【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶导航，尤其是涉及一种航线规划装置以及规划方法。
技术介绍
1、船舶在航行过程中，受气象影响较大，现有
通过实时气象数据进行规划分段航线的航速，例如专利号为201910413071 .7 公开了一种船舶分段航速优化方法和智能管理系统，虽然对计划航线进行了分段，但是采用的是均布分段，但是气象采集与实际分段相差较大，使得分段航线的速度变大，不易操作，同时未考虑具有途径港口进出港口的油耗，且由于货物类型不同，对时间要求不同，例如鲜果类需要时间短，所以规划速度也不同。所以现有技术不能根据货物类型调整优化航速。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种航线规划装置以及规划方法，解决上述技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种航线规划装置，包括依次连接的数据获取单元、分段单元、规划单元以及报警单元，数据获取单元和分段单元均与报警单元相连接；
3、数据获取单元，用于获取航线数据、气象数据、船舶固定数据以及货物数据；
4、分段单元，用于根据气象数据和航线数据划分分段点，得到若干分航段；
5、规划单元，用于根据航线数据、气象数据、船舶固定数据以及货物数据计算各个分航段的最优速度范围；
6、报警单元，用于当航速未在最优速度范围时进行报警，并计算补偿速度发送至船舶控制室。
7、优选的，航线数据包括计划航线、实时船舶位置、港口位置数据、港口装卸量数据以及港口水文数据，港口包括起点港口、途径港口以及
8、气象数据包括气象分区数据和各个气象分区的预测数据；
9、船舶固定数据包括船舶尺寸和方形系数；
10、货物数据包括货物类型、货物重量和卸货数据，货物类型包括时间约束型货物和非时间约束型货物。
11、优选的，规划单元内设置有优化目标函数模块、权重确定模块和组合优化模块，优化目标函数模块和权重确定模块均与组合优化模块相连接，权重确定模块根据货物类型确定权重参数。
12、一种基于上述一种航线规划装置的规划方法，具体步骤如下：
13、步骤s1：通过数据获取单元获取航线数据、气象数据、船舶固定数据以及货物数据；
14、步骤s2：分段单元根据气象数据和航线数据划分分段点，得到若干分航段；
15、步骤s3：规划单元根据航线数据、气象数据、船舶固定数据、船舶位置数据以及货物数据计算各个分航段的最优速度范围；
16、步骤s4：船舶按照最优速度范围和航段运行；
17、报警单元根据实时船舶位置数据计算实时运行速度，且计算实时航速是否处于最优速度范围内，当实时运行速度未处于最优速度范围内进行速度调整报警，同时并计算补偿速度发送至船舶控制室，当气象数据更新发生变化时，对剩余航程重复步骤s2-步骤s3。
18、优选的，在步骤s2中，根据各个气象分区的预测数据，调整计划航线得到初步航线，通过气象分区数据和初步航线的交点以及港口点对初步航线进行分段，相邻交点和交点与港口点之间的航线为分航段，得到n个分航段。
19、优选的，步骤s3具体为：
20、步骤s31：优化目标函数模块计算得到关于航速的总油耗函数和总航行时间函数；
21、步骤s32：权重确定模块根据货物类型确定权重参数，当货物类型为时间约束型货物，总油耗函数的权重小于总航行时间函数的权重，当货物类型为非时间约束型货物时，总油耗函数的权重大于总航行时间函数的权重；
22、步骤s33：组合优化模块根据权重参数得到组合后的航速优化模型，并求解航速优化模型。
23、优选的，步骤s31具体为：
24、根据各个气象分区的预测数据、船舶固定数据以及货物数据计算每个分航段中每个设定步长内的航速范围内对应的船舶阻力、功率以及转速；
25、根据不同航速对应的船舶阻力、功率以及转速得到关于航速的航行燃油消耗函数，同时得到关于航速到达途径港口的进港时间函数，进港时间函数结合港口水文数据计算关于航速的进港耗油函数；
26、根据港口装卸量数据和卸货量计算停留时间，进港时间函数加上预计停留时间得到出港时间函数，出港时间函数结合港口水文数据计算关于航速的出港耗油函数；
27、总油耗函数为航行燃油消耗函数、进港耗油函数和出港耗油函数之和，并得到关于航速的总航行时间函数。
28、优选的，分航段的航行燃油消耗函数公式如下：
29、；
30、其中，为i分航段的航行燃油消耗，n为设定步长的个数，为在i分航段内j步长的运行航速，为与船舶阻力、功率以及转速有关的关于航速的耗油函数；
31、航行燃油消耗函数如下：
32、；
33、其中，为航行燃油消耗。
34、优选的，停留时间计算公式如下：
35、；
36、其中，为第k个途径港口，h为第k个途径港口的卸货量，为第k个的卸货速度，为停留补偿时间；
37、；
38、其中，为第x个进港时间，为第x个港口之前的分航段数量，为第i个分航段的行程，为第i个分航段的平均速度，为初始时间；
39、进港油耗函数为：
40、；
41、其中，为进港油耗系数，为进港速度，当处于涨潮时间时，大于零且小于1，当处于平潮时间时，等于1，当处于落潮时间时，大于1；
42、；
43、其中，为出港油耗系数，为出港速度，加上当前港口停留时间为出港时间，当出港时间处于涨潮时间时，大于1，当出港时间处于平潮时间时，等于1，当出港时间处于落潮时间时，大于零且小于1。
44、优选的，并求解航速优化模型采用粒子群优化算法、遗传算法、蚁群算法或动态规划算法。
45、因此，本专利技术采用上述一种航线规划装置以及规划方法，具有以下有意效果：
46、（1）据途径港口点和气象分区数据确定分航段，规划的航速相对稳定；
47、（2）考虑了结合港口水文数据的进出港口油耗，提高优化精度；
48、（3）根据货物类型确定总油耗函数和总航行时间函数的权重，保证运输货物的有效性。
49、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种航线规划装置，其特征在于：包括依次连接的数据获取单元、分段单元、规划单元以及报警单元，数据获取单元和分段单元均与报警单元相连接；
2.根据权利要求1所述的航线规划装置，其特征在于：航线数据包括计划航线、实时船舶位置、港口位置数据、港口装卸量数据以及港口水文数据，港口包括起点港口、途径港口以及终点港口；
3.根据权利要求2所述的航线规划装置，其特征在于：规划单元内设置有优化目标函数模块、权重确定模块和组合优化模块，优化目标函数模块和权重确定模块均与组合优化模块相连接，权重确定模块根据货物类型确定权重参数。
4.一种基于权利要求3所述的航线规划装置的规划方法，其特征在于，具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述的规划方法，其特征在于：在步骤S2中，根据各个气象分区的预测数据，调整计划航线得到初步航线，通过气象分区数据和初步航线的交点以及港口点对初步航线进行分段，相邻交点和交点与港口点之间的航线为分航段，得到N个分航段。
6.根据权利要求5所述的规划方法，其特征在于，步骤S3具体为：
7.根据权利要求6所述的
8.根据权利要求7所述的规划方法，其特征在于：分航段的航行燃油消耗函数公式如下：
9.根据权利要求8所述的规划方法，其特征在于：
10.根据权利要求9所述的规划方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种航线规划装置，其特征在于：包括依次连接的数据获取单元、分段单元、规划单元以及报警单元，数据获取单元和分段单元均与报警单元相连接；
2.根据权利要求1所述的航线规划装置，其特征在于：航线数据包括计划航线、实时船舶位置、港口位置数据、港口装卸量数据以及港口水文数据，港口包括起点港口、途径港口以及终点港口；
3.根据权利要求2所述的航线规划装置，其特征在于：规划单元内设置有优化目标函数模块、权重确定模块和组合优化模块，优化目标函数模块和权重确定模块均与组合优化模块相连接，权重确定模块根据货物类型确定权重参数。
4.一种基于权利要求3所述的航线规划装置的规划方法，其特征在于，具体步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：王利伟，王立军，王思思，刘书磊，廖声浩，孙振航，冯逸晨，欧阳绿源，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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