一种适用于全球海域范围的船舶航线快速规划方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于全球海域范围的船舶航线快速规划方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种适用于全球海域范围的船舶航线快速规划方法


[0001]本专利技术涉及船舶航线智能规划技术，尤其涉及一种适用于全球海域范围的船舶航线快速规划方法
。

技术介绍

[0002]目前，传统的船舶航线规划方法大致遵循两个基本步骤
:(1)
建立航行水域环境模型；
(2)
以建立的环境模型为基础，以优化目标为指导，采取各种搜索方法规划出从起点到终点的航线
。
[0003]现有建立航线水域环境模型的方法主要为基于单一网格的环境建模方法
。
然而，随着水域的增大，特别是在面向全球海域范围时，为了提供足够高精度的网格来解析狭窄水域，单一化的网格建模方法的网格数量以平方级迅速增长，效率急剧下降
。
此外，受到网格连接方向的限制，传统规划方法往往不能跟踪任意航向角的最优航线，这将使得规划出的航线并不一定是全局最优航线
。
此外，传统的船舶航线自动规划方法往往忽视了电子海图在航海实践中提供的航线设计原则和航行规则，无法智能识别分道通航水域和推荐交通流方向等国际海事组织规定的需要特别注意的航路或航道
。
大部分方法规划的航线仅是计算机图形学意义上的航线，距离实际应用还存在一定差距
。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种适用于全球海域范围的船舶航线快速规划方法
。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于全球海域范围的船舶航线快速规划方法，包括以下步骤：
[0006]步骤
1)
获取包括船舶起始位置和目的位置的电子海图；
[0007]通过处理电子海图信息，提取所有障碍物的边界点经纬度坐标；通过道格拉斯降采样方法，简化障碍物边界并保留障碍物拓扑特征；
[0008]步骤
2)
设置网格密度，生成低精度
、
高精度两种网格点并建立高
、
低精度两种网格图；
[0009]对于高精度网格点，基于障碍物信息判断每一点与其相邻格点是否连通，仅保留与相邻网格点相连通的网格点，获得包含障碍物信息的高精度网格图；
[0010]对于低精度网格点，基于障碍物信息判断每一点与其他所有低精度网格点是否连通，仅保留连通的网格点，获得包含障碍物信息的低精度网格图；
[0011]步骤
3)
将低精度网格点与附近无障碍物阻挡的高精度网格点进行连接，从而将高
、
低精度网格图拼接成一整张航路图作为数据文件存储于本地；
[0012]高
、
低精度航路图的具体拼接过程为：以低精度网格图为基本航路图，对于每一个属于低精度网格图的低精度网格点，根据大圆距离寻找其附近小于设定距离的高精度网格点，并判断连接该低精度网格点和高精度网格点的边是否与障碍物相交；若不相交，则将该
高精度网格点设置为低精度网格点的邻点，遍历所有低精度网格图的低精度网格点，从而将高
、
低精度图构建为完整的航路图；
[0013]步骤
4)
输入船舶当前位置与目标位置，调用本地存储的航路图，搜索航路图网格点中与船舶当前位置大圆距离最近的网格点作为
A*
算法的起点；搜索航路图网格点中与目标位置大圆距离最近的网格点作为
A*
算法的终点；
[0014]步骤
5)
：运行
A*
算法，利用大圆距离作为代价函数在航路图中搜索总航程最小的航行路线，将船舶当前位置点以及目标位置点与规划出的航行路线进行拼接得到完整航行路线
。
[0015]按上述方案，所述步骤
1)
中，提取障碍物边界的经纬度信息，首先将二进制加密电子海图解码为
Json
格式存贮的海图信息；然后将预先定义好需避让的区域
(
例如：禁航区
、
岛屿
、
浅水区等
)
的边界信息提取出来，并利用道格拉斯算法进行简化以提升航路图的构建效率
。
[0016]按上述方案，所述步骤
5)
中运行
A*
算法时，低精度网格点和高精度网格点的选择依照以下原则：
[0017]高精度网格将为路径规划算法提供能够解析狭窄航道的能力，使得规划的路径能够通过狭窄航道；
[0018]低精度网格将为路径规划算法提供预先计算好的最优路径作为快速路径，使得规划算法能跟踪任意方向的最优路径，从而能利用大圆距离更好地拟合地球表面航行距离
。
[0019]本专利技术产生的有益效果是：
[0020]本专利技术方法利用高
、
低两种网格精度构建航路图
。
这使得规划算法在能通过狭窄水域的同时，利用低精度网格提供的预计算最优路径作为快速路径，从而使得规划出的路径能模拟任意朝向的理论最优路径
。
附图说明
[0021]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0022]图1是本专利技术实施例的方法流程图；
[0023]图2是本专利技术实施例的障碍物边界简化效果图；
[0024]图3是本专利技术实施例的航路图的拼接示意图
。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的
、
技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明
。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术
。
[0026]如图1所示，一种适用于全球海域范围的船舶航线快速规划方法，包括以下步骤：
[0027]步骤
1)
：首先将二进制加密电子海图解码为
Json
格式存贮的海图信息
。
此后，将预先定义好需避让的区域
(
本例仅为岛屿
)
的边界信息提取出来，并利用道格拉斯算法进行简化以提升航路图的构建效率
。
图2给出了本专利技术采用的障碍物边界简化法对于特定范围内的障碍物简化的效果图
。
[0028]步骤
2)
随机生成低精度
、
高精度两种网格点并建立高
、
低精度两种网格图；
[0029]对于高精度网格点，基于障碍物信息判断每一点与其相邻格点是否连通，仅保留与相邻网格点相连通的网格点，获得包含障碍物信息的高精度网格图；
[0030]对于低精度网格点，基于障碍物信息判断每一点与其他所有低精度网格点是否连通，仅保留连通的网格点，获得包含障碍物信息的低精度网格图；
[0031]步骤
3)
基于步骤
2)
中生成的网格与网格间的连通情况，建立高
、
低精度两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种适用于全球海域范围的船舶航线快速规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1)
获取包括船舶起始位置和目的位置的电子海图；通过处理电子海图信息，提取所有障碍物的边界点经纬度坐标；通过道格拉斯降采样方法，简化障碍物边界并保留障碍物拓扑特征；步骤
2)
生成低精度
、
高精度两种网格点并建立高
、
低精度两种网格图；对于高精度网格点，基于障碍物信息判断每一点与其相邻格点是否连通，仅保留与相邻网格点相连通的网格点，获得包含障碍物信息的高精度网格图；对于低精度网格点，基于障碍物信息判断每一点与其他所有低精度网格点是否连通，仅保留连通的网格点，获得包含障碍物信息的低精度网格图；步骤
3)
将低精度网格点与附近无障碍物阻挡的高精度网格点进行连接，从而将高
、
低精度网格图拼接成一整张航路图作为数据文件存储于本地；高
、
低精度航路图的具体拼接过程为：以低精度网格图为基本航路图，对于每一个属于低精度网格图的低精度网格点，根据大圆距离寻找其附近小于设定距离的高精度网格点，并判断连接该低精度网格点和高精度网格点的边是否与障碍物相交；若不相交，则将该高精度网格点设置为低精度网格点的邻点，遍历所有低精度网格图的低精度网格点，从而将高
、
低精度图构建为完整的航路图；步骤
4)
输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾晨，肖宇明皓，龚俊斌，黄一，向金林，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：