用有利于船舶航行的气象条件，没有对航线的经济性、生态性做出有效保障，不利于降低船舶运营成本，减少船舶运行效率。

因此，提出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是非常必要的。

发明内容

(一)发明目的

本发明提供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，该方法改进了目前仅以避障和路径最短作为唯一标准的大圆航线规划方法，航线规划同时考虑了气象水文信息，在保障船舶安全性的前提下，躲避不利于船舶航行的风浪流等因素，最大限度利用有利于航行的气象条件。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明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，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。

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。

所述步骤S1包括：