[发明专利]融合海流及尺度差异影响的无人艇多目标会遇避碰方法

说明书

本发明属于无人艇自动避碰技术领域，具体涉及融合海流及尺度差异影响的无人艇多目标会遇避碰方法。本发明利用船舶自动识别系统的信息交互，通过数据解算，模拟雷达自动标绘功能，解决了无人艇雷达相关功能因外界因素发生信息偏差甚至缺失不能计算避碰参数的问题，并考虑了海流对无人艇和目标船的位置偏移，提出更适合无人艇使用的避碰参数，提高了无人艇在大海中航行的安全性。本发明数据来源稳健且具有实时动态性，为避碰决策提供数据信息支持。

技术领域

本发明属于无人艇自动避碰技术领域，具体涉及融合海流及尺度差异影响的无人艇多目标会遇避碰方法。

背景技术

无人艇作为在水面上航行的一种航行器，符合《1972避碰规则》中，第一条第一款规定适用于在公海和连接于公海而可供海船航行的一切水域中的一切船舶。在现阶段，海面上航行的大多数船舶依然是有人船舶。因此，无人艇有义务像有人船舶一样执行适当而有效的避碰手段，并且符合海员通常做法，不给驾驶员带来迷惑性的行为。这个标准由IMO(世界海事组织)联合各成员国制定，其中重要的避碰参数被称为DCPA(最近会遇距离)和TCPA(最近会遇时间)，这两个参数不仅是避碰决策的重要参考而且是海事仲裁的有效法律依据。海上环境恶劣，雷达易受天气、海浪、船舶遮蔽物等影响，导致信息可靠性下降，进而威胁到无人艇的航行安全；并且由于无人艇自身体积小，容易受海流等因素发生位置偏移，DCPA和TCPA不能准确提供无人艇的避碰信息，需要一种能够弥补雷达信息偏差或缺失，考虑海流影响且计算简单、快速、实时稳健的避碰参数计算方法，即海流最近会遇距离(current of distance to closest point of approach，CDCPA)和海流最近会遇时间(current of time of closest point of approach，CTCPA)。

文献《航海模拟器中DCPA TCPA的算法》中所提方法是基于已知两船的位置信息进行推算的，而且两船的动态信息都是已知的，不符合目标船信息缺失的前提。并且考虑了纬度渐长，在小范围内考虑纬度渐长会增加控制器的计算时间，而不能显著提高计算精度，因此降低了算法的实时性。

公开日2019年11月01日，公布号为110400491A，发明名称为“一种宽水域多目标辅助避碰决策方法及决策系统”，计算避碰参数的方法用雷达直接计算DCPA，由于无人艇体积小，容易受海流扰动，此外雷达受天气影响系统稳健性降低，避碰参数缺少准确性。

公开日2019年08月23日，公布号为110164185A，发明名称为“一种基于AIS的船舶避碰系统”，只是直接简单的调用AIS所给出的信息，并没有进一步的进行避碰参数的解算。

公开日2019年11月01日，公布号为110398962A，发明名称为“一种开阔水域船舶避碰方法”，在文中只对会遇距离参数进行了计算，并没有计算有关时间的避碰参数，且没有考虑海流的影响。

文献《综合船桥系统中基于电子海图的船舶避碰技术的研究》和《基于电子海图矢量数据建模的无人船路径规划》没有考虑海流对无人艇的位置扰动，并且后者将动态的障碍物静态化，缺乏对动态障碍物的跟踪以及对《规则》的适用，降低了无人艇的航行安全性。

文献《海洋复杂场景下的船舶避碰问题研究》考虑了海洋流场对船舶的影响，但是仅考虑了海流对船舶的速度影响没有考虑位置影响，且考虑的对象为大型船舶，不适用相对体型较小的无人艇，因此忽略了会遇局面中两船舶体积差异和海流产生的综合影响。

以上文献和发明，有的过分强调避碰的精度而忽略了算法的实时性，有的没有考虑海流对无人艇的影响，有的忽略了无人艇和大型船舶之间的体积差异，有的方法只能依赖于雷达设备。显然这些方法与无人艇的体积小，避碰决策的强实时性需求，雷达设备受环境干扰不稳定性相背离，因此本发明结合《规则》提出了更适合无人艇用的稳健避碰参数计算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供考虑海流和船舶尺度的综合影响的融合海流及尺度差异影响的无人艇多目标会遇避碰方法。