CN117008606A - 一种定线制水域船舶自主航行决策方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种定线制水域船舶自主航行决策方法及装置，包括：对船舶在定线制水域航行约束条件下的本船舶在原路径自主航行过程中的第一航行数据和本船舶在预设范围内的目标船舶的第二航行数据进行预测，得到预测结果；当预测结果为目标船舶在预设时间内与本船舶存在碰撞危险时，根据第一航行数据和第二航行数据，确定本船舶的操纵方案；根据操纵方案对本船舶进行操纵，得到完成操纵后的本船舶的第三航行数据；根据第三航行数据，返回本船舶的原路径。本发明对本船舶周围的目标船舶进行监控，预测与本船舶是否会发送碰撞，如果是，则根据操纵方案对本船舶进行操纵，提高本船舶在航行过程中的安全性，实现了在定线制的复杂水域中的自主航行。
Description
技术领域
本发明涉及定线制水域船舶自主航行技术领域，具体涉及一种定线制水域船舶自主航行决策方法及装置。
背景技术
随着贸易全球化的不断发展，全球货物运输需求激增。据统计，航运业承担了90％以上的全球货物运输任务。船舶大型化、快速化趋势日趋明显，船舶数量增加，交通环境日益复杂，人为因素导致的航行安全问题突出。在自主船舶出现之前，为解决船舶汇聚水域交通秩序混乱、事故多发的问题，各国在这类水域设置船舶定线制。以推荐或其他的形式规定航路方向，简化交通流形式，约束船舶行为，减少碰撞、搁浅等事故的发生。船舶定线制的出现很大程度上缓解了通航压力，维护了交通秩序，减少船舶航行风险。但商船体型、惯性大、机动性差和操纵迟滞明显，在环境约束较强的定线制水域操纵难度较大。与此同时，船舶交通流日益增多，部分定线制种类多、会遇场景繁多，致使碰撞、搁浅等事故仍时有发生。
在计算机技术飞速发展的今天，提高船舶智能化、自主化程度，实现自主航行，是缓解定线制水域船舶航行安全问题的有效途径，也能减少人类财产和生命损失，这对提高航运效率具有重要理论与实际意义。未来，在自主航行出现后的一定时间内，水上交通环境将会是自主船舶与传统有人船舶共同参与。但是，在自主船舶与传统有人船舶共同参与的情况下，难免会有人机冲突产生不协调避碰行动。
因此，急需提出一种定线制水域船舶自主航行决策方法及装置，解决现有技术中自主船舶与传统有人船舶共同参与的情况下，在船舶在定线制水域产生人机冲突，导致产生不协调避碰行动的技术问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种定线制水域船舶自主航行决策方法及装置，用以解决现有技术中自主船舶与传统有人船舶共同参与的情况下，在船舶在定线制水域产生人机冲突，导致产生不协调避碰行动的技术问题。
一方面，本发明提供了一种定线制水域船舶自主航行决策方法，包括：
获取本船舶预设距离内的环境数据，对所述环境数据进行孪生，得到定线制水域船舶航行约束条件；
对在所述定线制水域船舶航行约束条件下的所述本船舶在原路径自主航行过程中的第一航行数据和所述本船舶在预设范围内的目标船舶的第二航行数据进行预测，得到预测结果；
当所述预测结果为所述目标船舶在预设时间内与所述本船舶存在碰撞危险时，根据所述第一航行数据和所述第二航行数据，确定所述本船舶的操纵方案；
根据所述操纵方案对所述本船舶进行操纵，得到完成所述操纵后的所述本船舶的第三航行数据；根据所述第三航行数据，返回所述本船舶的所述原路径。
在一些可能的实现方式中，所述环境数据包括静态环境数据和动态环境数据；
所述获取本船舶预设距离内的环境数据，对所述环境数据进行孪生，得到定线制水域船舶航行约束条件，包括：
根据所述静态环境数据和船舶定线制，建立整体模型和静态交通环境要素模型；
根据所述动态环境数据，建立动态交通环境要素数学模型；
根据所述整体模型、所述静态交通环境要素模型和所述动态交通环境要素数学模型对所述环境数据进行数字孪生，得到定线制水域船舶航行约束条件。
在一些可能的实现方式中，所述第一航行数据包括所述本船舶的船舶操纵性，所述预测结果包括存在碰撞危险或不存在碰撞危险；
所述对在所述定线制水域船舶航行约束条件下的所述本船舶在原路径自主航行过程中的第一航行数据和所述本船舶在预设范围内的目标船舶的第二航行数据进行预测，得到预测结果，包括：
根据所述本船舶的所述船舶操纵性和所述环境数据，确定所述本船舶在所述定线制水域船舶航行约束条件下的船舶领域；
根据定线制水域自主航行系统对所述本船舶和所述本船舶预设范围内的所述目标船舶进行监控，得到所述本船舶和所述目标船舶的监控数据；
根据所述监控数据，预测出预设时间内所述本船舶的预设个数第一船位和所述目标船舶的预设个数第二船位；
当所述预设个数第二船位中存在至少一个第二船位在所述本船舶的任意一个第一船位的所述船舶领域中时，确定所述本船舶与所述目标船舶存在碰撞危险；
当所述预设个数第二船位均不在所述本船舶的所述预设个数第一船位的所述船舶领域中时，确定所述本船舶与所述目标船舶不存在碰撞危险。
在一些可能的实现方式中，所述当所述预测结果为所述目标船舶在预设时间内与所述本船舶存在碰撞危险时，根据所述第一航行数据和所述第二航行数据，确定所述定线制水域本船舶的操纵方案，包括：
根据所述本船舶的所述预设个数第一船位、所述船舶领域和所述目标船舶的所述预设个数第二船位，确定所述本船舶与所述目标船舶的碰撞危险度；
根据所述本船舶的所述第一航行数据，确定所述本船舶的第一船舶类型；
根据所述目标船舶的所述第二航行数据，确定所述目标船舶的第二船舶类型；
根据所述碰撞危险度、所述第一船舶类型和所述第二船舶类型，确定所述本船舶的定线制水域操纵方案。
在一些可能的实现方式中，所述根据所述本船舶的所述预设个数第一船位、所述船舶领域和所述目标船舶的所述预设个数第二船位，确定所述本船舶与所述目标船舶的碰撞危险度，包括：
根据所述本船舶的所述船舶领域和所述目标船舶的所述预设个数第二船位，确定空间碰撞危险度；
根据所述本船舶的所述预设个数第一船位、所述船舶领域和所述目标船舶的所述预设个数第二船位，确定至少一个所述第二船位进入所述本船舶的任意一个所述第一船位的所述船舶领域的航行时间；
根据所述航行时间，确定时间碰撞危险度；
根据所述空间碰撞危险度和所述定时间碰撞危险度，确定所述本船舶与所述目标船舶的碰撞危险度。
在一些可能的实现方式中，所述第一船舶类型包括直航船舶、让路船舶，所述第二船舶类型包括所述直航船舶、所述让路船舶和特殊船舶；
所述根据所述碰撞危险度、所述第一船舶类型和所述第二船舶类型，确定所述本船舶的操纵方案，包括：
当所述本船舶为所述让路船舶、所述目标船舶为所述直航船舶时，确定所述本船舶的第一操纵方案；
当所述本船舶为所述直航船舶、所述目标船舶为所述让路船舶时，在所述碰撞危险度大于等于碰撞阈值的情况下，确定所述本船舶的第二操纵方案；
当所述目标船舶为特殊船舶时，确定所述本船舶的第三操纵方案；
当所述本船舶与所述目标船舶对遇时，确定所述本船舶的第四操纵方案。
在一些可能的实现方式中，所述根据所述操纵方案对所述本船舶进行操纵，得到完成所述操纵后的所述本船舶的第三航行数据，包括：
根据所述操纵方案对所述本船舶进行操纵，得到完成所述操纵后所述本船舶的第三船位；
根据所述整体模型与所述第三船位，确定所述本船舶的第三航行数据。
在一些可能的实现方式中，所述第三航行数据包括所述第三船位与所述整体模型中航道边界的距离；
所述根据所述第三航行数据，返回所述本船舶的所述原路径，包括：
判断所述距离是否大于等于边界阈值；
若是，则确定所述本船舶的第五操纵方案，根据所述第五操纵方案对所述本船舶进行操纵，以使所述本船舶返回所述原路径继续行驶。
在一些可能的实现方式中，所述判断所述距离是否大于等于边界阈值之后，还包括：
若所述距离小于所述边界阈值，则所述本船舶在所述定线制水域船舶航行约束条件下，沿所述整体模型的所述航道边界的边界航行；
根据所述本船舶的航行情况，更新所述本船舶的第三船位，并重新进行“判断所述距离是否大于等于边界阈值”的步骤。
另一方面，本发明还提供了一种定线制水域船舶自主航行决策装置，包括：
数据获取模块，用于获取本船舶预设距离内的环境数据，对所述环境数据进行孪生，得到定线制水域船舶航行约束条件；
数据预测模块，用于对在所述定线制水域船舶航行约束条件下的所述本船舶在原路径自主航行过程中的第一航行数据和所述本船舶在预设范围内的目标船舶的第二航行数据进行预测，得到预测结果；
方案确定模块，用于当所述预测结果为所述目标船舶在预设时间内与所述本船舶存在碰撞危险时，根据所述第一航行数据和所述第二航行数据，确定所述本船舶的操纵方案；
船舶操纵模块，用于根据所述操纵方案对所述本船舶进行操纵，得到完成所述操纵后的所述本船舶的第三航行数据；根据所述第三航行数据，返回所述本船舶的所述原路径。
采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的定线制水域船舶自主航行决策方法，获取本船舶预设距离内的环境数据，对环境数据进行孪生，得到所述船舶航行约束条件；对船舶在定线制水域船舶航行约束条件下的本船舶在原路径自主航行过程中的第一航行数据和本船舶在预设范围内的目标船舶的第二航行数据进行预测，得到预测结果；当预测结果为目标船舶在预设时间内与本船舶存在碰撞危险时，根据第一航行数据和第二航行数据，确定本船舶的操纵方案；根据操纵方案对本船舶进行操纵，得到完成操纵后的本船舶的第三航行数据；根据第三航行数据，返回本船舶的原路径。本发明通过对环境数据进行孪生，对近岸复杂水域中的本船舶的航行进行约束，保证本船舶在航行过程中的安全。进一步的，通过对本船舶预设范围内的其他目标船舶进行监控，预测与本船舶是否会发送碰撞，如果是，则根据操纵方案对本船舶进行操纵，完成碰撞操纵，避免了人机冲突，提高本船舶在航行过程中的安全性，实现了本船舶在定线制水域的复杂水域中的自主航行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的定线制水域船舶自主航行决策方法的一个实施例流程示意图；
图2为本发明提供的椭圆形偏心船舶领域的一个实施例结构示意图；
图3为本发明提供的速度障碍法的一个实施例原理示意图；
图4为本发明提供的非线性速度障碍模型的一个实施例原理示意图；
图5为本发明提供的本船舶离航道边界距离的一个实施例结构示意图；
图6为本发明提供的定线制水域船舶自主航行决策装置的一个实施例结构示意图；
图7为本发明提供的电子设备的一个实施例结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器系统和/或微控制器系统中实现这些功能实体。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
本发明实施例提供了一种定线制水域船舶自主航行决策方法及装置，以下分别进行说明。
图1为本发明提供的定线制水域船舶自主航行决策方法的一个实施例流程示意图，如图1所示，船舶定线制水域自主航行决策方法包括：
S101、获取本船舶预设距离内的环境数据，对所述环境数据进行孪生，得到定线制水域船舶航行约束条件；
S102、对在所述定线制水域船舶航行约束条件下的所述本船舶在原路径自主航行过程中的第一航行数据和所述本船舶在预设范围内的目标船舶的第二航行数据进行预测，得到预测结果；
S103、当所述预测结果为所述目标船舶在预设时间内与所述本船舶存在碰撞危险时，根据所述第一航行数据和所述第二航行数据，确定所述定线制水域本船舶的操纵方案；
S104、根据所述定线制水域操纵方案对所述本船舶进行操纵，得到完成所述操纵后的所述本船舶的第三航行数据；根据所述第三航行数据，返回所述本船舶的所述原路径。
与现有技术相比，本发明提供的定线制水域船舶自主航行决策方法，获取本船舶预设距离内的环境数据，对环境数据进行孪生，得到定线制水域船舶航行约束条件；对在定线制水域船舶航行约束条件下的本船舶在原路径自主航行过程中的第一航行数据和本船舶在预设范围内的目标船舶的第二航行数据进行预测，得到预测结果；当预测结果为目标船舶在预设时间内与本船舶存在碰撞危险时，根据第一航行数据和第二航行数据，确定本船舶的操纵方案；根据操纵方案对本船舶进行操纵，得到完成操纵后的本船舶的第三航行数据；根据第三航行数据，返回本船舶的原路径。本发明通过对环境数据进行孪生，对近岸复杂水域中的本船舶的航行进行约束，保证本船舶在航行过程中的安全。进一步的，通过对本船舶预设范围内的其他目标船舶进行监控，预测与本船舶是否会发送碰撞，如果是，则根据操纵方案对本船舶进行操纵，完成碰撞操纵，避免了人机冲突，提高本船舶在航行过程中的安全性，实现了本船舶在定线制水域的复杂水域中的自主航行。
在本发明的一些实施例中，所述环境数据包括静态环境数据和动态环境数据；
所述获取本船舶预设距离内的环境数据，对所述环境数据进行孪生，得到定线制水域船舶航行约束条件，包括：
根据所述静态环境数据和船舶定线制，建立整体模型和静态交通环境要素模型；
根据所述动态环境数据，建立动态交通环境要素数学模型；
根据所述整体模型、所述静态交通环境要素模型和所述动态交通环境要素数学模型对所述环境数据进行数字孪生，得到定线制水域船舶航行约束条件。
需要说明的是，船舶定线制是通过行业规定或推荐形式，设定在部分水域，用于规范船舶航行行为的虚拟交通环境。船舶定线制分为分道通航制、环形道、沿岸通航带、双向航路、推荐航路、推荐航线、深水航路、警戒区、避航区、禁锚区等，这不同水域可根据实际需求单独或组合使用些定线制。定线制作为研究水域中约束最强的交通环境要素之一，同时也是应用最广泛的船舶定线制之一，用分隔带/线、明显的地理物标等将航道分隔成左右两个通航分道，实行单向通航，减少船舶交通事故的发生。根据自主航行决策交通环境感知的需求，将定线制分为分道通航制、警戒区、沿岸通航带等并对其进行建模。如分道通航制按其构成又分为通航分道、分隔带、分隔线等，定线制建模中通过将其构成部分模型进行组合建立整体模型。而本发明是在多类定线制水域中使用定线制，其中，多类定线制水域是指由多种类型定线制元素单独或组合使用的水域，主要交通环境有以下特点。
(1)通航分道宽度有限，交通流方向有要求，约束船舶行为。
(2)交通环境冗杂，船舶交通流密度大，船间安全距离较小，会遇态势复杂多变，海事事故率高。
(3)交通环境要素多样化。不同区域定线制的组合方式多样化，静态交通环境构成要素多元化，对船舶航行影响差异大。
在本发明的具体实施例中，可以以直布罗陀定线制水域为本发明的实施例场景。假定某船舶定线制区域中包含s个分道通航制，每个分道通航制由n个通航分道和m条边界线组成，每条边界线含有e个点。分道通航制、通航分道、边界线、边界线包含的点、通航分道划分的航段按由西向东、由北向南依次递增。在模型数字化过程中，应保持边界线的点数量相等，若不相等，则增加构成点使其相等。
第s个分道通航制的m条边可由Bm表示，如公式1所示：
式中：表示TTS的第m条边上的第e个点。
分道通航制的n个通航分道可由Tln表示，如公式2所示：
Tln＝[Bm，B(m+1)]T (2)
式中：n与m的对应关系为m＝2n-1。
根据通航分道中船舶位置和流向的不同，将某个通航分道划分为j个航段，Snj表示第n个通航分道上的第j个航段，如公式3所示：
Rs表示第s个分道通航制，如公式4所示：
Rs＝[Tln，Tl(n+1)] (4)
警戒区，隔离带，沿岸通航带等特殊区域可由公式5、公式6进行数字化。其中，公式5为规则圆形区域数学模型，公式6为用多个点的连线表示的其他形状数学模型，矩阵中的点可根据具体交通环境选取。
[area|(rcosα+x,rsinα+y)](5)
式中：(x,y)、r分别为圆形区域的圆心和半径，α为参数；Do表示组成该区域的点，i表示点的数量。
需要说明是，船舶定线制已经涉及船舶的静态环境数据中的一部分的环境数据，所以还可以根据静态环境数据另一部的环境数据建立模型。
在本发明具体实施例中，对海图中静态交通环境信息提取、建模的过程中，可以将定线制以外的其他静态交通环境要素模型分为圆形物标模型、点状物标模型、条形物标模型、多边形物标模型。
1)圆形交通环境要素模型：如岛屿、工程船等，将这类目标视为圆形障碍物，其数学模型如公式5所示，半径可根据具体环境适当调整。
2)点状交通环境要素模型：适用于几何尺寸较小的目标，如浮标、危险沉船、明暗礁等，船舶可与此类目标保持距离较小。数学模型如公式5所示，半径较小。
3)条形交通环境要素模型：适用于几何尺寸相对较大的目标，如船舶编队、拖网捕渔船等，依据目标形状作为条形障碍物并禁止船舶通过。
4)多边形交通环境要素模型：近岸水域中船舶不会穿过或驶入面积较大且连续的浅滩、岸线，可视为多边形物标。依据物标的几何形状及其附近水深等深线结合本船吃水确定多边形顶点，构成一个多边形，多边形内部不允许船舶通过。
在本发明具体实施例中，动态交通环境要素主要是指常规机动船、从事捕鱼船、操限船、失控船、非机动船等的各类型船舶。通过对各类要素特征的提取来构建其数学模型。可以将动态交通环境要素模型分为普通机动船物标模型、条形物标模型、圆形物标模型和点状物标模型。
1)普通机动船交通环境要素模型：如常规机动船等，将这类目标视为普通机动船障碍物。
2)条形交通环境要素模型：适用于几何尺寸相对较大的目标，如拖带船、拖网渔船等，依据目标形状作为条形障碍物并禁止船舶通过。
3)圆形交通环境要素模型：如操限、失控船等，将这类目标视为圆形障碍物。
4)点状交通环境要素模型：如非机动船等，船舶可与此类目标保持距离较小。
需要说明的是，交通环境的数字孪生可以包括静态交通环境数字孪生和动态交通环境数字孪生，使本船舶可以在数字孪生得到的交通环境中，根据交通环境中各种环境约束条件下进行航行，比如，定线制、障碍物等约束条件。
在本发明具体实施例中，静态交通环境中包括：目的港、始发港、通航分道、航段、推荐主交通流向、分隔带和警戒区等，根据各交通环境要素数学模型，建立直布罗陀水域静态数字孪生交通环境，在孪生的交通环境中，船舶可以根据本船船位判断所在航道和航段，以及推荐交通流流向。动态交通环境数字孪生，是指将由AIS、ARPA等船载设备获取到的本船一定范围内的动态交通环境数据(包含常规机动船和各类特殊船舶的AIS/ARPA数据)经处理后，根据船舶类型与对应数学模型匹配，使其数字化，实现适应于船舶自主航行的交通环境数字孪生。
在本发明的一些实施例中，所述第一航行数据包括所述本船舶的船舶操纵性，所述预测结果包括存在碰撞危险或不存在碰撞危险；
所述对在所述定线制水域船舶航行约束条件下的所述本船舶在原路径自主航行过程中的第一航行数据和所述本船舶在预设范围内的目标船舶的第二航行数据进行预测，得到预测结果，包括：
根据所述本船舶的所述船舶操纵性和所述环境数据，确定所述本船舶在所述定线制水域船舶航行约束条件下的船舶领域；
根据定线制水域自主航行系统对所述本船舶和所述本船舶预设范围内的所述目标船舶进行监控，得到所述本船舶和所述目标船舶的监控数据；
根据所述监控数据，预测出预设时间内所述本船舶的预设个数第一船位和所述目标船舶的预设个数第二船位；
当所述预设个数第二船位中存在至少一个第二船位在所述本船舶的任意一个第一船位的所述船舶领域中时，确定所述本船舶与所述目标船舶存在碰撞危险；
当所述预设个数第二船位均不在所述本船舶的所述预设个数第一船位的所述船舶领域中时，确定所述本船舶与所述目标船舶不存在碰撞危险。
需要说明的是，当本船舶在数字孪生得到的交通环境中的各种环境约束条件下进行正常航行时，应始终与他船、航道边界及其他可能影响本船航行安全的物标(障碍物)保持一定的安全距离，以避免水上交通事故的发生。即研究目标(本船)周围存在不允许他船侵入的安全区域，称为船舶领域。
在本发明的具体实施例中，船舶在定线制水域航行中，会遇局面多为追越和对遇局面。对遇局面中两船会遇时相对速度较快，追越局面本船与目标船相对速度较慢，船艏方向需要的安全距离更大，而船艉和左右两舷需要的安全距离相对较小。所以可以选用椭圆形偏心船舶领域，如图2所示，假想船位于椭圆中心，真实本船位于椭圆中心的假想船正后方，使得船艏方向比船艉方向的安全距离更大，偏心距离s＝b×c，其中，椭圆形领域的短半轴a＝3L，沿船舶正横方向；长半轴b＝5L，沿船舶艏艉方向；船位后移的幅度系数c＝0.2，L为本船船长。在实际应用时，船舶领域中的相关参数和本船与假想船的距离可根据实际航行环境和船舶操纵性进行调整。例如在狭窄航道，可缩小船舶正横方向的安全距离。
本船船舶领域表达式如公式7所示：
假定t时刻本船船位为(X(t),Y(t))，本船船舶艏向角为θ(t)，假想船位可由公式8计算。
当目标船位满足公式7的时间t，即为进入船舶领域时间(Time toShip Domain，TTS)。
需要说明的是，定线制水域自主航行系统对一定范围内的目标船进行实时监控，是替代传统船舶的人工“瞭望”的有效途径，及时发现并判断目标船是否与本船存在潜在碰撞危险。船舶在定线制水域航行中，应遵守定线制规定，防止船舶驶出航道边界线，船舶应尽可能让开分隔线或分隔带，靠近航道中轴线航行。为防止船舶驶出航道，搁浅或与他船构成碰撞危险，在通航分道内距分道边界线或分隔带3倍船长处DIS＝3L，沿主交通流方向设置船位监控预警线。其中参数根据具体环境，由船长适当进行调整。通过定线制水域自主航行系统的实时监控，可以对本船舶及其周围一定范围内的目标船舶进行船位监控，得到本船舶和目标船舶的监控数据。
本发明实施例中还设置了船位推算数学模型，通过船位推算数学模型可以根据监控数据对本船舶和目标船舶进行实时推算船位，能够对船舶一段时间内的位置进行提前预测，比如，30分钟，从而可以得到本船舶在一段时间内的预设个数第一船位，和目标船舶在一段时间内的预设个数第二船位。
在本发明具体实施例中，目标船舶的监控主要分为按照该水域定线制通航分道航行的常规船舶，未按通航分道主流向航行的船舶和在沿岸通航带中航行的非常规船舶。沿着通航分道主流向航行的常规船舶是指在通航分道中正常航行，其航向和主交通流方向基本一致。船舶是否顺交通流方向行驶，通过目标船舶的航向与主交通流之间的差值进行判断。顺交通流方向行驶的船舶满足公式9，航向与其所在航道推荐交通流方向差值不大于±10°；未按照交通流方向行驶的船舶其航向与所在航道推荐交通流方向差值大于±10°，或不在航道内。
常规船舶顺交通流主流向航向，预计其将会持续按照推荐交通流方向航行，当推荐主交通流变化时将沿新的推荐交通流流向航行。此类船舶通过公式10进行船位推算。
船舶在通航分道行驶时也会有各种船舶因为穿越通航分道、避让操纵和离开通航分道等原因，未顺着主交通流方向行驶。只要目标船舶位置不在通航分道内或目标船舶航向与通航分道主交通流方向差别较大，可认为目标船舶是不按分道通航制推荐航向航行的船舶。此类船舶按照当前时刻的航向和航速，通过公式11进行船位推算。若目标船舶在下一计算时刻发生机动操纵，则更新目标船舶信息进行计算，只要更新信息的频率足够高，可以实现对目标船舶的自适应决策。
式中：(x0,y0)为船舶初始时刻位置；v为航速；TC为航向；αi表示船舶当前所在航段的交通流方向；αi+1表示下一航段的交通流方向；t1为船舶顺交通流方向航行时到达下一航段所需时间；(x1,y1)为船舶到达下一航段时的船位。
需要说明是，还可以根据每个第一船位对应的船舶领域，判断预设个数第二船位中是否存在至少一个第二船位在本船舶的任意一个第一船位的船舶领域中，如果是，则本船舶与目标船舶存在碰撞危险(Potential collision risk，PCR)，需要及时采取避让行动，如不存在PCR，则保持监控其动态。
在本发明的一些实施例中，所述当所述预测结果为所述目标船舶在预设时间内与所述本船舶存在碰撞危险时，根据所述第一航行数据和所述第二航行数据，确定所述本船舶的操纵方案，包括：
根据所述本船舶的所述预设个数第一船位、所述船舶领域和所述目标船舶的所述预设个数第二船位，确定所述本船舶与所述目标船舶的碰撞危险度；
根据所述本船舶的所述第一航行数据，确定所述本船舶的第一船舶类型；
根据所述目标船舶的所述第二航行数据，确定所述目标船舶的第二船舶类型；
根据所述碰撞危险度、所述第一船舶类型和所述第二船舶类型，确定所述本船舶的操纵方案。
需要说明的是，本发明实施例中应用了速度障碍法，将本船舶与动态物标避碰问题转化为本船舶相对静态物标的避碰问题。避让的基本思想是通过求解本船舶与动态物标的相对速度矢量，避免相对速度矢量落入速度障碍区。其原理图如图3所示，其中，物标b的圆形区域表示避免本船a与物标碰撞的安全区，确保本船不进入该区域则不会与物标发生碰撞。VO、VT分别为本船和动态物标的速度矢量，VOT为而二者的相对速度矢量，如公式12所示：
避免相对速度矢量VOT的方向落入相对碰撞区(Relative Collision Cone,RCC)即图3中大三角形区域，即可避免本船与动态物标发生碰撞，如公式13所示：
RCC＝{VOT|LOT∩T≠0} (13)
绝对碰撞区(ACC,Absolute Collision Cone)计算如公式14所示：
式中，Vo (t)、VT (t)分别为t时刻本船和目标船的速度；为闵可夫斯基矢量和运算。其中，当Vo (t)∈ACC时，两船将会发生碰撞。
在本发明具体实施例中，设置了非线性速度障碍模型，如图4所示。通过改变本船舶速度和航向避免相对速度矢量落入速度障碍区，求取可行船舶航速航向集，优化船舶避碰决策方案。
当在交通环境较为复杂定线制水域备车航行时，驾引人员通常通过调整车中不同挡位，改变船舶航速进行避让操纵。考虑船舶主机保护，通常不用倒车，仅使用前进三、前进二、前进一和微速前进4个车钟命令进行速度控制。
基于考虑船舶非线性运动过程的改进非线性速度障碍模型，结合当前时刻本船舶不同车令相对应的改向范围，可得到4个不同车令下本船的速度障碍区，即可能导致本船发生碰撞危险的速度矢量集，如公式15所示：
式中，Ti表示不同车令，i∈{前进三、前进二、前进一和微速前}。VOi代表是i档车令下的速度障碍区，即图4-5中不同颜色的扇形区域。
改进的速度障碍模型考虑了船舶非线性运动过程和船舶变速的影响，相较于传统的速度障碍模型更符合航海实践，有效提高船舶避让行动方案的可行性，保障自主船舶航行安全。
在本发明的一些实施例中，所述根据所述本船舶的所述预设个数第一船位、所述船舶领域和所述目标船舶的所述预设个数第二船位，确定所述本船舶与所述目标船舶的碰撞危险度，包括：
根据所述本船舶的所述船舶领域和所述目标船舶的所述预设个数第二船位，确定空间碰撞危险度；
根据所述本船舶的所述预设个数第一船位、所述船舶领域和所述目标船舶的所述预设个数第二船位，确定至少一个所述第二船位进入所述本船舶的任意一个所述第一船位的所述船舶领域的航行时间；
根据所述航行时间，确定时间碰撞危险度；
根据所述空间碰撞危险度和所述定时间碰撞危险度，确定所述本船舶与所述目标船舶的碰撞危险度。
需要说明的是，定线制水域自主航行避让操纵决策中，为降低人为因素的干扰提升船舶航行的可靠性和安全性，引入碰撞危险度(Collision risk index，CRI)从客观角度对船舶碰撞危险程度进行量化。
在本发明具体实施例在中，在船舶碰撞危险量化中，考虑直布罗陀定线制水域交通情况复杂，交通环境约束强，研究中通过预测未来一时间段(设定30分钟)目标船是否会进入本船船舶领域，作为船舶碰撞危险判断的标准。目标船进入船舶领域的时间即目标船与本船船舶领域的距离小于0的时刻t。
CRI是的反映碰撞危险是否存在及会遇紧迫程度的重要指标，可根据两船操纵特性、位置和航速等确定。CRI取值0～1之间，通过计算两船之间CRI的大小来判断不同会遇局面中对本船舶的危险程度最高的目标船舶(CRI值最大，即最危险目标船)，优先对其采取避让操纵。
CRI值的计算包含空间和时间两个部分，分别为空间碰撞危险度(Spacecollision risk index，SCRI)和时间碰撞危险度(Time collision risk index，TCRI)，如公式12所示：
式中：U为CRI的值；Ut为TCRI的值；Us为SCRI的值。
在航海实践中，船舶驾驶人员对目标船舶是否与本船构成PCR的判断结果有或没有。SCRI表示两船是否存在PCR，目标船舶与本船舶SCRI如公式13：
式中：(Xj,Yj)t表示t时刻第j艘目标船位；SDt表示t时刻本船船舶领域内的点集。
TCRI是指存在碰撞危险两船采取避让措施紧迫程度的物理量。在自主航行决策研究中，通过TCRI来反映目标船进入本船船舶领域紧迫程度，如公式14：
式中：TTS为目标船进入本船船舶领域的时间。
碰撞危险形成条件为：存在潜在碰撞危险且目标船进入本船船舶领域的时间TTS小于t0。t0可根据实际情况进行设置，本发明实施例在此不加以限制，t0取1800s。
需要说明的是，可以根据本船舶的第一航行数据，确定本船舶的第一船舶类型，可以根据目标船舶的第二航行数据，确定目标船舶的第二船舶类型。
在本发明的一些实施例中，所述第一船舶类型包括直航船舶、让路船舶，所述第二船舶类型包括所述直航船舶、所述让路船舶和特殊船舶；
所述根据所述碰撞危险度、所述第一船舶类型和所述第二船舶类型，确定所述本船舶的操纵方案，包括：
当所述本船舶为所述让路船舶、所述目标船舶为所述直航船舶时，确定所述本船舶的第一操纵方案；
当所述本船舶为所述直航船舶、所述目标船舶为所述让路船舶时，在所述碰撞危险度大于等于碰撞阈值的情况下，确定所述本船舶的第二操纵方案；
当所述目标船舶为特殊船舶时，确定所述本船舶的第三操纵方案；
当所述本船舶与所述目标船舶对遇时，确定所述本船舶的第四操纵方案。
在本发明具体实施例中，当本船舶为让路船时，水域中可能会有船舶因某种原因穿越通航分道与本船舶构成交叉相遇态势，当目标船舶不断靠近最终形成碰撞危险时，按照《规则》的规定，确定本船舶的第一操纵方案，本船舶应避免横越目标船船艏。本船舶通过向右转向或减速进行避让。构成追越局面的两船存在潜在碰撞危险时，根据《规则》追越船是让路船，被追越船为直航船。规则并未约束让路船采取避让的行动方向，因此让路船可基于周边水域的交通环境选择向左或向右的避让措施。其中，本船舶与目标船舶构成碰撞危险时(U>0)，本船舶为让路船时应立刻采取避碰行动。
当本船舶为直航船时，本船舶为交叉相遇局面中的直航船时，根据《规则》的要求，确定第二操纵方案，直航船采取避让行动时应向右避让。本船舶为追越局面中的直航船时，若让路船一直没有按避碰规则采取让路行动且碰撞危险度值U>0.4，本船舶可以采取避碰行动。《规则》中未明确规定转向方向，因此定线制水域，只要确保两船在安全距离外驶过，根据具体交通环境情况向左、向右转向均可。
当目标船舶为特殊船舶，本船舶与特殊船舶构成碰撞危险时，考虑该水域交通环境限制和特殊船舶自身机动性相对较差等因素，本船舶应主动避让承担让路船责任，及早确定第三操纵方案，并根据第三操纵方案进行避让行动。
当本船舶与目标船舶对遇时，因为本船舶与目标船舶相遇，速度将会加倍，因此，需要及早确定第四操纵方案，采取避让行动时应向右避让。
在本发明具体实施例中，根据《规则》和良好船艺的要求，船舶在采取避让行动时一定要大幅度，表明避让行动意图。开阔水域中，大幅度的标准为转向30°或降速二分之一以上。考虑定线制水域交通环境约束，转向幅度限定在5～60°之间，当转向幅度超过60°时，从另一侧求取可行转向幅度。船舶备车航行状态下，仅考虑船舶使用“前进三、前进二、前进一、微速进”四个车令来进行速度控制，方便传统船舶升级改造。
本发明实施例可以依据碰撞危险度CRI值(U)作为本船舶避碰操纵行动时机的标准，当推算目标船舶未来30分钟不会进入本船船舶领域时，则认定当前时刻该目标船舶不对本船舶构成碰撞危险，两船处于自由行动阶段。当U>0且存在碰撞危险时，则认为目标船舶与本船舶形成碰撞危险，根据局面辨识结果采取避让行动，改向或者变速。本船舶为直航船时，若让路船一直没有按避碰规则采取让路行动且U>0.4，本船舶可以采取避碰行动。具体如表1所示：
表1船舶避碰行动时机
在本发明的具体实施例中，可以在考虑《规则》和良好船艺要求的基础上建立船舶自主避碰方法，以提高船舶定线制水域航行安全，满足交通环境约束，该避碰决策需同时满足以下要求：1)优先避让最危险船舶。根据本船附近6海里内的他船信息数据(航速、航向和船位)，推算未来一段时间内目标船的运动态势，判断是否与本船存在碰撞危险。存在危险时使用自主避碰方法进行避让行动决策，将危险船舶按照碰撞危险度值大小，优先避让最危险船舶，即CRI值最大目标船。2)近岸水域转向幅度不宜过大。在通航分道内避让行动的转向幅度过大，易导致违反《规则》要求，靠近分隔线或穿越分隔带。因此，可以设定初始转向角为5°，当转向角大于60°时，从目标另一侧求取可行避让。当单转向无可行改向角时，考虑变速或变速变向组合进行安全避让，其中，具体的参数可以根据实际情况进行设置，本发明实施例在此不加以限制，比如，里内为6、初始转向角为5°和转向角的阈值为60°。
在本发明的一些实施例中，所述根据所述操纵方案对所述本船舶进行操纵，得到完成所述操纵后的所述本船舶的第三航行数据，包括：
根据所述操纵方案对所述本船舶进行操纵，得到完成所述操纵后所述本船舶的第三船位；
根据所述整体模型与所述第三船位，确定所述本船舶的第三航行数据。
需要说明的是，因为，定线制水域自主航行系统可以对本船舶和目标船舶的船位进行实时的监控，所以，在本船舶根据操纵方案对本船舶进行操纵之后，可以通过定线制水域自主航行系统确定本船舶的第三航行数据。
在本发明的一些实施例中，所述第三航行数据包括所述第三船位与所述整体模型中航道边界的距离；
所述根据所述第三航行数据，返回所述本船舶的所述原路径，包括：
判断所述距离是否大于等于边界阈值；
若是，则确定所述本船舶的第五操纵方案，根据所述第五操纵方案对所述本船舶进行操纵，以使所述本船舶返回所述原路径继续行驶。
需要说明的是，第三航行数据可以包括第三船位，然后计算本船舶离航道边界距离，如图5所示，本船舶离航道边界距离可以为DISL或DISR，当DISL和DISR均大于等于边界阈值，表示水域环境可以支持本船舶立刻进行返回原路径操纵，可以根据本船舶现在的船位，确定返回原路径的第五操纵方案。
在本发明的一些实施例中，所述判断所述距离是否大于等于边界阈值之后，还包括：
若所述距离小于所述边界阈值，则所述本船舶在所述定线制水域船舶航行约束条件下，沿所述整体模型的所述航道边界的边界航行；
根据所述本船舶的航行情况，更新所述本船舶的第三船位，并重新进行“判断所述距离是否大于等于边界阈值”的步骤。
需要说明的是，当本船距离航道边界距离DISL或DISR小于DIS且无法立刻进行返回原路径操纵时，本船将沿通航分道边界航行。在通航分道边界约束条件下，定线制水域自主航行决策无法求取到可行操纵方案且为避免紧迫危险时，本船船位约束由船位监控预警线调整至临时可航水域边界线。通过定线制水域自主航行系统对本船舶的实时监控，并重新对实时监控得到的本船舶的船位进行判断，循环进行“判断所述距离是否大于等于边界阈值”及之后的步骤，直到本船舶达到终点，结束航行。
本发明实施例以固定步长Δt在时变环境中快速更新涵盖动、静态物标的交通环境信息，实时监控周边目标船运动姿态，判断与本船是否会形成碰撞危险。通过自主避碰方法，生成可行自主避让操纵方案，结合自动航行模型及航线跟踪方法求取定线制水域船舶自主航行决策方案，以在任意初始条件实现自主航行。同时，通过滚动时间序列方法的反馈矫正不断滚动优化航行决策，降低误差影响。
为了更好实施本发明实施例中的定线制水域船舶自主航行决策方法，在定线制水域船舶自主航行决策方法基础之上，对应地，本发明实施例还提供了一种定线制水域船舶自主航行决策装置，如图6所示，定线制水域船舶自主航行决策装置包括：
数据获取模块601，用于获取本船舶预设距离内的环境数据，对所述环境数据进行孪生，得到定线制水域船舶航行约束条件；
数据预测模块602，用于对在所述定线制水域船舶航行约束条件下的所述本船舶在原路径自主航行过程中的第一航行数据和所述本船舶在预设范围内的目标船舶的第二航行数据进行预测，得到预测结果；
方案确定模块603，用于当所述预测结果为所述目标船舶在预设时间内与所述本船舶存在碰撞危险时，根据所述第一航行数据和所述第二航行数据，确定所述本船舶的操纵方案；
船舶操纵模块604，用于根据所述操纵方案对所述本船舶进行操纵，得到完成所述操纵后的所述本船舶的第三航行数据；根据所述第三航行数据，返回所述本船舶的所述原路径。
上述实施例提供的定线制水域船舶自主航行决策装置可实现上述定线制水域船舶自主航行决策方法实施例中描述的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见上述定线制水域船舶自主航行决策方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。
如图7所示，本发明还相应提供了一种电子设备700。该电子设备700包括处理器701、存储器702及显示器703。图7仅示出了电子设备700的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
存储器702在一些实施例中可以是电子设备700的内部存储单元，例如电子设备700的硬盘或内存。存储器702在另一些实施例中也可以是电子设备700的外部存储设备，例如电子设备700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，存储器702还可既包括电子设备700的内部储存单元也包括外部存储设备。存储器702用于存储安装电子设备700的应用软件及各类数据。
处理器701在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器702中存储的程序代码或处理数据，例如本发明中的定线制水域船舶自主航行决策方法。
显示器703在一些实施例中可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。显示器703用于显示在电子设备700的信息以及用于显示可视化的用户界面。电子设备700的部件701-703通过系统总线相互通信。
在本发明的一些实施例中，当处理器701执行存储器702中的定线制水域船舶自主航行决策程序时，可实现以下步骤：
获取本船舶预设距离内的环境数据，对所述环境数据进行孪生，得到定线制水域船舶航行约束条件；
对在所述定线制水域船舶航行约束条件下的所述本船舶在原路径自主航行过程中的第一航行数据和所述本船舶在预设范围内的目标船舶的第二航行数据进行预测，得到预测结果；
当所述预测结果为所述目标船舶在预设时间内与所述本船舶存在碰撞危险时，根据所述第一航行数据和所述第二航行数据，确定所述本船舶的操纵方案；
根据所述操纵方案对所述本船舶进行操纵，得到完成所述操纵后的所述本船舶的第三航行数据；根据所述第三航行数据，返回所述本船舶的所述原路径。
应当理解的是：处理器701在执行存储器702中的定线制水域船舶自主航行决策程序时，除了上面的功能之外，还可实现其他功能，具体可参见前面相应方法实施例的描述。
进一步地，本发明实施例对提及的电子设备700的类型不做具体限定，电子设备700可以为手机、平板电脑、个人数字助理(personal digitalassistant，PDA)、可穿戴设备、膝上型计算机(laptop)等便携式电子设备。便携式电子设备的示例性实施例包括但不限于搭载IOS、android、microsoft或者其他操作系统的便携式电子设备。上述便携式电子设备也可以是其他便携式电子设备，诸如具有触敏表面(例如触控面板)的膝上型计算机(laptop)等。还应当理解的是，在本发明其他一些实施例中，电子设备700也可以不是便携式电子设备，而是具有触敏表面(例如触控面板)的台式计算机。
相应地，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储计算机可读取的程序或指令，程序或指令被处理器执行时，能够实现上述各方法实施例提供的定线制水域船舶自主航行决策方法步骤或功能。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件(如处理器，控制器等)来完成，计算机程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上对本发明所提供的定线制水域船舶自主航行决策方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种定线制水域船舶自主航行决策方法，其特征在于，包括：
获取本船舶预设距离内的环境数据，对所述环境数据进行孪生，得到定线制水域船舶航行约束条件；
对在所述定线制水域船舶航行约束条件下的所述本船舶在原路径自主航行过程中的第一航行数据和所述本船舶在预设范围内的目标船舶的第二航行数据进行预测，得到预测结果；
当所述预测结果为所述目标船舶在预设时间内与所述本船舶存在碰撞危险时，根据所述第一航行数据和所述第二航行数据，确定所述本船舶的操纵方案；
根据所述操纵方案对所述本船舶进行操纵，得到完成所述操纵后的所述本船舶的第三航行数据；根据所述第三航行数据，返回所述本船舶的所述原路径。
2.根据权利要求1所述的定线制水域船舶自主航行决策方法，其特征在于，所述环境数据包括静态环境数据和动态环境数据；
所述获取本船舶预设距离内的环境数据，对所述环境数据进行孪生，得到定线制水域船舶航行约束条件，包括：
根据所述静态环境数据和船舶定线制，建立整体模型和静态交通环境要素模型；
根据所述动态环境数据，建立动态交通环境要素数学模型；
根据所述整体模型、所述静态交通环境要素模型和所述动态交通环境要素数学模型对所述环境数据进行数字孪生，得到定线制水域船舶航行约束条件。
3.根据权利要求1所述的定线制水域船舶自主航行决策方法，其特征在于，所述第一航行数据包括所述本船舶的船舶操纵性，所述预测结果包括存在碰撞危险或不存在碰撞危险；
所述对在所述定线制水域船舶航行约束条件下的所述本船舶在原路径自主航行过程中的第一航行数据和所述本船舶在预设范围内的目标船舶的第二航行数据进行预测，得到预测结果，包括：
根据所述本船舶的所述船舶操纵性和所述环境数据，确定所述本船舶在所述定线制水域船舶航行约束条件下的船舶领域；
根据定线制水域自主航行系统对所述本船舶和所述本船舶预设范围内的所述目标船舶进行监控，得到所述本船舶和所述目标船舶的监控数据；
根据所述监控数据，预测出预设时间内所述本船舶的预设个数第一船位和所述目标船舶的预设个数第二船位；
当所述预设个数第二船位中存在至少一个第二船位在所述本船舶的任意一个第一船位的所述船舶领域中时，确定所述本船舶与所述目标船舶存在碰撞危险；
当所述预设个数第二船位均不在所述本船舶的所述预设个数第一船位的所述船舶领域中时，确定所述本船舶与所述目标船舶不存在碰撞危险。
4.根据权利要求3所述的定线制水域船舶自主航行决策方法，其特征在于，所述当所述预测结果为所述目标船舶在预设时间内与所述本船舶存在碰撞危险时，根据所述第一航行数据和所述第二航行数据，确定所述本船舶定线制水域的操纵方案，包括：
根据所述本船舶的所述预设个数第一船位、所述船舶领域和所述目标船舶的所述预设个数第二船位，确定所述本船舶与所述目标船舶的碰撞危险度；
根据所述本船舶的所述第一航行数据，确定所述本船舶的第一船舶类型；
根据所述目标船舶的所述第二航行数据，确定所述目标船舶的第二船舶类型；
根据所述碰撞危险度、所述第一船舶类型和所述第二船舶类型，确定所述本船舶定线制水域的操纵方案。
5.根据权利要求4所述的定线制水域船舶自主航行决策方法，其特征在于，所述根据所述本船舶的所述预设个数第一船位、所述船舶领域和所述目标船舶的所述预设个数第二船位，确定所述本船舶与所述目标船舶的碰撞危险度，包括：
根据所述本船舶的所述船舶领域和所述目标船舶的所述预设个数第二船位，确定空间碰撞危险度；
根据所述本船舶的所述预设个数第一船位、所述船舶领域和所述目标船舶的所述预设个数第二船位，确定至少一个所述第二船位进入所述本船舶的任意一个所述第一船位的所述船舶领域的航行时间；
根据所述航行时间，确定时间碰撞危险度；
根据所述空间碰撞危险度和所述定时间碰撞危险度，确定所述本船舶与所述目标船舶的碰撞危险度。
6.根据权利要求4所述的定线制水域船舶自主航行决策方法，其特征在于，所述第一船舶类型包括直航船舶、让路船舶，所述第二船舶类型包括所述直航船舶、所述让路船舶和特殊船舶；
所述根据所述碰撞危险度、所述第一船舶类型和所述第二船舶类型，确定所述本船舶的操纵方案，包括：
当所述本船舶为所述让路船舶、所述目标船舶为所述直航船舶时，确定所述本船舶的第一操纵方案；
当所述本船舶为所述直航船舶、所述目标船舶为所述让路船舶时，在所述碰撞危险度大于等于碰撞阈值的情况下，确定所述本船舶的第二操纵方案；
当所述目标船舶为特殊船舶时，确定所述本船舶的第三操纵方案；
当所述本船舶与所述目标船舶对遇时，确定所述本船舶的第四操纵方案。
7.根据权利要求2所述的定线制水域船舶自主航行决策方法，其特征在于，所述根据所述操纵方案对所述本船舶进行操纵，得到完成所述操纵后的所述本船舶的第三航行数据，包括：
根据所述操纵方案对所述本船舶进行操纵，得到完成所述操纵后所述本船舶的第三船位；
根据所述整体模型与所述第三船位，确定所述本船舶的第三航行数据。
8.根据权利要求7所述的定线制水域船舶自主航行决策方法，其特征在于，所述第三航行数据包括所述第三船位与所述整体模型中航道边界的距离；
所述根据所述第三航行数据，返回所述本船舶的所述原路径，包括：
判断所述距离是否大于等于边界阈值；
若是，则确定所述本船舶的第五操纵方案，根据所述第五操纵方案对所述本船舶进行操纵，以使所述本船舶返回所述原路径继续行驶。
9.根据权利要求8所述的定线制水域船舶自主航行决策方法，其特征在于，所述判断所述距离是否大于等于边界阈值之后，还包括：
若所述距离小于所述边界阈值，则所述本船舶在所述定线制水域船舶航行约束条件下，沿所述整体模型的所述航道边界的边界航行；
根据所述本船舶的航行情况，更新所述本船舶的第三船位，并重新进行“判断所述距离是否大于等于边界阈值”的步骤。
10.一种定线制水域船舶自主航行决策装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取本船舶预设距离内的环境数据，对所述环境数据进行孪生，得到船舶航行约束条件；
数据预测模块，用于对在所述定线制水域船舶航行约束条件下的所述本船舶在原路径自主航行过程中的第一航行数据和所述本船舶在预设范围内的目标船舶的第二航行数据进行预测，得到预测结果；
方案确定模块，用于当所述预测结果为所述目标船舶在预设时间内与所述本船舶存在碰撞危险时，根据所述第一航行数据和所述第二航行数据，确定所述本船舶的操纵方案；
船舶操纵模块，用于根据所述操纵方案对所述本船舶进行操纵，得到完成所述操纵后的所述本船舶的第三航行数据；根据所述第三航行数据，返回所述本船舶的所述原路径。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310821334.4A CN117008606A (zh) | 2023-07-04 | 2023-07-04 | 一种定线制水域船舶自主航行决策方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310821334.4A CN117008606A (zh) | 2023-07-04 | 2023-07-04 | 一种定线制水域船舶自主航行决策方法及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117008606A true CN117008606A (zh) | 2023-11-07 |
Family
ID=88564584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310821334.4A Pending CN117008606A (zh) | 2023-07-04 | 2023-07-04 | 一种定线制水域船舶自主航行决策方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117008606A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117970786A (zh) * | 2024-04-02 | 2024-05-03 | 武汉理工大学 | 一种船舶自主航行决策方法、装置、船舶及存储介质 |
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2023
- 2023-07-04 CN CN202310821334.4A patent/CN117008606A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117970786A (zh) * | 2024-04-02 | 2024-05-03 | 武汉理工大学 | 一种船舶自主航行决策方法、装置、船舶及存储介质 |
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