CN113127581A - 一种自动航线规划的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动航线规划的方法，步骤一：海图环境建模；步骤二：建立经典航路参考网；步骤三：新航线进行最优寻路；步骤四：对于存在经典航线的航段的最优寻路，利用步骤二中的经典航路备用数据库，根据周边海域情况参照，采用最优经典航路。本发明在原有货轮的的功能基础上，结合科技发展船舶运输的实际问题，发明了一种自动航线规划的方法。有效解决了手动操作繁杂、易出错、人工规划航线不科学、现代船舶不够信息化的问题。以及进行最优寻路，以海图环境数据为主，在考虑船舶特性情况下进行航程最短寻路。对于存在经典航线的航段，可根据周边海域情况参照、或直接采用经典航路。
Description
技术领域
本发明涉一种自动航线规划的方法，属于船舶技术领域。
背景技术
为助力中国船舶工业集团“黎明工程”建设，实现“智能示范船”建造目标，立足船舶智能化发展方向，中国船舶工业系统工程研究院以智能化通信导航的中心任务为牵引，瞄准国际先进水平，通过资源整合、成果转化与技术集成，设计了由航行管理子系统，航行保障子系统和导航测量子系统三大部分组成的通导系统。
其中，智能航行系统作为航行管理子系统中智能化功能的重要体现，通过综合利用气象水文信息和船舶性能参数以及特定的航次任务，建立船舶性能计算模型，提供航线智能设计、优化等辅助决策功能，以达到保障船舶航行安全、降低船舶燃油消耗的目标。
智能航行系指利用计算机技术和控制技术等对感知和获得的信息进行分析和处理，对船舶航路和航速进行设计和优化，在绿色海豚38800吨散货船即智能船V1.0中，使船舶具备《中国船级社-智能船舶规范》中所描述的智能航行基本功能，取得智能符号N。
同时，智能航行系统作为一个相对独立的系统模块，应该支持在任意具有远洋导航需求的万吨以上级别的船舶中安装使用，使得这些船舶具备《中国船级社-智能船舶规范》所描述的智能航行基本功能。
可是智能航行系统往往因为自动航线规划问题而伤透脑筋，也是行业的一大痛点。为了解决上述技术问题，特提出一种新的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动航线规划的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自动航线规划的方法，采用如下步骤：
步骤一：海图环境建模：分析处理电子海图中与航行安全相关数据，建立航路规划所需的统一数据要素的基础数据，实现海图环境建模；
步骤二：建立经典航路参考网：以统一方式建立全球各大港口、内河、近岸、远洋情况下的经典航路，构建航路网，形成经典航路备用数据库，用于寻路时的参照依据；
步骤三：新航线进行最优寻路：以步骤一中的海图环境建模数据为主，结合船舶特性情况进行航程最短寻路，形成最优航线；
步骤四：对于存在经典航线的航段的最优寻路，利用步骤二中的经典航路备用数据库，根据周边海域情况参照，采用最优经典航路。
优选地，步骤一中的航行安全相关数据为碍航区划定、水深网的数据；通过对碍航区划定中的碍航数据提取以及与水深网中的水深网中的水深数据提取，构成建模所用的基础数据。
优选地，根步骤一中的碍航区划定包括：在提取碍航区数据前，需要划定电子海图中需提取的碍航物类别、需提取的海图数量。
优选地，所述海图数量，根据给定的起始点和结束点经纬度下大圆连接线所经过的所有不同比例尺海图均为需提取的海图。
优选地，所述碍航物类别，使用IHO S-52约定的强制碍航区和可选碍航区；其中，可选碍航区的类别需要用户事先选定，在电子海图中碍航区主要分为面、点两种。
优选地，所述强制碍航区主要包括深度范围、疏浚区、浮船坞、报废船、陆地区、浮码头、未测区和/或岸线结构物，该类碍航区用户不可选，由导航系统中的算法自动判定为碍航区；用户可选碍航区主要包括通航分隔带、近岸交通区、受限区域、警告区、海上作业区、军事演习区、海上飞机起降区、潜水艇航道、锚泊区和/或海水养殖场；为避免航路规划时部分航段过于贴近碍航区，需在碍航区外加入缓冲区；对于面碍航区，可在其轮廓周围需要加入缓冲区；对于点碍航区，以其点位置为中心，周界加入缓冲区；缓冲区参数可由用户提前指定，由航路距离碍航区或碍航点的最小距离组成。
优选地，所述碍航区数据提取包括提取航线可能跨越海图的所有的碍航区，并将其处理为具有经纬度坐标、碍航属性的点状值；对于面碍航区的处理，给出周界轮廓的经纬度坐标，并将每点都标识为特定属性的点碍航物；对于点碍航区，给出周界多边形缓冲区的经纬度坐标，处理方式与面碍航区相同。
优选地，所述水深数据提取包括两类水深数据提取；第一类水深数据为位于碍航区内的最浅水深低于安全水深的水深面的水深数据，该类数据不提取；第二类水深数据为大洋中散布的水深点，该类水深点需要全部提取，由于海图测绘、制作过程，可能会出现部分水深点数据不满足安全水深的要求，在航线规划时需要做为碍航点处理。
优选地，基于步骤一中的海图环境建模的基础数据来构建三角网构模法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在原有货轮的的功能基础上，结合科技发展船舶运输的实际问题，发明了一种自动航线规划的方法。有效解决了手动操作繁杂、易出错、人工规划航线不科学、现代船舶不够信息化的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅说明书附图，本发明提供一种技术方案：一种自动航线规划的方法，采用如下步骤：
步骤一：海图环境建模：分析处理电子海图中与航行安全相关数据，建立航路规划所需的统一数据要素的基础数据，实现海图环境建模；
步骤二：建立经典航路参考网：以统一方式建立全球各大港口、内河、近岸、远洋情况下的经典航路，构建航路网，形成经典航路备用数据库，用于寻路时的参照依据；
步骤三：新航线进行最优寻路：以步骤一中的海图环境建模数据为主，结合船舶特性情况进行航程最短寻路，形成最优航线；
步骤四：对于存在经典航线的航段的最优寻路，利用步骤二中的经典航路备用数据库，根据周边海域情况参照，采用最优经典航路。
优选地，步骤一中的航行安全相关数据为碍航区划定、水深网的数据；通过对碍航区划定中的碍航数据提取以及与水深网中的水深网中的水深数据提取，构成建模所用的基础数据。
优选地，根步骤一中的碍航区划定包括：在提取碍航区数据前，需要划定电子海图中需提取的碍航物类别、需提取的海图数量。
优选地，所述海图数量，根据给定的起始点和结束点经纬度下大圆连接线所经过的所有不同比例尺海图均为需提取的海图。
优选地，所述碍航物类别，使用IHO S-52约定的强制碍航区和可选碍航区；其中，可选碍航区的类别需要用户事先选定，在电子海图中碍航区主要分为面、点两种。
优选地，所述强制碍航区主要包括深度范围、疏浚区、浮船坞、报废船、陆地区、浮码头、未测区和/或岸线结构物，该类碍航区用户不可选，由导航系统中的算法自动判定为碍航区；用户可选碍航区主要包括通航分隔带、近岸交通区、受限区域、警告区、海上作业区、军事演习区、海上飞机起降区、潜水艇航道、锚泊区和/或海水养殖场；为避免航路规划时部分航段过于贴近碍航区，需在碍航区外加入缓冲区；对于面碍航区，可在其轮廓周围需要加入缓冲区；对于点碍航区，以其点位置为中心，周界加入缓冲区；缓冲区参数可由用户提前指定，由航路距离碍航区或碍航点的最小距离组成；其中，本发明中未具体说明的部分都可作为现有技术进行理解和解决。
优选地，所述碍航区数据提取包括提取航线可能跨越海图的所有的碍航区，并将其处理为具有经纬度坐标、碍航属性的点状值；对于面碍航区的处理，给出周界轮廓的经纬度坐标，并将每点都标识为特定属性的点碍航物；对于点碍航区，给出周界多边形缓冲区的经纬度坐标，处理方式与面碍航区相同。
优选地，所述水深数据提取包括两类水深数据提取；第一类水深数据为位于碍航区内的最浅水深低于安全水深的水深面的水深数据，该类数据不提取；第二类水深数据为大洋中散布的水深点，该类水深点需要全部提取，由于海图测绘、制作过程，可能会出现部分水深点数据不满足安全水深的要求，在航线规划时需要做为碍航点处理。
优选地，基于步骤一中的海图环境建模的基础数据来构建三角网构模法。
本发明具体实施时，一是海图环境建模，即分析处理电子海图中与航行安全相关的各项数据，并建立航路规划所需的统一数据要素；二是建立经典航路参考网，以统一方式建立全球各大港口、内河、近岸、远洋等情况下的航路经典参考网，用于寻路时的参照；三是进行最优寻路，以海图环境数据为主，在考虑船舶特性情况下进行航程最短寻路。对于存在经典航线的航段，可根据周边海域情况参照、或直接采用经典航路。
其中自然邻域插值包括：多数海图所提供的海洋地质环境数据较为稀疏，不能满足航道宽度、缓冲区航路规划要求，采用自然领域插值法将三角网加密；
通常情况下，对于海洋水深地质条件的加密处理，采用样条插值、克里金插值、自然邻域插值；由于样条插值和克里金插值需要在特定的地质环境中归纳出针对性的评估函数，虽然对于局部地域精度较高，但不适用于全球范围的海洋环境；自然邻域插值方法自身带有局部地质特征自适应特性，满足任意范围和地域的网格加密；自然邻域插值方法根据插入点最近的节点集进行插值，离插值点越近的节点所占权重越大；根据狄罗尼三角网的特性，插值时，在三角网中新增、删除、移动某个节点只会影响临近的三角形，对其它各点构成的三角形无影响，不会改变原有海图中水深、碍航区的固有特性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种自动航线规划的方法，其特征在于：采用如下步骤：
步骤一：海图环境建模：分析处理电子海图中与航行安全相关数据，建立航路规划所需的统一数据要素的基础数据，实现海图环境建模；
步骤二：建立经典航路参考网：以统一方式建立全球各大港口、内河、近岸、远洋情况下的经典航路，构建航路网，形成经典航路备用数据库，用于寻路时的参照依据；
步骤三：新航线进行最优寻路：以步骤一中的海图环境建模数据为主，结合船舶特性情况进行航程最短寻路，形成最优航线；
步骤四：对于存在经典航线的航段的最优寻路，利用步骤二中的经典航路备用数据库，根据周边海域情况参照，采用最优经典航路。
2.根据权利要求1所述的一种自动航线规划的方法，其特征在于：步骤一中的航行安全相关数据为碍航区划定、水深网的数据；通过对碍航区划定中的碍航数据提取以及与水深网中的水深网中的水深数据提取，构成建模所用的基础数据。
3.根据权利要求2所述的一种自动航线规划的方法，其特征在于：根步骤一中的碍航区划定包括：在提取碍航区数据前，需要划定电子海图中需提取的碍航物类别、需提取的海图数量。
4.根据权利要求3所述的一种自动航线规划的方法，其特征在于：所述海图数量，根据给定的起始点和结束点经纬度下大圆连接线所经过的所有不同比例尺海图均为需提取的海图。
5.根据权利要求3所述的一种自动航线规划的方法，其特征在于：所述碍航物类别，使用IHO S-52约定的强制碍航区和可选碍航区；其中，可选碍航区的类别需要用户事先选定，在电子海图中碍航区主要分为面、点两种。
6.根据权利要求5所述的一种自动航线规划的方法，其特征在于：所述强制碍航区主要包括深度范围、疏浚区、浮船坞、报废船、陆地区、浮码头、未测区和/或岸线结构物，该类碍航区用户不可选，由导航系统中的算法自动判定为碍航区；用户可选碍航区主要包括通航分隔带、近岸交通区、受限区域、警告区、海上作业区、军事演习区、海上飞机起降区、潜水艇航道、锚泊区和/或海水养殖场；为避免航路规划时部分航段过于贴近碍航区，需在碍航区外加入缓冲区；对于面碍航区，可在其轮廓周围需要加入缓冲区；对于点碍航区，以其点位置为中心，周界加入缓冲区；缓冲区参数可由用户提前指定，由航路距离碍航区或碍航点的最小距离组成。
7.根据权利要求2所述的一种自动航线规划的方法，其特征在于：所述碍航区数据提取包括提取航线可能跨越海图的所有的碍航区，并将其处理为具有经纬度坐标、碍航属性的点状值；对于面碍航区的处理，给出周界轮廓的经纬度坐标，并将每点都标识为特定属性的点碍航物；对于点碍航区，给出周界多边形缓冲区的经纬度坐标，处理方式与面碍航区相同。
8.根据权利要求2所述的一种自动航线规划的方法，其特征在于：所述水深数据提取包括两类水深数据提取；第一类水深数据为位于碍航区内的最浅水深低于安全水深的水深面的水深数据，该类数据不提取；第二类水深数据为大洋中散布的水深点，该类水深点需要全部提取，由于海图测绘、制作过程，可能会出现部分水深点数据不满足安全水深的要求，在航线规划时需要做为碍航点处理。
9.根据权利要求1所述的一种自动航线规划的方法，其特征在于：基于步骤一中的海图环境建模的基础数据来构建三角网构模法。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114136322A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-03-04 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种基于经验航法的大型无人艇自动航线规划 |
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2019
- 2019-12-30 CN CN201911387780.9A patent/CN113127581A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN114136322A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-03-04 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种基于经验航法的大型无人艇自动航线规划 |
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