本發(fā)明涉及船舶航線規(guī)劃領(lǐng)域，尤其涉及一種基于大數(shù)據(jù)處理的船舶航線規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、船舶航行中，會(huì)隨著環(huán)境的多變化而出現(xiàn)各種狀況，為了能實(shí)現(xiàn)對(duì)于船舶的航行提供優(yōu)化指導(dǎo)，進(jìn)而能夠應(yīng)對(duì)各種狀況而實(shí)現(xiàn)順利的通行，尤其是能效的預(yù)測(cè)、航速的優(yōu)化方面，如何實(shí)現(xiàn)預(yù)估進(jìn)而給出指導(dǎo)便成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的技術(shù)問題。

2、目前，船舶航行都是通過雷達(dá)導(dǎo)航，航線較為單一，要是偏離航線容易遇到突發(fā)狀況導(dǎo)致發(fā)生大量消耗能源和時(shí)間甚至是出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況，導(dǎo)致船舶不敢輕易嘗試探索新航線，所以一種通過大數(shù)據(jù)分析，對(duì)航行環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)分析，從而得到船舶最優(yōu)航線規(guī)劃方案的航線規(guī)劃方法是很有急需的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明意在提供一種基于大數(shù)據(jù)處理的船舶航線規(guī)劃方法，解決了目前船舶航線較為單一，沒有通過大數(shù)據(jù)具體規(guī)劃船舶耗時(shí)耗能以及規(guī)避狀況的最優(yōu)航線的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下方法：

3、本發(fā)明提供的一種基于大數(shù)據(jù)處理的船舶航線規(guī)劃方法是：

4、s1：根據(jù)對(duì)應(yīng)海域的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)計(jì)算船舶總能耗，確定船舶第一航行路線圖；

5、s2：根據(jù)海區(qū)風(fēng)場(chǎng)、浪場(chǎng)和流場(chǎng)建立航行環(huán)境模型，加入船舶信息以及航行環(huán)境要素信息對(duì)所述船舶第一航行路線圖進(jìn)行第一優(yōu)化過程，得到船舶第二航行路線圖；

6、s3：通過所述航行環(huán)境模型構(gòu)建航行區(qū)塊，根據(jù)所述航行區(qū)塊構(gòu)建航行轉(zhuǎn)向點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖；

7、s4：根據(jù)所述航行轉(zhuǎn)向點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖建立環(huán)境路障規(guī)避模型，計(jì)算船舶航行規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)；

8、s5：將所述船舶航行規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)與所述船舶第二航行路線圖進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)合分析，進(jìn)行第二優(yōu)化過程，得到船舶第三航行路線圖；

9、s6：采集船舶歷史航線，將所述船舶歷史航線與所述船舶第三航行路線圖進(jìn)行大數(shù)據(jù)模擬整合，得到船舶最優(yōu)航線規(guī)劃方案。

10、優(yōu)選的，所述根據(jù)對(duì)應(yīng)海域的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)計(jì)算船舶總能耗，確定船舶第一航行路線圖的步驟，包括：根據(jù)所述海洋環(huán)境數(shù)據(jù)計(jì)算船舶損失能量、船舶利用能量、船舶輸出總能量，所述海洋環(huán)境數(shù)據(jù)包括海洋氣壓狀況、海洋風(fēng)力狀況和海浪波動(dòng)狀況；根據(jù)所述海洋氣壓狀況、海洋風(fēng)力狀況、海浪波動(dòng)狀況建立氣壓監(jiān)測(cè)波動(dòng)圖像、風(fēng)力監(jiān)測(cè)波動(dòng)圖像和海浪監(jiān)測(cè)波動(dòng)圖像；通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)建船舶航行模型，通過所述氣壓監(jiān)測(cè)波動(dòng)圖像、風(fēng)力監(jiān)測(cè)波動(dòng)圖像和海浪監(jiān)測(cè)波動(dòng)圖像進(jìn)行模擬所述船舶損失能量最少，所述船舶利用能量最大的船舶第一航行路線圖。

11、優(yōu)選的，所述通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)建船舶航行模型，通過所述氣壓監(jiān)測(cè)波動(dòng)圖像、風(fēng)力監(jiān)測(cè)波動(dòng)圖像和海浪監(jiān)測(cè)波動(dòng)圖像進(jìn)行模擬所述船舶損失能量最少，所述船舶利用能量最大的船舶第一航行路線圖的步驟，包括：通過大數(shù)據(jù)采集歷史船舶航行路線圖和船舶環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)建三維船舶航行環(huán)境模型；通過所述氣壓監(jiān)測(cè)波動(dòng)圖像、風(fēng)力監(jiān)測(cè)波動(dòng)圖像和海浪監(jiān)測(cè)波動(dòng)圖像得到所述三維船舶航行環(huán)境模型中船舶處于不同航行位置的氣壓能耗對(duì)比度、風(fēng)力能耗對(duì)比度和海浪能耗對(duì)比度；根據(jù)所述三維船舶航行環(huán)境模型中船舶處于不同航行位置的氣壓能耗對(duì)比度、風(fēng)力能耗對(duì)比度和海浪能耗對(duì)比度，進(jìn)行規(guī)劃船舶航行路線，模擬船舶氣壓能耗最低、風(fēng)力能耗最低、海浪能耗最低的船舶第一航行路線圖。

12、優(yōu)選的，所述根據(jù)海區(qū)風(fēng)場(chǎng)、浪場(chǎng)和流場(chǎng)建立航行環(huán)境模型，加入船舶信息以及航行環(huán)境要素信息對(duì)所述船舶第一航行路線圖進(jìn)行第一優(yōu)化過程，得到船舶第二航行路線圖的步驟，包括：根據(jù)海區(qū)風(fēng)場(chǎng)、浪場(chǎng)和流場(chǎng)建立航行環(huán)境模型，將所述船舶第一航行路線圖整合進(jìn)所述航行環(huán)境模型；在所述航行環(huán)境模型中添加船舶信息，通過艏、艉的吃水量進(jìn)行計(jì)算船舶與燃料的消耗關(guān)系，從而計(jì)算出船舶在所述船舶第一航行路線圖中每個(gè)航段的最優(yōu)航速；在所述船舶第一航行路線圖添加航行環(huán)境要素信息，得到航行環(huán)境要素信息對(duì)船舶航行的影響程度，對(duì)所述船舶第一航行路線圖進(jìn)行優(yōu)化，得到船舶第二航行路線圖。

13、優(yōu)選的，在所述航行環(huán)境模型中添加船舶信息，通過艏、艉的吃水量進(jìn)行計(jì)算船舶與燃料的消耗關(guān)系，從而計(jì)算出船舶在所述船舶第一航行路線圖中每個(gè)航段的最優(yōu)航速的步驟，包括：艏理想吃水為s，艉理想吃水為w，則船舶航速與燃料消耗關(guān)系為：

14、f＝m1*v3+m2*v2+k3*v+m4；(1)

15、其中，f表示燃料消耗，v表示船舶航速，m1～m4是擬合后的常系數(shù)；

16、將預(yù)估的航速v1帶入上述公式(1)，得到該航速下艏吃水為s、艉吃水為w時(shí)的油耗值為：

17、f＝m1*v13+m2*v12+k3*v1+m4；

18、實(shí)際艏吃水為s1,艉吃水為w1時(shí)，當(dāng)前吃水下預(yù)估的航速v1的預(yù)估油耗為：

19、f1＝f*(s1+w1)3/(s+w)3；(2)

20、將總航線按照d距離劃分得到n個(gè)航段，總航行時(shí)間為t，其中d＝v*24，v為預(yù)計(jì)的平均航速，每個(gè)航段進(jìn)行0.9v-1.1v的航速范圍內(nèi)航行，得到總油耗f＝σfi，其中fi采用公式(2)得出，i取值為1-n，并采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，以f最低為目標(biāo)，t為航行約束條件，從而得到每個(gè)航段的最優(yōu)航速。

21、優(yōu)選的，通過所述航行環(huán)境模型構(gòu)建航行區(qū)塊，根據(jù)所述航行區(qū)塊構(gòu)建航行轉(zhuǎn)向點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖的步驟，包括：通過所述航行環(huán)境模型，將船舶航行區(qū)域劃分為若干航行水域區(qū)塊；根據(jù)所述船舶第二航行路線圖進(jìn)行關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)的所述航行水域區(qū)塊；將在所述船舶第二航行路線圖中同一條航行路線的所述航行水域區(qū)塊進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)記，得到船舶路線統(tǒng)一水域區(qū)塊；在所述船舶路線統(tǒng)一水域區(qū)塊中，將所述航行水域區(qū)塊重合多次的標(biāo)記為船舶航行核心區(qū)塊，將所述航行水域區(qū)塊未重合的標(biāo)記為船舶航行轉(zhuǎn)向區(qū)塊；將所述船舶航行核心區(qū)塊、所述船舶航行轉(zhuǎn)向區(qū)塊進(jìn)行整合，得到船舶轉(zhuǎn)向點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖。

22、優(yōu)選的，根據(jù)所述航行轉(zhuǎn)向點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖建立環(huán)境路障規(guī)避模型，計(jì)算船舶航行規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的步驟，包括：根據(jù)所述航行轉(zhuǎn)向點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖，對(duì)航行環(huán)境規(guī)避情況進(jìn)行記錄，所述航行環(huán)境規(guī)避情況為船舶航行時(shí)所述船舶第二航行路線圖的規(guī)避情況；根據(jù)所述航行環(huán)境規(guī)避情況進(jìn)行建立環(huán)境路障規(guī)避模型并進(jìn)行實(shí)時(shí)更新調(diào)整；根據(jù)所述環(huán)境路障規(guī)避模型計(jì)算船舶受規(guī)避的影響度，若船舶行駛時(shí)間受某一航行路線規(guī)避影響超過30%，則將所述船舶航行規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)記為高風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線；若船舶行駛時(shí)間受某一航行路線規(guī)避影響超過10%且低于30%，則將所述船舶航行規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)記為低風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線；若船舶行駛時(shí)間受某一航行路線規(guī)避影響低于10%，則將所述船舶航行規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)記為無風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線。

23、優(yōu)選的，所述將所述船舶航行規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)與所述船舶第二航行路線圖進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)合分析，進(jìn)行第二優(yōu)化過程，得到船舶第三航行路線圖的步驟，包括：將所述船舶航行規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)與所述船舶第二航行路線圖進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)合，將所述高風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線進(jìn)行路線調(diào)整，將原路線調(diào)整為不經(jīng)過所述高風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線的最快航行路線；判斷所述低風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線中，不經(jīng)過所述低風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線的最快航行路線和所述低風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線的時(shí)長(zhǎng)、耗能情況是否低于5%；若所述低風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線中，不經(jīng)過所述低風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線的最快航行路線和所述低風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線的時(shí)長(zhǎng)、耗能情況低于5%，則將所述低風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線標(biāo)記為多選擇船舶航行路線；若所述低風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線中，不經(jīng)過所述低風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線的最快航行路線和所述低風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線的時(shí)長(zhǎng)、耗能情況不低于5%，則將所述低風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線標(biāo)記為最優(yōu)船舶航行路線；將所述最優(yōu)船舶航行路線、多選擇船舶路線和無風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線整合為船舶第三航行路線圖。

24、優(yōu)選的，所述采集船舶歷史航線，將所述船舶歷史航線與所述船舶第三航行路線圖進(jìn)行大數(shù)據(jù)模擬整合，得到船舶最優(yōu)航線規(guī)劃方案的步驟，包括：采集船舶歷史航線，計(jì)算所述船舶歷史航線和所述船舶第三航行路線圖重合航線；將所述船舶歷史航線和所述船舶第三航行路線圖多次重合的航線記錄為船舶最優(yōu)推薦航線；計(jì)算所述船舶第三航行路線圖中與所述船舶歷史航線未重合的航線中，船舶的預(yù)估能耗狀況以及耗時(shí)狀況；若所述預(yù)估能耗狀況以及耗時(shí)狀況低于所述船舶歷史航線，則將所述船舶第三航行路線圖中與所述船舶歷史航線未重合的航線標(biāo)記為船舶最優(yōu)推薦航線；將若干所述船舶最優(yōu)推薦航線進(jìn)行航線數(shù)據(jù)整合，得到船舶最優(yōu)航線規(guī)劃方案。

25、優(yōu)選的，得到所述船舶最優(yōu)航線規(guī)劃方案后還包括：將所述船舶最優(yōu)航線規(guī)劃方案中與船舶歷史航線重合的航線進(jìn)行紀(jì)錄，得到歷史重合航線的具體能耗情況和耗時(shí)情況；對(duì)所述船舶最優(yōu)航線規(guī)劃方案中與船舶歷史航線未重合的航線進(jìn)行模擬航行，得到未知航線的預(yù)估能耗情況和耗時(shí)情況；根據(jù)所述歷史重合航線的具體能耗情況和耗時(shí)情況和所述未知航線的預(yù)估能耗情況和耗時(shí)情況將所述船舶最優(yōu)航線規(guī)劃方案中的航線進(jìn)行能耗情況和耗時(shí)情況由少到多排序，得到船舶最優(yōu)航線和船舶備選航線。

26、本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：本發(fā)明通過船舶對(duì)應(yīng)航行的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)計(jì)算船舶的總能耗，得到船舶第一航行路線圖，然后添加了船舶自身的因素來進(jìn)行具體的船舶耗能情況，從而計(jì)算出每個(gè)航段的最優(yōu)航速，然后添加了船舶航行規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，讓整個(gè)船舶航線規(guī)劃考慮的因素更加全面，不會(huì)因?yàn)槭韬鲋匾蛩囟绊懘皩?shí)際航行；并且通過大數(shù)據(jù)對(duì)船舶航線進(jìn)行模擬規(guī)劃，建立了船舶航行模型、三維船舶航行環(huán)境模型、航行環(huán)境模型等多個(gè)數(shù)據(jù)模擬模型，用海量的數(shù)據(jù)并進(jìn)行系統(tǒng)化的分析，在船舶第一航行路線圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行多次優(yōu)化，最后得到系統(tǒng)化的船舶最優(yōu)航線規(guī)劃方案，并根據(jù)能耗情況和耗時(shí)情況進(jìn)行排序，得到船舶最優(yōu)航線和船舶備選航線，讓船舶能夠有多種應(yīng)急方案來適應(yīng)船舶航行中的突發(fā)狀況，保障船舶航行的穩(wěn)定。