[发明专利]融合COLREGs场景知识的船舶智能避碰方法及装置

说明书

本发明公开了一种融合COLREGs场景知识的船舶智能避碰方法及装置，该方法包括：基于COLREGs对船舶会遇场景进行语义化表达；根据会遇场景的语义化表达进行船舶会遇状态的识别；将COLREGs有关船舶会遇场景的行为准则转化为SWRL规则；根据识别的船舶会遇状态和基于COLREGs场景知识定义的SWRL规则对船舶会遇应采取的避碰行为进行推理，进而辅助船舶进行智能避碰。本发明能够结合COLREGs航行场景知识，使得船舶从人类认知层面理解船舶会遇场景并做出相应的避碰决策，实现船舶智能拟人化避碰。

技术领域

本发明属于船舶智能避碰技术领域，具体涉及一种融合COLREGs场景知识的船舶智能避碰方法及装置。

背景技术

近年来新一代的人工智能以及无人驾驶技术的兴起，指引着水上交通领域向着智能化，无人化发展，船舶避碰作为水上交通领域中重要的一大研究方向，如何让船舶在复杂多变的水上交通环境中快速做出符合COLREGs的行动是当前船舶智能化背景下船舶避碰领域一个十分重要的问题，具体来说，即船舶在会遇避让过程中，会遇船舶应该在什么时机采取多大幅度的、哪种类型的行动以符合COLREGs的行动准则并最终驶过让请。

目前，有关船舶智能避碰有一系列的方法，包括速度障碍法、人工势场法、模糊数学法在内，这些方法的共性在于均从数据层面对船舶会遇避碰进行了研究，力求从定量的角度去划分船舶会遇场景，并且在辅助船舶智能避碰时很少考虑到船舶航行环境对船舶避碰产生的影响，实际上，船舶驾驶员在进行船舶避碰时会多方面考虑，包括，避碰规则的要求、周围的通航环境等，因此现有的方法不能很好的符合人脑关于船舶避碰的认知，进而难以实现真正意义上的智能避碰。综上，如何有效地从人脑认知的角度融合COLREGs知识进行船舶的智能避碰是当前亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种融合COLREGs场景知识的船舶智能避碰方法及装置，以解决船舶避碰的智能化问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种融合COLREGs场景知识的船舶智能避碰方法，包括：

步骤S1：基于COLREGs对船舶会遇场景进行语义化表达；

步骤S2：根据会遇场景的语义化表达进行船舶会遇状态识别；

步骤S3：将COLREGs有关船舶会遇场景的行为准则转化为SWRL规则；

步骤S4：根据识别的船舶会遇状态和基于COLREGs场景知识定义的SWRL规则对船舶会遇时应采取的避碰行为进行推理。

进一步地，船舶会遇场景包括：机动船与机动船之间在互见中的对遇局面、追越局面、交叉相遇局面；机动船和失去控制的船舶、操纵能力受到限制的船舶、从事捕鱼的船舶、帆船在互见中的会遇局面；失去控制的船舶、操纵能力受到限制的船舶、从事捕鱼的船舶、帆船彼此之间在互见中的会遇局面。语义化表达是指基于人脑的思维方式，对上述三种会遇场景进行模块化、结构化的表达，以符合人脑对船舶会遇场景的认知。

语义化表达是指根据COLREGs所规定的船舶会遇场景的语义特征，抽取重要的特征进行语义化表达。船舶会遇场景包括局面、船舶类型、角色、阶段、船舶间舷角、最有效行动这6种语义特征，故语义化表达包括从船舶会遇时的局面、船舶类型、角色、阶段、船舶间舷角、最有效行动这6个方面进行语义化表达。

进一步地，船舶会遇状态的识别是指基于多源异构数据从数据层面识别和表达出相应的语义，为后续的船舶智能避碰奠定基础，具体为从船舶航行会遇数据中提取出船舶会遇场景语义信息，为后续行为的识别和推理奠定基础。

进一步地，会遇状态的识别包括会遇局面的识别、船舶类型的识别、会遇角色的识别、会遇阶段的识别、会遇时船舶间舷角的识别。