[发明专利]基于最优控制理论的航线路径规划方法、装置和船舶

说明书

本申请公开了一种基于最优控制理论的航线路径规划方法、装置和船舶，该方法包括：根据行进路线、行进速度、行进位置和航道数据，得到船舶的预估运行成本；根据预估运行成本，基于最优控制理论对船舶进行Matlab建模，得到船舶的负效用模型，并确定最小负效用对应的航线路径。通过对船舶的在行进过程中产生的预估运行成本进行数据分析和处理，能够实现高精度的计算和控制船舶在进出港口过程中的预估运行成本；进一步地，通过船舶进行Matlab建模，当船舶的运行路径出现偏差时，能够较快地根据现有数据进行适应性调整，并保证负效用最小，从而实现实时调整航线路径，从而有效提高船舶的航行效率。

技术领域

本发明涉及路径规划技术领域，尤其涉及一种基于最优控制理论的航线路径规划方法、装置和船舶。

背景技术

港口航道作为重要的交通枢纽，承担着船舶停泊、对外贸易、装卸货物的重要功能，是水-路交通运输中不可或缺的运输枢纽。随着国际间贸易往来的不断增多，港口吞吐量的增大对港口运作的安全与效率提出了很大挑战。

在传统的港口船舶引航中，主要是由引航员把船舶安全地引进、带出港口，或在港内移泊。但是港口航道较为复杂的自然环境，受限的可航水域，易使船舶在港口航道内的路径规划出现偏差，导致船舶进出港口的航行效率低。

因此，现有技术中在引导船舶进出港口的过程中，存在由于路径规划出现偏差导致航行效率低的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种基于最优控制理论的航线路径规划方法、装置和船舶，用以解决现有技术在引导船舶进出港口的过程中，存在的由于路径规划出现偏差导致航行效率低的问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种基于最优控制理论的航线路径规划方法，包括：

获取船舶的行进路线、行进速度、行进位置和航道数据；

根据行进路线、行进速度、行进位置和航道数据，得到船舶的预估运行成本，其中，预估运行成本包括路线子成本、航道弯曲效应子成本、航道边界对左舷的影响子成本、航道边界对右舷的影响子成本和船舶速度子成本中的至少一种以及终点子成本；

根据预估运行成本，基于最优控制理论对船舶进行Matlab建模，得到船舶的负效用模型；

基于负效用模型，确定最小负效用对应的航线路径。

进一步地，获取船舶的行进路线，包括：

构建港口航道地图；

获取船舶的起点，并基于港口航道地图，确定船舶的终点；

根据起点和终点，通过路线规划，确定船舶的行进路线。

进一步地，根据行进路线、行进速度、行进位置和航道数据，得到船舶的预估运行成本，包括：

设置路线子成本系数、航道弯曲效应子成本系数、航道边界对左舷的影响子成本系数、航道边界对右舷的影响子成本系数和船舶速度子成本系数；

根据路线子成本系数、行进路线和行进速度，确定船舶的路线子成本；

根据行进位置和航道数据，确定船舶的航道弯曲效应子成本；

根据行进位置和航道数据，分别确定船舶的航道边界对左舷的影响子成本和航道边界对右舷的影响子成本；

根据行进速度，确定船舶的船舶速度子成本；

根据行进路线和行进速度，确定船舶的终点子成本；

根据路线子成本系数、航道弯曲效应子成本系数、航道边界对左舷的影响子成本系数、航道边界对右舷的影响子成本系数、船舶速度子成本系数、路线子成本、航道弯曲效应子成本、航道边界对左舷的影响子成本、航道边界对右舷的影响子成本、船舶速度子成本和终点子成本，得到船舶的预估运行成本。