[发明专利]一种船舶航迹航速整体规划方法

说明书

一种船舶航迹航速整体规划方法，其特征在于，包括如下步骤，1)利用船舶油耗监测系统，收集船舶瞬时油耗数据，包括历次航行中船位报等数据，并对原始数据进行清洗，去除错误的数据或者不准确的数据，建立船舶瞬时油耗航行大数据库；2)利用粗糙集中的属性约简理论与依赖度算法，或是聚类与决策树分析方法，从风、浪、流等影响参数中，寻找对油耗影响最重要的相关变量；3)提取船舶的瞬时油耗模型，寻找船舶油耗与风、浪、流、船速等通航环境参数之间的关系；发明提出的航迹优化方法既考虑船舶安全避障，还综合船舶主机、船舶辅机等设备的运行工况与海上航行的环境影响考虑船舶的节能等等，保证船舶最大程度地适应复杂的海况与航行环境。

技术领域

本发明涉及船舶航行控制领域，尤其涉及一种船舶航迹优化方法。

背景技术

船舶航迹规划直接影响船舶的能耗水平，船舶在海上航线，由于海上环境多变，如果按照不变的航线航行，会导致油耗过大。随着航运业务的不断发展，船东对船舶航迹规划的要求越来越严，传统的航迹规划技术只是满足船舶安全性需要。而根据船舶能耗设计最优航线具有较大的工程意义，可以使得船舶航行达到最经济的效果，在此基础上船舶航迹的动态规划有利于航运经济的发展、资源充分利用。

随着国内外航运业的快速发展，船舶营运中的能效问题越来越受到重视。在实际的船舶运输过程中，由于风速、浪等因素都与燃油消耗量之间存在着直接关系，从而影响船舶的航迹规划，但是由于船舶能效问题本身的复杂性和船东从营运效率考虑，对船舶航迹的动态调整常常被忽视。

本发明从航程最短、能耗最低和安全避障的角度对船舶全局航迹优化进行设计，提出以最大节能为目的的船舶路径规划。首先利用现有的船舶数据收集网络，基于通航环境因子建立了船舶动态油耗模型，进而在油耗模型的基础上，针对特定航行区域内波浪风力等特征，采用蚁群算法在海洋环境中为船舶规划出一条航行能耗最低和能够安全避障的航迹，是一种能根据海上环境的变化实时改变的航迹，并能在船舶航行中动态调整，相比目前的航线设计方法，具有更强的优越性。

发明内容

本发明为了克服现有船舶航迹规划中难以顾及节能因素的现状，提供了一种航行中对航迹进行动态优化的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

1)利用船舶油耗监测系统，收集船舶瞬时油耗数据，包括历次航行中船位报等数据，并对原始数据进行清洗，去除错误的数据或者不准确的数据，建立船舶瞬时油耗航行大数据库；该大数据库既包括船舶主机，船舶辅助设备和其他设备的主要油耗值，同时包括影响油耗的航行条件，船舶类型和结构，货物装载量，航行速度，船舶状态，海域风、浪、流数据等。

在数据采集中，为了保证油耗监测数据的瞬时性，采用基于zigbee的传感器器网络，针对各种监测参数的采集精度与频率的差别，在各个采集节点采集温度、压力、流量等信号汇聚给网关节点时，利用自组网的时间同步技术保证了节点时间的一致性，使瞬时油耗的监测顺利进行。

2)利用粗糙集中的属性约简理论与依赖度算法，或是聚类与决策树分析方法，从风、浪、流等影响参数中，寻找对油耗影响最重要的相关变量；

对于上述变量中相互影响效应较强的变量，进一步根据变量间的交互效应构建组合变量，包括组合水(即水深与流速的乘积)、投影风(即风速在船向上的投影分量)等，从而得出对油耗影响更大的变量参数。

3)提取船舶的瞬时油耗模型，寻找船舶油耗与风、浪、流、船速等通航环境参数之间的关系。

根据船、机、桨的匹配关系，主机转速和油耗是三次的对应关系，因此，提取船舶油耗模型时，基于三次拟合建立模型，进入引入其他通航环境因子，建立较为准确的船舶瞬时油耗模型。