一种基于PIDVCA预测复航时间的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于PIDVCA预测复航时间的方法，基于PIDVCA相关基础模型及算法和船舶碰撞危险及危险度及其避碰行为效果预测动态评判体系，并已计算获取实现本发明专利技术所需的相关避碰信息以及获知船舶会遇态势、本船与目标船的交会特征及避让属性、多船会遇态势下的避让参考船和非参考船、初始避让时间(Tsr)及避让幅度(AC)为前提，创建了避让单船预测复航时间的基本模型，在此基础上，提出一种基于PIDVCA预测复航时间的方法。本发明专利技术结合PIDVCA算法提供的避让幅度、避让时机构成了船舶航行智能避碰辅助决策的三要素，为船舶驾驶员提供了科学合理的避碰决策。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PIDVCA预测复航时间的方法
本专利技术涉及交通信息工程及控制与载运工具运用工程交叉学科衍生的船舶航行智能化技术研究领域，特别是指一种基于PIDVCA预测复航时间的方法。
技术介绍
据有关资料显示，因船舶驾驶员决策和操作过失、应急反应不当等人为因素导致的避碰事故占海事碰撞事故的80％。要从根本上解决人为因素导致的船舶碰撞事故，实现船舶智能避碰决策的自动化是重要途径之一。然而，船舶避碰决策算法所生成的避碰决策是否遵循《国际海上避碰规则》(以下简称《规则》)精神，是否符合船舶驾驶员的通常做法并体现其优良船艺将成为该技术推广应用的前提。众所周知，船舶驾驶员良好船艺体现在对船舶危险态势的正确评估，对避让幅度、施舵时间和复航时间的合理把握以及采取避让行动后是否构成新危险的正确判断。由此可见，预测复航时间是机器(计算机)为船舶驾驶员提供避让实施方案(避让幅度、施舵时间以及复航时间)三要素之一。为驾驶员提供的避碰决策必须要遵循《规则》精神和模拟优秀驾驶员并体现其优良船员的通常做法才能被驾驶员所接受，这就需要机器在提供经济科学合理的避让幅度、施舵时间的同时，给出复航时间。在现有的智能避碰决策实现机制中尚未给出复航时间，即避碰决策不完整。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于PIDVCA预测复航时间的方法，为驾驶员提供准确的复航时间，实现更加科学合理的避碰决策。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种基于PIDVCA预测复航时间的方法，基于PIDVCA相关基础模型及算法和船舶碰撞危险及危险度及其避碰行为效果预测动态评判体系，其特征在于包括以下步骤：步骤一：定义船舶会遇目标船交会特征TEC基于船舶相对运动几何图解，根据目标船真航向Ct、相对运动航向Cr和目标船与本船的速度比Vt/V0，定义多种目标船交会特征TEC；步骤二：判断会遇目标船是否与本船构成碰撞危险根据PIDVCA算法中的船舶碰撞危险及危险度评估体系，对本船为中心12海里范围内所有目标船进行碰撞危险及危险度判断：若存在单条存在碰撞危险的目标船，则将该目标船视为避让参考船，执行步骤三，若存在多条存在碰撞危险的目标船，则根据评估体系解算出避让参考船和避让非参考船，执行步骤三，其他不存在碰撞危险的目标船定义为当前非危险目标船；步骤三：建立本船避让参考船的预测复航时间Tr[n]的模型基于步骤一定义的船舶会遇目标船交会特征TEC和步骤二解算的避让参考船，结合船舶相对运动几何图解分析，建立本船避让参考船的预测复航时间Tr[n]的模型；步骤四：建立本船避让非参考船的预测复航时间Tr[i]的模型以Tr[n]的模型为基础，根据PIDVCA相关基础模型及算法所解算的避让非参考船，结合船舶相对运动几何图解分析，建立避让非参考船的预测复航时间Tr[i]的模型；步骤五：计算初始预测复航时间Trr根据模型计算的本船避让参考船和避让非参考船的预测复航时间，取其最大值作为初始预测复航时间Trr；步骤六：判断模拟本船改向后是否会构成新的碰撞危险计算模拟本船改向后和复航后的目标参数Vrn、Crn、Tcpan和Dcpan，判断本船改向后是否会与当前非危险目标船构成新的碰撞危险；若构成新的碰撞危险，则定义为模拟本船改向后潜在碰撞危险船，执行步骤七；若不构成，则执行步骤九；步骤七：建立预测复航限制时间Tc的模型定义本船改向后潜在碰撞危险船的预测复航限制时间Tc，基于目标船交会特征TEC和预测复航时间模型Tr，建立预测复航限制时间Tc的模型；步骤八：判断若按照初始预测复航时间Trr执行，是否会存在新的碰撞危险若Tc＞Trr，按照Trr进行复航，并执行步骤九；若Tc≤Trr，则以本船改向后潜在碰撞危险船作为避让参考船并返回步骤三进行重新决策；步骤九：输出预测复航时间Trr。所述步骤三中，其中式中xp1为第一次转向点的横坐标，yp1为第一次转向点的纵坐标，Vrn为改向后的相对运动速度，Cr和Crn分别表示改向前后的相对运动航向，SDA表示安全会遇距离，Dcpan表示预测本船改向后目标船与本船的最近会遇距离，sign(SDA_Cr)和sign(SDA_Crn)分别根据目标船交会特征TEC进行取值。所述步骤四中，其中所述步骤七中，其中式中xp2为第二次转向点的横坐标，yp2为第二次转向点的纵坐标，Dc表示本船全速满舵转90度的旋回进距。采用上述技术方案后，本专利技术针对机器如何模拟船舶驾驶员不同会遇局面下改向避让后寻找最优的复航时机，使本船在让过避让参考船并及时复航后能够有效让清所有船舶，既避免碰撞，又体现决策的科学合理性。本专利技术提出了预测复航时间和预测复航限制时间的概念，通过船舶相对运动几何图解分析总结本船改向避让后目标相对运动线的变化规律，建立预测复航时间模型和预测复航限制时间模型，实现在不构成新的碰撞危险的前提下，本船能够及时复航。本专利技术结合PIDVCA算法提供的避让幅度、避让时机构成了船舶航行智能避碰辅助决策的三要素，为船舶驾驶员提供了科学合理的避碰决策。附图说明图1为本专利技术预测复航时间的流程示意图；图2为本专利技术预测复航时间和预测复航限制时间的几何图解；具体实施方式为了进一步解释本专利技术的技术方案，下面通过具体实施例来对本专利技术进行详细阐述。完整的船舶智能避碰决策方案应包括避让幅度、施舵时间和预测复航时间三个要素，三个要素之间相互关联相互影响，即避让幅度和施舵时间不同，复航时间也不同。现有的船舶智能避碰决策实现机制中尚未明确给出预测复航时间，换言之，提供的避碰决策方案不完整。为完善避碰决策方案以及正确判断船舶采取改向避让行动后是否会构成新的潜在碰撞危险，本专利技术引入预测复航时间(Tr-ForecastRecoveryTimeofShip)和预测复航限制时间(Tc-ForecastRecoveryTimeofShip)的概念，基于相对运动几何图解分析总结本船改向避让后目标相对运动线的变化规律，建立预测复航时间模型，实现在不构成新的潜在避碰危险的前提下本船能够及时复航。预测复航时间可以有效避免船舶采取改向避让后构成新的潜在碰撞危险，保障船舶智能避碰决策支持系统自动试操船功能的有效性。本专利技术专利基于专利技术者先前研究设计的PIDVCA相关基础模型及算法和船舶碰撞危险及危险度及其避碰行为效果预测动态评判体系(具体名称为一种实现船舶拟人智能避碰决策的机器学习方法、一种关联避让行为的船舶碰撞危险及危险度评估方法)，并已计算获取实现本专利技术所需的相关避碰信息以及获知船舶会遇态势、本船与目标船的交会特征及避让属性、多船会遇态势下的避让重点船、避让重点船的初始避让时间(Tsr)及避让幅度(AC)为前提，创建了避让单船预测复航时间的基本模型，在此基础上，提出一种基于PIDVCA预测复航时间的方法，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PIDVCA预测复航时间的方法，基于PIDVCA相关基础模型及算法和船舶碰撞危险及危险度及其避碰行为效果预测动态评判体系，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一：定义船舶会遇目标船交会特征TEC/n基于船舶相对运动几何图解，根据目标船真航向C

【技术特征摘要】
1.一种基于PIDVCA预测复航时间的方法，基于PIDVCA相关基础模型及算法和船舶碰撞危险及危险度及其避碰行为效果预测动态评判体系，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：定义船舶会遇目标船交会特征TEC
基于船舶相对运动几何图解，根据目标船真航向Ct、相对运动航向Cr和目标船与本船的速度比Vt/V0，定义多种目标船交会特征TEC；
步骤二：判断会遇目标船是否与本船构成碰撞危险
根据PIDVCA算法中的船舶碰撞危险及危险度评估体系，对本船为中心12海里范围内所有目标船进行碰撞危险及危险度判断：若存在单条存在碰撞危险的目标船，则将该目标船视为避让参考船，执行步骤三，若存在多条存在碰撞危险的目标船，则根据评估体系解算出避让参考船和避让非参考船，执行步骤三，其他不存在碰撞危险的目标船定义为当前非危险目标船；
步骤三：建立本船避让参考船的预测复航时间Tr[n]的模型
基于步骤一定义的船舶会遇目标船交会特征TEC和步骤二解算的避让参考船，结合船舶相对运动几何图解分析，建立本船避让参考船的预测复航时间Tr[n]的模型；
步骤四：建立本船避让非参考船的预测复航时间Tr[i]的模型
以Tr[n]的模型为基础，根据PIDVCA相关基础模型及算法所解算的避让非参考船，结合船舶相对运动几何图解分析，建立避让非参考船的预测复航时间Tr[i]的模型；
步骤五：计算初始预测复航时间Trr
根据模型计算的本船避让参考船和避让非参考船的预测复航时间，取其最大值作为初始预测复航时间Trr；
步骤六：判断模拟本船改向后是否会构成新的碰撞危险
计算模拟本船改向后和复航后的目标参数Vrn、Crn、Tcpan和Dcpan，判断本船改向后是否会与当前非危险...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丽娜，王兴华，陈国权，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：福建;35