自适应船舶破冰能力的极地冰区航线设计系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种自适应船舶破冰能力的极地冰区航线设计系统及方法，它包括海图环境模型，用于量化和提取海图信息，并进行栅格化处理，建立海图栅格地图；冰图环境模型，用于量化和提取冰图信息，并进行栅格化处理，建立冰图栅格地图；叠加环境模型，用于以航行代价最小化为原则，选择海图栅格地图和冰图栅格地图每一栅格中航行代价最高的栅格作为叠加后栅格地图的栅格，实现海图栅格地图和冰图栅格地图的叠加；船舶的破冰能力、速度及冰情的耦合模型，用于在叠加环境模型的基础上，由船舶的破冰能力和速度来定义条件可航栅格，对条件可航栅格进行二次分类；航线设计模块，用于在船舶的破冰能力、速度及冰情的耦合模型基础上设计并优化航线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于极地航运系统船舶航线规划设计
，具体设计一种自适应船舶破冰能力的极地冰区航线设计系统及方法。
技术介绍
北极航线作为最后一个被开发的航线，极地水域船舶航行的安全问题一直备受关注。一方面，极地水域船舶稀少、通航保障设施严重不足，船舶在极地水域航行需要独立面对海冰环绕、低温、极昼极夜、电磁干扰等复杂环境条件；另一方面，极地水域地处高敏感的极地圈，一旦发生事故，不仅会造成人员伤亡和经济损失，而且有可能对极地脆弱的生态环境造成极大的影响。2013年，俄罗斯原子能破冰引航公司派出最新的核动力破冰船“50 Let Pobedy”号为中远集团“永盛轮”提供破冰引航服务，完成了东北航道首航，开创了我国商船穿越北极的历史先河。破冰船引航为极地水域船舶航行提供了便利，2014年俄罗斯取消了极地水域强制引航的制度，为极地水域船舶独立航行提供了良好的政策基础。但是容易商船在极地冰区独立航行容易导致船-冰碰撞事故，特别是在冰清恶略情况下，船舶和冰的碰撞应力增大，船舶破损事故的风险大大增加。极地水域船舶-冰碰撞事故的发生体现了船舶的破冰能力、速度及极地水域冰环境耦合关系不协调。极地水域船舶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应船舶破冰能力的极地冰区航线设计系统，其特征在于：它包括：海图环境模型，用于量化和提取海图信息，并进行栅格化处理，建立海图栅格地图，根据海图信息对海图栅格进行划分和标注，海图栅格被划分为完全可航栅格、完全不可航栅格和不完全可航栅格，其中完全可航栅格内的所有区域都是安全可航的栅格，完全不可航栅格内的所有区域都是不安全可航的栅格，不完全可航栅格内的一部分区域是安全可航的、另一部分区域是不安全可航的；冰图环境模型，用于量化和提取冰图信息，并进行栅格化处理，建立冰图栅格地图，根据冰图信息对冰图栅格进行划分和标注，冰图栅格大小与海图栅格一致；冰图栅格被划分为完全可航栅格、完全不可航栅格、不完全可...

【技术特征摘要】
1.一种自适应船舶破冰能力的极地冰区航线设计系统，其特征在于：它包括：海图环境模型，用于量化和提取海图信息，并进行栅格化处理，建立海图栅格地图，根据海图信息对海图栅格进行划分和标注，海图栅格被划分为完全可航栅格、完全不可航栅格和不完全可航栅格，其中完全可航栅格内的所有区域都是安全可航的栅格，完全不可航栅格内的所有区域都是不安全可航的栅格，不完全可航栅格内的一部分区域是安全可航的、另一部分区域是不安全可航的；冰图环境模型，用于量化和提取冰图信息，并进行栅格化处理，建立冰图栅格地图，根据冰图信息对冰图栅格进行划分和标注，冰图栅格大小与海图栅格一致；冰图栅格被划分为完全可航栅格、完全不可航栅格、不完全可航栅格和条件可航栅格；其中条件可航栅格内所有区域船舶在一定条件下能够安全通过；叠加环境模型，用于以航行代价最小化为原则，选择海图栅格地图和冰图栅格地图每一栅格中航行代价最高的栅格作为叠加后栅格地图的栅格，实现海图栅格地图和冰图栅格地图的叠加；船舶的破冰能力、速度及冰情的耦合模型，用于在叠加环境模型的基础上，由船舶的破冰能力和速度来定义条件可航栅格，对条件可航栅格进行二次分类，即通过降低破冰的速度，实现在条件栅格内的安全航行，进而对条件可航栅格二次定义条为完全可航栅格；相反，如果船舶不降低航行速度，则不能在该水域安全航行，此时将条件可航栅格二次定义为完全不可航栅格；航线设计模块，用于在船舶的破冰能力、速度及冰情的耦合模型基础上，利用A-star算法设计航线，并根据船舶的驾驶性能及输入的航行要求来优化航线；所述的航行代价为船舶在冰区航行时发生事故导致的损害程度。2.根据权利要求1所述的自适应船舶破冰能力的极地冰区航线设计系统，其特征在于：所述的海图环境模型和冰图环境模型中，每个海图栅格和冰图栅格的运动方向定义为8种：北、东北、东、东南、南、西南、西、西北。3.一种自适应船舶破冰能力的极地冰区航线设计方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、建立海图环境模型：量化和提取海图信息，并进行栅格化处理，建立海图栅格地图，根据海图信息对海图栅格进行划分和标注，海图栅格被划分为完全可航栅格、完全不可航栅格和不完全可航栅格，其中完全可航栅格内的所有区域都是安全可航的栅格，完全不可航栅格内的所有区域都是不安全可航的栅格，不完全可航栅格内的一部分区域是安全可航的、另一部分区域是不安全可航的；S2、建立冰图环境模型：量化和提取冰图信息，并进行栅格化处理，建立冰图栅格地图，根据冰图信息对冰图栅格进行划分和标注，冰图栅格大小与海图栅格一致；冰图栅格被划分为完全可航栅格、完全不可航栅格、不完全可航栅格和条件可航栅格；其中条件可航栅格内所有区域船舶在一定条件下能够安全通...

【专利技术属性】
技术研发人员：张笛，张明阳，付姗姗，万程鹏，赵江艳，周涂强，梁铮，方杭，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42