【技术实现步骤摘要】
一种无人船气象航线连续动态优化方法和系统
本专利技术涉及船舶
，尤其涉及一种无人船气象航线连续动态优化方法和系统。
技术介绍
气象航线设计作为保障智能无人船舶安全高效航行的重要研究内容，航线的安全性和经济性也是衡量船舶航线优劣的两个指标，能耗和航行时间是影响航线经济性的两个重要因素。首先，传统的航线优化方法多采用静态气象信息作为气象航线设计依据，缺乏对气象信息变化情况下航线决策的考量，由于海上气象信息的变化，经过一次规划得出的航线难以保证航行总过程保持最优状态，同时，当船舶偏航时，船舶复航至原航线行驶，提升了行船成本。因此，已有的气象航线静态设计方法难以满足船舶实际的航行需求。其次，前人的研究缺乏对能耗与航时的同时考量，已有研究多为实现航线的单目标最优，仅实现航线的航时最短或能耗最低不能满足船舶实际航行需求。因此，应同时对能耗与航时进行优化，实现航线双目标最优。再次，已有的研究多采用等时线法、变分法和建立网格模型等方法设计气象航线。等时线法是一种递归算法，当气象数据较多时，易引起存储空间的消耗和复杂度的增加，因...
【技术保护点】
1.一种无人船气象航线连续动态优化方法，其特征在于，其包括：/n以能耗和航时为目标计算满足双目标的航线评价函数；/n对船舶从起始点到终点采用连续控制系统的动态规划构建连续航线动态方程；/n根据所述航线评价函数和所述连续航线动态方程得到船舶的气象航线动态优化模型；/n在船舶按照所述初始航线航行过程中，根据所述气象航线动态优化模型获取当前位置到下一位置的连续航线最优性能指标；/n根据采集的实时气象数据结合所述连续航线最优性能指标进行连续动态优化，确定最佳航线。/n
【技术特征摘要】
1.一种无人船气象航线连续动态优化方法，其特征在于，其包括：
以能耗和航时为目标计算满足双目标的航线评价函数；
对船舶从起始点到终点采用连续控制系统的动态规划构建连续航线动态方程；
根据所述航线评价函数和所述连续航线动态方程得到船舶的气象航线动态优化模型；
在船舶按照所述初始航线航行过程中，根据所述气象航线动态优化模型获取当前位置到下一位置的连续航线最优性能指标；
根据采集的实时气象数据结合所述连续航线最优性能指标进行连续动态优化，确定最佳航线。
2.如权利要求1所述的无人船气象航线连续动态优化方法，其特征在于，所述以能耗和航时为目标计算满足双目标的航线评价函数包括：
按照所述初始航线上的航路点获取相应的气象数据；
根据所述气象数据计算船舶的实际航速；
根据所述实际航速以能耗和航时为目标构建双目标航线模型；
在所述双目标航线模型中结合两个目标相应的权重因子和转换因子计算得到所述航线评价函数。
3.如权利要求2所述的无人船气象航线连续动态优化方法，其特征在于，所述航线评价函数的计算公式为：
其中h(t0,tf)为船舶t0至tf时刻一段航线的评价值，ω1和ω2分别为能耗与航时的权重因子，且ω1+ω2＝1，γ1和γ2分别为能耗与航时的转换因子，用于将能耗和航时转化为评价航线的经济性指标，t0为船舶航行至当前位置的时刻，tf为船舶航行至下一位置的时刻，v为船舶的实际航速，S为船舶t0至tf时刻途经航线的长度，Te为船舶的主机推力，和为t0至tf时段所述双目标航线模型中最优能耗和最优航时的两个最优解。
4.如权利要求2所述的无人船气象航线连续动态优化方法，其特征在于，所述根据所述气象数据计算船舶的实际航速之后，还包括：
根据所述气象数据计算得到船舶的临界速度；
在进行航线选择时，选择实际航速小于或等于所述临界航速的航线。
5.如权利要求1所述的无人船气象航线连续动态优化方法，其特征在于，所述连续航线动态方程为：
x(t0)＝x0
其中u(t)为t时刻船舶航行到所述初始航线上航路点的气象数据，x(t)为t时刻的船舶航向决策，f(·)表示在航行区域内连续可微。
6.如权利要求5所述的无人船气象航线连续动态优化方法，其特征在于，所述根据所述航线评价函数和所述连续航线动态方程得到船舶的气象航线动态优化模型包括：
根据所述连续航线动态方程计算船舶在初始时刻从所述起始点行驶到当前位置的时刻的已航行区段航线评价值的总和；
根据所述航线评价函数计算船舶从当前位置的时刻行驶到下一位置的时刻的未行使区段航线评价值；
根据所述已航行区段航线评价值的总和与所述未行使区段航线评价值构建所述气象航线动态优化模型。
7.如权利要求6所述的无人船气象航线连续动态优化...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓原，赵新越，夏媛媛，刘善良，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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