[发明专利]基于速度矢量坐标系的船自动避碰方法

说明书

技术领域

本发明涉及航海技术领域，具体涉及一种基于速度矢量坐标系的船自动避碰方法。

背景技术

船舶智能避碰技术研究一直以来是智能航海研究领域的热点和前沿课题，是实现船舶自动化的关键技术之一。由于涉及因素较多，尽管人们对船舶避碰的研究已经付出了很大的努力，但是船舶智能避碰技术研究进展相对还是比较缓慢。例如关于多船会遇避碰决策问题还没有得到很好解决，特别是较为复杂的多船会遇避碰决策问题。

船舶的局部避碰是指船舶在水面航行过程中，遇到如岛屿、船只、浮标等障碍物时，能够考虑到其操纵运动特性，自主地识别避让障碍物。目前，国内外专家学者解决船舶局部避碰问题多采用局部路径规划、轨迹规划方法，并且将多种智能算法注入其中，使得规划时间降低，规划精度提高。目前已有的船舶局部路径规划研究为船舶避碰提供了一定的参考，但是这些方法实施的前提多是将船舶视为质点，忽略其操纵运动特性，并且不考虑外界条件对船舶航行的影响。然而，在复杂的海洋环境中，船舶在躲避障碍物的同时，还会受到风浪流的影响，所以这种理想化的方法对于船舶在实际海面上航行避碰的借鉴意义是有限的，船舶避碰不仅要考虑如何进行固定会遇情况下的路径规划，还需要考虑动态情况下的路径规划。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种不仅能判断出船舶间是否有碰撞风险，同时也能提供避碰方法的于速度矢量坐标系的船自动避碰方法。

一种基于速度矢量坐标系的船自动避碰方法，包括以下步骤：

(1)、以某一船舶作为质点，获取该船舶周围的障碍物信息；

(2)、通过碰撞预测模型判断船舶与周围障碍物是否有碰撞危险，若存在危险，则进入步骤(3)，若不存在危险，则返回步骤(1)；所述通过碰撞预测模型判断船舶与周围障碍物是否有碰撞危险的方法为：

当本船舶处于单目标障碍物情形时：

在全局坐标系XOY中，船舶S位于点(X_S,Y_S)，速度为V_S；O视为运动障碍物，位于点(X_O,Y_O)，速度为V_O，首先将船舶S模型化为一个质点，然后将障碍物O根据船舶S的大小进行膨化，其膨化后的半径扩展为R_O，并且使得膨化后的障碍物边界为安全区域，称膨化障碍物O为船舶S的一个位置障碍PO， l_MO和l_NO是船舶S与PO两侧切线方向的射线，D_SO为l_SO方向上测量到的S与 O之间的距离，定义S和O的相对速度为V_SO＝V_S-V_O，则通过相对速度可以把 O当作静止障碍物，S的速度则看作为V_SO，如果V_SO保持不变，l_SO为其方向上的射线，则船舶将和障碍物O发生碰撞的条件为：

使上述条件成立的相对速度V_SO的集合，定义为速度空间中的相对碰撞区 RCC：

即射线l_MO和l_NO之间的区域，对于本船的任一相对速度V_SO，如果V_SO∈ RCC，则船舶将与障碍物O发生碰撞；

把RCC平移V_o后得到的区域称为绝对碰撞区域ACC：其中表示闵可夫斯基矢量和运算，则V_S的末端点位于ACC等价于V_SO∈RCC，所以当V_S的末端点位于ACC时，船舶将与障碍物O发生碰撞，ACC表示S与 O会发生碰撞的速度V_SO的集合，称为S对O的速度障碍VO：

VO(V_O)＝{V_S|(V_S-V_O)∈RCC}