一种应对气象变化的航线优化方法

本发明属于航运，具体涉及一种应对气象变化的航线优化方法。

背景技术：

1、航运气象是指在海上、河流或湖泊等水域中进行航运时，使用气象数据和预报来评估和预测航运条件的科学。航运气象的主要目标是提供准确的天气和海洋条件信息，以帮助船只和船员做出安全的航海决策，航运气象包括以下方面的信息，天气预报：包括风速和风向、气温、降雨量、能见度等天气条件的预测。这些信息可以帮助船只规划航线、选择最佳航运时间和避免恶劣天气，海洋条件：包括海浪高度和方向、海水温度、潮汐等海洋状况的预测。这些信息对于航运安全、货物运输和渔业活动都非常重要，冰情预报：对于在寒冷地区航运的船只，冰情预报非常关键。它提供了冰的分布情况、厚度和漂移速度等信息，以帮助船只避开冰区或采取必要的预防措施。

2、现有的航线优化方法在针对气象变化时一般依靠气象预报情况进行优化，不便于根据气象条件实时调整航线，气象数据收集不够完整，且对于气象数据的处理度较低，航线优化效率较低，为此我们提出一种应对气象变化的航线优化方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种应对气象变化的航线优化方法，能够通过收集准确全面的气象数据，清洗和预处理数据，使用算法进行航线规划，根据气象条件，预测和实时调整航线，使用实时监控工具和培训驾驶员，提高航运安全性和效率，适应气象变化和航运管制要求。

2、本发明采取的技术方案具体如下：

3、一种应对气象变化的航线优化方法，所述航线优化方法包括以下步骤：

4、步骤1.数据收集；

5、步骤2.数据预处理；

6、步骤3.航线规划；

7、步骤4.气象预测；

8、步骤5.航线优化；

9、步骤6.实时监控；

10、步骤7.航线调整；

11、步骤8.数据分析；

12、步骤9.驾驶员培训及航运安全管理。

13、在一种优选方案中，所述数据收集为收集航线相关的气象数据，所述数据来源为气象部门、航运公司、卫星数据中的一种或多种，所述航运公司数据收集包括收集各个航运公司独立气象测站数据，所述独立气象测站位于航运公司航线覆盖范围内，所述航运公司数据收集包括航运记录器数据，所述航运记录器数据包括吃水深度、航运速度、航运时间。

14、在一种优选方案中，所述数据预处理为对气象数据进行预处理，所述预处理为数据清洗、数据转换、数据归一中的一种或多种，所述数据清洗为去除重复、错误、不完整的数据，检查数据集中是否存在完全相同或几乎相同的数据点，并将其删除，检查数据集中是否存在缺失值，删除缺失值所在的数据点、用均值或中位数填充缺失值，所述数据转换为将数据转换成适合航线规划算法使用的形式，所述数据归一为将数据缩放到同一数量级。

15、在一种优选方案中，所述航线规划为采用算法进行路径规划，初始化：设置起始航点为起点s，将起点的距离值初始化为0，对于其他航点，将距离值初始化为无穷大；

16、循环遍历：从起始航点开始，循环遍历所有航点，直到找到目标航点或遍历完所有航点；

17、距离更新：对于当前航点，计算其邻居航点的距离值，当前航点为a，根据a到邻居航点b的距离值，更新b的最短距离值，更新计算公式为：

18、new_distance＝distance[a]+distance(a,b)

19、ifnew_distance<distance[b]：

20、distance[b]＝new_distancepredecessor[b]＝a；

21、标记已访问：完成对邻居航点的距离更新后，将当前航点a标记为已访问；

22、最小距离选择：从未访问的航点中选择距离最小的航点作为下一个当前航点，根据距离值选择公式：current＝距离最小的未访问航点；

23、终止判断：如果当前航点为目标航点，或者已标记所有航点为已访问，则停止循环遍历；

24、回溯路径：在找到目标航点后，可以通过回溯各个航点的前驱航点，从而得到最短路径，回溯路径的过程为：

25、path＝[目标航点]

26、while前驱航点存在：

27、path.append(前驱航点)

28、path.reverse()。

29、在一种优选方案中，所述气象预测为使用数值预报模型、统计预报模型，根据气象数据和气候特征，预测未来的气象条件，预测结果用于航线规划的实时调整。

30、在一种优选方案中，所述航线优化为随着气象条件的变化，对航线规划进行调整，在航线规划时使用实时气象数据，根据预测的气象条件进行航线规划的实时调整。

31、在一种优选方案中，所述实时监控为使用气象雷达、卫星图像实时监控航运机组及天气变化，并进行航线的调整。

32、在一种优选方案中，所述航线调整包括改变航线、改变吃水深度、改变航运速度，所述改变航线为根据实时天气、航运管制要求因素，修改航线节点来实现航线的调整，重新规划航运航迹，选择航运路径，所述改变航运速度为根据气象情况和气象预报，调整航运速度以避开不利的天气区域，所述根据航运距离和水文条件选择最佳的巡航角度，所述改变航运速度为根据航班计划、交通管制和航班运营需求调整航运速度。

33、在一种优选方案中，所述数据分析为在航线优化的过程中，使用统计学、数据挖掘技术对航线规划的结果进行数据分析，使用统计学方法对数据集的特征进行描述，通过计算平均值、标准差、最大值、最小值、中位数等统计指标，了解航线规划结果的集中趋势、离散程度和数据分布情况。

34、在一种优选方案中，所述驾驶员培训及航运安全管理为航运公司对驾驶员进行相关的气象规划和应对极端气象条件的培训，所述培训内容为航线优化算法的基本原理、实际航运根据气象数据进行航线规划和调整、应对突发气象变化时的紧急处置和决策，所述航运安全管理为通过制定和实施一系列的安全管理措施，确保船舶和船员的安全以及减少事故风险，包括船舶的设计和建造、船舶的运营管理、航行安全管理，在船舶的设计和建造阶段，考虑船舶的结构强度和稳性、火灾防护和逃生系统、导航设备和通信设备，在船舶的运营管理阶段，制定和执行一系列的安全规章制度和操作规程，包括船舶的检验和维护、货物和燃油的安全管理、船舶的安全设备和救生设备的管理。

35、本发明取得的技术效果为：

36、通过收集来自气象部门、航运公司和卫星的数据，包括独立气象测站数据和航运记录器数据，可以获得准确和全面的气象信息，以支持航线规划和优化过程，通过数据清洗、转换和归一化等预处理方法，可以消除数据中的噪声、错误和缺失值，使得航线规划算法能够更好地处理数据，提高规划结果的准确性；

37、通过采用算法进行航线规划，可以根据起点、终点和航点之间的距离计算出最短路径，并进行实时调整，这样可以减少航程、燃料消耗和航运时间，提高航运效率，通过使用数值预报模型和统计预报模型，结合气象数据和气候特征，可以预测未来的气象条件，进而实时调整航线规划，避免不利的天气区域，确保航运的安全性和舒适性；

38、通过使用气象雷达、卫星图像等实时监测工具，可以及时监控航运机组和天气变化情况，及时调整航线、吃水深度和航运速度，以最大程度地适应气象变化和航运管制要求，通过为驾驶员提供相关的气象规划和极端气象条件应对的培训，使其掌握航线优化算法和技术，能够根据气象数据进行航线规划和调整，并在突发气象变化时做出紧急决策，提高航运安全性和应对能力。