[发明专利]开阔水域船舶自主避碰方法、系统、设备及存储介质

权利要求书

1.一种开阔水域船舶自主避碰方法，其特征在于，所述方法包括：

获取本船与多个目标船的AIS信息和雷达信息，将所述AIS信息和所述雷达信息进行数据融合处理，得到所述目标船相对所述本船的融合信息；

根据所述融合信息实时计算所述本船与目标船的相关避碰参数；

根据速度障碍法判断所述本船和目标船是否存在碰撞风险，当存在碰撞风险时，基于所述相关避碰参数计算不同会遇局面下的评估指标值，并利用构建的基于灰云模型的船舶碰撞危险度评估模型对船舶间碰撞危险度进行评估，得到所述本船相对各个目标船的碰撞风险值；所述会遇局面包括对遇、交叉和追越局面；

将碰撞风险值大于预设阈值的目标船作为危险船舶，针对所述危险船舶，利用改进的速度障碍法计算本船改向变速幅度，确定避碰决策方案；

通过控制系统控制所述本船的航向和航速，以实现自主避碰；

其中，所述根据所述基于相关避碰参数计算不同会遇局面下的评估指标值，并利用构建的基于灰云模型的船舶碰撞危险度评估模型对船舶间碰撞危险度进行评估，得到本船相对各个目标船的碰撞风险值，包括：

定义所述船舶碰撞危险度评估模型中的数字特征峰值、左右边界值、熵以及超熵参数为：

数学期望为：

将目标船作为评估对象，将目标船相对本船的碰撞危险度及基于相关避碰参数计算的评估指标划分灰类；

构建非对称灰云白化权函数并计算白化权值；

根据预设的指标权重及白化权值计算综合聚类系数；

根据综合聚类系数计算碰撞风险值。

2.根据权利要求1所述的开阔水域船舶自主避碰方法，其特征在于，所述将目标船作为评估对象，将目标船相对本船的碰撞危险度及基于相关避碰参数计算的评估指标划分灰类，包括：

确定评估对象各评估指标属于灰类 的点作为该评估指标对应灰类的中心点，根据各个指标取值范围划分S个灰类；评估对象碰撞危险度划分为低风险、较低风险、中等风险、较高风险和高风险五个等级；

所述构建非对称灰云白化权函数并计算白化权值，包括：

以第k个灰类参数的左边界点和中心点构建以为峰值点的左单侧正态灰云模型，以其右边界点和中心点构建以为峰值点的右单侧正态灰云模型，得到指标j关于灰类k的正态灰云白化权函数：

取N次求平均值作为最终的白化权值：

计算归一化后白化权值：

所述根据预设的指标权重及白化权值计算综合聚类系数，包括：

计算第i个对象关于第k个灰类的综合聚类系数如下：

其中：为指标j关于对象i的分类权重；

所述根据综合聚类系数计算碰撞风险值，包括：

计算得到对象i的综合聚类系数向量为所属灰类：

假设将分别赋给从低风险到高风险的五个等级值；其对应的区间值分别为[0,0.2]，[0.2,0.4]，[0.4,0.6]，[0.6,0.8]和[0.8,1]；考虑到综合聚类系数的最大值通常分布在[0.2,0.6]区间内，可以通过以下函数计算碰撞风险值:

。

3.根据权利要求1所述的开阔水域船舶自主避碰方法，其特征在于，所述针对危险船舶计算本船改向变速幅度，确定避碰决策方案，包括：

设定为本船OS相对目标船舶TS的相对速度，，为矢量方向上的射线，为危险船舶TS以R为半径的圆形船舶领域，本船与目标船舶发生碰撞的条件为：

设定射线与构成的相对碰撞区RCC，在本船相对目标船舶的任意速度时，本船与目标船舶将发生碰撞：

速度障碍区间为：

其中，为闵可夫斯基矢量和运算；

计算本船在给定时间区间内能改变的速度矢量：

其中，为本船目前速度，本船加速度；

计算在给定时间区间内本船可以转向的角度：

其中，为本船当前航向角，为本船当前的角速度，为本船当前的角加速度；

将本船在给定∆t时间内可以改变的速度大小和航向角度, 离散化M个速度和N个航向角，得到速度矢量集合为，并确定本船的改向变速避让区间为：

根据避碰规则取避让区间中间值，即在给定∆t时间内改向变速避让区间的中间值作为改向变速的最终避碰决策方案。