[發(fā)明專利]一種基于ECDIS的航線自動設(shè)計系統(tǒng)及其構(gòu)建方法

有效

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• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107798185B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭紹義;張樹豪
• 申請（專利權(quán)）人: 山東交通學(xué)院
• 主分類號: G06F16/29
• 分類號: G06F16/29;G06F30/20;G06Q10/04;G06Q50/30
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本發(fā)明公開了一種基于ECDIS的航線自動設(shè)計系統(tǒng)及其構(gòu)建方法，采用空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)建立推薦航線及航線信息數(shù)據(jù)庫，通過構(gòu)建加權(quán)航路網(wǎng)絡(luò)圖，采用Dijkstra算法及推薦航線相結(jié)合求解最優(yōu)航線，并運用Matlab進(jìn)行建模仿真，對不同船舶進(jìn)行航線優(yōu)選仿真實驗。本發(fā)明采用在推薦航線的基礎(chǔ)上，利用人工智能及圖論的方法以獲得最優(yōu)航線。基于ECDIS自動航線設(shè)計智能系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)計劃航線自動生成，還具有極其方便的航線信息查詢功能，最大限度地減少駕駛員的工作量，對保證船舶航行安全和節(jié)約船舶的航行運營成本具有重要的實際意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航線設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種基于ECDIS的航線自動設(shè)計系統(tǒng)及其構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

為保證船舶在海上航行的安全，其首要任務(wù)就是要制定出一條正確合理的航線，它是航海中一項非常重要而且十分復(fù)雜的任務(wù)。這項工作做得好與不好，直接影響到船舶在海上的航行安全，也會最終影響到船舶的營運利潤。制定一條正確合理的航線應(yīng)遵循的基本原則是：既安全又經(jīng)濟(jì)。

傳統(tǒng)的航線設(shè)計相當(dāng)繁瑣復(fù)雜，主要包括核實港名、確定進(jìn)出港時機(jī)、收集和查閱有關(guān)航線的資料、初(草)畫航線、確定航線、預(yù)繪計劃航線、繪制航線表、航行計劃、制定航行措施等內(nèi)容。在紙海圖上進(jìn)行航線設(shè)計時通常是由駕駛員先在紙海圖上人工標(biāo)繪航路點、作圖，進(jìn)而人工判斷航線是否可行。這種人工作業(yè)方法可能由于障礙物尺寸小或海圖破損，而掩蓋真實海圖數(shù)據(jù)，導(dǎo)致航行中因為信息判斷失誤，而釀成嚴(yán)重的不良后果。另一方面，由于手工操作，工作強度很大，并且航線設(shè)計結(jié)果的優(yōu)劣完全取決于航海人員的經(jīng)驗、作業(yè)熟練程度及工作態(tài)度，這往往會給航行帶來很多潛在的不安全因素。因此選擇的航線不一定是安全又經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)航線。減輕這種工作量和工作難度，是目前需要解決的問題之一。

電子海圖顯示與信息系統(tǒng)(ECDIS)是現(xiàn)代航海發(fā)展史上重大的技術(shù)革命，作為一個實時的航行系統(tǒng)，ECDIS匯集了各種導(dǎo)航傳感器以及自動雷達(dá)標(biāo)繪儀(ARPA)和船舶自動識別系統(tǒng)(ASI)的信息，已經(jīng)實現(xiàn)了船舶定位、航行計劃、避碰、航跡保持等功能。

簡單地實現(xiàn)航線設(shè)計功能是較容易的，ECDIS只需要為船舶駕駛?cè)藛T提供航線設(shè)計接口，再由船舶駕駛?cè)藛T根據(jù)查閱的航海圖書資料、推薦航線，分析潮流、繞越障礙物，確定好計劃航線的轉(zhuǎn)向點之后，手動地通過圖形界面或以數(shù)字形式輸入到系統(tǒng)中。

目前，ECDIS產(chǎn)品已經(jīng)具有一定的輔助航線設(shè)計能力。以英國船商公司的NS4000電子海圖系統(tǒng)為例，航線設(shè)計時航路點由用戶自己確定，電子海圖自動檢查航線是否穿過禁航與淺灘、島礁等無法通行的區(qū)域。用戶可以通過用鼠標(biāo)在海圖上選取點或者用鍵盤錄入已經(jīng)確定的航路點兩種方式選取航路點。系統(tǒng)可以在用戶獲取航路點的過程中實時檢查航路點是否可取，也可以在航線確定之后進(jìn)行航線檢查，然后根據(jù)系統(tǒng)提示調(diào)整航線。

如此設(shè)計的計劃航線雖然使駕駛員的工作負(fù)荷有所減輕，但是與使用紙制海圖進(jìn)行計劃航線設(shè)計并沒有本質(zhì)上的區(qū)別，船長及駕駛員的工作量依然繁重，沒有發(fā)揮出電子海圖系統(tǒng)的智能性和自動化。在ECDIS中，如果航線設(shè)計、航路監(jiān)視完全自動進(jìn)行，不僅可以大大減輕航海作業(yè)人員的工作強度，而且可以增強航行安全性。

近年來，利用計算機(jī)的自動解算功能，探索矢量地圖最優(yōu)路徑的問題引起了國內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注。經(jīng)過概括、歸納，比較有代表性的方法有以下幾種：

A.以Dijkstra算法為基礎(chǔ)，對其優(yōu)化，這是目前國內(nèi)的研究熱點。按其主要思想又可分為兩類：①通過減少需要搜索的節(jié)點數(shù)來提高算法的執(zhí)行效率，②通過優(yōu)化D算法優(yōu)先級隊列的實現(xiàn)來提高算法的執(zhí)行效率。吳鳳平等，將船舶最小事故航線選擇問題轉(zhuǎn)化為不含負(fù)權(quán)的最短路問題，運用Dijkstra算法進(jìn)行求解。葉清，基于多個港口形成的交通運輸網(wǎng)，將最短航線問題分解為由起點到終點和由終點到起點求解最短航線兩個子問題，然后利用Dijkstra算法進(jìn)行最佳航線的選擇。王科和Anel，分別基于Dijkstra算法，對軍事航線的最優(yōu)化問題進(jìn)行了研究。李興峰，基于礙航物多邊形來建立加權(quán)網(wǎng)絡(luò)圖，采用改進(jìn)的Dijkstra算法求解最短航線。