CN110444046B - 一种受限水域非冲突会遇船舶集群态势分析方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种受限水域非冲突会遇船舶集群态势分析方法，包括：结合安全会遇距离将船舶感知区域划分为多个兴趣感知子区域；根据目标船和干扰船的运动参数判断干扰船与目标船的会遇类型；计算多个兴趣感知子区域内干扰船对目标船的作用力；计算多个兴趣感知子区域内岸壁效应对目标船的作用力；在兴趣感知子区域内将干扰船对目标船的作用力与岸壁效应对目标船的作用力进行叠加，得到对目标船的作用力。该方法通过在各兴趣感知子区域内将干扰船对目标船的作用力以及岸壁效应对目标船的作用力进行叠加，可以对受限水域中非冲突会遇情形下船舶感知区域中的集群态势从作用力的角度进行全面分析，提高船舶集群态势分析的准确性。

Description

一种受限水域非冲突会遇船舶集群态势分析方法

技术领域

本公开涉及船舶技术领域，尤其涉及一种受限水域非冲突会遇船舶集群态势分析方法。

背景技术

智能无人船舶是一种无人驾驶船舶，拥有自主航行、智能机舱、能效管理、货物运输和智能集成平台，该技术融合了船舶、通信、自动化、机器人控制、远程监控、网络化系统等技术，可实现自主导航、智能避障等功能。与有人驾驶船相比，智能无人船舶具有安全系数高，经济环保，绿色节能的优点。而对智能无人船舶的路径规划，是智能无人船舶自主航行系统的核心内容。

船舶集群态势是指针对无人船在船舶感知区域内所有交通实体部署和行为所构成的状态和形势，包含交通实体所能感知到的所有信息。无人船态势复杂性分析是船舶在受限水域航行时对船舶整体危险度评估的前提条件，并对船舶避碰决策起重要作用。现有的对船舶会遇的研究多为转换为两船会遇后进行研究，缺乏对受限水域多船在非冲突会遇态势下的研究，缺少准确性以及全面性，无法满足无人船高效、自主航行的要求。

基于上述，现有的船舶会遇态势的分析仍然存在上述缺陷。

上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本公开提供一种受限水域非冲突会遇船舶集群态势分析方法，其可以通过无人船舶自行决策判定，实现对受限水域中非冲突会遇情况的全面分析，满足无人船高效、自主航行的要求。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本公开采用的主要技术方案包括：

本公开一实施例提供一种受限水域非冲突会遇船舶集群态势分析方法，其包括：

结合安全会遇距离将船舶感知区域划分为多个兴趣感知子区域；

根据目标船和干扰船的运动参数判断干扰船与目标船的会遇类型；

计算所述多个兴趣感知子区域内干扰船对目标船的作用力；

计算所述多个兴趣感知子区域内岸壁效应对目标船的作用力；

在所述兴趣感知子区域内将干扰船对目标船的作用力与岸壁效应对目标船的作用力进行叠加，得到对所述目标船的作用力。

在本公开一实施例中，所述结合安全会遇距离将船舶感知区域划分为6个兴趣感知子区域之前，还包括：

对受限水域进行航道数量和航道宽度的划分，其中船舶操作性能、所遭受的横风、横向水流、纵向水流和目标船所处的水深决定所述航道宽度和所述航道数量。

在本公开一实施例中，所述结合安全会遇距离将船舶感知区域划分为多个兴趣感知子区域包括：

以所述目标船所在航道的最左侧边界线和最右侧边界线为划分所述目标船左侧和右侧兴趣感知区域的界线，且以所述目标船前侧及后侧的安全会遇距离为划分所述目标船前侧和后侧兴趣感知区的界线，得到左前侧兴趣感知子区域、左后侧兴趣感知子区域、前侧兴趣感知子区域、后侧兴趣感知子区域、右前侧兴趣感知子区域和右后侧兴趣感知子区域共6个兴趣感知子区域。

在本公开一实施例中，所述运动参数至少包括：位置、航向、航速，所述根据目标船和干扰船的运动参数判断干扰船与目标船的会遇类型包括：

根据所述干扰船向着驶离所述目标船的方向行驶，确定所述干扰船与所述目标船的会遇类型为驶离非冲突会遇类型。

在本公开一实施例中，还包括：

根据所述运动参数计算所述干扰船与所述目标船的速度数值差，具体包括：

当所述干扰船位于所述目标船的左前侧、前侧、右前侧，且所述干扰船的航向与所述目标船的航向相同或接近相同时，所述目标船与所述干扰船的速度数值差记为：

当所述干扰船位于所述目标船的左后侧、后侧、右后侧，且所述干扰船的航向与所述目标船的航向相反或接近相反时，所述目标船与所述干扰船的速度数值差记为：

其中v₀为所述目标船的船速，v₁为位于所述目标船左前侧干扰船的船速，v₂为位于所述目标船左后侧干扰船的船速，v₃为位于所述目标船前侧干扰船的船速，v₄为位于所述目标船后侧干扰船的船速，v₅为位于所述目标船右前侧干扰船的船速，v₆为位于所述目标船右后侧干扰船的船速。

在本公开一实施例中，计算所述兴趣感知子区域内所述干扰船对所述目标船的作用力之前，还包括：

当所述干扰船与所述目标船的所述速度数值差为正数时，所述干扰船对所述目标船的作用力为引力；

当所述干扰船与所述目标船的所述速度数值差为负数时，所述干扰船对所述目标船的作用力为斥力。

在本公开一实施例中，所述计算所述多个兴趣感知子区域内干扰船对目标船的作用力包括：

根据所述目标船与所述干扰船的横距、船型和相对距离确定所述干扰船与所述目标船的船间效应；

利用模糊算法针对第一模糊变量分别得到相应的模糊集合，其中所述第一模糊变量为所述速度数值差、船舶密度、干扰船船型、目标船船型、相对距离和船间效应。

在本公开一实施例中，计算所述多个兴趣感知子区域内岸壁效应对目标船的作用力包括：

当所述目标船与岸壁之间产生岸壁效应，则所述岸壁对所述目标船的作用力为斥力；当所述目标船与岸壁之间未产生岸壁效应，则所述岸壁对所述目标船的作用力为引力。

在本公开一实施例中，所述计算所述多个兴趣感知子区域内岸壁效应对目标船的作用力包括：

当设定第二模糊变量为目标船与岸壁之间的岸距时，利用模糊算法针对所述第二模糊变量得到岸距模糊集合为{近，较近，中，远}；

当设定所述第二模糊变量为目标船航速时，利用模糊算法针对所述第二模糊变量得到航速模糊集合为{快速，中速，慢速}。

在本公开一实施例中，还包括：

所述岸距集合中“近”到“较近”的门限值为所述目标船的船宽的2倍，所述岸距集合中“中”到“远”的门限值为所述目标船的船宽的5倍；

所述航速模糊集合中“慢速”到“中速”的门限值为8节，所述航速模糊集合中“中速”到“快速”的门限值为12节。(三)有益效果

本公开的有益效果是：本公开实施例提供的受限水域非冲突会遇船舶集群态势分析方法，通过将船舶感知区域划分为多个兴趣感知子区域，通过在各兴趣感知子区域内将干扰船对目标船的作用力以及岸壁效应对目标船的作用力进行叠加，可以对受限水域中非冲突会遇情形下船舶感知区域中的集群态势从作用力的角度进行全面分析，提高船舶集群态势分析的准确性。

附图说明

图1为本公开一个实施例提供的一种受限水域冲突会遇船舶集群态势分析方法的流程图；

图2为本公开一实施例中单线航道宽度计算示意图；

图3为本公开一实施例中双线航道宽度计算示意图；

图4为本公开一实施例中会船距离示意图；

图5为本公开一实施例中三线航道宽度计算示意图；

图6为本公开一实施例中两船会遇建立坐标系的示意图；

图7为本公开一实施例中受限水域目标船兴趣感知区域划分的示意图；

图8为本公开一实施例中目标船所处船舶集群态势图；

图9和图10为本公开一实施例中速度数值差计算图；

图11为本公开一实施例中相对距离的隶属度函数图；

图12为本公开一实施例中岸距的隶属度函数图；

图13为本公开一实施例中目标船速的隶属度函数图。

具体实施方式

为了更好的解释本公开，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本公开作详细描述。

本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1为本公开一个实施例提供的一种受限水域非冲突会遇船舶集群态势分析方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

如图1所示，在步骤S110中，结合安全会遇距离将船舶感知区域划分为多个兴趣感知子区域；

如图1所示，在步骤S120中，根据目标船和干扰船的运动参数判断干扰船与目标船的会遇类型；

如图1所示，在步骤S130中，计算所述多个兴趣感知子区域内干扰船对目标船的作用力；

如图1所示，在步骤S140中，计算所述多个兴趣感知子区域内岸壁效应对目标船的作用力；

如图1所示，在步骤S150中，在所述兴趣感知子区域内将干扰船对目标船的作用力与岸壁效应对目标船的作用力进行叠加，得到对所述目标船的作用力。

以下对图1所示实施例的各个步骤的具体实现进行详细阐述：

在步骤S110中，结合安全会遇距离将船舶感知区域划分为多个兴趣感知子区域。

在本公开的一个实施例中，进行子区域划分之前，还包括：对受限水域进行航道数量和航道宽度的划分。例如，根据助航设备获取目标船周围3海里范围内的干扰船数量及位置，并根据船舶操纵性能、所遭受的横风、横向水流、纵向水流以及目标船当前所处环境的水深等确定航道宽度和航道数量。

在本公开的一个实施例中，兴趣感知区域是指目标船重点关注的范围，即将目标船首前方3海里及船尾后方3海里为边界的区域确定为目标船的兴趣感知区域。

在本公开的一个实施例中，航道的总宽由航迹带宽度、会船距离(仅对多线航道而言)和岸距组成。航道宽度设计中考虑船舶的操纵性能、所遭受的横风、横向水流、纵向水流以及当前所处环境的水深等因素。根据航道数量可以将航道分为单线航道、双线航道或三线航道。

图2为本公开一实施例中单线航道宽度计算示意图，如图2所示，单线航道宽度为航迹带宽度与两侧岸距之和，即单线航道宽度W_单为：

W_单＝W_M+W_Br+W_Bg

其中W_M指航道的航迹带宽度；W_Br指船舶右舷靠近航迹带外侧边缘航行时的岸距；W_Bg是指船舶左舷靠近航迹带外侧边缘航行时的岸距。

其中基本操纵带W_BM宽度是指船舶在良好的环境和驾驶条件下安全航行所需的宽度，具体取值为：当船舶操纵性能为良好时，基本操纵带宽度为1.3B(B为船舶宽度，单位为米(m))；当船舶操纵性能为中等时，基本操纵带宽度为1.5B；当船舶操纵性能为较差时，基本操纵带宽度为1.8B。而船舶操纵性能可根据船舶种类、船龄等影响因素进行划分，具体划分标准为：当船舶种类为军舰、驳船、滚装船、小船时，船舶操纵性能为良好；当船舶种类为油船、散货船、集装箱船、多用途船舶和客船，船舶操纵性能为中等；当船舶种类为出现故障及老旧船舶，船舶操纵性能为较差。

航迹带宽度W_M为基本操纵带W_BM加上附加宽度W_i(考虑风、流等对船舶航行的影响)。对于附加宽度W_i在不同水域中起作用的因素不同，具体如下：

1)若航道位于波浪较大的水域环境内，则主要考虑航速、横风、横流、纵流、水深、有效波高和波长6个因素来确定航道附加宽度W_i，航道的具体附加宽度取值见表1。其中表1中的盛行风又称最多风向，指在一个地区某一时间段出现频率最多的风或风向。盛行横风是指某一时间段内有较强的侧风作用于目标船上；盛行流又称最多流向，指在一个地区某一时间段作用于船舶最多的流向；T为船舶吃水，单位米(m)；L为船长，单位米(m)。

表1

2)若航道不受任何大的波浪影响，则主要考虑航速、横风、横流、纵流、水深等5个因素来确定航道附加宽度W_i，航道的具体附加宽度取值见表2。

表2

另外，岸距是指船舶靠近航迹带外侧边缘航行时，能够克服岸壁效应的最小距离。本公开实施例中岸距依据岸壁形式和船速2个因素来确定。若航道位于波浪较大的水域环境内，岸距具体取值见表3。若航道不受任何大的波浪影响，岸距具体取值见表4。

表3

表4

图3为本公开一实施例中双线航道宽度计算示意图，如图3所示，双线航道总宽为两个航迹带宽度与两个岸距以及会船距离之和，双线航道总宽W_双为：

W_双＝W_M1+W_M2+W_Br+W_Bg+W_P

其中W_M1、W_M2指两条航道各自的航迹带宽度；W_Br指船舶右舷靠近航迹带外侧边缘航行时的岸距；W_Bg是指船舶左舷靠近航迹带外侧边缘航行时的岸距；W_P指会船距离。

其中会船距离是指两相邻航道中两对驶冲突会遇或追越冲突会遇的船舶均靠近各自航迹带内侧边缘航行时，能够克服船间效应的最小距离，图4为本公开一实施例中会船距离示意图。会船距离W_P与船速和会船密度相关，例如，若航道位于波浪较大的水域环境内，则会船距离的宽度见表5。若航道不受任何大的波浪影响，则会船距离W_P的宽度见表6。另外，会船密度的划分可以为：当会船0～1.0艘/小时时，会船密度为较小；当会船1.0～3.0艘/小时时，会船密度为中等；当会船大于3.0艘/小时时，会船密度为较大。

表5

表6

图5为本公开一实施例中三线航道宽度计算示意图，如图5所示，三线航道总宽为三个航迹带宽度与两个岸距以及两个会船距离之和，三线航道总宽W_三为：

W_三＝W_M1+W_M2+W_M3+W_Br+W_Bg+W_P1+W_P2

其中W_M1、W_M2、W_M3指三条航道各自的操纵带宽度；W_P1、W_P2是指两个会船距离；W_Br指船舶右舷靠近航迹带外侧边缘航行时的岸距；W_Bg是指船舶左舷靠近航迹带外侧边缘航行时的岸距。

需要说明的是，当自然条件较复杂或通航条件较困难时，航道可适当加宽。

在本公开一实施例中，对船舶感知区域的划分之前还建立坐标轴，图6为本公开一实施例中两船会遇建立坐标系的示意图，如图6所示，以目标船中心为原点，北纬方向为Y轴正方向，东经方向为X轴正方向。如图6所示，假设目标船A的速度为v_a，航向为

地理坐标为(x_a,y_a)；干扰船B的速度为v_b，航向为

地理坐标为(x_b,y_b)，进一步计算目标船速度、干扰船速度、两船相对速度在X、Y轴上的分量，以及干扰船相对于目标船的真方位，干扰船相对于目标船的相对方位，目标船安全会遇距离。

目标船在X轴方向的速度分量v_Xa，Y轴方向的速度分量v_Ya：

干扰船在X轴方向的速度分量v_Xb，Y轴方向的速度分量v_Yb：

两船舶在X轴上的相对速度分量v_Xr，两船舶在Y轴上相对速度分量v_Yr：

干扰船相对于目标船的真方位α_T：

干扰船相对于目标船的相对方位θ：

其中船舶安全会遇距离是考虑航行环境和船舶运动状态，使两船能够安全通过的最小会遇距离，目标船安全会遇距离d为：

图7为本公开一实施例中受限水域目标船兴趣感知区域划分的示意图，如图7所示，以目标船所在航道的最左侧边界线A和最右侧边界线B为划分目标船左侧和右侧兴趣感知区域的界线；且以目标船前侧及后侧安全会遇距离为划分目标船前侧和后侧兴趣感知区的界线，目标船正后侧安全会遇距离之后、目标船船尾后方3海里之前为目标船后侧兴趣感知区域；目标船正前侧安全会遇距离之前、目标船船首前方3海里之后为目标船前侧兴趣感知区域。得到左前侧兴趣感知子区域、左后侧兴趣感知子区域、前侧兴趣感知子区域、后侧兴趣感知子区域、右前侧兴趣感知子区域和右后侧兴趣感知子区域共6个兴趣感知子区域。

需要说明的是，一条航道中目标船或干扰船船舶操纵性能、船型等不同，计算得到不同的航道宽度，此时取最大值为本航道宽度。

在步骤S120中，根据目标船和干扰船的运动参数判断干扰船与目标船的会遇类型。其中所述运动参数至少包括：位置、航向、航速，对受限水域船舶集群态势进行划分，依据助航设备获取的目标船与干扰船的位置、航向、航速等数据求得所需的运动参数，具体为：

图8为本公开一实施例中目标船所处船舶集群态势图，将各子区域内交通实体编号分别记为：左前侧干扰船n₁、左后侧干扰船n₂、前侧干扰船n₃、后侧干扰船n₄、右前侧干扰船n₅、右后侧干扰船n₆。目标船及干扰船船型依次记为ST₀、ST₁、ST₂、ST₃、ST₄、ST₅、ST₆，即ST_i∈{大型船，中型船，小型船}，i＝0,1,2,3,4,5,6。在船舶集群态势中，船舶航速表示为v_i(i＝0,1,2,3,4,5,6)。

图9和图10为本公开一实施例中速度数值差计算图，根据所述运动参数计算所述干扰船与所述目标船的速度数值差，具体包括：

如图9所示，当干扰船位于目标船左前侧、前侧、右前侧，且干扰船的航向与目标船的航向相同或接近相同时，目标船与干扰船的速度数值差记为

如图10所示，当干扰船位于目标船左后侧、后侧、右后侧，且干扰船的航向与目标船的航向相反或接近相反时，目标船与干扰船的速度数值差记为

v₀为所述目标船的船速，v₁为位于所述目标船左前侧干扰船的船速，v₂为位于所述目标船左后侧干扰船的船速，v₃为位于所述目标船前侧干扰船的船速，v₄为位于所述目标船后侧干扰船的船速，v₅为位于所述目标船右前侧干扰船的船速，v₆为位于所述目标船右后侧干扰船的船速。另外，相对距离分别记为|Δd_i|(i＝1,2,3,4,5,6)。

在本公开一实施例中，该步骤中根据所述干扰船向着驶离所述目标船的方向行驶，确定所述干扰船与所述目标船的会遇类型为驶离非冲突会遇类型，即干扰船向着驶离目标船的方向行驶，其中图9和图10所示为驶离非冲突会遇时速度数值差计算图。

在步骤S130中，计算所述多个兴趣感知子区域内干扰船对目标船的作用力。

在本公开一实施例中，借用物理学中的概念表述各兴趣感知子区域对目标船的作用力效果，力的大小用作用粒度描述。目标船在与干扰船在驶离非冲突会遇过程中会受到干扰船船型、航向、航速以及两船产生的船间效应的影响。若处于某一兴趣感知子区域的干扰船对目标船选择该区域起到正面影响，则处于该子区域的干扰船对目标船施加的力为引力，用“+”表示；反之为斥力，用“-”表示。其中最大引力的作用粒度用1表示，最大斥力的作用粒度用-1表示，表7示出不同作用力对应的作用粒度。

表7

接下来，通过分析干扰船与目标船的船型、速度数值差、相对距离、船间效应、船舶密度等因素确定干扰船对目标船的作用力，具体为：

首先，根据所述目标船与所述干扰船的横距、船型和相对距离确定所述干扰船与所述目标船的船间效应；然后，利用模糊逻辑算法针对模糊变量分别得到相应的模糊集合，其中所述模糊变量为所述速度数值差、船舶密度、干扰船船型、目标船船型、相对距离、船间效应等。

在本公开一实施例中，根据两船(即目标船与所述干扰船)横距、船型以及相对距离等因素确定干扰船与目标船的船间效应。若两船间产生船间效应，则干扰船对目标船的影响表现为排斥；若两船间未产生船间效应，则干扰船对目标船的影响表现为吸引。

对于横距而言，在受限水域航行时，两船间横距d_h小于两船船长之和L时。就会产生船间效应，横距越小，船间作用力就会越大(船间作用力划分为强、中、弱和零四级强度)，L＝L_o+L_t，其中L为两船船长之和，L₀为目标船船长，L_t为干扰船船长，单位为米(m)。当两船横距大于两船船长之和时，船间效应为零；当存在船间效应时，航速越大，船间效应越大，小船较大船来说受影响更大。

该步骤中，借助模糊逻辑的方法对不同兴趣感知子区域内干扰船对目标船的影响进行综合评分，主要考虑目标船及兴趣感知子区域内干扰船船型(分为大、中、小三类)、相对距离(分为远、中、较近、近四类)、速度数值差(分为正、零、负三类)、船间效应(分为强、中、弱、零四类)、船舶密度(分为大、中、小三类)6个方面的因素。另外，各兴趣感知子区域对目标船的作用力力除了包括干扰船对目标船的作用力，还包括岸壁效应对目标船的作用力。

其中船舶密度是指某一瞬时单位面积水域内的船舶数，反映水域中船舶的密集程度，还在一定程度上反映水域中船舶交通的繁忙程度和危险程度。航道内船舶密度大时，本航道对目标船的斥力较大；航道内船舶密度中时，本航道对目标船的斥力较小，甚至表现为引力；航道内船舶密度小时，本航道对目标船的引力较大。船型的划分标准为：总吨大于30000吨的属于大型船，总吨大于15000且小于30000吨的属于中型船，总吨小于15000吨的属于小型船。

在本公开一实施例中，所述对所述兴趣感知子区域内所述干扰船对所述目标船的作用力进行判断包括：当所述干扰船与所述目标船的所述速度数值差为正数时，所述干扰船对所述目标船的作用力为引力；当所述干扰船与所述目标船的所述速度数值差为负数时，所述干扰船对所述目标船的作用力为斥力；当所述干扰船与所述目标船的所述速度数值差为零时，表示干扰船对目标船的引力较小甚至表现为斥力。

在本公开一实施例中，当模糊变量为目标船与周围船舶的相对距离Δd_i时，其相应的模糊集合为：{近，较近，中，远}。图11为本公开一实施例中相对距离的隶属度函数图，从相对距离“近”到相对距离“较近”的门限值D₁是目标船与干扰船不发生碰撞危险的最小距离，公式如下：

其中，l₀、l_i分别为目标船和干扰船船长，B₀、B_i分别为目标船和干扰船船宽，v₀、v_i分别为目标船和干扰船航速，Δv_i0为相对速度，θ为两船航向夹角；从相对距离“中”到相对距离“远”的门限值为：D₄＝4D₁，其中D₂、D₃是D₁和D₄的中间值。

在本公开一实施例中，当模糊变量为目标船与周围船舶的船舶密度时，其相应的模糊集合为：{大，中，小}，船舶密度划分标注内：船舶密度为大于0.5艘/平方海里时，类型为大；船舶密度为0.3～0.5艘/平方海里时，类型为中；船舶密度为小于0.3艘/平方海里时，类型为小。

在步骤S140中，计算所述多个兴趣感知子区域内岸壁效应对目标船的作用力。

该步骤中，主要针对船舶与岸壁距离的大小、航速等确定船舶受到的作用力。当所述目标船与岸壁之间产生岸壁效应，则所述岸壁对所述目标船的作用力为斥力；当所述目标船与岸壁之间未产生岸壁效应，则所述岸壁对所述目标船的作用力为引力。

在本公开一实施例中，当船舶与岸壁之间的距离d_r和d_l(d_r为目标船船体中纵剖面至船体右侧岸壁直线距离，d_l为目标船船体中纵剖面至船体左侧岸壁直线距离)分别大于5倍船宽时，岸壁效应可以忽略；当岸距大于5倍船宽时，岸壁效应为零(包括五倍船宽时)，岸距越小岸壁效应越大；目标船船型越大、航速越高，岸壁效应越明显。

在本公开一实施例中，当设定第二模糊变量为目标船与岸壁之间的岸距d时，利用模糊算法针对所述第二模糊变量得到岸距模糊集合为{近，较近，中，远}，图12为本公开一实施例中岸距的隶属度函数图，其中所述岸距集合中“近”到“较近”的门限值d₁为所述目标船的船宽的2倍，即d₁＝2B，其中B为目标船船宽；所述岸距集合中“中”到“远”的门限值d₄为所述目标船的船宽的5倍，即d₄＝5B，d₂和d₃是d₁和d₄的中间值。

在本公开一实施例中，当设定所述第二模糊变量为目标船航速v₀时，利用模糊算法针对所述第二模糊变量得到航速模糊集合为{快速，中速，慢速}，图13为本公开一实施例中目标船速的隶属度函数图，其中所述航速模糊集合中“慢速”到“中速”的门限值Δv₁为8节，所述航速模糊集合中“中速”到“快速”的门限值Δv₃为12节，Δv₂是Δv₁和Δv₃的中间值。

在本公开一实施例中，计算该区域内岸壁效应对目标船作用粒度，得到该兴趣感知子区域内岸壁效应对目标船的作用力，对船舶集群态势进行数学表达，表8为本公开一实施例中岸壁效应对目标船的作用粒度模糊推理规则表。

表8

在步骤S150中，在所述兴趣感知子区域内对干扰船对目标船的作用力与岸壁效应对目标船的作用力进行叠加，得到对所述目标船的作用力。

其中表9为本公开一实施例中兴趣感知区域的模糊推理规则表，参照该规则表可以得知兴趣感知区域对目标船作用力。

表9

综上所述，采用本公开实施例提供的受限水域非冲突会遇船舶集群态势分析方法，一方面，通过将船舶感知区域划分为多个兴趣感知子区域，通过在各兴趣感知子区域内将干扰船对目标船的作用力以及岸壁效应对目标船的作用力进行叠加，可以对受限水域中非冲突会遇情形下船舶感知区域中的集群态势从作用力的角度进行全面分析；另一方面，通过模糊逻辑算法对各个兴趣感知子区域中的作用力计算后再进行合并和约简，可以提高船舶集群态势分析的准确性。由于可以提高船舶集群的全面性和准确性分析，有利于实现无人船舶高效和自主航行。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、触控终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种受限水域非冲突会遇船舶集群态势分析方法，其特征在于，其包括：

结合安全会遇距离将船舶感知区域划分为多个兴趣感知子区域；

根据目标船和干扰船的运动参数判断干扰船与目标船的会遇类型，包括：根据所述干扰船向着驶离所述目标船的方向行驶，确定所述干扰船与所述目标船的会遇类型为驶离非冲突会遇类型，其中运动参数至少包括：位置、航向、航速；

计算所述多个兴趣感知子区域内干扰船对目标船的作用力，包括：

根据所述目标船与所述干扰船的横距、船型和相对距离确定所述干扰船与所述目标船的船间效应；

利用模糊算法针对第一模糊变量分别得到相应的模糊集合，其中所述第一模糊变量为速度数值差、船舶密度、干扰船船型、目标船船型、相对距离和船间效应，相应的模糊集合分别为速度数值差模糊集合为{正，零，负}，船舶密度模糊集合为{大，中，小}，干扰船船型模糊集合为{大，中，小}，目标船船型模糊集合为{大，中，小}，相对距离模糊集合为{远，中，较近，近}，船间效应模糊集合为{强，中，弱，零}；

基于速度数值差模糊集合、船舶密度模糊集合、干扰船船型模糊集合、目标船船型模糊集合、相对距离模糊集合、船间效应模糊集合，借助模糊逻辑的方法对兴趣感知子区域内干扰船对目标船的影响进行综合评分得到干扰船对目标船的作用力；

计算所述多个兴趣感知子区域内岸壁效应对目标船的作用力，包括：

当设定第二模糊变量为目标船与岸壁之间的岸距时，利用模糊算法针对所述第二模糊变量得到岸距模糊集合为{近，较近，中，远}；

当设定所述第二模糊变量为目标船航速时，利用模糊算法针对所述第二模糊变量得到航速模糊集合为{快速，中速，慢速}，所述第二模糊变量为目标船与岸壁之间的岸距、目标船航速；

根据目标船船型、目标船航速和目标船与岸壁之间的岸距计算所述兴趣感知子区域内岸壁效应对目标船作用粒度，得到该兴趣感知子区域内岸壁效应对目标船的作用力，当所述目标船与岸壁之间产生岸壁效应，则所述岸壁对所述目标船的作用力为斥力；当所述目标船与岸壁之间未产生岸壁效应，则所述岸壁对所述目标船的作用力为引力；

在所述兴趣感知子区域内将干扰船对目标船的作用力与岸壁效应对目标船的作用力进行叠加，得到对所述目标船的作用力。

2.如权利要求1所述的受限水域非冲突会遇船舶集群态势分析方法，其特征在于，所述结合安全会遇距离将船舶感知区域划分为6个兴趣感知子区域之前，还包括：

对受限水域进行航道数量和航道宽度的划分，其中船舶操作性能、所遭受的横风、横向水流、纵向水流和目标船所处的水深决定所述航道宽度和所述航道数量。

3.如权利要求1所述的受限水域非冲突会遇船舶集群态势分析方法，其特征在于，所述结合安全会遇距离将船舶感知区域划分为多个兴趣感知子区域包括：

以所述目标船所在航道的最左侧边界线和最右侧边界线为划分所述目标船左侧和右侧兴趣感知区域的界线，且以所述目标船前侧及后侧的安全会遇距离为划分所述目标船前侧和后侧兴趣感知区的界线，得到左前侧兴趣感知子区域、左后侧兴趣感知子区域、前侧兴趣感知子区域、后侧兴趣感知子区域、右前侧兴趣感知子区域和右后侧兴趣感知子区域共6个兴趣感知子区域。

4.如权利要求3所述的受限水域非冲突会遇船舶集群态势分析方法，其特征在于，还包括：

根据所述运动参数计算所述干扰船与所述目标船的速度数值差，具体包括：

当所述干扰船位于所述目标船的左前侧、前侧、右前侧，且所述干扰船的航向与所述目标船的航向相同或接近相同时，所述目标船与所述干扰船的速度数值差记为：

当所述干扰船位于所述目标船的左后侧、后侧、右后侧，且所述干扰船的航向与所述目标船的航向相反或接近相反时，所述目标船与所述干扰船的速度数值差记为：

其中

为所述目标船的船速，

为位于所述目标船左前侧干扰船的船速，

为位于所述目标船左后侧干扰船的船速，

为位于所述目标船前侧干扰船的船速，

为位于所述目标船后侧干扰船的船速，

为位于所述目标船右前侧干扰船的船速，

为位于所述目标船右后侧干扰船的船速。

5.如权利要求4所述的受限水域非冲突会遇船舶集群态势分析方法，其特征在于，计算所述兴趣感知子区域内所述干扰船对所述目标船的作用力之前，还包括：

当所述干扰船与所述目标船的所述速度数值差为正数时，所述干扰船对所述目标船的作用力为引力；

当所述干扰船与所述目标船的所述速度数值差为负数时，所述干扰船对所述目标船的作用力为斥力。

6.如权利要求1所述的受限水域非冲突会遇船舶集群态势分析方法，其特征在于，还包括：

所述岸距模糊集合中“近”到“较近”的门限值为所述目标船的船宽的2倍，所述岸距模糊集合中“中”到“远”的门限值为所述目标船的船宽的5倍；

所述航速模糊集合中“慢速”到“中速”的门限值为8节，所述航速模糊集合中“中速”到“快速”的门限值为12节。

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