CN113495556A - 基于人工势场法的船舶避碰方法及系统 - Google Patents
基于人工势场法的船舶避碰方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113495556A CN113495556A CN202010202472.0A CN202010202472A CN113495556A CN 113495556 A CN113495556 A CN 113495556A CN 202010202472 A CN202010202472 A CN 202010202472A CN 113495556 A CN113495556 A CN 113495556A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ship
- obstacle
- potential field
- collision avoidance
- information
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 113
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 43
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 22
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 22
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims description 4
- 238000013475 authorization Methods 0.000 claims 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 108091028140 FREP Proteins 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000001846 repelling effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B43/00—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for
- B63B43/18—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for preventing collision or grounding; reducing collision damage
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/0206—Control of position or course in two dimensions specially adapted to water vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B49/00—Arrangements of nautical instruments or navigational aids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B79/00—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation
- B63B79/10—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation using sensors, e.g. pressure sensors, strain gauges or accelerometers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B79/00—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation
- B63B79/40—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation for controlling the operation of vessels, e.g. monitoring their speed, routing or maintenance schedules
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
- G01C21/203—Specially adapted for sailing ships
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G3/00—Traffic control systems for marine craft
- G08G3/02—Anti-collision systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
本发明提出一种基于人工势场法的船舶避碰方法，包括以下步骤：(S1)取得一船舶的船舶信息、至少一障碍物的障碍物信息以及一目标点的目标点信息；(S2)依据该船舶信息、该障碍物信息以及该目标点信息，建立包括一目标点吸引力势场以及至少一障碍物排斥力势场的一人工势场；(S3)合成该目标点吸引力势场与该至少一障碍物排斥力势场，取得一第一合力；(S4)依据该船舶信息或该障碍物信息加入一外部作用力；(S5)合成该第一合力与该外部作用力，取得一第二合力；以及(S6)该船舶依据该第二合力的方向航行，以回避该至少一障碍物。
Description
技术领域
本发明涉及一种船舶的避碰方法及系统，尤指一种基于人工势场法的船舶避碰方法及系统。
背景技术
船舶碰撞风险预测和避障研究作为船舶研究领域的热点和难题，其中包括了透过多种数据感测和航道讯息，并基于多种算法仿真不同态势模型下船舶的特征行为，再透过数据的融合来驱动船舶自身实现避碰。
近年来，人工势场法因其模型简洁且计算方便，已在陆上移动载具的路径规划中得到广泛应用，其核心理论是将环境中目标点对路上移动载具产生的引力场和障碍物对其产生的斥力场相互迭加，形成对移动智能体的复合势场。然而，在实际应用当中会出现许多缺点，例如在工厂中陆上移动载具常常会出现死循环的情况；或是若突然出现的障碍物极度靠近陆上移动载具的位置，而产生的斥力过于强大；或是障碍物与陆上移动载具靠近的方向恰好与合力方向相同，皆可能导致行驶中的陆上移动载具无法脱离障碍物的牵制，实用性较弱。
除此之外，海上载具还需考虑到无煞车的问题，因此目前尚未发现人工势场法纯熟应用于船舶避碰的领域。
发明内容
为解决先前技术中所提到的问题，本发明提出一种基于人工势场法的船舶避碰方法，包括以下步骤：(S1)取得一船舶的船舶信息、至少一障碍物的障碍物信息以及一目标点的目标点信息。(S2)依据该船舶信息、该障碍物信息以及该目标点信息，建立一人工势场，包括一目标点吸引力势场以及至少一障碍物排斥力势场。(S3)合成该目标点吸引力势场与该至少一障碍物排斥力势场，取得一第一合力。(S4)依据该船舶信息或该障碍物信息加入一外部作用力。(S5)合成该第一合力与该外部作用力，取得一第二合力。以及(S6) 该船舶依据该第二合力的方向航行，以回避该至少一障碍物。
进一步而言，本发明更提出另一种基于人工势场法的船舶避碰方法，包括以下步骤：(S11)侦测是否有障碍物进入船舶的避碰范围，若是，执行步骤(S12)；若否，则维持该船舶的航行路径。(S12)判断该障碍物为静态障碍物或动态障碍物，若为静态障碍物，执行步骤(S13)；若为动态障碍物，执行步骤(S14)。(S13)该船舶基于第一人工势场法的船舶避碰方法，回避该静态障碍物。(S14)该船舶基于与该动态障碍物最接近点的时间(Time to theClosest Point of Approach,TCPA)，以及与该动态障碍物最接近点的距离 (Distance tothe Closest Point of Approach,DCPA)，判断是否开始回避该动态障碍物。以及(S15)该船舶基于第二人工势场法的船舶避碰方法，回避该动态障碍物。
除此之外，本发明还提出一种基于人工势场法的船舶避碰系统，包括：一信息取得模块，以取得一船舶信息、至少一障碍物信息以及一目标点信息；一中央处理模块，与该信息取得模块连接，该中央处理模块基于一人工势场法的船舶避碰方法，产生一航行控制指令；以及一航行控制模块，与该中央处理模块连接，该航行控制模块依据该航行控制指令控制船舶航行。
以上对本发明的简述，目的在于对本发明之数种面向和技术特征作一基本说明。发明简述并非对本发明的详细表述，因此其目的不在特别列举本发明的关键性或重要组件，也不是用来界定本发明的范围，仅为以简明的方式呈现本发明的数种概念而已。
附图说明
图1为本发明第一实施例之基于人工势场法的船舶避碰方法流程图。
图2为本发明之基于人工势场法的船舶避碰方法示意图。
图3为本发明之基于人工势场法的船舶避碰方法示意图。
图4为本发明第二实施例之基于人工势场法的船舶避碰方法流程图。
图5为本发明之DCPA判断船舶与动态障碍物可接受的最短范围示意图。
图6为本发明之国际海上避碰公约的障碍物分区示意图。
图7为本发明较佳实施例之基于人工势场法的船舶避碰系统示意图。
附图标号说明：
1…船舶避碰系统
10…信息取得模块
20…中央处理模块
30…航行控制模块
32…方向控制模块
34…动力推进模块
40…信息安全模块
O…障碍物
V、V’…船舶
T…目标点
X…船舶位置
Xg…目标点位置
Xg’…暂时目标点位置
Fatt…目标点吸引力
Frep…障碍物排斥力
Fext…外部作用力
F1…第一合力
F2…第二合力
L1、L2…船长
θc…夹角
ρ…距离
ρ0…距离
A…第一区
B…第二区
C…第三区
D…第四区
(S1)-(S6)…步骤
(S11)-(S15)…步骤
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为能了解本发明的技术特征及实用功效，并可依照说明书的内容来实施，兹进一步以如图式所示的较佳实施例，详细说明如后：
本发明提出了一种基于人工势场法的船舶避碰方法，以及基于人工势场法的船舶避碰系统；其目的在于，在船舶航行过程中引导船舶自动回避障碍物。要特别强调的是，本发明所述之船舶除了是具有船员于船上控制其航行的一般船舶外，更可以是无人驾驶的船舶如自动驾驶船舶、自主航行船舶、海洋无人载具及水面自动载具等，以及国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)所规范之「海上水面自动船舶(MaritimeAutonomous Surface Ships,MASS)」(在本文统称为「无人船」)，凡涉及自动控制船舶或载具航行路线者，皆应属于该范围内。
请参照图1所示，其为本发明第一实施例之基于人工势场法的船舶避碰方法流程图。在本实施例中，是改良人工势场(Artificial Potential Field Algorithm)法来模拟磁力的互斥及相吸，并依据船舶与障碍物的位置及相对速度等条件建构出船舶的避碰规则，以回避船舶航行过程中所侦测的障碍物。
首先，如图1所示，本实施例之基于人工势场法的船舶避碰方法包括以下步骤：(S1)取得一船舶的船舶信息、至少一障碍物的障碍物信息以及一目标点的目标点信息。(S2)依据该船舶信息、该障碍物信息以及该目标点信息，建立一人工势场，包括一目标点吸引力势场以及至少一障碍物排斥力势场。(S3)合成该目标点吸引力势场与该至少一障碍物排斥力势场，取得一第一合力。(S4)依据该船舶信息或该障碍物信息加入一外部作用力。(S5)合成该第一合力与该外部作用力，取得一第二合力。以及(S6)该船舶依据该第二合力的方向航行，以回避该至少一障碍物。
在步骤(S1)中，该船舶可透过船载的信息取得模块以取得该船舶的船舶信息、至少一障碍物的障碍物信息以及一目标点的目标点信息等数据。具体而言，该信息取得模块可以是图像采集装置、姿态感测装置、雷达感测装置、光达感测装置、声纳感测装置、无线定位装置或自动辨识系统(Automatic Identification System,AIS)；该船舶信息包括船舶的船速、位置、航行方向、船身长度，或称垂标间距长(Length between perpendiculars,LPP)及船身宽度；该障碍物信息包括障碍物的移动速度、位置、移动方向、障碍物大小及与该船舶的距离；该目标点信息包括该目标点的位置及与该船舶的距离。
举例而言，除了船身长度及船身宽度为船舶已知信息外，该船舶可透过姿态感测装置侦测船舶的船速、航行方向，以及该障碍物的移动速度、移动方向；也可透过图像采集装置、雷达感测装置、光达感测装置或声纳感测装置侦测障碍物的移动速度、位置、移动方向、障碍物大小及与该船舶的距离，以及目标点的位置及与该船舶的距离；还可透过无线定位装置取得船舶的位置、障碍物的位置以及目标点的位置。除此之外，若该障碍物为其他航行之船舶，则更可透过自动辨识系统取得他船的船舶信息(包括船速、位置、航行方向及船身长度等)。
在步骤(S2)至(S6)中，可同时参照图2，该船舶的中央处理模块可透过一人工势场算法，引导船舶V回避障碍物O，该算法的概念是以人工建构势场的吸引力Fatt与排斥力Frep来产生一条不会与障碍物碰撞的航行路径，从而引导该船舶沿着该路径行驶。具体而言，在步骤(S2)中是依据前述之该船舶信息、该障碍物信息以及该目标点信息，建立一人工势场，且该人工势场包括一目标点所产生的吸引力势场以及至少一障碍物所产生的排斥力势场。
其中，该人工势场U的定义如下：U＝Uatt+∑Urep，其中Uatt表示该目标点吸引力势场，Urep表示该目标点吸引力势场。进一步而言，该目标点吸引力势场Uatt的定义如下：
其中k表示常数增益，X表示该船舶的位置，Xg表示该目标点的位置；该至少一障碍物排斥力势场Urep的定义如下：
其中k表示常数增益，n表示大于零的任意数，X表示该船舶的位置，Xg表示该目标点的位置，ρ表示该船舶至该至少一障碍物的最短距离，ρ0表示该至少一障碍物产生排斥力的最远距离。
由以上定义可明显看出，在该目标点吸引力势场Uatt中，当船舶航V行进入目标点T的作用区域时，随着与目标点T间的距离越来越小，其所受的吸引力也逐渐增大。
另外，当船舶V航行过程中侦测到障碍物O进入到船舶V的避碰范围(在此为二至五倍船身为半径所画之圆周范围)内，即受到障碍物O的排斥力势场Urep作用，而随着船舶V与障碍物O间的距离越来越小，其所受到排斥力 Frep则逐渐增大，而当船舶V无限接近障碍物O时，船舶V所受的排斥力 Frep趋于无穷大，说明具有极大的碰撞风险；而对于动态障碍物O来说，还须考虑到动态障碍物O的移动速度和移动方向，如障碍物O的速度在船舶V 航行速度方向上的分量越大，船舶V受到来自障碍物O的排斥力也会随之增加。另一方面，若该船舶V与该至少一障碍物O的最短距离大于该至少一障碍物产生排斥力的最远距离，则表示船舶V不在障碍物排斥力势场的作用范围内，排斥力势场Urep为零。
接续，在步骤(S3)中，将前述之目标点吸引力势场与至少一障碍物排斥力势场合成形成复合势场，并产生一第一合力F1，而该第一合力F1的定义如下：
其中Fatt表示该目标点的吸引力，Frep表示该至少一障碍物的排斥力。至此，若该障碍物O为一般状态之静态障碍物，则船舶V即受到该第一合力F1的引导以回避该静态障碍物，并持续朝向目标点航行。然而，若该障碍物O为动态障碍物且突然出现于极度靠近船舶V(如水中生物突然游出水面)，导致突然产生过大的排斥力势场；或是障碍物O恰好位于船舶V及目标点T之间且与船舶和目标点于同一轴在线，以及动态障碍物O的移动方向刚好与第一合力F1方向同向(造成第一合力F1方向仍会朝向该障碍物)，导致船舶V始终无法脱离障碍物O的牵制。
有鉴于此，请参照步骤(S4)至(S6)，步骤(S4)至(S6)可用于避免合力方向与障碍物位置(或移动方向)相同、目标点太近吸引力不足，或是障碍太接近排斥力过强等造成船舶无法被正确导引至目标点位置的问题；其概念是在船舶受到障碍物所产生排斥力势场的同时，增加一道自定义的作用力指向目标点(意即产生一方向朝目标点的作用力)，以维持朝向目标点的合力强度。
在步骤(S4)中，依据前述之船舶信息或该障碍物信息，于该人工势场中加入外部作用力Fext。具体而言，该外部作用力Fext的大小权重值取决于船舶V的船速、船身长度或宽度，以及障碍物O的移动速度、障碍物大小以及障碍物与船舶的相对距离。在此可参照图3，当障碍物O的移动速度或船舶V 的航行速度越快，或是当障碍物O与船舶V的相对距离越短，表示船舶V受到来自障碍物的排斥力也随之增大；换言之，需要更大的外部作用力Fext指向目标点T以避免船舶V受到该障碍物O的排斥力Frep牵引。反之，若障碍物 O与船舶V的相对距离较远，或障碍物O的移动速度与船舶V的航行速度缓慢，则表示有充裕的时间可进行缓冲，因此可添加的较弱的外部作用力Fext，船舶即得以较为趋缓的角度绕行并回避障碍物。
接续，在步骤(S5)中是将前述之吸引力势场与至少一障碍物排斥力势场合成所产生该第一合力F1，与添加的该外部作用力Fext进行合成已取得一第二合力F2，该第二合力的定义如下：F2＝F1+Fext，其中F1表示该第一合力，Fext表示该外部作用力。最后，在步骤(S6)中，该船舶V即可透过该第二合力F2的引导，回避该至少一障碍物O并朝目标T航行，完成无人船的自主避碰航行。
本实施例除了考虑到障碍物的静止和运动状态，透过人工场势算法回避该等障碍物，还进一步解决障碍物移动方向与第一合力方向相同、目标点太近吸引力不足或是障碍物太接近排斥力过强等，造成船舶无法被正确导引至目标点位置的问题，可有效避免实务上船舶航行过程中与障碍物产生碰撞的机率。
除此之外，请参照图4所示，其为本发明第二实施例之基于人工势场法的船舶避碰方法。如图4所示，本实施例所提出之另一种基于人工势场的船舶避碰方法，包括以下步骤：(S11)侦测是否有障碍物进入船舶的避碰范围，若是，执行步骤(S12)；若否，则维持该船舶的航行路径。(S12)判断该障碍物为静态障碍物或动态障碍物，若为静态障碍物，执行步骤(S13)；若为动态障碍物，执行步骤(S14)。(S13)该船舶基于第一人工势场法的船舶避碰方法，回避该静态障碍物。(S14)该船舶基于与该动态障碍物最接近点的时间(Time to theClosest Point of Approach,TCPA)，以及与该动态障碍物最接近点的距离(Distance tothe Closest Point of Approach,DCPA)，判断是否开始回避该动态障碍物。以及(S15)该船舶基于第二人工势场法的船舶避碰方法，回避该动态障碍物。
在步骤(S11)中，船舶的信息取得模块可侦测是否有障碍物进入船舶的避碰范围；具体而言，信息取得模块可取得该船舶的船舶信息、一目标点的目标点信息等数据，以及侦测至少一障碍物的障碍物信息。其中，该信息取得模块可以是图像采集装置、姿态感测装置、雷达感测装置、光达感测装置、声纳感测装置、无线定位装置或自动辨识系统(Automatic Identification System, AIS)；该船舶信息包括船舶的船速、位置、航行方向、船身长度，或称垂标间距长(Length between perpendiculars,LPP)及船身宽度；该障碍物信息包括障碍物的移动速度、位置、移动方向、障碍物大小及与该船舶的距离；该目标点信息包括该目标点的位置及与该船舶的距离。
在该步骤中，信息取得模块侦测到一障碍物后，即可得知出该障碍物的位置以及与该船舶的距离，并依据该该障碍物的位置以及与该船舶的距离判断障碍物是否进入该船舶的避碰范围内。若是，执行步骤(S12)继续进入避碰步骤；若否，则维持该船舶的航行路径，并持续朝向目标点行进。其中，该避碰范围一般情况设定为半径一至三海浬所画之圆周范围，但在其他情况下可视船舶大小、船舶速度或障碍物速度(即船舶与障碍物)。
接续，在步骤(S12)中，同样透过信息取得模块侦测到的障碍物信息中，得知该障碍物的大小以及运动方式(为动态或静态)。若该障碍物为静态障碍物如礁石、桥墩或浮木等，执行静态障碍物的避碰步骤；若该障碍物为动态障碍物如水中生物或其他航行中的船只等，则执行动态障碍物的避碰步骤。
在步骤(S13)中，该船舶的中央处理模块可基于第一人工场势法计算出回避该静态障碍物的路径，并引导该船舶回避该静态障碍物。具体而言，该第一人工场势法是依据前述之该船舶信息、该障碍物信息以及该目标点信息，建立一人工势场，且该人工势场包括一目标点所产生的吸引力势场以及至少一障碍物所产生的排斥力势场。
其中，该人工势场U的定义如下：U＝Uatt+∑Urep，其中Uatt表示该目标点吸引力势场，Urep表示该目标点吸引力势场。进一步而言，该目标点吸引力势场Uatt的定义如下：
其中k表示常数增益，X表示该船舶的位置，Xg表示该目标点的位置；该至少一障碍物排斥力势场Urep的定义如下：
其中k表示常数增益，n表示大于零的任意数，X表示该船舶的位置，Xg表示该目标点的位置，ρ表示该船舶至该至少一障碍物的最短距离，ρ0表示该至少一障碍物产生排斥力的最远距离。
由以上定义可明显看出，在该目标点吸引力势场Uatt中，当船舶航行进入目标点的作用区域时，随着与目标点间的距离越来越小，其所受的吸引力也逐渐减少。
另外，当船舶航行过程中侦测到障碍物进入到船舶的避碰范围(在此为二至五倍船身为半径所画之圆周范围)内，即受到障碍物的排斥力势场Urep作用，而随着船舶与障碍物间的距离越来越小，其所受到排斥力则逐渐增大，而当船舶无限接近障碍物时，船舶所受的排斥力趋于无穷大，说明具有极大的碰撞风险；而对于动态障碍物来说，还须考虑到动态障碍物的移动速度和移动方向，如障碍物的速度在船舶航行速度方向上的分量越大，船舶受到来自障碍物的排斥力也会随之增加。另一方面，若该船舶与该至少一障碍物的最短距离大于该至少一障碍物产生排斥力的最远距离，则表示船舶不在障碍物排斥力势场的作用范围内，排斥力势场Urep为零。
接续，将前述之目标点吸引力势场与至少一障碍物排斥力势场合成形成复合势场，并产生一第一合力F1，而该第一合力的定义如下：
其中Fatt表示该目标点的吸引力， Frep表示该至少一障碍物的排斥力。至此，若该障碍物为一般状态之静态障碍物，则船舶即受到该第一合力F1的引导以回避该静态障碍物，并持续朝向目标点航行。
而在步骤(S14)中，该船舶的中央处理模块基于多少时间后与该动态障碍物到达最接近点(Time to the Closest Point of Approach,TCPA)，以及该船舶与该动态障碍物离最接近点的距离(Distance to the Closest Point of Approach, DCPA)，来判断是否开始回避该动态障碍物。其中，当TCPA大于等于零时，表示船舶与动态障碍物在接近中且有相撞的可能性；TCPA小于零表示船舶与动态障碍物正在互相远离。另一方面，可同时参照图5，DCPA则用以判断船舶与动态障碍物可接受的最短范围，当该DCPA小于安全范围阀值则启动避碰模式；该安全范围阀值ρ0的定义如下:
ρ0＝LC+L＝dcri
其中，碰撞长度LC(Collision Length)为两船V、V’碰撞时中点的联机长，L1为做为动态障碍物船舶V’的长度，L2为本船船舶V的长度(此处不考虑宽度)，Xc为本船船舶V与动态障碍物船舶V’间的夹角θc，L为关键避碰长度(为一可变之参数值)，该关键避碰长度应考虑船舶V的操纵性，至少为船舶V的三倍船长以上。其中，ρ0又称危急避碰长度，为人工势场法中斥力场开始作用之距离，该参数ρ0是影响避碰成功与否的重要关键；计算是否 TCPA>0和DCPA<ρ0，若条件成立即启用人工势场法进行避碰。最后，在步骤(S15)中，该船舶的中央处理模块可基于第二人工场势法计算出回避该动态障碍物的路径，并引导该船舶回避该静态障碍物。有鉴于该动态障碍物突然出现于极度靠近船舶的位置(如水中生物突然游出水面)，导致突然产生过大的排斥力势场；或是动态障碍物的移动方向刚好与第一合力方向相同(造成第一合力方向仍会朝向该障碍物)，导致船舶始终无法脱离动态障碍物的牵制，本实施例所提第二人工场势法可依据前述之船舶信息或该动态障碍物信息，于该人工势场中加入外部作用力Fext，以维持朝向目标点的合力强度。
具体而言，该外部作用力Fext的大小权重值取决于船舶的船速、船身长度或宽度，以及动态障碍物的移动速度、动态障碍物大小以及动态障碍物与船舶的相对距离。当动态障碍物的移动速度或船舶的航行速度越快，或是当动态障碍物与船舶的相对距离越短，表示船舶受到来自动态障碍物的排斥力也随之增大；换言之，需要更大的外部作用力Fext指向目标点以避免船舶受到该动态障碍物的排斥力牵引。反之，若动态障碍物与船舶的相对距离较远，或动态障碍物的移动速度与船舶的航行速度缓慢，则表示有充裕的时间可进行缓冲，因此可添加的较弱的外部作用力Fext，船舶即得以较为趋缓的角度绕行并回避该动态障碍物。
接续，将第一人工场势法中吸引力势场与动态障碍物排斥力势场合成所产生该第一合力F1，与另外添加的该外部作用力Fext进行合成已取得一第二合力F2，该第二合力的定义如下：F2＝F1+Fext，其中F1表示该第一合力，Fext表示该外部作用力。最后，该船舶即可透过该第二合力的引导，回避该动态障碍物并朝目标点航行，完成无人船的自主避碰航行。
值得注意的是，在步骤(S14)后还包括一步骤(S14a)依据国际海上避碰公约(Convention on the International Regulations for Preventing Collisions atSea,COLREGS)将该动态障碍物与该船舶的相对位置划分为第一、第二、第三及第四区(可参照图6)；其中，该第一区为该避碰范围圆周345°至15°，该第二区为该避碰范围圆周15°至112.5°，该第三区为该避碰范围圆周112.5°至247.5°，该第四区为该避碰范围圆周112.5°至247.5°。其中，国际海上避碰公约特别是指该动态障碍物为其他航行之船舶的实施方式。
而在步骤(S14a)后还包括一(S14b)若该动态障碍物位于第一或第二区，执行步骤(S15)；若该动态障碍物位于第三或第四区，则维持该船舶的航行路径。具体而言，可参照图3，若该动态障碍物位于第一区，表示船舶前方出现障碍物，故需于人工势场中加入依据船体前进方向右偏移且距离船体一倍船长处建立一暂时吸引力势场，以此满足COLREGs之规范。若该动态障碍物位于第二区，表示船舶右侧出现障碍物，故同样需于人工势场中加入依据船体前进方向右偏移且距离船体一倍船长处建立一暂时吸引力势场。若该动态障碍物位于第三、四区，表示船舶后方、左侧出现障碍物，则不须理会该障碍物；其原因在于，在该动态障碍物为其他航行之船舶的前提下，依据国际海上避碰公约应由他船向右回避我船(因相对而言，我船位于他船之前方、右侧)，而我船可维持原先之路径航行。
在本实施例中，改良了人工势场算法来仿真磁力相吸互斥，同时结合COLREGS国际海上避碰公约，以建立船舶避碰方法，且该方法更依据船舶位置与速度、障碍物位置与速度、DCPA可接受之范围与侦测距离等条件，来引导自主航行船舶自动回避障碍物。
除此之外，请参照图7所示，其为本发明较佳实施例之基于人工势场法的船舶避碰系统。如图7所示，本实施例之基于人工势场法的船舶避碰系统1 包括：一信息取得模块10，以取得一船舶信息、至少一障碍物信息以及一目标点信息；一中央处理模块20，与该信息取得模块10连接，该中央处理模块 20基于一人工势场法的船舶避碰方法，产生一航行控制指令；以及一航行控制模块30，与该中央处理模块连接，该航行控制模块30依据该航行控制指令控制船舶航行。
要特别强调的是，本实施例之船舶除了是一般具有船员驾驶的船只外，更指国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)所规范之「海上水面自动船舶(Maritime Autonomous Surface Ships,MASS)」，而在本文内皆统称为「无人船」。
以下将针对本发明之基于人工势场法的船舶避碰系统做进一步说明。首先，该信息取得模块10可取得一船舶信息、至少一障碍物信息以及一目标点信息；具体而言，该信息取得模块10可以是图像采集装置、姿态感测装置、雷达感测装置、光达感测装置、声纳感测装置、无线定位装置或自动辨识系统(Automatic Identification System,AIS)；该船舶信息包括船舶的船速、位置、航行方向、船身长度，或称垂标间距长(Length betweenperpendiculars,LPP) 及船身宽度；该障碍物信息包括障碍物的移动速度、位置、移动方向、障碍物大小及与该船舶的距离；该目标点信息包括该目标点的位置及与该船舶的距离。
举例而言，除了船身长度及船身宽度为船舶已知信息外，该船舶可透过姿态感测装置侦测船舶的船速、航行方向，以及该障碍物的移动速度、移动方向；也可透过图像采集装置、雷达感测装置、光达感测装置或声纳感测装置侦测障碍物的移动速度、位置、移动方向、障碍物大小及与该船舶的距离，以及目标点的位置及与该船舶的距离；还可透过无线定位装置取得船舶的位置、障碍物的位置以及目标点的位置。除此之外，若该障碍物为其他航行之船舶，则更可透过自动辨识系统取得他船的船舶信息(包括船速、位置、航行方向、船身长度等)。
与该信息取得模块10连接的该中央处理模块20可依据前述之船舶信息、至少一障碍物信息以及目标点信息，并基于一人工势场法的船舶避碰方法，产生一航行控制指令；在此人工势场法的船舶避碰方法可以是图1所述之人工势场法的船舶避碰方法，也可以是图4所述之人工势场法的船舶避碰方法。其中，该航行控制指令包括一航向控制命令以及一航速控制命令。
与该中央处理模块20连接的航行控制模块30则可依据该航行控制指令控制船舶航行。具体而言，该航行控制模块30包括一方向控制模块32以及一动力推进模块34；且该方向控制模块32接收前述之航向控制命令，该动力推进模块34接收前述之航速控制命令。换言之，与该中央处理模块20连接的方向控制模块32，可依据该航向控制命令控制(改变舵角的方向)该船舶的航行方向；另一方面，与该中央处理模块20连接的动力推进模块34，则可依据航速控制命令控制该船舶的航行速度。据此，该船舶可依循所设定避碰路径的回避障碍物。
在本实施例中，该中央处理模块20包括可程序逻辑控制器(Programmable LogicController,PLC)、微控制器(Microcontroller Unit,MCU)或其组合等，举凡能接受各系统模块间信息之传递并进行运算处理后发送控制命令之装置皆属于该保护范围内，本发明不应依此为限。
在本实施例中，该方向控制模块32包括方向舵、电子转向系统或其组合等，其目的在于接收该中央处模块20的命令后调整方向舵的角度，藉以控制船舶的航行方向。该动力推进模块34包括发电机、引擎、侧推器(侧向推进器)、油门、电池、马达或其组合等，其目的在于接收该中央处理模块20的命令后调整输出动力之大小，藉以控制船舶航行的速度。进一步而言，该电池可以是锂离子电池、锂聚合物电池、磷酸锂铁电池、燃料电池或其组合等，可依据动力推进模块的需求设计；该动力推进模块还可以是混合动力系统，透过配置于船舶上的太阳能板、风帆或波浪能驱动装置来收集太阳能、风能及波浪能等自主能源，并将该些自主能源转化成电能储存于蓄电池中，藉以辅助动力推进模块的动力来源。
进一步而言，本发明之基于人工势场法的船舶避碰系统还可包括有一信息安全模块40与该中央处理模块20及/或信息取得模块10连接，该信息安全模块40负责当该中央处理模块20接收的信息有误，或信息取得模块10与外部联机(包括感测信息的取得以及与岸台的通讯)出现问题时，提供该船舶的安全防护机制。当出现信息取得模块10联机异常导致外部或感测信息无法送达、信息取得模块10进行通讯时受到干扰或出现第三方用户(如恶意软件或病毒等)不当控制中央处理模块20之运作时，将会自动将该船舶打至空档；同时禁止该船舶的信息取得模块10再接收外部感测信息或命令，以避免发生碰撞意外，也能让工作人员安全的登上该船舶进行维修作业。
其中，该信息安全模块40可以是透过入侵检测系统(Intrusion-detectionsystem,IDS)监控无线通信传输，检查是否有可疑活动或者违反船舶航行规章，侦测到时发出警报或者采取主动反应措施；身分验证系统(Authentication)，仅授权通过身分验证(如共享密钥或生物学特征验证)的用户与船船进行通讯；防火墙系统(Firewall)建立于外部装置与无线通信模块之间，可依据船舶预设保护内容的来监控往来的传输，并拦截不当的外部信息；或是透过白名单(Whitelisting)系统或应用系统白名单(ApplicationWhitelisting)来执行正面表列的模块或应用程序，而不允许执行名单以外的应用程序。换言之，信息安全模块40仅允许避碰系统内部所有模块或应用程序彼此信息的传递与执行，一旦出现名单以外的模块或应用程序，避碰系统不会执行并且立刻发出警示提醒，透过白名单在第一线做隔离，以确保抵御恶意软件入侵而干扰船舶的航行。
本发明考虑了障碍物的静止和运动状态，并依据船舶在坐标系中与障碍物的绝对最短距离作为检测距离的依据，判断是否遇到存在碰撞危险的障碍物并加以回避，使船舶能够在航道中平稳顺畅地避开障碍物并维持驶向目标点的路径，为自主航行避碰领域提供可靠安全的方法。除此之外，在避障过程中对船舶的速度、航向进行控制，同时对于静态的障碍物如浮标、桥墩等，以及动态障碍物如航道中其他船舶，本发明之基于人工势场法的船舶避碰方法及系统能够大幅减少与障碍物碰撞的机率，也因其易于及时控制及计算量小而能够在自主船舶避障领域发挥较大作用。
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即依本发明申请专利范围及说明内容所作之简单变化与修饰，皆仍属本发明涵盖之范围内。
Claims (23)
1.一种基于人工势场法的船舶避碰系统，其特征在于，包括:
一信息取得模块，以取得一船舶信息、至少一障碍物信息以及一目标点信息；
一中央处理模块，与该信息取得模块连接，该中央处理模块基于一人工势场的船舶避碰方法，产生一航行控制指令；以及
一航行控制模块，与该中央处理模块连接，该航行控制模块依据该航行控制指令控制船舶航行。
2.如权利要求1所述的基于人工势场法的船舶避碰系统，其特征在于，该信息取得模块包括图像采集装置、姿态感测装置、雷达感测装置、光达感测装置、声纳感测装置、无线定位装置、自动辨识系统或其组合。
3.如权利要求1所述的基于人工势场法的船舶避碰系统，其特征在于，该中央处理模块包括可程序逻辑控制器、微控制器或其组合。
4.如权利要求1所述的基于人工势场法的船舶避碰系统，其特征在于，该航行控制模块包括一方向控制模块以及一动力推进模块。
5.如权利要求4所述的基于人工势场法的船舶避碰系统，其特征在于，该方向控制模块包括方向舵、电子转向系统或其组合。
6.如权利要求4所述的基于人工势场法的船舶避碰系统，其特征在于，该动力推进模块包括发电机、引擎、侧推器、油门、电池、马达或其组合。
7.如权利要求1所述的基于人工势场法的船舶避碰系统，其特征在于，更包括一信息安全模块，该信息安全模块与该中央处理模块及该信息取得模块连接。
8.如权利要求1所述的基于人工势场法的船舶避碰系统，其特征在于，该信息安全模块包括入侵检测系统、身分验证系统、授权与加密系统、防火墙系统、白名单系统或其组合。
9.一种基于人工势场法的船舶避碰方法，其特征在于，包括：
(S1)取得一船舶的船舶信息、至少一障碍物的障碍物信息以及一目标点的目标点信息；
(S2)依据该船舶信息、该障碍物信息以及该目标点信息，建立一人工势场，该人工势场包括一目标点吸引力势场以及至少一障碍物排斥力势场；
(S3)合成该目标点吸引力势场与该至少一障碍物排斥力势场，取得一第一合力；
(S4)依据该船舶信息或该障碍物信息加入一外部作用力；
(S5)合成该第一合力与该外部作用力，取得一第二合力；以及
(S6)该船舶依据该第二合力的方向航行，以回避该至少一障碍物。
10.如权利要求9所述的基于人工势场法的船舶避碰方法，其特征在于，该船舶信息包括该船舶的船速、位置、航行方向、船身长度及船身宽度。
11.如权利要求9所述的基于人工势场法的船舶避碰方法，其特征在于，该障碍物信息包括该障碍物的移动速度、位置、移动方向、障碍物大小及与该船舶的距离。
12.如权利要求9所述的基于人工势场法的船舶避碰方法，其特征在于，该目标点信息包括该目标点的位置及与该船舶的距离。
13.如权利要求9所述的基于人工势场法的船舶避碰方法，其特征在于，该人工势场的定义如下：U＝Uatt+∑Urep，其中Uatt表示该目标点吸引力势场，Urep表示该目标点吸引力势场。
14.如权利要求13所述的基于人工势场法的船舶避碰方法，其特征在于，该目标点吸引力势场Uatt的定义如下：
其中k表示常数增益，X表示该船舶的位置，Xg表示该目标点的位置。
15.如权利要求14所述的基于人工势场法的船舶避碰方法，其特征在于，该至少一障碍物排斥力势场Urep的定义如下：
其中k表示常数增益，n表示大于零的任意数，X表示该船舶的位置，Xg表示该目标点的位置，ρ表示该船舶至该至少一障碍物的最短距离，ρ0表示该至少一障碍物产生排斥力的最远距离。
16.如权利要求15所述的基于人工势场法的船舶避碰方法，其特征在于，该第一合力的定义如下：
其中Fatt表示该目标点的吸引力，Frep表示该至少一障碍物的排斥力。
17.如权利要求16所述的基于人工势场法的船舶避碰方法，其特征在于，该第二合力的定义如下：F2＝F1+Fext，其中F1表示该第一合力，Fext表示该外部作用力。
18.一种基于人工势场法的船舶避碰方法，其特征在于，包括：
(S11)侦测是否有障碍物进入船舶的避碰范围，若是，执行步骤(S12)；若否，则维持该船舶的航行路径；
(S12)判断该障碍物为静态障碍物或动态障碍物，若为静态障碍物，执行步骤(S13)；若为动态障碍物，执行步骤(S14)；
(S13)该船舶基于第一人工势场法，回避该静态障碍物；
(S14)该船舶基于与该动态障碍物最接近点的时间，以及与该动态障碍物最接近点的距离，判断是否开始回避该动态障碍物；以及
(S15)该船舶基于请求项9所述的基于人工势场的船舶避碰方法，回避该动态障碍物。
19.如权利要求18所述的基于人工势场法的船舶避碰方法，其特征在于，步骤(S14)后还包括一步骤(S14a)，依据国际海上避碰公约(COLREGS)将该动态障碍物与该船舶的相对位置划分为第一、第二、第三及第四区。
20.如权利要求19所述的基于人工势场法的船舶避碰方法，其特征在于，步骤(S14a)后还包括一步骤(S14b)，若该动态障碍物位于第一或第二区，执行步骤(S15)；若该动态障碍物位于第三或第四区，则维持该船舶的航行路径。
21.如权利要求20所述的基于人工势场法的船舶避碰方法，其特征在于，该第一区为该避碰范围圆周345°至15°，该第二区为该避碰范围圆周15°至112.5°，该第三区为该避碰范围圆周112.5°至247.5°，该第四区为该避碰范围圆周112.5°至247.5°。
22.如权利要求18所述的基于人工势场法的船舶避碰方法，其特征在于，该动态障碍物最接近点的距离小于安全范围阈值则开始回避该动态障碍物，其中该安全范围阈值取决于船舶长度、船舶速度或障碍物速度。
23.如权利要求20所述的基于人工势场法的船舶避碰方法，其特征在于，该阈值受一外部参数影响，该外部参数包括船身大小或船舶与动态障碍物的相对速度。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW109108858A TWI756647B (zh) | 2020-03-18 | 2020-03-18 | 基於人工勢場法的船舶避碰方法及系統 |
| TW109108858 | 2020-03-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113495556A true CN113495556A (zh) | 2021-10-12 |
Family
ID=77748119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010202472.0A Pending CN113495556A (zh) | 2020-03-18 | 2020-03-20 | 基于人工势场法的船舶避碰方法及系统 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11676494B2 (zh) |
| JP (1) | JP7221923B2 (zh) |
| KR (1) | KR102513643B1 (zh) |
| CN (1) | CN113495556A (zh) |
| TW (1) | TWI756647B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116612668A (zh) * | 2023-06-09 | 2023-08-18 | 大连海事大学 | 一种基于改进apf的分道通航制水域船舶自主避碰算法 |
| CN117470249A (zh) * | 2023-12-27 | 2024-01-30 | 湖南睿图智能科技有限公司 | 基于激光点云和视频图像融合感知的船舶防碰撞方法及系统 |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220028240A1 (en) * | 2018-07-17 | 2022-01-27 | BSS Technologies, Inc. | System for dangerous current identification, characterization, alerting and for distressed swimmer location and assistance |
| US11836648B2 (en) * | 2021-02-09 | 2023-12-05 | Global Spatial Technology Solutions Inc. | System and method for vessel risk assessment |
| CN113050652B (zh) * | 2021-03-25 | 2022-08-23 | 上海海事大学 | 一种用于智能船舶自动靠泊的轨迹规划方法 |
| CN113744569B (zh) * | 2021-11-03 | 2022-02-18 | 武汉理工大学 | 开阔水域船舶自主避碰方法、系统、设备及存储介质 |
| CN114061565B (zh) * | 2021-11-12 | 2023-09-12 | 合肥恒淏智能科技合伙企业(有限合伙) | 一种无人船舶slam及其应用方法 |
| CN114384917B (zh) * | 2022-01-14 | 2023-11-17 | 上海大学 | 一种基于场论的船舶实时避碰方法 |
| CN114625134B (zh) * | 2022-03-08 | 2024-04-16 | 大连海事大学 | 一种舰船航行态势快速控制方法 |
| CN114879719A (zh) * | 2022-04-12 | 2022-08-09 | 江苏中科智能科学技术应用研究院 | 一种适用于油电混动无人机的智能避障方法 |
| CN114839994B (zh) * | 2022-05-18 | 2022-11-15 | 哈尔滨理工大学 | 基于改进人工势场法的无人船航速自适应路径规划方法 |
| CN115258093B (zh) * | 2022-08-30 | 2023-10-27 | 江苏科技大学 | 一种欠驱商船自主靠离泊测试方法及系统 |
| CN115599102B (zh) * | 2022-10-31 | 2024-04-30 | 中国舰船研究设计中心 | 一种基于避障信息融合的无人船路径跟踪方法 |
| CN115951683B (zh) * | 2023-01-29 | 2023-11-28 | 南京理工大学紫金学院 | 混合梯度下降和天牛须搜索的人工势场路径规划方法 |
| CN115935714B (zh) * | 2023-02-09 | 2023-09-15 | 大连海事大学 | 一种基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法 |
| CN117311354B (zh) * | 2023-10-12 | 2024-03-29 | 大连海事大学 | 一种基于精确任务导向的港作船自主路径规划及靠泊方法 |
| CN117093005B (zh) * | 2023-10-16 | 2024-01-30 | 华东交通大学 | 一种智能汽车自主避障方法 |
| CN117109595B (zh) * | 2023-10-23 | 2024-01-09 | 山东科技大学 | 船舶航道规划方法、装置、电子设备、存储介质 |
| CN117387631B (zh) * | 2023-12-12 | 2024-03-22 | 青岛科技大学 | 一种机器人的路径规划方法、设备及介质 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170241790A1 (en) * | 2016-02-24 | 2017-08-24 | Honda Motor Co., Ltd. | Path plan generating apparatus for mobile body |
| CN107608346A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-01-19 | 武汉理工大学 | 基于人工势场的船舶智能避障方法及系统 |
| CN109263826A (zh) * | 2018-08-30 | 2019-01-25 | 武汉理工大学 | 基于操纵性建模的船舶智能避碰系统及方法 |
| CN109508016A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-22 | 北京工商大学 | 水质采样巡航船路径规划最优化方法 |
| CN109960262A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-07-02 | 华中科技大学 | 一种基于几何法的无人艇动态避障方法和系统 |
| CN110471420A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-11-19 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 一种基于人工势场法的机器避障方法及装置 |
| CN110471427A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-11-19 | 大连海事大学 | 一种基于路径规划与人工势场法的船舶编队智能避碰方法 |
| CN110850873A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-28 | 五邑大学 | 无人船路径规划方法、装置、设备和存储介质 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101408772B (zh) * | 2008-11-21 | 2010-09-08 | 哈尔滨工程大学 | Auv智能避碰方法 |
| WO2016190680A1 (ko) | 2015-05-28 | 2016-12-01 | 현대중공업 주식회사 | 선박 데이터 통합 관리 방법 및 장치 |
| CN105182975B (zh) * | 2015-09-17 | 2017-10-03 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于改进的人工协调场的气垫船避障方法 |
| GB2564764B (en) * | 2015-11-13 | 2021-11-10 | Flir Systems | Sonar sensor fusion and model based virtual and augmented reality systems and methods |
| CN105676871B (zh) * | 2016-01-19 | 2019-04-30 | 武汉理工大学 | 基于模型船的欠驱动无人船自主航行控制仿真系统及方法 |
| CN105955268B (zh) * | 2016-05-12 | 2018-10-26 | 哈尔滨工程大学 | 一种考虑局部避碰的uuv动目标滑模跟踪控制方法 |
| CN207397097U (zh) * | 2017-11-15 | 2018-05-22 | 谢文可 | 城市河道排污口巡查系统 |
| CN107918395B (zh) * | 2017-11-15 | 2019-06-11 | 谢文可 | 城市河道排污口巡查方法及巡查系统 |
| TW202010684A (zh) * | 2018-09-05 | 2020-03-16 | 羅希哲 | 船舶系統 |
| US10948300B2 (en) * | 2018-12-27 | 2021-03-16 | Beijing Voyager Technology Co., Ltd. | Systems and methods for path determination |
| CN109460045B (zh) * | 2019-01-14 | 2022-02-22 | 哈尔滨工程大学 | 动态障碍在线感知下usv基于改进蚁群优化的避碰规划方法 |
| CN109976189A (zh) * | 2019-03-20 | 2019-07-05 | 中科恒运股份有限公司 | 一种智能舰艇自动巡航模拟仿真方法 |
| TWI714040B (zh) * | 2019-03-27 | 2020-12-21 | 財團法人船舶暨海洋產業研發中心 | 船舶導航系統及其導航方法 |
| CN110111880B (zh) * | 2019-04-22 | 2021-09-28 | 北京航空航天大学 | 柔性针的基于障碍分级的人工势场路径规划方法及装置 |
| CN110609552B (zh) * | 2019-09-12 | 2022-08-02 | 哈尔滨工程大学 | 一种水下无人航行器编队平面航迹规划方法 |
| CN110727274B (zh) * | 2019-11-19 | 2022-09-02 | 大连海事大学 | 一种基于无人船系统的带有避碰且保持连通性的编队控制方法 |
| JP7259172B2 (ja) | 2020-03-16 | 2023-04-18 | 三井Ｅ＆Ｓ造船株式会社 | 航路生成装置 |
-
2020
- 2020-03-18 TW TW109108858A patent/TWI756647B/zh active
- 2020-03-20 CN CN202010202472.0A patent/CN113495556A/zh active Pending
- 2020-03-23 US US16/827,700 patent/US11676494B2/en active Active
- 2020-12-17 JP JP2020209669A patent/JP7221923B2/ja active Active
-
2021
- 2021-03-11 KR KR1020210031765A patent/KR102513643B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170241790A1 (en) * | 2016-02-24 | 2017-08-24 | Honda Motor Co., Ltd. | Path plan generating apparatus for mobile body |
| CN107608346A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-01-19 | 武汉理工大学 | 基于人工势场的船舶智能避障方法及系统 |
| CN109263826A (zh) * | 2018-08-30 | 2019-01-25 | 武汉理工大学 | 基于操纵性建模的船舶智能避碰系统及方法 |
| CN109508016A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-22 | 北京工商大学 | 水质采样巡航船路径规划最优化方法 |
| CN109960262A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-07-02 | 华中科技大学 | 一种基于几何法的无人艇动态避障方法和系统 |
| CN110471420A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-11-19 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 一种基于人工势场法的机器避障方法及装置 |
| CN110471427A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-11-19 | 大连海事大学 | 一种基于路径规划与人工势场法的船舶编队智能避碰方法 |
| CN110850873A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-28 | 五邑大学 | 无人船路径规划方法、装置、设备和存储介质 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116612668A (zh) * | 2023-06-09 | 2023-08-18 | 大连海事大学 | 一种基于改进apf的分道通航制水域船舶自主避碰算法 |
| CN116612668B (zh) * | 2023-06-09 | 2024-02-06 | 大连海事大学 | 一种基于改进apf的分道通航制水域船舶自主避碰算法 |
| CN117470249A (zh) * | 2023-12-27 | 2024-01-30 | 湖南睿图智能科技有限公司 | 基于激光点云和视频图像融合感知的船舶防碰撞方法及系统 |
| CN117470249B (zh) * | 2023-12-27 | 2024-04-02 | 湖南睿图智能科技有限公司 | 基于激光点云和视频图像融合感知的船舶防碰撞方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20210117937A (ko) | 2021-09-29 |
| KR102513643B1 (ko) | 2023-03-23 |
| TWI756647B (zh) | 2022-03-01 |
| JP7221923B2 (ja) | 2023-02-14 |
| JP2021149940A (ja) | 2021-09-27 |
| US11676494B2 (en) | 2023-06-13 |
| US20210295708A1 (en) | 2021-09-23 |
| TW202136816A (zh) | 2021-10-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113495556A (zh) | 基于人工势场法的船舶避碰方法及系统 | |
| CN111746736B (zh) | 船舶导航系统及其导航方法 | |
| Svec et al. | Dynamics-aware target following for an autonomous surface vehicle operating under COLREGs in civilian traffic | |
| CN113759939B (zh) | 一种受限水域智能航行方法及装置 | |
| CN108445879A (zh) | 一种基于预测碰撞危险区域的无人艇避障方法 | |
| KR101764600B1 (ko) | 무인항공기 기반의 선박 항해 방법 및 시스템 | |
| Oh et al. | Development of collision avoidance algorithms for the c-enduro usv | |
| CN109916400B (zh) | 一种基于梯度下降算法与vo法相结合的无人艇避障方法 | |
| CN116360434A (zh) | 基于改进的csac-apf算法的船舶路径规划方法 | |
| Kijima et al. | Design of automatic collision avoidance system using fuzzy inference | |
| CN110928278B (zh) | 一种用于无人艇的自主安全航行方法和无人艇 | |
| CN116974282A (zh) | 基于无人艇的海上搜寻区域覆盖路径规划方法 | |
| Qi et al. | A kelvin wake avoidance scheme for autonomous sailing robots based on orientation-restricted dubins path | |
| CN114384917A (zh) | 一种基于场论的船舶实时避碰方法 | |
| Son et al. | On the sea trial test of the autonomous collision avoidance among multiple unmanned surface vehicles | |
| Chen et al. | Vector Field-Based Guidance Method for Collision Avoidance of Unmanned Surface Vehicles | |
| Qi et al. | Collision risk assessment and obstacle avoidance control for autonomous sailing robots | |
| Zhang et al. | Collision avoidance path planning of open water ships based on velocity obstacle method | |
| Ou et al. | Collision Avoidance Algorithm for Unmanned Surface Vehicle Based on Improved Artificial Potential Field and Ant Colony Optimization | |
| Hermawan et al. | A Modest Numerical Simulation for Automatic Ship Collision Avoidance System to Support Green and Autonomous Shipping Concept | |
| CN117928548A (zh) | 一种基于深度强化学习的港口水域的船舶自主导航方法 | |
| Zhu et al. | A multi-mode automatic collision avoidance approach for radar-viewing windows with multiple ship potential fields | |
| Chen et al. | Research on Improved Artificial Potential Field Ship-ice Collision Avoidance Method | |
| Jia et al. | An improved artificial potential field for vessel collision-avoidance path planning | |
| Yang et al. | Intelligent maritime rules based on unmanned collision |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |