CN112085969A

CN112085969A - 一种本船安全航向区间的确定方法及相关系统

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Publication number: CN112085969A
Application number: CN202010923349.8A
Authority: CN
Inventors: 谌兴良; 徐雪峰; 王琳琳; 赵光; 袁川; 丁龙; 李兆斌; 孙寒冰; 但杨文; 杜亚震
Original assignee: 707th Research Institute of CSIC Jiujiang Branch
Current assignee: 707th Research Institute of CSIC Jiujiang Branch
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2020-12-15

Abstract

本发明公开了一种本船安全航向区间的确定方法及相关系统，根据最小安全会遇距离DCPA_S和目标船舶的当前方位，获得临界安全避让的相对运动速度矢量；计算本船满足|DCPA|≥DCPA_S条件的航向区间；求取本船安全航向范围内的任一航向值C″_o，将上述计算所得的本船安全航向范围表示成区间的形式；当处于多船会遇的局面时，计算出本船针对每个目标的安全航向区间，将所有的所述安全航向区间的交集作为本船避碰多船的安全航向区间，选取使转向幅度最小的安全航向作为转向避碰的新航向。使得本船安全航向由一个定值拓展到一个或两个区间段，避碰幅度选择的余地更大，灵活性更高；同时由于是基于当前避碰形势，该方法解算出来的结果具有实时性好、有效性高、灵活性好的优点。

Description

一种本船安全航向区间的确定方法及相关系统

技术领域

本发明涉及船舶航行技术领域，特别涉及一种本船安全航向区间的确定方法及相关系统。

背景技术

船舶机动航行时,通常采用变向的方式避让目标，而确定避让幅度的理论依据对避碰行动的有效性至关重要。在很多文献中，把转向避让的幅度限定在某一定值上，例如“右转30度”、“左转40度”，这种避碰方案的缺点一方面表现在转向幅度大小缺少现场依据，即幅度大小的确定并非依据当前条件下我船与目标船的运动要素确定的，而是事先规定的，有效性很难保证；另一方面，由于能见度、船员注意力等因素的影响，常常会错过最佳避让时机或最晚施舵点，这时根据当前状态尽量及时准确的估算本船的安全航向区间就显得尤为重要。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种本船安全航向区间的确定方法及相关系统。

第一方面，本发明实施例提供一种本船安全航向区间的确定方法，包括：

根据最小安全会遇距离DCPA_S和目标船舶的当前方位，获得临界安全避让的相对运动速度矢量；

计算本船满足|DCPA|≥DCPA_S条件的航向区间；所述DCPA为安全会遇距离；

求取本船安全航向范围内的任一航向值C″_o，将上述计算所得的本船安全航向范围表示成区间的形式；

当处于多船会遇的局面时，计算出本船针对每个目标的安全航向区间，将所有的所述安全航向区间的交集作为本船避碰多船的安全航向区间。

在一个实施例中，根据最小安全会遇距离DCPA_S和目标船舶的当前方位，获得临界安全避让的相对运动速度矢量，包括：

(1)式中，V_o表示本船速度；V_t表示目标船速度；C_t表示目标船航向；C’_r表示转向后的相对运动航向。

在一个实施例中，计算本船满足|DCPA|≥DCPA_S条件的航向区间，包括：

(2)式中，C’_o表示安全航向范围内的任一航向；V_o表示本船速度；V_t表示目标船速度；V’_r表示转向后相对速度；C’_r表示转向后的相对运动航向。

在一个实施例中，求取本船安全航向范围内的任一航向值C″_o，将上述计算所得的本船安全航向范围表示成区间的形式，包括：

第二方面，本发明实施例提供一种本船安全航向区间的确定系统，包括：

获得模块，用于根据最小安全会遇距离DCPA_S和目标船舶的当前方位，获得临界安全避让的相对运动速度矢量；

计算模块，用于计算本船满足DCPA≥DCPA_S条件的航向区间；所述DCPA为安全会遇距离；

表示模块，用于求取本船安全航向范围内的任一航向值C″_o，将上述计算所得的本船安全航向范围表示成区间的形式；

确定模块，用于当处于多船会遇的局面时，计算出本船针对每个目标的安全航向区间，将所有的所述安全航向区间的交集作为本船避碰多船的安全航向区间。

在一个实施例中，所述获得模块，包括：

在一个实施例中，所述计算模块，包括：

在一个实施例中，所述表示模块，包括：

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的一种本船安全航向区间的确定方法，该方法从避碰几何的原理出发，在总结水下避碰的固有特点的基础上，摒弃水面避碰的基于规则的惯用方法，建立了符合水下避碰实际的基于避碰几何的本船安全航向区间的估算模型，为水下自动避碰决策提供可靠的算法依据。本船安全航向由一个定值拓展到一个或两个区间段，避碰幅度选择的余地更大，灵活性更高；同时由于是基于当前避碰形势，该方法解算出来的结果具有实时性好、有效性高、灵活性好的优点。能够在一定程度上解决水下避碰问题，对以后的水下避碰研究具有重要的参考价值。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的本船安全航向区间的确定方法的流程图；

图2为本船和目标船临界会遇情形示意图；

图3为V_t＞V₀时的速度矢量三角形；

图4为V_t＜V₀时的速度矢量三角形；

图5为软件计算流程图；

图6为本发明实施例提供的本船安全航向区间的确定系统框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开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透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1所示，本发明实施例提供的本船安全航向区间的确定方法，包括下述步骤：

S100、根据最小安全会遇距离DCPA_S和目标船舶的当前方位，获得临界安全避让的相对运动速度矢量；

S200、计算本船满足|DCPA|≥DCPA_S条件的航向区间；所述DCPA为安全会遇距离；

S300、求取本船安全航向范围内的任一航向值C″_o，将上述计算所得的本船安全航向范围表示成区间的形式；

S400、当处于多船会遇的局面时，计算出本船针对每个目标的安全航向区间，将所有的所述安全航向区间的交集作为本船避碰多船的安全航向区间。

下面分别对上述各个步骤进行详细的说明。

1)根据最小安全会遇距离DCPA_S和目标的当前方位求出临界安全避让的相对运动速度矢量。根据临界会遇情形，结合图2-4分析，推导出本船与目标船临界相对运动速度的计算公式：

其中如图2所示，O表示本船，T表示目标船；C’_r1，C’_r2分别为临界会遇时相对运动航向可能取到的值。

2)如图3所示，C″_r1，C″_r2分别表示相对运动航向的极限值；弧线段ab、cd表示本船安全航向区间；a、b、c、d所在的圆周为本船转向后速度矢量的轨迹。

计算本船满足|DCPA|≥DCPA_S条件的安全航向区间。根据推导的公式：

(2)式中，如图4所示，C’_o表示安全航向范围内的任一航向；V_o表示本船速度；V_t表示目标船速度；V’_r表示转向后相对速度；C’_r表示转向后的相对运动航向。

计算出本船的安全航向区间边界值C′_o1、C′_o2。该计算过程将编制成软件，经过计算机自动解算输出安全航向区间边界值。软件计算流程如图5所示：

根据最小安全会遇距离DCPA_S计算本船临界安全航向值C’_o的流程：

a)根据DCPA_S计算恰好安全避让的本船临界相对航向值C’_r；

b)判断本船速度V_o与目标船速度V_t的关系；

c)若V_o≥V_t，则C’_r应有两个值，将这个两个值分别代入公式(2)计算对应的C’_o值；

d)若V_o＜V_t，计算确定符合条件的C’_r个数及值，并分别代入公式(2)计算对应的C’_o值。

3)求取本船安全航向范围内的任一航向值C′_o′，用于将以上计算所得的本船安全航向范围表示成区间的形式。当V_o＜V_t时定义|DCPA|为最大值时所对应的本船安全航向的取值为C″_o点，求解公式如下：

(3)式中，C″_o表示DCPA为最大值时所对应的本船安全航向的取值；C″_tr表示表示|DCPA|为最大值时转向后目标船的相对运动航向；C″_r表示|DCPA|为最大值时转向后的相对运动航向；C’_o1表示本船的安全航向区间的一个边界值。

设区间的表示形式为[low,high]，可以按照下面的方法判断：

a)如果C′_o2＜C″_o＜C′_o1或者C′_o1＜C″_o＜C′_o2则：

low＝min{C′_o1,C′_o2},high＝max{C′_o1,C′_o2}

其中，C’_o1，C’_o2分别为本船安全航向区间的边界值。

b)其他情况下：

low＝max{C′_o1,C′_o2},high＝min{C′_o1,C′_o2}

4)当处于多船会遇的局面时，可以根据以上的算法，计算出本船针对每个目标的安全航向区间，然后求出这些区间的交集作为本船避碰多船的安全航向区间，取使转向幅度最小的安全航向作为转向避碰的新航向。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种本船安全航向区间的确定系统，由于该系统所解决问题的原理与前述本船安全航向区间的确定方法相似，因此该系统的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。

本发明实施例提供的一种本船安全航向区间的确定系统，如图6所示，包括：

获得模块61，用于根据最小安全会遇距离DCPA_S和目标船舶的当前方位，获得临界安全避让的相对运动速度矢量；

计算模块62，用于计算本船满足|DCPA|≥DCPA_S条件的航向区间；所述DCPA为安全会遇距离；

表示模块63，用于求取本船安全航向范围内的任一航向值C″_o，将上述计算所得的本船安全航向范围表示成区间的形式；

确定模块64，用于当处于多船会遇的局面时，计算出本船针对每个目标的安全航向区间，将所有的所述安全航向区间的交集作为本船避碰多船的安全航向区间。

在一个实施例中，所述获得模块61，包括：

在一个实施例中，所述计算模块62，包括：

(2)式中，如图4所示C’_o表示安全航向范围内的任一航向；V_o表示本船速度；V_t表示目标船速度；V’_r表示转向后相对速度；C’_r表示转向后的相对运动航向。

在一个实施例中，所述表示模块63，包括：

本发明实施例提供的一种本船安全航向区间的确定系统，可应用于水下自动避碰决策系统，本发明实施例从避碰几何的原理出发，根据当前本船与目标船的运动要素，由最小安全会遇距离确定本船安全航向区间，为避碰方案的制定提供理论依据和计算方法，具有重要参考价值。

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和光学存储器等)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。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动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，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种本船安全航向区间的确定方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种本船安全航向区间的确定方法，其特征在于，根据最小安全会遇距离DCPA_S和目标船舶的当前方位，获得临界安全避让的相对运动速度矢量，包括：

3.如权利要求2所述的一种本船安全航向区间的确定方法，其特征在于，计算本船满足|DCPA|≥DCPA_S条件的航向区间，包括：

4.如权利要求3所述的一种本船安全航向区间的确定方法，其特征在于，求取本船安全航向范围内的任一航向值C″_o，将上述计算所得的本船安全航向范围表示成区间的形式，包括：

5.一种本船安全航向区间的确定系统，其特征在于，包括：

计算模块，用于计算本船满足|DCPA|≥DCPA_S条件的航向区间；所述DCPA为安全会遇距离；

6.如权利要求5所述的一种本船安全航向区间的确定系统，其特征在于，所述获得模块，包括：

7.如权利要求6所述的一种本船安全航向区间的确定系统，其特征在于，所述计算模块，包括：

8.如权利要求7所述的一种本船安全航向区间的确定系统，其特征在于，所述表示模块，包括：