一种基于虚拟力的船舶导航方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟力的船舶导航方法，包括如下步骤：S1、通过虚拟力场法确定所有虚拟力的方向；S2、定性分析虚拟力的大小和定量计算虚拟力的大小；S3、通过矢量三角形合成法将已知方向和大小的所有虚拟力进行合成，得到虚拟力合力；S4、船舶按照虚拟力合力的方向进行航行。本发明专利技术的主旨在于探究虚拟力对内河船舶航行的影响，通过研究虚拟力来更好地得到推荐的船舶实时动态航向，实现更精准化、拟人化的内河船舶导航，从而为能见度不良情况下的内河船舶进行辅助导航，同时也为未来无人船舶、智能船舶安全和高效的无人驾驶奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟力的船舶导航方法
本专利技术涉及船舶导航
，具体涉及一种基于虚拟力的船舶导航方法。
技术介绍
随着经济水平的飞速发展和产业布局的进一步扩大，国内内河水路运输需求正持续快速增长。为维持这种高速且稳定的增长状态，保证内河船舶航行的安全性十分重要。精准、可靠的内河船舶导航是保障内河船舶安全航行的前提。由于越来越多的现代导航设备和日趋成熟的航运技术，内河船舶航行的安全性已经有了很大水平的提高，各种海事事故数目明显减少。但为了实现更加安全高效的发展，对内河船舶导航也提出了更高的要求。一方面，在内河航道某些能见度不良的水域，利用现有的导航技术仍很难保证安全可靠的航行；另一方面，船舶的发展趋于智能化、无人化，未来内河无人船舶如何进行“拟人化”的导航，也正成为当前研究的热点和未来内河船舶导航发展的趋势。与传统意义上内河船舶导航主要依靠船舶驾驶人员运用电罗经、磁罗经、雷达等设备以及人工瞭望等方式了解船舶周围障碍物情况和航道情况，结合船舶驾驶人员自身的航行经验和良好船艺，对当前航行局面做出判断，进而给出推荐的船舶前进方向不同。本专利技术对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟力的船舶导航方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、通过虚拟力场法确定所有虚拟力的方向；/nS2、定性分析虚拟力的大小和定量计算虚拟力的大小；/nS3、通过矢量三角形合成法将已知方向和大小的所有虚拟力进行合成，得到虚拟力合力；/nS4、船舶按照虚拟力合力的方向进行航行。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟力的船舶导航方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、通过虚拟力场法确定所有虚拟力的方向；
S2、定性分析虚拟力的大小和定量计算虚拟力的大小；
S3、通过矢量三角形合成法将已知方向和大小的所有虚拟力进行合成，得到虚拟力合力；
S4、船舶按照虚拟力合力的方向进行航行。


2.根据权利要求1所述的基于虚拟力的船舶导航方法，其特征在于，所述步骤S1中，虚拟力场法具体包括如下：
将目标点设为中心点构造引力势场，引力的方向指向目标点，引力大小随着船舶与目标点的距离而变化，距离越大引力越大，反之则越小；
再将障碍物设为中心点构造斥力势场，斥力的方向指向与障碍物连线的反方向，斥力大小随着船舶与障碍物的距离而变化，距离越小斥力越大，反之则越小。


3.根据权利要求1所述的基于虚拟力的船舶导航方法，其特征在于，所述步骤S2中，定性分析虚拟力的大小具体是将目标船与本船会遇过程分为四个阶段：
阶段一、最初没有碰撞危险阶段；
阶段二、碰撞危险形成阶段；
阶段三、紧迫局面形成阶段；
阶段四、紧迫危险形成至最后碰撞阶段。


4.根据权利要求1所述的基于虚拟力的船舶导航方法，其特征在于，所述步骤S2中，定量计算虚拟力的大小分为两种情况：不考虑风和流的实际荷载的影响；考虑风和流的实际荷载的影响。


5.根据权利要求4所述的基于虚拟力的船舶导航方法，其特征在于，所述步骤S2中，不考虑风和流的实际荷载的影响的情况下，定量计算目标船对本船虚拟力的大小具体包括如下：
S21、设本船O的坐标为(x0，y0)，航速为v0、航向为根据几何关系得，本船的船速在x轴和y轴的分量为：



S22、设目标船T的坐标为(xT，yT)、航速为VT、航向为根据几何关系得，目标船的船速在x轴和y轴的分量为：



S23、计算本船与目标船之间的距离：
目标船在x轴和y轴的相对速度如下：



两船的相对速度大小如下：



两船的船速比如下：



两船之间的距离如下：



S24、计算本船与目标船的相对方位：
以本船O为中心，目标船T的真方位如下：



其中，a1代表目标船T的初始方位，a1主要由(xT-x0)项确定正负；
目标船T与本船的相对方位如下：



S25、目标船T与本船O的航向交角：
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄立文，郝国柱，张可，郭超麒，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42