一种多动静态物标自动避碰方法技术

本发明专利技术提供了一种多动静态物标自动避碰方法，涉及船舶避碰技术领域，包括如下步骤：获取所有可能的避碰措施方案；对所有可能的避碰措施按照符合海上航行规则的优先等级进行层次分类和赋值；判断本船与周围物标的会遇态势，根据所述会遇态势利用矩阵方法选择符合海上航行规则的几类避碰措施并按优先等级排序；将本船航行信息输入至避碰决策系统，所述避碰决策系统从优先等级最高的措施开始依次搜索，直到检索出满足要求的避碰措施；本船执行满足要求的避碰措施，当决策系统检测到本船与周围船舶及障碍物没有碰撞危险时，将按照计划航线航行或者采取复航行动。本发明专利技术能够应对和解决开阔水域下船舶航行过程遇到的几乎所有会遇态势。态势。态势。

【技术实现步骤摘要】
一种多动静态物标自动避碰方法


[0001]本专利技术涉及船舶避碰
，具体而言，尤其涉及一种多动静态物标自动避碰方法。

技术介绍

[0002]自动避碰技术是实现自主船舶和无人船必须具备的功能。中国船级社发布的《智能船舶规范》和《自主货物运输船舶规范》中明确规定所有获得自主航行标志船舶都必须具备依靠场景感知信息实现自动避碰的能力。
[0003]国内外学者已提出了很多算法用于船舶自动避碰决策及路径规划，主要有几何解析法、模糊逻辑算法、速度障碍法、多智能体协作、基于知识的专家系统、人工势场法和基于遗传、蚁群、粒子群等算法的启发式方法等。
[0004]这些算法开拓和丰富了船舶避碰决策模型的求解方法和思路，但依然存在很多问题有待解决。传统控制算法未充分考虑周边环境因素，未考虑规则或未充分考虑规则尤其是背离规则的情形；传统控制算法大多是基于目标船按照避碰规则采取行动，而实际航行中，由于实际情况的需要，目标船有可能需要背离规则；甚至有的目标船违背规则采取行动；以上情况会导致控制算法在计算的过程中产生紊乱，控制器不能采取良好的避碰行动。传统控制算法未考虑船舶操纵性问题；现有的控制算法大多只考虑船舶的舵机特性，没有考虑船舶的旋回特性、航向稳定性以及保向性等船舶特性；不能从全局考虑船舶的自动避碰问题，需要进一步改进和完善。现有的控制算法不能处理多船会遇局面；现有的控制算法大多只能处理两船之间的避碰问题，但是在实际航行多船会遇的局面时有发生，如何处理这种局面，对控制算法的设计提出了更高的要求。现有的控制算法不能同时处理动、静态障碍物；现有的控制算法避碰措施单一，多是只有转向且未与计划航线有机结合；现有的控制算法，算法运算速度难以满足实时性要求；依据算法设计的控制器，需要进行大量的数据采集工作，计算机在运行控制程序时，需要一定的计算时间，因此会产生一定的延迟；新设计的控制算法应该更简单、运行速度更快、尽量满足实时性的要求；现有的控制算法，算法解算结果不具有唯一性和确定性；现有的控制算法，对临界条件下他船的突然不协调行为无法避免碰撞船舶之间的避碰，最基本的要求是有碰撞危险的船舶之间都遵守避碰规则，直到最后驶过让清为止；如果某一船舶在进距离时候，突然采取不协调的避碰行动，会导致自动避碰算法及控制器，无法迅速给出避碰决策而发生碰撞。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种多动静态物标自动避碰方法，以解决现有算法未考虑背离规则的情况、未考虑多船会遇的情形、避碰信息未能实时传输和进距离不协调的避碰行为等技术问题。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种多动静态物标自动避碰方法，包括如下步骤：
[0008]获取所有可能的避碰措施方案；获取本船航行信息；对所有可能的避碰措施按照符合海上航行规则的优先等级进行层次分类和赋值；
[0009]判断本船与周围物标的会遇态势，根据所述会遇态势利用矩阵方法选择符合海上航行规则的几类避碰措施并按优先等级排序；
[0010]将本船航行信息输入至避碰决策系统，所述避碰决策系统从优先等级最高的措施开始依次搜索，直到检索出满足要求的避碰措施；
[0011]本船执行满足要求的避碰措施，当决策系统检测到本船与周围船舶及障碍物没有碰撞危险时，将按照计划航线航行或者采取复航行动。
[0012]进一步地，所述避碰措施方案包括向右转向、向左转向、减速、加速、向右转向同时减速、向左转向同时减速、向右转向同时加速、向左转向同时加速、停船和重新规划计划航线。
[0013]进一步地，所述判断本船与周围物标的会遇态势包括如下步骤：
[0014]通过他船与本船的航向判断两船或者多船之间的会遇态势；
[0015]通过计算最近会遇距离和到达最近会遇距离的时间，判断本船与他船之间有无碰撞危险；
[0016]若无碰撞危险，无需采取避碰行动，按照计划航线航行；若有碰撞危险，则采取避碰行动。
[0017]进一步地，所述避碰规则包括：
[0018]当会遇态势为追越局面时：按照规则判断本船追越或者疑似追越他船态势时，本船均应给被追越船让路；
[0019]当会遇态势为对遇局面时：按照规则判断本船与他船为对遇或者疑似对遇态势时，本船与他船应各自向右转向，从而从他船左舷驶过；
[0020]当会遇态势为交叉局面时：按照规则判断本船与他船为交叉相遇态势时，若他船在本船右舷，本船应给他船让路；若他船在本船左舷，他船未按规则采取措施形成紧迫局面时，本船可独自采取操纵行动以避免碰撞。
[0021]进一步地，当会遇态势为追越局面时：按照规则判断为本船追越或者疑似追越他船态势时，本船均应给被追越船让路，采取的避碰措施包括向右转向、向左转向、向右转向同时加速、向左转向同时加速；
[0022]当会遇态势为对遇局面时，按照规则判断本船与他船为对遇或者疑似对遇态势时，本船与他船应各自向右转向，从而从他船左舷驶过，采取的避碰措施为向右转向；
[0023]当会遇态势为交叉局面时，按照规则判断本船与他船为交叉相遇态势时，若他船在本船右舷，本船应给他船让路；若他船在本船左舷，他船未按规则采取措施形成紧迫局面时，本船可独自采取操纵行动以避免碰撞，采取的避碰措施为向右转向。
[0024]进一步地，所述本船航行信息包括：本船的计划航向、本船的计划航速，本船和周围他船的航向、本船和周围他船的航速，本船和周围他船的位置信息，周围静态物标的位置信息，周围他船的最近会距距离、周围他船的最近会距时间、周围他船的相对方位、周围他船的距离、周围他船的相对航向角。
[0025]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0026]1、本专利技术提供的一种多动静态物标自动避碰方法，通过对船舶的会遇态势利用矩
阵方法选择符合海上航行规则的几类避碰措施并按优先等级排序，设计了一种船舶自动避碰决策系统。
[0027]2、本专利技术对所有可能的避碰措施按照符合海上航行规则的优先等级进行层次分类和赋值，利用设计避碰决策系统从优先等级最高的措施开始依次搜索，直到检索出满足要求的避碰措施。
[0028]3、本专利技术要求本船执行满足要求的避碰措施，当决策系统检测到本船与周围船舶及障碍物没有碰撞危险时，将按照计划航线航行或者采取复航行动，能够实现开阔水域下船舶航行过程遇到的几乎所有会遇态势的避碰行为。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术测试平台模型示意图。
[0031]图2为本专利技术三种会遇态势的方位关系图。
[0032]图3为本专利技术算法具体流程图。
[0033]图4为本专利技术会遇态势为对遇局面的实验结果图。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多动静态物标自动避碰方法，其特征在于，包括如下步骤：获取所有可能的避碰措施方案；获取本船航行信息；对所有可能的避碰措施按照符合海上航行规则的优先等级进行层次分类和赋值；判断本船与周围物标的会遇态势，根据所述会遇态势利用矩阵方法选择符合海上航行规则的几类避碰措施并按优先等级排序；将本船航行信息输入至避碰决策系统，所述避碰决策系统从优先等级最高的措施开始依次搜索，直到检索出满足要求的避碰措施；本船执行满足要求的避碰措施，当决策系统检测到本船与周围船舶及障碍物没有碰撞危险时，将按照计划航线航行或者采取复航行动。2.根据权利要求1所述的多动静态物标自动避碰方法，其特征在于，所述避碰措施方案包括向右转向、向左转向、减速、加速、向右转向同时减速、向左转向同时减速、向右转向同时加速、向左转向同时加速、停船和重新规划计划航线。3.根据权利要求1所述的多动静态物标自动避碰方法，其特征在于，所述判断本船与周围物标的会遇态势包括如下步骤：通过他船与本船的航向判断两船或者多船之间的会遇态势；通过计算最近会遇距离和到达最近会遇距离的时间，判断本船与他船之间有无碰撞危险；若无碰撞危险，无需采取避碰行动，按照计划航线航行；若有碰撞危险，则采取避碰行动。4.根据权利要求3所述的多动静态物标自动避碰方法，其特征在于，所述避碰规则包括：当会遇态势为追越局面时：按照规则判断本船追越或者疑似追越他船态势时，本船均应给被追越船让路；当会遇态势为对遇局面时：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，李强，高孝日，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：