[發(fā)明專利]一種基于高頻地波雷達洋流數(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（設計）人: 付偉;賴洪波;陳智會;余亮;馬剛
• 申請（專利權）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: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕

本發(fā)明提出了一種基于高頻地波雷達洋流數(shù)據(jù)的水上船只路徑規(guī)劃方法，能夠解決如何利用高頻地波雷達所探測的洋流場為海上水面船只動態(tài)規(guī)劃最節(jié)省燃料行駛路徑的題。本發(fā)明的一種基于高頻地波雷達洋流數(shù)據(jù)的水上船只路徑規(guī)劃方法，船只起航后以固定頻率向所在海域高頻地波雷達中心站上報當前位置及終點位置；雷達中心站收到船舶位置和終點位置后，結合實時的洋流數(shù)據(jù)，根據(jù)遺傳算法進行路徑規(guī)劃，找出最優(yōu)路徑，并將最優(yōu)路徑發(fā)送給船只。

技術領域

本發(fā)明屬于高頻地波雷達探測信號的數(shù)據(jù)應用領域，具體涉及一種基于高頻地波雷達洋流數(shù)據(jù)的水上船只路徑規(guī)劃方法。

背景技術

高頻地波雷達是一種新興的海洋遙感設備，具有大面積，全天候，低成本等優(yōu)點。短時間的探測就可以反演出數(shù)萬平方公里的海洋表面流場，浪場和風場信息。最大探測距離可以達到400公里，甚至更遠。目前，高頻地波雷達在國內(nèi)外均已達到業(yè)務化運行水平，風、浪、洋流的探測取得重大突破，但如何對探測的大范圍的風浪流信息進行二次利用，進一步為科研，生產(chǎn)生活，軍事氣象服務，仍然有巨大的挖掘探索空間。

船舶航行在海面上，由于受海流影響，其前進過程中會受到洋流阻力或推動力的影響(特別的，當船只目標越小，速度越小，受洋流影響越大，典型如小型漁船)。為了最大限度的減少海流的阻力(逆流)及最大可能的利用海流的動力(順流)，節(jié)省燃料，可以根據(jù)航行區(qū)間的洋流特性，給出一條合理的最佳路徑。高頻地波雷達系統(tǒng)可以實時的探測并反演出雷達信號覆蓋范圍內(nèi)的洋流數(shù)據(jù)，正常氣象條件下，船在航行過程中主要受洋流和自身動力疊加影響。將洋流和船只自身動力作為影響因子，利用遺傳算法，規(guī)劃能量消耗最小的全局最優(yōu)解，是可以實現(xiàn)海面船只的動態(tài)路徑規(guī)劃的。目前，還沒有利用高頻地波雷達系統(tǒng)反演洋流數(shù)據(jù)對海面船只進行實時動態(tài)路徑規(guī)劃的技術。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明提出了一種基于高頻地波雷達洋流數(shù)據(jù)的水上船只路徑規(guī)劃方法，能夠解決如何利用高頻地波雷達所探測的洋流場為海上水面船只動態(tài)規(guī)劃最節(jié)省燃料行駛路徑的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于高頻地波雷達洋流數(shù)據(jù)的水上船只路徑規(guī)劃方法，船只起航后以固定頻率向所在海域高頻地波雷達中心站上報當前位置及終點位置；雷達中心站收到船舶位置和終點位置后，結合實時的洋流數(shù)據(jù)，根據(jù)遺傳算法進行路徑規(guī)劃，找出最優(yōu)路徑，并將最優(yōu)路徑發(fā)送給船只。

進一步地，根據(jù)遺傳算法進行路徑規(guī)劃，找出最優(yōu)路徑，具體包括以下步驟：

步驟一、確定路徑編碼方案：設每一次位置上報時，船只當前位置到終點的直線距離S,以距離d為單元等分，d為大于零的整數(shù)，將S劃分為ROUNDUP(S/d)段，段總數(shù)定義為m，將從起點到終點的方向設為x軸正方向，將垂直于x方向，且通過起點的方向設為y軸，y軸正方向為x軸逆時針旋轉90度所指的方向，一條從起點到終點的路徑是由一系列關鍵結點構成，從起點開始，將各個關鍵結點用直線連接即為一條完整的路徑；

步驟二、種群初始化：按照步驟一的路徑編碼方案，隨機產(chǎn)生n條路徑，作為算法初始種群；

步驟三、確定適應度函數(shù)：針對每一條路徑，計算每兩個關鍵節(jié)點間連線的能量消耗值，定義為E_i,1≤i≤m，然后進行累加，和即為船只行駛一整條路徑的能量消耗，定義為W_k,1≤k≤n；能量消耗的適應度函數(shù)表示為：

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