CN113485322B - 船舶航迹规划方法、终端设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请适用于船舶控制技术领域，提供了一种船舶航迹规划方法、终端设备及计算机可读存储介质，包括：获取所述第一船舶的第一航行数据、以及在所述第一船舶的监测范围内的第二船舶的第二航行数据；根据所述第一航行数据和所述第二航行数据确定所述第二船舶与所述第一船舶的会遇类型；将与所述第一船舶的会遇类型相同的所述第二船舶划分到相同的目标组；根据与所述会遇类型相匹配的航行约束模型确定所述第一船舶相对于所述目标组的目标约束条件；根据确定出的所述目标约束条件规划所述第一船舶的航迹。通过上述方法，可以有效指导不同会遇场景下船舶的避碰过程，提高了船舶航行的安全性。

Description

船舶航迹规划方法、终端设备及计算机可读存储介质

技术领域

本申请属于船舶控制技术领域，尤其涉及一种船舶航迹规划方法、终端设备及计算机可读存储介质。

背景技术

避碰系统是船舶航行的安全保证。船舶的避碰过程是指，在己船和他船存在碰撞危险时，己船实时规划自身的速度和航向，以生成避开障碍、躲避碰撞危险的航行路径的过程。

现有技术中，通常是基于国际海上避碰规则(International Regulations forPreventing Collisions at Sea，COLREGS)指导船舶航行中的避碰过程。COLREGS是为防止、避免海上船舶之间的碰撞，由国际海事组织制订的海上交通规则。但是，COLREGS针对的是简单会遇场景。当遇到复杂会遇场景时，COLREGS无法有效指导船舶避碰，降低了船舶航行的安全性。

发明内容

本申请实施例提供了一种船舶航迹规划方法、终端设备及计算机可读存储介质，可以有效指导不同会遇场景下船舶的避碰过程，提高了船舶航行的安全性。

第一方面，本申请实施例提供了一种船舶航迹规划方法，应用于第一船舶，所述方法包括：

获取所述第一船舶的第一航行数据、以及在所述第一船舶的监测范围内的第二船舶的第二航行数据；

根据所述第一航行数据和所述第二航行数据确定所述第二船舶与所述第一船舶的会遇类型；

将与所述第一船舶的会遇类型相同的所述第二船舶划分到相同的目标组；

根据与所述会遇类型相匹配的航行约束模型确定所述第一船舶相对于所述目标组的目标约束条件；

根据确定出的所述目标约束条件规划所述第一船舶的航迹。

在本申请实施例中，根据与第一船舶(相当于己船)的会遇类型，将在第一船舶监测范围内的第二船舶(相当于他船)划分为不同的目标组；然后根据不同会遇类型对应的航向约束模型，确定第一船舶相对于每个目标组的目标约束条件；相当于根据他船和己船的不同会遇场景确定不同的航行约束条件。最后根据确定出的目标约束条件规划第一船舶的航迹，相当于综合考虑了不同会遇场景下的航行约束条件，生成的第一船舶的航迹能够保证第一船舶有效避碰监测范围内不同会遇场景下的第二船舶。通过上述方法，有效指导不同会遇场景下船舶的避碰过程，提高了船舶航行的安全性。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述会遇类型包括第一类型和第二类型；

所述根据所述第一航行数据和所述第二航行数据确定所述第二船舶与所述第一船舶的会遇类型，包括：

根据所述第一航行数据和所述第二航行数据，计算所述第一船舶和所述第二船舶的最近会遇距离和会遇时间；

如果所述最近会遇距离和所述会遇时间满足第一预设条件，则将所述第二船舶与所述第一船舶的所述会遇类型确定为第一类型；

如果所述最近会遇距离和所述会遇时间满足第二预设条件，则将所述第二船舶与所述第一船舶的所述会遇类型确定为第二类型。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述根据所述第一航行数据和所述第二航行数据，计算所述第一船舶和所述第二船舶的最近会遇距离和会遇时间，包括：

根据所述第一航行数据计算所述第一船舶对应的第一航迹模型；

根据所述第二航行数据计算所述第二船舶对应的第二航迹模型；

根据所述第一航迹模型和所述第二航迹模型确定所述第一船舶和所述第二船舶的所述最近会遇距离和所述会遇时间。

在第一方面的一种可能的实现方式中，当所述会遇类型为所述第一类型时，所述航行约束模型包括第一预设知识库和第二预设知识库；

所述根据与所述会遇类型相匹配的航行约束模型确定所述第一船舶相对于所述目标组的目标约束条件，包括：

根据所述第一预设知识库、所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据确定所述第一船舶相对于所述目标组中每艘船舶航行的第一初始约束条件；

如果确定出的所述第一初始约束条件中不存在交集，则根据所述第二预设知识库、所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据确定所述第一船舶相对于所述目标组的所述目标约束条件；

如果确定出的所述第一初始约束条件中存在交集，则根据所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据计算所述第一船舶相对于所述目标组中每艘船舶航行的速度约束；根据所述第一初始约束条件和所述速度约束确定所述第一船舶航行相对于所述目标组的所述目标约束条件。

在第一方面的一种可能的实现方式中，当所述会遇类型为所述第二类型时，所述航行约束模型包括第一预设知识库和第三预设知识库；

所述根据与所述会遇类型相匹配的航行约束模型确定所述第一船舶相对于所述目标组的目标约束条件，包括：

根据所述第一预设知识库、所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据确定所述第一船舶相对于所述目标组中每艘船舶航行的第二初始约束条件；

如果确定出的所述第二初始约束条件中不存在交集，则根据所述第三预设知识库、所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据确定所述第一船舶航行相对于所述目标组的所述目标约束条件；

如果确定出的所述第二初始约束条件中存在交集，则无所述目标约束条件。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二预设知识库中包括多组判定条件以及每组判定条件对应的约束计算模型；

所述根据所述第二预设知识库、所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据确定所述第一船舶相对于所述目标组的所述目标约束条件，包括：

从所述多组判定条件中确定出与所述第一航行数据和目标船舶的所述第二航行数据相匹配的目标判定条件，所述目标船舶为所述目标组中的任意一艘船舶；

根据所述目标判定条件对应的所述约束计算模型计算所述第一船舶相对于所述目标船舶航行的所述目标约束条件。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述如果确定出的所述第一初始约束条件中存在交集，则根据所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据计算所述第一船舶相对于所述目标组中每艘船舶航行的速度约束，包括：

当所述第一船舶和所述目标船舶均为直线航行时，根据第一预设方法计算所述第一船舶相对于所述目标船舶航行的所述速度约束；

当所述第一船舶和所述目标船舶中的任意一艘船舶为曲线航行时，根据第二预设方法计算所述第二船舶相对于所述目标船舶航行的所述速度约束。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述根据确定出的所述目标约束条件规划所述第一船舶的航迹，包括：

判断所有的约束集合之间是否存在交集，其中，每个约束集合中包括所述第一船舶相对于一个所述目标组的所述目标约束条件；

如果所有的约束集合之间存在交集，则根据所述目标约束条件的交集规划所述第一船舶的航迹；

如果所有的约束集合之间不存在交集，则上报预设信息，所述预设信息用于提示用户对所述第一船舶进行人工控制。

第二方面，本申请实施例提供了一种船舶航迹规划装置，包括：

数据获取单元，用于获取所述第一船舶的第一航行数据、以及在所述第一船舶的监测范围内的第二船舶的第二航行数据；

类型确定单元，用于根据所述第一航行数据和所述第二航行数据确定所述第二船舶与所述第一船舶的会遇类型；

场景划分单元，用于将与所述第一船舶的会遇类型相同的所述第二船舶划分到相同的目标组；

约束计算单元，用于根据与所述会遇类型相匹配的航行约束模型确定所述第一船舶相对于所述目标组的目标约束条件；

航迹规划单元，用于根据确定出的所述目标约束条件规划所述第一船舶的航迹。

第三方面，本申请实施例提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面中任一项所述的船舶航迹规划方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任一项所述的船舶航迹规划方法。

第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述第一方面中任一项所述的船舶航迹规划方法。

可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的简单会遇场景的示意图；

图2是本申请实施例提供的复杂会遇场景的示意图；

图3是本申请实施例提供的船舶航迹规划方法的流程示意图；

图4是本申请实施例提供的航迹模型的示意图；

图5是本申请实施例提供的速度采样法的示意图；

图6是本申请实施例提供的航迹规划的流程示意图；

图7是本申请实施例提供的船舶航迹规划装置的结构框图；

图8是本申请实施例提供的终端设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。

参见图1，是本申请实施例提供的简单会遇场景的示意图。如图1中的所示，根据COLREGS，为了避让他船，己方船舶右转即可。

参见图2，是本申请实施例提供的复杂会遇场景的示意图。如图2中的(a)所示，根据COLREGS，为了避让他船2，己方船舶应该右转向。然而己方船舶右转向将从他船1的正前方通过，这又违反另一项COLREGS。再如图2中的(b)所示，根据COLREGS，为了避让他船1，己方船舶应该右转向。然而己方船舶的右转向将靠近他船2，可能导致他船2产生误判，从而产生危险。

对比图1和图2中的场景，图1中的场景属于简单会遇场景，该场景下根据COLREGS即可实现有效避碰。而图2中的场景属于复杂会遇场景，该场景下仅根据COLREGS无法实现有效避碰。

参见图3，是本申请实施例提供的船舶航迹规划方法的流程示意图。本申请实施例中的方法应用于第一船舶。在本申请实施例中，第一船舶代表执行本申请实时提供的船舶航迹规划方法的船舶。例如：己方船舶会遇他方船舶，当己方船舶执行本申请实时提供的船舶航迹规划方法时，己方船舶为第一船舶，他方船舶为第二船舶；当他方船舶执行本申请实时提供的船舶航迹规划方法时，己方船舶为第二船舶，他方船舶为第一船舶。

作为示例而非限定，所述方法可以包括以下步骤：

S301，获取第一船舶的第一航行数据、以及在第一船舶的监测范围内的第二船舶的第二航行数据。

本申请实施例中的航行数据可以包括航速、航向、船舶位置、风浪流等信息。

第一船舶的第一航行数据可以通过第一船舶自身的控制系统获取。第一船舶可以通过自身安装的传感装置采集第二船舶的第二航行数据。例如，通过第一船舶上的雷达或船舶自动识别系统(Automatic identification System，AIS)获取第二船舶的航速和航向。

第一船舶上的传感装置的探测范围即为第一船舶的监测范围。例如，第一船舶上的雷达的探测范围即可作为第一船舶的监测范围。

第一船舶的监测范围内可能存在一艘或多艘第二船舶。

S302，根据第一航行数据和第二航行数据确定第二船舶与第一船舶的会遇类型。

本申请实施例中，根据会遇距离的远近和会遇时间的长短，将第二船舶与第一船舶的会遇类型分为第一类型和第二类型。第一类型用于表示第二船舶与第一船舶相距较远的情况，此种情况下，第二船舶和第一船舶可能在未来某个时刻存在碰撞危险，但在短时间内不存在碰撞危险；第二类型用于表示第二船舶与第一船舶相距较近的情况，此种情况下，第二船舶和第一船舶可能在短时间内存在碰撞危险。

S302可以包括以下步骤：

根据第一航行数据和第二航行数据，计算第一船舶和第二船舶的最近会遇距离和会遇时间；如果最近会遇距离和会遇时间满足第一预设条件，则将第二船舶与第一船舶的会遇类型确定为第一类型；如果最近会遇距离和会遇时间满足第二预设条件，则将第二船舶与第一船舶的会遇类型确定为第二类型。

在后续步骤中，将根据不同的会遇类型分别计算目标约束条件。为了防止重复计算，本申请实施例中，第一预设条件和第二预设条件为互斥条件，这样，第二船舶与第一船舶的会遇类型属于第一类型或第二类型，不会出现同时属于第一类型和第二类型的情况。示例性的，假设根据第一航行数据和第二航行数据计算出的第一船舶和第二船舶的最近会遇距离为0.5海里，会遇时间为30min。当第一预设条件为最近会遇距离大于或等于1海里、且会遇时间大于或等于60min，第二预设条件为最近会遇距离小于1海里、且会遇时间小于60min时，上述的第二船舶和第一船舶的会遇类型属于第二类型，表示第二船舶与第一船舶的距离较近。

可选的，根据第一航行数据和第二航行数据，计算第一船舶和第二船舶的最近会遇距离和会遇时间的一种实现方式可以为：

根据第一航行数据计算第一船舶对应的第一航迹模型；根据第二航行数据计算第二船舶对应的第二航迹模型；根据第一航迹模型和第二航迹模型确定第一船舶和第二船舶的最近会遇距离和会遇时间。

示例性的，参见图4，是本申请实施例提供的航迹模型的示意图。如图4中的(a)所示，根据第一航行数据计算出的第一船舶的第一航迹模型包括偏心椭圆41和航迹线42，根据第二航行数据计算出的第二船舶的第二航迹模型包括偏心椭圆43和航迹线44。偏心椭圆的面积可以看作是船舶的碰撞面积，用于表示不同方位的危险性。可以根据航行数据中的船舶的类型、航向和航速等信息确定偏心椭圆的圆心和长短轴。航迹线用于表示船舶未来的行驶轨迹。两个偏心椭圆分别沿着各自的航迹线运动，当存在两个偏心椭圆之间的最近距离时，这个最近距离即为第一船舶和第二船舶之间的最近会遇距离。如图4中的(b)所示的线段AB的长度记为最近会遇距离。确定最近会遇距离后，可以根据会遇点、第一航行数据中的航速、第二航行数据中的航速和最近会遇距离确定会遇时间。当然，还可以根据第一航迹模型和第二航迹模型确定出两船的最近会遇点。

实际应用中，在保持船舶状态(例如：线速度不变或转向速度不变)的情况下，两船之间的距离是一个凸函数，因此，可以采用数值法查找两船之间的最近会遇点和会遇时间。

S303，将与第一船舶的会遇类型相同的第二船舶划分到相同的目标组。

例如，在第一船舶的监测范围内有I、II和III共三艘第二船舶。其中，I和II与第一船舶的会遇类型为第一类型，III与第一船舶的会遇类型为第二类型，则将I和II划分为一个目标组，将III单独划分到一个目标组。

S304，根据与会遇类型相匹配的航行约束模型确定第一船舶相对于目标组的目标约束条件。

不同的会遇类型对应不同的航行约束模型，对于不同会遇类型对应的目标组，采用不同的航行约束模型确定第一船舶的目标约束条件，相当于根据他船和己船的不同会遇场景确定不同的航行约束条件。进一步的，由于会遇类型是根据最近会遇距离和会遇时间确定的，因此，上述方案相当于根据第二船舶与第一船舶距离的远近程度，为第一船舶施加不同的约束条件，针对性解决不同的会遇场景，提高了航迹规划方法的适应性。

如S302中所述，会遇类型包括第一类型和第二类型。相应的，S304可以包括以下两种情况。

情况一，当会遇类型为第一类型时，航行约束模型包括第一预设知识库和第二预设知识库。

其中，第一预设知识库可以采用COLREGS。

相应的，S304可以包括以下步骤：

S41，根据第一预设知识库、第一航行数据和目标组中每艘船舶的第二航行数据确定第一船舶相对于目标组中每艘船舶航行的第一初始约束条件。

第一预设知识库中包括多组判定条件以及每组判定条件对应的约束条件。例如，第一预设知识库可以是由COLREGS和专家经验构成的一个简单场景知识库，库中存储有多个简单场景，每个简单场景由场景判定条件和场景约束规则组成。场景约束规则的表现形式可以是航向约束、速度约束和位置约束等。

对于目标船舶(目标组中任意一艘船舶)，S41中第一初始约束条件的确定方式包括：

从多组判定条件中确定出与第一航行数据和目标船舶的第二航行数据相匹配的目标判定条件；将目标判定条件对应的约束条件确定为第一船舶相对于目标船舶航行的第一初始约束条件。

S42，如果确定出的第一初始约束条件中不存在交集，则根据第二预设知识库、第一航行数据和目标组中每艘船舶的第二航行数据确定第一船舶相对于目标组的目标约束条件。

示例性的，假设一个目标组中包括第二船舶I和II，确定出的第一船舶相对于I的第一初始约束条件为航速小于5节航速(1节航速为1海里/h)，第一船舶相对于II的第一初始约束条件为航速大于10海里/h。此时该目标组对应的两个第一初始约束条件中不存在交集。需要说明的是，上述只是对第一初始约束条件不存在交集的情况的说明，不用于做具体限定。实际应用中，初始约束条件不仅包括航速，还包括其他航行数据，需要综合考虑每种类型的航行数据来确定初始约束条件的交集。

实际应用中，如果确定出的第一初始约束条件中存在交集，但由于第一船舶自身的机动能力无法按照交集所表示的约束条件规划航迹，此种情况也可以按照S42所述的不存在交集的情况确定目标约束条件。

第二预设知识库中包括多组判定条件以及每组判定条件对应的约束计算模型。例如，第二预设知识库可以根据专家经验构成的一个远距离的复杂会遇场景知识库，库中存储有多个复杂会遇场景，每个复杂会遇场景由场景判定条件和约束计算模板组成。由于复杂会遇场景不存在同一的求解方法，因此，需要为每个场景单独设计求解方法。具体的：

从多组判定条件中确定出与第一航行数据和目标船舶的第二航行数据相匹配的目标判定条件，目标船舶为目标组中的任意一艘船舶；根据目标判定条件对应的约束计算模型计算第一船舶相对于目标船舶航行的目标约束条件。

将第一航行数据和目标船舶的第二行数数据作为变量输入到约束计算模型中，即可输出相应的目标约束条件。

实际应用中，如果第二预设知识库中没有与第一航行数据和第二航行数据相匹配的判定条件和约束计算模板，或者当前第一船舶和第二船舶之间的距离已经为安全距离，则无目标约束条件。

通过上述方法，可以快速地解决复杂会遇场景的避碰处理，有效提高了避碰处理的效率，减少了碰撞发生的概率。实际应用中，可以更新知识库，以提高知识库的适用性，使本申请实施例提供的船舶航迹规划方法能够处理更多的会遇场景。

S43，如果确定出的第一初始约束条件中存在交集，则根据第一航行数据和目标组中每艘船舶的第二航行数据计算第一船舶相对于目标组中每艘船舶航行的速度约束；根据第一初始约束条件和速度约束确定第一船舶航行相对于目标组的目标约束条件。

S41中确定出的初始约束条件是根据预设知识库获取的，即根据经验获取的。利用S43中的步骤，即根据实际的航行数据计算出速度约束；然后综合考虑根据经验获取的初始约束条件和根据实际数据计算出的速度约束，得到的目标约束条件。通过上述方法能够进一步保证计算出的约束的准确性。

可选的，可以根据速度障碍方法(也称碰撞回避方法)或速度采样方法计算速度约束。

速度障碍方法的原理是，确定出第一船舶可能与目标船舶产生碰撞的速度范围，在这个速度范围外的速度即可避免碰撞的发生，因此计算出的速度范围即可作为第一船舶相对于目标船舶的速度约束。

速度采样方法的原理是，在第一船舶的机动能力范围内采样，获得多组第一船舶的机动数据；根据每组机动数据生成一条第一船舶的预测航迹；分别确定第一船舶的每条预测航迹和目标船舶的预测航迹之间是否产生碰撞；若不会产生碰撞，则将不会产生碰撞的第一船舶的预测航迹对应的机动数据作为第一船舶相对于目标船舶的速度约束。

示例性的，参见图5，是本申请实施例提供的速度采样法的示意图。根据目标船舶的第二航行数据确定出的目标船舶的预测航迹如图5中的51所示。第一船舶的机动能力范围内采样获得的多组第一船舶的机动数据分别为(10节航速，0度/s)、(10节航速，0.5度/s)和(10节航速，-0.5度/s)。根据机动数据生成的第一船舶的预测轨迹如图5中的52、53和54所示。然后分别确定51和52是否可能产生碰撞、51和53是否可能产生碰撞、51和54之间是否产生碰撞。假设51和52不会产生碰撞，那么将52对应的机动数据(5m/s，0度/s)中的5m/s作为第一船舶相对于目标船舶的速度约束。

速度障碍方法的数据处理量较小，但在计算曲线航行下的速度约束时，准确率较低。而速度采样方法的数据处理量较大，但在计算曲线航行下的速度约束时，准确率较高。

为了减少数据处理量，同时保证计算精度，在本申请实施例中，对于目标船舶，计算速度约束的方法可以包括：

当第一船舶和目标船舶均为直线航行时，根据第一预设方法计算第一船舶相对于目标船舶航行的速度约束；当第一船舶和目标船舶中的任意一艘船舶为曲线航行时，根据第二预设方法计算第二船舶相对于目标船舶航行的速度约束。

情况二，当会遇类型为第二类型时，航行约束模型包括第一预设知识库和第三预设知识库。

S44，根据第一预设知识库、第一航行数据和目标组中每艘船舶的第二航行数据确定第一船舶相对于目标组中每艘船舶航行的第二初始约束条件。

该步骤与S41相同，具体可参见S41中的描述，在此不再赘述。

S45，如果确定出的第二初始约束条件中不存在交集，则根据第三预设知识库、第一航行数据和目标组中每艘船舶的第二航行数据确定第一船舶航行相对于目标组的目标约束条件。

第三预设知识库中包括多组判定条件以及每组判定条件对应的约束计算模型。与第二预设知识库不同的是，第三预设知识库可以根据专家经验构成的一个中距离或近距离的复杂会遇场景知识库。通过建立不同的预设知识库，根据第一船舶和第二船舶的会遇类型(即距离远近)的不同，利用不同的预设知识库计算约束条件，使得船舶可以应对不同会遇场景下的避碰。

S45具体的步骤可以参见S42中的描述，在此不再赘述。

S46，如果确定出的第二初始约束条件中存在交集，则无目标约束条件。

S46中的情况，说明第一船舶和第二船舶距离较远，且通过简单会遇场景即可解决避碰，因此，该情况下，无需设置约束条件。

S305，根据确定出的目标约束条件规划第一船舶的航迹。

可选的，由于第一类型表示第一船舶和第二船舶距离较近、且存在碰撞危险，因此，可以根据会遇类型为第一类型时确定出的目标约束条件规划第一船舶的航迹。

可选的，还可以综合考虑会遇类型为第一类型时确定出的目标约束条件、和会遇类型为第二类型时确定出的目标约束条件。具体的，S305还可以包括：

判断所有的约束集合之间是否存在交集，其中，每个约束集合中包括所述第一船舶相对于一个所述目标组的所述目标约束条件；如果所有的约束集合之间存在交集，则根据目标约束条件的交集规划第一船舶的航迹；如果所有的约束集合之间不存在交集，则上报预设信息，预设信息用于提示用户对第一船舶进行人工控制。

当所有的约束集合之间不存在交集时，系统无法有效处理当前会遇场景，需要人工控制。

参见图6，是本申请实施例提供的航迹规划的流程示意图。如图6所示，先采集信息，即获取第一航行数据和第二航行数据；然后构建场景，即确定航迹模型；根据航迹模型计算最近会遇点；进行碰撞危险评估，相当于根据最近会遇点确定第二船舶的会遇类型；若会遇类型为第一类型，则进入避碰子流程(相当于情况一)；若会遇类型为第二类型，则进入规避子流程(相当于情况二)；在避碰子流程中，先计算场景软约束(相当于S41)；若场景软约束间产生冲突，则进入复杂会遇场景107(相当于S42)；若场景软约束间无冲突，则计算场景硬约束(相当于S43)；在规避子流程中，先计算场景软约束(相当于S44)；若场景软约束间产生冲突，则进入复杂会遇场景507(相当于S45)；若场景软约束间无冲突，则执行405(相当于S46)；最后综合考虑108/306生成的避碰建议、和508生成的规避建议，规划航迹(相当于S305)。

在本申请实施例中，根据与第一船舶(相当于己船)的会遇类型，将在第一船舶监测范围内的第二船舶(相当于他船)划分为不同的目标组；然后根据不同会遇类型对应的航向约束模型，确定第一船舶相对于每个目标组的目标约束条件；相当于根据他船和己船的不同会遇场景确定不同的航行约束条件。最后根据确定出的目标约束条件规划第一船舶的航迹，相当于综合考虑了不同会遇场景下的航行约束条件，生成的第一船舶的航迹能够保证第一船舶有效避碰监测范围内不同会遇场景下的第二船舶。通过上述方法，有效指导不同会遇场景下船舶的避碰过程，提高了船舶航行的安全性。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

对应于上文实施例所述的船舶航迹规划方法，图7是本申请实施例提供的船舶航迹规划装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。

参照图7，该装置包括：

数据获取单元71，用于获取所述第一船舶的第一航行数据、以及在所述第一船舶的监测范围内的第二船舶的第二航行数据。

类型确定单元72，用于根据所述第一航行数据和所述第二航行数据确定所述第二船舶与所述第一船舶的会遇类型。

场景划分单元73，用于将与所述第一船舶的会遇类型相同的所述第二船舶划分到相同的目标组。

约束计算单元74，用于根据与所述会遇类型相匹配的航行约束模型确定所述第一船舶相对于所述目标组的目标约束条件。

航迹规划单元75，用于根据确定出的所述目标约束条件规划所述第一船舶的航迹。

可选的，所述会遇类型包括第一类型和第二类型。

可选的，类型确定单元72还用于：

根据所述第一航行数据和所述第二航行数据，计算所述第一船舶和所述第二船舶的最近会遇距离和会遇时间；如果所述最近会遇距离和所述会遇时间满足第一预设条件，则将所述第二船舶与所述第一船舶的所述会遇类型确定为第一类型；如果所述最近会遇距离和所述会遇时间满足第二预设条件，则将所述第二船舶与所述第一船舶的所述会遇类型确定为第二类型。

可选的，类型确定单元72还用于：

根据所述第一航行数据计算所述第一船舶对应的第一航迹模型；根据所述第二航行数据计算所述第二船舶对应的第二航迹模型；根据所述第一航迹模型和所述第二航迹模型确定所述第一船舶和所述第二船舶的所述最近会遇距离和所述会遇时间。

可选的，当所述会遇类型为所述第一类型时，所述航行约束模型包括第一预设知识库和第二预设知识库。

相应的，约束计算单元74还用于：

根据所述第一预设知识库、所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据确定所述第一船舶相对于所述目标组中每艘船舶航行的第一初始约束条件；如果确定出的所述第一初始约束条件中不存在交集，则根据所述第二预设知识库、所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据确定所述第一船舶相对于所述目标组的所述目标约束条件；如果确定出的所述第一初始约束条件中存在交集，则根据所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据计算所述第一船舶相对于所述目标组中每艘船舶航行的速度约束；根据所述第一初始约束条件和所述速度约束确定所述第一船舶航行相对于所述目标组的所述目标约束条件。

可选的，当所述会遇类型为所述第二类型时，所述航行约束模型包括第一预设知识库和第三预设知识库。

相应的，约束计算单元74还用于：

根据所述第一预设知识库、所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据确定所述第一船舶相对于所述目标组中每艘船舶航行的第二初始约束条件；如果确定出的所述第二初始约束条件中不存在交集，则根据所述第三预设知识库、所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据确定所述第一船舶航行相对于所述目标组的所述目标约束条件；如果确定出的所述第二初始约束条件中存在交集，则无所述目标约束条件。

可选的，所述第二预设知识库中包括多组判定条件以及每组判定条件对应的约束计算模型。

相应的，约束计算单元74还用于：

从所述多组判定条件中确定出与所述第一航行数据和目标船舶的所述第二航行数据相匹配的目标判定条件，所述目标船舶为所述目标组中的任意一艘船舶；根据所述目标判定条件对应的所述约束计算模型计算所述第一船舶相对于所述目标船舶航行的所述目标约束条件。

可选的，约束计算单元74还用于：

当所述第一船舶和所述目标船舶均为直线航行时，根据第一预设方法计算所述第一船舶相对于所述目标船舶航行的所述速度约束；当所述第一船舶和所述目标船舶中的任意一艘船舶为曲线航行时，根据第二预设方法计算所述第二船舶相对于所述目标船舶航行的所述速度约束。

可选的，航迹规划单元75还用于：

判断所有的约束集合之间是否存在交集，其中，每个约束集合中包括所述第一船舶相对于一个所述目标组的所述目标约束条件；如果所有的约束集合之间存在交集，则根据所述目标约束条件的交集规划所述第一船舶的航迹；如果所有的约束集合之间不存在交集，则上报预设信息，所述预设信息用于提示用户对所述第一船舶进行人工控制。

需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。

另外，图7所示的装置可以是内置于现有的终端设备内的软件单元、硬件单元、或软硬结合的单元，也可以作为独立的挂件集成到所述终端设备中，还可以作为独立的终端设备存在。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

图8是本申请实施例提供的终端设备的结构示意图。如图8所示，该实施例的终端设备8包括：至少一个处理器80(图8中仅示出一个)处理器、存储器81以及存储在所述存储器81中并可在所述至少一个处理器80上运行的计算机程序82，所述处理器80执行所述计算机程序82时实现上述任意各个方法实施例中的步骤。

所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。该终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。终端设备可以应用于船舶，如船舶的控制器，还可以应用于其他自动驾驶设备。本领域技术人员可以理解，图8仅仅是终端设备8的举例，并不构成对终端设备8的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如还可以包括输入输出设备、网络接入设备等。

所称处理器80可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，该处理器80还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器81在一些实施例中可以是所述终端设备8的内部存储单元，例如终端设备8的硬盘或内存。所述存储器81在另一些实施例中也可以是所述终端设备8的外部存储设备，例如所述终端设备8上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器81还可以既包括所述终端设备8的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器81用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(Boot Loader)、数据以及其他程序等，例如所述计算机程序的程序代码等。所述存储器81还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。

本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种船舶航迹规划方法，其特征在于，应用于第一船舶，所述方法包括：

获取所述第一船舶的第一航行数据、以及在所述第一船舶的监测范围内的第二船舶的第二航行数据；

根据所述第一航行数据和所述第二航行数据确定所述第二船舶与所述第一船舶的会遇类型；

将与所述第一船舶的会遇类型相同的所述第二船舶划分到相同的目标组；

根据与所述会遇类型相匹配的航行约束模型确定所述第一船舶相对于所述目标组的目标约束条件；

根据确定出的所述目标约束条件规划所述第一船舶的航迹；

所述会遇类型包括第一类型和第二类型；

当所述会遇类型为所述第一类型时，所述航行约束模型包括第一预设知识库和第二预设知识库；

所述根据与所述会遇类型相匹配的航行约束模型确定所述第一船舶相对于所述目标组的目标约束条件，包括：

根据所述第一预设知识库、所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据确定所述第一船舶相对于所述目标组中每艘船舶航行的第一初始约束条件；

如果确定出的所述第一初始约束条件中不存在交集，则根据所述第二预设知识库、所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据确定所述第一船舶相对于所述目标组的所述目标约束条件；

如果确定出的所述第一初始约束条件中存在交集，则根据所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据计算所述第一船舶相对于所述目标组中每艘船舶航行的速度约束；根据所述第一初始约束条件和所述速度约束确定所述第一船舶航行相对于所述目标组的所述目标约束条件。

2.如权利要求1所述的船舶航迹规划方法，其特征在于，所述根据所述第一航行数据和所述第二航行数据确定所述第二船舶与所述第一船舶的会遇类型，包括：

根据所述第一航行数据和所述第二航行数据，计算所述第一船舶和所述第二船舶的最近会遇距离和会遇时间；

如果所述最近会遇距离和所述会遇时间满足第一预设条件，则将所述第二船舶与所述第一船舶的所述会遇类型确定为第一类型；

如果所述最近会遇距离和所述会遇时间满足第二预设条件，则将所述第二船舶与所述第一船舶的所述会遇类型确定为第二类型。

3.如权利要求2所述的船舶航迹规划方法，其特征在于，所述根据所述第一航行数据和所述第二航行数据，计算所述第一船舶和所述第二船舶的最近会遇距离和会遇时间，包括：

根据所述第一航行数据计算所述第一船舶对应的第一航迹模型；

根据所述第二航行数据计算所述第二船舶对应的第二航迹模型；

根据所述第一航迹模型和所述第二航迹模型确定所述第一船舶和所述第二船舶的所述最近会遇距离和所述会遇时间。

4.如权利要求2所述的船舶航迹规划方法，其特征在于，当所述会遇类型为所述第二类型时，所述航行约束模型包括第一预设知识库和第三预设知识库；

所述根据与所述会遇类型相匹配的航行约束模型确定所述第一船舶相对于所述目标组的目标约束条件，包括：

根据所述第一预设知识库、所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据确定所述第一船舶相对于所述目标组中每艘船舶航行的第二初始约束条件；

如果确定出的所述第二初始约束条件中不存在交集，则根据所述第三预设知识库、所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据确定所述第一船舶航行相对于所述目标组的所述目标约束条件；

如果确定出的所述第二初始约束条件中存在交集，则无所述目标约束条件。

5.如权利要求1所述的船舶航迹规划方法，其特征在于，所述第二预设知识库中包括多组判定条件以及每组判定条件对应的约束计算模型；

所述根据所述第二预设知识库、所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据确定所述第一船舶相对于所述目标组的所述目标约束条件，包括：

从所述多组判定条件中确定出与所述第一航行数据和目标船舶的所述第二航行数据相匹配的目标判定条件，所述目标船舶为所述目标组中的任意一艘船舶；

根据所述目标判定条件对应的所述约束计算模型计算所述第一船舶相对于所述目标船舶航行的所述目标约束条件。

6.如权利要求5所述的船舶航迹规划方法，其特征在于，所述如果确定出的所述第一初始约束条件中存在交集，则根据所述第一航行数据和所述目标组中每艘船舶的所述第二航行数据计算所述第一船舶相对于所述目标组中每艘船舶航行的速度约束，包括：

当所述第一船舶和所述目标船舶均为直线航行时，根据第一预设方法计算所述第一船舶相对于所述目标船舶航行的所述速度约束；

当所述第一船舶和所述目标船舶中的任意一艘船舶为曲线航行时，根据第二预设方法计算所述第二船舶相对于所述目标船舶航行的所述速度约束。

7.如权利要求1所述的船舶航迹规划方法，其特征在于，所述根据确定出的所述目标约束条件规划所述第一船舶的航迹，包括：

判断所有的约束集合之间是否存在交集，其中，每个约束集合中包括所述第一船舶相对于一个所述目标组的所述目标约束条件；

如果所有的约束集合之间存在交集，则根据所述目标约束条件的交集规划所述第一船舶的航迹；

如果所有的约束集合之间不存在交集，则上报预设信息，所述预设信息用于提示用户对所述第一船舶进行人工控制。

8.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的方法。

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