[发明专利]基于AIS数据的最短航线自动规划方法

权利要求书

1.一种基于AIS数据的最短航线自动规划方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

A、将全球经纬度划分为二位栅格矩阵；判断每个栅格内是否出现AIS数据，若出现过AIS数据则确定为可通航栅格，并确定所有相邻可通航栅格的距离；

B、将给定出发点A(经度纬度αA)以及达到点B(经度纬度αB)转换成所述二位栅格矩阵中对应栅格位置出发点A’(XA，YA)以及达到点B’(XB，YB)；

C、初始化蚁群算法的初始参数，通过所述蚁群算法在所述二位栅格矩阵中进行循环搜索，以输出出发点A’至达到点B’的最短路径，并转换为出发点A到达到点B的最短航线。

2.根据权利要求1所述的一种基于AIS数据的最短航线自动规划方法，其特征在于，所述最短航线自动规划方法还包括航线二次设计步骤，包括如下步骤：

将步骤C所得最短航线拆分为由航向变化的转向点分割的多段子航线；

将所有距离超过L的子航线以弧长d为单位基准进行分段划分，并基于子航线航程和航向角计算其中每一中间点的经纬度；

输出由距离低于L的子航线和弧长为d的分段航线构成的二次设计最短航线。

3.根据权利要求2所述的一种基于AIS数据的最短航线自动规划方法，其特征在于，所述子航线航程由球面三角余弦公式计算获得，所述航向角根据球面三角计算公式计算获得；所述中间点的经纬度的计算方式为：

中间点的坐标表示为Di(ψi，λi)，Si(Si＝i*d)为任一中间点Di到子航线起始点A的弧长，其中i＝1，2，3，…，n-1；

根据球面三角形公式

ψi＝arcsin(sinψ1cos(Si/(60*57.3))+cosψ1sin(Si/(60*57.3))cos(C))得到Di的纬度ψi；其中，C为子航线的航向角；

根据公式得到起始点A与中间点Di的经度差Ai，Di的经度λi＝λ1+Ai。

4.根据权利要求2所述的一种基于AIS数据的最短航线自动规划方法，其特征在于，在步骤A之前还包括清洗筛选原始AIS数据步骤，包括如下步骤：

清洗采集错误的AIS数据，保留AIS数据中经纬度、航速、吃水、航向字段数据正常点；以及，保留符合通航条件的AIS数据；以及，利用DBScan密度聚类算法剔除AIS数据中公共通航区的离散点。

5.根据权利要求4所述的一种基于AIS数据的最短航线自动规划方法，其特征在于：

所述经度正常数据在-180°到180°之间，纬度正常数据在-90°到90°之间，航速正常数据在0到50节之间，吃水正常数据在0到50米之间，航向正常数据在0到360°之间；

所述的符合通航条件的标准为吃水5米以上、航速5节以上；

所述L为300海里，所述d为150海里。

6.根据权利要求4所述的一种基于AIS数据的最短航线自动规划方法，其特征在于，所述步骤C的具体步骤为：

初始化每个蚂蚁种群，

利用轮盘赌法选择下一个相邻可通航栅格，该相邻可通航栅格以及相邻可通航栅格距离来源于全球可通航栅格网格划分模型计算结果；

每只蚂蚁根据信息素找到路径直到达到点B；

记录每只蚂蚁的通航路线和总的航行距离；

更新蚂蚁留下的信息素；

判断是否达到最大种群数；

输出航线最短的解。

7.根据权利要求6所述的一种基于AIS数据的最短航线自动规划方法，其特征在于：所述相邻可通航栅格的距离通过邻接矩阵算法计算，起始点地理坐标A(ψ1，λ1)，终点地理坐标B(ψ2，λ2)，计算两点之间的距离S公式如下：

flatten＝(ra-rb)/ra (1)

pA＝atan(rb*tan(ψ1)/ra) (2)

pB＝atan(rb*tan(ψ2)/ra) (3)

α＝arccos(sin(ψ1)sin(ψ2)+cos(λ1)cos(λ2)cos(λ2-λ1)) (4)

C1＝(sin(α)-α)*(sin(pA)+sin(pB))^2/cos(α/2)^2 (5)

C2＝(sin(α)+α)*(sin(pA)-sin(pB))^2/sin(α/2)^2 (6)

Dr＝flatten*(C1-C2)/8 (7)

S＝ra*(α+Dr) (8)

上述公式1-8中，ra为赤道半径、rb为极半径。