[發明專利]一種基于場論的船舶實時避碰方法

在審

• 申請號: 202210041664.7
• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114384917A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 王曰英;路楠;吳乃龍;周衛祥;周華;費敏銳;嚴懷成;楊希祥;李恒宇;楊揚;姜斌;徐勝元;付俊
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 鄭州翊博專利代理事務所(普通合伙) 41155
• 代理人: 周玉青

1.一種基于場論的船舶實時避碰方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)利用本船的感知和導航系統實時探測本船和障礙物的信息；

(2)采用步驟(1)中獲得的探測信息判斷障礙物類型，同時計算本船和障礙物的會遇參數，然后判斷本船和障礙物是否存在碰撞危險：若存在碰撞危險，執行步驟(3)；若無碰撞危險，則沿既定航線繼續航行，返回步驟(1)；

(3)根據步驟(2)中判斷的障礙物類型，確定轉向避碰策略；

(4)建立場論模型，利用粒子群算法計算實時避碰路徑。

2.根據權利要求1所述的基于場論的船舶實時避碰方法，其特征在于，步驟(1)中所述探測信息包括航行終點位置信息，本船的最小安全半徑、操作精度、船速、航向、位置信息，以及障礙物的大小、位置、移動速度、移動方向信息。

3.根據權利要求2所述的基于場論的船舶實時避碰方法，其特征在于，所述步驟(2)的具體步驟為：

(2a)根據步驟(1)探測的障礙物的大小、位置、移動速度、移動方向信息，判斷障礙物的類型；然后根據障礙物類型、本船自身的操控精度及環境參數，設定避碰空間閾值D和避碰時間閾值T；

(2b)根據步驟(1)探測的本船的位置、航向、航速信息和障礙物的位置、速度方向、速度大小信息，計算最小會遇距離DCPA和最小會遇時間TCPA，計算公式為：

DCPA＝||R_r||sinα；

式中，R_r為本船和障礙物之間的相對距離矢量，V_r為本船和障礙物之間的相對速度矢量，α為R_r與V_r的夾角；

(2c)當DCPA＜D或TCPA＜T時，本船與障礙物存在碰撞危險，執行步驟(3)；當DCPA≥D且TCPA≥T時，本船與障礙物沒有碰撞危險，則沿既定航線繼續航行，返回步驟(1)。

4.根據權利要求3所述的基于場論的船舶實時避碰方法，其特征在于，步驟(2b)中所述R_r、V_r和α的計算過程為：取空間內的任意一點O為原點建立大地慣性坐標系O-xy，取空間中與O在同一水平面的正東方向為O-x軸正方向，取空間中與O和O-x軸在同一水平面指向正北方向為O-y軸正方向，然后計算R_r、V_r和α，計算公式為：

R_r＝(x_m-x_obs,y_m-y_obs)；

V_m＝(v_m cosθ_m,v_m sinθ_m)；

V_obs＝(v_obs cosθ_obs,v_obs sinθ_obs)；

V_r＝V_obs-V_m；

式中，(x_m,y_m)為本船中心位置坐標，v_m為本船航速，θ_m為本船航向，V_m為本船速度矢量，(x_obs,y_obs)為障礙物中心位置坐標，v_obs為障礙物速度大小，θ_obs為障礙物速度方向，V_obs為障礙物速度矢量。

5.根據權利要求4所述的基于場論的船舶實時避碰方法，其特征在于，在步驟(3)中，若判斷障礙物為除動態會遇船外的一般障礙物，則由船舶自身控制系統進行約束，且不施加海事規則模型的約束；若判斷障礙物為動態會遇船，則根據海事規則模型確定避碰轉向策略。

6.根據權利要求5所述的基于場論的船舶實時避碰方法，其特征在于，步驟(3)中所述海事規則模型包括本船處于追越、對遇、右交叉、左交叉的沖突局面。