[发明专利]面向人机交互的船舶智能避碰方法及系统有效

专利信息
申请号: 202111588409.6 申请日: 2021-12-23
公开(公告)号: CN114326725B 公开(公告)日: 2023-10-24
发明(设计)人: 黄亚敏;陈琳瑛;文元桥 申请(专利权)人: 武汉理工大学
主分类号: G05D1/02 分类号: G05D1/02
代理公司: 武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 42222 代理人: 郑勤振
地址: 430070 湖*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 面向 人机交互 船舶 智能 方法 系统
【权利要求书】:

1.一种面向人机交互的船舶智能避碰系统,其特征在于,包括:

船舶自动识别与轨迹交换模块,用于获取目标船舶的基本尺度信息,并实现本船与目标船舶间交换未来轨迹点或路径点;

船舶自主决策模块,用于根据本船获取的目标船舶未来轨迹,排除能够导致船舶发生碰撞的航向与航速,并提供最优的避碰决策;

船舶决策空间可视化模块,用于将决策过程可视化,并允许船员设置优先决策区域,并在可行的决策区域中任意修改避碰决策;

船舶控制权接管预警模块,用于在避碰决策的可行解较少时,发出控制预警,提醒船员及时接管船舶;以及

船舶避碰决策的执行模块,用于执行船舶安全的航向与航速,并允许船员随时直接接管控制船舶的螺旋桨转速与舵角。

2.根据权利要求1所述的面向人机交互的船舶智能避碰系统,其特征在于,所述目标船舶的基本尺度信息包括船长、航向、位置和速度信息。

3.根据权利要求1所述的面向人机交互的船舶智能避碰系统,其特征在于,所述船舶自主决策模块包括:

第一标记模块,用于按照目标船舶的尺度信息和未来的轨迹信息,标记出未来本船与目标船舶将会到达区域的地理坐标、几何边界和时间;

识别模块,用于识别出导致本船与目标船舶未来同时占领同一位置的速度障碍;

第二标记模块,用于标记出每个目标船舶未来位置所对应的速度障碍,得到速度障碍集;以及

最优避碰决策模块,用于去速度障碍集的外包络线,并对该包络线取凸集,得到凸化的速度障碍区,再用半平面代表凸化的速度障碍区,得到可行的半平面,并在可行的半平面内找到距离当前航向与航速最近的点,得到最优的避碰决策。

4.根据权利要求3所述的面向人机交互的船舶智能避碰系统,其特征在于,所述船舶决策空间可视化模块包括:

映射模块,用于将所得到的速度障碍集映射在以本船的速度可视化空间中;

信息获取模块,用于在所述速度可视化空间中获取船员输入的优先求解区域;以及

处理模块,用于在所述优先求解区中找到距离最优的避碰决策最近的决策点。

5.根据权利要求4所述的面向人机交互的船舶智能避碰系统,其特征在于,在所述船舶控制权接管预警模块中,当船员没有输入所述优先求解区域时,默认所述优先求解区域为[-90,90],[0,vmax],其中,vmax为本舶的最大速度,所述船舶控制权接管预警模块将实时评估在所述优先求解区域中可行区域和不可行区域的比例,当可行区域的比例小于设定值时,发出预警,提醒驾驶员接管船舶。

6.一种面向人机交互的船舶智能避碰方法,其特征在于,包括:

获取目标船舶的基本尺度信息,并实现本船与目标船舶间间交换未来轨迹点或路径点;

根据本船获取的目标船舶未来轨迹,排除能够导致船舶发生碰撞的航向与航速,并提供最优的避碰决策;

将决策过程可视化,并允许船员设置优先决策区域,并在可行的决策区域中任意修改避碰决策;

在避碰决策的可行解较少时,发出控制预警,提醒船员及时接管船舶;

执行船舶安全的航向与航速,并允许船员随时直接接管控制船舶的螺旋桨转速与舵角。

7.根据权利要求6所述的面向人机交互的船舶智能避碰方法,其特征在于,所述目标船舶的基本尺度信息包括船长、航向、位置和速度信息。

8.根据权利要求6所述的面向人机交互的船舶智能避碰方法,其特征在于,所述最优的避碰决策获得方法为:

按照目标船舶的尺度信息和未来的轨迹信息,标记出未来船舶将会到达区域的地理坐标、几何边界和时间;

识别出导致本船与目标船舶未来同时占领同一位置的速度障碍;

标记出每个目标船舶未来位置所对应的速度障碍,得到速度障碍集;

去速度障碍集的外包络线,并对该包络线取凸集,得到凸化的速度障碍区,再用半平面代表凸化的速度障碍区,得到可行的半平面,并在可行的半平面内找到距离当前航向与航速最近的点,得到最优的避碰决策。

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