实验室用船舶路径规划培训系统技术方案

本发明专利技术涉及船舶路径规划领域，具体地说，是一种实验室用船舶路径规划培训系统，该培训系统包括以下模块：航点的选取与存储模块、航行参数的计算与存储模块、航线的查询模块、航行过程的模拟模块和航线的调整模块，选取航点建立航线表，并根据航点纬度和航点经度进行相关船舶参数的计算与存储，包括相邻航点之间的航程、船艏向、纬度增加量和经度增加量以及各航点处的剩余航程，并在电子海图上模拟实船实现船舶路径规划。同时本系统允许根据船舶实际航行状况调整航线。本系统既为老师在课堂教学中进行理论知识的讲解提供了演示平台，也为学生在实验课程中进行船舶路径的规划提供了载体。体。体。

【技术实现步骤摘要】
实验室用船舶路径规划培训系统


[0001]本专利技术涉及船舶路径规划领域，具体地说，是一种实验室用船舶路径规划培训系统。

技术介绍

[0002]海上航线是指船舶在两地间的海上航行路线，每个航次的具体航线，应根据航行任务和航行地区的地理、水文、气象等情况，以及船舶状况拟定。船舶路径规划的科学性是保证船舶航行安全高效的一个关键因素。电子海图、GPS、AIS等设备只起到辅助航行的作用，船舶航行的关键还是在于海员本身。在船舶航行过程中，环境复杂多变，面对各种无法预料的突发状况，能否及时对当前船舶路径做出调整，对海员的个人能力有很大的要求。
[0003]目前，越来越多的航运企业加大投入培训力度以期提高海员的个人能力，相比实船培训存在的花费大且周期长等缺点，航海院校的教育和培训才是提高海员个人能力的最有效途径。然而，当前航海课程教学普遍存在两个问题，其一是课程教学偏重理论知识的讲解，弱化了与计算机技术相结合的特点，大量的基础知识使学生感到抽象、枯燥、晦涩难懂，使学生学习的积极性、主动性得不到发挥，其二是教学中可视化教学手段运营不充分。因此提出一种实验室用船舶路径规划培训系统是非常必要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术应用于航海实验室教学，其目的是培养航海院校学生具备船舶路径规划的个人能力，同时解决了课程教学中偏重理论知识讲解和可视化教学手段运营不充分的两个问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0006]1)本系统的航线主要依赖于多个航点的选取。学生根据出发地港口、目的地港口、船舶类型、船舶载货量、船舶吃水深、船舶桅杆高和水文气象等条件查阅所在海域的可通航航线，记录对应的多个航点，并将所有航点存储到系统数据库中。依次连接所有航点形成一条航线，该航线应是一条具有富裕水深、能够避开障碍物和满足当前气象条件的安全航线。
[0007]2)在系统界面中通过选择不同的出发地港口、目的地港口、船舶类型、船舶载货量、船舶吃水深和船舶桅杆高，查询出对应的目标航线表，同时系统根据目标航线表中的航点纬度和航点经度计算并存储相邻航点之间的航程、船艏向、纬度增加量和经度增加量以及各航点处的剩余航程。
[0008]本系统具备自动计算航行参数的功能。一方面，学生可以将手动计算的航行参数值与系统计算的航行参数值相对比，进行自我修正。另一方面，航行参数的计算是学生船舶路径规划能力的一个重要部分，老师可以将学生手动计算的航行参数值与系统计算的航行参数值相对比，进行测试评分。
[0009]3)通过两点的经纬度计算相邻航点A、航点B之间的航程，具体计算公式如下：
[0010][0011]式中：R为地球半径，(L,B)、(L
′
,B
′
)为航点A、航点B的经纬度。
[0012]总航程的具体计算公式如下：
[0013][0014]式中：n为总航段数。
[0015]当前航点剩余航程的具体计算公式如下：
[0016][0017]式中：m为当前航点总航段数。
[0018]航程和剩余航程的计算有利于海员掌握船舶航行的整体状况，对船舶的安全航行有着重要的意义。一方面，确定相邻航点之间的航程能够使海员明确距离下一个转向点还有多远的距离，另一方面，确定各航点的剩余航程能够使海员明确当前航行处于总航程的什么位置，这对制定航行计划表也有着很大的参考价值。
[0019]4)通过两点的经纬度计算航点A、航点B之间的象限角AB，具体计算公式如下：
[0020]θ＝arctan((Y2
‑
Y1)/(X2
‑
X1))
[0021]式中：(X1,Y1)、(X2,Y2)为航点A、航点B的经纬度。
[0022]再根据条件将象限角θ转换为方位角α：
[0023]当X1
‑
X2>0时,Y1
‑
Y2>0，α＝θ。
[0024]当X1
‑
X2<0时,Y1
‑
Y2>0，α＝θ+180
°
。
[0025]当X1
‑
X2<0时,Y1
‑
Y2<0，α＝θ+180
°
。
[0026]当X1
‑
X2>0时,Y1
‑
Y2<0，α＝θ+360
°
。
[0027]在沿海航线航行过程中，认为船艏向近似等于方位角。
[0028]船艏向的计算主要服务于自动舵，直接影响着船舶航行的操纵性。
[0029]5)通过船艏向计算纬度增加量、经度增加量，具体计算公式如下：
[0030]当α∈(0
°
，90
°
)，a＝10，
[0031]当α∈(90
°
，180
°
)，a＝
‑
10，b＝
‑
atan(180
°‑
α)。
[0032]当α∈(180
°
，270
°
)，a＝
‑
10，b＝atan(α
‑
180
°
)。
[0033]当α∈(270
°
，360
°
)，a＝10，
[0034]式中：a为纬度增加量，b为经度增加量。
[0035]选取|a|为10。
[0036]本系统通过叠加纬度增加量和经度增加量不断改变当前船舶的经纬度数值，从而直接决定了船舶的航行速度。
[0037]6)本系统能够向学生展示所制定航线的安全性和可靠性。系统以一个定时器的时间间隔不断的向电子海图发送GPS数据，该数据依据航线规划出的所有航点，以纬度增加量和经度增加量的形式变化，实现虚拟船舶的移动。学生能够在电子海图上清晰地看到船舶
路径规划的全过程，包括每到达一个航点之后的准确转向过程，航行途中学生可以查看电子海图上当前船舶航行的周围的环境，包括水文信息和航道信息等。本系统帮助学生在掌握理论知识的基础上，更好地巩固和检验船舶路径规划的安全性和可靠性，具有很大的教学价值。
[0038]7)航线要根据船舶实际航行状况进行调整。一方面，对于航行过程中出现的危险区域和禁航区域要及时地进行避让，包括突发恶劣天气区域和临时军事演习区域等。另一方面，在航行过程中可能存在临时增加途径地的需求，包括途径锚地备油和避风防台等。在上述情况下，需要对航线表中的航点进行增加、删除和修改，建立新的目标航线表以确保船舶航行的安全性。
[0039]本专利技术的有益效果：在实验室用船舶路径规划培训系统中，选取航点建立航线表，并根据航点纬度和航点经度进行相关船舶参数的计算与存储，包括相邻航点之间的航程、船艏向、纬度增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实验室用船舶路径规划培训系统，其特征在于，该培训系统包括以下模块：航点选取与存储模块、航行参数计算与存储模块、航线查询模块、航行过程模拟模块和航线调整模块，所述航点选取与存储模块、航行参数计算与存储模块、航线查询模块、航行过程模拟模块和航线调整模块之间通过数据总线相连。2.根据权利要求1所述的实验室用船舶路径规划培训系统，其特征在于，所述航点选取与存储模块依赖于多个航点的选取，根据出发地港口、目的地港口、船舶类型、船舶载货量、船舶吃水深、船舶桅杆高和水文气象条件查阅所在海域的可通航航线，记录对应的多个航点的航点纬度和航点经度，并按照航点编号依次存储到系统数据库中；所述航行参数计算与存储模块通过选择不同的出发地港口、目的地港口、船舶类型、船舶载货量、船舶吃水深和船舶桅杆高，查询出目标航线表，同时系统根据目标航线表中的航点纬度和航点经度计算相邻航点之间的航程、船艏向、纬度增加量和经度增加量以及各航点处的剩余航程并存储到系统数据库中；所述航线查询模块根据不同的出发地港口、目的地港口、船舶类型、船舶载货量、船舶吃水深和船舶桅杆高建立出多张航线表，进而建立出航线表数据库，完成航线表数据库的建立后，选择出发地港口、目的地港口、船舶类型、船舶载货量、船舶吃水深和船舶桅杆高进行目标航线的查询；所述航行过程模拟模块在查询出目标航线表后，在电子海图上模拟实船航行来实现船舶路径规划，用以检验航线的安全性和可靠性；所述航线调整模块根据船舶实际航行状况进行调整，对航线表中的航点数据进行增加、删除和修改，其中航点数据包括相邻航点之间的航程、船艏向、纬度增加量和经度增加量以及各航点处的剩余航程。3.根据权利要求1所述的实验室用船舶路径规划培训系统，其特征在于，所述航行参数的计算与存储模块中，通过两点的经纬度计算相邻航点A、航点B之间的航程，具体计算公式如下：式中：R为地球半径，(L,B)、(L
′
,B
′
)为航点A、航点B的经纬度。4.根据权利要求1所述的实验室用船舶路径规划培训系统，其特征在于，所述航行参数的计算与存储模块中，总航程的具体计算公式如下：式中：n...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宁，张可佳，干羽，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：