本发明专利技术提供的是一种基于潮流潮汐预报信息的船舶航路规划方法。1、根据任务信息确定航路的起始点、目标点、计划出发和到达的时间，并根据起始点和目标点确定航行区域，根据出发和到达的时间确定潮流潮汐的预报时间范围；2、根据步骤1确定的航行海域和预报时间范围进行潮流潮汐预报，获得路径规划所需的潮流、潮汐预报数据，并存入文件中；3、基于电子海图中的离散水深数据进行插值，获得航行区域内的网格水深数据；4、根据航行区域内的网格水深数据、潮汐预报数据及障碍物信息，将航行区域划分为适航区和禁航区；5、利用改进萤火虫算法进行最优路径搜索，获得满足经济性和安全性要求的路径。本发明专利技术能够规划出经济、安全、实用的船舶航行路线。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种舰船路径规划方法。
技术介绍
船舶航行的经济性和安全性直接关系到船舶运输公司的经济效益和生意来源，因此成为规划船舶航路的主要考虑因素。船舶在大海中航行，不可避免要受到周围海洋环境的影响。在众多的海洋环境要素中，潮流潮汐对船舶航行的影响较大，其中潮流会影响船舶的航速航向，潮汐会改变航行区域的海深，进而影响船舶的航行经济性和安全性。因此，在为船舶进行航路规划过程中有必要考虑潮流潮汐的影响。近年来随着人们对海洋环境关注的日益增强，一些研究人员已经在水下机器人路径规划中考虑海洋环境的影响。如徐玉如，姚耀中在《考虑海流影响的水下机器人全局路径规划研究》一文中将海流因素作为遗传算法的评价因子，在路径规划的层面上考虑海流的影响。毛宇峰，庞永杰在《改进粒子群在水下机器人路径规划中的应用》一文中设计了综合路径长度、海流和转向费用的适应度函数，使算法很好地适应海流的变化。但是上述两篇论文在路径规划中采用的海流均是由流函数生成的，与实际海流存在较大差别。申请号为201110031277.7的专利文件中，在水下潜器路径规划中利用海流历史统计数据库生成接近真实值的海流场，在路径规划中充分考虑了海流的影响，使规划出的路径更接近水下潜器实际航行路线。但是，由于潮流潮汐作为一种周期性的海洋环境要素，每时每刻都在变化，因此该专利文件中提出的方法并不适合船舶航路规划。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种规划出的航路具有较好的经济性和安全性的。本专利技术的目的是这样实现的:步骤1:根据任务信息确定航路的起始点、目标点、计划出发和到达的时间，并根据起始点和目标点确定航行区域，根据出发和到达的时间确定潮流潮汐的预报时间范围；步骤2:根据步骤I确定的航行海域和预报时间范围进行潮流潮汐预报，获得路径规划所需的潮流、潮汐预报数据，并存入文件中；步骤3:基于电子海图中的离散水深数据进行插值，获得航行区域内的网格水深数据；步骤4:根据航行区域内的网格水深数据、潮汐预报数据及障碍物信息，将航行区域划分为适航区和禁航区；步骤5:利用改进萤火虫算法进行最优路径搜索，获得满足经济性和安全性要求的路径。本专利技术还可以包括:1、确定航行区域的具体方法为:设船舶的起始点位置为Ps (xs，yj，目标点位置为Pe (xe，ye)，航行区域为以Ps、Pe连线的延长线作为对角线的矩形区域；设Ps’(X’ s, I，J、P/ (X’ e, I，e)为航行区域的两个对角点，Ps’(X’ s, y's)、Pe' (X’ e, y' e)与 Ps (xs, ys)、Pe (xe, ye)的关系为:权利要求1.一种，其特征是: 步骤1:根据任务信息确定航路的起始点、目标点、计划出发和到达的时间，并根据起始点和目标点确定航行区域，根据出发和到达的时间确定潮流潮汐的预报时间范围； 步骤2:根据步骤I确定的航行海域和预报时间范围进行潮流潮汐预报，获得路径规划所需的潮流、潮汐预报数据，并存入文件中； 步骤3:基于电子海图中的离散水深数据进行插值，获得航行区域内的网格水深数据；步骤4:根据航行区域内的网格水深数据、潮汐预报数据及障碍物信息，将航行区域划分为适航区和禁航区； 步骤5:利用改进萤火虫算法进行最优路径搜索，获得满足经济性和安全性要求的路径。2.根据权利要求1所述的，其特征是: 确定航行区域的具体方法为: 设船舶的起始点位置为Ps(xs，ys)，目标点位置为Pe(\，ye)，航行区域为以Ps、Pe连线的延长线作为对角线的矩形区域；设Ps’ (χ's, y's) > Pe' (χ' e, y' e)为航行区域的两个对角点，Ps' (X，s, s)、P: (X，e, I，e)与 Ps (Xs，ys)、Pe (Xe，ye)的关系为:3.根据权利要求1或2所述的，其特征是所述基于电子海图中的离散水深数据进行插值，获得航行区域内的水深网格数据的具体方法为: (I)根据航行海域选择电子海图，采用包含航行海域的最大比例尺电子海图作为水深提取对象； (2 )从所述电子海图中提取航行海域范围内的离散水深数据； (3)利用快速自然邻点插值法进行水深数据插值，得到航行区域内的网格水深数据，并将所述网格水深数据存入文件中。4.根据权利要求1或2所述的，其特征是所述禁航区是由碍航物、岛屿、礁石和浅水区组成的区域，禁航区的确定方法为: (1)利用电子海图信息作为静态环境场，将航行区域中的碍航物、岛屿、礁石以多边形形式进行表达； (2)设船舶的吃水深度为Hs、航行区域内某位置的插值水深为H。、潮汐高度为Ht，浅水区的确定方式为:对于一个区域中的任意位置，如果均存在HJHt ( HS+AH，则为浅水区，其中ΔΗ为协调系数； 将每一个禁航区信息均存储在数据结构NoSailRegion中，NoSailRegion的具体定义如下:5.根据权利要求3所述的，其特征是所述禁航区是由碍航物、岛屿、礁石和浅水区组成的区域，禁航区的确定方法为: (1)利用电子海图信息作为静态环境场，将航行区域中的碍航物、岛屿、礁石以多边形形式进行表达； (2)设船舶的吃水深度为Hs、航行区域内某位置的插值水深为H。、潮汐高度为Ht，浅水区的确定方式为:对于一个区域中的任意位置，如果均存在HJHt ( HS+AH，则为浅水区，其中ΔΗ为协调系数； 将每一个禁航区信息均存储在数据结构NoSailRegion中，NoSailRegion的具体定义如下:6.根据权利要求1或2所述的，其特征是所述利用改进萤火虫算法进行最优路径搜索，获得满足经济性和安全性要求的路径的具体步骤为: (O定义萤火虫算法的相关参数，并在限定范围内随机初始化萤火虫种群； 设置萤火虫算法的相关参数，具体包括随机参数起始值ab、随机参数终止值Cte1、随机运动步长1、完全随机运动时的吸引力βο、吸收系数起始值Yb、吸收系数终止值维数η、最大迭代次数N; (2)计算每一个萤火虫的亮度，并根据亮度值对萤火虫算法进行排序； 萤火虫的亮度对应着规划路径的评价值，设路径的评价指标为Ε，经济性的评价指标为Eenegy，安全性的评价指标为Esafty，则路径的评价值按下式计算: E= ω eEenegy+ ω SEsafty 其中，COe和COs为权系数； O经济性的评价指标为Eraregy的计算方法 SEm为第i条路径的能量消耗值，那么具有η个航路节点的路径经济性评价指标Emegy计算方法如下:7.根据权利要求3所述的，其特征是所述利用改进萤火虫算法进行最优路径搜索，获得满足经济性和安全性要求的路径的具体步骤为: (O定义萤火虫算法的相关参数，并在限定范围内随机初始化萤火虫种群； 设置萤火虫算法的相关参数，具体包括随机参数起始值ab、随机参数终止值Cte1、随机运动步长1、完全随机运动时的吸引力βο、吸收系数起始值Yb、吸收系数终止值维数η、最大迭代次数N; (2)计算每一个萤火虫的亮度，并根据亮度值对萤火虫算法进行排序； 萤火虫的亮度对应着规划路径的评价值，设路径的评价指标为Ε，经济性的评价指标为E_gy，安全性的评价指标为Esafty，则路径的评价值按下式计算:8.根据权利要求4所述的，其特征是所述利用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于潮流潮汐预报信息的船舶航路规划方法，其特征是：步骤1：根据任务信息确定航路的起始点、目标点、计划出发和到达的时间，并根据起始点和目标点确定航行区域，根据出发和到达的时间确定潮流潮汐的预报时间范围；步骤2：根据步骤1确定的航行海域和预报时间范围进行潮流潮汐预报，获得路径规划所需的潮流、潮汐预报数据，并存入文件中；步骤3：基于电子海图中的离散水深数据进行插值，获得航行区域内的网格水深数据；步骤4：根据航行区域内的网格水深数据、潮汐预报数据及障碍物信息，将航行区域划分为适航区和禁航区；步骤5：利用改进萤火虫算法进行最优路径搜索，获得满足经济性和安全性要求的路径。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘厂，高峰，刘利强，赵玉新，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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