CN116702940A - 一种航速优化方法及*** - Google Patents

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Abstract

本申请提供的一种航速优化方法及***，具体应用于智能船舶领域，包括获取目标航道的实时气象数据；确定目标船舶所处弯曲航道；确定所述目标船舶当前时刻在所述弯曲航道中的航行位置；确定所述弯曲航道的第一曲率；根据所述航行位置计算第二曲率；根据所述第一曲率和所述第二曲率计算实际航行曲率；根据所述实时气象数据和所述航行曲率实现所述目标船舶的航速优化。由此实现船舶航速的智能优化，提高航行安全性。

Description

一种航速优化方法及***
技术领域
本申请涉及智能船舶领域，更具体地，涉及一种航速优化方法及***。
背景技术
在航运过程中，航速是影响船舶能耗和安全性的关键因素。同一航线上，风浪等级高、环境恶劣时需降低航速，海面平静、风速较小时可以提高航速。
现有技术中，通常从节能环保的角度对船舶航速进行优化，极少考虑到航线中弯曲航道过多或隐藏阻碍物过多时，对航行安全造成的影响。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种航速优化方法及***，通过第一曲率和第二曲率计算实际航行曲率，同时引入实时气象数据以实现目标船舶的航速优化。由此实现船舶航速的智能优化，提高航行安全性。具体技术方案如下：
在本发明实施例的第一方面，提供一种航速优化方法，包括：获取目标航道的实时气象数据；确定目标船舶所处弯曲航道；确定所述目标船舶当前时刻在所述弯曲航道中的航行位置；确定所述弯曲航道的第一曲率；根据所述航行位置计算第二曲率；根据所述第一曲率和所述第二曲率计算实际航行曲率；根据所述实时气象数据和所述航行曲率实现所述目标船舶的航速优化。
可选地，所述确定所述弯曲航道的第一曲率，包括：预先采集所述目标航道中所有弯曲航道的统计曲率；获取所述航行位置处对应的统计曲率，作为第一曲率。
可选地，所述根据所述航行位置计算第二曲率，包括：所述航行位置包括水平位置和垂直位置；根据水平位置和垂直位置计算第三曲率；对所述第三曲率进行滤波处理得到第二曲率。
可选地，所述根据水平位置和垂直位置计算第三曲率，包括：根据水平位置和垂直位置计算第三曲率；公式如下：
其中，t表示当前时刻，Rt,1表示当前时刻的曲率，即第三曲率；Crt表示当前时刻的水平位置，Vrt表示当前时刻的垂直位置，Bat表示当前时刻船舶位置与阻碍物体之间的距离。
可选地，所述对所述第三曲率进行滤波处理得到第二曲率，包括：对所述第三曲率进行滤波处理得到第二曲率；公式如下：
其中，(t+1)表示下一时刻，Rt+1,2表示下一时刻的曲率，即第二曲率；T表示一个信号周期，σ表示滤波器的时间因子。
可选地，所述根据所述第一曲率和所述第二曲率计算实际航行曲率，包括：预设偏差阈值；若所述第一曲率与所述第二曲率之间的差值大于所述偏差阈值，则曲率估计错误；反之，对所述第一曲率和所述第二曲率进行滤波处理，得到实际航行曲率。
可选地，所述根据所述实时气象数据和所述航行曲率实现所述目标船舶的航速优化，包括：根据所述实时气象数据计算偏差因子Q；根据如下公式估计航速Vt+1：
其中，Vt表示当前时刻的航速，s表示所述弯曲航道的长度，Rt+1,2表示第二曲率；将所述估计航速Vt+1作为所述目标船舶在下一时刻的最佳航速，实现航速优化。
可选地，所述根据所述实时气象数据计算偏差因子Q，包括：分别获取所述实时气象数据中的风速、风向、强风时长、弱风及无风时长；获取所述目标航道的总长度和平均航速；根据如下公式计算偏差因子Q：
其中，S表示所述目标航道的总长度，L1表示强风时长，L2表示弱风及无风时长，表示平均航速，v风表示平均风速，θ表示风向与航向的夹角。
在本发明实施例的又一方面，提供一种航速优化***，包括：数据采集模块，用于获取目标航道的实时气象数据；确定目标船舶所处弯曲航道；确定所述目标船舶当前时刻在所述弯曲航道中的航行位置；曲率计算模块，用于确定所述弯曲航道的第一曲率；根据所述航行位置计算第二曲率；根据所述第一曲率和所述第二曲率计算实际航行曲率；航速优化模块，用于根据所述实时气象数据和所述航行曲率实现所述目标船舶的航速优化。
可选地，所述确定所述弯曲航道的第一曲率，包括：预先采集所述目标航道中所有弯曲航道的统计曲率；获取所述航行位置处对应的统计曲率，作为第一曲率。
可选地，所述根据所述航行位置计算第二曲率，包括：所述航行位置包括水平位置和垂直位置；根据水平位置和垂直位置计算第三曲率；对所述第三曲率进行滤波处理得到第二曲率。
可选地，所述根据水平位置和垂直位置计算第三曲率，包括：根据水平位置和垂直位置计算第三曲率；公式如下：
其中，t表示当前时刻，Rt,1表示当前时刻的曲率，即第三曲率；Crt表示当前时刻的水平位置，Vrt表示当前时刻的垂直位置，Bat表示当前时刻船舶位置与阻碍物体之间的距离。
可选地，所述对所述第三曲率进行滤波处理得到第二曲率，包括：对所述第三曲率进行滤波处理得到第二曲率；公式如下：
其中，(t+1)表示下一时刻，Rt+1,2表示下一时刻的曲率，即第二曲率；T表示一个信号周期，σ表示滤波器的时间因子。
可选地，所述根据所述第一曲率和所述第二曲率计算实际航行曲率，包括：预设偏差阈值；若所述第一曲率与所述第二曲率之间的差值大于所述偏差阈值，则曲率估计错误；反之，对所述第一曲率和所述第二曲率进行滤波处理，得到实际航行曲率。
可选地，所述航速优化模块进一步用于：根据所述实时气象数据计算偏差因子Q；根据如下公式估计航速Vt+1：
其中，Vt表示当前时刻的航速，s表示所述弯曲航道的长度，Rt+1,2表示第二曲率；将所述估计航速Vt+1作为所述目标船舶在下一时刻的最佳航速，实现航速优化。
可选地，所述根据所述实时气象数据计算偏差因子Q，包括：分别获取所述实时气象数据中的风速、风向、强风时长、弱风及无风时长；获取所述目标航道的总长度和平均航速；根据如下公式计算偏差因子Q：
其中，S表示所述目标航道的总长度，L1表示强风时长，L2表示弱风及无风时长，表示平均航速，v风表示平均风速，θ表示风向与航向的夹角。
有益效果：
本发明获取目标航道的实时气象数据；确定目标船舶所处弯曲航道；确定所述目标船舶当前时刻在所述弯曲航道中的航行位置；确定所述弯曲航道的第一曲率；根据所述航行位置计算第二曲率；根据所述第一曲率和所述第二曲率计算实际航行曲率；根据所述实时气象数据和所述航行曲率实现所述目标船舶的航速优化。由此实现船舶航速的智能优化，提高航行安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种航速优化方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的一种航速优化***的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
本申请实施例提供了一种航速优化方法及***，包括获取目标航道的实时气象数据；确定目标船舶所处弯曲航道；确定所述目标船舶当前时刻在所述弯曲航道中的航行位置；确定所述弯曲航道的第一曲率；根据所述航行位置计算第二曲率；根据所述第一曲率和所述第二曲率计算实际航行曲率；根据所述实时气象数据和所述航行曲率实现所述目标船舶的航速优化。由此实现船舶航速的智能优化，提高航行安全性。
该航速优化方法及***，具体可以集成在电子设备中，该电子设备可以为终端、服务器等设备。其中，终端可以为光场摄像机、车载相机、手机、平板电脑、智能蓝牙设备、笔记本电脑、或者个人电脑(Personal Computer，PC)等设备；服务器可以是单一服务器，也可以是由多个服务器组成的服务器集群。
人工智能(Artificial Intelligence，AI)是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用装置。人工智能软件技术主要包括计算机视觉技术、语音处理技术、自然语言处理技术以及机器学习/深度学习等几大方向。
近年来，随着人工智能技术研究和进步，人工智能技术在多个领域得到广泛应用，本公开实施例提供的方案涉及计算机视觉技术、人工智能的机器学习/深度学习等技术，具体通过如下实施例进行说明：
图1示出了本申请实施例提供的航速优化方法的流程示意图，请参考图1，具体包括如下步骤：
S110、获取目标航道的实时气象数据。
其中，实时气象数据可以包括风速、风向、强风时长、弱风及无风时长。具体地，可以根据风力等级对强风、弱风和无风进行划分，例如将0-3级风力划分为无风，将4-6级风力划分为弱风，将7级及7级以上风力划分为强风。
S120、确定目标船舶所处弯曲航道。
其中，可以预先采集目标航道的统计资料；其中，统计资料可以包括目标航道的总长度、船舶正常航行的航速、每一弯曲航道的曲率和长度等。
S130、确定所述目标船舶当前时刻在所述弯曲航道中的航行位置。
其中，可以通过目标船舶内置的传感器获取其当前时刻在所述弯曲航道中的航行位置。且航行位置包括水平位置和垂直位置。
S140、确定所述弯曲航道的第一曲率。
具体地，通过前述统计资料，获取航行位置处对应的统计曲率，作为第一曲率。
S150、根据所述航行位置计算第二曲率。
在一种实施方式中，S150可以具体包括以下步骤：
S151、根据水平位置和垂直位置计算第三曲率。
具体公式如下：
其中，t表示当前时刻，Rt,1表示当前时刻的曲率，即第三曲率；Crt表示当前时刻的水平位置，Vrt表示当前时刻的垂直位置，Bat表示当前时刻船舶位置与阻碍物体之间的距离。
S152、对所述第三曲率进行滤波处理得到第二曲率。
具体公式如下：
其中，(t+1)表示下一时刻，Rt+1,2表示下一时刻的曲率，即第二曲率；T表示一个信号周期，σ表示滤波器的时间因子。
可选地，所述滤波处理可以是低通滤波或高通滤波，在此不做具体限定。
该实施方式引入航行位置、阻碍物***置和滤波器计算第二曲率，能够提高估算的精确度，消除噪声影响。
S160、根据所述第一曲率和所述第二曲率计算实际航行曲率。
具体地，预设偏差阈值；若所述第一曲率与所述第二曲率之间的差值大于所述偏差阈值，则曲率估计错误；反之，对所述第一曲率和所述第二曲率进行滤波处理，得到实际航行曲率。
通过滤波器的二次引入，进一步提高曲率估算的精度，用于优化航速。
S170、根据所述实时气象数据和所述航行曲率实现所述目标船舶的航速优化。
在一种实施方式中，S170可以具体包括以下步骤：
S171、根据所述实时气象数据计算偏差因子Q。
具体地，分别获取所述实时气象数据中的风速、风向、强风时长、弱风及无风时长；获取所述目标航道的总长度和平均航速。根据如下公式计算偏差因子Q：
其中，S表示所述目标航道的总长度，L1表示强风时长，L2表示弱风及无风时长，表示平均航速，v风表示平均风速，θ表示风向与航向的夹角。
S172、根据如下公式估计航速Vt+1：
其中，Vt表示当前时刻的航速，s表示所述弯曲航道的长度，Rt+1,2表示第二曲率；
将所述估计航速Vt+1作为所述目标船舶在下一时刻的最佳航速，实现航速优化。
综上所述，本发明为解决现有航速优化技术在弯曲航道中的不足，考虑到航道曲率和气象数据对航行安全的影响，首先引入航行位置、阻碍物***置、第一滤波器和第二滤波器得到高精确度的航行曲率；然后引入偏差因子，与航行曲率结合得到高精确度的航速估计。由此实现船舶航速的智能优化，提高航行安全性。
本实施例还提供一种航速优化***，如图2所示，该***包括：
数据采集模块210，用于获取目标航道的实时气象数据；确定目标船舶所处弯曲航道；确定所述目标船舶当前时刻在所述弯曲航道中的航行位置。
曲率计算模块220，用于确定所述弯曲航道的第一曲率；根据所述航行位置计算第二曲率；根据所述第一曲率和所述第二曲率计算实际航行曲率。
航速优化模块230，用于根据所述实时气象数据和所述航行曲率实现所述目标船舶的航速优化。
可选地，所述确定所述弯曲航道的第一曲率，包括：预先采集所述目标航道中所有弯曲航道的统计曲率；获取所述航行位置处对应的统计曲率，作为第一曲率。
可选地，所述根据所述航行位置计算第二曲率，包括：所述航行位置包括水平位置和垂直位置；根据水平位置和垂直位置计算第三曲率；对所述第三曲率进行滤波处理得到第二曲率。
可选地，所述根据水平位置和垂直位置计算第三曲率，包括：根据水平位置和垂直位置计算第三曲率；公式如下：
其中，t表示当前时刻，Rt,1表示当前时刻的曲率，即第三曲率；Crt表示当前时刻的水平位置，Vrt表示当前时刻的垂直位置，Bat表示当前时刻船舶位置与阻碍物体之间的距离。
可选地，所述对所述第三曲率进行滤波处理得到第二曲率，包括：对所述第三曲率进行滤波处理得到第二曲率；公式如下：
其中，(t+1)表示下一时刻，Rt+1,2表示下一时刻的曲率，即第二曲率；T表示一个信号周期，σ表示滤波器的时间因子。
可选地，所述根据所述第一曲率和所述第二曲率计算实际航行曲率，包括：预设偏差阈值；若所述第一曲率与所述第二曲率之间的差值大于所述偏差阈值，则曲率估计错误；反之，对所述第一曲率和所述第二曲率进行滤波处理，得到实际航行曲率。
可选地，所述航速优化模块230进一步用于：根据所述实时气象数据计算偏差因子Q；根据如下公式估计航速Vt+1：
其中，Vt表示当前时刻的航速，s表示所述弯曲航道的长度，Rt+1,2表示第二曲率；将所述估计航速Vt+1作为所述目标船舶在下一时刻的最佳航速，实现航速优化。
可选地，所述根据所述实时气象数据计算偏差因子Q，包括：分别获取所述实时气象数据中的风速、风向、强风时长、弱风及无风时长；获取所述目标航道的总长度和平均航速；根据如下公式计算偏差因子Q：
其中，S表示所述目标航道的总长度，L1表示强风时长，L2表示弱风及无风时长，表示平均航速，v风表示平均风速，θ表示风向与航向的夹角。
由此实现船舶的智能化管理，提高航行安全性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种航速优化方法，其特征在于，包括：
获取目标航道的实时气象数据；
确定目标船舶所处弯曲航道；
确定所述目标船舶当前时刻在所述弯曲航道中的航行位置；
确定所述弯曲航道的第一曲率；
根据所述航行位置计算第二曲率；
根据所述第一曲率和所述第二曲率计算实际航行曲率；
根据所述实时气象数据和所述航行曲率实现所述目标船舶的航速优化。
2.根据权利要求1所述的航速优化方法，其特征在于，所述确定所述弯曲航道的第一曲率，包括：
预先采集所述目标航道中所有弯曲航道的统计曲率；
获取所述航行位置处对应的统计曲率，作为第一曲率。
3.根据权利要求1所述的航速优化方法，其特征在于，所述根据所述航行位置计算第二曲率，包括：
所述航行位置包括水平位置和垂直位置；
根据水平位置和垂直位置计算第三曲率；
对所述第三曲率进行滤波处理得到第二曲率。
4.根据权利要求3所述的航速优化方法，其特征在于，所述根据水平位置和垂直位置计算第三曲率，包括：
根据水平位置和垂直位置计算第三曲率；公式如下：
其中，t表示当前时刻，Rt,1表示当前时刻的曲率，即第三曲率；Crt表示当前时刻的水平位置，Vrt表示当前时刻的垂直位置，Bat表示当前时刻船舶位置与阻碍物体之间的距离。
5.根据权利要求4所述的航速优化方法，其特征在于，所述对所述第三曲率进行滤波处理得到第二曲率，包括：
对所述第三曲率进行滤波处理得到第二曲率；公式如下：
其中，(t+1)表示下一时刻，Rt+1,2表示下一时刻的曲率，即第二曲率；T表示一个信号周期，σ表示滤波器的时间因子。
6.根据权利要求1所述的航速优化方法，其特征在于，所述根据所述第一曲率和所述第二曲率计算实际航行曲率，包括：
预设偏差阈值；
若所述第一曲率与所述第二曲率之间的差值大于所述偏差阈值，则曲率估计错误；
反之，对所述第一曲率和所述第二曲率进行滤波处理，得到实际航行曲率。
7.根据权利要求1所述的航速优化方法，其特征在于，所述根据所述实时气象数据和所述航行曲率实现所述目标船舶的航速优化，包括：
根据所述实时气象数据计算偏差因子Q；
根据如下公式估计航速Vt+1：
其中，Vt表示当前时刻的航速，s表示所述弯曲航道的长度，Rt+1,2表示第二曲率；
将所述估计航速Vt+1作为所述目标船舶在下一时刻的最佳航速，实现航速优化。
8.根据权利要求7所述的航速优化方法，其特征在于，所述根据所述实时气象数据计算偏差因子Q，包括：
分别获取所述实时气象数据中的风速、风向、强风时长、弱风及无风时长；
获取所述目标航道的总长度和平均航速；
根据如下公式计算偏差因子Q：
其中，S表示所述目标航道的总长度，L1表示强风时长，L2表示弱风及无风时长，表示平均航速，v风表示平均风速，θ表示风向与航向的夹角。
9.一种航速优化***，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于获取目标航道的实时气象数据；
确定目标船舶所处弯曲航道；
确定所述目标船舶当前时刻在所述弯曲航道中的航行位置；
曲率计算模块，用于确定所述弯曲航道的第一曲率；
根据所述航行位置计算第二曲率；
根据所述第一曲率和所述第二曲率计算实际航行曲率；
航速优化模块，用于根据所述实时气象数据和所述航行曲率实现所述目标船舶的航速优化。
10.根据权利要求9所述的航速优化***，其特征在于，所述根据所述航行位置计算第二曲率，包括：
所述航行位置包括水平位置和垂直位置；
根据水平位置和垂直位置计算第三曲率；
对所述第三曲率进行滤波处理得到第二曲率。
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