[发明专利]一种无人船规避障碍物的运动规划方法

说明书

本无人船规避障碍物的运动规划方法充分考虑周围障碍物与无人船的相对运动因素，和无人船自身的运动约束，包括无人船的最小转弯半径约束和最大加速度约束等，并以此进行规避，并且还能使无人船在进行规避的同时，行驶也相对平稳。

技术领域

本发明涉及无人设备的运动规划领域，具体为一种无人船规避障碍物的运动规划方法。

背景技术

无人船在自动驾驶的驾驶决策中，其中一个关键问题是基于对周边障碍物和周边移动船只的感知，并以此规划设计自身的航行路线，进行本地的航速和航行方向的优化。整个规划过程可以分为：

1.全局航线优化：根据自身的航行目的地，以及河道海域情况，优化行驶的路径，全局路径规划属于宏观的路径规划。

2.局部运动规划：局部运动规划是船舶按照全局规划的路线行驶时，根据船舶的视觉、雷达、船载AIS所检测到的周边船只、障碍物等信息，感知动态环境，之后进行本地决策、以修改预设定的航线，实现避障，保证安全，通行效率、燃油经济性指标等目标的局部运动规划问题。现有方法主要包括如下几种：

a)基于多传感器融合的局部避障类型方法，主要结合多种传感器的感知结果，分析避免碰撞的区域，优化局部避障的决策。

b)基于虚拟力场类型的船舶避障方法，主要利用人工势场法进行避障处理，使无人船在躲过障碍物后,还能回到原有既定航线上继续航行。这类方法，利用相对速度势场与相对加速度势场，以此来解决无人船的动态避障能力。

c)基于航行经验规则的无人船舶智能避碰，近期提出的基于强化学习的、基于航行经验数据，采用强化学习方法训练无人船的智能避碰模型的，智能避碰方法。

d)基于蚁群算法的无人船局部避障，采用蚁群算法规划无人船在群体行为中的运动避障方案。

但现有的上述全局航线优化和局部运动优化主要问题是优化目标单一，对无人船检测到的周边障碍物，包括其他船只、桥墩或礁石等障碍物，主要当做静态目标来进行避让，未能前瞻性的预测船舶在未来的多时间窗口，同周边船舶的碰撞可能，同时现有方法没有充分考虑无人船自身运动的约束，在运动决策时，未充分考虑船舶的行驶平稳性。

发明内容

(一)解决的技术问题

为了解决以上问题，本发明提供的一种无人船规避障碍物的运动规划方法，充分考虑周围障碍物与无人船的相对运动，并以此进行规避。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无人船规避障碍物的运动规划方法，包括步骤：

步骤1：制定无人船全局航线；

步骤2：获取无人船和其周围障碍物的位置信息及速度信息，并分别计算无人船的速度向量大小和障碍物的速度向量大小；

步骤3：以障碍物最大长度值与无人船最大长度值之和为直径制定碰撞圈；

步骤4：从无人船的中心点向碰撞圈的两侧作两条切线，以两条切线之间的区域建立移动障碍物模型；

步骤5：将该移动障碍物模型以无人船的中心为原点，并沿障碍物的速度向量方向平移至其终点；

步骤6：若无人船的速度向量落在移动障碍物模型范围内，则当无人船与障碍物都以原速度和方向行驶时，将会发生碰撞；若无人船的速度向量未落在移动障碍物模型范围内，则无人船与障碍物无碰撞风险；

步骤7：以无人船的中心点为原点，建立无人船的离散加速度分布模型；

步骤8：将离散加速度分布模型沿无人船的速度向量方向平移至其终点，以离散加速度分布模型与移动障碍物模型未相交的部分为无人船在进行规避时可选择实施的加速度向量。