[发明专利]基于人工势场法的船舶避碰方法及系统

说明书

本发明提出一种基于人工势场法的船舶避碰方法，包括以下步骤：(S1)取得一船舶的船舶信息、至少一障碍物的障碍物信息以及一目标点的目标点信息；(S2)依据该船舶信息、该障碍物信息以及该目标点信息，建立包括一目标点吸引力势场以及至少一障碍物排斥力势场的一人工势场；(S3)合成该目标点吸引力势场与该至少一障碍物排斥力势场，取得一第一合力；(S4)依据该船舶信息或该障碍物信息加入一外部作用力；(S5)合成该第一合力与该外部作用力，取得一第二合力；以及(S6)该船舶依据该第二合力的方向航行，以回避该至少一障碍物。

技术领域

本发明涉及一种船舶的避碰方法及系统，尤指一种基于人工势场法的船舶避碰方法及系统。

背景技术

船舶碰撞风险预测和避障研究作为船舶研究领域的热点和难题，其中包括了透过多种数据感测和航道讯息，并基于多种算法仿真不同态势模型下船舶的特征行为，再透过数据的融合来驱动船舶自身实现避碰。

近年来，人工势场法因其模型简洁且计算方便，已在陆上移动载具的路径规划中得到广泛应用，其核心理论是将环境中目标点对路上移动载具产生的引力场和障碍物对其产生的斥力场相互迭加，形成对移动智能体的复合势场。然而，在实际应用当中会出现许多缺点，例如在工厂中陆上移动载具常常会出现死循环的情况；或是若突然出现的障碍物极度靠近陆上移动载具的位置，而产生的斥力过于强大；或是障碍物与陆上移动载具靠近的方向恰好与合力方向相同，皆可能导致行驶中的陆上移动载具无法脱离障碍物的牵制，实用性较弱。

除此之外，海上载具还需考虑到无煞车的问题，因此目前尚未发现人工势场法纯熟应用于船舶避碰的领域。

发明内容

为解决先前技术中所提到的问题，本发明提出一种基于人工势场法的船舶避碰方法，包括以下步骤：(S1)取得一船舶的船舶信息、至少一障碍物的障碍物信息以及一目标点的目标点信息。(S2)依据该船舶信息、该障碍物信息以及该目标点信息，建立一人工势场，包括一目标点吸引力势场以及至少一障碍物排斥力势场。(S3)合成该目标点吸引力势场与该至少一障碍物排斥力势场，取得一第一合力。(S4)依据该船舶信息或该障碍物信息加入一外部作用力。(S5)合成该第一合力与该外部作用力，取得一第二合力。以及(S6) 该船舶依据该第二合力的方向航行，以回避该至少一障碍物。

进一步而言，本发明更提出另一种基于人工势场法的船舶避碰方法，包括以下步骤：(S11)侦测是否有障碍物进入船舶的避碰范围，若是，执行步骤(S12)；若否，则维持该船舶的航行路径。(S12)判断该障碍物为静态障碍物或动态障碍物，若为静态障碍物，执行步骤(S13)；若为动态障碍物，执行步骤(S14)。(S13)该船舶基于第一人工势场法的船舶避碰方法，回避该静态障碍物。(S14)该船舶基于与该动态障碍物最接近点的时间(Time to theClosest Point of Approach,TCPA)，以及与该动态障碍物最接近点的距离 (Distance tothe Closest Point of Approach,DCPA)，判断是否开始回避该动态障碍物。以及(S15)该船舶基于第二人工势场法的船舶避碰方法，回避该动态障碍物。

除此之外，本发明还提出一种基于人工势场法的船舶避碰系统，包括：一信息取得模块，以取得一船舶信息、至少一障碍物信息以及一目标点信息；一中央处理模块，与该信息取得模块连接，该中央处理模块基于一人工势场法的船舶避碰方法，产生一航行控制指令；以及一航行控制模块，与该中央处理模块连接，该航行控制模块依据该航行控制指令控制船舶航行。

以上对本发明的简述，目的在于对本发明之数种面向和技术特征作一基本说明。发明简述并非对本发明的详细表述，因此其目的不在特别列举本发明的关键性或重要组件，也不是用来界定本发明的范围，仅为以简明的方式呈现本发明的数种概念而已。

附图说明

图1为本发明第一实施例之基于人工势场法的船舶避碰方法流程图。

图2为本发明之基于人工势场法的船舶避碰方法示意图。