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船舶智能航迹优化实战45例

共计 45 章节
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01
基于AIS数据的船舶航迹预处理与清洗
读取一段真实AIS航迹数据 · 完成时间戳对齐 · 异常点剔除与缺失值插补
AIS基于
02
航迹几何特征提取与分段
对清洗后的航迹计算航向 · 航速 · 曲率与转角率等几何特征
航迹几何特征提取分段
03
船舶运动学约束建模与参数标定
根据目标船型的操纵性参数建立最小转弯… · 最大转向角速度与加减速限制的约束模型 · 并用实测航迹标定关键参数
船舶运动学约束建…参数标定
04
栅格化海图环境建模与可航区域提取
将电子海图或水深数据栅格化 · 标记陆地 · 浅水区与障碍物
栅格化海图环境建…可航区域提取
05
静态障碍物距离场构建
在可航栅格图上计算每个栅格到最近障碍… · 生成距离场 · 用于后续航迹优化中的安全裕度评估与碰…
静态障碍物距离场…可航栅格图上计算…
06
基于A*的全局航迹初步规划
在可航栅格图上实现A*算法 · 以航程最短为目标生成从起点到终点的初… · 并输出路径节点序列与总航程
基于A*的全局航…可航栅格图上实现…
07
A*启发函数设计与航迹质量对比
对比欧氏距离 · 曼哈顿距离与对角距离三种启发函数对A… · 选择适合海上栅格环境的启发函数并给出…
A*启发函数设计航迹质量对比
08
航迹平滑中的折线转角处理
对A*输出的折线航迹进行转角平滑 · 采用圆角或样条插值消除尖锐转角 · 并验证平滑后航迹是否仍满足最小转弯半…
航迹平滑折线转角处理
09
基于动态规划的航迹优化
将航迹优化建模为多阶段决策问题 · 在离散航向与航段长度组合上使用动态规… · 并与A*结果对比航程与计算耗时
基于动态规划的航…将航迹优化建模为…
10
航迹优化的代价函数设计与权重调参
设计包含航程 · 转向惩罚 · 障碍物距离惩罚与水深惩罚的综合代价函…
航迹优化的代价函…权重调参
11
基于二次规划的航迹平滑优化
将航迹平滑问题转化为带约束的二次规划… · 在满足曲率与障碍物距离约束下最小化航… · 输出平滑后的连续航迹
基于二次规划的航…将航迹平滑问题转…
12
航迹曲率约束下的B样条航迹生成
使用三次B样条参数化航迹 · 通过调整控制点使生成航迹满足最大曲率… · 验证B样条航迹的几何可行性
航迹曲率约束下的…使用三次B样条参…
13
基于采样的航迹规划RRT实现
在可航区域内实现快速扩展随机树算法生… · 分析采样步长与目标偏置概率对规划成功…
RRT基于采样的航迹规…
14
RRT*航迹渐近最优性验证
实现RRT*算法并对同一场景多次运行 · 统计航迹代价随迭代次数的收敛趋势 · 验证其渐近最优性并分析计算成本
RRT*航迹渐近最优性…
15
人工势场法航迹规划与局部极小值处理
实现人工势场法进行航迹规划 · 构造典型局部极小值场景 · 并采用随机扰动或虚拟目标点策略逃离局…
人工势场法航迹规…局部极小值处理
16
动态窗口法航迹跟踪仿真
在已知全局航迹的基础上 · 使用动态窗口法生成满足船舶运动学约束… · 仿真跟踪全局航迹并统计跟踪误差
动态窗口法航迹跟…已知全局航迹的基…
17
模型预测控制航迹跟踪实现
建立船舶三自由度运动模型 · 设计模型预测控制器跟踪参考航迹 · 调整预测时域与控制时域并分析跟踪精度…
模型预测控制航迹…建立船舶三自由度…
18
航迹跟踪中的横漂与风流补偿
在航迹跟踪仿真中引入恒定横流与风干扰 · 设计前馈补偿或积分反馈项 · 对比补偿前后航迹横向偏差的改善效果
航迹跟踪横漂
19
基于速度障碍法的动态避碰航迹调整
针对会遇船舶构建速度障碍区域 · 在保持原航迹总体走向的前提下调整本船… · 并验证调整后航迹的可行性
基于速度障碍法的…针对会遇船舶构建…
20
COLREG规则约束下的避碰航迹决策
根据国际海上避碰规则判断对遇 · 交叉与追越局面 · 生成符合规则要求的避让航迹
COLREG规则约束下的避碰…
21
多船会遇场景下的航迹冲突检测
对多船会遇场景计算各船对之间的最近会… · 识别冲突船对并输出冲突清单 · 为航迹优化提供约束
多船会遇场景下的…对多船会遇场景计…
22
考虑动态障碍物的航迹重规划
在航行过程中检测到新出现的动态障碍物… · 触发局部航迹重规划 · 保证重规划航迹与原航迹平滑衔接且满足…
考虑动态障碍物的…航行过程
23
基于时间维扩展的时空A*航迹规划
将时间作为额外维度扩展A*搜索空间 · 规划出在指定时间窗内避开动态障碍物的… · 并分析时间离散精度对规划结果的影响
基于时间维扩展的…将时间作为额外维…
24
航迹优化中的能耗模型构建
建立船舶主机油耗与航速 · 排水量及海况相关的能耗模型 · 将其作为航迹优化的附加代价项
航迹优化能耗模型构建
25
气象航线中的风浪流数据融合
读取风 · 浪 · 流网格预报数据
气象航线风浪流数据融合
26
基于气象预报的最小能耗航线优化
在风浪流预报场中 · 以总能耗最小为目标优化跨洋航线 · 对比恒速直航方案与优化航线的能耗与航…
基于气象预报的最…风浪流预报场
27
气象航线中的时间窗约束处理
在气象航线优化中加入到达时间窗约束 · 通过调整航速与航段划分满足时间要求 · 分析时间窗收紧对能耗的影响
气象航线时间窗约束处理
28
航迹优化中的浅水效应与水深惩罚
根据水深数据建立浅水效应模型 · 在航迹代价中加入水深惩罚项 · 使优化航迹主动避开浅水区
航迹优化浅水效应
29
分道通航制区域的航迹约束建模
将分道通航制区域转化为航向与位置约束 · 在航迹优化中强制航迹沿通航分道行驶 · 并检查优化航迹是否违反通航规则
分道通航制区域的…将分道通航制区域…
30
禁航区与警戒区约束下的航迹优化
在环境中设置禁航区与警戒区 · 分别采用硬约束与软惩罚两种方式处理 · 对比两种方式生成的航迹在可行性与经济…
禁航区警戒区约束下的航…
31
多目标航迹优化的帕累托前沿求解
以航程与能耗为两个优化目标 · 采用加权法或NSGA-II求解帕累托… · 分析不同偏好下航迹形态的变化并给出决…
多目标航迹优化的…以航程
32
航迹优化结果的鲁棒性分析
对海流预报误差与障碍物位置不确定性进… · 统计优化航迹的可行率与代价分布 · 评估航迹方案的鲁棒性
航迹优化结果的鲁…对海流预报误差
33
基于历史航迹的航线模式挖掘
对同一海域的历史AIS航迹进行聚类 · 提取常用航线模式 · 将其作为航迹优化的先验参考
基于历史航迹的航…AIS
34
航迹优化算法的计算性能剖析
对A* · 动态规划与RRT*三种算法在同一场景… · 定位性能瓶颈并给出适用场景建议
航迹优化算法的计…对A*
35
航迹优化结果的碰撞风险量化评估
对优化后的航迹计算与静态障碍物及动态… · 量化评估航迹的安全水平并识别高风险航…
航迹优化结果的碰…对优化后的航迹计…
36
航迹平滑与跟踪的联合验证
将平滑后的航迹输入航迹跟踪控制器进行… · 统计跟踪误差与舵角变化率 · 验证平滑处理对跟踪性能的实际改善
航迹平滑跟踪的联合验证
37
航迹优化中的转弯半径可行性校验
对优化航迹逐段计算实际转弯半径 · 识别不满足最小转弯半径的航段 · 并通过局部重规划或速度调整进行修正
航迹优化转弯半径可行性校…
38
基于海图水深数据的航迹安全水深校验
沿优化航迹提取各点水深与潮汐修正后的… · 校验是否满足船舶安全水深要求 · 对不满足航段提出绕行或候潮建议
基于海图水深数据…沿优化航迹提取各…
39
航迹优化中的航速剖面优化
在固定航迹几何的前提下 · 以能耗最小为目标优化各航段航速剖面 · 满足到达时间约束
航迹优化航速剖面优化
40
航迹优化与航线配载的联合调整
考虑不同配载吃水对可航水深与操纵性的… · 调整航迹与航速方案 · 对比不同配载方案下的优化航迹可行性
航迹优化航线配载的联合调…
41
狭窄水道中的航迹优化与避让空间分析
在狭窄水道场景中优化航迹 · 分析可用避让空间对航迹可行性的限制 · 给出航速与航迹协同调整方案
狭窄水道航迹优化
42
航迹优化方案的航行时间可靠性评估
考虑海况与航速的不确定性 · 对优化航迹进行航行时间蒙特卡洛仿真 · 统计到达时间分布并评估时间可靠性
航迹优化方案的航…考虑海况
43
航迹优化结果的可视化与航段标注
将优化航迹 · 障碍物 · 约束区域与关键航段标注在统一海图底图…
航迹优化结果的可…航段标注
44
航迹优化算法的场景适应性对比实验
在开阔水域 · 狭窄水道与多船会遇三类场景下分别运行… · 动态规划与RRT*
航迹优化算法的场…开阔水域
45
端到端航迹优化流程集成与回归测试
将数据清洗 · 环境建模 · 全局规划
端到端航迹优化流…回归测试