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一種基于ECDIS的風力助航船舶的航行方法及系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510967292.0

申請日:

2015.12.21

公開號:

CN105539797A

公開日:

2016.05.04

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):B63H 13/00申請公布日:20160504|||實質審查的生效IPC(主分類):B63H 13/00申請日:20151221|||公開
IPC分類號: B63H13/00; G06F17/00 主分類號: B63H13/00
申請人: 大連海事大學
發明人: 李元奎; 張英俊; 劉漸道; 楊雪鋒
地址: 116026 遼寧省大連市高新園區凌海路1號
優先權:
專利代理機構: 大連東方專利代理有限責任公司 21212 代理人: 李馨;李洪福
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510967292.0

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.11.02|||2016.06.01|||2016.05.04

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種基于ECDIS的風力助航船舶的航行方法及系統,其方法包括:1、采集環境數據和船舶機艙和駕駛臺數據;2、對比分析實時環境數據與預報數據,利用實時觀測數據修正預報數據;3、根據本船的航向、航速確定航行區域的風、浪、流等海洋氣象環境信息數據;4、根據本船的特征數據和航行海域的環境數據制定風力助航船舶航線并在ECDIS上疊加顯示航線信息;5、當航行海域氣象海況發生比較大的變化時,向駕駛員提供更新的優化航線,并提醒駕駛員進行更新。本發明將實時的海洋水文氣象數據等環境因素與船舶自身特征數據綜合評價分析,能夠根據實際需求為風力助航船舶提供一條最優航線,從而有效的提高船舶航行的安全性和經濟性。

權利要求書

1.一種基于ECDIS的風力助航船舶的航行方法,其特征在于具有如下步驟:
—根據接收的預報環境數據和采集的實際環境數據生成環境數據;采集當
前船舶動力參數和航行參數;
—將海區劃分成地理網格,根據始發地和目的地確定初始航線,提取初始
航線x0經過的地理網格;確定每個地理網格的環境數據;
—設置擾動向量,在初始航線x0航路點集合中進行擾動,改變初始航線x0中
某些航路點的經緯度坐標,生成新航線xnew;
—提取新航線xnew經過的地理網格,并計算所述初始航線x0和新航線xnew
的目標函數值的差值Δf,若Δf<0,則選擇新航線xnew作為當前航線xcurrent;
—對替換后的當前航線xcurrent再次設置擾動向量,不斷形成新航線xnew,
與當前航線xcurrent的目標函數的差值進行比較,替換成為當前航線,逐漸完成
航線優化。
2.根據權利要求1所述的基于ECDIS的風力助航船舶的航行方法,其特征
還在于所述步驟“設置擾動向量,在初始航線x0航路點集合中進行擾動,改變
初始航線x0中某些航路點的經緯度坐標,生成新航線xnew”具體為:
—設定當前航線為x0:{P0,P1,P2,…PN+1},目標函數值為f(x0);
—當前航線為xcurrent、最優航線為xbest,且xbest=xcurrent=x0;設定當前航線和最
優航線所對應的目標函數值分別為:f(xcurrent)和f(xbest),且
f(xcurrent)=f(xbest)=f(x0);
—選取隨機數n,0<n<N,根據隨機數n隨機產生2個取值區間為[-1,1]
的n維擾動向量ΔLat、ΔLon,并在當前航線xcurrent除起始點和到達點之外的航路
點集合{P1,P2,…PN}中隨機選出n個航路點。
3.根據權利要求1或2所述的基于ECDIS的風力助航船舶的航行方法,其
特征還在于:新航線的保留方法如下:
—設當前航線xcurrent的目標函數值為f(xcurrent),新航線xnew的目標函數值
為f(xnew),新航線替換當前航線的概率Pt滿足以下方程:
P t = 1 f ( x c u r r e n t ) > f ( x n e w ) exp ( - f ( x n e w ) - f ( x c u r r e n t ) t ) f ( x c u r r e n t ) f ( x n e w ) ]]>
式中,t為算法中的一個控制參數,tz+1=a*tz,a是處于0-1之間的數,為
衰減系數;為t的接受概率,z為算法的外循環變量;
根據上述公式:
當f(xcurrent)>f(xnew)時,使用新航線替換當前航線;
當f(xcurrent)≤f(xnew)時,新航線替換當前航線的概率為:
exp ( - f ( x n e w ) - f ( x c u r r e n t ) t ) ; ]]>
產生一個隨機數ε∈(0,1),并與Pt比較,若Pt≥ε,那么利用新航線替換當前
航線;
若Pt<ε,則將新航線舍棄,繼續使用當前航線產生一個新的航線。
4.根據權利要求1所述的一種基于ECDIS的風力助航船舶的航行方法,其
特征還在于:對比分析實際環境數據與預報環境數據,利用實際環境數據修正
預報數據;
實際環境數據至少包括:船上風速風向儀數據、能見度、洋流流速和流向;
所述的船舶動力參數至少包括:螺旋槳螺距,主機轉速和連續航行時間。
5.根據權利要求1所述的一種基于ECDIS的風力助航船舶的航行方法,其
特征還在于:所述的初始航線x0為大圓航線。
6.一種基于ECDIS的風力助航船舶的航行系統,其特征在于包括:
環境數據采集單元,接收的預報環境數據和采集的實際環境數據;
船舶動力參數采集單元,采集當前的船舶動力參數;
航行參數采集單元,采集當前船舶的航行參數;
網格環境數據計算單元,將海區劃分成地理網格,提取航線經過的地理網
格;確定每個地理網格的環境數據;
處理單元,根據始發地和目的地確定初始航線,設置擾動向量,在初始航
線x0航路點集合中進行擾動,改變初始航線x0中某些航路點的經緯度坐標,生
成新航線xnew;
分別提取初始航線x0和新航線xnew經過的地理網格,并計算所述初始航線
x0和新航線xnew的目標函數值的差值Δf,若Δf<0,則選擇新航線xnew作為當前
航線xcurrent;
對替換后的當前航線xcurrent再次設置擾動向量,不斷形成新航線xnew,與
當前航線xcurrent的目標函數的差值進行比較,替換成為當前航線,逐漸完成航
線優化;
以及顯示航線信息的顯示單元。
7.根據權利要求6所述的基于ECDIS的風力助航船舶的航行系統,其特征
還在于所述的處理單元計算在設置擾動向量,在初始航線x0航路點集合中進行
擾動,改變初始航線x0中某些航路點的經緯度坐標,生成新航線xnew的過程具
體為:設定當前航線為x0:{P0,P1,P2,…PN+1},目標函數值為f(x0);
當前航線為xcurrent、最優航線為xbest,且xbest=xcurrent=x0;設定當前航線和最優
航線所對應的目標函數值分別為:f(xcurrent)和f(xbest),且f(xcurrent)=f(xbest)=f(x0);
選取隨機數n,0<n<N,根據隨機數n隨機產生2個取值區間為[-1,1]的n
維擾動向量ΔLat、ΔLon,并在當前航線xcurrent除起始點和到達點的航路點集合
{P1,P2,…PN}中隨機選出n個航路點。
8.根據權利要求1所述的基于ECDIS的風力助航船舶的航行系統,其特征
還在于:處理單元中新航線的保留方法如下:
設當前航線xcurrent的目標函數值為f(xcurrent),新航線xnew的目標函數值為
f(xnew),新航線替換當前航線的概率Pt滿足以下方程:
P t = 1 f ( x c u r r e n t ) > f ( x n e w ) exp ( - f ( x n e w ) - f ( x c u r r e n t ) t ) f ( x c u r r e n t ) f ( x n e w ) ]]>
式中,t為算法中的一個控制參數,tz+1=a*tz,a是處于0-1之間的數,為
衰減系數;為t的接受概率;
根據上述公式:
當f(xcurrent)>f(xnew)時,使用新航線替換當前航線;
當f(xcurrent)≤f(xnew)時,新航線替換當前航線的概率為:
exp ( - f ( x n e w ) - f ( x c u r r e n t ) t ) ; ]]>
—產生一個隨機數ε∈(0,1),并與Pt比較,若Pt≥ε,那么利用新航線替換當
前航線;
若Pt<ε,則將新航線舍棄,繼續使用當前航線產生一個新的航線。

關 鍵 詞:
一種 基于 ECDIS 風力 航船 航行 方法 系統
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