一种基于混行场景下的船舶拟人化避碰决策方法及装置

本发明涉及船舶路径规划，具体而言，尤其涉及一种基于混行场景下的船舶拟人化避碰决策方法及装置。

背景技术：

1、随着人工智能和大数据技术的发展，智能船舶技术受到国内外研究机构的高度关注，针对信息感知、通信导航、能效控制和航线规划等开展了一系列研究，使得智能船舶投入远洋货物运输成为可能。常规船舶和智能船舶混合航行将是未来最有可能出现的一种新型场景，混合航行场景下的多船避碰决策及常规/智能船舶之间的协同是保证船舶安全航行的重要组成部分和急需解决的关键问题。

2、在船舶避碰决策研究中，利用人工势场、速度障碍、遗传算法、蚁群算法和粒子群算法等制定的船舶避碰方案，船舶必须严格依照生成的方案才能安全驶过。智能避碰决策为适应船舶航行场景及避碰行动的不确定性，多采用分布式决策模型。杨神化等利用分布式的自动协商避碰决策方法来模拟群体智慧，提出了基于multi-agent的船舶避碰决策。li等提出了一个分布式协调策略，通过预测不同特定的舵角，基于船舶轨迹预测评估碰撞风险，再通过优化策略找到最有效的避碰方案，但研究中未考虑避碰规则；kim等针对多船避碰问题，采用分布式随机搜索算法(dssa)减少通信负担，缩短计算时间来为每艘船舶寻找最优航线，允许每艘船在收到其他船的会遇意图后立即随机地改变其意图，研究中未考虑船舶操纵性能及避碰规则；zhang等针对避碰规则中让路船和直航船的行动要求，对决策算法进行设计，通过要求会遇船舶实时监控周围会遇来船，实时判断船舶是否应该采取避碰行动以及何种避碰行动，但研究中决策方案主要依据两船避碰场景，未考虑多船会遇中船舶间的协调行动。zhao等提出基于深度强化学习的避碰决策算法，将船舶避碰风险降低程度、逼近目标点的程度综合考虑构建目标函数，从而确定最优决策，形成序贯避碰决策机制，为多船避碰决策研究提供新的研究思路。huang等利用常规人为决策和机器智能决策的优势互补，为实现人机合作提出面向人-机交互的船舶避碰系统框架，但是该方法还处于理论研究阶段，在实际场景中应用效果不佳。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足，本发明提供一种基于混行场景下的船舶拟人化避碰决策方法及装置，能够使避碰船舶均能平稳操纵并以平滑轨迹在安全距离上通过，满足避碰行动关于安全和避碰规则的要求。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种基于混行场景下的船舶拟人化避碰决策方法，包括：

4、基于避碰规则行动条款和人类思维模式定义常规船舶避碰决策模型；

5、通过分级考虑船舶避碰安全程度、规则符合度、船舶偏航角度和偏航距离构建智能船舶避碰决策模型；

6、根据常规船舶善于理解规则、智能船舶精于快速计算的特点对会遇船舶进行分级，从而形成避碰意图告知机制。

7、进一步地，所述方法还包括应用序贯决策实现船舶避碰方案实时更新。

8、进一步地，根据常规船舶善于理解规则、智能船舶精于快速计算的特点对会遇船舶进行分级，从而形成避碰意图告知机制，包括：

9、常规船舶和智能船舶以预定周期，根据事实船舶会遇场景更新避碰决策，直到船舶驶过让清。

10、进一步地，对会遇船舶进行分级，包括划分会遇船舶的优先级，具体为常规船舶的避碰决策优先级高于智能船舶。

11、本发明公开一种基于混行场景下的船舶拟人化避碰决策装置，包括：

12、常规船舶避碰决策模型构建单元，其用于基于避碰规则行动条款和人类思维模式定义常规船舶避碰决策模型；

13、智能船舶避碰决策模型构建单元，其用于通过分级考虑船舶避碰安全程度、规则符合度、船舶偏航角度和偏航距离构建智能船舶避碰决策模型；

14、决策单元，其用于根据常规船舶善于理解规则、智能船舶精于快速计算的特点对会遇船舶进行分级，从而形成避碰意图告知机制，进而实现船舶避碰方案。

15、进一步地，所述装置还包括更新单元，其用于应用序贯决策实现船舶避碰方案实时更新。

16、进一步地，所述决策单元还用于使常规船舶和智能船舶以预定周期，根据事实船舶会遇场景更新避碰决策，直到船舶驶过让清。

17、进一步地，所述决策单元对会遇船舶进行分级，包括划分会遇船舶的优先级，具体为常规船舶的避碰决策优先级高于智能船舶。

18、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

19、本发明提出一种基于混行场景下的船舶拟人化避碰决策方法，所述方法针对混合场景下多船避碰问题，首先，基于避碰规则行动条款和人类思维模式定义常规船舶避碰决策模型；其次，通过分级考虑船舶避碰安全程度、规则符合度、船舶偏航角度和偏航距离等构建智能船舶避碰决策模型；同时，根据常规船舶善于理解规则、智能船舶精于快速计算等特点对会遇船舶进行分级，从而形成避碰意图告知机制，并应用序贯决策实现船舶避碰方案实时更新。通过场景模拟实现证实，本发明能够使避碰船舶均能平稳操纵并以平滑轨迹在安全距离上通过，满足避碰行动关于安全和避碰规则的要求。

技术特征：

1.一种基于混行场景下的船舶拟人化避碰决策方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于混行场景下的船舶拟人化避碰决策方法，其特征在于，所述方法还包括应用序贯决策实现船舶避碰方案实时更新。

3.根据权利要求1所述的一种基于混行场景下的船舶拟人化避碰决策方法，其特征在于，根据常规船舶善于理解规则、智能船舶精于快速计算的特点对会遇船舶进行分级，从而形成避碰意图告知机制，包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于混行场景下的船舶拟人化避碰决策方法，其特征在于，对会遇船舶进行分级，包括划分会遇船舶的优先级，具体为常规船舶的避碰决策优先级高于智能船舶。

5.一种基于混行场景下的船舶拟人化避碰决策装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的一种基于混行场景下的船舶拟人化避碰决策装置，其特征在于，所述装置还包括更新单元，其用于应用序贯决策实现船舶避碰方案实时更新。

7.根据权利要求5所述的一种基于混行场景下的船舶拟人化避碰决策装置，其特征在于，所述决策单元还用于使常规船舶和智能船舶以预定周期，根据事实船舶会遇场景更新避碰决策，直到船舶驶过让清。

8.根据权利要求5所述的一种基于混行场景下的船舶拟人化避碰决策方法，其特征在于，所述决策单元对会遇船舶进行分级，包括划分会遇船舶的优先级，具体为常规船舶的避碰决策优先级高于智能船舶。

技术总结本发明提供一种基于混行场景下的船舶拟人化避碰决策方法及装置。方法包括基于避碰规则行动条款和人类思维模式定义常规船舶避碰决策模型；通过分级考虑船舶避碰安全程度、规则符合度、船舶偏航角度和偏航距离构建智能船舶避碰决策模型；根据常规船舶善于理解规则、智能船舶精于快速计算的特点对会遇船舶进行分级，从而形成避碰意图告知机制。本发明能够使避碰船舶均能平稳操纵并以平滑轨迹在安全距离上通过，满足避碰行动关于安全和避碰规则的要求。技术研发人员：张新宇,郑康洁,姜玲玲,王程博,刘震生受保护的技术使用者：大连海事大学深圳研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/13