【摘 要】
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随着航运界“e-航海”战略的提出，船舶向高度智能化、自动化的方向加速发展，人们对船舶的海上运输效率也提出了更高的要求。然而船舶大洋航行不仅航行时间长、航行距离远，而且受到海上复杂环境的影响，船舶的航线设计就显得尤为重要。为了进一步保障船舶航行安全，提高船舶运输效率，本文在船舶航行智能化的背景下，提出了一种基于动态网格的航线自动设计方法，运用退火蚁群算法结合水文气象预报信息进行船舶的航线寻优。 本
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随着航运界“e-航海”战略的提出，船舶向高度智能化、自动化的方向加速发展，人们对船舶的海上运输效率也提出了更高的要求。然而船舶大洋航行不仅航行时间长、航行距离远，而且受到海上复杂环境的影响，船舶的航线设计就显得尤为重要。为了进一步保障船舶航行安全，提高船舶运输效率，本文在船舶航行智能化的背景下，提出了一种基于动态网格的航线自动设计方法，运用退火蚁群算法结合水文气象预报信息进行船舶的航线寻优。
本文首先介绍了船舶航线优化设计应该遵守的原则，分别论述了航线优化中航时最短、燃油最省和风险最低三个目标，探讨了海上航行环境建模的主要方法，分析了现在航线自动设计的几种主要方法及其优缺点。其次，详细介绍了动态网格模型的构建方法，并对网格属性的划分以及网格间连通性的定义作了说明。动态网格模型通过对有障碍物的海图区域进行细致划分，对没有障碍物的区域进行“粗略”划分，有效地减少了网格数量，从而在求解船舶航线时减少计算量，加快运算速度。再次，建立船舶最短航时航线优化模型，考虑船舶在波浪中失速，给出航行总航时的计算方法。再次，研究了传统蚁群算法和模拟退火算法，将蚁群算法和模拟退火算法结合在一起，并在算法中加入回火机制，进一步扩大算法搜索范围，以避免算法陷入局部最优，并增加算法全局寻优能力;同时提出了一种新的启发函数设计方法，将网格节点到航线终点距离的倒数作为启发函数，加快了算法的收敛速度。最后，将改进的退火蚁群算法用于船舶的航线优化，结合水文气象信息进行了船舶航线寻优的仿真实验。结果表明，本文提出的航时最优目标下的航线优化方法得到的航线具有航时短、安全性高的特点，验证了算法的合理性与可行性。
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