[發明專利]一種基于虛擬力的船舶導航方法

有效

• 申請號: 202010460158.2
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111561932B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 黃立文;郝國柱;張可;郭超麒
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 劉艷艷

本發明公開了一種基于虛擬力的船舶導航方法，包括如下步驟：S1、通過虛擬力場法確定所有虛擬力的方向；S2、定性分析虛擬力的大小和定量計算虛擬力的大小；S3、通過矢量三角形合成法將已知方向和大小的所有虛擬力進行合成，得到虛擬力合力；S4、船舶按照虛擬力合力的方向進行航行。本發明的主旨在于探究虛擬力對內河船舶航行的影響，通過研究虛擬力來更好地得到推薦的船舶實時動態航向，實現更精準化、擬人化的內河船舶導航，從而為能見度不良情況下的內河船舶進行輔助導航，同時也為未來無人船舶、智能船舶安全和高效的無人駕駛奠定基礎。

技術領域

本發明涉及船舶導航技術領域，具體涉及一種基于虛擬力的船舶導航方法。

背景技術

隨著經濟水平的飛速發展和產業布局的進一步擴大，國內內河水路運輸需求正持續快速增長。為維持這種高速且穩定的增長狀態，保證內河船舶航行的安全性十分重要。精準、可靠的內河船舶導航是保障內河船舶安全航行的前提。由于越來越多的現代導航設備和日趨成熟的航運技術，內河船舶航行的安全性已經有了很大水平的提高，各種海事事故數目明顯減少。但為了實現更加安全高效的發展，對內河船舶導航也提出了更高的要求。一方面，在內河航道某些能見度不良的水域，利用現有的導航技術仍很難保證安全可靠的航行；另一方面，船舶的發展趨于智能化、無人化，未來內河無人船舶如何進行“擬人化”的導航，也正成為當前研究的熱點和未來內河船舶導航發展的趨勢。

與傳統意義上內河船舶導航主要依靠船舶駕駛人員運用電羅經、磁羅經、雷達等設備以及人工瞭望等方式了解船舶周圍障礙物情況和航道情況，結合船舶駕駛人員自身的航行經驗和良好船藝，對當前航行局面做出判斷，進而給出推薦的船舶前進方向不同。本發明對于能見度不良或者無人船在航行時，電羅經、磁羅經、雷達等設備以及距離傳感器對周圍航行環境進行探測時，船舶駕駛人員不能及時對當前局面做出決策并確定推薦的船舶實時動態航向的情況，引入船舶虛擬力的概念對內河船舶導航深化理解。

發明內容

本發明為了克服以上技術的不足，提供了一種基于虛擬力的船舶導航方法，該方法能夠更好地得到推薦的船舶實時動態航向，實現更精準化、擬人化的內河船舶導航，從而為能見度不良情況下的內河船舶進行輔助導航，同時也為未來無人船舶、智能船舶安全和高效的無人駕駛奠定前期的理論基礎。

本發明克服其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于虛擬力的船舶導航方法，包括如下步驟：

S1、通過虛擬力場法確定所有虛擬力的方向；

S2、定性分析虛擬力的大小和定量計算虛擬力的大小；

S3、通過矢量三角形合成法將已知方向和大小的所有虛擬力進行合成，得到虛擬力合力；

S4、船舶按照虛擬力合力的方向進行航行。

進一步地，所述步驟S1中，虛擬力場法具體包括如下：

將目標點設為中心點構造引力勢場，引力的方向指向目標點，引力大小隨著船舶與目標點的距離而變化，距離越大引力越大，反之則越??；

再將障礙物設為中心點構造斥力勢場，斥力的方向指向與障礙物連線的反方向，斥力大小隨著船舶與障礙物的距離而變化，距離越小斥力越大，反之則越小。

進一步地，所述步驟S2中，定性分析虛擬力的大小具體是將目標船與本船會遇過程分為四個階段：

階段一、最初沒有碰撞危險階段；

階段二、碰撞危險形成階段；

階段三、緊迫局面形成階段；

階段四、緊迫危險形成至最后碰撞階段。

進一步地，所述步驟S2中，定量計算虛擬力的大小分為兩種情況：不考慮風和流的實際荷載的影響；考慮風和流的實際荷載的影響。