[发明专利]基于速度矢量坐标系的船自动避碰方法

摘要

本发明提供一种基于速度矢量坐标系的船自动避碰方法包括(1)、以某一船舶作为质点，获取该船舶周围的障碍物信息；(2)、通过碰撞预测模型判断船舶与周围障碍物是否有碰撞危险，若存在危险，则进入步骤(3)，若不存在危险，则返回步骤(1)；(3)、在速度矢量坐标系下，解算该船舶能够移出碰撞区域的相对速度,根据相对速度求解出船舶的绝对速度；(4)、利用船舶的绝对速度在自动舵控制器下调整船舶的航向，直到船舶的当前速度为所述绝对速度；(5)、反复循环步骤(1)‑步骤(4)，以实现基于速度矢量坐标系的船自动避碰.本发明不仅能判断出船舶间是否有碰撞风险还能提供避碰方法。

主权项

一种基于速度矢量坐标系的船自动避碰方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、以某一船舶作为质点，获取该船舶周围的障碍物信息；(2)、通过碰撞预测模型判断船舶与周围障碍物是否有碰撞危险，若存在危险，则进入步骤(3)，若不存在危险，则返回步骤(1)；所述通过碰撞预测模型判断船舶与周围障碍物是否有碰撞危险的方法为：当本船舶处于单目标障碍物情形时：在全局坐标系XOY中，船舶S位于点(XS,YS)，速度为VS；O视为运动障碍物，位于点(XO,YO)，速度为VO，首先将船舶S模型化为一个质点，然后将障碍物O根据船舶S的大小进行膨化，其膨化后的半径扩展为RO，并且使得膨化后的障碍物边界为安全区域，称膨化障碍物O为船舶S的一个位置障碍PO，lMO和lNO是船舶S与PO两侧切线方向的射线，DSO为lSO方向上测量到的S与O之间的距离，定义S和O的相对速度为VSO＝VS‑VO，则通过相对速度可以把O当作静止障碍物，S的速度则看作为VSO，如果VSO保持不变，lSO为其方向上的射线，则船舶将和障碍物O发生碰撞的条件为：使上述条件成立的相对速度VSO的集合，定义为速度空间中的相对碰撞区RCC：即射线lMO和lNO之间的区域，对于本船的任一相对速度VSO，如果VSO∈RCC，则船舶将与障碍物O发生碰撞；把RCC平移Vo后得到的区域称为绝对碰撞区域ACC：其中表示闵可夫斯基矢量和运算，则VS的末端点位于ACC等价于VSO∈RCC，所以当VS的末端点位于ACC时，船舶将与障碍物O发生碰撞，ACC表示S与O会发生碰撞的速度VSO的集合，称为S对O的速度障碍VO：VO(VO)＝{VS|(VS‑VO)∈RCC}在多目标标障碍物情形时，设障碍物O1的速度为VO1，相应的障碍速度为OV1；障碍物O2的速度为VO2，相应的速度障碍为OV2，则VS位于ACC1和ACC2之中，即VS∈OV1且VS∈OV2，如果在接下来的时刻VS保持不变，则S将与O1、O2发生碰撞；(3)、在速度矢量坐标系下，解算该船舶能够移出碰撞区域的相对速度，根据相对速度求解出船舶的绝对速度；设k时刻，本船S向障碍物O两侧切线方向发射射线lNO和lMO，lNO和lMO与x轴的夹角分别为θ1和θ2；本船S和障碍物O的速度分别为和两者相对速度为与x轴的夹角θa，避让障碍物所需要的相对速度的方向为θrr，本船S避让障碍物O所需要的相对速度的方向θrr应满足：0＜θrr＜θ1或θ2＜θrr＜2π取其边界值为本船k时刻避让障碍物所需要的相对速度的方向θrr，则：根据速度三角形求解本船k时刻避让障碍物所需要的绝对速度方向；(4)、利用船舶的绝对速度在自动舵控制器下调整船舶的航向，直到船舶的当前速度为所述绝对速度；(5)、反复循环步骤(1)‑步骤(4)，以实现基于速度矢量坐标系的船自动避碰。