[發明專利]基于人工勢場的船舶智能避障方法及系統

在審

• 申請號: 201710761707.8
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107608346A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 吳青;程婷婷;馬楓;王鵬
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 王丹

1.一種基于人工勢場的船舶智能避障方法，其特征在于：它包括以下步驟：

S1、實時采集船舶自身信息、內河航道信息和障礙物信息；船舶自身信息包括船舶位置、航速和航向，內河航道信息包括航道邊界位置，障礙物信息包括障礙物位置和障礙物的速度；

S2、根據采集的信息建立內河航道坐標系，建立基于人工勢場法的航道邊界斥力勢場和障礙物斥力勢場模型；

S3、依據船舶航行過程中受到航道邊界斥力勢場和障礙物斥力勢場疊加而成的復合場作用來建立平衡方程，求解得到船舶在智能避障中要經過的位置點，位置點擬合在一起得到避障路徑；

S4、依據避障路徑控制船舶的航向和航速，船舶進入所述的復合勢場后，船舶的航速及航向隨著與障礙物的距離減小而逐漸減小，當遠離障礙物斥力勢場后，船舶航速逐漸增大，直到駛出障礙物勢場，船舶航速將不再受到障礙物影響。

2.根據權利要求1所述的基于人工勢場的船舶智能避障方法，其特征在于：所述的S2具體包括：

S2.1、建立內河航道坐標系：

根據雷達圖像和AIS數據，以船舶自身為坐標原點建立經緯坐標系，根據內核航道信息和障礙物信息獲取航道邊界和障礙物在經緯坐標系中的坐標；

S2.2、建立航道邊界斥力勢場：

提取航道邊界的數據，對航道邊界的數據進行分析處理后建立航道邊界斥力勢場：

式中，U_L.i和U_R.i分別表示航道左右邊界斥力勢場，k_L.i和k_R.i分別表示航道左右邊界施加斥力的系數，表示船舶的質心、航道左右邊界對應點坐標，W_船為船寬；

S2.3、根據障礙物信息和船舶自身信息建立障礙物斥力勢場：

將靜態障礙物描述為圓形和圓角矩形，按船舶領域將船舶自身描述為一個質點，規定靜態障礙物的障礙物斥力勢場的作用范圍，當船舶進入該作用范圍內時受到由靜態障礙物指向船舶自身的斥力勢場作用，在該方向上的速度分量開始減??；

將動態障礙物描述為移動的橢圓形，計算動態障礙物速度方向與船舶自身速度方向夾角為α＝θ-β，動態障礙物與船舶自身的間距障礙物影響范圍為ρ₀，

當時，動態障礙物的障礙物斥力勢場U_req為：

當時，動態障礙物的障礙物斥力勢場U_req為：

當時，船舶不在動態障礙物的障礙物斥力勢場作用范圍內，不受斥力作用：

U_req＝0；

k_ob表示動態障礙物的障礙物斥力勢場的比例系數，表示船舶質心對應點的坐標向量，W_船表示船寬，表示動態障礙物的位置向量，ρ₀表示動態障礙物作用半徑，v表示船舶自身的航行速度，v₀表示動態障礙物的運動速度，θ表示船舶自身航行方向，φ為動態障礙物的運動方向，η為放大系數。