[發明專利]融合海流及尺度差異影響的無人艇多目標會遇避碰方法

有效

• 申請號: 202010725524.2
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111984006B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 賈琪;廖煜雷;黃兵;龐碩;張磊;李志晨
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于無人艇自動避碰技術領域，具體涉及融合海流及尺度差異影響的無人艇多目標會遇避碰方法。本發明利用船舶自動識別系統的信息交互，通過數據解算，模擬雷達自動標繪功能，解決了無人艇雷達相關功能因外界因素發生信息偏差甚至缺失不能計算避碰參數的問題，并考慮了海流對無人艇和目標船的位置偏移，提出更適合無人艇使用的避碰參數，提高了無人艇在大海中航行的安全性。本發明數據來源穩健且具有實時動態性，為避碰決策提供數據信息支持。

技術領域

本發明屬于無人艇自動避碰技術領域，具體涉及融合海流及尺度差異影響的無人艇多目標會遇避碰方法。

背景技術

無人艇作為在水面上航行的一種航行器，符合《1972避碰規則》中，第一條第一款規定適用于在公海和連接于公海而可供海船航行的一切水域中的一切船舶。在現階段，海面上航行的大多數船舶依然是有人船舶。因此，無人艇有義務像有人船舶一樣執行適當而有效的避碰手段，并且符合海員通常做法，不給駕駛員帶來迷惑性的行為。這個標準由IMO(世界海事組織)聯合各成員國制定，其中重要的避碰參數被稱為DCPA(最近會遇距離)和TCPA(最近會遇時間)，這兩個參數不僅是避碰決策的重要參考而且是海事仲裁的有效法律依據。海上環境惡劣，雷達易受天氣、海浪、船舶遮蔽物等影響，導致信息可靠性下降，進而威脅到無人艇的航行安全；并且由于無人艇自身體積小，容易受海流等因素發生位置偏移，DCPA和TCPA不能準確提供無人艇的避碰信息，需要一種能夠彌補雷達信息偏差或缺失，考慮海流影響且計算簡單、快速、實時穩健的避碰參數計算方法，即海流最近會遇距離(current of distance to closest point of approach，CDCPA)和海流最近會遇時間(current of time of closest point of approach，CTCPA)。

文獻《航海模擬器中DCPA TCPA的算法》中所提方法是基于已知兩船的位置信息進行推算的，而且兩船的動態信息都是已知的，不符合目標船信息缺失的前提。并且考慮了緯度漸長，在小范圍內考慮緯度漸長會增加控制器的計算時間，而不能顯著提高計算精度，因此降低了算法的實時性。

公開日2019年11月01日，公布號為110400491A，發明名稱為“一種寬水域多目標輔助避碰決策方法及決策系統”，計算避碰參數的方法用雷達直接計算DCPA，由于無人艇體積小，容易受海流擾動，此外雷達受天氣影響系統穩健性降低，避碰參數缺少準確性。

公開日2019年08月23日，公布號為110164185A，發明名稱為“一種基于AIS的船舶避碰系統”，只是直接簡單的調用AIS所給出的信息，并沒有進一步的進行避碰參數的解算。

公開日2019年11月01日，公布號為110398962A，發明名稱為“一種開闊水域船舶避碰方法”，在文中只對會遇距離參數進行了計算，并沒有計算有關時間的避碰參數，且沒有考慮海流的影響。

文獻《綜合船橋系統中基于電子海圖的船舶避碰技術的研究》和《基于電子海圖矢量數據建模的無人船路徑規劃》沒有考慮海流對無人艇的位置擾動，并且后者將動態的障礙物靜態化，缺乏對動態障礙物的跟蹤以及對《規則》的適用，降低了無人艇的航行安全性。

文獻《海洋復雜場景下的船舶避碰問題研究》考慮了海洋流場對船舶的影響，但是僅考慮了海流對船舶的速度影響沒有考慮位置影響，且考慮的對象為大型船舶，不適用相對體型較小的無人艇，因此忽略了會遇局面中兩船舶體積差異和海流產生的綜合影響。

以上文獻和發明，有的過分強調避碰的精度而忽略了算法的實時性，有的沒有考慮海流對無人艇的影響，有的忽略了無人艇和大型船舶之間的體積差異，有的方法只能依賴于雷達設備。顯然這些方法與無人艇的體積小，避碰決策的強實時性需求，雷達設備受環境干擾不穩定性相背離，因此本發明結合《規則》提出了更適合無人艇用的穩健避碰參數計算方法。

發明內容

本發明的目的在于提供考慮海流和船舶尺度的綜合影響的融合海流及尺度差異影響的無人艇多目標會遇避碰方法。