一种基于经济航行优化的船舶智能操控方法技术

本发明专利技术公开了一种基于经济航行优化的船舶智能操控方法，涉及船舶技术领域，该方法能够在船舶航行期间确定船舶的实时主机功率和真实平均航速，根据船舶当前所处的第n个网格单元区域内的实时主机功率和真实平均航速，计算得到其寻路方向上相邻网格单元的坐标和静水航速相关的航行代价估计值，从而利用三维A*算法进行智能操控规划，实现对航速与航线进行同步集成优化。该方法将静水航速作为第三个空间维度实现航速与航线的同步集成优化，尤其是在恶劣天气和复杂地理环境的情况下，能够针对不同的环境状况，在路径最短的基础之上，确定最经济的航行方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于经济航行优化的船舶智能操控方法
本专利技术涉及船舶
，尤其是一种基于经济航行优化的船舶智能操控方法。
技术介绍
远洋船舶在营运过程中，理论上的最短路径为地球的大圆航线，然而海洋环境复杂且多变，如何在航行过程中根据海洋的地理和气象环境及时做出决策以使得船舶航程的能耗最小、耗时最少，是船舶航行控制中的一个重要问题。相比于静水条件，海洋中的恶劣风浪环境会使得船舶航行阻力增加，同样功率下航速下降，为达到既定的航速，需要增加额外的输出功率，以保证船舶准确达到目的地。但实际营运中，存在这样一个权衡问题：如果选择另外一条航线以绕过海洋环境恶劣的区域，其航程增加所带来的油耗增加和时间代价是否可以小于穿过恶劣海况的情况，从而实现通过合理选择航行线路减少营运能耗的目的。因此，船舶经济航行优化问题可以定义为在中长期气象预报的基础上，通过评估可能航行线路的能耗水平、安全性和航行时间，以最小航程能耗为目标，安全航行为约束，航行时间为辅助决策，选择最佳的航行线路和操控方式。快速可靠地评估船舶在实际海洋环境中的能耗水平是开展经济航行优化的基础，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于经济航行优化的船舶智能操控方法，其特征在于，所述方法包括：/n对船舶航行区域进行网格化处理，得到若干个规则的网格单元区域并确定每个网格单元区域的坐标，船舶的航行起点位置和航行终点位置也分别在相应的网格单元区域内；/n在船舶航行期间确定船舶航行状态数据，并基于所述船舶航行状态数据确定实时海况数据，所述船舶航行状态数据至少包括实时主机功率；/n根据所述船舶航行状态数据和所述实时海况数据，确定船舶在所述主机功率对应的静水航速下的真实平均航速；/n当船舶位于任意第n个网格单元区域内时，根据船舶在所述第n个网格单元区域内的实时主机功率和真实平均航速，计算得到相邻网格单元区域的航行代价估计值，...

【技术特征摘要】
1.一种基于经济航行优化的船舶智能操控方法，其特征在于，所述方法包括：
对船舶航行区域进行网格化处理，得到若干个规则的网格单元区域并确定每个网格单元区域的坐标，船舶的航行起点位置和航行终点位置也分别在相应的网格单元区域内；
在船舶航行期间确定船舶航行状态数据，并基于所述船舶航行状态数据确定实时海况数据，所述船舶航行状态数据至少包括实时主机功率；
根据所述船舶航行状态数据和所述实时海况数据，确定船舶在所述主机功率对应的静水航速下的真实平均航速；
当船舶位于任意第n个网格单元区域内时，根据船舶在所述第n个网格单元区域内的实时主机功率和真实平均航速，计算得到相邻网格单元区域的航行代价估计值，所述航行代价估计值与所述相邻网格单元区域的坐标以及船舶的静水航速相关；
利用三维A*算法，根据各个相邻网格单元区域的航行代价估计值进行智能操控规划得到结果，并控制船舶按照规划结果调整航行路径以及静水航速航行，直至第n+1个网格单元区域为所述航行终点位置。


2.根据权利要求1所述的船舶智能操控方法，其特征在于，所述根据船舶在所述第n个网格单元区域内的实时主机功率和真实平均航速计算得到所述相邻网格单元区域的航行代价估计值，包括对于每个相邻网格单元区域：
根据所述第n个网格单元区域的实际行程耗费、以及船舶在所述第n个网格单元区域内时的实时主机功率和真实平均航速、以及所述相邻网格单元区域对应的航行方向矢量，确定所述相邻网格单元区域与所述航行起点位置之间的实际行程耗费，所述相邻网格单元区域对应的航行方向矢量是所述第n个网格单元区域至所述相邻网格单元区域的矢量；
根据所述相邻网格单元区域到所述航行终点位置的大圆航线的直线距离以及经过的各个网格单元区域内的预估主机功率和预估平均航速确定所述相邻网格单元区域与所述航行终点位置之间的预计行程耗费；
确定每个相邻网格单元区域的实际行程耗费以及预计行程耗费的总和为所述相邻网格单元区域的航行代价估计值。


3.根据权利要求2所述的船舶智能操控方法，其特征在于，所述确定所述相邻网格单元区域与所述航行起点位置之间的实际行程耗费，包括确定：
g(n+1)＝g(n)+Δg；
其中，且表示所述相邻网格单元区域对应的航行方向矢量，g(n+1)是所述相邻网格单元区域与所述航行起点位置之间的实际行程耗费，g(n)是所述第n个网格单元区域与所述航行起点位置之间的实际行程耗费，(xn,yn)是所述第n个网格单元区域的坐标，(xn+1,yn+1)是所述相邻网格单元区域的坐标，P(n)是船舶在所述第n个网格单元区域内时的实时主机功率，VS(n)是船舶在所述第n个网格单元区域内时的真实平均航速。


4.根据权利要求2所述的船舶智能操控方法，其特征在于，所述确定所述相邻网格单元区域与所述航行终点位置之间的预计行程耗费，包括确定：



其中，h(n+1)是所述相邻网格单元区域与所述航行终点位置之间的预计行程耗费，(xn+1,yn+1)是所述相邻网格单元区域的坐标，(xd,yd)是所述航行终点位置所在的网格单元区域的坐标，P(i)是所述相邻网格单元区域到所述航行终点位置的大圆航线...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文愈，魏锦芳，刘希洋，周诗楠，杨立，陈京普，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：江苏;32