CN115657685B - 水上避障方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种水上避障方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：通过获取水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，在水上驾驶设备需要避障的情况下，规划避障路径，并控制水上驾驶设备，通过避障路径进行避障行驶。采用本方法能够根据水上驾驶的特性，对水上避障进行具体规划，在实际应用中可以广泛推广。
Description
技术领域
本申请涉及自动驾驶技术领域，特别是涉及一种水上避障方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
近年来，自动驾驶技术发展迅速，该技术除了应用于汽车领域外，也逐渐应用于水上驾驶设备（比如船艇）领域，用作水环境测量与地质地貌测绘等。在自动驾驶技术应用于水上时，如何实现水上驾驶设备的自动避障一直都是核心技术之一。现有水上驾驶设备自动避障的相关技术，都是将陆地上车辆自动避障技术直接迁移到水上驾驶设备中。
然而，水上驾驶设备自动避障的应用环境，与陆地上的车辆自动避障的应用环境不相符，根据车辆自动避障技术进行的简单迁移后得到的水上自动避障技术仅能在模拟测试中取得较好的效果，但无法应用于实际。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够应用在水上驾驶设备上，进行自动避障的水上避障方法、装置、计算机设备和存储介质。
第一方面，本申请提供了一种水上避障方法，该方法包括：
获取水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息；
根据障碍物信息，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值；
在根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的情况下，规划避障路径，并控制水上驾驶设备，根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶。
在其中一个实施例中，障碍物信息包括：障碍物与水上驾驶设备之间的相对距离和相对角度；根据障碍物信息，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值，包括：
根据相对角度，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值；
根据相对角度和相对距离，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值。
在其中一个实施例中，根据相对角度，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值，包括：
若相对角度的绝对值大于直角，则确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值为第一设定安全值；
若相对角度的绝对值小于或等于直角，则根据直角与相对角度的绝对值之间的比值，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值。
在其中一个实施例中，根据相对角度和相对距离，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值，包括：
若相对角度的绝对值大于直角，则确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值为第一设定安全值；
若相对角度的绝对值小于或等于直角，则根据相对角度的绝对值、相对距离和预设参数值，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值。
在其中一个实施例中，障碍物的数量为至少两个；根据舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障，包括：
从每一障碍物对所述水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值中，选择目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值；
若目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值均大于第二设定安全值，则确定水上驾驶设备需要避障。
在其中一个实施例中，规划避障路径，并控制水上驾驶设备，根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶，包括：
从规划的候选行驶路径中选择避障路径；
根据避障路径的终点位置信息，确定偏差角度；
根据偏差角度、目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值，确定目标舵角和目标速度；
控制水上驾驶设备，根据目标舵角和目标速度，通过避障路径进行避障行驶。
在其中一个实施例中，从规划的候选行驶路径中选择避障路径，包括：
根据障碍物与候选行驶路径的距离、候选行驶路径的行驶长度和候选行驶路径的方位角，确定候选行驶路径的评价值；
根据候选行驶路径的评价值，从候选行驶路径中选择避障路径。
第二方面，本申请还提供了一种水上避障装置，该装置包括：
信息获取模块，用于获取水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息；
风险确定模块，用于根据障碍物信息，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值；
避障行驶模块，用于在根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的情况下，规划避障路径，并控制水上驾驶设备，根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶。
第三方面，本申请还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息；
根据障碍物信息，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值；
在根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的情况下，规划避障路径，并控制水上驾驶设备，根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息；
根据障碍物信息，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值；
在根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的情况下，规划避障路径，并控制水上驾驶设备，根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶。
第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息；
根据障碍物信息，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值；
在根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的情况下，规划避障路径，并控制水上驾驶设备，根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶。
上述水上避障方法、装置、计算机设备和存储介质，通过获取的水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息，可确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，并在根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的情况下，基于舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶。上述方案，能够根据水上驾驶的特性，对水上避障进行具体规划，提高了水上避障的精准性，进而提高水上驾驶设备在行驶状态下的安全性；同时该方案在实际应用中可以广泛推广。
附图说明
图1为一个实施例中水上避障方法的流程示意图；
图2为一个实施例中动态窗口的示意图；
图3为一个实施例中确定障碍物风险值的流程示意图；
图4为一个实施例中确定是否需要进行避障操作的流程示意图；
图5为一个实施例中水上驾驶设备进行避障行驶的流程示意图；
图6为另一个实施例中水上避障方法的流程示意图；
图7为一个实施例中水上避障装置的结构框图；
图8为另一个实施例中水上避障装置的结构框图；
图9为又一个实施例中水上避障装置的结构框图；
图10为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
图1为一个实施例中水上避障方法的流程示意图，本实施例可适用于如何实现水上驾驶设备的精准避障；其中，水上驾驶设备可以是行驶于水环境中的设备，比如无人船等。可选的，该方法可应用于水上驾驶设备；进一步的，该方法可以由水上驾驶设备中的控制器来执行。如图1所示，该水上避障方法具体包括以下步骤：
S101，获取水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息。
具体的，在水上驾驶设备的行驶过程中，水上驾驶设备上所安装的探测工具会实时检测该水上驾驶设备周围一定范围内障碍物。例如，水上驾驶设备位于水上的部分安装有激光雷达，用于对水面上的障碍物进行探测；位于水下的部分安装有图像声呐和水下摄像机，用于对水面下的障碍物进行探测。
进一步的，水上驾驶设备中所安装的这些探测工具，在检测到障碍物的同时会将障碍物信息上传到水上驾驶设备的控制器中进行处理；进而本实施例可以获取水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息。其中，障碍物信息可以包括障碍物的位置、大小等信息。
S102，根据障碍物信息，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值。
其中，舵角碰撞风险值指的是，水上驾驶设备在行驶过程中，用于衡量水上驾驶设备的舵角对碰撞障碍物的风险程度的数值；速度碰撞风险值指的是，水上驾驶设备在行驶过程中，用于衡量水上驾驶设备的速度对碰撞障碍物的风险程度的数值。
进一步的，舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值是基于船舶避碰危险度的概念而得出的，船舶避碰危险度简称为CRI；此时舵角碰撞风险值也可称为舵角CRI，速度碰撞风险值也可称为速度CRI。其中，CRI的取值范围可以为0到1，可选的，CRI数值越高，则障碍物对水上驾驶设备而言，碰撞危险程度越高。进一步的，基于CRI的取值范围可以等分为5个危险等级，具体的,由高到低依次为“极度危险”、“危险”、“中等”、“轻度危险”、“安全”。在实际应用中，可通过CRI的数值对水上驾驶设备的避碰做出一个初期的提示。
具体的，在水上驾驶设备检测到周围有障碍物的情况下，障碍物检测工具会把障碍物的具体信息传送至水上驾驶设备控制器中的碰撞风险模型，由碰撞风险模型基于障碍物的信息、水上驾驶设备的行驶信息，以及碰撞风险模型内预设的参数等，即可输出障碍物的舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值。
可以理解的是，在实际应用中，碰撞风险模型基于障碍物信息和水上驾驶设备行驶信息，可以仅输出任一障碍物的舵角碰撞风险值、可以仅输出任一障碍物的速度碰撞风险值，还可以同时输出任一障碍物的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值。
S103，在根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的情况下，规划避障路径，并控制水上驾驶设备，根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶。
具体的，对于任一障碍物，若该障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值均小于预设的安全阈值，则说明该障碍物不阻碍水上驾驶设备的正常行驶；若该障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值大于预设的安全阈值，则说明该障碍物阻碍水上驾驶设备的正常行驶。示例性的，在本实施例中，若存在障碍物对水上驾驶设备的舵角风险值和/或速度碰撞风险值大于预设的安全阈值，则确定水上驾驶设备需要避障。
进一步的，在确定水上驾驶设备需要避障的情况下，可以根据障碍物信息、水上驾驶设备的速度范围以及水上驾驶设备的角度范围等，自动规划出避障路径。
可选的，还可以采用动态窗口法规划水上驾驶设备的避障路径。具体的，动态窗口法将水上驾驶设备的避障问题抽象为速度空间中带约束的优化问题，其中约束主要包括障碍物的约束以及水上驾驶设备结构的动力学约束等。
如图2所示，构建一个坐标轴，其中横坐标为水上驾驶设备的角速度，纵坐标为水上驾驶设备的线速度，将整个坐标区域分为安全区域和不安全区域，在矩形框A内的区域为安全区域，在矩形框A外的区域为不安全区域；黑色矩形为考虑电机扭矩在控制周期内限制的水上驾驶设备的可达速度范围，若该速度范围内包含不安全区域，则在排除不安全区域后，剩余的黑色区域为最终确定的动态窗口。基于动态窗口，可以选择出水上驾驶设备可到达的优选位置，在到达优选位置后继续构建下一个动态窗口，由多个优选位置即可构成水上驾驶设备的避障路径。
更进一步的，在确定避障路径后，控制水上驾驶设备，根据障碍物的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值，以特定的驾驶速度和驾驶角度沿着避障路径对障碍物进行避障行驶。
上述水上避障方法中，通过获取的水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息，可确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，并在根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的情况下，基于舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶。上述方案，能够根据水上驾驶的特性，对水上避障进行具体规划，提高了水上避障的精准性，进而提高水上驾驶设备在行驶状态下的安全性；同时该方案在实际应用中可以广泛推广。
如图3所示，在上述实施例的基础上，在障碍物信息包括障碍物与水上驾驶设备之间的相对距离和相对角度的情况下，在一个实施例中，对S102作进一步详述，具体包括以下步骤：
S301，根据相对角度，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值。
可选的，若相对角度的绝对值大于直角，则确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值为第一设定安全值。其中，将水上驾驶设备的舵角碰撞风险值为零时，称为第一设定安全值。
具体的，在水上驾驶设备运行的方向与障碍物之间的相对角度的绝对值大于直角时，水上驾驶设备与障碍物之间没有碰撞危险，这时可以将水上驾驶设备的舵角碰撞风险值置为零，即完全没有碰撞风险。
若相对角度的绝对值小于或等于直角，则根据直角与相对角度的绝对值之间的比值，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值。
具体的，在水上驾驶设备运行的方向与障碍物之间的相对角度的绝对值小于或等于直角时，水上驾驶设备与障碍物之间存在碰撞危险，这时就需要确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值。
进一步的，可以参见公式1，根据直角与相对角度的绝对值之间的比值，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值。其中，
a为舵角碰撞风险值；为障碍物与水上驾驶设备之间的相对角度。
（公式1）
S302，根据相对角度和相对距离，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值。
可选的，若相对角度的绝对值大于直角，则确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值为第一设定安全值。其中，将水上驾驶设备的速度碰撞风险值为零时，称为第一设定安全值。
具体的，在水上驾驶设备运行的方向与障碍物之间的相对角度的绝对值大于直角时，水上驾驶设备与障碍物之间没有碰撞危险，这时可以将水上驾驶设备的速度碰撞风险值置为零，即完全没有碰撞风险。
若相对角度的绝对值小于或等于直角，则根据相对角度的绝对值、相对距离和预设参数值，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值。
具体的，在水上驾驶设备运行的方向与障碍物之间的相对角度的绝对值小于或等于直角时，水上驾驶设备与障碍物之间存在碰撞危险，这时就需要确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值。
进一步的，可以参见公式2，根据相对角度的绝对值、相对距离和预设参数值，来确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值。其中，
b为速度碰撞风险值；
m、n为预设参数值；
r为障碍物与水上驾驶设备之间的相对距离。
（公式2）
在本实施例中，通过根据障碍物信息确定舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值，能够使得计算得到的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值更加准确，进而使得后续避障操作更为精准。
在上述实施例的基础上，如图4所示，在障碍物的数量为至少两个的情况下，对S103中的根据舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的操作，作进一步详述，具体包括以下步骤：
S401，从每一障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值中，选择目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值。
其中，统计所有障碍物对应的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值，将舵角碰撞风险值中最大的数值作为目标舵角碰撞风险值；将速度碰撞风险值中最大的数值作为目标速度碰撞风险值。
具体的，在障碍物的数量为至少两个的情况下，会出现多个舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值，为了保证水上驾驶设备安全驾驶，可以选取所有舵角碰撞风险值中最大的数值，即最危险情况下的舵角碰撞风险值作为目标舵角碰撞风险值；选取所有速度碰撞风险值中最大的数值，即最危险情况下的速度碰撞风险值作为目标速度碰撞风险值。
可以理解的是，目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值可以是同一障碍物对应的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值，也可以是不同障碍物分别对应的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值。
S402，若目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值均大于第二设定安全值，则确定水上驾驶设备需要避障。
其中，将水上驾驶设备有碰撞风险时，最小的碰撞风险值设为第二设定安全值。
具体的，在水上驾驶设备的目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值均大于第二设定安全值的情况下，说明如果水上驾驶设备依旧沿着原始航线进行驾驶，则在水上驾驶设备的周围至少有一个障碍物，可能与水上驾驶设备发生碰撞。进一步的，在水上驾驶设备与障碍物可能发生碰撞的情况下，确定水上驾驶设备需要进行避障操作。
在本实施例中，仅通过判断目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值的大小，就可以确定水上驾驶设备是否需要进行避障操作。无需针对每一障碍物进行比对，提高了避障处理速度，使得水上驾驶设备的运行更安全。
如图5所示，在上述实施例的基础上，针对S103中，规划避障路径，并控制水上驾驶设备，根据舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶的操作，作进一步详述，具体包括以下步骤：
S501，从规划的候选行驶路径中选择避障路径。
其中，候选行驶路径指的是在避开障碍物的情况下，行驶经过障碍物的所有可供选择的行驶路径；避障路径指的是在候选行驶路径中，最优选的行驶路径。
具体的，可以将水上驾驶设备的驾驶信息以及障碍物的位置信息直接输入到经过训练的避障路径模型中，避障路径模型基于上述输入信息以及模型本身的参数可以直接输出多个候选行驶路径，并从中选择出避障路径。
或者，还可以通过如下步骤从规划的候选行驶路径中选择避障路径。
第一步骤，根据障碍物与候选行驶路径的距离、候选行驶路径的行驶长度和候选行驶路径的方位角，确定候选行驶路径的评价值。
具体的，对于任一候选行驶路径，可以参考公式3，根据障碍物与该候选行驶路径的距离、该候选行驶路径的行驶长度和该候选行驶路径的方位角，确定该候选行驶路径的评价值。其中，
k为平滑函数；、、为各子函数的加权系数；
v表示水上行驶设备的速度；
w表示水上行驶设备的舵角。
进一步的，表示水上驾驶设备的方位角不断朝向该候选行驶路径终点位置的子函数，本实施例可以采用来确定该候选行驶路径的方位角。表示水上驾驶设备的候选行驶路径行驶到障碍物的距离子函数，可以评价水上驾驶设备的避障能力，若水上驾驶设备的路径轨迹到障碍物的距离大于水上驾驶设备的行驶半径，则没有发生碰撞的危险；反之，就说明碰撞风险大，需要舍弃这条候选行驶路径。在本实施例中，可以采用来确定障碍物与该候选行驶路径的距离。
更进一步的，
G n-1
(v,w)表示上一段路径的终点与该候选行驶路径规划的终点之间的距离子函数，基于此函数可确定该候选行驶路径的行驶长度；
G n
(v,w)表示该条候选行驶路径的评价函数。其中，候选行驶路径的评价函数值越小，则该候选行驶路径越优。
(公式3)
第二步骤，根据候选行驶路径的评价值，从候选行驶路径中选择避障路径。
具体的，在计算出所有候选行驶路径对应的评价值后，从中选择评价值最小的候选行驶路径，并将该候选行驶路径作为避障路径。
S502，根据避障路径的终点位置信息，确定偏差角度。
具体的，可以根据避障路径得到该路径的终点位置信息，并参考公式4，通过将避障路径的终点位置信息作角度变换，来确定偏差角度。其中，表示水上驾驶设备沿着避障路径行驶时的偏差角度；
x和
y表示水上驾驶设备沿着避障路径行驶到达的终点位置信息。
（公式4）
S503，根据偏差角度、目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值，确定目标舵角和目标速度。
其中，目标舵角指的是可以安全避开障碍物水上驾驶设备的舵角值；目标速度指的是可以安全避开障碍物水上驾驶设备的速度值。
具体的，参考公式5，可以根据计算得到的偏差角度、以及障碍物对水上行驶设备的目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值确定目标舵角和目标速度。其中，
q表示目标舵角；
p表示目标速度；表示目标舵角碰撞风险值；表示目标速度碰撞风险值；
A表示速度参考系数，在实际应用中，可以将
A设置为-50，以达到最优效果。
（公式5）
S504，控制水上驾驶设备，根据目标舵角和目标速度，通过避障路径进行避障行驶。
具体的，控制水上驾驶设备沿着避障路径，按照计算得到的目标舵角和目标速度进行行驶，进而实现避障行驶。
在本实施例中，通过选择避障路径，并根据避障路径确定目标舵角和目标速度，进而控制水上驾驶设备进行避障行驶。能够提高水上驾驶设备进行避障行驶的安全性，便于推广。
图6为另一个实施例中水上避障方法的流程示意图，在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种水上避障方法的可选实例。结合图6，具体实现过程如下：
S601，获取水上驾驶设备行驶环境周围至少两个障碍物的障碍物信息。
S602，根据障碍物信息，确定每一障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值。
S603，从每一障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值中，选择目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值。
S604，若目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值均大于设定的安全阈值，则确定水上驾驶设备需要避障。
S605，针对水上驾驶设备的驾驶信息以及障碍物信息，规划出多个用于避障的候选行驶路径。
S606，确定每一候选行驶路径的评价值。
具体的，可以根据障碍物与候选行驶路径的距离、候选行驶路径的行驶长度和候选行驶路径的方位角，确定每一候选行驶路径的评价值。
S607，根据候选行驶路径的评价值，从候选行驶路径中选择避障路径。
S608，根据避障路径的终点位置信息，确定偏差角度。
S609，根据偏差角度、目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值，确定目标舵角和目标速度。
S610，控制水上驾驶设备，根据目标舵角和目标速度，通过避障路径进行避障行驶。
上述S601-S610的具体过程可以参见上述方法实施例的描述，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的水上避障方法的水上避障装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个水上避障装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于水上避障方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图7所示，提供了一种水上避障装置1，包括：信息获取模块10、风险确定模块20和避障行驶模块30，其中：
信息获取模块10，用于获取水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息；
风险确定模块20，用于根据障碍物信息，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值；
避障行驶模块30，用于在根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的情况下，规划避障路径，并控制水上驾驶设备，根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶。
在一个实施例中，如图8所示，风险确定模块20包括：
舵角风险确定单元21，用于根据相对角度，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值；
速度风险确定单元22，用于根据相对角度和相对距离，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值。
在一个实施例中，舵角风险确定单元21具体用于：
若相对角度的绝对值大于直角，则确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值为第一设定安全值；若相对角度的绝对值小于或等于直角，则根据直角与相对角度的绝对值之间的比值，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值。
在一个实施例中，速度风险确定单元22具体用于：
若相对角度的绝对值大于直角，则确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值为第一设定安全值；若相对角度的绝对值小于或等于直角，则根据相对角度的绝对值、相对距离和预设参数值，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值。
在一个实施例中，可以在上述图7或图8中任一图的基础上，对避障行驶模块30进行细化。本实施例以在图7的基础上为例对避障行驶模块30进行细化。如图9所示，在障碍物的数量为至少两个的情况下，避障行驶模块30包括：
风险值选择单元31，用于从每一障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值中，选择目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值；
避障判断单元32，用于若目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值均大于第二设定安全值，则确定水上驾驶设备需要避障；
路径选择单元33，用于从规划的候选行驶路径中选择避障路径；
角度确定单元34，用于根据避障路径的终点位置信息，确定偏差角度；
目标确定单元35，用于根据偏差角度、目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值，确定目标舵角和目标速度；
避障行驶单元36，用于控制水上驾驶设备，根据目标舵角和目标速度，通过避障路径进行避障行驶。
在一个实施例中，路径选择单元33具体用于：
根据障碍物与候选行驶路径的距离、候选行驶路径的行驶长度和候选行驶路径的方位角，确定候选行驶路径的评价值；根据候选行驶路径的评价值，从候选行驶路径中选择避障路径。
上述水上避障装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是水上驾驶设备，其内部结构图可以如图10所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口、显示单元和输入装置。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过***总线连接，通信接口、显示单元和输入装置通过输入/输出接口连接到***总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC（近场通信）或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种水上避障方法。该计算机设备的显示单元用于形成视觉可见的画面，可以是显示屏、投影装置或虚拟现实成像装置。显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息；
根据障碍物信息，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值；
在根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的情况下，规划避障路径，并控制水上驾驶设备，根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序中对根据障碍物信息，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值的逻辑时，具体实现以下步骤：
根据相对角度，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值；根据相对角度和相对距离，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序中对根据相对角度，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值的逻辑时，具体实现以下步骤：
若相对角度的绝对值大于直角，则确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值为第一设定安全值；若相对角度的绝对值小于或等于直角，则根据直角与相对角度的绝对值之间的比值，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序中对根据相对角度和相对距离，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值的逻辑时，具体实现以下步骤：
若相对角度的绝对值大于直角，则确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值为第一设定安全值；若相对角度的绝对值小于或等于直角，则根据相对角度的绝对值、相对距离和预设参数值，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序中对根据舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的逻辑时，具体实现以下步骤：
从每一障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值中，选择目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值；若目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值均大于第二设定安全值，则确定水上驾驶设备需要避障。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序中对规划避障路径，并控制水上驾驶设备，根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶的逻辑时，具体实现以下步骤：
从规划的候选行驶路径中选择避障路径；根据避障路径的终点位置信息，确定偏差角度；根据偏差角度、目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值，确定目标舵角和目标速度；控制水上驾驶设备，根据目标舵角和目标速度，通过避障路径进行避障行驶。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序中对从规划的候选行驶路径中选择避障路径的逻辑时，具体实现以下步骤：
根据障碍物与候选行驶路径的距离、候选行驶路径的行驶长度和候选行驶路径的方位角，确定候选行驶路径的评价值；根据候选行驶路径的评价值，从候选行驶路径中选择避障路径。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息；
根据障碍物信息，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值；
在根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的情况下，规划避障路径，并控制水上驾驶设备，根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶。
在一个实施例中，计算机程序中对根据障碍物信息，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值的这一代码逻辑被处理器执行时，具体实现以下步骤：
根据相对角度，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值；根据相对角度和相对距离，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值。
在一个实施例中，计算机程序中对根据相对角度，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值的这一代码逻辑被处理器执行时，具体实现以下步骤：
若相对角度的绝对值大于直角，则确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值为第一设定安全值；若相对角度的绝对值小于或等于直角，则根据直角与相对角度的绝对值之间的比值，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值。
在一个实施例中，计算机程序中对根据相对角度和相对距离，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值的这一代码逻辑被处理器执行时，具体实现以下步骤：
若相对角度的绝对值大于直角，则确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值为第一设定安全值；若相对角度的绝对值小于或等于直角，则根据相对角度的绝对值、相对距离和预设参数值，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值。
在一个实施例中，计算机程序中对根据舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的这一代码逻辑被处理器执行时，具体实现以下步骤：
从每一障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值中，选择目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值；若目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值均大于第二设定安全值，则确定水上驾驶设备需要避障。
在一个实施例中，计算机程序中对规划避障路径，并控制水上驾驶设备，根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶的这一代码逻辑被处理器执行时，具体实现以下步骤：
从规划的候选行驶路径中选择避障路径；根据避障路径的终点位置信息，确定偏差角度；根据偏差角度、目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值，确定目标舵角和目标速度；控制水上驾驶设备，根据目标舵角和目标速度，通过避障路径进行避障行驶。
在一个实施例中，计算机程序中对从规划的候选行驶路径中选择避障路径的这一代码逻辑被处理器执行时，具体实现以下步骤：
根据障碍物与候选行驶路径的距离、候选行驶路径的行驶长度和候选行驶路径的方位角，确定候选行驶路径的评价值；根据候选行驶路径的评价值，从候选行驶路径中选择避障路径。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息；
根据障碍物信息，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值；
在根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的情况下，规划避障路径，并控制水上驾驶设备，根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行根据障碍物信息，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值的操作时，具体实现以下步骤：
根据相对角度，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值；根据相对角度和相对距离，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行根据相对角度，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值的操作时，具体实现以下步骤：
若相对角度的绝对值大于直角，则确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值为第一设定安全值；若相对角度的绝对值小于或等于直角，则根据直角与相对角度的绝对值之间的比值，确定障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行根据相对角度和相对距离，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值的操作时，具体实现以下步骤：
若相对角度的绝对值大于直角，则确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值为第一设定安全值；若相对角度的绝对值小于或等于直角，则根据相对角度的绝对值、相对距离和预设参数值，确定障碍物对水上驾驶设备的速度碰撞风险值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行根据舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值，确定水上驾驶设备需要避障的操作时，具体实现以下步骤：
从每一障碍物对水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值中，选择目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值；若目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值均大于第二设定安全值，则确定水上驾驶设备需要避障。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行规划避障路径，并控制水上驾驶设备，根据舵角碰撞风险值和/或速度碰撞风险值，通过避障路径进行避障行驶的操作时，具体实现以下步骤：
从规划的候选行驶路径中选择避障路径；根据避障路径的终点位置信息，确定偏差角度；根据偏差角度、目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值，确定目标舵角和目标速度；控制水上驾驶设备，根据目标舵角和目标速度，通过避障路径进行避障行驶。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行从规划的候选行驶路径中选择避障路径的操作时，具体实现以下步骤：
根据障碍物与候选行驶路径的距离、候选行驶路径的行驶长度和候选行驶路径的方位角，确定候选行驶路径的评价值；根据候选行驶路径的评价值，从候选行驶路径中选择避障路径。
需要说明的是，本申请所涉及的水上驾驶设备的相关信息和数据（包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等），均为经过各方充分授权的信息和数据。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（Ferroelectric Random Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic RandomAccess Memory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种水上避障方法，其特征在于，所述方法包括：
获取水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息；其中，所述障碍物的数量为至少两个，所述障碍物信息包括：所述障碍物与所述水上驾驶设备之间的相对距离和相对角度；
根据所述相对角度，确定所述障碍物对所述水上驾驶设备的舵角碰撞风险值；
根据所述相对角度和所述相对距离，确定所述障碍物对所述水上驾驶设备的速度碰撞风险值；
从每一障碍物对所述水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值中，分别选择最大的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值，作为目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值；
若目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值均大于第二设定安全值，则确定所述水上驾驶设备需要避障；
在确定所述水上驾驶设备需要避障的情况下，从规划的候选行驶路径中选择避障路径；
根据所述避障路径的终点位置信息，确定偏差角度；
将所述偏差角度与所述目标舵角碰撞风险值之间的乘积，作为目标舵角；
将速度参考系数与目标速度碰撞风险值之间的乘积，作为目标速度；
控制所述水上驾驶设备，根据所述目标舵角和所述目标速度，通过所述避障路径进行避障行驶；
其中，所述根据所述相对角度和所述相对距离，确定所述障碍物对所述水上驾驶设备的速度碰撞风险值，包括：
若所述相对角度的绝对值大于直角，则确定所述障碍物对所述水上驾驶设备的速度碰撞风险值为第一设定安全值；
若所述相对角度的绝对值小于或等于所述直角，则根据所述相对角度的绝对值、所述相对距离和预设参数值，确定所述障碍物对所述水上驾驶设备的速度碰撞风险值，具体为如下公式：
；
其中，为障碍物与水上驾驶设备之间的相对角度，b为速度碰撞风险值，m、n为预设参数值，r为障碍物与水上驾驶设备之间的相对距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述相对角度，确定所述障碍物对所述水上驾驶设备的舵角碰撞风险值，包括：
若所述相对角度的绝对值大于直角，则确定所述障碍物对所述水上驾驶设备的舵角碰撞风险值为第一设定安全值；
若所述相对角度的绝对值小于或等于所述直角，则根据所述直角与所述相对角度的绝对值之间的比值，确定所述障碍物对所述水上驾驶设备的舵角碰撞风险值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从规划的候选行驶路径中选择避障路径，包括：
根据障碍物与候选行驶路径的距离、所述候选行驶路径的行驶长度和所述候选行驶路径的方位角，确定所述候选行驶路径的评价值；
根据候选行驶路径的评价值，从所述候选行驶路径中选择避障路径。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一设定安全值为0。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述避障路径的终点位置信息，确定偏差角度，包括：
基于如下公式，根据所述避障路径的终点位置信息，确定偏差角度：
；
其中，表示水上驾驶设备沿着避障路径行驶时的偏差角度；x和y表示水上驾驶设备沿着避障路径行驶到达的终点位置信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述速度参考系数为-50。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据候选行驶路径的评价值，从所述候选行驶路径中选择避障路径，包括：
将评价值最小的候选行驶路径，作为避障路径。
8.一种水上避障装置，其特征在于，所述装置包括：
信息获取模块，用于获取水上驾驶设备行驶环境周围障碍物的障碍物信息；其中，所述障碍物的数量为至少两个，所述障碍物信息包括：所述障碍物与所述水上驾驶设备之间的相对距离和相对角度；
风险确定模块，用于根据所述相对角度，确定所述障碍物对所述水上驾驶设备的舵角碰撞风险值；根据所述相对角度和所述相对距离，确定所述障碍物对所述水上驾驶设备的速度碰撞风险值；
避障行驶模块，用于从每一障碍物对所述水上驾驶设备的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值中，分别选择最大的舵角碰撞风险值和速度碰撞风险值，作为目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值；若目标舵角碰撞风险值和目标速度碰撞风险值均大于第二设定安全值，则确定所述水上驾驶设备需要避障；在确定所述水上驾驶设备需要避障的情况下，从规划的候选行驶路径中选择避障路径；根据所述避障路径的终点位置信息，确定偏差角度；将所述偏差角度与所述目标舵角碰撞风险值之间的乘积，作为目标舵角；将速度参考系数与目标速度碰撞风险值之间的乘积，作为目标速度；控制所述水上驾驶设备，根据所述目标舵角和所述目标速度，通过所述避障路径进行避障行驶；
其中，所述风险确定模块在用于根据所述相对角度和所述相对距离，确定所述障碍物对所述水上驾驶设备的速度碰撞风险值时，具体用于：
若所述相对角度的绝对值大于直角，则确定所述障碍物对所述水上驾驶设备的速度碰撞风险值为第一设定安全值；若所述相对角度的绝对值小于或等于所述直角，则根据所述相对角度的绝对值、所述相对距离和预设参数值，确定所述障碍物对所述水上驾驶设备的速度碰撞风险值，具体为如下公式：
；
其中，为障碍物与水上驾驶设备之间的相对角度，b为速度碰撞风险值，m、n为预设参数值，r为障碍物与水上驾驶设备之间的相对距离。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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