TW202014676A - 船舶導航系統及方法 - Google Patents

Abstract

船舶導航系統包含記憶體及處理器。記憶體儲存指令。處理器用以存取指令以執行下列步驟：接收目標船舶於海域中的起點與終點；接收海域中的即時環境資訊；接收海域中的複數歷史航線以及該些歷史航線對應的複數歷史環境資訊；對照歷史環境資訊與即時環境資訊，以自歷史航線中選取目標航線，目標航線係自起點周圍延伸至終點周圍；以及將起點以及終點連接至目標航線以產生目標船舶於海域中的建議航線。

Description

船舶導航系統及方法

本案涉及一種導航系統及方法，尤為一種應用於船舶的導航系統及方法。

現行的船舶導航系統多係以習知的A星(A*,A star)搜尋演算法進行船舶航線之計算，此種習知的A星搜尋演算法可尋找使船舶避開障礙物(例如，陸地或島嶼)並航行至終點的最短航線。然而，應用此種習知的A星搜尋演算法的船舶導航系統所計算出的航線可能過於接近岸邊，又或者因障礙物而使計算出的航線非適合航線。因此，有必要改善航線過於靠近岸邊以及計算出的航線非適合航線的問題。

本案的一實施例係涉及一種船舶導航系統。該船舶導航系統包含一記憶體以及一處理器。該記憶體用以儲存至少一指令。該處理器耦接於該記憶體。該處理器用以存取該至少一指令以執行下列步驟：接收一目標船舶於一海域中的一起點與一終點；接收該海域中的一即時環境資訊；接收該海域中 的複數歷史航線以及該些歷史航線對應的複數歷史環境資訊；對照該些歷史環境資訊與該即時環境資訊，以自該些歷史航線中選取一目標航線，其中該目標航線自該起點之周圍延伸至該終點之周圍；以及將該起點以及該終點連接至該目標航線以產生該目標船舶於該海域中的一建議航線。

本案的另一實施例係涉及一種船舶導航方法，由一處理器自一記憶體存取至少一指令以執行該船舶導航方法。該船舶導航方法包含下列步驟：接收一目標船舶於一海域中的一起點與一終點；接收該海域中的一即時環境資訊；接收該海域中的複數歷史航線以及該些歷史航線對應的複數歷史環境資訊；對照該些歷史環境資訊與該即時環境資訊，以自該些歷史航線中選取一目標航線，其中該目標航線自該起點之周圍延伸至該終點之周圍；以及將該起點以及該終點連接至該目標航線以產生該目標船舶於該海域中的一建議航線。

在一實施例中，該處理器更存取該至少一指令以執行下列步驟：獲取該海域中複數周圍船舶的一即時位置以及一航向；依據該些周圍船舶的該即時位置以及該航向預測該些周圍船舶是否阻擋該建議航線；以及若預測該些周圍船舶阻擋該建議航線，修正該建議航線至一修正航線。

在一實施例中，該處理器依據該些周圍船舶的該即時位置以及該航向預測該些周圍船舶是否阻擋該建議航線更包含：分別自該些周圍船舶的該即時位置延伸一安全距離並依據該些周圍船舶的該航向規劃複數障礙物區域；依據物件追蹤技術預測該建議航線是否交會於該些障礙物區域；以及若該 建議航線交會於該些障礙物區域，判斷該些周圍船舶阻擋該最佳航線。

在一實施例中，該處理器對照該些歷史環境資訊與該即時環境資訊以自該些歷史航線中選取該目標航線更包含：計算該些歷史航線中的每一者的該歷史環境資訊與該即時環境資訊之間的一差異程度，並依據該些歷史航線中的每一者對應的該差異程度自該些歷史航線中選取至少一第一候選航線；以及於該至少一第一候選航線中選取該目標航線。

在一實施例中，該處理器計算該差異程度並選取該至少一第一候選航線更包含：於該些歷史航線中選取一第一航線；選取該第一航線對應的該歷史環境資訊的一歷史參數集，且於該即時環境資訊中選取對應該歷史參數集的一即時參數集；計算該第一航線對應的該歷史參數集與該即時參數集之間的一差值；判斷該第一航線對應的該差值是否超過一預定閾值；若該第一航線對應的該差值超過該預定閥值，於該些歷史航線中刪除該第一航線；以及若該第一航線對應的該差值不超過該預定閥值，選取該第一航線作為該至少一第一候選航線。。

在一實施例中，該處理器於該至少一第一候選航線中選取該目標航線更包含：計算該至少一第一候選航線的一航點數量；判斷該航點數量最少的該至少一第一候選航線的一數量是否超過一個；以及若該數量不超過一個，選取該航點數量最少的該第一候選航線為該目標航線。

在一實施例中，若該航點數量最少的該至少一第一候選航線的該數量超過一個，該處理器更存取該至少一指令 以：選取該航點數量最少的該至少一第一候選航線作為複數第二候選航線；於該海域中規劃一選取框，其中該選取框的兩端點係為該目標船舶的該起點以及該終點；標定該些第二候選航線中的每一者與該選取框的一第一交點以及一第二交點；計算該些第二候選航線中的每一者對應的該第一交點與該起點的一第一距離以及對應的該第二交點與該終點的一第二距離；計算該些第二候選航線中的每一者對應的該第一距離以及該第二距離的一總和；以及於該些第二候選航線中選取一第二航線為該目標航線，其中該第二航線對應的該總和於該些第二候選航線中最小。

在一實施例中，其中該歷史參數集包含一風向、一風速、一流向或一流速中之至少一者，且該即時參數集包含該風向、該風速、該流向或該流速中之至少一者。

在一實施例中，該處理器輸出該目標船舶於該海域中的該建議航線更包含：連接該起點至該目標航線的該第一交點的一導入航線；連接該終點至該目標航線的該第二交點的一導出航線；以及沿該導入航線、該第二歷史航線以及該導出航線進行曲線擬合以產生該建議航線。

因此，根據本案之技術內容，本案實施例藉由提供一種船舶導航系統以及船舶導航方法，可依據海域中的歷史環境狀況與一目標船舶的一即時環境資訊篩選一歷史航線，接著將目標船舶的一起點導入篩選出的歷史航線，最後再將篩選出的歷史航線導出至終點以藉此產生目標船舶於海域中的一建議航線。藉此，本案的船舶導航系統以及船舶導航方法參考 了較佳的歷史航線來決定目標船舶於海域中適合的建議航線且此建議航線不會過於靠近岸邊，進而可提升船舶導航之效率。

100‧‧‧船舶導航系統

120‧‧‧記憶體

140‧‧‧處理器

160‧‧‧互動介面

200‧‧‧船舶導航方法

S210~S260‧‧‧步驟流程

OCE‧‧‧海域

IS‧‧‧島嶼

SP‧‧‧起點

TP‧‧‧終點

S1~S6‧‧‧船舶

SF‧‧‧選取框

TAR‧‧‧目標區域

P1、P2、P3、P4‧‧‧歷史航線

CP1、CP2、CP3‧‧‧歷史航線

X1~X4‧‧‧交點

INL‧‧‧導入航線

OUL‧‧‧導出航線

RRL‧‧‧初步建議航線

FRL‧‧‧最終建議航線

MRL‧‧‧修正建議航線

第1圖為基於本案一實施例所繪示的船舶導航系統的示意圖；第2圖為基於本案一實施例所繪示的船舶導航方法的示意圖；第3圖為基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖；第4圖為基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖；第5圖為基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖；第6圖為基於本案一實施例所繪示的航線比較的示意圖；第7圖為基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖；第8圖為基於本案一實施例所繪示的航線比較的示意圖；第9圖為基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖；第10圖為基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖；第11圖為基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖；第12圖為基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖；第13圖為基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖；以及第14圖為基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖。

以下將以圖式及詳細敘述清楚說明本案之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本案之實施例後，當可由本案所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本案之精神與範圍。

本文之用語只為描述特定實施例，而無意為本案之限制。單數形式如“一”、“這”、“此”、“本”以及“該”，如本文所用，同樣也包含複數形式。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、...等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本案，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。

關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件或裝置相互直接作實體接觸，或是相互間接作實體接觸，亦可指二或多個元件或裝置相互操作或動作。

關於本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限於。

關於本文中所使用之『及/或』，係包括所述事物的任一或全部組合。

關於本文中所使用之方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本案。

關於本文中所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在本案之內容中 與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本案之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本案之描述上額外的引導。

第1圖為基於本案一實施例所繪示的船舶導航系統的示意圖。如第1圖所示，在本實施例中，船舶導航系統100至少包含記憶體120以及處理器140，此記憶體120與處理器140通訊耦接或電性耦接。在一些實施例中，處理器140可包含但不限於單一處理單元或複數微處理器的集成，此單一處理單元或微處理器的集成可電性耦接於記憶體120，其中記憶體120可為內部或外部記憶體，包含揮發性或非揮發性的記憶體。在本實施例中，處理器140可自記憶體120存取至少一指令並執行該至少一指令，以進一步地實施由該至少一指令所界定的應用程序。為了方便理解，該至少一指令所界定的程序將於後面段落中詳述。於一些實施例中，處理器140可由特殊應用積體電路實現。上述關於處理器140之實施方式用於示例，且各種可實施處理器140的電路或模組等硬體元件皆為本案所涵蓋之範圍。

在一些實施例中，記憶體120除了儲存該至少一指令之外，更可儲存(或暫存)處理器140執行應用程序所需之資料，以及儲存(或暫存)處理器140執行應用程序後產生之資料。

如第1圖所示，在一些實施例中，船舶導航系統100可包含互動介面160，此互動介面160與處理器140通訊耦接或電性耦接。在一些實施例中，此互動介面160可具有輸入 介面(圖中未示)，例如：鍵盤、麥克風、滑鼠、觸控式顯示器等，以供使用者輸入資訊。此互動介面160可將對應使用者於輸入介面輸入之資訊轉為電訊號，並將此電訊號傳輸至處理器140進行處理。在一些實施例中，此互動介面160可具有輸出介面(圖中未示)，例如：顯示器、揚聲器、印表機等，以輸入資訊予使用者。此互動介面160可接收由處理器140傳來之電訊號，並將此電訊號對應之資訊藉由輸出介面以影像、聲音、文字或實體表單等方式呈現。

在一些實施例中，船舶導航系統100係設置於一船舶上，該船舶可為戰艦、郵輪、渡輪等大型船艦，或為漁船、快艇等小型船艦，亦可為無人觀測船、無人巡邏艇等無人船艦。在一些實施例中，船舶導航系統100非設置於該船舶上，而係通訊耦接於該船舶上的電子裝置，船舶導航系統100可與該船舶上的電子裝置進行單向或雙向的資訊交換。藉此，在該些實施例中，船舶導航系統100可用計算該船舶於某一海域中適合的建議航線，進而於該海域中為該船舶導航。

第2圖為基於本案一實施例所繪示的船舶導航方法的示意圖。在本實施例中，船舶導航方法200可由第1圖之實施例所示的船舶導航系統100執行，故可一併參照第1圖。詳細而言，在第1圖之實施例中，記憶體120中儲存有該至少一指令，第2圖所示的船舶導航方法200即關聯於該至少一指令。處理器140可自記憶體120存取並執行該至少一指令，藉以實施由該至少一指令所界定的應用程序，該應用程序即對應於此船舶導航方法200，用以計算一目標船舶於一海域中適合 的建議航線。在本實施例中，船舶導航方法200的詳細步驟將於下列段落中說明。

步驟S210：接收一目標船舶於一海域中的一起點與一終點。

在一些實施例中，船舶導航系統100具有互動介面160。處理器140可自記憶體120存取該海域的一地圖資訊，並將該海域的地圖資訊傳送至互動介面160，互動介面160可藉由輸出介面顯示該海域的地圖資訊。為了更佳地理解，請一併參照第3圖，其係為基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖。如第3圖所示，互動介面160可視覺化地顯示一海域OCE中的陸地、水域以及島嶼等等的位置。

在一些實施例中，使用者可藉由互動介面160的輸入介面(例如，觸控式顯示器)選擇該目標船舶於海域OCE中的一起點SP以及一終點TP。如第3圖所示，起點SP位於海域OCE的左上側，終點TP位於海域OCE的中下側且鄰近於陸地邊的一港口。於該海域OCE中，有一島嶼IS位於該目標船舶的起點SP與終點TP之間。

在一些實施例中，使用者可藉由互動介面160的輸入介面(例如，鍵盤)輸入該目標船舶於海域OCE中的起點SP以及終點TP。例如，使用者可直接輸入起點SP以及終點TP的經度值以及緯度值，互動介面160的輸出介面可於海域OCE中顯示對應的起點SP以及終點TP的位置。

在一些實施例中，記憶體120中已預先儲存該目標船舶於海域OCE中的起點SP以及終點TP，處理器140可 自記憶體120中直接存取該目標船舶於海域OCE中的起點SP以及終點TP。處理器140可將海域OCE的地圖資訊、該目標船舶於海域OCE中的起點SP和終點TP傳送至互動介面160，互動介面160可藉由輸出介面顯示海域OCE的地圖資訊、該目標船舶於海域OCE中的起點SP和終點TP。

步驟S220：接收該海域中的一即時環境資訊。

在一些實施例中，船舶導航系統100可與一氣象伺服器(圖中未示)通訊耦接。藉此，船舶導航系統100中的處理器140可自此氣象伺服器獲取該海域OCE中的即時環境資訊。應理解，該海域OCE中的即時環境資訊包含可能影響船舶航行的複數環境參數，例如：海域OCE中各位置的風向、風速、洋流流向以及流速等等。

步驟S230：接收該海域中的複數歷史航線以及該些歷史航線對應的複數歷史環境資訊。

在一些實施例中，船舶導航系統100可與一船舶管制伺服器(圖中未示)通訊耦接。此船舶交通管制伺服器與該海域OCE中的複數船舶上所設置的自動識別系統(Automatic Identification System，AIS)通訊耦接，藉以蒐集該海域OCE中目標船舶周圍的多個船舶的相關資訊，此相關資訊可包含目標船舶周圍的各船舶的識別碼、船名、位置、航向、船速、船長等等。藉此，船舶導航系統100中的處理器140可自此船舶管制伺服器獲取該海域OCE中其他船舶的相關資訊。有關船舶導航系統100從自動識別系統(AIS)獲得多個船舶的相關資訊的實施方式為所屬領域具有通常知識所悉知，故在此不再贅 述。

承前所述，船舶交通管制伺服器可與該海域OCE中的複數船舶上所設置的自動識別系統通訊耦接，藉以蒐集該海域OCE中的該些船舶的相關資訊，包含各船舶位置、航向、船速等等。經過一段時間的積累後，此船舶交通管制伺服器可獲取該些船舶各自的航線，其即為該海域OCE中各船舶的歷史航線。

類似地，氣象伺服器可獲取該海域OCE中的即時環境資訊，包含該海域OCE中各位置的風向、風速、洋流流向以及流速等等。經過一段時間的積累後，氣象伺服器可獲取該海域OCE中長時間的環境資訊，其即為該海域OCE中的歷史環境資訊。

在一些實施例中，船舶導航系統100可與船舶管制伺服器以及氣象伺服器通訊耦接，藉以獲取該海域OCE中各船舶的歷史航線以及該海域中的歷史環境資訊。在一些實施例中，船舶導航系統100中的處理器140可將對應該些資訊的電訊號傳輸至互動介面160，互動介面160可藉由輸出介面顯示該些資訊，例如，互動介面160可於該海域OCE的該地圖資訊中顯示各船舶的歷史航線以及歷史環境資訊。為了更佳地理解，請一併參照第4圖，其係基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖。在一些實施例中，互動介面160顯示各船舶的歷史航線以及歷史環境資訊於海域OCE的地圖資訊中。如第4圖所示，互動介面160所顯示的地圖資訊包含該海域OCE中的複數歷史航線。在一些實施例中，使用者可藉由互動介 面160的輸入介面選取該些歷史航線，互動介面160可進一步地顯示對應各歷史航線的資訊框，以提供各歷史航線的詳細資訊。

步驟S240：對照該些歷史環境資訊與該即時環境資訊，以自該些歷史航線中選取一目標航線，其中該目標航線自該起點之周圍延伸至該終點之周圍。

在一些實施例中，船舶導航系統100中的處理器140可選取自該目標船舶的起點SP周圍延伸至終點TP周圍的歷史航線。為了更佳地理解，請一併參照第5圖，其係基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖。例如，如第5圖所示，處理器140可將目標船舶的起點SP以及終點TP各自作為端點，於海域OCE中規劃一選取框SF，並顯示於互動介面160中的地圖資訊上。在一些實施例中，處理器140可於所有歷史航線中選取通過此選取框SF的歷史航線，再進一步選取自目標船舶的起點SP周圍延伸至終點TP周圍(即為由選取框SF的左上方延伸至左下方)的歷史航線。

承前所述，在一些實施例中，船舶導航系統100可與船舶管制伺服器以及氣象伺服器通訊耦接，藉以獲取該海域OCE中的即時環境資訊以及歷史環境資訊。應理解，由於船舶導航系統100中的處理器140係用以於即時環境下為該目標船舶規劃航線，處理器140可於歷史環境資訊中選擇較符合即時環境之狀況，以進一步地選擇較符合的歷史航線。為了更佳地理解，請一併參照第6圖，其係基於本案一實施例所繪示的航線比較的示意圖。在一些實施例中，互動介面160顯示該 海域OCE中的一目標區域TAR當中的歷史航線P1以及歷史航線P2。如第6圖所示，歷史航線P1係為一船舶於該目標區域TAR中無風時的歷史航線，歷史航線P2係一船舶於該目標區域TAR中有某程度之東北風時的歷史航線。如第6圖所示，歷史航線P2受東北風影響故具有某程度的偏向。應理解，該海域OCE中的各種環境均可能影響船舶航線，此處僅係以風向為例。

在一些實施例中，當處理器140依據選取自該目標船舶的起點SP周圍延伸至終點TP周圍的歷史航線後(如第4圖之實施例所示)，處理器140可再對這些歷史航線進行篩選。在一些實施例中，船舶導航系統100中的處理器140可於該些歷史環境資訊與該即時環境資訊中選取相互對應的參數集，以比對兩者的相同(或相異)程度。承前所述，在一些實施例中，環境資訊包含該海域OCE中各位置的風向、風速、洋流流向以及流速等環境參數。處理器140可於即時環境資訊中選取即時參數集，並列出選取之歷史航線所對應的歷史參數集以進行比對。例如，處理器140可於即時環境中選取風向參數作為即時參數集，並列出歷史航線對應的歷史環境資訊中的風向參數作為歷史參數集，進而執行比對計算。

在一些實施例中，處理器140可分別計算所選取的即時參數集以及歷史參數集的差異程度。例如，若以360度之圓心角劃分該海域OCE中的風向，處理器140可分別計算每一筆歷史環境資訊所對應的風向角度與即時環境資訊中的風向角度之差值。在一些實施例中，若處理器140選取的參數集 當中包含複數環境參數，其可分別計算所選取的各環境參數於歷史環境資訊以及即時環境資訊中的差值。

在一些實施例中，處理器140可判斷所選取的該至少一參數的差值是否超過一預定閾值，若某歷史環境資訊對應的差值超過該預定閾值，處理器140可刪除對應的歷史航線。其中，該預定閾值可由使用者設定或由處理器140依歷史環境資訊之統計值設定。例如，若對應於風向參數的標準差為2.5度，處理器140可判斷計算每一筆歷史環境資訊所對應的風向角度與即時環境資訊中的風向角度之差值是否超過2.5度，若某一筆歷史環境資訊所對應的差值超過2.5度，處理器140可判斷此筆歷史環境資訊不符合即時的風向參數，處理器140可於該海域OCE的歷史航線當中刪除風向角度與此筆歷史環境資訊相同的複數歷史航線。藉此，處理器140可於歷史航線中進行初步篩選，以產生至少一第一候選航線。應理解，此至少一候選航線中的歷史航線所對應的環境參數較符合該海域OCE中的即時環境參數。

為了更佳地理解，請一併參照第7圖，其係基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖。承前所述，在第5圖之實施例中，處理器140可依據目標船舶的起點SP以及終點TP於該海域中選取若干歷史航線。應理解，第7圖所繪示的係為經處理器140以即時環境資訊篩選後剩餘的該至少一第一候選航線，其顯示於互動介面160中的地圖資訊上。如第7圖所示，該至少一第一候選航線當中包含三歷史航線，分別為歷史航線CP1、CP2、CP3。

應理解，在先前技術中，有一些船舶導航系統係以A星(A*,A star)搜尋演算法進行船舶航線之計算。一般而言，依據A星搜尋演算法，船舶導航系統在計算航線時，將逐步搜尋海域OCE中的可航行位置(可為該海域OCE中的各經緯度點)，以依序產生複數個航點(Waypoint)，船舶導航系統最終所計算出的航線係由該些航點連接而成。應理解，在一些先前技術中，船舶導航系統可嘗試減少航點之數量，以對各航線進行優化。

為了更佳地理解，請一併參照第8圖，其係基於本案一實施例所繪示的航線比較的示意圖。如第8圖所示，互動介面160於地圖資訊中顯示的歷史航線P3以及歷史航線P4皆係該海域OCE中的歷史航線。然而，除起點SP以及終點TP外，歷史航線P3具有五個航點，歷史航線P4則具有二個航點。顯然地，歷史航線P4之航點數量少於歷史航線P3之航點數量。於一些實施例中，歷史航線P3與歷史航線P4可由前述的A星搜尋演算法或後述的特定搜尋演算法產生，但本案並不以此為限。

在一些實施例中，船舶導航系統100的處理器140可再依據航點數量篩選該至少一第一候選航線。為了更佳地理解，請一併參照第9圖，其係基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖。例如，在一些實施例中，處理器140可於該至少一第一候選航線中選擇航點數量最少的歷史航線，以作為至少一第二候選航線，並顯示於互動介面160中的地圖資訊上。應理解，在一些實施例中，若該至少一第一候選航線 當中航點數量最少的歷史航線不超過一個，處理器140可將航點數量最少的歷史航線選為該至少一第二候選航線。在一些實施例中，若該至少一第一候選航線當中航點數量最少的歷史航線超過一個，處理器140可將該些航點數量同為最少的歷史航線皆選為該至少一第二候選航線。

如第7圖之實施例所示，假設在該至少一第一候選航線集當中，歷史航線CP3的航點數量最多，歷史航線CP1以及歷史航線CP2的航點數量相同，故經處理器140篩選後，該至少一第二候選航線當中僅包含歷史航線CP1以及歷史航線CP2，如第9圖所示。

在一些實施例中，船舶導航系統100的處理器140可再依據相對距離篩選該至少一第二候選航線。為了更佳地理解，請一併參照第10圖，其係基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖。例如，在一些實施例中，處理器140可於該至少一第二候選航線當中選擇距離該目標船舶的起點SP以及終點TP較近的歷史航線，以作為目標航線，並顯示於互動介面160中的地圖資訊上。如第10圖所示，歷史航線CP1與選取框SF具有二交點，其中一交點X1鄰近該目標船舶的起點SP，另一交點X2鄰近該目標船舶的終點TP。

類似地，歷史航線CP2與選取框SF亦具有二交點，其中一交點X3鄰近該目標船舶的起點SP，另一交點X4鄰近該目標船舶的終點TP。處理器140可加總該目標船舶的起點SP與交點X1的距離以及該目標船舶的終點TP與交點X2的距離，其即為歷史航線CP1與該目標船舶的起點SP及終點TP 之相對距離。類似地，處理器140可加總該目標船舶的起點SP與交點X3的距離以及該目標船舶的終點TP與交點X4的距離，其即為歷史航線CP2與該目標船舶的起點SP及終點TP之相對距離。處理器140可依據此二相對距離選擇距離該目標船舶的起點SP以及終點TP較近的歷史航線CP2作為目標航線。

步驟S250：將該起點以及該終點連接至該目標航線以產生該目標船舶於該海域中的一建議航線。

在一些實施例中，處理器140於該至少一第二候選航線當中選擇目標航線後，處理器140可連接該目標船舶的起點SP以及終點TP至該目標航線，以輸出該目標船舶於該海域OCE中的建議航線。例如，在一些實施例中，處理器140可依據一特定搜尋演算法計算航線，以將該目標船舶自起點SP導入至目標航線並自目標航線導出至終點TP。在一些實施例中，此特定搜尋演算法可視為一改良後的A星搜尋演算法。

在一些實施例中，若將該海域OCE中的各經緯度點作為該海域OCE中的座標點，特定搜尋演算法可依據一成本函式計算該海域OCE中各座標點的成本，進而依據最低成本以確認複數航點，再依據複數航點導出航線。此成本函式如下所示。

f(n)=g(n)+h(n)+w(n)

在上述成本函式中，g(n)為該海域OCE中任意的一座標點至該目標船舶的起點SP的實際距離，其值為該座標點之父節點至該目標船舶的起點SP的實際距離加上該座 標點與其父節點的歐幾里何距離(Euclidean Distance)。h(n)為該座標點至該目標船舶的終點TP的估算距離，其值為該座標點距離該目標船舶之終點TP的曼哈頓距離(Manhattan Distance)。w(n)為該座標點對應目標歷史航線(在上述實施例中，即歷史航線CP2)的權重值，其值為該座標點與目標歷史航線的最短距離。應理解，在特定搜尋演算法中，成本函式中的w(n)可在搜尋過程中逐步接近目標歷史航線。

為了更佳地理解，請一併參照第11圖，其係基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖。例如，如第11圖所示，在一些實施例中，處理器140選擇歷史航線CP2作為目標歷史航線，進一步地，處理器140可依據上述特定搜尋演算法計算該目標船舶的導入航線INL以及導出航線OUL，並顯示於互動介面160中的地圖資訊上。其中，導入航線INL係自該目標船舶的起點SP延伸至歷史航線CP2，導出航線OUL係自歷史航線CP2延伸至該目標船舶的終點TP。

在一些實施例中，當處理器140可再進行曲線擬合程序以產生建議航線。例如，在一些實施例中，當處理器140獲取該目標船舶的導入航線INL以及導出航線OUL後，處理器140可連接導入航線INL與歷史航線CP2，並連接歷史航線CP2與導出航線OUL，並於歷史航線CP2上刪除導入點之前以及導出點之後的航線。藉此，處理器140可產生初步建議航線RRL。進一步地，處理器140可對初步建議航線RRL上的各航點執行曲線擬合程序。為了更佳地理解，請一併參照第 12圖，其係基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖。如第12圖所示，處理器140可對初步建議航線RRL上的各航點執行曲線擬合程序，以平滑化初步建議航線RRL的各轉折處，進而產生最終建議航線FRL，並顯示於互動介面160中的地圖資訊上。在一些實施例中，曲線擬合程序可為一種基於最小平方法之演算法。

步驟S260：接收該海域中複數周圍船舶的一即時位置以及一航向，並依據該些周圍船舶的該即時位置以及該航向預測該些周圍船舶是否阻擋該建議航線，若預測該些周圍船舶阻擋該建議航線，修正該建議航線至一修正航線。

承前所述，在一些實施例中，船舶導航系統100可與船舶管制伺服器，藉以獲取該海域OCE中其他船舶的相關資訊。在一些實施例中，當船舶導航系統100的處理器140獲取該海域OCE中的即時環境資訊或其他船舶的相關資訊後，處理器140可將對應該些資訊的電訊號傳輸至互動介面160，互動介面160可藉由輸出介面顯示該些資訊，例如，互動介面160可顯示該些資訊於該海域OCE的該地圖資訊中。為了更佳地理解，請一併參照第13圖，其係基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖。在一些實施例中，互動介面160顯示該些資訊於海域OCE的地圖資訊中。如第13圖所示，在海域OCE中，目標船舶周圍有六艘船舶航行於海域OCE中，分別標記為船舶S1~S6。

在一些實施例中，使用者可藉由互動介面160的輸入介面選取海域OCE的地圖資訊中的船舶S1~S6，互動 介面160可進一步地顯示對應於船舶S1~S6的資訊框，藉以提供船舶S1~S6的相關資訊。在一些實施例中，使用者可藉由互動介面160的輸入介面選取海域OCE的地圖資訊中的各座標點(即各經緯度點)，互動介面160可進一步地顯示對應各座標點的資訊框，以提供各座標點的即時環境資訊。

在一些實施例中，船舶導航系統100可與船舶管制伺服器通訊，藉以獲取該海域OCE中其他船舶的相關資訊，尤為其他船舶的即時位置、航向、船速等等。例如，在一些實施例中，船舶導航系統100中的處理器140可依據其他船舶的位置、航向以及船速預測周圍船舶是否可能阻擋(Block)最終建議航線FRL。在一些實施例中，處理器140可分別自其餘船舶的位置延伸一安全距離(例如，該船舶的船身長度)作為障礙物範圍。處理器140並依據該些船舶的航向以及船速延伸該障礙物範圍，以於該海域OCE中規劃對應該些船舶的障礙物區域。

在一實施例中，處理器140於該海域OCE中規劃對應該些船舶的障礙物區域後，處理器140可依據物件追蹤技術預測建議航線是否可能交會於該些障礙物區域。物件追蹤技術例如為卡爾曼濾波器(Kalman Filter)、粒子濾波器(Particle filter)、基於核化的結構化輸出(Struck)算法等。若建議航線交會該些障礙物區域，代表建議航線可能與該些船舶發生碰撞意外，處理器140可修正建議航線以避免碰撞意外。為了更佳地理解，請一併參照第14圖，其係基於本案一實施例所繪示的導航程序的示意圖。例如，如第14圖所示，在一些實施例 中，處理器140預測該海域中有另一船舶可能阻擋該目標船舶的最終建議航線FRL，處理器140可修正最終建議航線FRL以繞行該另一船舶，進而避免碰撞意外。如第14圖所示，修正後的航線係為修正建議航線MRL，處理器140並將其顯示於互動介面160中的地圖資訊上。

在一些實施例中，當船舶導航系統100的處理器140依據船舶導航方法200獲取修正建議航線MRL後，處理器140可依據修正建議航線MRL導航該目標船舶，使該目標船舶可於該海域OCE中以修正建議航線MRL航行。應理解，本案所揭露的船舶導航方法200係為一種動態的導航方法，於該目標船舶以修正建議航線MRL航行之過程中，處理器140可依據特定時間間隔反覆執行上述船舶導航方法200，以因應該海域OCE中的環境資訊以及其他船舶航向的變化。

此外，應理解，在本案第3圖至第14圖之實施例中，船舶導航方法200的各步驟對應的畫面可被顯示於互動介面160的地圖資訊中，然而，該些實施例僅係用以解釋而非限定本案。應理解，在一些實施例中，處理器140可於作業系統中執行上述船舶導航方法200，而不需顯示於互動介面160中的地圖資訊。

依據上述實施例，本案提供一種船舶導航系統以及船舶導航方法，可依據海域中的歷史環境狀況篩選歷史航線，再自起點將目標船舶的導入篩選出的歷史航線並導出至終點。應理解，本案的船舶導航系統以及方法可動態地參考較佳 的歷史航線以及其他船舶的航行狀況，不僅可提升船舶導航之效率，亦可避免船舶的碰撞意外。

雖然本案以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧船舶導航系統

120‧‧‧記憶體

140‧‧‧處理器

160‧‧‧互動介面

Claims (18)

1. 一種船舶導航系統，包含：一記憶體，儲存至少一指令；以及一處理器，耦接於該記憶體，用以存取該至少一指令以：接收一目標船舶於一海域中的一起點與一終點；接收該海域中的一即時環境資訊、複數歷史航線以及該些歷史航線對應的複數歷史環境資訊；對照該些歷史環境資訊與該即時環境資訊，以自該些歷史航線中選取一目標航線，其中該目標航線自該起點之周圍延伸至該終點之周圍；以及將該起點以及該終點連接至該目標航線以產生該目標船舶於該海域中的一建議航線。
2. 如請求項1所述之船舶導航系統，其中該處理器更存取該至少一指令以：接收該海域中複數周圍船舶的一即時位置以及一航向；依據該些周圍船舶的該即時位置以及該航向預測該些周圍船舶是否阻擋該建議航線；以及若預測該些周圍船舶阻擋該最佳航線，修正該建議航線至一修正航線。
3. 如請求項2所述之船舶導航系統，其中該處理器依據該些周圍船舶的該即時位置以及該航向預測該些周圍船舶是否阻擋該建議航線產生更包含：分別自該些周圍船舶的該即時位置延伸一安全距離並依 據該些周圍船舶的該航向規劃複數障礙物區域；依據物件追蹤技術預測該建議航線是否交會於該些障礙物區域；以及若該建議航線交會於該些障礙物區域，判斷該些周圍船舶阻擋該最佳航線。
4. 如請求項1所述之船舶導航系統，其中該處理器對照該些歷史環境資訊與該即時環境資訊以自該些歷史航線中選取該目標航線更包含：計算該些歷史航線中的每一者的該歷史環境資訊與該即時環境資訊之間的一差異程度，並依據該些歷史航線中的每一者對應的該差異程度自該些歷史航線中選取至少一第一候選航線；以及於該至少一第一候選航線中選取該目標航線。
5. 如請求項4所述之船舶導航系統，其中該處理器計算該差異程度並選取該至少一第一候選航線更包含：於該些歷史航線中選取一第一航線；選取該第一航線對應的該歷史環境資訊的一歷史參數集，且於該即時環境資訊中選取對應該歷史參數集的一即時參數集；計算該第一航線對應的該歷史參數集與該即時參數集之間的一差值；判斷該第一航線對應的該差值是否超過一預定閾值；若該第一航線對應的該差值超過該預定閥值，於該些歷 史航線中刪除該第一航線；以及若該第一航線對應的該差值不超過該預定閥值，選取該第一航線作為該至少一第一候選航線。
6. 如請求項4所述之船舶導航系統，其中該處理器於該至少一第一候選航線中選取該目標航線更包含：計算該至少一第一候選航線的一航點數量；判斷該航點數量最少的該至少一第一候選航線的一數量是否超過一個；以及若該數量不超過一個，選取該航點數量最少的該第一候選航線為該目標航線。
7. 如請求項6所述之船舶導航系統，其中，若該數量超過一個，該處理器更存取該至少一指令以：選取該航點數量最少的該至少一第一候選航線作為複數第二候選航線；於該海域中規劃一選取框，其中該選取框的兩端點係為該目標船舶的該起點以及該終點；標定該些第二候選航線中的每一者與該選取框的一第一交點以及一第二交點；計算該些第二候選航線中的每一者對應的該第一交點與該起點的一第一距離以及對應的該第二交點與該終點的一第二距離；計算該些第二候選航線中的每一者對應的該第一距離以及該第二距離的一總和；以及 於該些第二候選航線中選取一第二航線為該目標航線，其中該第二航線對應的該總和於該些第二候選航線中最小。
8. 如請求項4所述之船舶導航系統，其中該歷史參數集包含一風向、一風速、一流向或一流速中之至少一者，且該即時參數集包含該風向、該風速、該流向或該流速中之至少一者。
9. 如請求項1所述之船舶導航系統，其中該處理器輸出該目標船舶於該海域中的該建議航線更包含：連接該起點至該目標航線的一導入航線；連接該終點至該目標航線的一導出航線；以及沿該導入航線、該目標航線以及該導出航線進行曲線擬合以產生該建議航線。
10. 一種船舶導航方法，由一處理器自一記憶體存取至少一指令以執行，其中該船舶導航方法包含：接收一目標船舶於一海域中的一起點與一終點；接收該海域中的一即時環境資訊；接收該海域中的複數歷史航線以及該些歷史航線對應的複數歷史環境資訊；對照該些歷史環境資訊與該即時環境資訊，以自該些歷史航線中選取一目標航線，其中該目標航線為自該起點之周圍延伸至該終點之周圍；以及將該起點以及該終點連接至該目標航線以產生該目標船 舶於該海域中的一建議航線。
11. 如請求項10所述之船舶導航方法，更包含：獲取該海域中複數周圍船舶的一即時位置以及一航向；依據該些周圍船舶的該即時位置以及該航向預測該些周圍船舶是否阻擋該建議航線；以及若預測該些周圍船舶阻擋該建議航線，修正該建議航線至一修正航線。
12. 如請求項11所述之船舶導航方法，其中該處理器依據該些周圍船舶的該即時位置以及該航向預測該些周圍船舶是否阻擋該建議航線更包含：分別自該些周圍船舶的該即時位置延伸一安全距離並依據該些周圍船舶的該航向規劃複數障礙物區域；依據物件追蹤技術預測該建議航線是否交會於該些障礙物區域；以及若該建議航線交會於該些障礙物區域，判斷該些周圍船舶阻擋該最佳航線。
13. 如請求項10所述之船舶導航方法，其中該處理器對照該些歷史環境資訊與該即時環境資訊以自該些歷史航線中選取該目標航線更包含：計算該些歷史航線中的每一者的該歷史環境資訊與該即時環境資訊之間的一差異程度，並依據該些歷史航線中的每一者對應的該差異程度自該些歷史航線中選取至少一第一候 選航線；以及於該至少一第一候選航線中選取該目標航線。
14. 如請求項13所述之船舶導航方法，其中該處理器計算該差異程度並選取該至少一第一候選航線更包含：於該些歷史航線中選取一第一航線；選取該第一航線對應的該歷史環境資訊的一歷史參數集，且於該即時環境資訊中選取對應該歷史參數集的一即時參數集；計算該第一航線對應的該歷史參數集與該即時參數集之間的一差值；判斷該第一航線對應的該差值是否超過一預定閾值；若該第一航線對應的該差值超過該預定閥值，於該些歷史航線中刪除該第一航線；以及若該第一航線對應的該差值不超過該預定閥值，選取該第一航線作為該至少一第一候選航線。
15. 如請求項13所述之船舶導航方法，其中該處理器於該至少一第一候選航線中選取該目標航線更包含：計算該至少一第一候選航線的一航點數量；判斷該航點數量最少的該至少一第一候選航線的一數量是否超過一個；以及若該數量不超過一個，選取該航點數量最少的該第一候選航線為該目標航線。
16. 如請求項15所述之船舶導航方法，其中，若該數量超過一個，該處理器更：選取該航點數量最少的該至少一第一候選航線作為複數第二候選航線；於該海域中規劃一選取框，該選取框的兩端點係為該目標船舶的該起點以及該終點；標定該些第二候選航線中的每一者與該選取框的一第一交點以及一第二交點；計算該些第二候選航線中的每一者對應的該第一交點與該起點的一第一距離以及對應的該第二交點與該終點的一第二距離；計算該些第二候選航線中的每一者對應的該第一距離以及該第二距離的一總和；以及於該些第二候選航線中選取一第二航線為該目標航線，其中該第二航線對應的該總和於該些第二候選航線中最小。
17. 如請求項13所述之船舶導航方法，其中該歷史參數集包含一風向、一風速、一流向或一流速中之至少一者，且該即時參數集包含該風向、該風速、該流向或該流速中之至少一者。
18. 如請求項10所述之船舶導航方法，其中該處理器輸出該目標船舶於該海域中的該建議航線更包含：連接該起點至該目標航線的一導入航線；連接該終點至該目標航線的一導出航線；以及 沿該導入航線、該目標航線以及該導出航線進行曲線擬合以產生該建議航線。

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