[发明专利]一种基于电子海图数据的最大可航窗口序列生成方法

说明书

本发明公开了一种基于电子海图数据的最大可航窗口序列生成方法，属于海洋测绘技术领域。该方法采用了基于航路关键点链表的最大可航窗口生成方法和基于碍航区域的约束区域生成方法，该方法能够有效地解决航行中的碍航问题，准确地确定航行路径上的最大可航窗口，避免航行路径与碍航区域的相交，从而提高航行的安全性、效率和路径精度。本发明所述的方法简单易懂，易于实现，具有较高的实用性和推广价值。

技术领域

本发明属于海洋测绘技术领域，涉及一种舰船航线的自动规划方法，特别涉及一种基于电子海图数据的最大可航窗口序列生成方法。

背景技术

当前的舰船机动主要是通过舰操绘算的方式进行规划，难以顾及舰船运动约束与机动海域的碍航区避障。近年来，国内外学者针对航线规划已经开展了大量的研究，启发式算法是一类具有代表性的航线自动生成方法，陈晓等在Maklink图上基于Dijkstra算法先生成初始航线，然后通过蚁群算法来优化和调整初始航线；张岳平等利用神经网络与模拟退火算法对航路规划问题进行求解。这类方法的计算效率与规划网络的粒度关联紧密，细粒度下计算效率相对较低。张立华等基于绕行碍航区的原则提出了一种航路二叉树航线自动生成方法，这种方法以空间分析、拓扑计算为理论基础，能够在矢量电子海图数据平台下进行航线规划，运算效率相对较高。但以上算法没有考虑舰船机动所要顾及的机动航向、机动时间、舰船最大航速等运动约束，难以满足机动航线规划的要求。为此，近年来部分学者将贝塞尔曲线及其一阶、二阶导数，与舰船的航线、航速、加速度相关联，将航线规划转换为贝塞尔曲线的求解，使得在航线规划的同时顾及了运动约束。为确保该方法求得航线的安全性与解算航路的高效性，需要将贝塞尔曲线的控制点约束在预规划航线周围的一定空间范围内，然而当前极少有方法能够基于电子海图数据，在碍航区环境中沿预规划航线提取可航空间，为机动航线规划构建合适的空间约束。

发明内容

为了基于电子海图数据在碍航区环境中沿预规划航线提取可航空间，为机动航线规划构建合适的空间约束，本发明提供了一种基于电子海图数据的最大可航窗口序列生成方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种基于电子海图数据的最大可航窗口序列生成方法，主要包括以下步骤：

a、读入碍航区数据集和预生成的计划航线；

b、提取预生成的计划航线上的起点、转向点、终点等关键节点，建立起航路关键点链表；

c、分别对航路关键点链表上的点生成最大可航窗口；

d、按一定规则，在预生成的计划航线上选取多个点，并以这些点作为原点来拓展生成多个最大可航窗口。

所述步骤c、d中的最大可航窗口生成的方法为：

(1)将O点作为生成的起始顶点，以距离R作为边长，生成初始最大可航窗口，求其与碍航区的交集，如图2中所示。

(2)将O点与所有碍航区边界顶点进行连线，排除与碍航区存在相交关系的碍航区顶点，保留与碍航区域无相交关系的顶点以及这些顶点间的连接关系。具体来说，对于每个碍航区域，可以将其边界顶点按照顺序连接起来，形成一个多边形。然后，将O点与这个多边形的每个顶点进行连线，得到一系列的线段。接着，检查每个线段是否与碍航区域相交，如果相交，则将这个线段的两个端点都排除掉。最后，得到的所有未排除的顶点以及它们之间的连线就是保留下来的顶点和连接关系。如图3(a)所示，…是O点与碍航区边界顶点之间的连线，是保留下来的顶点。

在各个象限中，如果碍航区中某节点与其他相邻节点的连线斜率符合表1，则这两个节点及其原先的连接关系都将保留，否则，只保留该类斜边上离起始顶点O最近的点。图3中(b)·为剔除部分，为保留部分。

表1各象限需要保留斜线的符号参数