CN116481545A - 一种基于卫星通信的船舶通导规划方法、存储介质及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于卫星通信的船舶通导规划方法、存储介质及系统，该方法包括如下步骤：获取初始航线，实时识别需绕行地点，获取在初始航线中位于需绕行地点后的若干个中途地点，规划船舶从当前位置分别到这若干个中途地点的各条绕行路线，并获取从这若干个中途地点到目标地点的各条剩余路线，计算各个中途地点所对应的绕行路线与剩余路线结合起来后的预计航程，并获取船舶分别沿各条绕行路线航行至各个中途地点所需进行的转向次数，据此计算路线得分，将路线得分最高的中途地点所对应的绕行路线与剩余路线结合起来得到新航线，这样船舶在按照新航线航行时能够最大限度地降低船舶绕行后回到初始航线而带来的燃料耗费及安全风险。

Description

一种基于卫星通信的船舶通导规划方法、存储介质及系统

技术领域

本发明涉及船舶通信导航技术领域，特别涉及一种基于卫星通信的船舶通导规划方法、存储介质及系统。

背景技术

随着海洋运输的不断发展，船舶作为海洋运输的主要工具，确保其航线合理规划愈发重要。出于保障航行安全及降低航行成本的考虑，在船舶航行前通常会根据海域情况预先进行船舶通导（“通信导航”的简称）规划，得到船舶从起始地点航行至目标地点的最佳航线，但是，海上天气变化无常，船舶在最佳航线上航行的过程中，最佳航线上的部分地点可能会出现不利天气，例如暴风、暴雨、雷暴、大雾等，船舶经过出现不利天气的地点容易发生安全事故，因此，在船舶未经过的最佳航线上出现不利天气的情况下，需要再进行船舶通导规划得到绕行路线，令船舶按照绕行路线偏航从而能够绕开出现不利天气的地点。

一般情况下，船舶按照绕行路线偏航后，需要根据船舶的当前位置重新进行船舶通导规划，得到航行至目标地点的新航线，但新航线相对于原本的最佳航线通常有较大偏差，如果船舶按照新航线航行，则可能会增加安全风险和/或航行成本，因此，目前船舶在绕开出现不利天气的地点的过程中，所规划的绕行路线通常能令船舶绕开出现不利天气的地点并回到原本的最佳航线，这样船舶在绕开出现不利天气的地点之后就能按照原航线航行至目标地点，从而尽量降低安全风险和航行成本。但是，船舶绕开出现不利天气的地点之后可能与原航线偏离较远，导致船舶回到原航线的燃料耗费增量较大，航行成本较高，并且如果绕行路线的海面上存在岛屿、礁石等地貌，那么船舶在按照绕行路线回到原航线时可能要经历多次绕行转向，增加安全风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何降低船舶绕行后回到原航线而带来的燃料耗费及安全风险。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于卫星通信的船舶通导规划方法，包括如下步骤：

S1.获取船舶从起始地点航行至目标地点的初始航线；

S2.基于卫星通信实时获取所述初始航线沿途的天气状况以及船舶的当前位置，据此识别所述初始航线上船舶未经过的路线上即将出现或已出现不利天气的需绕行地点；

S3.计算船舶的当前位置与所述需绕行地点之间的路线航程，判断该路线航程是否小于预设值，若小于则执行下述步骤S4、S5、S6、S7，若不小于则重复执行步骤S2、S3；

S4.获取在所述初始航线中，位于所述需绕行地点后的若干个中途地点；

S5.采集所述需绕行地点周边预定范围内的遥感数据，据此规划船舶从当前位置绕开所述需绕行地点之后分别航行至这若干个中途地点的各条绕行路线，并获取船舶分别从这若干个中途地点航行至目标地点的各条剩余路线；

S6.计算各个中途地点所对应的绕行路线与剩余路线结合起来后的预计航程，并获取船舶分别沿各条绕行路线航行至各个中途地点所需进行的转向次数；

S7.根据各个中途地点所对应的预计航程和转向次数计算路线得分，其中预计航程越短、转向次数越少，则路线得分越高；将路线得分最高的中途地点所对应的绕行路线与剩余路线结合起来得到新航线。

优选地，所述步骤S7中，各个中途地点所对应的路线得分的计算公式如下：

；

其中，表示第j个中途地点对应的路线得分，k表示中途地点个数，/>表示第j个中途地点所对应的绕行路线与剩余路线结合起来后的预计航程，/>表示船舶沿第j条绕行路线航行至第j个中途地点所需进行的转向次数；/>表示全部中途地点分别对应的预计航程相加后得到的总航程。

优选地，在重复执行所述步骤S2、S3时，若所述初始航线上船舶未经过的路线上即将出现或已出现的不利天气消失，则停止重复执行所述步骤S2、S3，并且不执行所述步骤S4、S5、S6、S7，改为令船舶继续沿所述初始航线航行。

优选地，所述步骤S4中，获取的中途地点至少有两个。

优选地，所述步骤S4中，所述需绕行地点与第一个中途地点之间的路线航程，等于任意两个相邻中途地点之间的路线航程。

优选地，所述步骤S3中，所述预设值为10千米。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的船舶通导规划方法中的步骤。

本发明还提供一种基于卫星通信的船舶通导规划系统，包括设置在船舶上的船载终端和卫星天线，所述船载终端通过所述卫星天线通信连接卫星导航系统和遥感对地探测传感器，所述船载终端包括相互连接的处理器和上所述的计算机可读存储介质。

本发明具有以下有益效果：在识别出船舶未经过的初始航线上即将出现或已出现不利天气的需绕行地点时，若船舶的当前位置与需绕行地点之间的路线航程小于预设值，意味着如果船舶继续按初始航线航行经过需绕行地点时则会出现不利天气影响航行，故获取在初始航线中位于需绕行地点后的若干个中途地点，然后采集需绕行地点周边预定范围内的遥感数据，据此规划船舶从当前位置绕开需绕行地点之后分别航行至这若干个中途地点的各条绕行路线，并获取船舶分别从这若干个中途地点航行至目标地点的各条剩余路线，然后计算各个中途地点所对应的绕行路线与剩余路线结合起来后的预计航程，并获取船舶分别沿各条绕行路线航行至各个中途地点所需进行的转向次数，再根据各个中途地点所对应的预计航程和转向次数计算路线得分，其中预计航程越短、转向次数越少，则路线得分越高，故将路线得分最高的中途地点所对应的绕行路线与剩余路线结合起来得到新航线，这样船舶在按照新航线航行时，基于较短的预计航程、较少的转向次数能够最大限度地降低船舶绕行后回到初始航线而带来的燃料耗费及安全风险。

附图说明

图1是基于卫星通信的船舶通导规划方法的流程示意图。

图2是初始航线的示意图。

图3是识别出初始航线上的需绕行地点后的示意图。

图4是在初始航线上规划多条绕行路线后的示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明创造作进一步详细说明。

本实施例提供一种基于卫星通信的船舶通导规划系统，该系统包括设置在船舶上的船载终端和卫星天线，船载终端通过卫星天线通信连接卫星导航系统和遥感对地探测传感器，以能向卫星导航系统发送地点信息并获取来自卫星导航系统的船舶定位信息、航线信息和气象测报信息，并能采集来自遥感对地探测传感器的遥感数据。船载终端包括触控屏、相互连接的计算机可读存储介质和处理器，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如图1所示的基于卫星通信的船舶通导规划方法，该方法包括如下步骤S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。

S1.获取船舶从起始地点航行至目标地点的初始航线。

以船舶准备从起始地点O航行至目标地点P为例，在船舶航行前，船员利用船载终端的触控屏输入起始地点O和目标地点P，则船载终端通过卫星天线与卫星导航系统实现通信，向卫星导航系统发送起始地点O和目标地点P的地点信息，卫星导航系统根据起始地点O和目标地点P规划出如图2所示的初始航线OP，然后通过卫星天线返回给船载终端，则船载终端就获得从起始地点O航行至目标地点P的初始航线OP。

需要说明的是，卫星导航系统例如是北斗卫星导航系统，其可应用于交通运输导航、水文监测、气象测报等领域，北斗卫星导航系统根据起始地点和目标地点规划航线是本领域的常规技术，在此不赘述详细的规划过程。

S2.基于卫星通信实时获取初始航线沿途的天气状况以及船舶的当前位置，据此识别初始航线上船舶未经过的路线上即将出现或已出现不利天气的需绕行地点。

由于卫星导航系统可应用于交通运输导航、气象测报领域，故在船舶沿着初始航线OP航行时，船载终端可通过卫星天线与卫星导航天线实现通信，从卫星导航系统实时获取初始航线OP沿途的气象测报信息，从而得到初始航线OP沿途的天气状况，以及实时获取船舶的当前位置，然后根据船舶的当前位置区分开在初始航线OP上，船舶已经过的路线和未经过的路线，再根据初始航线OP沿途的天气状况识别出船舶未经过的路线上即将出现或已出现不利天气的需绕行地点。其中，不利天气是指容易导致船舶出现安全事故的天气，例如暴风、暴雨、雷暴、大雾等。

例如，见图3，船舶从起始地点O航行至地点R时，船载终端获取到船舶的当前位置R，则路线OR即为船舶已经过的路线，路线RP即为船舶未经过的路线，此时船载终端根据初始航线OP沿途的天气状况识别出船舶未经过的路线RP上，地点T已出现不利天气，故船舶需绕开该地点T以尽量避免出现安全事故，则船载终端识别出该需绕行地点T。

S3.计算船舶的当前位置与需绕行地点之间的路线航程，判断该路线航程是否小于预设值，若小于则执行下述步骤S4、S5、S6、S7，若不小于则重复执行步骤S2、S3。

在识别出需绕行地点T之后，船载终端计算船舶的当前位置R与需绕行地点T之间的路线航程，判断该路线航程是否小于预设值（例如10千米），以此判断船舶是否需要马上绕开该需绕行地点T。需要说明的是，若船舶的当前位置R与需绕行地点T之间的路线航程小于预设值，则意味着船舶按照初始航线OP继续航行只需较短时间就会从地点R经过需绕行地点T，而需绕行地点T上已出现的不利天气在较短时间内基本不会消失，这样船舶在经过需绕行地点T时会处于不利天气下，容易导致安全事故发生，故需执行下述步骤S4、S5、S6、S7从而改变船舶航线以使船舶绕开需绕行地点T；若船舶的当前位置R与需绕行地点T之间的路线航程不小于预设值，则意味着船舶按照初始航线OP继续航行还需较长时间才会从地点R经过需绕行地点T，而需绕行地点T上已出现的不利天气在较长时间内可能会消失，这样船舶在经过需绕行地点T时可能不再处于不利天气下，不容易导致安全事故发生，故暂未需改变船舶航线，而是重复执行步骤S2继续获取船舶的最新当前位置，并重复执行步骤S3不断计算船舶的最新当前位置与需绕行地点T之间的路线航程，以实时判断船舶是否需要马上绕开该需绕行地点T。

例如，当船舶航行至地点R时识别出需绕行地点T，此时船载终端计算船舶的当前位置R与需绕行地点T之间的路线航程RT，得到该路线航程RT为10千米，不小于预设值（10千米），故暂未需改变船舶航线，则船舶继续沿初始航线OP航行，在此期间船载终端不断获取初始航线OP沿途的天气状况以及船舶的最新当前位置，并计算船舶的最新当前位置与需绕行地点T之间的路线航程，直至该路线航程小于预设值（10千米），此时船舶的最新当前位置为地点V，然后船舶终端执行下述步骤S4、S5、S6、S7从而改变船舶航线以使船舶绕开需绕行地点T。

S4.获取在初始航线中，位于需绕行地点后的若干个中途地点。

船舶在航行至地点V时，由于船舶的当前位置V与需绕行地点T之间的路线航程小于预设值（10千米），故需规划出能够绕开需绕行地点T的绕行路线，为此，船载终端获取在初始航线OP中，位于需绕行地点后的三个中途地点H1、H2、H3，其中，需绕行地点T与第一个中途地点H1之间的路线航程，等于第一个中途地点H1与第二个中途地点H2之间的路线航程，并等于第二个中途地点H2与第三个中途地点H3之间的路线航程，即需绕行地点T与第一个中途地点H1之间的路线航程，等于任意两个相邻中途地点之间的路线航程。可选地，中途地点的个数可以是两个以上的其他数量，例如2个、4个、5个……。

S5.采集需绕行地点周边预定范围内的遥感数据，据此规划船舶从当前位置绕开需绕行地点之后分别航行至这若干个中途地点的各条绕行路线，并获取船舶分别从这若干个中途地点航行至目标地点的各条剩余路线。

需要说明的是，需绕行地点T周边的海面上可能会存在岛屿、礁石等地貌，船舶终端所规划出的绕行路线需确保能够避开这些地貌，为此，船舶终端在获取上述三个中途地点H1、H2、H3之后，通过卫星天线采集来自遥感对地探测传感器的位于需绕行地点T周边预定范围内的遥感数据，例如位于需绕行地点T周边10千米范围内的遥感数据，如此则船载终端能根据这些遥感数据识别出岛屿、礁石等地貌，并据此进行船舶通导规划，得出船舶从当前位置V出发，能避开岛屿、礁石等地貌并绕开需绕行地点T，然后分别航行至这三个中途地点H1、H2、H3的三条绕行路线VH1、VH2、VH3，具体如图4所示。然后船舶终端获取船舶分别从这三个中途地点H1、H2、H3航行至目标地点P的三条剩余路线H1P、H2P、H3P。

需要说明的是，高分辨率光学传感器和激光雷达探测器都是常规的遥感对地探测传感器，利用遥感对地探测传感器可采集遥感数据，例如利用高分辨率光学传感器对地观测采集得到垂直分辨率大于等于720的高分辨率遥感影像，利用激光雷达探测器对地观测采集得到激光雷达点云。

S6.计算各个中途地点所对应的绕行路线与剩余路线结合起来后的预计航程，并获取船舶分别沿各条绕行路线航行至各个中途地点所需进行的转向次数。

在规划出三条绕行路线VH1、VH2、VH3并获取三条剩余路线H1P、H2P、H3P之后，船载终端计算各个中途地点所对应的绕行路线与剩余路线结合起来后的预计航程，例如：对第一个中途地点H1，计算其所对应的第一条绕行路线VH1与第一条剩余路线H1P结合起来后的第一预计航程；对第二个中途地点H2，计算其所对应的第二条绕行路线VH2与第二条剩余路线H2P结合起来后的第二预计航程；对第三个中途地点H3，计算其所对应的第三条绕行路线VH3与第三条剩余路线H3P结合起来后的第三预计航程。本实施例中，第一预计航程和第三预计航程都是100千米，第二预计航程是120千米。

然后，船载终端获取船舶分别沿这三条绕行路线VH1、VH2、VH3航行至三个中途地点H1、H2、H3所需进行的转向次数，见图4：船舶沿第一条绕行路线VH1航行至第一个中途地点H1需要先左转进入第一条绕行路线VH1，然后在第一条绕行路线VH1中依次经历右转、左转、右转后驶向第一个中途地点H1，则船舶沿第一条绕行路线VH1航行至第一个中途地点H1所需进行的转向次数为4；船舶沿第二条绕行路线VH2航行至第二个中途地点H2需要先左转进入第二条绕行路线VH2，然后在第二条绕行路线VH2中只需经历一次右转就可驶向第二个中途地点H2，则船舶沿第二条绕行路线VH2航行至第二个中途地点H2所需进行的转向次数为2；船舶沿第三条绕行路线VH3航行至第三个中途地点H3需要先右转进入第三条绕行路线VH3，然后在第三条绕行路线VH3中只需经历一次左转就可驶向第三个中途地点H3，则船舶沿第三条绕行路线VH3航行至第三个中途地点H3所需进行的转向次数为2。

S7.根据各个中途地点所对应的预计航程和转向次数计算路线得分，其中预计航程越短、转向次数越少，则路线得分越高；将路线得分最高的中途地点所对应的绕行路线与剩余路线结合起来得到新航线。

然后，在得到各个中途地点所对应的预计航程和转向次数之后，船载终端根据各个中途地点所对应的预计航程和转向次数计算路线得分，其中预计航程越短、转向次数越少，则路线得分越高，各个中途地点对应的路线得分具体计算公式如下：

；

其中，表示第j个中途地点对应的路线得分，j的取值范围为正整数，本实施例中j为1、2或3；k表示中途地点个数，取值范围为大于1的正整数，本实施例中k具体为3；/>表示第j个中途地点所对应的绕行路线与剩余路线结合起来后的预计航程，本实施例中/>为100千米，/>为120千米，/>为100千米；/>表示船舶沿第j条绕行路线航行至第j个中途地点所需进行的转向次数，取值范围是正整数，本实施例中/>为4，/>为2，/>为2；/>表示全部中途地点分别对应的预计航程相加后得到的总航程。

基于上述公式，第一个中途地点H1对应的路线得分==/>≈1.38；第二个中途地点H2对应的路线得分=/>=/>≈1.68；第三个中途地点H3对应的路线得分/>=/>=/>≈2.02。

由此可得，三个中途地点H1、H2、H3当中，第三个中途地点H3的路线得分最高，故船载终端将路线得分最高的第三个中途地点H3所对应的绕行路线VH3与剩余路线H3P结合起来得到新航线，这样船舶在按照新航线航行时，从地点V沿着绕行路线VH3驶离初始航线OP以绕开需绕行地点T，然后在中途地点H3回到初始航线OP，再沿剩余路线H3P航行至目标地点P，这样基于较短的预计航程、较少的转向次数能够最大限度地降低船舶绕行后回到初始航线OP而带来的燃料耗费及安全风险。

需要说明的是，当船载终端重复执行上述步骤S2、S3时，若船舶在航行至地点V之前或刚好航行至地点V的时候，船舶终端通过卫星导航系统得知需绕行地点T上的即将出现或已出现的不利天气消失，则停止重复执行上述步骤S2、S3，也不执行上述步骤S4、S5、S6、S7改变航线，而是令船舶继续沿初始航线OP继续航行。

如上所述仅为本发明创造的实施方式，不以此限定专利保护范围。本领域技术人员在本发明创造的基础上作出非实质性的变化或替换，仍落入专利保护范围。

Claims (8)

1.一种基于卫星通信的船舶通导规划方法，其特征是，包括如下步骤：

S1.获取船舶从起始地点航行至目标地点的初始航线；

S2.基于卫星通信实时获取所述初始航线沿途的天气状况以及船舶的当前位置，据此识别所述初始航线上船舶未经过的路线上即将出现或已出现不利天气的需绕行地点；

S3.计算船舶的当前位置与所述需绕行地点之间的路线航程，判断该路线航程是否小于预设值，若小于则执行下述步骤S4、S5、S6、S7，若不小于则重复执行步骤S2、S3；

S4.获取在所述初始航线中，位于所述需绕行地点后的若干个中途地点；

S5.采集所述需绕行地点周边预定范围内的遥感数据，据此规划船舶从当前位置绕开所述需绕行地点之后分别航行至这若干个中途地点的各条绕行路线，并获取船舶分别从这若干个中途地点航行至目标地点的各条剩余路线；

S6.计算各个中途地点所对应的绕行路线与剩余路线结合起来后的预计航程，并获取船舶分别沿各条绕行路线航行至各个中途地点所需进行的转向次数；

S7.根据各个中途地点所对应的预计航程和转向次数计算路线得分，其中预计航程越短、转向次数越少，则路线得分越高；将路线得分最高的中途地点所对应的绕行路线与剩余路线结合起来得到新航线。

2.根据权利要求1所述的基于卫星通信的船舶通导规划方法，其特征是，所述步骤S7中，各个中途地点所对应的路线得分的计算公式如下：

；

其中，表示第j个中途地点对应的路线得分，k表示中途地点个数，/>表示第j个中途地点所对应的绕行路线与剩余路线结合起来后的预计航程，/>表示船舶沿第j条绕行路线航行至第j个中途地点所需进行的转向次数；/>表示全部中途地点分别对应的预计航程相加后得到的总航程。

3.根据权利要求1所述的基于卫星通信的船舶通导规划方法，其特征是，在重复执行所述步骤S2、S3时，若所述初始航线上船舶未经过的路线上即将出现或已出现的不利天气消失，则停止重复执行所述步骤S2、S3，并且不执行所述步骤S4、S5、S6、S7，改为令船舶继续沿所述初始航线航行。

4.根据权利要求1所述的基于卫星通信的船舶通导规划方法，其特征是，所述步骤S4中，获取的中途地点至少有两个。

5.根据权利要求4所述的基于卫星通信的船舶通导规划方法，其特征是，所述步骤S4中，所述需绕行地点与第一个中途地点之间的路线航程，等于任意两个相邻中途地点之间的路线航程。

6.根据权利要求1所述的基于卫星通信的船舶通导规划方法，其特征是，所述步骤S3中，所述预设值为10千米。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的船舶通导规划方法中的步骤。

8.一种基于卫星通信的船舶通导规划系统，其特征是，包括设置在船舶上的船载终端和卫星天线，所述船载终端通过所述卫星天线通信连接卫星导航系统和遥感对地探测传感器，所述船载终端包括相互连接的处理器和如权利要求7所述的计算机可读存储介质。