基于非均匀航点网络的船舶气象路径优化方法及其在IMO规范下的安全性能提升

针对传统均匀航点网络在船舶气象路径规划(SWR)中存在的节点冗余和风险规避不足问题，本研究提出改进麻雀搜索算法(SSA)生成非均匀航点网络，并开发非均匀A? (NUA? )算法。该算法整合IMO规范约束及风浪环境因素，实验表明：相比传统方法，NUA? 路径的IMO违规减少8.48%–12.61%，风险降低2.46%–15.66%，波高规避效果提升2.87%–20.29%，为海上安全航行提供创新解决方案。

　　

在全球航运业承担90%国际贸易运输的背景下，海上事故频发成为重大隐患。仅每年因环境因素坠海的集装箱就超过1500个，而气候变化更可能加剧此类风险。传统船舶路径规划面临两大痛点：均匀航点网络在低风险区域产生冗余节点，且无法有效规避动态环境风险；现有A^?
算法多忽视风浪等多因素协同效应。针对这些问题，由教育部人文社科基金等资助的研究团队在《Ocean Engineering》发表成果，提出革命性的非均匀航点网络与NUA^?
算法组合方案。

研究采用改进麻雀搜索算法(SSA)构建非均匀航点网络，通过节点密度与风险正相关的设计，使高风险区域节点数提升40%以上。基于此开发的NUA^?
算法创新性地引入IMO规范约束条件，整合风速、波高、洋流等多维环境参数。实验使用中国气象局提供的三维网格数据（20°N-45°N，115°E-140°E）和香港海事处"金田"轮倾覆事故案例验证。

非均匀航点网络生成
通过SSA算法动态调整节点分布，确保陆地零节点覆盖率。相比传统网络，新方法节点利用率达100%，在相同覆盖面积下有效节点数增加35%。

NUA^?
算法设计
引入复合代价函数：f(n)=g(n)+h(n)+λR(n)，其中R(n)为风浪协同风险项，λ为IMO合规系数。实验显示该算法在南海区域将6级以上浪高规避率提升20.29%。

参数敏感性实验
确定最优风险权重系数α=0.7时，算法在安全性与经济性间取得平衡。节点扩展半径r=15海里时，计算效率较传统方法提升42%。

案例验证
应用于"金田"轮事故重建显示：NUA^?
路径较原航线减少12.3%的IMO违规，关键风险区域波高降低15.8%，验证了算法的工程实用性。

该研究突破性地解决了三个核心问题：首次实现航点网络节点分布与环境风险的自适应匹配；创建首个整合IMO规范的多因素协同风险评估框架；通过非均匀网络将A^?
算法的有效节点利用率从78%提升至100%。这些创新使NUA^?
成为目前唯一同时满足国际规范合规性、动态风险规避性和计算高效性的船舶路径规划方案，为智能航运系统发展奠定关键技术基础。