CN111240334B - 一种船舶航行自动避碰航路规划方法及模型 - Google Patents
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Abstract
本发明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。该一种船舶航行自动避碰航路规划方法及模型与现有技术相比，自动规划航路，实现船舶自动避碰障碍物的需求，对解决船舶搁浅碰撞等问题和提高海上航行安全具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及智能控制技术领域，具体地说是一种实用性强、船舶航行自动避碰航路规划方法及模型。
背景技术
沿海水域往往交通流复杂，水道和岛礁众多，暗礁与浅滩密布，常航行于沿海水域的船长们都会感受到保证航行安全的压力。在保障船舶航行安全的基本措施中，航路的合理规划是十分重要的措施，也是最基本的措施之一。随着交通强国战略的实施，我国沿海船舶数量将显著增加，必将使交通流密度增大，局部通航条件更加复杂。目前船舶在沿海水域航行时，仍然采用传统的船员手动操舵，而目前普遍认为船舶事故主要是由人的失误引起的，因此，实现船舶在沿海多障碍物复杂水域的自主航行，既是减少船舶碰撞事故的有效手段，又是急需攻克的技术难题。
船舶航路规划是实现船舶自主航行的重要前提。航路规划是指在具有障碍物的环境中，根据己知的地理信息数据，通过使用一定的寻优算法寻找一条从给定初始位置到达目标位置的无碰撞路径，并且要求航行路径既能满足一定的约束条件(无碰撞)，又满足一定的优化准则(如路径最短，能量消耗最小等)。目前电子海图显示与信息系统(ECDIS)在船舶上己普遍被使用于辅助航路规划；然而现行ECDIS在遇到障碍物时仅具有警示功能，仍需通过船员依据个人航行经验手动调整转向点，重新进行航路规划来实现船舶避碰，这大大降低了ECDIS的助航效益，同时增加了人为失误的可能。如何在船舶现有设备系统的基础上更加合理地规划避碰航路，以供船员在船舶开航行进行航路规划时参考，己成为海上交通安全领域亟需解决的关键问题。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种实用性强、船舶航行自动避碰航路规划方法及模型。
一种船舶航行自动避碰航路规划方法，其规划过程为：
步骤一、首先收集障碍物信息，设置避碰安全距离；
步骤二、确认船舶是否需要避开障碍物，如不需要则直接规划航路，如需要则进入步骤三；
步骤三、确认避开最近障碍物左右两侧的最小角度连线，将左右两侧的最小角度连线记录为可行驶路径并备用，所述最小角度连线是指与测试线夹角最大的出发点与障碍物节点之间的连线，该测试线是指出发点与目的点之间的连线；
步骤四、以最小角度连线的障碍物节点为出发点，顺序确认左右两侧障碍物节点的最小角度连线，直至左右两侧的当前测试点和目的点间的连线均不会经过任一障碍物为止，该确认过程参照步骤三，比较左右两侧行驶路线的大小后，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。
所述步骤一中设置避碰安全距离的过程为：首先确认起始点和目的点之间的障碍物，确认船舶与障碍物之间的避碰安全距离，并以避碰安全距离为依据，利用GIS系统领域分析功能扩大各障碍物范围，作为后续避碰分析的依据。
GIS系统领域分析功能是指：通过GIS系统领域分析工具中的缓冲区工具对障碍物范围进行扩大，具体方法为：在GIS系统Arcmap模块中中添加含有障碍物的图层，调出建立缓冲区工具，选择输入要素，该输入要素包括设置好的避碰安全距离和起点、终点，系统自动挖掘与该障碍物的邻近关系，最后在图层中建立该缓冲区，即产生一个以避碰安全距离为扩大值的最小边界范围，作为航路规划的依据。
所述步骤二的具体过程为：将起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，通过GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集，若该测试线未经过任一障碍物，即两点间可直线连接，该测试线便转为备选航路并结束航路规划。
在步骤三及步骤四中，将起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，通过GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集，若该测试线遭遇障碍物，则先判断当前测试点是否位于最近障碍物边界上的任一顶点，若为最近障碍物上的顶点，则执行下述步骤：
将当前测试点设为中间航路点，当前测试点是指位于最近障碍物边界上的某一顶点，然后将其与目的点连接成为测试线后，进行对该障碍物绕行的操作，将位于该障碍物边界上的各顶点与中间航路点逐一加以连线；
根据余弦定理在VC#编程计算各连线与测试线间的夹角，先求出与测试线左侧夹角最大的连线，该连线即能够避开障碍物的最小角度；再求出与测试线右侧夹角最大的连线，该连线即能够避开障碍物的最小角度；
根据偏航角最小原则，比较左、右两侧与测试线的夹角，并选取夹角较小者的连线，作为备选航段，并将该备选航段与障碍物的交点作为节点，即当前测试点，返回步骤二继续根据障碍物的顶点及边界建立下一绕过障碍物的备选航段，直至建立一条绕过障碍物的避碰航路。
将起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，通过GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集，若该测试线遭遇障碍物，则先判断当前测试点是否位于最近障碍物边界上的任一顶点，若非最近障碍物上的顶点，则执行下述步骤：
选取离当前测试点最近的障碍物，将当前测试点与该障碍物边界上的各顶点逐一加以连线，并分别计算各连线与测试线间的夹角，根据偏航角最小的原则，选取与测试线左侧夹角最大的连线来以最小角度避开障碍物，并将该左侧连线记录为左侧航线；选取与测试线右侧夹角最大的连线来以最小角度避开障碍物，并将该右侧连线记录为右侧航线；
将左右两条航线设置为备选航段，并将两备选航段与障碍物的两交点分别作为左右航路点，判断两备选航段上是否经过其他障碍物，若未与其他障碍物有交集，则该测试线便转为备选航路；反之，则将该备选航段的交点设为暂时性终点，完成后返回步骤二继续执行，直至左右两侧的当前测试点和目的点间的连线均不会经过任一障碍物为止。
所述GIS系统图层叠置分析功能是将多个图层中的几何叠加到一个图层中，叠置用于合并、擦除、修改或更新空间要素，具体为：根据航路规划的需要，在叠置分析工具中选用“相交”工具，在“相交”工具中，输入测试线的起点及终点，将测试线图层与障碍物图层叠加，该工具保留输入中与叠加要素重叠的要素或要素的各部分，当对线要素执行相交操作时，将输出类型指定为线。
一种船舶航行自动避碰航路规划模型，包括：
信息收集模块，收集障碍物信息、船舶出发点信息、船舶目的点信息；
线路规划模块，根据信息收集模块收集的障碍物信息，依据偏航角最小原则规划避碰航路，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；
线路输出模块，输出最终确定的可绕行的航路。
所述线路规划模块规划航路时，确认船舶是否需要避开障碍物，如不需要则直接规划航路，即：将船舶起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，通过GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集，若该测试线未经过任一障碍物，即两点间可直线连接，该测试线便转为备选航路并结束航路规划。
所述线路规划模块规划航路，确认船舶需要避开障碍物时，先将船舶起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，通过GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集，若该测试线遭遇障碍物，则先判断当前测试点是否位于最近障碍物边界上的任一顶点，若为最近障碍物上的顶点，则执行下述步骤：
将当前测试点设为中间航路点，当前测试点是指位于最近障碍物边界上的某一顶点，然后将其与目的点连接成为测试线后，进行对该障碍物绕行的操作，将位于该障碍物边界上的各顶点与中间航路点逐一加以连线；
根据余弦定理在VC#编程计算各连线与测试线间的夹角，先求出与测试线左侧夹角最大的连线，该连线即能够避开障碍物的最小角度；再求出与测试线右侧夹角最大的连线，该连线即能够避开障碍物的最小角度；
根据偏航角最小原则，比较左、右两侧与测试线的夹角，并选取夹角较小者的连线，作为备选航段，并将该备选航段与障碍物的交点作为节点，即当前测试点，返回步骤二继续根据障碍物的顶点及边界建立下一绕过障碍物的备选航段，直至建立一条绕过障碍物的避碰航路。
所述线路规划模块规划航路，确认船舶需要避开障碍物时，先将船舶起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，通过GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集，若该测试线遭遇障碍物，则先判断当前测试点是否位于最近障碍物边界上的任一顶点，若非最近障碍物上的顶点，则执行下述步骤：
选取离当前测试点最近的障碍物，将当前测试点与该障碍物边界上的各顶点逐一加以连线，并分别计算各连线与测试线间的夹角，根据偏航角最小的原则，选取与测试线左侧夹角最大的连线来以最小角度避开障碍物，并将该左侧连线记录为左侧航线；选取与测试线右侧夹角最大的连线来以最小角度避开障碍物，并将该右侧连线记录为右侧航线；
将左右两条航线设置为备选航段，并将两备选航段与障碍物的两交点分别作为左右航路点，判断两备选航段上是否经过其他障碍物，若未与其他障碍物有交集，则该测试线便转为备选航路；反之，则将该备选航段的交点设为暂时性终点，完成后返回步骤二继续执行，直至左右两侧的当前测试点和目的点间的连线均不会经过任一障碍物为止。
本发明的一种船舶航行自动避碰航路规划方法及模型，具有以下优点：
本发明提供的船舶航行自动避碰航路规划方法及模型与现有技术相比，本发明以初始航路(测试线)遭遇陆地、浅滩或水下障碍物等障碍物与否，来判断是否需要变更原航线，同时，根据船舶最小转向角度及最大航段距离两者之间的最小偏航角原则来选择最短航路，以达到自动规划出能够安全避开障碍物且符合航海实际的建议航线；在ECDIS功能架构下利用GIS系统在空间资料分析上优异的处理功能，进行图层叠置并根据水域障碍物分布情况逐一进行图层空间分析运算，并调整航行路线及修订简化航线，以自动拟定出最佳避碰路径，作为航海者规划航路时的参考，便可大幅降低人为疏失所造成的影响，实用性强，适用范围广泛，易于推广。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图1为本发明方法实现示意框图。
附图2-附图9为本发明方法的一具体实施例的船舶避碰障碍物航路规划构建示意图。
附图10为本发明模型的结构示意框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1所示，本发明提供一种船舶航行自动避碰航路规划方法，其规划过程为：
步骤一、首先收集障碍物信息，设置避碰安全距离；
步骤二、确认船舶是否需要避开障碍物，如不需要则直接规划航路，如需要则进入步骤三；
步骤三、确认避开最近障碍物左右两侧的最小角度连线，将左右两侧的最小角度连线记录为可行驶路径并备用，所述最小角度连线是指与测试线夹角最大的出发点与障碍物节点之间的连线，该测试线是指出发点与目的点之间的连线；
步骤四、以最小角度连线的障碍物节点为出发点，顺序确认左右两侧障碍物节点的最小角度连线，直至左右两侧的当前测试点和目的点间的连线均不会经过任一障碍物为止，该确认过程参照步骤三，比较左右两侧行驶路线的大小后，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。
结合上述步骤，本发明的具体过程拆解如下：
步骤1：输入起始点、目的点及避碰安全距离后，以避碰安全距离为依据(比如在大洋上，一般应该将DCPA控制在5CABLE以上，否则应加强船舶间联系与瞭望，在长江内河等区域，对一般的划江小型船舶应该将DCPA控制在1CABLE以上)，利用6IS系统领域分析功能扩大各障碍物范围，作为后续避碰分析的依据。具体步骤为：采用GIS系统领域分析工具集中的缓冲区工具对障碍物范围进行扩大。缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围，具体指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边。具体方法为：在GIS系统Arcmap模块中中添加含有障碍物的图层，调出建立缓冲区工具，选择输入要素，本发明中选择输入设置好的避碰安全距离和起点、终点，系统自动挖掘与该障碍物的邻近关系，最后在图层中可以建立该缓冲区，即产生一个以避碰安全距离为扩大值的最小边界范围，作为航路规划的依据。
步骤2：将起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，利用GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集。GIS叠置分析是将多个图层中的几何叠加到一个图层中。叠置可用于合并、擦除、修改或更新空间要素。根据本发明航路规划的需要，在叠置分析工具中选用“相交”工具，该工具保留输入中与叠加要素重叠的要素或要素的各部分。当对线要素执行相交操作时，可将输出类型指定为线。本发明中在“相交”工具中，输入测试线的起点及终点，将测试线图层与障碍物图层叠加，若该测试线未经过任一障碍物，即两点间可直线连接，该测试线便转为备选航路并结束航路规划；反之，若遭遇该障碍物则先判断当前测试点是否位于最近障碍物边界上的任一顶点。若为最近障碍物上的顶点，便执行步骤3，否则进行步骤4。
步骤3：将当前测试点(即位于最近障碍物边界上的某一顶点)设为中间航路点，接着将其与目的点连接成为测试线后，进行对该障碍物绕行的操作，将位于该障碍物边界上的各顶点与中间航路点逐一加以连线，根据余弦定理在VC#编程分别计算各连线与测试线间的夹角，先求出与测试线左(右)两侧夹角最大的连线(即能够避开障碍物的最小角度)，再根据偏航角最小原则(船舶绕航避让障碍物时，偏航角度(偏离原航线)最小及航段距离最大的原则)，比较左、右两侧与测试线的夹角，并选取夹角较小者的连线，作为备选航段，并将该备选航段与障碍物的交点作为节点，即当前测试点，返回步骤2。由于该步骤根据障碍物的顶点及边界可建立绕过障碍物的备选航段，再返回步骤2重复执行，便可逐步建立一条绕过障碍物的最佳避碰航路。
步骤4：选取离当前测试点最近的障碍物，将当前测试点与该障碍物边界上的各顶点逐一加以连线，且分别计算各连线与测试线间的夹角，由偏航角最小的原则，选取与测试线左(右)两侧夹角最大的连线(能以最小角度避开障碍物)，分别记录左(右)两条最可能航线为备选航段，并将两备选航段与障碍物的两交点分别作为左(右)航路点，进入步骤5进行判断。
步骤5：利用GIS图层叠置分析，在GIS系统“相交”工具中，分别输入备选航段的起终点，并将该图层与障碍物图层叠加，分别判断两备选航段上是否经过其他障碍物。若未与其他障碍物有交集，便执行步骤6；反之，则将该备选航段的交点设为暂时性终点，完成后返回步骤2继续执行。
步骤6：将左(右)航路点分别设为当前测试点后，返回执行步骤2，并依序将左(右)当前测试点和目的点个别连线以建立测试线，同时利用图层叠置分析判断该测试线是否与障碍物有所交集，直到左(右)当前测试点和目的点间的连线均不会经过任一障碍物为止。
下面结合附图2，对上述步骤给出一具体实例：
步骤1：如图2(a)所示，某段初始航路S-T(为麦氏海图上两点间采用的恒向线最短航行距离)经过某障碍物A，输入避碰安全距离，利用GIS系统领域分析功能扩大障碍物范围变为顶点为1-2-3-4-5-6的障碍物A，接着进入步骤2。
步骤2：将起始点S与终点T分别设为当前测试点及目的点，并建立两点间的连线，即为S-T测试线如图3(b)所示。该测试线与障碍物A经GIS图层叠置分析后确认有交集，接着判断当前测试点S并非最近障碍物A边界上的任一顶点，进入步骤4。
步骤3：由S点依序与A障碍物边界上的各顶点逐一连线(如图4(c))，并个别计算与S-T测试线间的夹角后，分别选出位于S-T测试线左、右两侧与其夹角最大的连线(如图5(d)的S-A2与S-A6)，且经图层叠置分析确认均无遭遇任何障碍物后，纪录两条路径并将A2、A6两点设为当前测试点，返回步骤2(如图6(e))。
步骤4：将A2和终点T作连线，即为A2-T测试线，判断此测试线(A2-T)是否和任一障碍物相交，由于该测试线仍与A障碍物有所交集，故由A2点依序与A碍航区边界上的各顶点逐一连线，并分别计算与A2-T测试线间的夹角，依据偏航角最小原则，将位于A2-T测试线左、右两侧与其夹角最大连线的相对较小者，如图7(f)的A2-A3所示，并经图层叠置分析确认后记录为备选航段，同时将A3记录为新当前测试点。左(右)侧航路重复上述步骤(如图8(g))，即可求得后续的备选航段A3-T，以及A5-T，最终形成一条最佳的避碰航路，如图9(h)所示。
如附图3所示，一种船舶航行自动避碰航路规划模型，包括：
信息收集模块，收集障碍物信息、船舶出发点信息、船舶目的点信息；
线路规划模块，根据信息收集模块收集的障碍物信息，依据偏航角最小原则规划避碰航路，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；
线路输出模块，输出最终确定的可绕行的航路。
所述线路规划模块规划航路时，确认船舶是否需要避开障碍物，如不需要则直接规划航路，即：将船舶起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，通过GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集，若该测试线未经过任一障碍物，即两点间可直线连接，该测试线便转为备选航路并结束航路规划。
所述线路规划模块规划航路，确认船舶需要避开障碍物时，先将船舶起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，通过GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集，若该测试线遭遇障碍物，则先判断当前测试点是否位于最近障碍物边界上的任一顶点，若为最近障碍物上的顶点，则执行下述步骤：
将当前测试点设为中间航路点，当前测试点是指位于最近障碍物边界上的某一顶点，然后将其与目的点连接成为测试线后，进行对该障碍物绕行的操作，将位于该障碍物边界上的各顶点与中间航路点逐一加以连线；
根据余弦定理在VC#编程计算各连线与测试线间的夹角，先求出与测试线左侧夹角最大的连线，该连线即能够避开障碍物的最小角度；再求出与测试线右侧夹角最大的连线，该连线即能够避开障碍物的最小角度；
根据偏航角最小原则，比较左、右两侧与测试线的夹角，并选取夹角较小者的连线，作为备选航段，并将该备选航段与障碍物的交点作为节点，即当前测试点，返回步骤二继续根据障碍物的顶点及边界建立下一绕过障碍物的备选航段，直至建立一条绕过障碍物的避碰航路。
所述线路规划模块规划航路，确认船舶需要避开障碍物时，先将船舶起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，通过GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集，若该测试线遭遇障碍物，则先判断当前测试点是否位于最近障碍物边界上的任一顶点，若非最近障碍物上的顶点，则执行下述步骤：
选取离当前测试点最近的障碍物，将当前测试点与该障碍物边界上的各顶点逐一加以连线，并分别计算各连线与测试线间的夹角，根据偏航角最小的原则，选取与测试线左侧夹角最大的连线来以最小角度避开障碍物，并将该左侧连线记录为左侧航线；选取与测试线右侧夹角最大的连线来以最小角度避开障碍物，并将该右侧连线记录为右侧航线；
将左右两条航线设置为备选航段，并将两备选航段与障碍物的两交点分别作为左右航路点，判断两备选航段上是否经过其他障碍物，若未与其他障碍物有交集，则该测试线便转为备选航路；反之，则将该备选航段的交点设为暂时性终点，完成后返回步骤二继续执行，直至左右两侧的当前测试点和目的点间的连线均不会经过任一障碍物为止。
本发明基于ECDIS功能架构，在满足船员在规划船舶沿海航行中的航路的实务需求下，通过偏航角最小原则作为绕过障碍物外围边界的避碰思路，并运用GIS系统在空间资料处理上优异的功能特性，反复进行图层叠置分析运算，以自动规划航路，实现船舶自动避碰障碍物的需求，对解决船舶搁浅碰撞等问题和提高海上航行安全具有重要意义。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种船舶航行自动避碰航路规划方法，其特征在于，其规划过程为：
步骤一、首先收集障碍物信息，设置避碰安全距离，其中设置避碰安全距离的过程为：首先确认起始点和目的点之间的障碍物，确认船舶与障碍物之间的避碰安全距离，并以避碰安全距离为依据，利用GIS系统领域分析功能扩大各障碍物范围，作为后续避碰分析的依据，所述GIS系统领域分析功能是指：通过GIS系统领域分析工具中的缓冲区工具对障碍物范围进行扩大，具体方法为：在GIS系统Arcmap模块中中添加含有障碍物的图层，调出建立缓冲区工具，选择输入要素，该输入要素包括设置好的避碰安全距离和起点、终点，系统自动挖掘与该障碍物的邻近关系，最后在图层中建立该缓冲区，即产生一个以避碰安全距离为扩大值的最小边界范围，作为航路规划的依据；
步骤二、确认船舶是否需要避开障碍物，如不需要则直接规划航路，如需要则进入步骤三；
步骤三、确认避开最近障碍物左右两侧的最小角度连线，将左右两侧的最小角度连线记录为可行驶路径并备用，所述最小角度连线是指与测试线夹角最大的出发点与障碍物节点之间的连线，该测试线是指出发点与目的点之间的连线；
步骤四、以最小角度连线的障碍物节点为出发点，顺序确认左右两侧障碍物节点的最小角度连线，直至左右两侧的当前测试点和目的点间的连线均不会经过任一障碍物为止，该确认过程参照步骤三，比较左右两侧行驶路线的大小后，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。
2.根据权利要求1所述的一种船舶航行自动避碰航路规划方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：将起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，通过GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集，若该测试线未经过任一障碍物，即两点间可直线连接，该测试线便转为备选航路并结束航路规划。
3.根据权利要求1所述的一种船舶航行自动避碰航路规划方法，其特征在于，在步骤三及步骤四中，将起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，通过GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集，若该测试线遭遇障碍物，则先判断当前测试点是否位于最近障碍物边界上的任一顶点，若为最近障碍物上的顶点，则执行下述步骤：
将当前测试点设为中间航路点，当前测试点是指位于最近障碍物边界上的某一顶点，然后将其与目的点连接成为测试线后，进行对该障碍物绕行的操作，将位于该障碍物边界上的各顶点与中间航路点逐一加以连线；
根据余弦定理在VC#编程计算各连线与测试线间的夹角，先求出与测试线左侧夹角最大的连线，该连线即能够避开障碍物的最小角度；再求出与测试线右侧夹角最大的连线，该连线即能够避开障碍物的最小角度；
根据偏航角最小原则，比较左、右两侧与测试线的夹角，并选取夹角较小者的连线，作为备选航段，并将该备选航段与障碍物的交点作为节点，即当前测试点，返回步骤二继续根据障碍物的顶点及边界建立下一绕过障碍物的备选航段，直至建立一条绕过障碍物的避碰航路。
4.根据权利要求1所述的一种船舶航行自动避碰航路规划方法，其特征在于，将起始点设为当前测试点，由当前测试点至目地点建立一条连线作为测试线，通过GIS系统图层叠置分析功能判断该测试线是否与障碍物有交集，若该测试线遭遇障碍物，则先判断当前测试点是否位于最近障碍物边界上的任一顶点，若非最近障碍物上的顶点，则执行下述步骤：
选取离当前测试点最近的障碍物，将当前测试点与该障碍物边界上的各顶点逐一加以连线，并分别计算各连线与测试线间的夹角，根据偏航角最小的原则，选取与测试线左侧夹角最大的连线来以最小角度避开障碍物，并将该左侧连线记录为左侧航线；选取与测试线右侧夹角最大的连线来以最小角度避开障碍物，并将该右侧连线记录为右侧航线；
将左右两条航线设置为备选航段，并将两备选航段与障碍物的两交点分别作为左右航路点，判断两备选航段上是否经过其他障碍物，若未与其他障碍物有交集，则该测试线便转为备选航路；反之，则将该备选航段的交点设为暂时性终点，完成后返回步骤二继续执行，直至左右两侧的当前测试点和目的点间的连线均不会经过任一障碍物为止。
5.根据权利要求3或4所述的一种船舶航行自动避碰航路规划方法，其特征在于，所述GIS系统图层叠置分析功能是将多个图层中的几何叠加到一个图层中，叠置用于合并、擦除、修改或更新空间要素，具体为：根据航路规划的需要，在叠置分析工具中选用“相交”工具，在“相交”工具中，输入测试线的起点及终点，将测试线图层与障碍物图层叠加，该工具保留输入中与叠加要素重叠的要素或要素的各部分，当对线要素执行相交操作时，将输出类型指定为线。
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