一种用于船舶航行的自动避碰航路规划方法与流程

本发明涉及智能控制，尤其涉及一种用于船舶航行的自动避碰航路规划方法。

背景技术：

1、船舶避碰是航海中一项至关重要的技术，是航海安全的重要组成部分，它直接关系到船舶、货物和人员的安全，在海洋中，船舶航行受到诸多因素的影响，如天气、海流、潮汐、航道等，同时，船舶通信和导航设备也可能会出现故障，导致船员难以准确判断周围船舶的位置和动态，这些因素都增加了船舶发生碰撞事故的风险。因此，掌握船舶避碰的技巧和方法对于船员来说至关重要。

2、中国专利申请公开号：cn111240334a，公开了一种船舶航行自动避碰航路规划方法及模型，包括收集障碍物、出发点、目的点信息，根据收集的信息，在航路规划的过程中，当遭遇障碍物时，先计算船舶能避开障碍物的最小角度连线，即与测试线夹角最大的连线，并直接记录障碍物左右两侧的两条可能行驶的路径；然后，沿着障碍物绕行时，将障碍物的各个顶点与中间航路点作测试，分别计算并选取左、右两侧与测试线夹角最大的连线，比较两者的大小后，取其夹角较小者的连线作为备选航段，以确定唯一的可绕行的航路。

3、但是，现有技术中还存在以下问题，

4、在进行船舶航行的自动避碰航路规划时，大多只针对了静态障碍物，但在实际情况中，海洋中会有许多漂浮物及海洋生物等不规律移动的动态障碍物，导致航路规划以及碰撞预警不准确。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种用于船舶航行的自动避碰航路规划方法，用以解决在实际情况中，海洋中会有许多漂浮物及海洋生物等不规律移动的动态障碍物，导致航路规划以及碰撞预警不准确的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种用于船舶航行的自动避碰航路规划方法，其包括：

3、步骤s1，持续获取目标区域内障碍目标的移动特征，确定各障碍目标在不同时刻的移动向量，所述移动特征包括坐标、移动速度以及移动方向；

4、步骤s2，基于障碍目标不同时刻与主移动向量的相对距离差异以及移动向量角度差异计算针对所述障碍目标的规律移动特征表征参数，所述主移动向量基于预定时间内所述障碍目标的移动向量所确定；

5、步骤s3，基于规律移动特征表征参数确定各障碍目标的规律移动类别，包括显性规律移动类别以及隐性规律移动类别；

6、步骤s4，依据障碍目标的规律移动类别生成针对障碍目标的推荐航路包括，

7、构建障碍目标移动模型以及船体移动模型并模拟移动情况，基于障碍目标移动模型与船体移动模型的相交情况确定是否存在碰撞风险，并生成推荐航路；

8、或，构建针对所述障碍目标的隐性偏移区域，将主移动向量确定为隐性偏移区域的移动方向，构建船体移动模型，模拟隐性偏移区域以及当前船体的移动情况，基于船体移动模型与隐性偏移区域的相对位置关系判定是否存在碰撞风险，并生成推荐航路；

9、其中，所述隐性偏移区域的面积基于所述规律移动特征表征参数所确定。

10、进一步地，确定障碍目标的主移动向量的过程包括，

11、确定障碍目标不同时刻的移动向量；

12、基于单个时刻对应移动向量与剩余各时刻对应移动向量的角度差值识别噪声向量；

13、剔除噪声向量将剩余移动向量之和确定为主移动向量；

14、其中，若单个时刻对应移动向量与剩余各时刻对应移动向量的角度差值大于预定的角度差异阈值，则识别所述单个时刻对应移动向量为噪声向量。

15、进一步地，根据公式（1）计算规律移动特征表征参数，

16、，

17、公式（1）中，a表示规律移动特征表征参数，表示第i时刻下障碍目标与主移动向量的相对距离，n表示时刻数，表示各时刻障碍目标与主移动向量的相对距离均值，表示第i时刻下障碍目标移动向量与剩余时刻移动向量的角度差异均值，表示预设的基准角度差异。

18、进一步地，基于规律移动特征表征参数确定各障碍目标的规律移动类别，其中，

19、若规律移动特征表征参数小于或等于基准规律移动特征表征参数，判定障碍目标为显性规律移动类别；

20、若规律移动特征表征参数大于基准规律移动特征表征参数，判定障碍目标为隐性规律移动类别。

21、进一步地，依据障碍目标的规律移动类别生成针对障碍目标的推荐航路，其中，

22、若障碍目标为显性规律移动类别，则构建障碍目标移动模型以及船体移动模型并模拟移动情况，基于障碍目标移动模型与船体移动模型的相交情况确定是否存在碰撞风险，并生成推荐航路；

23、若障碍目标为隐性规律移动类别，则构建针对所述障碍目标的隐性偏移区域，将主移动向量确定为隐性偏移区域的移动方向，构建船体移动模型，模拟隐性偏移区域以及当前船体的移动情况，基于船体移动模型与隐性偏移区域的相对位置关系判定是否存在碰撞风险，并生成推荐航路。

24、进一步地，构建障碍目标移动模型以及船体移动模型并模拟移动情况的过程包括，

25、以船体的移动方向为基准模拟船体移动模型移动；

26、以障碍目标的当前移动方向为基准模拟障碍目标移动模型移动；

27、其中，船体移动模型的尺寸基于船体实际尺寸所确定，障碍目标移动模型的尺寸基于障碍目标实际尺寸所确定。

28、进一步地，基于障碍目标移动模型与船体移动模型的相交情况确定是否存在碰撞风险包括，

29、若障碍目标移动模型与船体移动模型不存在相交情况，则确定障碍目标与船体不存在碰撞风险；

30、若障碍目标移动模型与船体移动模型存在相交情况，则确定障碍目标与船体存在碰撞风险。

31、进一步地，构建船体移动模型，模拟隐性偏移区域以及当前船体的移动情况的过程包括，

32、基于所述规律移动特征表征参数确定半径长度；

33、在所述障碍目标的主移动向量上依据所述半径长度构建圆形区域，将所述圆形区域确定为所述障碍目标的隐性偏移区域；

34、以所述主移动向量的向量方向为基准模拟隐形偏移区域移动，以船体的移动方向为基准模拟船体移动模型移动。

35、进一步地，判定船体移动模型与隐形偏移区域是否存在碰撞风险的过程包括，

36、确定模拟过程中，所述船体移动模型是否会处于隐性偏移区域内；

37、若模拟过程中所述船体移动模型处于所述隐性偏移区域内，则判定存在碰撞风险。

38、进一步地，生成推荐航路的过程包括，

39、不断改变所述船体移动模型的移动方向以及移动速度完成模拟，获取模拟结果，并记录各次模拟中所述船体移动模型的模拟航路；

40、若模拟结果为不存在碰撞风险，则将对应模拟航路确定为推荐航路。

41、与现有技术相比，本发明获取目标区域内障碍目标的移动特征，确定各障碍目标在不同时刻的移动向量，基于障碍目标不同时刻与主移动向量的相对距离差异以及移动向量角度差异计算针对所述障碍目标的规律移动特征表征参数，基于规律移动特征表征参数确定各障碍目标的规律移动类别，构建障碍目标移动模型以及船体移动模型并模拟移动情况，基于障碍目标移动模型与船体移动模型的相交情况确定是否存在碰撞风险，并生成推荐航路，构建针对所述障碍目标的隐性偏移区域，基于船体移动模型与隐形偏移区域的相对位置关系判定是否存在碰撞风险，并生成推荐航路，提高了船舶航行的安全性。

42、尤其，本发明计算规律移动特征表征参数，为划分规律移动类别提供数据依据，在实际情况中，船体在航行时会遇到各种类型的障碍目标，对于动态障碍目标来说，有的障碍目标移动规律较为明显，例如，正在航行的船只，大多呈现一定的移动速度以及移动方向，但是，部分障碍目标的移动规律不明显，存在一定的隐性规律，例如，正在迁徙的海洋生物，随洋流流动受到多维湍流影响的漂浮物，其整体呈现一定的移动方向，但是，在移动过程中存在部分偏移，因此本发明构建主移动向量预估障碍目标的移动方向，通过障碍目标不同时刻与主移动向量的相对距离差异以及移动向量角度差异计算针对所述障碍目标的规律移动特征表征参数，进而表征障碍目标的规律移动类别，后续对不同情况进行针对性分析，确定是否存在碰撞风险以及生成推荐航路，进而在存在动态障碍物时提高船舶碰撞预警准确性以及航路规划可靠性。

43、尤其，对于移动规律不明显的障碍目标，虽然其整体呈现一定的移动方向，但是在移动过程中易产生偏移，因此，本发明构建隐性偏移区域，以隐性偏移区域为基准，结合船体移动模型进行模拟，隐性偏移区域的移动方向依据主移动向量的方向所确定，并且，适应性的调整了隐性偏移区域的大小，进而更符合实际情况，基于模拟结果判定是否存在碰撞风险以及生成推荐航路，进而在存在动态障碍物时提高船舶碰撞预警准确性以及航路规划可靠性。