[发明专利]一种基于安全领域的船舶自主航行避碰方法

说明书

本发明公开了一种基于安全领域的船舶自主航行避碰方法，本发明利用本船与他船的地理坐标和航行参数确定出两船之间的会遇局面，根据两船之间的会遇局面将两船的避碰策略分为三种，以进行不同方式的避碰，从而实现船舶的智能避碰决策，在没有障碍物时，能够根据预先设定的航线自动航行，并尽可能的减少自身能源的消耗。

技术领域

本发明涉及船舶自主航行技术领域，尤其涉及一种基于安全领域的船舶自主航行避碰方法。

背景技术

水面船舶在海上航行过程中，遇到如岛屿、船只、海面漂浮物等静态的、动态的障碍物时，能够根据国际海上避碰规则(COLREGS)自适应的调整航向和航速，躲避各类障碍物，实现船舶的智能避障决策；在没有障碍物时，能够根据预先设定的航线自动航行，并尽可能的减少自身能源的消耗。但国际海洋避碰规则(COLREGS)对于船舶之间的会遇局面的划分是很模糊的，船舶驾驶员只能凭感觉来运用该规则进行避碰。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于安全领域的船舶自主航行避碰方法。

一种基于安全领域的船舶自主航行避碰方法，具体包括以下步骤：

S1，使用格栅法对电子海图进行网格划分以描述海洋环境；

S2，设定三个不同大小的安全领域，分别是反应式避碰安全区域、协商式避碰安全区域和紧急式避碰安全区域，判断出本船与他船之间的距离，根据本船与他船之间的距离远近判断出本船当前所处安全领域；利用本船与他船的地理坐标和航行参数确定出两船之间的会遇局面，从而确定两船避碰策略；

若两船的避碰策略为协商式避碰，则根据国际海上避碰规则的规定进行避碰；

若两船的避碰策略为反应式避碰，则利用本船与他船的地理坐标和航行参数在状态空间下规划出本船的最佳避碰路线；

若两船的避碰策略为紧急式避碰，则本船以本船与他船之间连线的反方向、以本船航行允许的最大航速快速驶离他船。

优选地，步骤S2中，利用本船与他船的地理坐标和航行参数确定出两船之间的会遇局面的具体步骤为：

首先，利用本船与他船的地理坐标和航行参计算出他船相对于本船的真方位角；

然后，根据他船相对于本船的真方位角的大小来划分两船之间的会遇局面。

优选地，本船与他船之间的会遇局面包括对遇、交叉和追越；

当他船相对于本船的真方位角为0-15°或345°-360°时，本船与他船之间的会遇局面为对遇；

当他船相对于本船的真方位角为15°-135°或225°-345°时，本船与他船之间的会遇局面为交叉；

当他船相对于本船的真方位角为135°-225°时，本船与他船之间的会遇局面为追越。

优选地，步骤S2中，利用本船与他船的地理坐标和航行参数在状态空间下规划出本船的最佳避碰路线的具体步骤为：

首先，根据本船与他船的航行参数，以他船为几何中心在他船四周构建出一个矩形区域，将该矩形区域作为本船航行的潜在危险区域；

然后，计算出本船的最佳避碰航向角；

然后，根据本船航行的潜在危险区域大小，将本船的最佳避碰航向角、航速以及他船的航向和航速利用速度障碍法在状态空间下规划出本船的最佳避碰路线。

优选地，所述本船的最佳避碰航向角的计算公式为：F＝max(α*DCPA+β*R+γ*v_i)，其中，α、β、γ为设定的权重参数，R为本船与他船运动中的最短距离，v_i为速度转向角，DCPA为最近会遇距离，F是目标函数，F的大小代表航行安全度和经济性。