CN111561932B - 一种基于虚拟力的船舶导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟力的船舶导航方法，包括如下步骤：S1、通过虚拟力场法确定所有虚拟力的方向；S2、定性分析虚拟力的大小和定量计算虚拟力的大小；S3、通过矢量三角形合成法将已知方向和大小的所有虚拟力进行合成，得到虚拟力合力；S4、船舶按照虚拟力合力的方向进行航行。本发明的主旨在于探究虚拟力对内河船舶航行的影响，通过研究虚拟力来更好地得到推荐的船舶实时动态航向，实现更精准化、拟人化的内河船舶导航，从而为能见度不良情况下的内河船舶进行辅助导航，同时也为未来无人船舶、智能船舶安全和高效的无人驾驶奠定基础。

Description

一种基于虚拟力的船舶导航方法

技术领域

本发明涉及船舶导航技术领域，具体涉及一种基于虚拟力的船舶导航方法。

背景技术

随着经济水平的飞速发展和产业布局的进一步扩大，国内内河水路运输需求正持续快速增长。为维持这种高速且稳定的增长状态，保证内河船舶航行的安全性十分重要。精准、可靠的内河船舶导航是保障内河船舶安全航行的前提。由于越来越多的现代导航设备和日趋成熟的航运技术，内河船舶航行的安全性已经有了很大水平的提高，各种海事事故数目明显减少。但为了实现更加安全高效的发展，对内河船舶导航也提出了更高的要求。一方面，在内河航道某些能见度不良的水域，利用现有的导航技术仍很难保证安全可靠的航行；另一方面，船舶的发展趋于智能化、无人化，未来内河无人船舶如何进行“拟人化”的导航，也正成为当前研究的热点和未来内河船舶导航发展的趋势。

与传统意义上内河船舶导航主要依靠船舶驾驶人员运用电罗经、磁罗经、雷达等设备以及人工瞭望等方式了解船舶周围障碍物情况和航道情况，结合船舶驾驶人员自身的航行经验和良好船艺，对当前航行局面做出判断，进而给出推荐的船舶前进方向不同。本发明对于能见度不良或者无人船在航行时，电罗经、磁罗经、雷达等设备以及距离传感器对周围航行环境进行探测时，船舶驾驶人员不能及时对当前局面做出决策并确定推荐的船舶实时动态航向的情况，引入船舶虚拟力的概念对内河船舶导航深化理解。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种基于虚拟力的船舶导航方法，该方法能够更好地得到推荐的船舶实时动态航向，实现更精准化、拟人化的内河船舶导航，从而为能见度不良情况下的内河船舶进行辅助导航，同时也为未来无人船舶、智能船舶安全和高效的无人驾驶奠定前期的理论基础。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于虚拟力的船舶导航方法，包括如下步骤：

S1、通过虚拟力场法确定所有虚拟力的方向；

S2、定性分析虚拟力的大小和定量计算虚拟力的大小；

S3、通过矢量三角形合成法将已知方向和大小的所有虚拟力进行合成，得到虚拟力合力；

S4、船舶按照虚拟力合力的方向进行航行。

进一步地，所述步骤S1中，虚拟力场法具体包括如下：

将目标点设为中心点构造引力势场，引力的方向指向目标点，引力大小随着船舶与目标点的距离而变化，距离越大引力越大，反之则越小；

再将障碍物设为中心点构造斥力势场，斥力的方向指向与障碍物连线的反方向，斥力大小随着船舶与障碍物的距离而变化，距离越小斥力越大，反之则越小。

进一步地，所述步骤S2中，定性分析虚拟力的大小具体是将目标船与本船会遇过程分为四个阶段：

阶段一、最初没有碰撞危险阶段；

阶段二、碰撞危险形成阶段；

阶段三、紧迫局面形成阶段；

阶段四、紧迫危险形成至最后碰撞阶段。

进一步地，所述步骤S2中，定量计算虚拟力的大小分为两种情况：不考虑风和流的实际荷载的影响；考虑风和流的实际荷载的影响。

进一步地，所述步骤S2中，不考虑风和流的实际荷载的影响的情况下，定量计算目标船对本船虚拟力的大小具体包括如下：

S21、设本船O的坐标为(x₀，y₀)，航速为v₀、航向为根据几何关系得，本船的船速在x轴和y轴的分量为：

S22、设目标船T的坐标为(x_T，y_T)、航速为V_T、航向为根据几何关系得，目标船的船速在x轴和y轴的分量为：

S23、计算本船与目标船之间的距离：

目标船在x轴和y轴的相对速度如下：

两船的相对速度大小如下：

两船的船速比如下：

两船之间的距离如下：

S24、计算本船与目标船的相对方位：

以本船O为中心，目标船T的真方位如下：

其中，a₁代表目标船T的初始方位，a₁主要由(x_T-x₀)项确定正负；

目标船T与本船的的相对方位如下：

S25、目标船T与本船O的航向交角：

S26、目标船T与本船O沿当前航向航行时的会遇距离：

其中，代表两船的相对速度的航向；

S27、目标船T与本船O的会遇时间：

S28、确定目标船对本船虚拟力的大小：

参数组成的目标因素集：

U＝[D,T,R_T,θ'_T,K] (12)

目标船的评语集：

V＝[r₁,r₂] (13)

其中，r₁表示目标危险，r₂表示目标安全；

目标因素的具体权重分配：

其中，a_D+a_T+a_RT+a_θ’T+a_K＝1；

目标评判矩阵为：

其中，r_D、r_T、r_RT、r_θ’T、r_K均属于[0，1]，r_D、r_T、r_RT、r_θ’T、r_K表示目标船的危险隶属度，为目标船的各个参数对本船危险程度的大小；目标综合评判结果写为E＝A×R；

可以得出：

E满足归一化条件，目标船碰撞危险度为：

其中，e指“目标危险”的评判结果，即为目标船碰撞危险度；1-e指目标船安全度；

综上，目标船对本船虚拟力的大小为：

进一步地，考虑风和流的实际荷载的影响，具体是指：在本船上只进行虚拟力的分析和合成，把风和流的实际荷载对本船的影响转移到目标船上，使得目标船除了自身受到风和流的实际荷载影响外，还受到本船的风和流的实际荷载叠加带来的影响，即，通过风和流的实际荷载对目标船的两次影响来得到目标船的新位置，再分析目标船对本船虚拟力的大小和方向。

进一步地，所述步骤S3中，当目标船大于1艘时，将多船会遇设为多个本船与目标船会遇过程的叠加，将本船与静态障碍物会遇设为目标船速度为0的情况，将虚拟障碍物设为位于船舶在两侧航道上垂直投影点上的静态障碍物。

进一步地，所述步骤S3中，通过矢量三角形合成法将已知方向和大小的所有虚拟力进行合成，合力大小如下：

其中，F_合为本船虚拟力合力，I为障碍物总数，F_i为第i个障碍物对本船的虚拟力，F_T为船舶最终或阶段性目标驱动力，虚拟力合力的方向为各个虚拟力经矢量三角形方法合成后所得到的最终方向。

进一步地，还包括步骤S5，对步骤S3得到的虚拟力合力进行计算验证。

本发明的有益效果是：

本发明对于能见度不良或者无人船在航行时，电罗经、磁罗经、雷达等设备以及距离传感器对周围航行环境进行探测时，船舶驾驶人员不能及时对当前局面做出决策并确定推荐的船舶实时动态航向的情况，引入虚拟力的概念对内河船舶导航深化理解。提出了一种基于虚拟力的船舶导航方法，即虚拟力合成导航法，根据虚拟力场法判断虚拟力的方向，以无量纲化处理法计算虚拟力的相对大小，最后用矢量三角形合成法将所有虚拟力进行合成，从而实现基于虚拟力的内河船舶导航。其主旨在于探究虚拟力对内河船舶航行的影响，通过研究虚拟力来更好地得到推荐的船舶实时动态航向，实现更精准化、拟人化的内河船舶导航，从而为能见度不良情况下的内河船舶进行辅助导航，同时也为未来无人船舶、智能船舶安全和高效的无人驾驶奠定基础。

附图说明

图1为本发明实施例中本船及其附近障碍物分布情况示意图。

图2为本发明实施例中本船所受到的虚拟力情况示意图。

图3为本发明实施例中障碍物对本船虚拟力的大小与距离D的关系示意图。

图4为本发明实施例中本船与目标船的位置关系示意图。

图5为本发明实施例中t₀时刻本船与目标船的位置关系示意图。

图6为本发明实施例中t₁时刻本船与目标船的位置变化示意图。

图7为本发明实施例中考虑风和流情况下船B对本船的虚拟力情况示意图。

图8为本发明实施例中本船与附近典型障碍物的距离关系示意图。

图9为本发明实施例中本船所受虚拟力合成情况示意图。

具体实施方式

为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。

本实施例所述的一种基于虚拟力的船舶导航方法，包括如下步骤：

步骤S1、通过虚拟力场法确定所有虚拟力的方向。

确定所有虚拟力的方向是指在本船周围的所有障碍物，障碍物对本船虚拟力的方向确定方案采用虚拟力场法。所述虚拟力场法具体包括：将目标点(即本船要驶向的最终或阶段性目的地)设为中心点构造引力势场，引力的方向指向目标点，引力大小随着船舶与目标点的距离而变化，距离越大引力越大，反之则越小；再将障碍物设为中心点构造斥力势场，斥力的方向指向与障碍物连线的反方向，斥力大小随着船舶与障碍物的距离而变化，距离越小斥力越大，反之则越小。

图1和图2为本船及其附近障碍物分布情况及该时刻本船所受到的全部虚拟力的方向的情况。具体地，通过假定案例对本船附近障碍物进行分析，结合图2可知，FT为船舶最终或阶段性目标驱动力，FB为上行靠泊船B产生的斥力，FC为码头产生的斥力，FD为下行船D产生的斥力，FE为分隔带E的规则力，FG为浅滩G产生的斥力，FF为江心洲F产生的斥力，FS为右侧岸线产生的斥力。

步骤S2、定性分析虚拟力的大小和定量计算虚拟力的大小。

障碍物对本船虚拟力的大小：主要类比船舶间的碰撞风险或碰撞危险度，即利用两船的距离、相对角度和船速比等一些基本衡量指标，通过回归、系统学习、推理等方法来建模两船间碰撞风险，用碰撞风险值的大小来表示障碍物对本船虚拟力的大小。

(1)定性分析虚拟力的大小：

将两船会遇过程分为四个阶段：阶段一、最初没有碰撞危险阶段；阶段二、碰撞危险形成阶段；阶段三、紧迫局面形成阶段；阶段四、紧迫危险形成至最后碰撞阶段。设目标点对本船的引力为1，方向由本船指向目标点。

当两船处于阶段一时，本船驾驶人员能够通过瞭望观测到目标船，心中会留意该船的情况，此时目标船对本船存在很小的虚拟力，且随两船距离的减小而增加；

当两船处于阶段二时，目标船已经对本船构成了一定的碰撞危险，因而对本船存在一定的虚拟斥力，大小为0至1之间，但本船所受最大的虚拟力仍为目标点对船舶的引力；

当两船处于阶段三时，紧迫局面已经形成，此时本船的目标已经从到达目标点变为如何摆脱紧迫危险，因而目标点对本船的虚拟引力为0，本船只受到目标船的虚拟斥力，且此时的虚拟斥力为最大值1；

当两船处于阶段四时，无论采取何种措施都无法避免船舶碰撞，但驾驶人员仍处于尽量想避开目标船的行为中，此时本船所受到的虚拟力与阶段三一致。

其中，图3为障碍物对本船虚拟力的大小与距离D的关系示意图。

(2)定量计算虚拟力的大小：

在定量计算分析方面，碰撞危险度把会遇中目标船与本船的距离、相对角度和船速比等因素作为基本评判参数，是用来描述船舶间碰撞风险的重要依据，因此，在本船虚拟力合成导航法中，选用碰撞危险度的大小来描述两船会遇时目标船对本船虚拟力的大小。当两船碰撞危险度大时，两船的碰撞风险大，目标船对本船驾驶人员心理层面的压力也大，故目标船对本船的虚拟力就大；反之，当两船碰撞危险度小时，两船的碰撞风险小，目标船对本船驾驶人员心理层面的压力也小，故目标船对本船的虚拟力就小。

定量计算虚拟力的大小分为两种情况：不考虑风和流的实际荷载的影响；考虑风和流的实际荷载的影响。

第一种情况，不考虑风和流的实际荷载的影响的情况下，由于没有风和流的荷载造成的船舶“滞后性”，此时根据障碍物对船舶虚拟力得到实时动态航向可以直接通过船舶操舵来实现，因此在不考虑风、流情况下，船舶虚拟力合力的方向即为船舶在该局面下推荐的实时航向，基于虚拟力能准确地进行内河船舶导航决策。该第一种情况下，定量计算目标船对本船虚拟力的大小具体包括如下，如图4所示：

S21、设本船O的坐标为(x₀，y₀)，航速为v₀、航向为根据几何关系得，本船的船速在x轴和y轴的分量为：

S22、设目标船T的坐标为(x_T，y_T)、航速为V_T、航向为根据几何关系得，目标船的船速在x轴和y轴的分量为：

S23、计算本船与目标船之间的距离：

目标船在x轴和y轴的相对速度如下：

两船的相对速度大小如下：

两船的船速比如下：

两船之间的距离如下：

S24、计算本船与目标船的相对方位：

以本船O为中心，目标船T的真方位如下：

其中，a₁代表目标船T的初始方位，a₁主要由(x_T-x₀)项确定正负；

目标船T与本船的的相对方位如下：

S25、目标船T与本船O的航向交角：

S26、目标船T与本船O沿当前航向航行时的会遇距离：

其中，代表两船的相对速度的航向；

S27、目标船T与本船O的会遇时间：

S28、确定目标船对本船虚拟力的大小：

参数组成的目标因素集：

U＝[D,T,R_T,θ'_T,K] (12)

目标船的评语集：

V＝[r₁,r₂] (13)

其中，r₁表示目标危险，r₂表示目标安全；

目标因素的具体权重分配：

其中，a_D+a_T+a_RT+a_θ’T+a_K＝1；

目标评判矩阵为：

其中，r_D、r_T、r_RT、r_θ’T、r_K均属于[0，1]，r_D、r_T、r_RT、r_θ’T、r_K表示目标船的危险隶属度，为目标船的各个参数对本船危险程度的大小；目标综合评判结果写为E＝A×R；

可以得出：

E满足归一化条件，目标船碰撞危险度为：

其中，e指“目标危险”的评判结果，即为目标船碰撞危险度；1-e指目标船安全度；

综上，目标船对本船虚拟力的大小为：

上述，只是计算了目标船对本船虚拟力的大小，其他障碍物如其他船舶、码头、分隔带、浅滩、江心洲或岸线对本船虚拟力的大小也按照上述计算方法进行计算。

第二种情况，考虑风和流实际荷载的影响，风和流实际荷载对船舶的作用力可以用具体的物理量来表示，而虚拟力大小仅为可以内部比较的数字，双方属于不同的量纲、处于不同的维度，不能进行简单的合成及分解。因此，选择在本船上只进行虚拟力的分析和合成，把风和流实际荷载对本船的影响转移到目标船上。此时，目标船除自身受到风和流实际荷载的影响，还受到本船的风和流实际荷载叠加带来的影响，即，通过风和流实际荷载对目标船的两次影响，得到目标船的新位置，再来分析目标船对本船虚拟力的大小和方向。下面通过举例来说明：

假设在t₀时刻，如图5所示，本船A位于内河上行航道中航行，受到正南方向的恒定风场W和内河流场L的共同作用，本船右侧存在一目标船B，此时本船A所受的虚拟力合力F₀。经过一段很小的时间Δt后(即t₁时刻)，此时本船A在风和流(即，恒定风场W和内河流场L)的作用下发生了一定的位移X_A，目标船B也在风和流的作用下发生了一定的位移X_B，由于船A更靠近航道中央，流速更快，故船A所受到流的作用较船B更大，其位置变化如图6所示。假设本船A不动，将风和流对船A的位移X_A叠加到船B上，则B船的位移变成X_A与X_B的矢量叠加，此时船B对本船A的虚拟力即为考虑风和流作用下的虚拟力，其位置变化如图7所示。

步骤S3、通过矢量三角形合成法将已知方向和大小的所有虚拟力进行合成，得到虚拟力合力。

当目标船大于1艘时，将多船会遇看作多个本船与目标船会遇过程的叠加，本船与静态障碍物会遇看作目标船速度为0的情况，将航道边界等虚拟障碍物设为位于船舶在两侧航道上垂直投影点上的静态障碍物。在考虑风和流的影响之后，分别处理多次两船会遇情况，便得到可以进行互相比较的虚拟力大小的数字，然后用矢量三角形合成法对船舶受到的所有虚拟力进行叠加，得到虚拟力合力。

其中，计算虚拟力合力的公式如下：

其中，F_合为本船虚拟力合力，I为障碍物总数，F_i为第i个障碍物对本船的虚拟力，F_T为船舶最终或阶段性目标驱动力，虚拟力合力的方向为各个虚拟力经矢量三角形方法合成后所得的最终方向。

步骤S4、船舶按照虚拟力合力的方向进行航行。

虚拟力合力的方向即为具有实践应用价值的推荐的船舶实时动态航向，为内河船舶导航提供方向决策，虚拟力合力的大小表示推荐船舶往此方向运动趋势的强烈程度，虚拟力合力越大，表示推荐船舶往此方向运动趋势越强，虚拟力合力越小，表示推荐船舶往此方向运动趋势越弱。

步骤S5、对步骤S3得到的虚拟力合力进行计算验证。

对本船虚拟力合力的验证具体包括如下：

选取具有代表性的障碍物及航道边界等效的虚拟障碍物，设定本船与附近典型障碍物距离关系如图8所示。以不考虑风和流的实际荷载的影响的情形进行分析。假设本船以20Km/h的速度且以航道边界平行的航向在内河上行航道内航行，其目标点是目的港T(与本船的夹角为13°)，本船的船长为30m，且航行环境良好，船舶驾驶人员水平较高。船舶右后方有一艘正在驶向右岸码头C的上行靠泊船B，左前方航道另一侧有一艘下行船舶D，船舶左前方航道中央有江心洲F，右前方有一浅滩G。各障碍物的具体速度及距本船的距离和方位见表1所示。

表1各障碍物具体速度及距本船的距离和方位的信息表

对于下行船舶D，根据步骤S2所述公式及设定条件，可求得：D＝0.25Km，T＝0.00962h，R＝0.5Km，θ’＝60°，K＝1.25。根据船舶碰撞危险度的隶属函数表达式，可得到各参数的危险隶属度，分别为：r_D＝0，r_T＝0.595，r_R＝0.111，r_θ’＝0.806，r_K＝0.585。参考统计研究结果，取定各危险隶属度的权重分配因子为a_D＝0.36，a_T＝0.32，a_R＝0.14，a_θ’＝0.10，a_K＝0.08。对各参数的危险隶属度进行加权求和，最终可得到下行船舶D对本船的船舶碰撞危险度e＝0.333，即下行船舶D对本船的虚拟力F_D＝0.333。同理可得到上行靠泊船B、码头C、江心洲F、浅滩G以及虚拟障碍物E和S对本船的虚拟力大小分别为：F_B＝0.412，F_C＝0.114，F_F＝0.043，F_G＝0.041，F_E＝0.216，F_S＝0.102。

此时本船的虚拟力合力F_A＝F_T+F_B+F_C+F_D+F_F+F_G+F_E+F_S。

通过矢量分解求得F_xA＝0.670；F_yA＝-0.237。

可以求得虚拟合力大小F_合＝0.711，与x轴的夹角约为19.5°，本船A所受虚拟力及最终虚拟合力情况如图9所示。

因此，在不考虑风和流的实际荷载情况下，本船A在面对图8情况时的推荐的实时动态航向应为109.5°，此结果符合内河航行实践及驾驶人员的实际认知。验证结果表明：(1)使用碰撞危险度的方法来无量纲化处理虚拟力的大小是合理的、可行的；(2)通过本船虚拟力合成导航法能够根据当前障碍物情况计算出每个障碍物对本船的虚拟力，并通过矢量三角形合成的方法求得虚拟力合力的大小和方向，该合力的方向为推荐的船舶实时动态航向，合力的大小为船舶往该航行运动趋势的强烈程度，为内河船舶导航提供方向决策。

在此验证中，若要考虑风和流的实际荷载的影响，则按照本实施例中对考虑风和流的实际荷载时的情况先计算叠加风和流的荷载后各障碍物的位置，再计算各个障碍物对本船的虚拟力并进行矢量合成即可，此时虚拟力合力的方向为推荐的船舶实时动态航向。

以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于虚拟力的船舶导航方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、通过虚拟力场法确定所有虚拟力的方向；

S2、定性分析虚拟力的大小和定量计算虚拟力的大小；

定性分析虚拟力的大小具体是将目标船与本船会遇过程分为四个阶段：阶段一、最初没有碰撞危险阶段；阶段二、碰撞危险形成阶段；阶段三、紧迫局面形成阶段；阶段四、紧迫危险形成至最后碰撞阶段；设目标点对本船的引力为1，方向由本船指向目标点；

当两船处于阶段一时，本船驾驶人员能够通过瞭望观测到目标船，心中会留意该船的情况，此时目标船对本船存在很小的虚拟力，且随两船距离的减小而增加；

当两船处于阶段二时，目标船已经对本船构成了一定的碰撞危险，因而对本船存在一定的虚拟斥力，大小为0至1之间，但本船所受最大的虚拟力仍为目标点对船舶的引力；

当两船处于阶段三时，紧迫局面已经形成，此时本船的目标已经从到达目标点变为如何摆脱紧迫危险，因而目标点对本船的虚拟引力为0，本船只受到目标船的虚拟斥力，且此时的虚拟斥力为最大值1；

当两船处于阶段四时，无论采取何种措施都无法避免船舶碰撞，但驾驶人员仍处于尽量想避开目标船的行为中，此时本船所受到的虚拟力与阶段三一致；

定量计算虚拟力的大小分为两种情况：不考虑风和流的实际荷载的影响；考虑风和流的实际荷载的影响；

不考虑风和流的实际荷载的影响的情况下，定量计算目标船对本船虚拟力的大小具体包括如下：

S21、设本船O的坐标为(x₀，y₀)，航速为v₀、航向为根据几何关系得，本船的船速在x轴和y轴的分量为：

S22、设目标船T的坐标为(x_T，y_T)、航速为V_T、航向为根据几何关系得，目标船的船速在x轴和y轴的分量为：

S23、计算本船与目标船之间的距离：

目标船在x轴和y轴的相对速度如下：

两船的相对速度大小如下：

两船的船速比如下：

两船之间的距离如下：

S24、计算本船与目标船的相对方位：

以本船O为中心，目标船T的真方位如下：

其中，a₁代表目标船T的初始方位，a₁由(x_T-x₀)项确定正负；

目标船T与本船的相对方位如下：

S25、目标船T与本船O的航向交角：

S26、目标船T与本船O沿当前航向航行时的会遇距离：

其中，代表两船的相对速度的航向；

S27、目标船T与本船O的会遇时间：

S28、确定目标船对本船虚拟力的大小：

参数组成的目标因素集：

U＝[D,T,R_T,θ'_T,K] (12)

目标船的评语集：

V＝[r₁,r₂] (13)

其中，r₁表示目标危险，r₂表示目标安全；

目标因素的具体权重分配：

其中，a_D+a_T+a_RT+a_θ’T+a_K＝1；

目标评判矩阵为：

其中，r_D、r_T、r_RT、r_θ’T、r_K均属于[0，1]，r_D、r_T、r_RT、r_θ’T、r_K表示目标船的危险隶属度，为目标船的各个参数对本船危险程度的大小；目标综合评判结果写为E＝A×R；

得出：

E满足归一化条件，目标船碰撞危险度为：

其中，e指“目标危险”的评判结果，即为目标船碰撞危险度；1-e指目标船安全度；

综上，目标船对本船虚拟力的大小为：

考虑风和流的实际荷载的影响，具体是指：在本船上只进行虚拟力的分析和合成，把风和流的实际荷载对本船的影响转移到目标船上，使得目标船除了自身受到风和流的实际荷载影响外，还受到本船的风和流的实际荷载叠加带来的影响，即，通过风和流的实际荷载对目标船的两次影响来得到目标船的新位置，再分析目标船对本船虚拟力的大小和方向；

S3、通过矢量三角形合成法将已知方向和大小的所有虚拟力进行合成，得到虚拟力合力；

当目标船大于1艘时，将多船会遇设为多个本船与目标船会遇过程的叠加，将本船与静态障碍物会遇设为目标船速度为0的情况，将虚拟障碍物设为位于船舶在两侧航道上垂直投影点上的静态障碍物；

通过矢量三角形合成法将已知方向和大小的所有虚拟力进行合成，合力大小如下：

其中，F_合为本船虚拟力合力，I为障碍物总数，F_i为第i个障碍物对本船的虚拟力，F_T为船舶最终或阶段性目标驱动力，虚拟力合力的方向为各个虚拟力经矢量三角形方法合成后所得到的最终方向；

S4、船舶按照虚拟力合力的方向进行航行。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟力的船舶导航方法，其特征在于，所述步骤S1中，虚拟力场法具体包括如下：

将目标点设为中心点构造引力势场，引力的方向指向目标点，引力大小随着船舶与目标点的距离而变化，距离越大引力越大，反之则越小；

再将障碍物设为中心点构造斥力势场，斥力的方向指向与障碍物连线的反方向，斥力大小随着船舶与障碍物的距离而变化，距离越小斥力越大，反之则越小。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟力的船舶导航方法，其特征在于，还包括步骤S5，对步骤S3得到的虚拟力合力进行计算验证。