[发明专利]一种大圆航线距离效益的评估方法

摘要

本发明公开了一种大圆航线距离效益的评估方法，通过顶点、过赤道点与大圆航线的空间关系检测，快速判断大圆航线整体的曲率大小。对于曲率小的大圆航线，给予不建议采用该大圆航线的距离效益评估结果；对于曲率大或曲率未知的大圆航线，利用大圆航线与恒向线的距离差值，换算可节省的航行时间，具体评估大圆航线的距离效益。本发明可以快速且精确的判断大圆航线的距离效益，为航线选择提供技术支持，有利于船舶大洋航线设计。

主权项

1.一种大圆航线距离效益的评估方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：通过给定的启航点F与到达点T经纬度，计算该大圆平面上第一顶点V₁、第二顶点V₂、第一过赤道点E₁与第二过赤道点E₂四个特殊点的经纬度，并依据特殊点与大圆航线的空间关系检测大圆航线的曲率；步骤1.1：计算特殊点的经纬度；步骤1.1.1：计算大圆初始航向角C，以半圆周法表示，大圆初始航向角数值的前名与启航点纬度同名，后名与经差同名；将半圆周法表示的大圆初始航向角改用圆周法表示，可获得大圆初始航向C_n；其中，C：大圆初始航向角，若tanC为负值，应加上180°，tan(‑θ)＝tan(180°‑θ)；启航点纬度，无论位于南北纬皆取正值；到达点纬度，与启航点纬度同名时取正值，异名时取负值；Δλ_FT：启航点与到达点间的经差；步骤1.1.2：计算第一顶点的纬度经度其中，第一顶点纬度，若为正值表示与启航点纬度同名，若为负值表示与启航点纬度异名；启航点纬度；C：大圆初始航向；启航点与第一顶点间的经差；第一顶点经度；λ_F：启航点经度；步骤1.1.3：计算第二顶点的纬度经度第二顶点纬度与第一顶点纬度数值相同，名称相异，第一顶点若位于北纬，第二顶点必在南纬；第二顶点经度与第一顶点经度相差180°，步骤1.1.4：计算第一过赤道点的纬度经度其中，第一过赤道点纬度，必定为0°；启航点与第一过赤道点的经差；启航点纬度；C：大圆初始航向；第一过赤道点经度；λ_F：启航点经度；步骤1.1.5：计算第二过赤道点的纬度经度第二过赤道点纬度必定为0°，第二过赤道点经度与第一过赤道点经度相差180°，步骤1.2：检测大圆航线的曲率，有三种结果；(1)大圆航线通过任一顶点：公式(1)与公式(2)任一式成立，即视为大圆航线通过任一顶点；由于在大圆平面上顶点的曲率最大，当通过任一顶点，大圆航线的距离效益较乐观，该效益通过第二步骤精确评估；当顶点纬度或数值越大，大圆航线的距离效益越乐观；其中，λ_F：启航点经度；第一顶点经度；λ_T：到达点经度；第二顶点经度；(2)大圆航线未通过顶点且通过任一过赤道点：公式(1)与公式(2)皆未成立且公式(3)与公式(4)任一式成立，即视为大圆航线未通过顶点且通过任一过赤道点；由于在大圆平面上过赤道点的曲率最小，当未通过顶点且通过任一过赤道点，大圆航线的距离效益较悲观，不需要进入第二步骤精确评估，可直接输出距离效益评估结果为不建议采用该大圆航线；其中，λ_F：启航点经度；第一顶点经度；λ_T：到达点经度；第二顶点经度；(3)大圆航线未通过任一特殊点：公式(1)、公式(2)、公式(3)与公式(4)皆未成立，即视为大圆航线未通过任一特殊点；大圆航线的距离效益是未知的，必须进入第二步骤精确评估；步骤二：通过给定的启航点与到达点经纬度，精确计算大圆航线与恒向线的距离差值，并依据距离差值换算可节省的航行时间，判断大圆航线的距离效益；步骤2.1：计算大圆航线与恒向线的距离差值ΔD；步骤2.1.1：计算大圆距离；其中，D_GC：启航点与到达点间的大圆距离；启航点纬度；到达点纬度；Δλ_FT：启航点与到达点间的经差；步骤2.1.2：计算恒向线距离；ΔMP＝|MP_T‑MP_F|其中，MP_F：启航点纬度渐长率；a：地球椭圆体长半轴，a＝3437.74677海里；e：地球偏心率，e＝0.81819190842622；启航点纬度；MP_T：到达点纬度渐长率；到达点纬度；ΔMP：启航点与到达点间的纬度渐长率差值；C_RL：恒向线航向；Δλ_FT：启航点与到达点间的经差；D_RL：启航点与到达点间的恒向线距离；步骤2.1.3：计算大圆航线与恒向线的距离差值ΔDΔD＝|D_GC‑D_RL|其中，ΔD：大圆航线与恒向线的距离差值；D_GC：启航点与到达点间的大圆距离；D_RL：启航点与到达点间的恒向线距离；步骤2.2：距离差值的效益评估；步骤2.2.1：距离差值换算为可节省的航行时间；其中，ΔT：行驶大圆航线相较于恒向线节省的航行时间，单位为小时；ΔD：大圆航线与恒向线的距离差值，单位为海里；V：平均航速，单位为节；步骤2.2.2：评估大圆航线节省航行时间，有两种结果；(1)节省航行时间大于阈值，ΔT＞w：阈值w可由评估者自行设定，建议应至少设定为1小时；当节省航行时间ΔT大于阈值，代表大圆航线的距离效益是显著的，距离效益评估结果为可考虑采用大圆航线；且节省航行时间数值越大，大圆航线距离效益相较于恒向线越显著；(2)节省航行时间小于或等于阈值，ΔT≤w：阈值w可由评估者自行设定，建议应至少设定为1小时；当节省航行时间ΔT小于或等于阈值，代表大圆航线的距离效益是不显著的，距离效益评估结果为不建议采用大圆航线。