CN110908372A - 一种船舶航行路径自动平滑方法及装置 - Google Patents
一种船舶航行路径自动平滑方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种船舶航行路径自动平滑方法,包括:S1、获取船舶参考路径;S2、从初始路径点开始,按顺序将路径点依次赋值于第一目标点、第二目标点和第三目标点;S3、确定穿过三个目标点的弧形路径;当第一、二目标点间弧形路径上存在安全路径点时,将安全路径点插入参考路径,进行S4;否则进行S4;S4、若初始路径点为最后三个路径点之一,进行S5;否则令第二目标点对应的拐点作为初始路径点,重复S2;S5、若初始路径点为最后两个路径点之一,输出船舶的优化路径;否则,令最后一个拐点为初始路径点,按倒序将路径点依次赋值于第一目标点、第二目标点和第三目标点,重复S3。在不增加整体航路长度的前提下使航路更加平滑。
Description
技术领域
本发明涉及航行路径规划技术领域,尤其涉及一种船舶航行路径自动平滑方法及装置。
背景技术
航路规划是海上船舶航行的前提条件之一,随着技术的不断进步,各种航路规划算法代替人为设定航行路径点自定生成船舶航路。但是受限于算法规则与船只工艺上的差异,自动规划所获得的航路可能在实际航行过程中存在诸如部分位置转向角过大、航路不够平滑、航路距离岸基或障碍物过近等问题,因此根据实际需求对已规划的航路进行自动平滑调整是十分有必要的。
故亟需一种船舶航行路径自动平滑方法及装置。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题,本发明提供一种船舶航行路径自动平滑方法及装置。使航路优化的更加平滑,能够充分解决原航路可能存在的部分位置转向角过大、航路不够平滑、航路距离岸基或障碍物过近等问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的,本发明采用的主要技术方案包括:
一种船舶航行路径自动平滑方法,包括以下步骤:
S1、获取船舶的参考路径,参考路径的路径点集合包括起点、拐点和终点;并将起点作为初始路径点。
S2、从初始路径点开始,按顺序将路径点依次赋值于第一目标点、第二目标点和第三目标点。
S3、依据第一目标点、第二目标点和第三目标点,确定穿过第一目标点、第二目标点和第三目标点的弧形路径。判断第一目标点和第二目标点间的弧形路径上是否存在符合路径点安全条件的路径点,若是,将符合路径点安全条件的路径点插入路径点集合中,并进行步骤S4;若否,直接进行步骤S4。
S4、判断初始路径点是否为最后三个路径点之一,若是,判断初始路径点是否为最后两个路径点之一;若否,令第二目标点对应的拐点作为初始路径点,重复步骤S2。
S5、若初始路径点为最后两个路径点之一,输出船舶的优化路径;否则,令最后一个拐点为初始路径点,按倒序将路径点依次赋值于第一目标点、第二目标点和第三目标点,并重复步骤S3。
作为本发明方法的一种改进,依据第一目标点、第二目标点和第三目标点,确定穿过第一目标点、第二目标点和第三目标点的弧形路径,包括:依据第一目标点、第二目标点和第三目标点,确定距离第一目标点、第二目标点和第三目标点相等的位置点;以位置点为圆心,以位置点和第一目标点确定的线段为半径,确定穿过第一目标点、第二目标点和第三目标点的弧形路径。
作为本发明方法的一种改进,判断第一目标点和第二目标点间的弧形路径上是否存在符合路径点安全条件的路径点,包括:判断以第一目标点和第二目标点确定的线段的垂直平分线与第一目标点和第二目标点间的弧形路径的交点是否符合路径点安全条件。
作为本发明方法的一种改进,路径点安全条件包括:路径点与第一目标点间的路径段距不可通行区域的最小距离大于10倍船长;路径点与第二目标点间的路径段距不可通行区域的最小距离大于10倍船长。
作为本发明方法的一种改进,不可通行区域包括海上岛屿区域、海上恶劣天气影响区域和因交通管制的临时限航区域。
一种船舶航行路径智能优化装置,包括:
获取单元,用于获取船舶的参考路径,参考路径的路径点集合包括起点、拐点和终点;并将起点作为初始路径点。
设置单元,用于从初始路径点开始,按顺序将路径点依次赋值于第一目标点、第二目标点和第三目标点。
第一确定单元,用于依据第一目标点、第二目标点和第三目标点,确定穿过第一目标点、第二目标点和第三目标点的弧形路径。
第一判断单元,用于根据预设的路径点安全条件,判断第一目标点和第二目标点间的弧形路径上是否存在符合路径点安全条件的路径点。
第二确定单元,用于当存在符合路径点安全条件的路径点时,将符合路径点安全条件的路径点插入路径点集合中。
第二判断单元,用于当将符合路径点安全条件的路径点插入路径点集合中时,判断初始路径点是否为最后三个路径点之一;用于当不存在符合路径点安全条件的路径点时,判断初始路径点是否为最后三个路径点之一。
第三确定单元,用于当初始路径点不为最后三个路径点之一时,令第二目标点对应的拐点作为初始路径点,并指示设置单元重复工作。
第三判断单元,用于当初始路径点为最后三个路径点之一时,判断初始路径点是否为最后两个路径点之一。
第四确定单元,用于当初始路径点为最后两个路径点之一时,输出船舶的优化路径;用于当初始路径点不为最后两个路径点之一时,令最后一个拐点为初始路径点,按倒序将路径点依次赋值于第一目标点、第二目标点和第三目标点,并指示第一确定单元重复工作。
(三)有益效果
本发明的有益效果是:
1、本发明方法使航路优化的更加平滑,能够充分解决原航路可能存在的部分位置转向角过大、航路不够平滑、航路距离岸基或障碍物过近等问题。
2、本发明方法从航路整体考虑,对每个航迹段进行自动分析及平滑处理,每次操作均以平滑的圆弧为基准,在不增加整体航路长度的前提下使航路更加平滑。
3、本发明的每次航迹段自动平滑处理均考虑后面航迹段对本航迹段平滑效果的影响,因此平滑效果考虑的更加全面。
4、本发明的每次航迹段自动平滑处理均在初始航路点集合上进行,能够极大节约航路平滑运算量。
5、本发明充分考虑了海上气象条件及临时限航等不同通行区对船舶航行的影响因素,进一步提高优化航路的适应程度。
附图说明
本发明借助于以下附图进行描述:
图1为本发明具体实施方式中船舶航行路径自动平滑方法的流程图;
图2为本发明具体实施方式中确定位置点的示意图;
图3为本发明具体实施方式中确定穿过A、B、C三点的弧形路径示意图;
图4为本发明具体实施方式中确定交点P2的示意图;
图5为本发明具体实施方式中优化的船舶路径示意图;
图6为本发明具体实施方式中船舶航行路径智能优化装置的示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明,以便于理解,下面结合附图,通过具体实施方式,对本发明作详细描述。
需要说明的是,本发明方法适用的船舶的参考路径包括整体路径及特定局部路径。
本发明提供一种船舶航行路径自动平滑方法,如图1所示,包括以下步骤:
步骤S1、获取船舶的参考路径,参考路径的路径点集合包括起点、拐点和终点;并将起点作为初始路径点。
具体地,参考路径的路径点个数为n,令初始路径点i=1,1≤i≤n。
步骤S2、从初始路径点开始,按顺序将路径点依次赋值于第一目标点、第二目标点和第三目标点。
具体地,令第一目标点A为i,第二目标点B为i+1,第三目标点C为i+2。
步骤S3、依据第一目标点、第二目标点和第三目标点,确定穿过第一目标点、第二目标点和第三目标点的弧形路径;判断第一目标点和第二目标点间的弧形路径上是否存在符合路径点安全条件的路径点,若是,将符合路径点安全条件的路径点插入路径点集合中,如图5所示,并进行步骤S4;若否,直接进行步骤S4。
具体地,依据第一目标点、第二目标点和第三目标点,确定穿过第一目标点、第二目标点和第三目标点的弧形路径,包括:
i、依据第一目标点、第二目标点和第三目标点,确定距离第一目标点、第二目标点和第三目标点相等的位置点。
做A点与C点间线段的垂直平分线l1,基于A点、B点和垂直平分线l1,确定距离A点、B点、C点相等的位置点P1,如图2所示,计算方法如下:
[By-(kP1x+b)]2+(Bx-P1x)2=[Ay-(kP1x+b)]2+(Ax-P1x)2
其中,l1直线公式为y=kx+b,P1x为P1点横坐标,Bx、By分别为B点横坐标和纵坐标,Ax、Ay分别为A点横坐标和纵坐标。
ii、以位置点为圆心,以位置点和第一目标点确定的线段为半径,确定穿过第一目标点、第二目标点和第三目标点的弧形路径。
以P1点为圆心,以线段AP1为半径构建包含A、B、C的弧线Arcs,如图3所示,公式表示为:Arcsx 2+Arcsy 2=AP1 2(A→B→C)。
优选地,路径点安全条件包括:路径点与第一目标点间的路径段距不可通行区域的最小距离大于10倍船长;路径点与第二目标点间的路径段距不可通行区域的最小距离大于10倍船长。判断方式如下:
d-r≥10length
其中,U为不可通行区域中心点,d为线段AP2与U点最短距离,a、b、c分别为直线AP2方程参数,Ux、Uy分别为U点的横坐标和纵坐标,length为船长,r为不可通行区域半径。
进一步优选地,不可通行区域包括海上岛屿区域、海上恶劣天气影响区域和因交通管制的临时限航区域。
优选地,判断第一目标点和第二目标点间的弧形路径上是否存在符合路径点安全条件的路径点,包括:判断以第一目标点和第二目标点确定的线段的垂直平分线l2与第一目标点和第二目标点间的弧形路径的交点P2是否符合路径点安全条件,如图4所示。其中,交点P2的计算方法如下:
其中,P2x、P2y分别为P2点的横坐标和纵坐标,a、b、c分别为直线l2的参数,Gx、Gy分别为线段AB中点G的横坐标和纵坐标。
步骤S4、判断初始路径点是否为最后三个路径点之一,若是,判断初始路径点是否为最后两个路径点之一;若否,令第二目标点对应的拐点作为初始路径点,重复步骤S2;
步骤S5、若初始路径点为最后两个路径点之一,输出船舶的优化路径;否则,令最后一个拐点为初始路径点,按倒序将路径点依次赋值于第一目标点、第二目标点和第三目标点,并重复步骤S3。
综上所述,本发明方法使航路优化的更加平滑,能够充分解决原航路可能存在的部分位置转向角过大、航路不够平滑、航路距离岸基或障碍物过近等问题。本发明方法从航路整体考虑,对每个航迹段进行自动分析及平滑处理,每次操作均以平滑的圆弧为基准,在不增加整体航路长度的前提下使航路更加平滑。本发明的每次航迹段自动平滑处理均考虑后面航迹段对本航迹段平滑效果的影响,因此平滑效果考虑的更加全面。本发明的每次航迹段自动平滑处理均在初始航路点集合上进行,能够极大节约航路平滑运算量。本发明充分考虑了海上气象条件及临时限航等不同通行区对船舶航行的影响因素,进一步提高优化航路的适应程度。
本发明还提供一种船舶航行路径自动平滑装置,如图6所示,包括:
获取单元,用于获取船舶的参考路径,参考路径的路径点集合包括起点、拐点和终点;并将起点作为初始路径点。
设置单元,用于从初始路径点开始,按顺序将路径点依次赋值于第一目标点、第二目标点和第三目标点。
第一确定单元,用于依据第一目标点、第二目标点和第三目标点,确定穿过第一目标点、第二目标点和第三目标点的弧形路径。
第一判断单元,用于根据预设的路径点安全条件,判断第一目标点和第二目标点间的弧形路径上是否存在符合路径点安全条件的路径点。
第二确定单元,用于当存在符合路径点安全条件的路径点时,将符合路径点安全条件的路径点插入路径点集合中。
第二判断单元,用于当将符合路径点安全条件的路径点插入路径点集合中时,判断初始路径点是否为最后三个路径点之一;用于当不存在符合路径点安全条件的路径点时,判断初始路径点是否为最后三个路径点之一。
第三确定单元,用于当初始路径点不为最后三个路径点之一时,令第二目标点对应的拐点作为初始路径点,并指示设置单元重复工作。
第三判断单元,用于当初始路径点为最后三个路径点之一时,判断初始路径点是否为最后两个路径点之一。
第四确定单元,用于当初始路径点为最后两个路径点之一时,输出船舶的优化路径;用于当初始路径点不为最后两个路径点之一时,令最后一个拐点为初始路径点,按倒序将路径点依次赋值于第一目标点、第二目标点和第三目标点,并指示第一确定单元重复工作。
需要理解的是,以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点,其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施,但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种船舶航行路径自动平滑方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、获取船舶的参考路径,参考路径的路径点集合包括起点、拐点和终点;并将起点作为初始路径点;
S2、从所述初始路径点开始,按顺序将路径点依次赋值于第一目标点、第二目标点和第三目标点;
S3、依据所述第一目标点、所述第二目标点和所述第三目标点,确定穿过所述第一目标点、所述第二目标点和所述第三目标点的弧形路径;
判断所述第一目标点和所述第二目标点间的弧形路径上是否存在符合路径点安全条件的路径点,若是,将所述符合路径点安全条件的路径点插入所述路径点集合中,并进行步骤S4;若否,直接进行步骤S4;
S4、判断初始路径点是否为最后三个路径点之一,若是,判断初始路径点是否为最后两个路径点之一;若否,令第二目标点对应的拐点作为初始路径点,重复步骤S2;
S5、若初始路径点为最后两个路径点之一,输出船舶的优化路径;否则,令最后一个拐点为初始路径点,按倒序将路径点依次赋值于第一目标点、第二目标点和第三目标点,并重复步骤S3。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述依据所述第一目标点、所述第二目标点和所述第三目标点,确定穿过所述第一目标点、所述第二目标点和所述第三目标点的弧形路径,包括:
依据所述第一目标点、所述第二目标点和所述第三目标点,确定距离所述第一目标点、所述第二目标点和所述第三目标点相等的位置点;
以所述位置点为圆心,以所述位置点和所述第一目标点确定的线段为半径,确定穿过所述第一目标点、所述第二目标点和所述第三目标点的弧形路径。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述判断所述第一目标点和所述第二目标点间的弧形路径上是否存在符合路径点安全条件的路径点,包括:
判断以第一目标点和第二目标点确定的线段的垂直平分线与第一目标点和第二目标点间的弧形路径的交点是否符合路径点安全条件。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述路径点安全条件包括:
所述路径点与所述第一目标点间的路径段距不可通行区域的最小距离大于10倍船长;
所述路径点与所述第二目标点间的路径段距不可通行区域的最小距离大于10倍船长。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述不可通行区域包括海上岛屿区域、海上恶劣天气影响区域和因交通管制的临时限航区域。
6.一种船舶航行路径智能优化装置,其特征在于,包括:
获取单元,用于获取船舶的参考路径,参考路径的路径点集合包括起点、拐点和终点;并将起点作为初始路径点;
设置单元,用于从初始路径点开始,按顺序将路径点依次赋值于第一目标点、第二目标点和第三目标点;
第一确定单元,用于依据第一目标点、第二目标点和第三目标点,确定穿过第一目标点、第二目标点和第三目标点的弧形路径;
第一判断单元,用于根据预设的路径点安全条件,判断第一目标点和第二目标点间的弧形路径上是否存在符合路径点安全条件的路径点;
第二确定单元,用于当存在符合路径点安全条件的路径点时,将符合路径点安全条件的路径点插入路径点集合中;
第二判断单元,用于当将符合路径点安全条件的路径点插入路径点集合中时,判断初始路径点是否为最后三个路径点之一;用于当不存在符合路径点安全条件的路径点时,判断初始路径点是否为最后三个路径点之一;
第三确定单元,用于当初始路径点不为最后三个路径点之一时,令第二目标点对应的拐点作为初始路径点,并指示设置单元重复工作;
第三判断单元,用于当初始路径点为最后三个路径点之一时,判断初始路径点是否为最后两个路径点之一;
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