[發(fā)明專利]一種基于高頻地波雷達(dá)洋流數(shù)據(jù)的水上船只路徑規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810449530.2
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108872978B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付偉;賴洪波;陳智會(huì);余亮;馬剛
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北中南鵬力海洋探測系統(tǒng)工程有限公司;中船重工中南裝備有限責(zé)任公司
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01C21/20
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕

1.一種基于高頻地波雷達(dá)洋流數(shù)據(jù)的水上船只路徑規(guī)劃方法，其特征在于，船只起航后向所在海域高頻地波雷達(dá)中心站上報(bào)當(dāng)前位置；雷達(dá)中心站收到船只當(dāng)前位置后，結(jié)合實(shí)時(shí)的洋流數(shù)據(jù)以及船只的終點(diǎn)位置，根據(jù)遺傳算法進(jìn)行路徑規(guī)劃，找出最優(yōu)路徑，并將最優(yōu)路徑發(fā)送給船只；所述根據(jù)遺傳算法進(jìn)行路徑規(guī)劃，找出最優(yōu)路徑時(shí)首先應(yīng)確定路徑編碼方案，具體如下：

設(shè)每一次當(dāng)前位置上報(bào)時(shí)，船只當(dāng)前位置到終點(diǎn)的直線距離為S,以距離d為單元等分，將S劃分為m段，將從起點(diǎn)到終點(diǎn)的方向設(shè)為x軸正方向，將垂直于x方向，且通過起點(diǎn)的方向設(shè)為y軸，y軸正方向?yàn)閤軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度所指的方向，一條從起點(diǎn)到終點(diǎn)的路徑由一系列關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，從起點(diǎn)開始，將各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)用直線連接即為一條完整的路徑；

根據(jù)每一條路徑，計(jì)算每兩個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)間連線的能量消耗值，然后進(jìn)行累加，和即為船只行駛一整條路徑的能量消耗，所述能量消耗的適應(yīng)度函數(shù)表示為：

其中，C_i為船只在兩個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)間對外表現(xiàn)的速度即合速度，l_i為兩個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)連線的長度，V_{cur_i}為第i個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上洋流的速度，β為V_{cur_i}的方向同第i段關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)連線的夾角；V_i+1表示船在第i+1個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)靜水速度,K為一個(gè)大于零的常數(shù)，0≤t≤(l_i/C_i)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于高頻地波雷達(dá)洋流數(shù)據(jù)的水上船只路徑規(guī)劃方法，其特征在于，將初始種群中的路徑通過選擇、交叉、變異遺傳算子的操作，以所述適應(yīng)度函數(shù)為考量，進(jìn)行多次迭代，最終將最優(yōu)解作為全局最優(yōu)解；選擇操作時(shí)將初始種群按照適應(yīng)度函數(shù)從小到大排列，選擇適應(yīng)度最好的前n*R_cs條路徑，剩余的n*(1-R_cs)的適應(yīng)度較差的路徑被淘汰，并將適應(yīng)度的最好的n*(1-R_cs)條路徑進(jìn)行復(fù)制以替換遭淘汰的n*(1-R_cs)的路徑，其中R_cs為選擇概率，n為按照路徑編碼方案隨機(jī)產(chǎn)生n條路徑。

3.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于高頻地波雷達(dá)洋流數(shù)據(jù)的水上船只路徑規(guī)劃方法，其特征在于，中心站根據(jù)遺傳算法計(jì)算出最優(yōu)路徑后，向船只發(fā)送三個(gè)連續(xù)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，作為規(guī)劃路徑；當(dāng)船只當(dāng)前位置距離終點(diǎn)的直線距離小于等于船只當(dāng)前位置到終點(diǎn)的直線等分單元距離時(shí)，則不再進(jìn)行規(guī)劃，直接向船只發(fā)送終點(diǎn)位置。

4.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于高頻地波雷達(dá)洋流數(shù)據(jù)的水上船只路徑規(guī)劃方法，其特征在于，船只向雷達(dá)中心站發(fā)送當(dāng)前位置后，雷達(dá)中心站路徑規(guī)劃計(jì)算需要一定時(shí)間，不能立即向船只發(fā)送導(dǎo)航路徑；此時(shí)，約定船只按照上一次的規(guī)劃路徑繼續(xù)行駛，直至接收到最優(yōu)路徑；若無規(guī)劃路徑，或者已經(jīng)到達(dá)該路徑的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，則直接朝目的地直線行駛。

5.如權(quán)利要求2所述的一種基于高頻地波雷達(dá)洋流數(shù)據(jù)的水上船只路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)為：在不包括起點(diǎn)和終點(diǎn)的每一個(gè)單元等分點(diǎn)上做垂線，在垂線上隨機(jī)選取一點(diǎn)作為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)；前一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和后一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的連線跟x軸正方向的夾角要小于α，其中α0,倒數(shù)第二個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)到終點(diǎn)的連線無需滿足上述約束。

6.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于高頻地波雷達(dá)洋流數(shù)據(jù)的水上船只路徑規(guī)劃方法，其特征在于，將起點(diǎn)到終點(diǎn)直線方向上的所有等分點(diǎn)進(jìn)行連接，作為一條默認(rèn)路徑放入算法初始種群。

7.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于高頻地波雷達(dá)洋流數(shù)據(jù)的水上船只路徑規(guī)劃方法，其特征在于，雷達(dá)中心站每十分鐘反演一場洋流數(shù)據(jù)，將反演出的最近的一場洋流數(shù)據(jù)作為實(shí)時(shí)洋流數(shù)據(jù)。