[发明专利]一种无人船双目标气象航线优化方法和系统

说明书

本发明涉及一种无人船双目标气象航线优化方法和系统，该方法包括：获取初始航线，并对初始航线进行离散化处理，得到多个初始航路点，多个初始航路点包括起始点、终点以及位于起始点与终点之间的多个中间航路点；结合采集的海洋气象数据得到双目标优化函数，双目标优化函数同时满足最短时航线优化准则和最优能耗航线优化准则；对多个中间航路点中的任一中间航路点进行随机扰动求得多个新的航路点，并对多个新的航路点利用所述双目标优化函数计算得到最佳航路点；基于双目标优化函数对所述多个中间航路点进行遍历，分别得到多个与中间航路点相对应的最佳航路点，根据起始点、终点和多个最佳航路点得到最佳航线。本发明节省船舶耗能的同时缩短航时。

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种无人船双目标气象航线优 化方法和系统。

背景技术

近年来，随着船运业的快速发展，气象航线设计成为保障智能无人 船舶安全高效航行的重要研究内容，航线的安全性和经济性也是衡量船 舶航线优劣的两个指标，能耗和航行时间是影响航线经济性的两个重要 因素。

但是，现有的研究缺乏对能耗与航时的同时考量，已有研究多为实 现航线的单目标最优，仅实现航线的航时最短或能耗最低不能满足船舶 实际航行需求。另外，已有的航线规划多采用等时线法、变分法和建立 网格模型等方法设计气象航线。等时线法是一种递归算法，当气象数据 较多时，易引起存储空间的消耗和复杂度的增加，因此，该方法只能用于设计航程较短的航线，且难以利用计算机程序实现。变分法则是构建 一个航行时间的函数，采用欧拉方程进行极值求解。由于方程构建有较 多的约束条件，求解难度高，当需要二阶微分时，方程求解将产生不准 确的情况。建立网格模型求解气象航线是将船舶航线优化问题转化为网 络路径问题，计算航程较长的航线时，该方法需要读取和处理数据量较 大，导致算法运行效率较低。

可见，现有方法在航线规划过程中存在无法同时考虑能耗与航时的 双重因素进行优化的问题。

上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种无人船双目标气象 航线优化方法和系统，以解决现有方法在航线规划过程中存在无法同时 考虑能耗与航时的双重因素进行优化的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明一实施例提供一种无人船双目标气象航线优化方法，其包括：

获取初始航线，并对所述初始航线进行离散化处理，得到多个初始 航路点，所述多个初始航路点包括起始点、终点以及位于所述起始点与 所述终点之间的多个中间航路点；

结合采集的海洋气象数据得到双目标优化函数，其中所述双目标优 化函数同时满足最短时航线优化准则和最优能耗航线优化准则；

对所述多个中间航路点中的任一中间航路点进行随机扰动求得多个 新的航路点，并对所述多个新的航路点利用所述双目标优化函数计算得 到最佳航路点；

基于所述双目标优化函数对所述多个中间航路点进行遍历，分别得 到多个与所述中间航路点相对应的最佳航路点，根据所述起始点、所述 终点和所述多个最佳航路点得到最佳航线。

本发明的一个实施例中，所述获取初始航线为大圆航线，所述大圆 航线为所述起始点到所述终点之间航程最短的航线。

本发明的一个实施例中，所述海洋气象数据包括：风向角度、船体 迎风角、波高和船舶失速。

本发明的一个实施例中，所述双目标优化函数为：

s.t.0v_i≤v_max