一种商船航行智能避碰方法技术

本发明专利技术涉及船舶航运领域，尤其涉及一种商船航行智能避碰方法，其不同之处在于，包括以下步骤：步骤1：获取雷达、AIS和电子海图数据；步骤2：初始化参数，并判断目标是否进入检测范围；步骤3：判断目标是动态障碍物、静态障碍物或目标点；步骤4：转向角度选择；步骤5：一定时间间隔后进入新一次迭代，重复以上步骤。本发明专利技术能够实时获取环境信息并规划建议航向，辅助航行决策。

【技术实现步骤摘要】
一种商船航行智能避碰方法
本专利技术涉及船舶航运领域，尤其涉及一种商船航行智能避碰方法。
技术介绍
在2020年《智能船舶规范》中明确指出：智能航行系统指利用先进感知技术和传感信息融合技术等获取和感知船舶航行所需的状态信息，并通过计算机技术、控制技术进行分析和处理，为船舶的航行提供决策建议。通常情况下，船舶的避让会默认采用保速转向的处理方式，仅在船舶无法通过转向避让目标时才会考虑减速让行。目前船舶避碰领域常用的避碰方法可分为三大类：基于数理模型的算法，基于人工智能相关的算法，混合智能系统。基于数理模型的算法是将环境和动态船舶进行数学或者物理建模，具有求解的确定性优点，部分算法未能考虑海图环境的构建(不能考虑静态障碍物)，未能考虑避碰规则或考虑不充分，传统的人工势场法存在局部最小值，目标点不可达问题；基于人工智能的方法存在对规则考虑不充分，数据获取困难，无法保证实时性等问题；混合智能系统例如综合性的仿人智能系统通常局限于开阔水域，且对于直航船义务的遵守有待优化；综上所述，在避让与复航的过程中，如何保证实时性，在同时避让多个动静态障碍物的情形下，考虑规则并给出合理的建议航向是智能航行中真实存在的问题。鉴于此，为克服上述技术缺陷，提供一种商船航行智能避碰方法成为本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种商船航行智能避碰方法，能够实时获取环境信息并规划建议航向，辅助航行决策。为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种商船航行智能避碰方法，其不同之处在于，包括以下步骤：步骤1：获取雷达、AIS和电子海图数据；步骤2：初始化参数，并判断目标是否进入检测范围；步骤3：判断目标是动态障碍物、静态障碍物或目标点；步骤4：转向角度选择；步骤5：一定时间间隔后进入新一次迭代，重复以上步骤。按以上技术方案，所述步骤3中，若目标为动态障碍物，对动态障碍物进行参数计算，判断当前态势为无危险阶段、协商避让阶段或紧急避让阶段。按以上技术方案，所述步骤3中，若目标为静态障碍物，对静态障碍物进行参数计算，得到本船前方势场值，并获取相关的势能值。按以上技术方案，所述步骤3中，若目标为目标点时，对目标点进行参数计算，得到目标点的引力值。按以上技术方案，所述步骤4中，若仅存在动态障碍物，且当前态势为协商避让阶段或紧急避让阶段，根据协商避让阶段受到的右行斥力或紧急避让阶段收到的左行、右行斥力，结合目标点的引力，得到其合力，所述合力方向即为所选择的转向角度方向。按以上技术方案，所述步骤4中，若仅存在静态障碍物，则判断本船前方势场值是否大于设定阈值，如大于设定阈值，则朝向低势能方向转向最大转向角，所述最大转向角为30°～35°。按以上技术方案，所述步骤4中，若动态障碍物和静态障碍物同时存在，则判断动态障碍物和静态障碍物是否位于同侧，如处于同侧则转向角度选择最大转向角避让(向另一侧)；如处于非同侧则优先避让静态障碍物再避让动态障碍物，先避让静态障碍物时，朝向低势能方向转向最大转向角；再避让动态障碍物时，按上述方案的计算合力，并按合力方向选择转向角度。特殊情况下，转向方向不符合国际规则的，不给出建议，与它船协商避让。按以上技术方案，所述检测范围为6～7海里，所述协商避让阶段的范围为3～6海里，所述紧急避让阶段的范围为3海里以内。一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序在被处理器执行时用于实现如上述技术方案中所述的方法。一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，其上存储有一个或多个程序，所述一个或多个程序在被所述一个或多个处理器执行时用于实现如上述技术方案中所述的方法。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：能够综合考虑避碰规则，操舵习惯和船舶特性的系统，系统智能获取和处理环境信息后将信息展示于实时界面，作出避让决策建议。当无障碍物时，船舶向航路点方向行驶；出现危险障碍物时，船舶避让后向航路点复航；1)设定目标点作为目的地，设定动态障碍物和静态障碍物作为避让目标。通过建模确定目标点，动态障碍物和静态障碍物的影响半径和影响因子；2)通过模型结构和参数设定，处理目标点与障碍物合力为零，目标点不可到达问题；3)建立本船和他船的模拟数据，在实际运行过程中不断更新船舶位置并作出决策，综合考虑《国际海上避碰规则》的十三至十七条核心条款，能够使本船的转向方向符合规则要求和早大宽清原则(早：提早避让；大：大角度转向；宽：多让一点；清：让请为止)；4)能够提取矢量电子海图数据辅助环境建模，综合船舶吃水与等深线信息防止船舶搁浅；5)能够获取雷达历史数据，显示多个目标点位置并作出避让决策；6)通过Redis进行实时数据的传输，设计海图与雷达显示界面；7)能够根据建议结果输出一定时间内的船舶运动轨迹，并结合船员实际操舵习惯，一定时间间隔内给出合理的建议航向角度。附图说明图1为本专利技术实施例的流程示意图；图2为本专利技术实施例的船舶会遇的多种会遇局面示意图；图3为本专利技术实施例的几种会遇局面下的避碰策略。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在下文中，将参考附图来更好地理解本专利技术的许多方面。附图中的部件未必按照比例绘制，重点在于清楚地说明本专利技术的部件。此外，在附图中的若干视图中，相同的附图标记指示相对应零件。如本文所用的词语“示例性”或“说明性”表示用作示例、例子或说明。在本文中描述为“示例性”或“说明性”的任何实施方式未必理解为相对于其它实施方式是优选的或有利的。下文所描述的所有实施方式是示例性实施方式，提供这些示例性实施方式是为了使得本领域技术人员做出和使用本公开的实施例并且预期并不限制本公开的范围，本公开的范围由权利要求限定。在其它实施方式中，详细地描述了熟知的特征和方法以便不混淆本专利技术。出于本文描述的目的，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”和其衍生词将与如图1定向的专利技术有关。而且，并无意图受到前文的
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技术介绍
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技术实现思路
或下文的详细描述中给出的任何明示或暗示的理论限制。还应了解在附图中示出和在下文的说明书中描述的具体装置和过程是在所附权利要求中限定的专利技术构思的简单示例性实施例。因此，与本文所公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特征不应被理解为限制性的，除非权利要求书另作明确地陈述。请参考图1至图3，本专利技术实施例中，主要针对商船在开阔或狭窄水域中智能避让危险目标并输出建议航向。通过AIS，雷达设备和电子海图数据获取周围环境信息。环境信息包括但不限于动态船舶，静态障碍物和等深线等会导致船舶置于危险境地的目标。建议航向会综合考虑《国际海上避碰规则》的核心条款，船舶运动特性和船员的常规操舵习本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种商船航行智能避碰方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：获取雷达、AIS和电子海图数据；/n步骤2：初始化参数，并判断目标是否进入检测范围；/n步骤3：判断目标是动态障碍物、静态障碍物或目标点；/n步骤4：转向角度选择；/n步骤5：一定时间间隔后进入新一次迭代，重复以上步骤。/n

【技术特征摘要】
1.一种商船航行智能避碰方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取雷达、AIS和电子海图数据；
步骤2：初始化参数，并判断目标是否进入检测范围；
步骤3：判断目标是动态障碍物、静态障碍物或目标点；
步骤4：转向角度选择；
步骤5：一定时间间隔后进入新一次迭代，重复以上步骤。


2.根据权利要求1所述的商船航行智能避碰方法，其特征在于：所述步骤3中，若目标为动态障碍物，对动态障碍物进行参数计算，判断当前态势为无危险阶段、协商避让阶段或紧急避让阶段。


3.根据权利要求2所述的商船航行智能避碰方法，其特征在于：所述步骤3中，若目标为静态障碍物，对静态障碍物进行参数计算，得到本船前方势场值，并获取相关的势能值。


4.根据权利要求3所述的商船航行智能避碰方法，其特征在于：所述步骤3中，若目标为目标点时，对目标点进行参数计算，得到目标点的引力值。


5.根据权利要求4所述的商船航行智能避碰方法，其特征在于：所述步骤4中，若仅存在动态障碍物，且当前态势为协商避让阶段或紧急避让阶段，根据协商避让阶段受到的右行斥力或紧急避让阶段收到的左行、右行斥力，结合目标点的引力，...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏立桥，肖遥，徐斌，
申请(专利权)人：武汉海兰鲸科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42