[发明专利]一种船舶避碰决策方法

权利要求书

1.一种船舶避碰决策方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取本船与目标船的航行相关信息，并计算最近会遇距离DCPA与最近会遇时间TCPA的数值；所述航行相关信息包括航向、航速、相对距离和相对速度；

2)根据本船与目标船的航行相关信息，分析船舶会遇情况，若存在会遇可能，转步骤3)，否则转入步骤1)；所述船舶会遇情况包括：交叉相遇、追越、对遇；

3)根据DCPA与TCPA计算本船与所有会遇的目标船的CRI值，根据CRI值确定避让船，并分析船舶之间的避让责任，如果本船是直航船，则进行保向保速，如果本船是让路船，则转步骤4)；

4)当本船与避让船之间的CRI超过设定阈值时，根据建立的避碰模型，求解避碰路径；

所述避碰模型如下：

避碰的目标函数模型为基于转向幅度与航行时间的避碰目标函数，具体如下：

minf(x)＝0.6f₁+0.2f₂+0.2f₃

三个函数的具体表达式如下：

其中，f₁表示船舶的安全性目标函数值，N为目标船数目；f₂、f₃表示船舶的经济性目标的函数值；θ_i为本船选择避碰路径i时船舶的转向幅度，将转向幅度取值范围设定为[30°,60°],v₀为船舶速度，DCPA_ir表示本船选择避碰路径i时船舶与第r个目标船的最近会遇距离，安全性目标函数的值越大，碰撞风险也越就小；

5)根据模型求解的避碰路径进行船舶避碰行动，避碰完成后进行复航。

2.根据权利要求1所述的船舶避碰决策方法，其特征在于，所述步骤1)中计算最近会遇距离DCPA与最近会遇时间TCPA的数值，采用以下方法：

假设本船的初始位置为(x₀,y₀),船速为v₀、航向为θ₀，目标船的初始位置为(x_T,y_T)，航速为v_T、航向为θ_T；

A＝v_T×sinθ_T-v₀×sinθ₀ (1)

B＝v_T×cosθ_T-v₀×cosθ₀ (2)

则任意时刻t两艘船舶之间的距离可以表示为：

[D(t)]²＝[(x_T-x₀)+(v_T×sinθ₁-v₀×sinθ₀)t]²

+[(y_T-y₀)+(v_T×cosθ₁-v₀×cosθ₀)t]² (3)

再代入Δx、Δy、A、B，可得：

式(4)是关于时间t的二次方程，其最小值就是DCPA的数值，再对时间t求一阶导数，得到：

将其代入式(4)中，求出DCPA。

3.根据权利要求1所述的船舶避碰决策方法，其特征在于，所述CRI的设定阈值为0.5。

4.根据权利要求1所述的船舶避碰决策方法，其特征在于，所述步骤4)中的避碰的目标函数模型通过PSO-GA优化算法求解：

4.1)设置算法的相关参数，产生初始种群；

4.2)依据避碰的目标函数模型计算每个粒子的适应值；再根据粒子的适应值；得到粒子的个体最优位置和全局最优位置；其中避碰的目标函数模型为：

minf(x)＝0.6f₁+0.2f₂+0.2f₃

其中，f₁表示种群中个体i的安全性目标函数值，N为目标船数目；f₂、f₃表示种群中个体i的经济性目标的函数值，θ_i为种群中个体i的转向幅度，将转向幅度设定为[30°,60°],v₀为船舶速度，DCPA_ir表示种群中第i个个体与第r个目标船的最近会遇距离，三个函数的具体表达式如下：

4.3)引入GA算法的变异交叉操作，对全部粒子进行变异交叉操作，再把每个粒子将其个体最优位置和全局最优位置进行比较，若较好，则作为当前全局最好位置；

4.4)更新粒子的速度和位置，同时为保证避碰的路径平滑，将船舶避碰路径的搜索中心区域的范围限定在个体粒子和全局粒子所找到的个体最优值与全体最优值的最大距离的中间位置，以此为依据完成对船舶避碰路径的智能搜索获得最优避碰操作策略。