本發(fā)明屬于無人船舶管理，尤其涉及一種無人船舶航行路線規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在傳統(tǒng)的補(bǔ)給路線規(guī)劃中，通常依賴于人工經(jīng)驗(yàn)和簡單的規(guī)則進(jìn)行決策，這種方法在處理復(fù)雜、多變的海洋環(huán)境和航行條件時(shí)，往往顯得力不從心。此外，隨著無人船舶數(shù)量的增加和航行任務(wù)的多樣化，傳統(tǒng)方法的效率和準(zhǔn)確性也受到了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

2、例如，傳統(tǒng)方法在處理多源、多維度的數(shù)據(jù)時(shí)，往往難以有效地整合和分析。例如，需補(bǔ)給船的狀態(tài)、補(bǔ)給船的狀態(tài)、海洋環(huán)境數(shù)據(jù)等都需要被綜合考慮，但傳統(tǒng)方法在這方面表現(xiàn)不佳。在面對大量數(shù)據(jù)時(shí)，傳統(tǒng)方法可能處理速度較慢，無法及時(shí)響應(yīng)航行路線的快速調(diào)整需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種無人船舶航行路線規(guī)劃方法及系統(tǒng)，旨在解決背景技術(shù)中所提到的問題。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，提供了一種無人船舶航行路線規(guī)劃方法，所述方法包括以下步驟：

3、s100、獲取需補(bǔ)給船的補(bǔ)給請求，并根據(jù)補(bǔ)給請求生成補(bǔ)給任務(wù)，所述補(bǔ)給請求包括需補(bǔ)給船的優(yōu)先級(jí)、當(dāng)前位置、所需物資類型和數(shù)量；

4、s200、獲取所有補(bǔ)給船的狀態(tài)參數(shù)，所述狀態(tài)參數(shù)包括補(bǔ)給船的剩余電量、航行速度、物資種類與數(shù)量、能耗和當(dāng)前位置；

5、s300、將每個(gè)補(bǔ)給船的狀態(tài)參數(shù)編碼為初始特征向量；

6、s400、基于所有初始特征向量構(gòu)建種群矩陣，所述種群矩陣由多個(gè)個(gè)體向量組成，每個(gè)個(gè)體向量由多個(gè)特征向量組成；

7、s500、對所述種群矩陣中的個(gè)體向量進(jìn)行進(jìn)化處理，以得到最終第一種群矩陣；

8、s600、根據(jù)第一預(yù)設(shè)約束條件對第一種群矩陣的個(gè)體向量進(jìn)行篩選，以得到第二種群矩陣；

9、s700、根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算第二種群矩陣的個(gè)體向量的適應(yīng)度值；

10、s800、重復(fù)上述s500到s700的步驟，直至達(dá)到預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)，以得到最終種群矩陣；

11、s900、根據(jù)最終種群矩陣和第二預(yù)設(shè)約束條件，確定補(bǔ)給船組合，并生成補(bǔ)給方案。

12、優(yōu)選地，對所述種群矩陣中的個(gè)體向量進(jìn)行進(jìn)化處理，以得到最終第一種群矩陣，包括：

13、s510、對所述種群矩陣中的個(gè)體向量進(jìn)行交叉操作，所述交叉操作通過隨機(jī)選擇交叉點(diǎn)并交換個(gè)體向量的基因片段，以生成新的個(gè)體向量；

14、s520、對交叉后的個(gè)體向量進(jìn)行變異操作，所述變異操作通過隨機(jī)改變個(gè)體向量中的一個(gè)或多個(gè)基因片段的屬性值；

15、s530、將變異后的個(gè)體向量添加至第一種群矩陣中，以生成第一種群矩陣。

16、優(yōu)選地，根據(jù)預(yù)設(shè)約束條件對第一種群矩陣的個(gè)體向量進(jìn)行篩選，以得到第二種群矩陣，包括：

17、s610、對第一種群矩陣中的每個(gè)個(gè)體向量進(jìn)行屬性檢查，判斷其是否滿足第一預(yù)設(shè)約束條件；

18、s620、當(dāng)個(gè)體向量的屬性值未滿足第一預(yù)設(shè)約束條件時(shí)，對其淘汰；

19、s630、將滿足第一預(yù)設(shè)約束條件的個(gè)體向量保留，生成第二種群矩陣。

20、優(yōu)選地，適應(yīng)度函數(shù)的計(jì)算公式為：

21、，其中，為個(gè)體向量的適應(yīng)度值；n為個(gè)體向量中包含的補(bǔ)給船數(shù)量；為個(gè)體向量中的第j個(gè)補(bǔ)給船的總能耗；為個(gè)體向量中的第j個(gè)補(bǔ)給船的航行速度；為預(yù)設(shè)的最大航行速度；為個(gè)體向量中的第j個(gè)補(bǔ)給船的物資種類與數(shù)量；為需補(bǔ)給船所需的物資種類與數(shù)量；為個(gè)體向量中的第j個(gè)補(bǔ)給船的距離；為預(yù)設(shè)的最大距離；為需補(bǔ)給船的優(yōu)先級(jí)，其中，；和是權(quán)重系數(shù)；和分別是任務(wù)的最長允許時(shí)間和剩余時(shí)間；是貨物的價(jià)值，是可能的最大貨物價(jià)值；為個(gè)體向量中的第j個(gè)補(bǔ)給船的剩余任務(wù)資源；,,,,,為權(quán)重系數(shù)。

22、優(yōu)選地，根據(jù)最終種群矩陣，確定補(bǔ)給船組合，并生成補(bǔ)給方案，包括：

23、s910、從種群矩陣中提取每個(gè)補(bǔ)給船個(gè)體向量，通過第二預(yù)設(shè)約束條件檢測每個(gè)補(bǔ)給船的個(gè)體向量是否滿足所需補(bǔ)給任務(wù)的具體需求；

24、s920、評(píng)估每個(gè)個(gè)體向量基于第二預(yù)設(shè)約束條件的適應(yīng)度，以確定最終的個(gè)體向量；

25、s930、根據(jù)最終的個(gè)體向量，確定對應(yīng)的補(bǔ)給船組合，為每艘補(bǔ)給船分配具體任務(wù)，包括補(bǔ)給物資種類和數(shù)量；

26、s940、利用路徑規(guī)劃算法確定每艘補(bǔ)給船的航行路線，根據(jù)船只的載荷能力和任務(wù)需求確定每艘船的裝載量。

27、優(yōu)選地，所述方法還包括執(zhí)行補(bǔ)給方案時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)采集的補(bǔ)給船的狀態(tài)參數(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整補(bǔ)給方案，具體包括：

28、獲取外部環(huán)境變化數(shù)據(jù)，外部環(huán)境變化數(shù)據(jù)包括天氣變化數(shù)據(jù)和海況變化數(shù)據(jù)；

29、計(jì)算外部環(huán)境變化數(shù)據(jù)對補(bǔ)給船能耗的影響，以得到能耗變化量；能耗變化量的計(jì)算公式為：

30、，其中，為能耗變化量；表示風(fēng)阻系數(shù)；表示空氣密度；表示迎風(fēng)面積；表示當(dāng)前風(fēng)速；表示之前風(fēng)速;表示波浪影響系數(shù);表示當(dāng)前波高;表示當(dāng)前波周期;表示之前波高;表示之前波周期；

31、根據(jù)能耗變化量和預(yù)設(shè)的能耗變化量閾值，調(diào)整補(bǔ)給方案的步驟如下：

32、如果＞,則能耗增加超過可接受范圍，需延長或提前補(bǔ)給時(shí)間點(diǎn)，實(shí)時(shí)更新補(bǔ)給方案，并計(jì)算航行路線的調(diào)整量，并通過通信系統(tǒng)發(fā)送至補(bǔ)給船和無人船舶。

33、優(yōu)選地，航行路線的調(diào)整量的公式為：

34、；

35、其中，表示航行路線的調(diào)整量；表示補(bǔ)給船與需補(bǔ)給船之間的距離；表示完成補(bǔ)給任務(wù)的調(diào)整時(shí)間；表示補(bǔ)給任務(wù)完成的總時(shí)間；表示航行路線修正所需的控制力；和表示權(quán)重。

36、本發(fā)明還提供了一種無人船舶航行路線規(guī)劃系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

37、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取需補(bǔ)給船的補(bǔ)給請求，并根據(jù)補(bǔ)給請求生成補(bǔ)給任務(wù)，所述補(bǔ)給請求包括需補(bǔ)給船的優(yōu)先級(jí)、當(dāng)前位置、所需物資類型和數(shù)量；

38、狀態(tài)采集模塊，用于獲取所有補(bǔ)給船的狀態(tài)參數(shù)，所述狀態(tài)參數(shù)包括補(bǔ)給船的剩余電量、航行速度、物資種類與數(shù)量、能耗和當(dāng)前位置；

39、編碼模塊，用于將每個(gè)補(bǔ)給船的狀態(tài)參數(shù)編碼為初始特征向量；

40、種群構(gòu)建模塊，用于基于所有初始特征向量構(gòu)建種群矩陣，所述種群矩陣由多個(gè)個(gè)體向量組成，每個(gè)個(gè)體向量由多個(gè)特征向量組成；

41、進(jìn)化處理模塊，用于對所述種群矩陣中的個(gè)體向量進(jìn)行進(jìn)化處理，以得到最終第一種群矩陣；

42、篩選模塊，用于根據(jù)第一預(yù)設(shè)約束條件對第一種群矩陣的個(gè)體向量進(jìn)行篩選，以得到第二種群矩陣；

43、適應(yīng)度計(jì)算模塊，用于根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算第二種群矩陣的個(gè)體向量的適應(yīng)度值；

44、迭代處理模塊，用于重復(fù)進(jìn)化處理模塊和篩選模塊的操作，直至滿足預(yù)設(shè)終止條件，以得到最終種群矩陣；

45、補(bǔ)給方案生成模塊，用于根據(jù)最終種群矩陣和第二預(yù)設(shè)約束條件，確定補(bǔ)給船組合，并生成補(bǔ)給方案。

46、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

47、通過多源傳感器實(shí)時(shí)采集補(bǔ)給船的狀態(tài)數(shù)據(jù)，能夠有效地監(jiān)控補(bǔ)給船在執(zhí)行任務(wù)過程中關(guān)鍵狀態(tài)的實(shí)時(shí)變化，所述狀態(tài)數(shù)據(jù)包括補(bǔ)給船的剩余電量、當(dāng)前位置、物資種類與數(shù)量、航行速度和能耗等重要參數(shù)，這些狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取與更新使得系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確掌握每艘補(bǔ)給船的實(shí)際情況，確保補(bǔ)給任務(wù)可以根據(jù)最新的狀態(tài)信息進(jìn)行有效執(zhí)行；接收需補(bǔ)給船發(fā)出的補(bǔ)給請求并根據(jù)補(bǔ)給請求生成補(bǔ)給任務(wù)，使得系統(tǒng)能夠根據(jù)需補(bǔ)給船的實(shí)際需求動(dòng)態(tài)生成補(bǔ)給任務(wù)。

48、所述補(bǔ)給請求包括需補(bǔ)給船的優(yōu)先級(jí)、當(dāng)前位置、所需物資類型和數(shù)量，通過這一過程，能夠確保優(yōu)先處理緊急和高優(yōu)先級(jí)的補(bǔ)給請求，從而提升補(bǔ)給任務(wù)的緊急響應(yīng)能力；根據(jù)需補(bǔ)給船的優(yōu)先級(jí)確定補(bǔ)給任務(wù)的完成順序，使得補(bǔ)給任務(wù)的執(zhí)行更具科學(xué)性和合理性，這樣可以優(yōu)先滿足需補(bǔ)給船的緊急需求，確保高優(yōu)先級(jí)的補(bǔ)給任務(wù)能夠得到及時(shí)處理和執(zhí)行，避免由于任務(wù)排序不合理而導(dǎo)致的延誤。

49、基于所有補(bǔ)給船的狀態(tài)數(shù)據(jù)和補(bǔ)給任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，篩選具備執(zhí)行補(bǔ)給任務(wù)能力的補(bǔ)給船組合，并對補(bǔ)給船組合的完成能力進(jìn)行評(píng)估，最終得到最優(yōu)的補(bǔ)給船組合，這一過程確保了補(bǔ)給任務(wù)能夠由具備足夠資源和執(zhí)行能力的補(bǔ)給船執(zhí)行，從而提高了補(bǔ)給任務(wù)的成功率；最終通過動(dòng)態(tài)調(diào)整的補(bǔ)給方案，使得補(bǔ)給任務(wù)能夠?qū)崟r(shí)適應(yīng)環(huán)境和補(bǔ)給船狀態(tài)的變化，確保補(bǔ)給任務(wù)的順利執(zhí)行，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、任務(wù)動(dòng)態(tài)生成與排序、補(bǔ)給船組合的智能篩選和動(dòng)態(tài)調(diào)整，顯著提升了無人船舶補(bǔ)給任務(wù)的執(zhí)行效率、準(zhǔn)確性和成功率，這種高效、智能的無人船舶航行路線規(guī)劃方法在實(shí)際應(yīng)用中具有極大的優(yōu)勢。