一种最短距离航海航线计算方法技术

本发明专利技术公开了一种改进的最短距离航海航线计算方法，属于航线计算领域，其特征在于：包括以下步骤：P1、采用航区分割算法进行航区分割；其中，采用模板匹配法进行航区分割；P2：对于全球海域，只考虑水深、岛屿、暗礁等地理条件影响，上述航区分割只需要进行一次；考虑气象因素的影响，由气象条件产生的报警区域成为航线的危险区，影响到航区的成立条件，当一个航区内新产生了报警区域，致使该航区不再成立时，对该航区使用上述航区分割算法作进一步分割。本发明专利技术属于航线计算领域，具体是涉及一种改进的最短距离航海航线计算方法，主要用来解决在航海中最短航线的计算的问题。决在航海中最短航线的计算的问题。决在航海中最短航线的计算的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种最短距离航海航线计算方法


[0001]本公开属于航线计算领域，具体是涉及一种最短距离航海航线计算方法，主要用来解决在航海中最短航线的计算的问题。

技术介绍

[0002]在海洋气象导航应用中，航线计算是一个关键问题。对于航线计算的研究讨论，大致可以分为三种类型。一种类型是基于港口与港口之间的固定航路，给定中途停泊次数，以此计算从甲港到乙港途径几个港口的最短距离航线；该算法的特点是不需要计算港口到港口之间的具体航线，也就是不需要考虑港口之间的障碍区和危险区，更不需要考虑气象条件对船舶失速的影响。第二种类型是基于两点之间的大圆航线，考虑气象条件对船舶失速的影响，计算最短时间航线；该算法的特点需要计算两点间具体航线，不考虑两点之间的障碍区和危险区，但需要考虑气象条件对船舶失速的影响。第三种类型基于全球海洋的通行条件，考虑地理条件(水深、岛屿、暗礁等)和气象条件(报警区域)的影响，计算两点之间的最短距离航线；该算法特点是需要计算两点间具体航线，考虑两点之间的障碍区和危险区，不考虑气象条件对船舶失速的影响。
[0003]上述三种算法可以综合使用，互相补充。可以在算法一计算出大的航向基础上，由算法三负责计算直达港口之间的最短距离航线，然后在计算出的最短距离航线的基础上，根据气象数据由算法二计算最短时间航线，上述三种算法可以综合使用，互相补充。可以在算法一计算出大的航向基础上，由算法三负责计算直达港口之间的最短距离航线，然后在计算出的最短距离航线的基础上，根据气象数据由算法二计算最短时间航线。
[0004]本文要解决的问题是第三种类型，也就是基于全球海洋的通行条件，考虑地理条件(水深、岛屿、暗礁等)和气象条件(报警区域)的影响，计算两点之间的最短距离航线
[0005]何立居等在“基于蚁群算法的航线自动生成研究”一文中，采用栅格分割和蚁群算法对第三种类型问题给出了很好的解决方法。栅格分割的本质是将连续海面进行离散化，从而将连续海面上的几何问题变成了离散网络中的路径问题。
[0006]将何立居等原先的算法称为栅格法，在栅格法中，将海面分割成大量的栅格区，其中有很多栅格区可以合并形成一个较大的矩形区域，我们称之为航区。航区的形成有2个条件，一是组成航区的栅格区都是可通行的，二是航区呈矩形。由于航区具备这2个条件，就可以保证航区内任意2个栅格区之间可以直线连通，从而使得我们在航线计算过程中，可以将整个航区中间部分的栅格区忽略不计，只保留周边的栅格区参与计算，在不影响计算结果的同时，大大减少了参与计算的栅格区的数量，节约计算时间，并且有利于形成直线航路；
[0007]栅格法的基本思路是将连续的海面分割成大小相等的栅格区，相邻栅格区的中心点相互连接形成航路网络，航路网络中的航段是否可通行取决于栅格区是否可通行；在航路网络的基础上，按照蚁群搜索法计算最短距离路径；计算得到的最短距离路径是航路网络中的最短距离路径，呈现锯齿形状，并不是实际的最短距离路径，使用几何方法对折线进行平滑得到最终的最短距离路径；栅格分割方法的缺点：栅格分割的粒度能够直接影响到
计算结果的质量，栅格区越小，就越能够逼近连续海面，从而提高计算质量，但同时会增加计算量，延长用户等待时间。
[0008]为了提高计算质量，同时又尽量减少计算量，采用航区分割的方法对该算法进行改进。

技术实现思路

[0009]本专利技术提出了一种改进的最短距离航海航线计算方法，用于解决最短航线的计算问题。
[0010]本专利技术采样如下技术方案实现专利技术目的：
[0011]一种最短距离航海航线计算方法，其特征在于：
[0012]包括以下步骤：P1、采用航区分割算法进行航区分割；
[0013]其中，所述航区分割算法采用模板匹配法进行航区分割；
[0014]P2：对于全球海域，只考虑水深、岛屿、暗礁等地理条件影响，上述航区分割只需要进行一次；
[0015]考虑气象因素的影响，由气象条件产生的报警区域成为航线的危险区，影响到航区的成立条件，当一个航区内新产生了报警区域，致使该航区不再成立时，对该航区作进一步分割；
[0016]P3：根据分割完成后的航区得到可通行的栅格区，以所述航区分割后形成的栅格区的中心点为基础形成航路网络；
[0017]P4：在所述航路网络的基础上，采用Dijkstra算法进行最短路径的计算，得到航线终点的最短距离；
[0018]P5：采用几何方法对计算得到的航线进行平滑，其中，平滑时需要保证航线不经过障碍区和危险区。
[0019]作为对本技术方案的进一步限定，P1中所述模板匹配法的算法流程包括以下步骤：
[0020]步骤1：以电子海图作为输入数据，以太平洋海域作为计算目标，取经验值10000*10000对太平洋海域进行栅格划分，获取覆盖太平洋海域的10000*10000个栅格的经纬度坐标集合，并且通过与所述电子海图叠加分析之后，标记每个栅格是否可通行，其中，所述太平洋海域为模板匹配的目标区域，取经验值1000*1000个栅格作为初始匹配模板；
[0021]步骤2：将模板的左下角标记为(行号1，列号1)、目标区域的左下角标记为(行号1
’
，列号1
’
)，从目标区域的左下角开始匹配模板，将模板的左下角(行号1，列号1)与目标区域的左下角(行号1
’
，列号1
’
)对齐，检查模板区域内是否满足航区条件，模板区域内满足航区条件时，模板覆盖区域内所有的栅格都是可通行的，记录该轮横向匹配的行号为1；
[0022]步骤3：如果步骤2中的匹配满足航区条件，记录该航区，该航区内的所有栅格不再参与后续的匹配，然后将模板向右移动1000个栅格单位，继续步骤2的匹配；
[0023]步骤4：如果步骤2中的匹配不满足航区条件，将模板向右移动一个栅格单位，继续步骤2的匹配；
[0024]步骤5：当模板的右边界与目标区域的右边界重叠时，该轮行号为1的横向移动匹配结束；
[0025]步骤6：启动模板的左下角(行号1，列号1)，与目标区域(行号2
’
，列号1
’
)的栅格对齐，重复步骤2、3、4、5，匹配过程中如果匹配区域内有标记为航区的任何一个栅格，则结束该次匹配，继续下一次匹配，记录该轮横向匹配的行号为2；
[0026]步骤7：重复步骤2、3、4、5、6，完成模板1000*1000的航区匹配；
[0027]步骤8：根据经验值，将模板大小减小50％，设定为500*500，重复步骤2、3、4、5、6、7、8，直到目标区域所有栅格都被标记为航区。
[0028]作为对本技术方案的进一步限定，所述模板匹配算法从最大面积的矩形区域开始，将该矩形区域作为模板，从左下角开始与电子海图进行叠加，如果与模板叠加的海域满足航区条件，则记录该航区，该航区不再参与以后的匹配，如果与模板叠加的海域不满足航区条件，则将模板向右或向上移动一个单位，直到将整个海图区域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种最短距离航海航线计算方法，其特征在于：包括以下步骤：P1、采用航区分割算法进行航区分割；其中，所述航区分割算法采用模板匹配法进行航区分割；P2：对于全球海域，只考虑水深、岛屿、暗礁地理条件影响，上述航区分割只需要进行一次；考虑气象因素的影响，由气象条件产生的报警区域成为航线的危险区，影响到航区的成立条件，当一个航区内新产生了报警区域，致使该航区不再成立时，对该航区作进一步分割；P3：根据分割完成后的航区得到可通行的栅格区，以所述航区分割后形成的栅格区的中心点为基础形成航路网络；P4：在所述航路网络的基础上，采用最短路径算法进行最短路径的计算，得到航线终点的最短距离；P5：采用几何方法对计算得到的航线进行平滑，其中，平滑时需要保证航线不经过障碍区和危险区。2.根据权利要求1所述的最短距离航海航线计算方法，其特征在于：P1中所述模板匹配法的算法流程包括以下步骤：步骤1：以电子海图作为输入数据，以太平洋海域作为计算目标，取经验值10000*10000对太平洋海域进行栅格划分，获取覆盖太平洋海域的10000*10000个栅格的经纬度坐标集合，并且通过与所述电子海图叠加分析之后，标记每个栅格是否可通行，其中，所述太平洋海域为模板匹配的目标区域，取经验值1000*1000个栅格作为初始匹配模板；步骤2：将模板的左下角标记为(行号1，列号1)、目标区域的左下角标记为(行号1
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，列号1
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)，从目标区域的左下角开始匹配模板，将模板的左下角(行号1，列号1)与目标区域的左下角(行号1
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)对齐，检查模板区域内是否满足航区条件，模板区域内满足航区条件时，模板覆盖区域内所有的栅格都是可通行的，记录该轮横向匹配的行号为1；步骤3：如果步骤2中的匹配满足航区条件，记录该航区，该航区内的所有栅格不再参与后续的匹配，然后将模板向右移动1000个栅格单位，继续步骤2的匹配；步骤4：如果步骤2中的匹配不满足航区条件，将模板向右移动一个栅格单位，继续步骤2的匹配；步骤5：当模板的右边界与目标区域的右边界重叠时，该轮行号为1的横向移动匹配结束；步骤6：启动模板的左下角(行号1，列号1)，与目标区域(行号2
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，列号1
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)的栅格对齐，重复步骤2、3、4、5，匹配过程中如果匹配区域内有标记为航区的任何一个栅格，则结束该次匹配，继续下一次匹配，记录该轮横向匹配的行号为2；步骤7：重复步骤2、3、4、5、6，完成模板1000*1000的航区匹配；步骤8：根据经验值，将模板大小减小50％，设定为500*500，重复步骤2、3、4、5、6、7、8，直到目标区域所有栅格都被标记为航区。3.根据权利要1所述的最短距离航海航线计算方法，其特征在于：所述模...

【专利技术属性】
技术研发人员：于雷易，刘坤，
申请(专利权)人：重庆特斯联启智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：