一种船舶航行自动避碰航路规划方法及模型技术

本发明专利技术公开了一种船舶航行自动避碰航路规划方法及模型，包括收集障碍物、出发点、目的点信息，根据收集的信息，在航路规划的过程中，当遭遇障碍物时，先计算船舶能避开障碍物的最小角度连线，即与测试线夹角最大的连线，并直接记录障碍物左右两侧的两条可能行驶的路径；然后，沿着障碍物绕行时，将障碍物的各个顶点与中间航路点作测试，分别计算并选取左、右两侧与测试线夹角最大的连线，比较两者的大小后，取其夹角较小者的连线作为备选航段，以确定唯一的可绕行的航路。该一种船舶航行自动避碰航路规划方法及模型与现有技术相比，自动规划航路，实现船舶自动避碰障碍物的需求，对解决船舶搁浅碰撞等问题和提高海上航行安全具有重要意义。

A route planning method and model for automatic collision avoidance of ship navigation

【技术实现步骤摘要】
一种船舶航行自动避碰航路规划方法及模型
本专利技术涉及智能控制
，具体地说是一种实用性强、船舶航行自动避碰航路规划方法及模型。
技术介绍
沿海水域往往交通流复杂，水道和岛礁众多，暗礁与浅滩密布，常航行于沿海水域的船长们都会感受到保证航行安全的压力。在保障船舶航行安全的基本措施中，航路的合理规划是十分重要的措施，也是最基本的措施之一。随着交通强国战略的实施，我国沿海船舶数量将显著增加，必将使交通流密度增大，局部通航条件更加复杂。目前船舶在沿海水域航行时，仍然采用传统的船员手动操舵，而目前普遍认为船舶事故主要是由人的失误引起的，因此，实现船舶在沿海多障碍物复杂水域的自主航行，既是减少船舶碰撞事故的有效手段，又是急需攻克的技术难题。船舶航路规划是实现船舶自主航行的重要前提。航路规划是指在具有障碍物的环境中，根据己知的地理信息数据，通过使用一定的寻优算法寻找一条从给定初始位置到达目标位置的无碰撞路径，并且要求航行路径既能满足一定的约束条件(无碰撞)，又满足一定的优化准则(如路径最短，能量消耗最小等)。目前电子海图显示与信息系统(ECDIS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶航行自动避碰航路规划方法，其特征在于，其规划过程为：/n步骤一、首先收集障碍物信息，设置避碰安全距离；/n步骤二、确认船舶是否需要避开障碍物，如不需要则直接规划航路，如需要则进入步骤三；/n步骤三、确认避开最近障碍物左右两侧的最小角度连线，将左右两侧的最小角度连线记录为可行驶路径并备用，所述最小角度连线是指与测试线夹角最大的出发点与障碍物节点之间的连线，该测试线是指出发点与目的点之间的连线；/n步骤四、以最小角度连线的障碍物节点为出发点，顺序确认左右两侧障碍物节点的最小角度连线，直至左右两侧的当前测试点和目的点间的连线均不会经过任一障碍物为止，该确认过程参照步骤三，比较左右两侧行驶...

【技术特征摘要】
1.一种船舶航行自动避碰航路规划方法，其特征在于，其规划过程为：
步骤一、首先收集障碍物信息，设置避碰安全距离；
步骤二、确认船舶是否需要避开障碍物，如不需要则直接规划航路，如需要则进入步骤三；
步骤三、确认避开最近障碍物左右两侧的最小角度连线，将左右两侧的最小角度连线记录为可行驶路径并备用，所述最小角度连线是指与测试线夹角最大的出发点与障碍物节点之间的连线，该测试线是指出发点与目的点之间的连线；
步骤四、以最小角度连线的障碍物节点为出发点，顺序确认左右两侧障碍物节点的最小角度连线，直至左右两侧的当前测试点和目的点间的连线均不会经过任一障碍物为止，该确认过程参照步骤三，比较左右两侧行驶路线的大小后，取其夹角较小者的连线作为备选航段，以确定唯一的可绕行的航路。


2.根据权利要求1所述的一种船舶航行自动避碰航路规划方法，其特征在于，所述步骤一中设置避碰安全距离的过程为：首先确认起始点和目的点之间的障碍物，确认船舶与障碍物之间的避碰安全距离，并以避碰安全距离为依据，利用GIS系统领域分析功能扩大各障碍物范围，作为后续避碰分析的依据。


3.根据权利要求2所述的一种船舶航行自动避碰航路规划方法，其特征在于，GIS系统领域分析功能是指：通过GIS系统领域分析工具中的缓冲区工具对障碍物范围进行扩大，具体方法为：在GIS系统Arcmap模块中中添加含有障碍物的图层，调出建立缓冲区工具，选择输入要素，该输入要素包括设置好的避碰安全距离和起点、终点，系统自动挖掘与该障碍物的邻近关系，最后在图层中建立该缓冲区，即产生一个以避碰安全距离为扩大值的最小边界范围，作为航路规划的依据。


4.根据权利要求1所述的一种船舶航行自动避碰航路规划方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：将起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，通过GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集，若该测试线未经过任一障碍物，即两点间可直线连接，该测试线便转为备选航路并结束航路规划。


5.根据权利要求1所述的一种船舶航行自动避碰航路规划方法，其特征在于，在步骤三及步骤四中，将起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，通过GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集，若该测试线遭遇障碍物，则先判断当前测试点是否位于最近障碍物边界上的任一顶点，若为最近障碍物上的顶点，则执行下述步骤：
将当前测试点设为中间航路点，当前测试点是指位于最近障碍物边界上的某一顶点，然后将其与目的点连接成为测试线后，进行对该障碍物绕行的操作，将位于该障碍物边界上的各顶点与中间航路点逐一加以连线；
根据余弦定理在VC#编程计算各连线与测试线间的夹角，先求出与测试线左侧夹角最大的连线，该连线即能够避开障碍物的最小角度；再求出与测试线右侧夹角最大的连线，该连线即能够避开障碍物的最小角度；
根据偏航角最小原则，比较左、右两侧与测试线的夹角，并选取夹角较小者的连线，作为备选航段，并将该备选航段与障碍物的交点作为节点，即当前测试点，返回步骤二继续根据障碍物的顶点及边界建立下一绕过障碍物的备选航段，直至建立一条绕过障碍物的避碰航路。


6.根据权利要求1所述的一种船舶航行自动避碰航路规划方法，其特征在于，将起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，通过GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集，若该测试线遭遇障碍物，则先判断当前测试点是否位于最近障碍物边界上的任一顶点，若非最近障碍物上的顶点，则执行下述步骤：
选取离当前测试点最近的障碍物，将当前测试点与该障碍物边界上的各顶点逐一加以连线，并分别计算各连线与测试线间的夹角，根据偏航角最小的原则，选取与测试线左侧夹角最大的连线来以最小角度避开障碍物，并将该左侧连线记录为左侧航线；选取与测试线右侧夹角最大的连线来以最小角度避开障碍物，并将该右侧连线记录为右侧航线；
将左右两条航线...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建文，王波，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：山东;37