本發明涉及海事交通管理，具體涉及一種面向復雜海事環境的航線快速生成方法及系統。

背景技術：

1、在復雜的海事環境中，航道資源的高效利用對于保證水上交通的安全性和暢通性至關重要。尤其是在港口周邊、河口匯流處及其他船舶高密度區域，航道擁堵問題頻發，直接影響航運效率和船舶安全。

2、現有技術主要通過以下幾種方式對交通流量進行分析和調度：雷達和自動識別系統獲取船舶位置、速度、航向等信息。通過數據可視化技術，生成海事交通態勢圖，為交通流分析提供基礎數據。然而，此方法在交通流量過于密集的情況下存在數據冗余問題，難以快速識別異常情況；規則化航道設計，傳統航道設計依賴于固定航線或規則化航線，確保船舶按既定路徑航行。這種方法雖然在一定程度上避免了船舶間的碰撞風險，但在復雜水域中缺乏動態調度能力，無法應對突發狀況或流量激增問題；交通調度員通過對航道交通狀況的實時觀察，結合預定航行計劃進行人工干預。這種方式過于依賴調度員的經驗和判斷力，處理效率較低，且在面臨復雜或大規模流量管理時容易出現失誤。上述技術雖然能夠在一定程度上監控和管理航道交通流量，但在應對復雜海事環境中的高密度交通時，仍存在以下局限性：現有方法通常基于靜態規則或人工經驗，缺乏對動態變化的實時適應能力，尤其是在潮汐變化、氣象條件突變等場景下；對于大規模交通流量的數據處理和優化決策依賴人工干預，自動化和智能化程度較低，難以快速響應航道擁堵問題；現有技術更多聚焦于局部交通流管理，缺乏對復雜水域中多航線、多節點的整體優化和調度能力，容易導致局部航道疏通而整體交通效率下降的問題。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種面向復雜海事環境的航線快速生成方法及系統，解決現有技術如何對復雜水域中的交通流量進行分析和調度以解決航道擁堵的問題。

2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種面向復雜海事環境的航線快速生成方法，所述方法包括：

3、s1、收集和整合實時海洋環境數據及船舶動態信息；

4、s2、基于水域的交通流量數據進行擁堵分析和預測，包括，對交通流量進行建模，計算每個水域的交通壓力，具體公式為：

5、×；

6、其中，vx表示水域的交通流量負載程度值，v表示全局交通負載總和值，rx表示水域內船舶交通流動的阻礙程度值，r1，r2，……，rn表示各水域的流量阻力值，n表示水域的數量，x表示不同水域的索引；

7、s3、根據分析結果，生成優化的航線規劃方案，包括將航線規劃水域劃分為多個區段，為每個區段設定航行速度，根據目標路徑起點和終點，計算路徑在不同水域中的航向角度，優化航線，確保總路徑代價最小，具體公式為：；

8、其中，θ1表示航線從一個區域進入另一區域時的初始航向與邊界法線的夾角，θ2表示航線在進入新區域后，調整的航向與邊界法線的夾角，v1表示船舶在當前區域的航行速度，v2表示船舶在進入新區域的航行速度；

9、s4、動態調整航線規劃應對突發狀況的海事環境。

10、優選的，所述s1包括：

11、為每種數據分配初始權重，設定數據的重要性因子，利用時間更新頻率計算數據的最終權值，并以此融合多源數據生成統一的環境數據輸入，計算數據的最終權值具體公式為：q=m×c×δt；

12、其中，q表示數據的重要性權值，m表示數據采集來源的可信程度值，c表示數據的重要性因子值，δt表示數據采集的更新時間間隔，t表示時間。

13、優選的，所述s4包括：

14、建立航線適應性模型，根據環境變化，調整響應速度和環境承載力，動態更新航線參數，生成新的航線規劃適應環境變化，動態更新航線參數具體公式為：pt+1=pt+r×pt×（1－pt/k）；

15、其中，pt+1表示下一時刻的航線適應性值，pt表示當前時刻的航線適應性值，r表示航線適應性對外部環境變化的反應速度，k表示當前海事環境允許的最大航線適應性值，t表示時間。

16、優選的，所述s2中水域內船舶交通流動的阻礙程度值rx的計算公式為：

17、rx=d/（w×s）；

18、其中，rx表示水域內船舶交通流動的阻礙程度值，d表示單位面積內的船舶數量，w表示區域內可供通行的航道寬度，s表示船舶平均航行速度。

19、優選的，所述s3中航行速度的計算公式為：；

20、其中，v表示區域的航行速度，f表示區域環境綜合驅動力，h表示船舶的單位質量。

21、優選的，所述s1中數據采集來源的可信程度值m的計算公式為：

22、m＝a/b；

23、其中，m表示數據采集來源的可信程度值，a表示采集設備的精確度，b表示設備的故障率。

24、優選的，所述s1中數據的重要性因子值c的計算公式為：c＝g1/g；

25、其中，c表示數據的重要性因子值，g1表示數據影響權重，g表示總權重。

26、優選的，所述s4中航線適應性對外部環境變化的反應速度r的計算公式為：r＝δp環境/δt；

27、其中，r表示航線適應性對外部環境變化的反應速度，δp環境表示環境條件變化對航線適應性造成的影響程度值，δt表示環境變化的時間間隔。

28、優選的，所述s4中當前海事環境允許的最大航線適應性值k的計算公式為：k＝c航道×c流量/c風險；

29、其中，k表示當前海事環境允許的最大航線適應性值，c航道表示航道容量，c流量表示當前航道內船舶的最大可容納流量，c風險表示環境風險因子。

30、一種面向復雜海事環境的航線快速生成系統，用于實現所述的面向復雜海事環境的航線快速生成方法的步驟，所述系統包括：

31、數據采集模塊，用于收集和整合實時海洋環境數據及船舶動態信息；

32、與數據采集模塊連接的擁堵分析模塊，用于基于數據采集模塊提供的交通流量數據，進行擁堵分析和預測；

33、與擁堵分析模塊連接的航線規劃模塊，用于根據擁堵分析和預測的結果，生成優化的航線規劃方案；

34、與數據采集模塊和航線規劃模塊連接的動態調整模塊，用于接收數據采集模塊的實時更新數據和航線規劃模塊的初始規劃方案，動態調整航線規劃應對突發狀況的海事環境。

35、由上述技術方案可知，本發明具有如下有益效果：

36、該面向復雜海事環境的航線快速生成方法及系統，通過收集和整合實時海洋環境數據及船舶動態信息，基于水域的交通流量數據進行擁堵分析和預測，根據分析結果，生成優化的航線規劃方案，動態調整航線規劃應對突發狀況的海事環境，使船舶能夠在復雜水域中避開高密度或擁堵區域，從而提高航道資源的整體利用效率，避免局部疏通而整體效率下降的問題，能夠快速響應潮汐變化、氣象條件突變及流量激增等復雜環境變化，有效避免靜態規則或人工經驗的局限性，能夠顯著降低船舶碰撞風險，提升高密度區域的通航安全性和暢通性，有效減少對人工經驗和調度的依賴，降低人為判斷失誤的風險，同時提高交通流量處理效率，顯著提升復雜水域中整體航運效率，能夠避免因數據冗余而導致的處理效率低下問題，快速識別異常情況，助力精準決策，能夠根據實際情況提供實時優化的航線規劃方案，解決了現有技術如何對復雜水域中的交通流量進行分析和調度以解決航道擁堵的問題。