[发明专利]自适应船舶破冰能力的极地冰区航线设计系统及方法

摘要

本发明提供一种自适应船舶破冰能力的极地冰区航线设计系统及方法，它包括海图环境模型，用于量化和提取海图信息，并进行栅格化处理，建立海图栅格地图；冰图环境模型，用于量化和提取冰图信息，并进行栅格化处理，建立冰图栅格地图；叠加环境模型，用于以航行代价最小化为原则，选择海图栅格地图和冰图栅格地图每一栅格中航行代价最高的栅格作为叠加后栅格地图的栅格，实现海图栅格地图和冰图栅格地图的叠加；船舶的破冰能力、速度及冰情的耦合模型，用于在叠加环境模型的基础上，由船舶的破冰能力和速度来定义条件可航栅格，对条件可航栅格进行二次分类；航线设计模块，用于在船舶的破冰能力、速度及冰情的耦合模型基础上设计并优化航线。

主权项

1.一种自适应船舶破冰能力的极地冰区航线设计系统，其特征在于：所述系统包括：/n海图环境模型，用于量化和提取海图信息，并进行栅格化处理，建立海图栅格地图，根据海图信息对海图栅格进行划分和标注，海图栅格被划分为完全可航栅格、完全不可航栅格和不完全可航栅格，其中完全可航栅格内的所有区域都是安全可航的栅格，完全不可航栅格内的所有区域都是不安全可航的栅格，不完全可航栅格内的一部分区域是安全可航的、另一部分区域是不安全可航的；/n冰图环境模型，用于量化和提取冰图信息，并进行栅格化处理，建立冰图栅格地图，根据冰图信息对冰图栅格进行划分和标注，冰图栅格大小与海图栅格一致；冰图栅格被划分为完全可航栅格、完全不可航栅格、不完全可航栅格和条件可航栅格；其中条件可航栅格内所有区域船舶在一定条件下能够安全通过；/n叠加环境模型，用于以航行代价最小化为原则，选择海图栅格地图和冰图栅格地图每一栅格中航行代价最高的栅格作为叠加后栅格地图的栅格，实现海图栅格地图和冰图栅格地图的叠加；/n船舶的破冰能力、速度及冰情的耦合模型，用于在叠加环境模型的基础上，由船舶的破冰能力和速度来定义条件可航栅格，对条件可航栅格进行二次分类，即通过降低破冰的速度，实现在条件栅格内的安全航行，进而对条件可航栅格二次定义条为完全可航栅格；相反，如果船舶不降低航行速度，则不能在条件栅格内安全航行，此时将条件可航栅格二次定义为完全不可航栅格；/n航线设计模块，用于在船舶的破冰能力、速度及冰情的耦合模型基础上，利用A-star算法设计航线，并根据船舶的驾驶性能及输入的航行要求来优化航线，通过估价函数计算与当前节点相邻的所有节点的代价，从中选取代价最小的节点放入扩展节点集合中，再从扩展节点集合中找出最小代价点，同样以最小代价标准进行节点扩展，其中进行节点代价值更新，在节点代价值更新后继续下一轮节点扩展，直到找到最优代价的节点序列为止；/n所述的航行代价为船舶在冰区航行时发生事故导致的损害程度。/n