1.一种无人船气象航线连续动态优化方法,其特征在于,其包括:以能耗和航时为目标计算满足双目标的航线评价函数;
对船舶从起始点到终点采用连续控制系统的动态规划构建连续航线动态方程;
根据所述航线评价函数和所述连续航线动态方程得到船舶的气象航线动态优化模型;
在船舶按照初始航线航行过程中,根据所述气象航线动态优化模型获取当前位置到下一位置的连续航线最优性能指标;
根据采集的实时气象数据结合所述连续航线最优性能指标进行连续动态优化,确定最佳航线;
所述以能耗和航时为目标计算满足双目标的航线评价函数包括:按照所述初始航线上的航路点获取相应的气象数据;
根据所述气象数据计算船舶的实际航速;
根据所述实际航速以能耗和航时为目标构建双目标航线模型;
在所述双目标航线模型中结合两个目标相应的权重因子和转换因子计算得到所述航线评价函数。
2.如权利要求1所述的无人船气象航线连续动态优化方法,其特征在于,所述航线评价函数的计算公式为:其中h(t0,tf)为船舶t0至tf时刻一段航线的评价值,ω1和ω2分别为能耗与航时的权重因子,且ω1+ω2=1,γ1和γ2分别为能耗与航时的转换因子,用于将能耗和航时转化为评价航线的经济性指标,t0为船舶航行至当前位置的时刻,tf为船舶航行至下一位置的时刻,v为船舶的实际航速,S为船舶t0至tf时刻途经航线的长度,Te为船舶的主机推力, 和 为t0至tf时段所述双目标航线模型中最优能耗和最优航时的两个最优解。
3.如权利要求1所述的无人船气象航线连续动态优化方法,其特征在于,所述根据所述气象数据计算船舶的实际航速之后,还包括:根据所述气象数据计算得到船舶的临界航速;
在进行航线选择时,选择实际航速小于或等于所述临界航速的航线。
4.如权利要求1所述的无人船气象航线连续动态优化方法,其特征在于,所述连续航线动态方程为:x[t]=f(x(t),u(t),t),x(t0)=x0其中u(t)为t时刻船舶航行到所述初始航线上航路点的气象数据,x(t)为t时刻的船舶航向决策,f(·)表示在航行区域内连续可微。
5.如权利要求4所述的无人船气象航线连续动态优化方法,其特征在于,所述根据所述航线评价函数和所述连续航线动态方程得到船舶的气象航线动态优化模型包括:根据所述连续航线动态方程计算船舶在初始时刻从所述起始点行驶到当前位置的时刻的已航行区段航线评价值的总和;
根据所述航线评价函数计算船舶从当前位置的时刻行驶到下一位置的时刻的未行使区段航线评价值;
根据所述已航行区段航线评价值的总和与所述未行使区段航线评价值构建所述气象航线动态优化模型。
6.如权利要求5所述的无人船气象航线连续动态优化方法,其特征在于,所述根据所述气象航线动态优化模型获取当前位置到下一位置的连续航线最优性能指标包括:根据所述气象航线动态优化模型中所述已航行区段航线评价值的总和与所述未行使区段航线评价值相加后取最小值确定所述连续航线最优性能指标,计算公式为:其中,J(t0,tf)为从当前时刻t0到下一时刻tf从当前位置行驶到下一位置的连续航线最优性能指标,h(t0,tf)为当前时刻t0至行驶到下一时刻tf的未航行区段航线评价值,L为初始时刻tS至当前时刻t0船舶已航行区段航线的长度, 为初始时刻tS至当前时刻t0已航行区段航线评价值的总和。
7.如权利要求6所述的无人船气象航线连续动态优化方法,其特征在于,所述根据采集的实时气象数据结合所述连续航线最优性能指标进行连续动态优化,确定最佳航线包括:对蚁群算法中的能见度启发信息、可选位置和信息素浓度进行更新;
利用更新的蚁群算法根据所述实时气象数据结合所述连续航线最优性能指标进行计算,确定下一位置;
通过连续动态优化得到的多个所述下一位置确定所述最佳航线。
8.如权利要求7所述的无人船气象航线连续动态优化方法,其特征在于,所述对蚁群算法中的能见度启发信息、可选位置和信息素浓度进行更新包括:能见度启发信息的公式为:
其中ηuv(n)表示能见度启发因子为β的情况下路径(u,v)上的能见度启发信息变量,反映船舶从位置u到v的启发程度,Lonu和Latu代表位置u的经度值和纬度值,Lonv和Latv代表位置v的经度值和纬度值;
可选位置的计算公式为:
allowed k(n)={Rn}‑tab uk
其中allowed k(n)表示蚂蚁k下一步可以选择的位置,Rn是蚂蚁所有可能选择位置的集合,tab uk是用来存放蚂蚁当前走过的路径的禁忌表;
信息素浓度的公式为:
τuv(t+T)=(1‑ρ)·τuv(t)+Δτuv
其中T为蚂蚁k完成一次循环的周期,ρ表示信息素浓度挥发系数,取值范围为0<ρ<1,Δτuv表示在路径(u,v)上的信息素增量,m为蚁群数量,k的取值范围为1≤k≤m。
9.一种无人船气象航线连续动态优化系统,其特征在于,包括:评价函数模块,用于以能耗和航时为目标计算满足双目标的航线评价函数;所述以能耗和航时为目标计算满足双目标的航线评价函数包括:按照初始航线上的航路点获取相应的气象数据;根据所述气象数据计算船舶的实际航速;根据所述实际航速以能耗和航时为目标构建双目标航线模型;在所述双目标航线模型中结合两个目标相应的权重因子和转换因子计算得到所述航线评价函数;
动态方程模块,用于对船舶从起始点到终点采用连续控制系统的动态规划构建连续航线动态方程;
优化模型模块,用于根据所述航线评价函数和所述连续航线动态方程得到船舶的气象航线动态优化模型;
最优指标模块,用于在船舶按照所述初始航线航行过程中,根据所述气象航线动态优化模型获取当前位置到下一位置的连续航线最优性能指标;
最佳航线模块,用于根据采集的实时气象数据结合所述连续航线最优性能指标进行连续动态优化,确定最佳航线。