一种适用于船舶避碰分析的目标安全距离建模方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种适用于船舶避碰分析的目标安全距离建模方法及应用，方法包括：基于电子海图和本船信息确定当前航行场景；基于环境感知信息确定目标类型；针对当前航行场景下的目标类型构建自适应危险判断模型；基于自适应危险判断模型构建自适应避让决策模型。利用电子海图信息、实时环境目标信息和本船信息，分析当前航行场景、目标类型等，构建自适应目标安全距离模型，同时考虑风浪流干扰及操纵控制精度，将目标安全距离模型细化为危险判断模型和避让决策模型，为避让行动预留操纵空间以减少操作量，提高决策效率。本发明专利技术方法简单，容易实现，具有良好的实际应用价值，为智能船舶提供进出港航道水域至开阔水域的航行决策支撑。撑。撑。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于船舶避碰分析的目标安全距离建模方法及应用


[0001]本专利技术涉及船舶智能航行
，更具体的说是涉及一种适用于船舶避碰分析的目标安全距离建模方法。

技术介绍

[0002]由于船舶具有大惯性、强非线性和模型不确定性等特点,以及海上存在风流干扰等因素，所以船舶驾驶员会根据本船及他船的操纵特性,与他船或其他障碍物保持一定的安全距离,避免产生碰撞危险。对不同环境下的不同类型、不同速度、不同操纵性能的障碍目标，掌握与本船保持的安全距离对作出正确的避让决策至关重要。
[0003]目前大多数自主避碰研究中多采用安全警戒圆圈来表征安全距离，由于船舶的操纵性特点，显然船舶在不同方位所需的安全距离并不相同。且对于动态船只、静态锚泊船只或是助航浮标等障碍的安全距离也不尽相同。
[0004]因此，提供一种适用于船舶避碰分析的目标安全距离建模方法，用以提升避让决策的效率是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种适用于船舶避碰分析的目标安全距离建模方法及应用，提高了避让效果，为实现智能航行的自主避让提供决策支撑。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种适用于船舶避碰分析的目标安全距离建模方法，包括：
[0008]基于电子海图和本船信息确定当前航行场景；
[0009]基于环境感知信息确定目标类型；
[0010]针对当前航行场景下的目标类型构建自适应危险判断模型；
[0011]基于自适应危险判断模型构建自适应避让决策模型。
[0012]优选地，当前航行场景为航道水域或开阔水域。
[0013]优选地，目标类型包括船舶、浮标或未知静态障碍物。
[0014]优选地，针对当前航行场景下的目标类型构建自适应危险判断模型，包括：
[0015](1)如果在航道水域，目标类型为船舶的自适应危险判断模型R
11
为：
[0016][0017][0018][0019]其中，x，y为船舶领域椭圆模型边界上的点的平面坐标，R
fore
、R
afte
、R
starb
、R
port
代表
船舶领域椭圆模型的前半轴、后半轴、右半轴和左半轴的长度，是目标船舶的航向，f1为基于航道宽度C、船舶长度L、船舶宽度B的用于估算动态船舶的船舶领域椭圆模型前半轴R
fore
的自适应函数，f2为基于航道宽度C、船舶长度L、船舶宽度B的用于估算动态船舶的船舶领域椭圆模型后半轴R
afte
、右半轴R
starb
、左半轴R
port
的自适应函数，C表示航道宽度，L
o
,B
o
分别表示本船长度和宽度，L
t
,B
t
分别表示目标船舶长度和宽度；
[0020](2)如果在航道水域，目标类型为浮标的自适应危险判断模型R
12
为：
[0021]R
12
＝f3(C,B
o
)
[0022]其中，f3为浮标警戒圆半径的自适应函数，f3大小与航道宽度、本船尺寸正相关；
[0023](3)如果在航道水域，目标类型为未知静态障碍物的自适应危险判断模型R
13
为：
[0024]R
13
＝f4(C,L
o
,B
o
)
[0025]其中，f4为未知静态障碍物警戒圆半径的自适应函数，f4大小与航道宽度、本船尺寸正相关；
[0026](4)如果在开阔水域，目标类型为船舶的自适应危险判断模型R
14
为：
[0027]R
14
＝max{f5(L
o
,B
o
),f5(L
t
,B
t
)}
[0028]其中，f5为船舶警戒圆半径的自适应函数，f5大小与本船尺寸正相关；
[0029](5)如果在开阔水域，目标类型为浮标的目标的危险判断模型R
15
为：
[0030]R
15
＝f6(B
o
)
[0031]其中，f6为浮标警戒圆半径的自适应函数，f6大小与本船尺寸正相关；
[0032](6)如果在开阔水域，目标类型为未知静态障碍物的自适应危险判断模型R
16
为：
[0033]R
16
＝f7(L
o
,B
o
)
[0034]其中，f7为未知静态障碍物警戒圆半径的自适应函数，f7大小与本船尺寸正相关。
[0035]优选地，自适应避让决策模型R
2i
计算公式为：
[0036]R
2i
＝R
1i
+w
1i
*v
o
[0037]其中，R
1i
表示第i种情况下的自适应危险判断模型，i表示对应的各种当前航行场景和目标类型，w
1i
为自适应调整系数，v
o
表示本船当前航速。
[0038]一种适用于船舶避碰分析的目标安全距离建模系统，包括：
[0039]场景判断模块：基于电子海图和本船信息确定当前航行场景；
[0040]类型分类模块：基于环境感知信息确定目标类型；
[0041]危险判断模型构建模块：针对当前航行场景下的目标类型构建自适应危险判断模型；
[0042]避让决策模型构建模块：基于自适应危险判断模型构建自适应避让决策模型。
[0043]本专利技术的有益效果：
[0044]本专利技术针对避让决策分析中的安全距离建模问题，提出一种自适应的目标安全距离建模方法，利用电子海图信息、实时环境目标信息和本船信息，分析当前航行场景、目标类型、尺寸、航速等信息，构建自适应目标安全距离模型，同时考虑风浪流干扰及操纵控制精度，将目标安全距离模型细化为危险判断模型和避让决策模型，为避让行动预留操纵空间以减少操作量，提高决策效率。本专利技术方法简单，容易实现，具有良好的实际应用价值，为智能船舶提供进出港航道水域至开阔水域的航行决策支撑。
附图说明
[0045]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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0046]图1为本专利技术提供的一种适用于船舶避碰分析的目标安全距离建模方法流程图。
[0047]图2为本专利技术提供的一种适用于船舶避碰分析的目标安全距离建模系统示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于船舶避碰分析的目标安全距离建模方法，其特征在于，包括：基于电子海图和本船信息确定当前航行场景；基于环境感知信息确定目标类型；针对当前航行场景下的目标类型构建自适应危险判断模型；基于自适应危险判断模型构建自适应避让决策模型。2.根据权利要求1所述的一种适用于船舶避碰分析的目标安全距离建模方法，其特征在于，当前航行场景为航道水域或开阔水域。3.根据权利要求2所述的一种适用于船舶避碰分析的目标安全距离建模方法，其特征在于，目标类型包括船舶、浮标或未知静态障碍物。4.根据权利要求3所述的一种适用于船舶避碰分析的目标安全距离建模方法，其特征在于，针对当前航行场景下的目标类型构建自适应危险判断模型，包括：(1)如果在航道水域，目标类型为船舶的自适应危险判断模型R
11
为：为：为：其中，x，y为船舶领域椭圆模型边界上的点的平面坐标，R
fore
、R
afte
、R
starb
、R
port
代表船舶领域椭圆模型的前半轴、后半轴、右半轴和左半轴的长度，是目标船舶的航向，f1为基于航道宽度C、船舶长度L、船舶宽度B的用于估算动态船舶的船舶领域椭圆模型前半轴R
fore
的自适应函数，f2为基于航道宽度C、船舶长度L、船舶宽度B的用于估算动态船舶的船舶领域椭圆模型后半轴R
afte
、右半轴R
starb
、左半轴R
port
的自适应函数，C表示航道宽度，L
o
,B
o
分别表示本船长度和宽度，L
t
,B
t
分别表示目标船舶长度和宽度；(2)如果在航道水域，目标类型为浮标的自适应危险判断模型R
12
为：R
12
＝f3(C,B
o
)其中，f3为浮标警戒圆半径的自适应函数，f3大小与航道宽度、本船尺寸正相关；(3)如果在航道水域，目标类型为未知静态障碍物的自适应危险判断模型R
13
为：R
13
＝f4(C,L
o
,B
o
)其中，f4为未知静态障碍物警戒圆半径的自适...

【专利技术属性】
技术研发人员：房媛媛，杜亚震，曹阳，于双宁，胡英俊，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七零七研究所九江分部，
类型：发明
国别省市：