[发明专利]一种考虑气旋运动与海流流向的船舶航迹优化算法

权利要求书

1.一种考虑气旋运动与海流流向的船舶航迹优化算法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.判断航行海域内是否有气旋产生并对航行产生影响；

S2.若不存在气旋或气旋没有对对航行产生影响，则只需要判断船舶航向角与海流流向角偏差是否小于阈值，若船舶航向角与海流流向角偏差小于阈值，按预定航线、速度航行，船舶从起点到终点所用时间为t₀；

S3.若存在气旋并对航行产生影响，根据气旋中心位置离船舶起点距离与气旋中心位置离船舶终点的距离的大小，判断是否需要根据海流流向角调整船舶航向角；假设气旋为圆形，包括两个阶段，第一阶段为船舶从起点到与气旋相遇的时间t₁和第二阶段为船舶避开气旋到终点的时间t₂；

若气旋中心位置离船舶起点距离小于等于气旋中心位置离船舶终点的距离，则第一阶段不考虑海流流向，首先调整船速和航向角，使其在短时间内与气旋相切，然后计算舶航从起点到与气旋相切的时间t₁；若气旋中心位置离船舶起点距离大于气旋中心位置离船舶终点的距离，则第一阶段考虑海流流向，使船舶航向角与海流流向角偏差小于阈值，然后计算船舶从起点到与气旋相切的时间t₁；

t₁时间内，气旋运动控制方程为：

X＝Acos(ω₁t₁+δ)+ut₁ (1)

Y＝Asin(ω₁t₁+δ)+ct₁ (2)

式(1)中，X代表纬度方向气旋运动距离，A代表进动振幅，δ代表初始相位，ω₁代表进动角速度，u代表纬度方向运动速度；

式(2)中，Y代表经度方向气旋运动距离，c代表经度方向运动速度；

S4.构建船舶航向时间优化函数F(t)＝t₁+t₂；

假设第二阶段船舶航行速度V_S，包括船舶自身速度V₁,和沿船舶航向的海流速度V₂的分量:

式(4)中，θ为海流与船舶航行方向的夹角；

海流速度V₂由海流运动闭合方程组控制产生：

式(5)-(9)中,x、y、z为地球坐标系纬度方向、经度方向、地心方向；U、V、W分别代表海流沿x、y、z方向的速度分量；ω₂为地球自转角速度；代表海流方向角；λ代表海水密度；p代表海水密度参数；τ代表海水粘性密度；Ω代表月球引力潮势；Δ为拉普拉斯算子。

2.根据权利要求1所述的一种考虑气旋运动与海流流向的船舶航迹优化算法，其特征在于，第二阶段气旋与船舶的切点与船舶终点的直线连线为最短航程，假设实际航程与最短航程存在以下系数关系：

S＝kS₀ (10)

式(10)中，S为第二阶段实际航程距离；k为比例系数，k≥1；S₀为最短航程距离。

3.根据权利要求2所述的一种考虑气旋运动与海流流向的船舶航迹优化算法，其特征在于，第二阶段船舶航行时间t₂为：

4.根据权利要求3所述的一种考虑气旋运动与海流流向的船舶航迹优化算法，其特征在于，步骤S4中，最终船舶航向时间优化函数为

5.根据权利要求1所述的一种考虑气旋运动与海流流向的船舶航迹优化算法，其特征在于，步骤S2中，船舶航向角与海流流向角偏差阈值范围为5-10度。