【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下航行，具体涉及一种基于电子海图的水下航路规划方法及装置。
技术介绍
1、水下航路规划是保证水下潜器航行安全和成功完成任务的重要手段和关键技术之一。为寻求能够完成航行任务的最优航行路线，需根据水下潜器自身物理约束条件(机动特性、导航方式和通讯特点等)，同时结合航行任务(起始点、搜寻范围目标等)和水上、水下环境(海底地形、水声环境、洋流、威胁、禁航区等)，设计遴选最佳的水下航路规划算法。
2、国内外学者针对水下航路规划方法开展了大量研究，主要包括4类比较常用的航路规划方法：基于几何模型搜索的方法、基于虚拟势场和导航函数的方法、基于模板匹配的方法、基于生物智能的方法。目前，针对水下航路规划的研究主要集中在理论方法上，缺少落地应用的装置或设备。为进一步推进水下航路规划算法的落地应用，针对考虑海洋环境要素、配备电子海图的水下潜器，本专利技术提出一种基于电子海图的水下航路规划方法及装置。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种基于电子海图的水下航路规划方法及装置，以较小代价高效地完成给定任务，可在水下航行安全领域中应用并推广。
2、本专利技术的基于电子海图的水下航路规划方法，包括：
3、步骤1，载入电子海图；
4、步骤2，用数学语言描述任务需求和航行约束条件；所述任务需求包括起点位置和终点位置，所述航行约束条件包括航速范围和深度范围；
5、步骤3，调用电子海图，并将海洋环境数据转化为海洋环境模型；其中，海洋
6、步骤4，基于步骤2的任务需求和航行约束条件，以及步骤3的海洋环境模型，采用航路规划算法输出若干航路点位置；
7、步骤5，根据步骤4输出的航路点位置，计算分段航路的航向、航程和航速，并将航路规划结果传递给人机交互界面，在电子海图中进行三维航路演示。
8、较优的，所述步骤二中，用数学语言描述起点位置p0、终点位置p、航速v范围和深度d范围：
9、p0＝[t0 l0λ0 d0]t (1)
10、pz＝[tz lzλz dz]t (2)
11、v∈[va,vb](3)
12、d∈[da,db](4)
13、其中，t0表示起点的时间，l0表示起点的纬度，λ0表示起点的经度，d0表示起点的深度；tz表示终点的时间，lz表示终点的纬度，λz表示终点的经度，dz表示终点的深度；va表示最小航速，vb最大航速；da表示最小深度，db最大深度。
14、较优的，所述步骤3中，利用ogr库读取解析电子海图数据，并数据自定义格式的海洋环境数据，构成自定义矢量海图。
15、较优的，所述步骤3中，圆柱体表示的海流图s3具体为：
16、
17、其中，d31表示圆柱体上表面的深度，d32表示圆柱体下表面的深度，表示圆柱体的中心坐标，r3表示圆柱体上下表面的半径；
18、半椭球体表示威胁区s4具体为：
19、
20、式中，d41、d42表示半椭球体表示垂直方向上的深度范围值，(x40,y40,d41)表示椭球体上表面的中心坐标。
21、较优的，所述步骤4中，通过求解目标函数，得到航路点位置：
22、jk+1＝min||(lk+1-lk)2+(λk+1-λk)2cos2 lk+(dk+1-dk)2||2
23、
24、式中，pk表示第k个航路点的规划结果，tk表示第k个航路点的规划到达时间，lk表示第k个航路点的规划纬度，λk表示第k个航路点的规划的经度，dk表示第k个航路点的规划深度；pk+1表示第k+1个航路点的规划结果，tk+1表示第k+1个航路点的规划到达时间，lk+1表示第k+1个航路点的规划纬度，λk+1表示第k+1个航路点的规划的经度，dk+1表示第k+1个航路点的规划深度。
25、较优的，所述步骤5中，分段航路的航向、航程和航速具体为：
26、
27、式中，表示第k个航路点与第k+1个航路点之间的分段航路航向，δrk表示第k个航路点与第k+1个航路点之间的分段航路航程，δvk表示第k个航路点与第k+1个航路点之间的分段航路航速。
28、本专利技术还提供了一种基于电子海图的水下航路规划装置，包括数据存储单元、数据处理单元和人机交互单元；
29、其中，数据存储单元用于存储电子海图；
30、人机交互单元用于在人机交互界面中输入任务需求和航行约束条件，以及展示航路规划结果；
31、数据处理单元接收人机交互单元输入的任务需求和航行约束条件，调用数据存储单元存储的电子海图，采用上述方法将海洋环境数据转化为海洋环境模型，并采用航路规划算法输出若干航路点位置，将所述若干航路点位置传输至人机交互单元进行三维航路演示。
32、有益效果：
33、(1)本专利技术提出的基于电子海图的水下航路规划方法及装置，其设置的执行步骤清晰简洁、功能单元分工明确，具有很强的可操作性和可实现性；
34、(2)本专利技术提出的基于电子海图的水下航路规划方法及装置，不仅能够给出带时间戳的航路规划点位置，还能计算各分段航路的航向、航程和航速，对于水下潜器的操纵控制具有重要的指导意义；
35、(3)本专利技术提出的基于电子海图的水下航路规划方法及装置具有很强的通用性，基于本专利技术设置的软硬件架构，只需更改具体的航路规划算法模型，便于拓展应用到其他载体。
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1.一种基于电子海图的水下航路规划方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中，用数学语言描述起点位置P0、终点位置P、航速V范围和深度D范围：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，利用OGR库读取解析电子海图数据，并数据自定义格式的海洋环境数据，构成自定义矢量海图。
4.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，圆柱体表示的海流图S3具体为：
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，通过求解目标函数，得到航路点位置：
6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述步骤5中，分段航路的航向、航程和航速具体为：
7.一种基于电子海图的水下航路规划装置，其特征在于，包括数据存储单元、数据处理单元和人机交互单元；
【技术特征摘要】
1.一种基于电子海图的水下航路规划方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中，用数学语言描述起点位置p0、终点位置p、航速v范围和深度d范围：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，利用ogr库读取解析电子海图数据，并数据自定义格式的海洋环境数据，构成自定义矢量海图。
4.如权利要求1或3所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘贤俊，杨建，张士涛，杨毅，杨宗元，黄蔚，燕熊，余志强，王书昌，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：
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