We introduce a method for long-distance maritime route planning in polar regions, taking into account complex changing environmental conditions. The method allows the construction of optimised routes, describing the three main stages of the process: discrete modelling of the environmental conditions using a non-uniform mesh, the construction of mesh-optimal paths, and path smoothing. In order to account for different vehicle properties we construct a series of data driven functions that can be applied to the environmental mesh to determine the speed limitations and fuel requirements for a given vessel and mesh cell, representing these quantities graphically and geospatially. In describing our results, we demonstrate an example use case for route planning for the polar research ship the RRS Sir David Attenborough (SDA), accounting for ice-performance characteristics and validating the spatial-temporal route construction in the region of the Weddell Sea, Antarctica. We demonstrate the versatility of this route construction method by demonstrating that routes change depending on the seasonal sea ice variability, differences in the route-planning objective functions used, and the presence of other environmental conditions such as currents. To demonstrate the generality of our approach, we present examples in the Arctic Ocean and the Baltic Sea. The techniques outlined in this manuscript are generic and can therefore be applied to vessels with different characteristics. Our approach can have considerable utility beyond just a single vessel planning procedure, and we outline how this workflow is applicable to a wider community, e.g. commercial and passenger shipping.


翻译:我们为极地地区的长途海上航线规划引入了一种方法,同时考虑到复杂的不断变化的环境条件;该方法允许建造优化路线,描述了这一过程的三个主要阶段:使用非统一的网状,对环境条件进行离散建模,建造网状最佳道路,平滑道路;为了计算不同的车辆性质,我们建造了一系列数据驱动功能,可用于环境网状,以图表形式和地理空间的方式确定特定船只和网格的速度限制和燃料需求;在描述我们的结果时,我们以实例说明极地研究船 -- -- RRS David Attenborough爵士(SDA) -- -- 的路线规划路线,说明冰性特征和验证南极 Weddell海区域空间-时道的建造;我们通过表明路线建设方法的多用途性,表明路线变化取决于季节性海洋冰变异性,所用路线规划目标功能的差异,以及诸如洋流等其他环境条件的存在。为了说明我们的做法的普遍性,我们目前采用的是海面和海面上的单一流程。我们目前采用的方法和海面上的一种不同的做法。

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