[发明专利]一种基于环境预报信息的无人艇航线优化方法

说明书

本发明涉及的是一种基于环境预报信息的无人艇航线优化方法。通过气象预报收集无人艇在海上航行时可能产生影响的环境信息因素，通过全球定位系统对无人艇当前的位置进行定位，得到准确的无人艇航行状态；将考虑无人艇航行区域的静态障碍物以及海流这一气象因素对无人艇的影响，结合获得的环境数据对海域的环境进行建模；基于粒子群优化算法的无人艇航线规划算法设计，算法设计出来的无人艇航线尽量避开了静态障碍物并且利用了对于无人艇航行有利的海流区域。本发明实现了无人艇可以根据环境预报信息而设计航线，可以随时根据天气环境的变化对航线做出及时的调整，避免海域上恶劣的环境对无人艇安全产生威胁，提高无人艇航行的经济性和安全性。

技术领域

本发明涉及的是一种无人艇航线规划方法，具体地说是一种基于环境预报信息的无人艇航线优化方法。

背景技术

随着无人艇数量的不断增加及运输成本的上涨，无人艇航行的经济性及安全性越来越被人们所重视。因此，设计为无人艇设计一条安全经济的航线成为节能减排和降低成本的主要途径。在过去很长时间，由于技术条件的落后，人们更多的是依据航海人的经验确定航线，效果很难令人满意。近年来，随着科技的发展，人们对于海洋气候环境的预测越来越准确，基于环境信息为无人艇规划航线，可以根据航行过程中天气环境的变化而对航线做出及时调整，使航线更具有经济性及安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能随时根据天气环境的变化对航线做出及时的调整，提高无人艇航行的经济性和安全性的基于环境预报信息的无人艇航线优化方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)、无人艇航行海域的环境信息及无人艇航行状态的获取

通过气象预报收集无人艇在海上航行时环境信息，根据这些环境信息对无人艇航行的影响程度，筛选出对无人艇航行影响较大的环境信息；通过全球定位系统对无人艇当前的位置进行定位，得到准确的无人艇航行状态；

(2)、建立包括无人艇航行海域环境信息的无人艇航行模型

根据气象预报得到的无人艇航行海域的环境信息及区域中固定障碍物的位置建立航迹图；

(3)、基于粒子群优化算法的无人艇航线规划

将粒子群优化算法应用到航线优化，最优航线相当于鸟群中的食物，通过模仿鸟群寻找食物的过程来寻找最优航线。

本发明还可以包括：

1、所述建立包括无人艇航行海域环境信息的无人艇航行模型具体包括：

在无人艇活动区域出现的静态障碍物，以任意形状的多边形表示，所述无人艇航行海域的环境信息是海流，用模拟数据表示，

假设无人艇整个活动区域的大小定义为：

E＝{(L，W)∈R²：L_a≤L≤L_b，W_a≤W≤W_b}

安全无碰撞的自由区域定义为：

其中，Obstacle_i，i＝1，2，…，k，表示静态障碍物集合，k为静态障碍物的数量，

使无人艇安全无碰的从起点S运动到终点G，再自由区域E_free中搜索出一条航迹，这条航迹既满足无人艇航行的安全性条件：不能与障碍物相碰，不能距离障碍物太近；又满足经济性条件，即无人艇航行过程的能耗少，将无人艇的最优航线寻找问题归结为在自由区间E_free中的优化搜索问题。

2、所述基于粒子群优化算法的无人艇航线规划具体包括：

1)粒子群算法的基本公式如下：