人类进入21世纪,随着科技的发展和技术的进步,航海业得到了空前的发展,船舶航行越来越需要智能化、自动化的系统。ECDIS(电子海图显示与信息系统)是融合了导航技术、AIS/雷达定位技术、信息融合技术的实时系统。船舶航行中航线设计占据着举足轻重的作用,本文以船舶实际航行为背景,以ECDIS为平台对船舶航线智能化的设计进行了深入和详细的研究。其中包括对实际海洋区域建模问题、遗传算法、神经网络法和蚁群算法等多种智能化算法在航线设计中比较和对比,以及改进蚁群算法在实际航线设计的应用。论文的主要工作如下:首先介绍了 ECDIS的国内外研究现状和航线设计的国内外研究现状,简要的阐述了本课题的研究意义。然后详细了介绍了 ECDIS的概念以及ECDIS包含的主要模块,主要为海图显示模块、航海作业模块、气象水文信息模块。阐述了各个模块的相应功能(例如:海图显示模块可以实现任意比例放大、缩小、拖动、分层显示海图的功能),并在此基础上详细介绍了海图显示的原理与投影方式。与此同时对航线设计的智能算法进行了描述和对各种算法进行了优缺点的对比。确定蚁群算法在航线设计的优越性。其次对基本蚁群算法进行了详细的描述,阐述了基本蚁群算法的原理,以TSP(旅行商问题)建立了基本蚁群算法的数学模型,对基本蚁群算法主要参数:蚂蚁数目m,信息素启发式因子α,路径期望因子β,信息素总量Q以及信息素挥发因子ρ进行了仿真讨论,针对基本蚁群算法收敛速度慢、易陷入局部最优解的情况,提出了选择规则策略、更新信息素策略和创新性的提出了动态调整挥发因子ρ策略的改进蚁群算法。对基本蚁群算法和改进蚁群算法在TSP问题上进行仿真对比,确定了改进策略的正确性和有效性。最后基于实际的海区环境,给出了改进蚁群算法在实际海区应用的详细步骤。包括介绍实际的海区环境的特点,以及图论的相关知识,根据海区起始港和目的港建立了适应海区环境的有向图模型,并对实际海区进行了栅格法的环境建模以及通过对海区环境进行扇形扫描、点的检测、线的检测确定海图障碍物与栅格的关系。达到对海图障碍物的提取和表示的目的,结合实际航线的评价准则(航程大小、转角次数、转角大小)综合因素定义了可操作性限制条件下航线评价函数,考虑了船舶实际航行的可操作性,通过改进蚁群算法在ECDIS上的应用,达到了最优航行的设计。通过选取实际的海区环境和改进蚁群算法的参数设置,对航线设计进行了仿真实验,得到了最优航线设计的目的。验证了算法的有效性和收敛性,本文提出的改进算法对最优航线设计具有一定的参考价值。