[发明专利]一种基于AIS轨迹操纵单元拼接的船舶轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种基于AIS轨迹操纵单元拼接的船舶轨迹规划方法，本发明以既定船舶的AIS数据为基础，采用改进后滑动窗口压缩算法进行AIS轨迹操纵单元的分割，得到当前船舶可用的AIS轨迹操纵单元集合，再结合当前航次的要求，使用优化算法得到与当前状态可顺利拼接的AIS轨迹操纵单元，最后将这一AIS轨迹操纵单元转换为相应的操作流程并汇报给操纵人员，以供其根据实际情况选用。

技术领域

本发明涉及一种航海规划方法，更具体地，涉及一种基于AIS轨迹操纵单元拼接的船舶轨迹规划方法。

背景技术

长期以来对于船舶操纵决策、船舶避碰决策的制定均来自船舶驾驶员自身的经验，对于船舶的操纵决策没有一个通用合理的表达方式，以往对于船舶操纵决策的表达方式是基于操舵角度加上操舵时间，然后形成一系列的二元组连续组合来表达船舶的操作决策。而由于船舶的种类不同、操纵性能不同、人为干扰大等一系列的复杂因素，所以准确、高效的提供船舶的操纵决策是需要进行深入研究的问题。通常在进行船舶操纵决策的过程中，不仅要考虑船舶的运动要求，还应考虑船舶本身的性质，还要综合考虑船舶的多种性能指标。

传统航路规划算法采用智能优化方法、决策树等方式进行驱动寻优，通过不断迭代来最终达到优化目的。仅仅考虑了船舶位置空间的几何约束，忽略了船舶的运动特性和动力特性，一次所规划出来的轨迹并不一定是实际可行的路线。同时由于不断修正规划路径的最大曲率和最大曲率变化率等参数，会严重降低寻路效率和全局最优能力，很难结合船舶运动特性来改善规划结果。

对于直接对船舶轨迹进行规划,直接得出可供船舶驾驶人员直接使用的操纵决策的方法的研究相对较少，尚未形成体系，且未能广泛应用于航海领域。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于AIS轨迹操纵单元拼接的船舶轨迹规划方法，通过对既定船舶的AIS数据进行AIS轨迹操纵单元的分割，结合当前航次的要求，得到与当前状态顺利拼接的AIS轨迹操纵单元，最后将这一AIS轨迹操纵单元转换为相应的操作流程并汇报给操纵人员，以供其根据实际情况选用。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于AIS轨迹操纵单元拼接的船舶轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：收集待操纵船舶的既往AIS数据并进行清理，得到当前船舶的时间、MMSI、IMO号、船名、船长、船宽、船速、航迹向数据，导入到数据库内；

步骤S2：采用改进后滑动窗口压缩算法对数据库进行AIS轨迹片段的分割，得到当前船舶可用的AIS轨迹操纵单元集合，每一AIS轨迹操纵单元是七元组序列，其特征参数集为：轨迹长度、轨迹起点处船舶运动方向、轨迹终点处船舶运动方向、AIS数据的速度、轨迹起点处漂角、轨迹终点处漂角和轨迹片段时间；

步骤S3：在本次航行开始前，收集本次航行的信息，包括但不限于航行计划、水文要素信息，生成预定航线；

步骤S4：在航行过程中，按照如下步骤确定下一步的操作：

步骤S41：确定当前位置的航向、航速，判断是否偏离预定航线；

步骤S42：采用优化算法，以步骤S2中得到的当前船舶可用的AIS轨迹操纵单元集合为优化问题自变量集合，优化选择后续的AIS轨迹操纵单元；

步骤S43：根据上一步骤中确定的AIS轨迹操纵单元，寻找对应的操作动作，并汇报给操作人员，供其结合其它操作要求进行选择；

步骤S5：在船舶抵达目的地结束本次航行前，重复步骤S4的过程。

优选地，所述步骤S2中，采用改进后滑动窗口压缩算法对数据库进行AIS轨迹片段的分割，包括以下步骤：