[发明专利]船舶航行路径规划方法、系统、介质和设备

说明书

本发明公开了一种船舶航行路径规划方法、系统、介质和设备，该方法包括：建立海上物流情况模型，根据船舶航行计划、海上气候环境及路线中地形地貌的变化情况确定船舶航行区域的港口数量和船舶载重量，确定需要调度的船舶数量；对需要调度的船舶在不同港口之间的路径构造最优路径的目标函数及约束条件；建立船舶航行路径优化模型；结合船舶航行计划的历史数据，采用蚁群算法计算最优航行路径：将定义的参数初始化，将港口坐标信息转换为港口间的距离矩阵，利用蚂蚁寻访不同港口之间的路径，根据路径长度记录迭代次数和更新信息素浓度，达到最大迭代次数后输出最优路径。本发明减少海上物流所消耗的经济成本及船舶的无效行驶，实现经济效益的提升。

技术领域

本发明涉及海上物流及船舶路径优化智能化研究领域，具体涉及一种船舶航行路径规划方法、系统、介质和设备。

背景技术

随着社会和科技的发展，各国之间的海上贸易也愈加频繁，带动了航运业的蓬勃发展。海上物流的经济性及安全性成为各国当前重视的重要因素。

各国各港口的船舶调度及航海频率愈加频繁，如何降低船舶航行路径的成本成为各航运公司的关键竞争点，合理规划船舶航运任务中最佳的调度策略、最优的运输路径，可减少海上物流中所消耗的经济成本及船舶的无效行驶，实现经济效益的提升。

根据国际海事组织备案的近十年的世界海难纪录表明，发生遇难的船只中，船舶之间及船舶与固定物之间发生碰撞导致事故的占46.23％。统计其原因表明，人为操作失误导致的碰撞事故占80％。而且，有些任务或环境条件不适合有人船工作，而水面无人船更适合应对海上的恶劣及复杂环境，已成为了国内外智能装备的热门研究方向之一。无人船在布雷、排雷等军事领域，以及海洋勘探、海域测绘、水中搜救等科研民用领域，都具有广泛应用前景。对于有人船与无人船来说，合理的路径规划都是实现船舶安全航行的必不可少的关键技术。

船舶的路径规划方法现有技术采用经典方法，经典方法使用几何或代数方法求解最优路径，由于海上环境的复杂情况难以估计，使用经典方法的局限性较大，在实际应用中难以实现合理的路径规划。

因此，如何解决船舶航行最优路径规划的问题，是本领域技术人员所关注的重点问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种船舶航行路径规划方法、船舶航行路径规划装置、存储介质和计算设备，通过访问船舶航行计划历史数据库，读取所有船舶的航行路径记录数据信息，搜索最优路径，解决最优路径规划问题，在保证船舶航行安全的情况下减少海上物流中所消耗的经济成本及船舶的无效行驶，实现经济效益的提升。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种船舶航行路径规划方法，包括如下步骤：

S1：建立海上物流情况模型：根据船舶航行计划及海上气候环境及路线中地形地貌的变化情况确定船舶航行区域的港口数量和船舶载重量，确定需要调度的船舶数量；

S2：对需要调度的船舶在不同港口之间的路径构造最优路径的目标函数及约束条件，建立船舶航行路径优化模型；

S3：结合船舶航行计划的历史数据，采用蚁群算法计算船舶的最优航行路径。

作为优选的技术方案，步骤S1中所述的确定需要调度的船舶数量，具体计算公式如下所述：

设港口数量为m，第i个港口所需的货物总量为g_i，每只船舶的载重量为p，需要调度的船舶数量k表示为：

k＝[∑g_i/bp]+1

其中，b为航行路径规划的约束条件，0b1、0im且g_i＞p。

作为优选的技术方案，步骤S2中所述的对需要调度的船舶在不同港口之间建立最优路径的目标函数及约束条件，具体计算公式如下所述：