一种复杂水道船舶航行决策方法、终端设备及存储介质

本发明涉及航海，尤其涉及一种复杂水道船舶航行决策方法、终端设备及存储介质。

背景技术：

1、在全球经济发展的背景下，海洋运输作为一种环保性和经济效益突出的运输方式，承担了全球超过90％的货物运输任务，在推动全球贸易和经济发展中起到了至关重要的作用。然而，随着海运业的不断繁荣以及船舶规模和数量的持续增长，海上交通事故数量呈现不断增加的趋势。特别在近岸水域，由于船舶交通流密度加大，交通环境复杂，各种海上交通事故屡见不鲜。这些事故不仅威胁人类的生命财产安全，也带来了重大经济损失。

2、复杂水道是指航行环境复杂、交通流方向众多、可航水域受限、船舶密度大且船舶操纵难度高的近岸可航水域。其作为近岸重要水域，常常是船舶海上运输的必经通道。为应对复杂水道内不同方向交通流汇聚造成的航行秩序混乱局面，通常会在水道内设置组合船舶定线制，并指定交通流方向，划定警戒区、禁航区等，以减少船舶交汇，进而缓解通航压力和降低通航风险。然而，随着船舶交通流量持续增长，复杂水道的交通事故，尤其是人为因素导致的事故仍然时有发生，因此，研究该类水域船舶自主航行对智能船舶发展具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种复杂水道船舶航行决策方法、终端设备及存储介质。

2、具体方案如下：

3、一种复杂水道船舶航行决策方法，包括以下步骤：

4、s1：在船舶行驶过程中实时判断其是否偏航，当偏航时，进入s2；否则，进入s3；

5、s2：判断船舶是否能够复航到计划航线，如果是，控制其复航到计划航线；否则，进入s3；

6、s3：判断船舶是否存在航行风险和碰撞危险；当存在航行风险时，根据对应的航行风险类型采取相应行动；当存在碰撞危险时，分别计算每艘与本船构成碰撞危险的船舶的碰撞危险度，找到其中碰撞危险度最大的船舶作为最危险船舶，基于最危险船舶按照自动避碰模型采取相应的行动；当航行风险和碰撞危险均不存在时，控制船舶沿着计划航线继续航行。

7、进一步的，判断船舶是否能够复航到计划航线时通过船舶mmg模型进行。

8、进一步的，航行风险包括航行过程中的搁浅、触礁和与自然静态障碍物触碰；在采取相应行动时，将各类型航行风险对应的虚拟环境要素根据其形状抽象为点状、圆形或多边形的障碍物。

9、进一步的，判断是否存在碰撞危险的方法为：设定本船的船舶领域为偏心椭圆形，通过下式计算目标船与本船船舶领域边界之间的距离dis：

10、

11、

12、其中，a和b分别表示船舶领域的短轴和长轴；表示本船船艏线向右与目标船方位线之间的夹角；d表示目标船和虚拟本船之间的距离；表示虚拟本船和船舶领域边界之间的距离；

13、当目标船与本船船舶领域边界之间的距离小于0时，判定本船与目标船存在碰撞危险。

14、进一步的，基于最危险船舶按照自动避碰模型采取相应的行动的方法为：

15、首先尝试采取单凭转向方案，即对于最危险船舶在-50°～50°范围内找出本船可行航向区间；从10°改向角开始，依次增加1°验证所有可行改向角是否安全；将能安全避让的最小改向角设定为本船单凭转向的最佳避让方案；如果找不到可行改向角，则尝试采取单凭变速方案；

16、在单凭变速方案中，找出可行的螺旋桨转速区间；通过增加或减少船舶的车钟档位，验证所有可行的车钟档位是否安全；将车钟档位改变最小的方案设定为单凭变速的最佳避让方案；如果找不到可行车钟档位，则尝试采取改向变速结合方案；

17、在改向变速结合方案中，依据上述步骤中求得的可行航向区间和可行车钟档位，同时增加改向角度和改变车钟档位，依次验证所有可行的改向变速避让方案是否安全，将能安全避让的最小改向变速组合设定为改向变速结合的最佳避让方案。

18、一种复杂水道船舶航行决策终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例上述的方法的步骤。

19、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述的方法的步骤。

20、本发明采用如上技术方案，实现了复杂水道进港的自主航行。

技术特征：

1.一种复杂水道船舶航行决策方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的复杂水道船舶航行决策方法，其特征在于：判断船舶是否能够复航到计划航线时通过船舶mmg模型进行；船舶mmg模型在经典mmg模型的基础上进行了推力减额系数和螺旋桨转速的修正，具体如下：

3.根据权利要求1所述的复杂水道船舶航行决策方法，其特征在于：航行风险包括航行过程中的搁浅、触礁和与自然静态障碍物触碰；在采取相应行动时，将各类型航行风险对应的虚拟环境要素根据其形状抽象为点状、圆形或多边形的障碍物。

4.根据权利要求1所述的复杂水道船舶航行决策方法，其特征在于：判断是否存在碰撞危险的方法为：设定本船的船舶领域为偏心椭圆形，通过下式计算目标船与本船船舶领域边界之间的距离dis：

5.根据权利要求1所述的复杂水道船舶航行决策方法，其特征在于：基于最危险船舶按照自动避碰模型采取相应的行动的方法为：

6.一种复杂水道船舶航行决策终端设备，其特征在于：包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1～5中任一所述方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～5中任一所述方法的步骤。

技术总结本发明涉及一种复杂水道船舶航行决策方法、终端设备及存储介质，该方法中包括：S1：在船舶行驶过程中实时判断是否偏航，当偏航时，进入S2；否则，进入S3；S2：判断船舶是否能够复航到计划航线，如果是，控制其复航到计划航线；否则，进入S3；S3：判断船舶是否存在航行风险和碰撞危险；当存在航行风险时，根据对应的航行风险类型采取相应行动；当存在碰撞危险时，分别计算每艘与本船构成碰撞危险的船舶的碰撞危险度，找到其中碰撞危险度最大的船舶作为最危险船舶，基于最危险船舶按照自动避碰模型采取相应的行动；当均不存在时，控制船舶沿着计划航线继续航行。本发明实现了复杂水道进港的自主航行。技术研发人员：黄卫国,余庆受保护的技术使用者：集美大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14