(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210816028.7 (22)申请日 2022.07.12 (71)申请人 江苏船来船往物流科技股份有限公 司 地址 210000 江苏省南京市江苏自贸区南 京片区浦滨路320号科创总部大厦c座 502室 (72)发明人 姚昊　 (74)专利代理 机构 南京鑫之航知识产权代理事 务所(特殊普通 合伙) 32410 专利代理师 姚兰兰 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 111/06(2020.01) (54)发明名称 基于船联网航道内河的船舶航速实时优化 方法及其系统 (57)摘要 本发明公开了基于船联网航道内河的船舶 航速实时优化方法， 包括获取目标船舶、 航道和 周边环境相关信息； 基于所述目标船舶和航道的 相关信息， 建立航道内河 的曲线坐标系， 根据所 述参考轨迹进而确定的可行轨迹簇， 以及相应的 可行轨迹对应的速度； 利用高效性、 经济性和安 全性构建目标船舶 的对应目标优化函数并构建 适应度函数， 综上所述， 本发明利用采集的目标 船舶和航道的相关信息， 构建目标船舶的对应目 标优化函数并构建适应度函数， 并改善了航道内 河的曲线坐标系的建立， 提高了逐点检测点对船 舶检测的精确性， 进而使 得船舶在通过本发明实 时优化后具有很好的高效性、 经济性和安全性。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 115099054 A 2022.09.23 CN 115099054 A 1.基于船 联网航道内河的船舶航速实时优化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1， 获取目标 船舶、 航道和周边环境相关信息； 步骤S2， 基于所述目标船舶和航道的相关信息， 建立航道内河的曲线坐标系， 并对曲线 坐标系的参考轨迹线进行平滑处理后生成参考轨迹， 同时根据所述参考轨迹进而确定的可 行轨迹簇， 以及所述可 行轨迹簇中的相应的可 行轨迹对应的速度； 步骤S3， 根据相应的所述可行轨迹和其相对应的速度， 利用高效性、 经济性和安全性构 建目标船舶的对应目标优化函数并构建适应度函数， 在可行轨迹簇中， 选取所述适应度函 数的最小值， 并得到最优路径和相应的优化航速， 与步骤S2中所述可行轨迹和其相对应的 速度进行区间阈值判断， 满足条件则通过， 执 行最优路径和相应的优化 航速。 2.如权利要求1所述的基于船联网航道内河的船舶航速实时优化方法， 其特征在于， 步 骤S2中， 对曲线坐标系的参考轨迹线进行平滑处理后生成参考轨迹函数， 根据所述参考轨 迹进而确定的可行轨迹簇， 具体为所述可行轨迹簇每个所述参考轨迹中相 邻链接线上两个 间隔路径点之间的距离路径长度di， 由式(1)求得并通过式(2)计 算出可行轨迹簇函 数f0， 如 下： 其中式(1)中， di为参考轨迹中相邻链接线上预设间隔路径点之间的距离路径长度； si 为曲线坐标系路径点i的s轴的坐标； si+1为曲线坐标系路径点i的下一间隔路径点的s轴的 坐标； ρi为曲线坐标系 路径点i的ρ轴的坐标； ρi+1为曲线坐标系 路径点i的下一间隔路径点 的p轴的坐标。 3.如权利要求1所述的基于船联网航道内河的船舶航速实时优化方法， 其特征在于， 步 骤S3中， 利用高效性构建船舶的目标优化 函数为目标高效性优化 函数f1， 具体如下： 其中式(3)中， Li为连接线上路径点Pi与下一新路径点Pi+1的长度； (xi， yi)为目标船舶在曲线坐标系中优化 起点坐标； 为目标船舶在曲线坐标系中优化终点的中点 坐标； αi为路径点Pi和下一新路径点Pi+1之间的夹角； n 为航道分段检测点； 式(4)中， vi为目标船舶位于中点坐标的速度； t为目标船舶优 化起点坐标至优 化终点的 中点坐标航行的时间； 式(5)中， vy为目标船舶在当前航道的平均速度； 利用经济性构建船舶的目标优化函数为目标经济性优化函数， 具体为根据所述航道分权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115099054 A 2段地理数据库和船舶油耗模型， 建立船舶经济航速优化 函数f2， 具体如下： 其中式(7)中， Parami为航行的总油耗 量； 利用安全性构建船舶的目标优化函数为目标安全性优化函数f3， 在两个间隔路径点之 间的距离路径长度di之间获取障碍物的个数， 并通过式(8)计算系数， 具体如下： 其中式(8)中， Ti为可行轨迹的安全系数， μ为权重调整系数且 为常数， k为可行轨迹上的 障碍物的个数。 4.如权利要求3所述的基于船联网航道内河的船舶航速实时优化方法， 其特征在于， 步 骤S3中路径点Pi和下一新路径点Pi+1之间的夹角 αi， 通过式(10)计算得 出如下： 其中式(10)中， 表示从新路径点Pi+1到路径点Pi的向量， |Pi‑1Pi|表示向量的长度； 对路径点Pi和下一新路径点Pi+1之间的夹角 αi通过式(11)进行约束 得到约束角度αs， 并建立 夹角约束函数 通过夹角约束函数 对Li进行约束， 具体如下： 式(11)中， η为 惩罚系数。 5.如权利要求4所述的基于船联网航道内河的船舶航速实时优化方法， 其特征在于， 步 骤3中构建适应度函数 具体通过式(13)计算得 出如下： Fy＝f1*w1+f2*w2+f3*w3  式(13)； 其中， f1为可行轨迹簇的优化距离值， f2为船舶经济航速优化值， f3为安全性系数优化 值， w1、 w2、 w3分别为对应的权 重系数， 且w1+w2+w3＝1。 6.如权利要求3所述的基于船联网航道内河的船舶航速实时优化方法， 其特征在于： 所 述障碍物包括速度低于目标 船舶当前航道的最佳速度和其 他静止在可 行轨迹簇中的物体。 7.如权利要求2所述的基于船联网航道内河的船舶航速实时优化方法， 其特征在于， 步 骤S2中建立航道内河的曲线坐标系， 并对曲线坐标系的参考轨迹线进行平滑处理， 具体包 括如下步骤： 步骤S21， 生成平 滑参考轨迹； 步骤S22， 将所述 参考轨迹由其生成的笛卡尔坐标系坐标转换到曲线坐标系中； 步骤S23， 在所述曲线坐标系中， 通过沿s轴方向对所述参考轨迹进行不同的横向偏移， 生成所述可 行轨迹簇； 步骤S24， 根据航道边界约束条件和船舶约束限制， 利用梯形线速度曲线生成对每一条 所述可行轨迹的速度， 及所述可 行轨迹簇中的相应的可 行轨迹对应的速度。 8.如权利要求1所述的基于船联网航道内河的船舶航速实时优化方法， 其特征在于， 步权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115099054 A 3