[发明专利]面向人机交互的船舶智能避碰方法及系统

说明书

公开了一种面向人机交互的船舶智能避碰方法及系统，该方法包括：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。本发明能够将避碰决策过程以符合人机工程学的方式呈现给控制人员，帮助控制人员了解智能系统的操作意图，支持控制人员直接或间接地干预智能船舶的避让行动。

技术领域

本发明涉及一种面向人机交互的船舶智能避碰方法及系统。

背景技术

船舶智能化的一大标志是实现船舶自主航行，而实现船舶自主航行需要解决自主避碰这一关键技术。

从船舶避碰技术的发展来看，目前船舶自主避碰技术不足以支持完全自主航行，由此可见，船舶避碰将从现阶段的人驾模式，过渡到人机共融模式(即半自主模式)，最终实现完全机控模式(即全自主模式)。以当前人工智能技术的发展来看，人机共融形态将成为未来社会发展的常态。

然而当前的船舶自主避碰技术没有考虑到人和机的特性，具体体现在：船舶自主避碰算法对人机交互支持的不足，碰撞风险模型尚不适应于船舶控制权切换任务，缺乏船舶控制权切换中的人机交互的设计。因此，现有的技术难以胜任人机共融模式下的船舶自主避碰任务。

单纯地提升机器的智能水平，而不支持人机交互，不仅无法充分利用船员的驾驶经验和对避碰规则的理解，更难以获取船员的信任；另一方面，单纯地增强船员的感知能力，如各类碰撞预警系统，而不能提供避碰决策辅助，则无法提升船舶的自主水平和适应人机共融模式。

综上，现有的自主避碰技术和避碰辅助技术尚不足以支持人机共融模式下的船舶自主避碰，而人机共融模式又是船舶智能化过程中必将经历的阶段。因此，有必要提出一种面向人机交互的船舶智能避碰技术。

发明内容

船舶智能化是近年来航运发展的热点和重点。从当前智能化发展的趋势看，以机器完全代替船员的角色实现自主避碰，仍然面临重重困难。首先，机器对规则和良好船艺的理解不足；其次，机器对意外情景处理的能力较差；最后，机器尚无法取得人类的完全信任。因此，各类智能船仍然需要驾驶员的监督和控制。此外，机器和人类具有不同的长板和短板，具有很强的互补性。表现在船舶避碰决策中，人类擅长对规则、良好船艺的理解深入和临场处置各类海上突发情况，而机器具有超越视距的感知能力、快速的计算能力、在各种工作环境下稳定运行的能力。基于上述考虑，本发明提出了一种面向人机交互的船舶智能避碰系统及方法，能够将智能系统的避碰决策过程以符合人机工程学的方式呈现给控制人员，帮助控制人员了解智能系统的操作意图，支持控制人员直接或间接地干预智能船舶的避让行动。

本发明提出了基于共享决策的自主避碰技术，在实现自主避碰的基础上，通过在决策空间中标记安全控制集和危险决策集，帮助船员理解自主避碰系统的避碰决策、支持船员在安全控制集中寻找新的避碰操作、促进船员与系统达成决策共识，最终实现自主避碰系统和船员之间的交流、协作和共融。

本发明提出了基于会遇局面的控制权切换方法，通过评估会遇过程中船舶自主避碰系统决策空间的可靠性和剩余操作余量(即安全控制集)，帮助自主系统主动地评估系统失效的可能性和识别控制权交接的场景与时机，最终实现控制权安全、及时的切换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为本发明一实施例提供的面向人机交互的船舶智能避碰方法流程图。

图2a、2b为本发明一实施例提供的两船会遇时危险位置区域示意图。