[发明专利]一种船舶航行自动避碰航路规划方法及模型

说明书

本发明公开了一种船舶航行自动避碰航路规划方法及模型，包括收集障碍物、出发点、目的点信息，根据收集的信息，在航路规划的过程中，当遭遇障碍物时，先计算船舶能避开障碍物的最小角度连线，即与测试线夹角最大的连线，并直接记录障碍物左右两侧的两条可能行驶的路径；然后，沿着障碍物绕行时，将障碍物的各个顶点与中间航路点作测试，分别计算并选取左、右两侧与测试线夹角最大的连线，比较两者的大小后，取其夹角较小者的连线作为备选航段，以确定唯一的可绕行的航路。该一种船舶航行自动避碰航路规划方法及模型与现有技术相比，自动规划航路，实现船舶自动避碰障碍物的需求，对解决船舶搁浅碰撞等问题和提高海上航行安全具有重要意义。

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，具体地说是一种实用性强、船舶航行自动避碰航路规划方法及模型。

背景技术

沿海水域往往交通流复杂，水道和岛礁众多，暗礁与浅滩密布，常航行于沿海水域的船长们都会感受到保证航行安全的压力。在保障船舶航行安全的基本措施中，航路的合理规划是十分重要的措施，也是最基本的措施之一。随着交通强国战略的实施，我国沿海船舶数量将显著增加，必将使交通流密度增大，局部通航条件更加复杂。目前船舶在沿海水域航行时，仍然采用传统的船员手动操舵，而目前普遍认为船舶事故主要是由人的失误引起的，因此，实现船舶在沿海多障碍物复杂水域的自主航行，既是减少船舶碰撞事故的有效手段，又是急需攻克的技术难题。

船舶航路规划是实现船舶自主航行的重要前提。航路规划是指在具有障碍物的环境中，根据己知的地理信息数据，通过使用一定的寻优算法寻找一条从给定初始位置到达目标位置的无碰撞路径，并且要求航行路径既能满足一定的约束条件(无碰撞)，又满足一定的优化准则(如路径最短，能量消耗最小等)。目前电子海图显示与信息系统(ECDIS)在船舶上己普遍被使用于辅助航路规划；然而现行ECDIS在遇到障碍物时仅具有警示功能，仍需通过船员依据个人航行经验手动调整转向点，重新进行航路规划来实现船舶避碰，这大大降低了ECDIS的助航效益，同时增加了人为失误的可能。如何在船舶现有设备系统的基础上更加合理地规划避碰航路，以供船员在船舶开航行进行航路规划时参考，己成为海上交通安全领域亟需解决的关键问题。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种实用性强、船舶航行自动避碰航路规划方法及模型。

一种船舶航行自动避碰航路规划方法，其规划过程为：

步骤一、首先收集障碍物信息，设置避碰安全距离；

步骤二、确认船舶是否需要避开障碍物，如不需要则直接规划航路，如需要则进入步骤三；

步骤三、确认避开最近障碍物左右两侧的最小角度连线，将左右两侧的最小角度连线记录为可行驶路径并备用，所述最小角度连线是指与测试线夹角最大的出发点与障碍物节点之间的连线，该测试线是指出发点与目的点之间的连线；

步骤四、以最小角度连线的障碍物节点为出发点，顺序确认左右两侧障碍物节点的最小角度连线，直至左右两侧的当前测试点和目的点间的连线均不会经过任一障碍物为止，该确认过程参照步骤三，比较左右两侧行驶路线的大小后，取其夹角较小者的连线作为备选航段，以确定唯一的可绕行的航路。

所述步骤一中设置避碰安全距离的过程为：首先确认起始点和目的点之间的障碍物，确认船舶与障碍物之间的避碰安全距离，并以避碰安全距离为依据，利用GIS系统领域分析功能扩大各障碍物范围，作为后续避碰分析的依据。

GIS系统领域分析功能是指：通过GIS系统领域分析工具中的缓冲区工具对障碍物范围进行扩大，具体方法为：在GIS系统Arcmap模块中中添加含有障碍物的图层，调出建立缓冲区工具，选择输入要素，该输入要素包括设置好的避碰安全距离和起点、终点，系统自动挖掘与该障碍物的邻近关系，最后在图层中建立该缓冲区，即产生一个以避碰安全距离为扩大值的最小边界范围，作为航路规划的依据。