CN111536962B - 智能船舶的航线规划方法及装置、存储介质、计算机设备 - Google Patents

智能船舶的航线规划方法及装置、存储介质、计算机设备 Download PDF

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CN111536962B CN202010426690.2A CN202010426690A CN111536962B CN 111536962 B CN111536962 B CN 111536962B CN 202010426690 A CN202010426690 A CN 202010426690A CN 111536962 B CN111536962 B CN 111536962B
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Abstract

本发明涉及一种智能船舶的航线规划方法，包括：目标船舶根据当前电子海图信息如果确定自身处于距离狭窄水道的预设范围内，则规划出目标船舶通过狭窄水道的第一航线集合，并计算集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径；目标船舶实时获取自身船舶信息和周围碍航物信息，以计算自身船舶与周围碍航物的碰撞危险度，如果碰撞危险度超过预设安全阀值，则规划出目标船舶通过狭窄水道的第二航线集合，并计算集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径。能够为通过狭窄水道的智能船舶提供安全可行的路径。此外，本发明还提出一种计算机可读存储介质、计算机设备和航线规划装置。

Description

智能船舶的航线规划方法及装置、存储介质、计算机设备
技术领域
本发明涉及智能船舶航行技术领域，尤其涉及一种智能船舶的航线规划方法及装置、存储介质、计算机设备。
背景技术
随着时代的发展和科技的进步，智能船舶已被全世界公认为必将在未来的各种海洋领域活动中扮演着不可或缺的角色。
在智能船舶航行通过狭窄水道的过程中，由于狭窄水道的环境复杂多变，给通航智能船舶的航行安全带来了很大的麻烦，常常发生碰撞事故。目前的智能船舶航线规划方法大多是以路径最短为主要目标寻找出单条可通航航线，且不具备根据最新动态数据进行航线规划的能力，因此根据现有的航线规划方法，智能船舶通过狭窄水道的过程中依然会发生碰撞事故。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术中存在的问题，本发明至少从一定程度上进行解决。为此，本发明的一个目的在于提出了一种智能船舶的航线规划方法，能够为通过狭窄水道的智能船舶提供安全可行的路径，大大降低了碰撞风险，使智能船舶能够安全、顺利的通过狭窄水道。
本发明的第二个目的在于提出一种智能船舶的航线规划装置。
本发明的第三个目的在于提出一种计算机可读存储介质。
本发明的第四个目的在于提出一种计算机设备。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明一方面提供一种智能船舶的航线规划方法，包括以下步骤：
目标船舶根据当前电子海图信息，如果确定自身处于距离狭窄水道的预设范围内，则根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第一航线集合，并计算所述第一航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径；
目标船舶实时获取自身船舶信息及周围碍航物信息，以计算自身船舶与周围碍航物的碰撞危险度，如果碰撞危险度超过预设的安全阀值，则根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第二航线集合，并计算所述第二航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径。
本发明实施例提供的智能船舶的航线规划方法，首先目标船舶根据当前电子海图信息，判断自身是否处于距离狭窄水道的预设范围内，若处于，则根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第一航线集合，并计算第一航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径，之后目标船舶实时获取自身船舶信息及周围碍航物信息，以计算自身船舶与周围碍航物的碰撞危险度，如果碰撞危险度超过预设的安全阀值，则根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第二航线集合，并计算第二航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径，直至目标船舶顺利通过狭窄水道。因此，本发明能够为通过狭窄水道的智能船舶提供安全可行的路径，大大降低了碰撞风险，使智能船舶能够安全、顺利的通过狭窄水道，由于在智能船舶通过狭窄水道的过程中航线规划以低风险值为目标来选取可通航航线，保证了智能船舶能够非常安全的通过狭窄水道，以及根据最新数据实时判断智能船舶与周围碍航物的碰撞危险度，并在碰撞危险度超过预设的安全阀值时再次进行航线规划以动态调整目标船舶通过狭窄水道的航行路径，保证了目标船舶通过狭窄水道的过程中遇到突发情况(比如航行区域内突然出现碍航物)时的安全航行。
可选地，电子海图信息的获取步骤，包括：
目标船舶获取自身船舶感知系统的感知信息和岸基雷达系统的感知信息；
对自身船舶感知系统的感知信息和岸基雷达系统的感知信息进行融合处理，以获得融合数据；
对融合数据进行信息提取，以获得电子海图信息。
可选地，自身船舶感知系统的感知信息包括AIS设备感知信息、雷达ARPA感知信息、罗经感知信息、GPS感知信息、BDS感知信息和计程仪感知信息。
可选地，根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的航线集合，包括：将电子海图分层显示，并对分层的电子海图进行三维环境网格化处理，基于网格化的电子海图采用Voronoi图法规划出目标船舶通过狭窄水道的航线集合。
可选地，计算航线集合中每一条航线的风险值，包括：
采用遍历的方法计算航线集合中每一条航线的风险值，计算公式如下：
Figure BDA0002498928920000031
J＝kJtime+(1-k)Jthreat
其中，J为航行路径的风险值，a为航线集合中的航线标记，b为航线中的航路段标记；Jtime为航行路径的超时风险值，Jthreat为航行路径的碰撞危险度，k为权重系数，0<k<1。
可选地，超时风险值的计算包括：
Figure BDA0002498928920000032
其中，L为航行路径的长度，V为目标船舶的航速。
可选地，碰撞危险度的计算包括：
Jthreat＝ω1u(DCPA)+ω2u(TCPA)+ω3u(K)+ω4u(D)
Figure BDA0002498928920000033
Figure BDA0002498928920000041
其中，DCPA为最小会遇距离，TCPA为最短会遇时间，K为两船航速比，D为两船距离，u(DCPA)为关于DCPA的碰撞危险度隶属函数，u(TCPA)为关于TCPA的碰撞危险度隶属函数，u(K)为关于K的碰撞危险度隶属函数，u(D)为关于D的碰撞危险度隶属函数；ω为权重值，H为平均信息熵；p为概率，
Figure BDA0002498928920000042
为达到上述目的，本发明另一方面提供的智能船舶的航线规划装置，包括：
获取模块，用于目标船舶实时获取电子海图信息，以及自身船舶信息和周围碍航物信息；
初始航线确定模块，用于目标船舶根据当前电子海图信息判断自身船舶是否处于距离狭窄水道的预设范围内，并在目标船舶处于距离狭窄水道的预设范围内时，根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第一航线集合，并计算第一航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径；
航线动态调整模块，用于目标船舶根据自身船舶信息和周围碍航物信息计算自身船舶与周围碍航物的碰撞危险度，并在碰撞危险度超过预设的安全阀值时，根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第二航线集合，并计算第二航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径。
目标船舶上设置有本发明实施例提供的智能船舶的航线规划装置，通过获取模块实时获取电子海图信息，以及目标船舶信息和目标船舶周围碍航物信息，然后通过初始航线确定模块根据当前电子海图信息判断目标船舶是否处于距离狭窄水道的预设范围内，并在目标船舶处于距离狭窄水道的预设范围内时，根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第一航线集合，并计算第一航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径，接着通过航线动态调整模块根据目标船舶信息和目标船舶周围碍航物信息计算目标船舶与周围碍航物的碰撞危险度，并在碰撞危险度超过预设的安全阀值时，根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第二航线集合，并计算第二航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径。因此，本发明能够为通过狭窄水道的智能船舶提供安全可行的路径，大大降低了碰撞风险，使智能船舶能够安全、顺利的通过狭窄水道，由于在智能船舶通过狭窄水道的过程中航线规划以低风险值为目标来选取可通航航线，保证了智能船舶能够非常安全的通过狭窄水道，以及根据最新数据实时判断智能船舶与周围碍航物的碰撞危险度，并在碰撞危险度超过预设的安全阀值时再次进行航线规划以动态调整目标船舶通过狭窄水道的航行路径，保证了目标船舶通过狭窄水道的过程中遇到突发情况(比如航行区域内突然出现碍航物)时的安全航行。
此外，本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有智能船舶的航线规划程序，该航线规划程序被处理器执行时实现如上所述的智能船舶的航线规划方法。
本发明实施例的计算机可读存储介质，其存储的智能船舶的航线规划程序被处理器执行时，能够为通过狭窄水道的智能船舶提供安全可行的路径，大大降低了碰撞风险，使智能船舶能够安全、顺利的通过狭窄水道，由于在智能船舶通过狭窄水道的过程中航线规划以低风险值为目标来选取可通航航线，保证了智能船舶能够非常安全的通过狭窄水道，以及根据最新数据实时判断智能船舶与周围碍航物的碰撞危险度，并在碰撞危险度超过预设的安全阀值时再次进行航线规划以动态调整目标船舶通过狭窄水道的航行路径，保证了目标船舶通过狭窄水道的过程中遇到突发情况(比如航行区域内突然出现碍航物)时的安全航行。
此外，本发明还提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的智能船舶的航线规划程序，处理器执行航线规划程序时，实现如上所述的智能船舶的航线规划方法。
本发明实施例的计算机设备，通过处理器运行存储器存储的航线规划程序，能够为通过狭窄水道的智能船舶提供安全可行的路径，大大降低了碰撞风险，使智能船舶能够安全、顺利的通过狭窄水道，由于在智能船舶通过狭窄水道的过程中航线规划以低风险值为目标来选取可通航航线，保证了智能船舶能够非常安全的通过狭窄水道，以及根据最新数据实时判断智能船舶与周围碍航物的碰撞危险度，并在碰撞危险度超过预设的安全阀值时再次进行航线规划以动态调整目标船舶通过狭窄水道的航行路径，保证了目标船舶通过狭窄水道的过程中遇到突发情况(比如航行区域内突然出现碍航物)时的安全航行。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明提供的智能船舶的航线规划方法和航线规划装置，能够为通过狭窄水道的智能船舶提供安全可行的路径，大大降低碰撞风险，使智能船舶能够安全、顺利的通过狭窄水道，由于在智能船舶通过狭窄水道的过程中航线规划以低风险值为目标来选取可通航航线，保证了智能船舶能够非常安全的通过狭窄水道，以及根据最新数据实时判断智能船舶与周围碍航物的碰撞危险度，并在碰撞危险度超过预设的安全阀值时再次进行航线规划以动态调整智能船舶通过狭窄水道的航行路径，保证了智能船舶通过狭窄水道的过程中遇到突发情况(比如航行区域内突然出现碍航物)时的安全航行。
附图说明
本发明借助于以下附图进行描述：
图1为根据本发明一个实施例的智能船舶的航线规划方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的智能船舶的航线规划装置的方框示意图。
【附图标记说明】
1：获取模块；
2：初始航线确定模块；
3：航线动态调整模块。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明实施例提出的智能船舶的航线规划方法和装置，在智能船舶通过狭窄水道的过程中航线规划以低风险值为目标来选取可通航航线，并在智能船舶与周围碍航物的碰撞危险度超过预设的安全阀值时再次进行航线规划以动态调整智能船舶通过狭窄水道的航行路径，能够为通过狭窄水道的智能船舶提供安全可行的路径，大大降低了碰撞风险，使智能船舶能够安全、顺利的通过狭窄水道。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
下面就参照附图来描述根据本发明实施例提出的智能船舶的航线规划方法和航线规划装置。
图1为本发明一个实施例的智能船舶的航线规划方法的流程示意图。
如图1所示，该智能船舶的航线规划方法包括以下步骤：
步骤101、目标船舶根据当前电子海图信息，判断自身是否处于距离狭窄水道的预设范围内。
作为一个实施例，电子海图信息的获取步骤，包括：目标船舶获取自身船舶感知系统的感知信息和岸基雷达系统的感知信息；对自身船舶感知系统的感知信息和岸基雷达系统的感知信息进行融合处理，以获得融合数据；对融合数据进行信息提取，以获得电子海图信息。
具体地，作为一个示例，目标船舶感知系统的感知信息包括目标船舶船端感知设备主动监测到的信息和被动接收的信息，主动监测到的信息包括周围船舶的动静信息、周围障碍物信息以及风、浪、流等环境信息，被动接收的信息包括其他船舶向目标船舶发送的数据报告，以使目标船舶及时掌握附近区域船舶的动静信息；岸基雷达系统的感知信息包括狭窄水道内船舶的动静信息和水道的环境信息，船舶的动静信息是指船舶的位置、航速、航向等动态信息和船名、呼号、吃水及危险物等船舶静态资料，水道的环境信息是指水道环境的风、浪、流等动态环境信息和障碍物、岛屿等静态环境信息。其中，船端感知设备可以为AIS设备、雷达ARPA、罗经、GPS&BDS、计程仪等，岸基雷达系统可以为空间优化部署的岸基雷达系统，空间优化部署的岸基雷达系统能够实现雷达的频率互补，从而实现狭窄水道内船舶的动静信息和水道的环境信息的全方位实时跟踪、监测，以构成全方位、全天候、层次化的探测体系，使得监测的数据更加准确，为智能船舶的安全航行提供了可靠的数据依据。
具体地，作为一个示例，对自身船舶感知系统的感知信息和岸基雷达系统的感知信息进行融合处理的步骤包括信源预处理、数据等级融合、态势估计、威胁估计和精细化处理。避免单个传感设备监测信息带来误差，实时监测船舶自身及周围环境信息，为船舶智能化航行提供保障。
步骤102、如果确定自身处于距离狭窄水道的预设范围内，则根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第一航线集合，并计算第一航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径。
具体地，作为一个实施例，根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的航线集合，包括：将电子海图分层显示，并对分层的电子海图进行三维环境网格化处理，基于网格化的电子海图采用Voronoi图法规划出目标船舶通过狭窄水道的航线集合。
具体地，作为一个实施例，计算航线的风险值，包括采用遍历的方法计算航线的风险值，计算公式如下：
Figure BDA0002498928920000091
J＝kJtime+(1-k)Jthreat
其中，J为航行路径的风险值，a为航线集合中的航线标记，b为航线中的航路段标记；Jtime为航行路径的超时风险值，Jthreat为航行路径的碰撞危险度，k为权重系数，0<k<1。综合考虑了航行路径的碰撞危险度和超时风险，为智能船舶通过狭窄水道提供了安全可行的路径。
其中，超时风险值的计算包括：
Figure BDA0002498928920000092
其中，L为航行路径的长度，V为目标船舶的航速。
步骤103、目标船舶实时获取自身船舶信息和周围碍航物信息，以计算自身船舶与周围碍航物的碰撞危险度。
具体地，作为一个实施例，计算自身船舶与周围碍航物的碰撞危险度，包括：
Jthreat＝ω1u(DCPA)+ω2u(TCPA)+ω3u(K)+ω4u(D)
Figure BDA0002498928920000093
Figure BDA0002498928920000094
其中，DCPA为最小会遇距离，TCPA为最短会遇时间，K为两船航速比，D为两船距离，u(DCPA)为关于DCPA的碰撞危险度隶属函数，u(TCPA)为关于TCPA的碰撞危险度隶属函数，u(K)为关于K的碰撞危险度隶属函数，u(D)为关于D的碰撞危险度隶属函数；ω为权重值，H为平均信息熵；p为概率，
Figure BDA0002498928920000095
步骤104、判断碰撞危险度是否超过预设的安全阀值，如果碰撞危险度超过预设的安全阀值，则根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第二航线集合，并计算第二航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径。
综上所述，本发明实施例提出的智能船舶的航线规划方法，在智能船舶通过狭窄水道的过程中航线规划以低风险值为目标来选取可通航航线，并在智能船舶与周围碍航物的碰撞危险度超过预设的安全阀值时再次进行航线规划以动态调整智能船舶通过狭窄水道的航行路径，能够为通过狭窄水道的智能船舶提供安全可行的路径，大大降低了碰撞风险，使智能船舶能够安全、顺利的通过狭窄水道。
根据本发明实施例提供的智能船舶的航线规划方法，首先目标船舶根据当前电子海图信息，判断自身是否处于距离狭窄水道的预设范围内，若处于，则根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第一航线集合，并计算第一航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径，之后目标船舶实时获取自身船舶信息及周围碍航物信息，以计算自身船舶与周围碍航物的碰撞危险度，如果碰撞危险度超过预设的安全阀值，则根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第二航线集合，并计算第二航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径，直至目标船舶顺利通过狭窄水道。因此，本发明能够为通过狭窄水道的智能船舶提供安全可行的路径，大大降低了碰撞风险，使智能船舶能够安全、顺利的通过狭窄水道，由于在智能船舶通过狭窄水道的过程中航线规划以低风险值为目标来选取可通航航线，保证了智能船舶能够非常安全的通过狭窄水道，以及根据最新数据实时判断智能船舶与周围碍航物的碰撞危险度，并在碰撞危险度超过预设的安全阀值时再次进行航线规划以动态调整目标船舶通过狭窄水道的航行路径，保证了目标船舶通过狭窄水道的过程中遇到突发情况(比如航行区域内突然出现碍航物)时的安全航行。
图2为本发明一个实施例的智能船舶的航线规划装置的结构示意图。
如图2所示，该智能船舶的航线规划装置包括：获取模块1、初始航线确定模块2和航线动态调整模块3。
其中，获取模块1，用于目标船舶实时获取电子海图信息，以及自身船舶信息和周围碍航物信息；初始航线确定模块2，用于目标船舶根据当前电子海图信息判断自身是否处于距离狭窄水道的预设范围内，并在目标船舶处于距离狭窄水道的预设范围内时，根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第一航线集合，并计算第一航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径；航线动态调整模块3，用于目标船舶根据自身船舶信息和周围碍航物信息计算自身船舶与周围碍航物的碰撞危险度，并在碰撞危险度超过预设的安全阀值时，根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第二航线集合，并计算第二航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径。
需要说明的是，本实施例提供的智能船舶的航线规划装置中各模块的具体功能、及航线规划处理流程，可参照上述实施例1提供的智能船舶的航线规划方法的详细描述，此处不再赘述。
综上所述，本发明实施例提出的智能船舶的航线规划装置，在智能船舶通过狭窄水道的过程中航线规划以低风险值为目标来选取可通航航线，并在智能船舶与周围碍航物的碰撞危险度超过预设的安全阀值时再次进行航线规划以动态调整智能船舶通过狭窄水道的航行路径，能够为通过狭窄水道的智能船舶提供安全可行的路径，大大降低了碰撞风险，使智能船舶能够安全、顺利的通过狭窄水道。
根据本发明实施例提供的智能船舶的航线规划装置，通过获取模块实时获取电子海图信息，以及目标船舶信息和目标船舶周围碍航物信息，然后通过初始航线确定模块根据当前电子海图信息判断目标船舶是否处于距离狭窄水道的预设范围内，并在目标船舶处于距离狭窄水道的预设范围内时，根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第一航线集合，并计算第一航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径，接着通过航线动态调整模块根据目标船舶信息和目标船舶周围碍航物信息计算目标船舶与周围碍航物的碰撞危险度，并在碰撞危险度超过预设的安全阀值时，根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第二航线集合，并计算第二航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径。因此，本发明能够为通过狭窄水道的智能船舶提供安全可行的路径，大大降低了碰撞风险，使智能船舶能够安全、顺利的通过狭窄水道，由于在智能船舶通过狭窄水道的过程中航线规划以低风险值为目标来选取可通航航线，保证了智能船舶能够非常安全的通过狭窄水道，以及根据最新数据实时判断智能船舶与周围碍航物的碰撞危险度，并在碰撞危险度超过预设的安全阀值时再次进行航线规划以动态调整目标船舶通过狭窄水道的航行路径，保证了目标船舶通过狭窄水道的过程中遇到突发情况(比如航行区域内突然出现碍航物)时的安全航行。
此外，本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有智能船舶的航线规划程序，该航线规划程序被处理器执行时实现如上所述的智能船舶的航线规划方法。
本发明实施例提供的计算机可读存储介质，其存储的智能船舶的航线规划程序被处理器执行时，能够为通过狭窄水道的智能船舶提供安全可行的路径，大大降低了碰撞风险，使智能船舶能够安全、顺利的通过狭窄水道，由于在智能船舶通过狭窄水道的过程中航线规划以低风险值为目标来选取可通航航线，保证了智能船舶能够非常安全的通过狭窄水道，以及根据最新数据实时判断智能船舶与周围碍航物的碰撞危险度，并在碰撞危险度超过预设的安全阀值时再次进行航线规划以动态调整目标船舶通过狭窄水道的航行路径，保证了目标船舶通过狭窄水道的过程中遇到突发情况(比如航行区域内突然出现碍航物)时的安全航行。
此外，本发明实施例还提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的智能船舶的航线规划程序，处理器执行航线规划程序时，实现如上所述的智能船舶的航线规划方法。
本发明实施例提供的计算机设备，通过处理器运行存储器存储的航线规划程序，能够为通过狭窄水道的智能船舶提供安全可行的路径，大大降低了碰撞风险，使智能船舶能够安全、顺利的通过狭窄水道，由于在智能船舶通过狭窄水道的过程中航线规划以低风险值为目标来选取可通航航线，保证了智能船舶能够非常安全的通过狭窄水道，以及根据最新数据实时判断智能船舶与周围碍航物的碰撞危险度，并在碰撞危险度超过预设的安全阀值时再次进行航线规划以动态调整目标船舶通过狭窄水道的航行路径，保证了目标船舶通过狭窄水道的过程中遇到突发情况(比如航行区域内突然出现碍航物)时的安全航行。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (9)

1.一种智能船舶的航线规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
目标船舶根据当前电子海图信息，如果确定自身处于距离狭窄水道的预设范围内，则根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第一航线集合，并计算所述第一航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径；
目标船舶实时获取自身船舶信息和周围碍航物信息，以计算自身船舶与周围碍航物的碰撞危险度，如果碰撞危险度超过预设的安全阀值，则根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第二航线集合，并计算所述第二航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径；
计算航线的风险值，包括：
采用遍历的方法计算航线的风险值，计算公式如下：
Figure FDA0004079488350000011
J＝kJtime+(1-k)Jthreat
其中，J为航行路径的风险值，a为航线集合中的航线标记，b为航线中的航路段标记；Jtime为航行路径的超时风险值，Jthreat为航行路径的碰撞危险度，k为权重系数，0＜k＜1。
2.如权利要求1所述的智能船舶的航线规划方法，其特征在于，电子海图信息的获取步骤，包括：
目标船舶获取自身船舶感知系统的感知信息和岸基雷达系统的感知信息；
对自身船舶感知系统的感知信息和岸基雷达系统的感知信息进行融合处理，以获得融合数据；
对融合数据进行信息提取，以获得电子海图信息。
3.如权利要求2所述的智能船舶的航线规划方法，其特征在于，所述自身船舶感知系统的感知信息包括AIS设备感知信息、雷达ARPA感知信息、罗经感知信息、GPS感知信息、BDS感知信息和计程仪感知信息。
4.如权利要求1所述的智能船舶的航线规划方法，其特征在于，根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的航线集合，包括：
将电子海图分层显示，并对分层的电子海图进行三维环境网格化处理，基于网格化的电子海图采用Voronoi图法规划出目标船舶通过狭窄水道的航线集合。
5.如权利要求1所述的智能船舶的航线规划方法，其特征在于，超时风险值的计算包括：
Figure FDA0004079488350000021
其中，L为航行路径的长度，V为目标船舶的航速。
6.如权利要求1所述的智能船舶的航线规划方法，其特征在于，碰撞危险度的计算包括：
Jthreat＝ω1u(DCPA)+ω2u(TCPA)+ω3u(K)+ω4u(D)
Figure FDA0004079488350000022
Figure FDA0004079488350000023
其中，DCPA为最小会遇距离，TCPA为最短会遇时间，K为两船航速比，D为两船距离，u(DCPA)为关于DCPA的碰撞危险度隶属函数，u(TCPA)为关于TCPA的碰撞危险度隶属函数，u(K)为关于K的碰撞危险度隶属函数，u(D)为关于D的碰撞危险度隶属函数；ω为权重值，H为平均信息熵；p为概率，
Figure FDA0004079488350000024
7.一种智能船舶的航线规划装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于目标船舶实时获取电子海图信息，以及自身船舶信息和周围碍航物信息；
初始航线确定模块，用于目标船舶根据当前电子海图信息判断自身是否处于距离狭窄水道的预设范围内，并在目标船舶处于距离狭窄水道的预设范围内时，根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第一航线集合，并计算第一航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径；
航线动态调整模块，用于目标船舶根据自身船舶信息和周围碍航物信息计算自身船舶与周围碍航物的碰撞危险度，并在碰撞危险度超过预设的安全阀值时，根据当前电子海图信息规划出目标船舶通过狭窄水道的第二航线集合，并计算第二航线集合中每一条航线的风险值，以使目标船舶执行风险值最小的航行路径；
其中，计算航线的风险值，包括：
采用遍历的方法计算航线的风险值，计算公式如下：
Figure FDA0004079488350000031
J＝kJtime+(1-k)Jthreat
其中，J为航行路径的风险值，a为航线集合中的航线标记，b为航线中的航路段标记；Jtime为航行路径的超时风险值，Jthreat为航行路径的碰撞危险度，k为权重系数，0＜k＜1。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有智能船舶的航线规划程序，该航线规划程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的航线规划方法。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的航线规划程序，所述处理器执行所述航线规划程序时，实现如权利要求1至6任一项所述的航线规划方法。
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