[发明专利]一种基于滚动规划策略的船舶冲突解脱的规划方法

摘要

本发明涉及一种基于滚动规划策略的船舶冲突解脱的规划方法，包括如下步骤首先通过海上交通控制中心获得其在每一采样时刻推测的各船舶在未来时段内的船舶轨迹；然后在每一采样时刻，基于船舶当前的运行状态和历史位置观察序列，获取海域风场变量的数值；然后在每一采样时刻，基于各船舶的运行状态和设定的船舶在海域内运行时需满足的安全规则集，当船舶间有可能出现违反安全规则的状况时，对其动态行为实施监控并为控制中心提供及时的告警信息；最后当告警信息出现时，在满足船舶物理性能和海域交通规则的前提下，通过设定优化指标函数以及融入风场变量数值，采用自适应控制理论方法对船舶避撞轨迹进行滚动规划，并将规划结果传输给各船舶执行。

主权项

一种基于滚动规划策略的船舶冲突解脱的规划方法，其特征在于包括如下几个步骤：①通过海上交通控制中心获得其在每一采样时刻推测的各船舶在未来时段内的船舶轨迹；②在每一采样时刻，基于船舶当前的运行状态和历史位置观察序列，获取海域风场变量的数值；③在每一采样时刻，基于各船舶的运行状态和设定的船舶在海域内运行时需满足的安全规则集，当船舶间有可能出现违反安全规则的状况时，对其动态行为实施监控并为海上交通控制中心提供及时的告警信息；④当告警信息出现时，在满足船舶物理性能和海域交通规则的前提下，通过设定优化指标函数以及融入风场变量数值，采用模型预测控制理论方法对船舶避撞轨迹进行滚动规划，并将规划结果传输给各船舶执行，其具体过程如下：4.1)设定船舶避撞轨迹规划的终止参考点位置P、避撞策略控制时域Θ、轨迹预测时域W；4.2)设定在给定优化指标函数的前提下，基于合作式避撞轨迹规划思想，通过给各个船舶赋予不同的权重以及融入实时风场变量滤波数值，得到各个船舶的避撞轨迹和避撞控制策略并将规划结果传输给各船舶执行，且各船舶在滚动规划间隔内仅实施其第一个优化控制策略；4.3)在下一采样时刻，重复步骤4.2)直至各船舶均到达其解脱终点；所述步骤④中，步骤4.2)的具体过程是：令其中表示t时刻船舶R当前所在位置和下一航道点间的距离的平方，PR(t)＝(xRt,yRt)，那么t时刻船舶R的优先级指数可设定为：LRt=100dRt-2ΣR=1ZtdRt-2,]]>其中Zt表示t时刻海域内存在冲突的船舶数目，由优先级指数的含义可知，船舶距离其下一航道点越近，其优先级越高；设定优化指标Φ*(u1(t),u1(t+Δt),...,u1(t+pΔt),...,uZt(t),uZt(t+Δt),...,uZt(t+pΔt))=Σh=1pΣR=1ZtLRt||PR(t+hΔt)-PRf||22=Σh=1pΣR=1Zt(PR(t+hΔt)-PRf)TQRt(PR(t+hΔt)-PRf)]]>，其中R∈I(t)表示船舶代码且I(t)＝{1,2,...,Zt}，PR(t+h△t)表示船舶在时刻(t+h△t)的位置向量，表示船舶R的解脱终止点，uR表示待优化的船舶R的最优控制序列，QRt为正定对角矩阵，其对角元素为船舶R在t时刻的优先级指数LRt，并且QRt=LRt00LRt.]]>