一种最短航线规划方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115993118A(43)申请公布日2023.04.21(21)申请号202211511443.8(22)申请日2022.11.29(71)申请人上海船舶运输科学研究所有限公司地址200135上海市浦东新区民生路600号(72)发明人张焱飞文逸彦屠海洋(74)专利代理机构北京海虹嘉诚知识产权代理有限公司11129专利代理师高丽萍(51)Int.Cl.G01C21/20(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称一种最短航线规划方法及系统(57)摘要本发明提供了一种最短航线规划方法及系统，基于目标船舶的AIS数据，并对AIS数据进行预处理，再采用特定的判断方法对AIS数据进行筛选，然后基于预处理及筛选后的数据采用栅格法构建低精度环境模型，再采用蚁群算法计算出低精度环境模型中的航线最短路径，并确定出最短路径栅格范围，将低精度环境模型中的单位栅格宽度降低以构建高精度环境模型，并根据低精度环境模型中最短路径栅格范围确定出高精度环境模型中最短路径栅格范围，最后采用A星搜索算法计算出高精度环境模型中最短路径栅格范围内的航线最短路径，并采用贝塞尔曲线法对航线最短路径进行优化，得到优化后的航线最短路径并进行展示，能够大幅度提升环境模型的精度，且计算时间成本低。CN115993118ACN115993118A权利要求书1/2页1.一种最短航线规划方法，其特征在于，包括以下步骤：数据获取及处理步骤：获取目标船舶的AIS数据，并对AIS数据进行预处理；数据筛选步骤：将预处理后的AIS数据中的吃水和航速分别与预设的阈值做比较，筛选出吃水大于预设吃水阈值且航速大于预设航速阈值的AIS数据；低精度环境模型建立步骤：基于预处理及筛选出的AIS数据，采用栅格法构建低精度环境模型，再采用蚁群算法计算出低精度环境模型中的航线最短路径，并确定出最短路径栅格范围；高精度环境模型建立步骤：将低精度环境模型中的单位栅格宽度降低至栅格阈值以下以构建高精度环境模型，并根据低精度环境模型中最短路径栅格范围确定出高精度环境模型中最短路径栅格范围；路径计算及优化步骤：采用A星搜索算法计算出高精度环境模型中最短路径栅格范围内的航线最短路径，并采用贝塞尔曲线法对航线最短路径进行优化，得到优化后的航线最短路径并进行展示。2.根据权利要求1所述的最短航线规划方法，其特征在于，所述路径计算及优化步骤中，采用A星搜索算法计算出高精度环境模型中最短路径栅格范围内的航线最短路径具体包括：S1：将栅格的起始节点插入A星搜索算法的开放列表中；S2：若栅格的结束节点存在开放列表中，则完成路径搜索，若栅格的结束节点不存在开放列表中，则路径不存在；S3：在开放列表中选择估计值最小的节点作为活动节点，并将活动节点添加到A星搜索算法的关闭列表中；S4：获得所有可直接访问的访问节点，然后更新开放列表，若访问节点在关闭列表中，则不处理；若访问节点不在开放列表中，则将访问节点添加到开放列表中；若访问节点在开放列表中，则检查访问节点的估计值是否最小，若有最小的估计值则更新访问节点的估计值；S5：重复步骤S2至S4，直到过程结束，输出最短路径的每个节点。3.根据权利要求1所述的最短航线规划方法，其特征在于，所述路径计算及优化步骤中，采用贝塞尔曲线法对航线最短路径进行优化包括：消除最短路径中冗余的路径节点，提取出关键点，将关键点连接成避开障碍物网格的线段，再采用贝塞尔曲线法对任意相邻两个线段间的拐点处进行平滑处理，得到平滑的航线最短路径。4.根据权利要求1所述的最短航线规划方法，其特征在于，所述数据筛选步骤中，所述预设航速阈值为设计航速的一定倍数。5.根据权利要求1所述的最短航线规划方法，其特征在于，所述AIS数据包括经度、纬度、艏向角、吃水和设计航速；所述预处理包括剔除AIS异常数据。6.一种最短航线规划系统，其特征在于，包括依次连接的数据获取及处理模块、数据筛选模块、低精度环境模型建立模块、高精度环境模型建立模块和路径计算及优化模块，数据获取及处理模块，获取目标船舶的AIS数据，并对AIS数据进行预处理；数据筛选模块，将预处理后的AIS数据中的吃水和航速分别与预设的阈值做比较，筛选2CN115993118A权利要求书2/2页出吃水大于预设吃水阈值且航速大于预设航速阈值的AIS数据；低精度环境模型建立模块，基于预处理及筛选出的AIS数据，采用栅格法构建低精度环境模型，再采用蚁群算法计算出低精度环境模型中的航线最短路径，并确定出最短路径栅格范围；高精度环境模型建立模块，将低精度环境模型中的单位栅格宽度降低至栅格阈值以下以构建高精度环境模型，并根据低精度环境模型中最短路径栅格范围确定出高精度环境模型中最短路径栅格范围；路径计算及优化模块