CN111736595B

CN111736595B - 一种船舶行驶轨迹的控制方法、系统、装置和存储介质

Info

Publication number: CN111736595B
Application number: CN202010428642.7A
Authority: CN
Inventors: 李诗杰; 董智霖; 刘佳仑; 马枫
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2022-04-22
Anticipated expiration: 2040-05-20
Also published as: CN111736595A

Abstract

本发明公开了一种船舶行驶轨迹的控制方法、系统、装置和存储介质，所述方法包括以下步骤：获取船舶信息和环境信息，所述船舶信息包括船舶实时位置信息和船舶目标位置信息；根据所述环境信息、所述船舶实时位置信息和所述船舶目标位置信息预测目标行驶路径；获取船舶实时行驶路径；分析所述目标行驶路径与所述实时行驶路径的偏离数据；根据所述偏离数据控制所述船舶行驶轨迹。本发明无需地面站工作人员人为的对船舶行驶数据进行分析，提高船舶行驶数据处理的时效性和准确性，以在一定程度上提高船舶行驶的安全性。本发明可广泛应用于船舶监控技术领域。

Description

一种船舶行驶轨迹的控制方法、系统、装置和存储介质

技术领域

本发明涉及船舶监控技术领域，尤其是一种船舶行驶轨迹的控制方法、系统、装置和存储介质。

背景技术

随着传感技术、通讯技术和大数据技术等技术的不断进步，智能船舶编队的诞生和应用成为了可能，智能船舶编队可以分担道路交通的压力，相对减少环境和噪声污染，而且可以提高运输效率，是未来航运业发展的重要方向。智能船舶编队的远程监控系统利用无线网络将编队的信息与地面站有效地连接起来，地面站工作人员对智能船舶编队进行远程观察和远程控制指挥，维护和管理各种传感器数据，然后通过观察分析编队反馈的数据后，向船舶发出控制命令，使得编队能够安全行驶。但是，人为的数据分析结果容易与实际情况存在误差，且时效性较低，不利于船舶安全行驶。

发明内容

为了能在一定程度上解决上述技术问题之一，本发明的目的在于：提供一种船舶行驶轨迹的控制方法、系统、装置和存储介质，其能提高数据处理的失效性和准确性。

第一方面，本发明实施例提供了：

一种船舶行驶轨迹的控制方法，包括以下步骤：

获取船舶信息和环境信息，所述船舶信息包括船舶实时位置信息和船舶目标位置信息；

根据所述环境信息、所述船舶实时位置信息和所述船舶目标位置信息预测目标行驶路径；

获取船舶实时行驶路径；

分析所述目标行驶路径与所述实时行驶路径的偏离数据；

根据所述偏离数据控制所述船舶行驶轨迹。

进一步地，所述根据所述环境信息、所述船舶实时位置信息和所述船舶目标位置信息预测目标行驶路径，包括：

根据所述船舶实时位置信息和所述船舶目标位置信息确定船舶行驶区域；

根据所述环境信息在所述船舶行驶区域内预测目标行驶路径。

进一步地，所述根据所述环境信息在所述船舶行驶区域内预测目标行驶路径，其具体为：

根据所述环境信息在所述船舶行驶区域内通过RRT算法和路径压缩算法预测目标行驶路径。

进一步地，所述根据所述环境信息在所述船舶行驶区域内预测目标行驶路径，还包括：

对所述目标行驶路径进行光滑处理。

进一步地，所述分析所述目标行驶路径与所述实时行驶路径的偏离数据，包括：

获取偏离数据阈值；

计算所述目标行驶路径与所述实时行驶路径的实时偏离数据；

比较所述实时偏离数据与所述偏离数据阈值的大小关系。

进一步地，所述根据所述偏离数据控制所述船舶行驶轨迹，其具体为：

当所述大小关系为所述实时偏离数据大于所述偏离数据阈值，调整所述船舶行驶轨迹。

进一步地，还包括以下步骤：

间隔预设时间段获取所述实时行驶路径的位置坐标；

根据所述位置坐标更新所述目标行驶路径。

第二方面，本发明实施例提供了：

一种船舶行驶轨迹的控制系统，包括：

第一获取模块，用于获取船舶信息和环境信息，所述船舶信息包括船舶实时位置信息和船舶目标位置信息；

预测模块，用于根据所述环境信息、所述船舶实时位置信息和所述船舶目标位置信息预测目标行驶路径；

第二获取模块，用于获取船舶实时行驶路径；

分析模块，用于分析所述目标行驶路径与所述实时行驶路径的偏离数据；

控制模块，用于根据所述偏离数据控制所述船舶行驶轨迹。

第三方面，本发明实施例提供了：

一种船舶行驶轨迹的控制装置，包括：

至少一个存储器，用于存储程序；

至少一个处理器，用于加载所述程序以执行所述的船舶行驶轨迹的控制方法。

第四方面，本发明实施例提供了：

一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现所述的船舶行驶轨迹的控制方法。

本发明实施例的有益效果是：本发明实施例通过根据获取的环境信息、船舶实时位置信息和船舶目标位置信息预测得到目标行驶路径，接着获取船舶实时行驶路径，并分析目标行驶路径与实时行驶路径的偏离数据，根据偏离数据控制所述船舶行驶轨迹，从而无需地面站工作人员人为的对船舶行驶数据进行分析，提高船舶行驶数据处理的时效性和准确性，以在一定程度上提高船舶行驶的安全性。

附图说明

图1为本发明一种具体实施例的船舶行驶轨迹的控制方法的流程图；

图2为一种具体实施例的船舶行驶轨迹示意图；

图3为本发明一种具体实施例的船舶行驶轨迹示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解,“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

首先，对本申请出现的名词进行解释：

RRT：Rapidly exploring random tree，快速扩展随机树，通过对状态空间中采样点进行碰撞检测，从而寻找到一条从起始点到目标点的规划路径。

路径压缩算法：对RRT算法生成的路径中的点进行碰撞检测，保留使路径长度更短的点，并去除冗余点。

参照图1，本发明实施例提供了一种船舶行驶轨迹的控制方法，本发明实施例可以应用于终端对应的控制器中，也可应用于服务器中。终端可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机等，但并不局限于此。服务器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、CDN、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。该服务器或者控制器分别与船舶终端设备和地面终端设备通信

本实施例包括步骤S11-S15：

S11、获取船舶信息和环境信息。

其中，船舶信息包括船舶实时位置信息、船舶目标位置信息和船舶自身的性能数据。性能数据又包括性能标准数据和性能变化数据。船舶的实时位置信息可以通过船舶上的GPS模块进行定位获取。船舶目标位置信息可以是终端设备上传的终点目标数据。实时位置信息和目标位置数据均是通过坐标表示，该坐标可以是经纬度信息。

环境信息包括水深数据、水域宽度数据、行驶区域的风速和风向以及障碍物的位置信息。环境信息可以是通过分析船舶上的图像数据采集设备采集得到的数据进行分析后得到，也可以是从其他终端、服务器中直接获取。

S12、根据环境信息和船舶信息预测目标行驶路径；在一些实施例中，根据环境信息和船舶信息可以预测到多条待选路径，接着从该多条待选路径中选取一条作为当前船舶行驶过程中的目标行驶路径。

在一些实施例中，步骤S12可以通过以下步骤实现：

根据船舶实时位置信息和船舶目标位置信息确定船舶行驶区域；该船舶行驶区域是以船舶实时位置信息为起点，以船舶目标位置信息为终点所确定的一个船舶能够行驶的水域。该船舶区域会随着船舶实时位置信息的变化而变化。

根据环境信息在船舶行驶区域内预测目标行驶路径。

本实施例通过先确定船舶行驶区域后，再根据环境信息在该船舶行驶区域内预测目标行驶路径，降低控制器的处理工作量，提高目标行驶路径预测结果的准确性。

在一些实施例中，根据环境信息在船舶行驶区域内预测目标行驶路径这一步骤，其具体处理过程为：

根据环境信息在船舶行驶区域内采用RRT算法和路径压缩算法预测目标行驶路径。

本实施例具体采用RRT算法根据环境信息在船舶行驶区域内得到路径，再经过路径压缩算法得到最优路径，即目标行驶路径。

具体地，利用RRT算法和路径压缩算法得到的路径实则为坐标点，将这些点用直线连接成路径时，通常会存在小范围内的曲折现象，为了使得路径能够满足船舶编队在运动时的稳定性和安全性要求，需要对规划出来的路径进行光滑处理。

在一些实施例中，可采用B样条曲线对规划出来的路径进行光滑处理。由于B样条在处理路径光滑时能够不改变整个路径形状而进行局部调整，同利用B样条这一特性，以对算法所规划出来的路径进行插值拟合，从而达到光滑路径的目的。在得到这条最优路径后，通过向船舶终端发送控制指令，使船舶编队行驶在该最优路径上。接着执行步骤S13。

S13、获取船舶实时行驶路径；即获取船舶在行驶过程中的实时位置坐标。

S14、分析目标行驶路径与实时行驶路径的偏离数据；即分析实时行驶路径与目标行驶路径的差异。

在一些实施例中，分析所述目标行驶路径与所述实时行驶路径的偏离数据这一步骤，可通过以下步骤实现：

获取偏离数据阈值；该偏离数据阈值可以是根据船舶安全行驶要求进行设置的一个距离界限值。也可以是根据历史行驶数据分析后设置的一个距离界限值。船舶在不同位置上与目标行驶路径的偏离数据阈值可以是不相同，也可以是相同。当某个位置存在障碍物时，为确保船舶行驶过程中的安全性，可将偏离数据阈值设置为小数值。当船舶行驶不存在障碍物的海域时，该偏离数据阈值可设置为相同的数据。

计算目标行驶路径与实时行驶路径的实时偏离数据；该实时偏离数据是指船舶实时位置坐标点到目标行驶路径上的垂直距离。

比较实时偏离数据与偏离数据阈值的大小关系。该大小关系包括实时偏离数据大于偏离数据阈值、实时偏离数据小于偏离数据阈值和实时偏离数据等于偏离数据阈值。

本实施例通过比较计算得到的实时偏离数据与获取到的偏离数据阈值的大小关系，为后续的船舶行驶控制过程提供相对准确的参考数据。

S15、根据偏离数据控制船舶行驶轨迹。

具体地，当大小关系为实时偏离数据大于偏离数据阈值，调整船舶行驶轨迹。当大小关系为实时偏离数据小于或者等于偏离数据阈值，则控制船舶按照当前实时行驶轨迹行驶。

此外，在一些实施例中，上述实施例还包括以下步骤：

间隔预设时间段获取实时行驶路径的位置坐标；预设时间段可以设置为3分钟、5分钟或者7分钟等。本步骤中的位置坐标是船舶行驶过程中的实时位置坐标。

根据位置坐标更新目标行驶路径。

具体地，在船舶编队航行时，可能会出现因避碰操作而导致偏离目标行驶路径的行为。如图2所示，船舶编队按照规划路径220本应从一号点231，直接航行至二号点232，因为避碰操作或其他因素，船舶编队被迫航行至三号点233，此时，若按照路径规划的要求，即从上一规划点航行至下一规划点，船舶依旧要航行至三号点233、从而产生冗余路径210，使得船舶行驶过程中需要花费一定时间行驶通过冗余路径，导致行驶时间加长。

为了避免产生冗余路径，在船舶行驶过程中，通过设置两个条件，以更好的控制船舶行驶轨迹：

第一、对最优路径所在的航道进行取样。该航道的所在坐标面积为限制区，一旦船舶编队的位置坐标离开这个限制区，则系统取末尾船坐标重新进行路径规划。

第二、每隔5分钟重新采集船舶编队的末尾船舶的位置坐标，以根据该位置坐标重新进行路径规划。

通过上述条件设置后，再次控制船舶行驶时，如图3所示，船舶编队原本应按照规划路径320行驶，但是，行驶到一号点331附近时，因为避碰操作或者其他因素，直接行驶到了二号点332，因此，为了避免产生冗余数据，则直接控制船舶延新规划路径310行驶至终点。

综上所述，上述实施例通过根据获取的环境信息、船舶实时位置信息和船舶目标位置信息预测得到目标行驶路径，接着获取船舶实时行驶路径，并分析目标行驶路径与实时行驶路径的偏离数据，根据偏离数据控制所述船舶行驶轨迹，从而无需地面站工作人员人为的对船舶行驶数据进行分析，提高船舶行驶数据处理的时效性和准确性，以在一定程度上提高船舶行驶的安全性。

本发明实施例提供了一种与图1方法相对应的船舶行驶轨迹的控制系统，包括：

第二获取模块，用于获取船舶实时行驶路径；

控制模块，用于根据所述偏离数据控制所述船舶行驶轨迹。

本发明方法实施例的内容均适用于本系统实施例，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法达到的有益效果也相同。

本发明实施例提供了一种船舶行驶轨迹的控制装置，包括：

至少一个存储器，用于存储程序；

本发明方法实施例的内容均适用于本装置实施例，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法达到的有益效果也相同。

此外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现所述的船舶行驶轨迹的控制方法。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种船舶行驶轨迹的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取船舶实时行驶路径；

分析所述目标行驶路径与所述实时行驶路径的偏离数据；

根据所述偏离数据控制所述船舶行驶轨迹；

对所述目标行驶路径所在的航道进行取样，所述航道的所在坐标面积为限制区；

间隔预设时间段获取所述实时行驶路径的位置坐标；

若船舶的位置坐标离开所述限制区，根据所述位置坐标更新所述目标行驶路径；

其中，所述分析所述目标行驶路径与所述实时行驶路径的偏离数据，包括：

获取偏离数据阈值；

计算所述目标行驶路径与所述实时行驶路径的实时偏离数据，其中，所述实时偏离数据为船舶实时位置坐标点到所述目标行驶路径上的垂直距离；

比较所述实时偏离数据与所述偏离数据阈值的大小关系；

其中，所述根据所述偏离数据控制所述船舶行驶轨迹，其具体为：

当所述大小关系为所述实时偏离数据大于所述偏离数据阈值，调整所述船舶行驶轨迹；

当所述大小关系为所述实时偏离数据小于或者等于所述偏离数据阈值，则控制船舶按照当前实时行驶轨迹行驶。

2.根据权利要求1所述的一种船舶行驶轨迹的控制方法，其特征在于，所述根据所述环境信息、所述船舶实时位置信息和所述船舶目标位置信息预测目标行驶路径，包括：

3.根据权利要求2所述的一种船舶行驶轨迹的控制方法，其特征在于，所述根据所述环境信息在所述船舶行驶区域内预测目标行驶路径，其具体为：

4.根据权利要求2或3所述的一种船舶行驶轨迹的控制方法，其特征在于，所述根据所述环境信息在所述船舶行驶区域内预测目标行驶路径，还包括：

对所述目标行驶路径进行光滑处理。

5.一种船舶行驶轨迹的控制系统，其特征在于，包括：

第二获取模块，用于获取船舶实时行驶路径；

控制模块，用于根据所述偏离数据控制所述船舶行驶轨迹；

取样模块，用于对所述目标行驶路径所在的航道进行取样，所述航道的所在坐标面积为限制区；

定时模块，用于间隔预设时间段获取所述实时行驶路径的位置坐标；

更新模块，用于在船舶的位置坐标离开所述限制区的情况下，根据所述位置坐标更新所述目标行驶路径；

获取偏离数据阈值；

比较所述实时偏离数据与所述偏离数据阈值的大小关系；

6.一种船舶行驶轨迹的控制装置，其特征在于，包括：

至少一个存储器，用于存储程序；

至少一个处理器，用于加载所述程序以执行如权利要求1-4任一项所述的船舶行驶轨迹的控制方法。

7.一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，其特征在于，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现如权利要求1-4任一项所述的船舶行驶轨迹的控制方法。