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专利号: 2019107500523
申请人: 青岛科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无人船全局气象航线动态规划方法,其特征在于,包括:获取初始路线,并对所述初始航线进行离散化处理,得到多个初始航路点,所述多个初始航路点包括起始点、终点以及位于所述起始点与所述终点之间的多个中间航路点;

在船舶行驶过程中采集实时气象数据;

对于所述船舶行驶的当前航路点,利用初始航路点的位置决策结合所述初始航路点至所述当前航路点的多个航路点时的实时气象数据进行多级决策,得到相应的多个最佳航路点;其中,所述利用初始航路点的位置决策结合所述初始航路点至所述当前航路点的多个航路点时的实时气象数据进行多级决策包括:将所述初始航线中含初始点和终点在内的N个航路点视作N次决策;

以所述当前航路点为界限将所述初始航线分为已航行路线和未航行路线;

对所述已航行路线中的中间航路点的状态结合所述实时气象数据对未航行路线中航路点的位置进行决策;

所述决策过程的动态方程为:

x(k+1)=f[x(k),u(k),k]其中,x(k+1)为所述N个航路点中第k+1个航路点的位置决策,u(k)为第k个航路点的实时气象数据,x(k)为选定航路点的位置决策,k为选定航路点之前的k段自航线,且k的范围为k=0,1,...,N;

所述多级决策的评价函数为:

其中,m为所述当前航路点的编号,h[x(k),m]为航路点x(k)的评价函数;

所述评价函数h[x(k),m]的计算公式为:其中,h[x(k),m]为双目标函数值,ω1和ω2分别为能耗与航时的权重因子,且ω1+ω2=

1,γ1和γ2为转换因子,用于将能耗和航时转化为评价航线的经济性指标,N为所述初始航线上的恒向线个数,vi为第i段恒向线的船舶实际航速,vmax为船舶临界速度,Si为第i段恒向线的长度,Te为船舶的主机推力;

根据所述多个最佳航路点和所述终点对所述当前航路点之后的未航行路线进行动态规划。

2.如权利要求1所述的无人船全局气象航线动态规划方法,其特征在于,所述获取初始航线为大圆航线,所述大圆航线为所述起始点到所述终点之间航程最短的航线。

3.如权利要求1所述的无人船全局气象航线动态规划方法,其特征在于,所述实时气象数据包括:风向角度、船体迎风角、波高和船舶失速。

4.如权利要求1所述的无人船全局气象航线动态规划方法,其特征在于,船舶临界速度vmax的计算公式为:

0.13 ‑4 23 1.6 ‑4 23vmax=e [1.4×10 q +12.0‑h] +4.0×10 q +7.0其中h为波高,q为相对波向,用于表示船舶行驶方向与波浪方向的夹角。

5.如权利要求4所述的无人船全局气象航线动态规划方法,其特征在于,采用多级动态逆推方法进行多级决策。

6.如权利要求5所述的无人船全局气象航线动态规划方法,其特征在于,所述得到相应的多个最佳航路点包括:

通过理想点算法计算经多级决策确定的航路点的评价函数;

选择所述评价函数值最小的航路点作为最佳航路点。

7.一种无人船全局气象航线动态规划系统,其特征在于,包括:离散处理模块,用于获取初始路线,并对所述初始航线进行离散化处理,得到多个初始航路点,所述多个初始航路点包括起始点、终点以及位于所述起始点与所述终点之间的多个中间航路点;

气象数据采集模块,用于在船舶行驶过程中采集实时气象数据;

多级决策模块,用于对于所述船舶行驶的当前航路点,利用初始航路点的位置决策结合所述初始航路点至所述当前航路点的多个航路点时的实时气象数据进行多级决策,得到相应的多个最佳航路点;其中,所述利用初始航路点的位置决策结合所述初始航路点至所述当前航路点的多个航路点时的实时气象数据进行多级决策包括:将所述初始航线中含初始点和终点在内的N个航路点视作N次决策;

以所述当前航路点为界限将所述初始航线分为已航行路线和未航行路线;

对所述已航行路线中的中间航路点的状态结合所述实时气象数据对未航行路线中航路点的位置进行决策;

所述决策过程的动态方程为:

x(k+1)=f[x(k),u(k),k]其中,x(k+1)为所述N个航路点中第k+1个航路点的位置决策,u(k)为第k个航路点的实时气象数据,x(k)为选定航路点的位置决策,k为选定航路点之前的k段自航线,且k的范围为k=0,1,...,N;

所述多级决策的评价函数为:

其中,m为所述当前航路点的编号,h[x(k),m]为航路点x(k)的评价函数;

所述评价函数h[x(k),m]的计算公式为:其中,h[x(k),m]为双目标函数值,ω1和ω2分别为能耗与航时的权重因子,且ω1+ω2=

1,γ1和γ2为转换因子,用于将能耗和航时转化为评价航线的经济性指标,N为所述初始航线上的恒向线个数,vi为第i段恒向线的船舶实际航速,vmax为船舶临界速度,Si为第i段恒向线的长度,Te为船舶的主机推力;

动态规划模块,用于根据所述多个最佳航路点和所述终点对所述当前航路点之后的未航行路线进行动态规划。