CN117111606B - 一种船舶辅助避碰方法与*** - Google Patents

一种船舶辅助避碰方法与*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种船舶辅助避碰方法和***，其中所述方法包括：获取所述船舶的自身信息以及当前环境信息，所述当前环境信息包括风速和潮流速度；基于所述船舶的自身信息以及当前环境信息，采用第一路径规划策略确定第一航行路径；基于AIS接收器和ECDIS子***，检测到在所述第一航行路径下第一时间阈值内存在碰撞风险时，启动雷达子***，并采用第二路径规划策略；基于所述雷达子***和ECDIS子***，检测到在所述第一航行路径下第二时间阈值内存在碰撞风险时，采用第三路径规则策略。本发明根据不同的场景，结合不同设备的功能和数据，做出更合理的航行决策，保障船员和船舶的安全，提高航行的安全性和效率。

Description

一种船舶辅助避碰方法与***
技术领域
本发明属于船舶态势感知领域，尤其涉及一种船舶辅助避碰方法与***。
背景技术
海上交通运输在世界贸易中占据着举足轻重的地位，世界经济的发展也使得某些航道或重要通航水域交通流密度逐年加大。较大的交通流密度和船舶大型化、高速化的发展趋势，提高了运输效率，同时也降低了安全性，导致水上交通事故频发。而在各种水域发生率最高、危害最大的莫过于船舶碰撞。碰撞常会造成重大的人员伤亡、船舶和货物损失，有时还会伴随着溢油等环境危害。船舶碰撞事故大多发生在港口、狭水道、航道交汇处、渔区和低能见度区域。这些区域船舶密集、会遇频繁、交通情况复杂，航道和自然环境较差。船舶的航行态势是指船舶在客观环境下受到各种内外因素影响而形成的船舶实际运动趋势及状态，以及后续可能包含的变化。
由于船舶周围环境的复杂性，在实际操作中，常以相对运动趋势来描述在某一水域或航道，本船与其他船舶、码头及设施、障碍物等各种物体的相对运动关系，航海中称这种关系为会遇态势。会遇态势包含互见中的会遇局面和能见度不良时的会遇局面，会遇态势的判断是驾驶员确定所适用的1972年《国际海上避碰规则》进而确定船舶的避让责任和应采取的行动的重要依据，也是船舶避让决策的重要组成部分，海上实践表明，对会遇态势的认识不足是造成船舶间避碰行动不协调乃至碰撞的重要原因之一。船舶航行过程中，前方一定范围内当前航道上与所有其他船舶的会遇态势称为船舶航行态势，因此，开展船舶航行态势的分析和研究对船舶航行安全和航线规划具有重要意义。我国关于船舶智能避碰***的研究起步较晚。据资料显示，20世纪90年代初，大连海事大学、海军大连水面舰艇学院等高等院校及科研机构开始了对船舶避碰专家***的研究。其中海军广州舰艇学院研究的船舶避碰专家***，也是一种咨询式的避碰专家***，考虑的因素较少，对会遇局面划分比较粗糙。之后，国内学者也相继提出基于多种智能算法的船舶避碰***，但精度及准确性较低，且实用性不高，尤其是海流对船舶的影响。
因此研究一种更加精准，更加可靠，信息综合度更高的在航船舶避碰及预警方式十分必要。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种船舶辅助避碰方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S101、获取所述船舶的自身信息以及当前环境信息，所述当前环境信息包括风速和潮流速度；
步骤S102、基于所述船舶的自身信息以及当前环境信息，采用第一路径规划策略确定第一航行路径；
步骤S103、基于AIS接收器和ECDIS子***，检测到在所述第一航行路径下第一时间阈值内存在碰撞风险时，启动雷达子***，并采用第二路径规划策略；
步骤S104、基于所述雷达子***和ECDIS子***，检测到在所述第一航行路径下第二时间阈值内存在碰撞风险时，采用第三路径规则策略；
步骤S105、在成功避让后，再次执行步骤S101。
其中，所述船舶的自身信息包括航向、航速、吃水深度、当前航路点坐标和目标航路点坐标。
其中，所述第一路径规则采用动态规划算法。
其中，所述第一路径规则采用动态规划算法具体包括：
步骤S1031、假设有N个航路点，第i个航路点的经度为Li，纬度为Bi，第i个航路点到第j个航路点的距离为Dij(i,j＝1,2,...,N)，状态变量f(i,v,θ)表示从起点出发，以航速v、航向θ到达第i个航路点的最短时间，其中v和θ分别表示船舶的航速和航向；
步骤S1032、根据船舶航行的物理模型和动态规划的思想，可以得到状态转移方程：
f(i,v,θ)＝min{f(k,v,θ)+Dik/V(v,θ,d,w,u)}，其中k＝1,2,...,N；
其中，V(v,θ,d,w,u)表示船舶在航速v、航向θ、吃水d、风速w、潮流速度u下的航速，Dik表示从第i个航路点到第k个航路点的距离；
步骤S1033、在起点处，船舶航速为v0，航向为θ0，可以设置初始状态为：
f(1,v0,θ0)＝0；
步骤S1034、当船舶到达终点时，状态变量达到最终状态，终止状态可以定义为：
min{f(N,v,θ)}，其中v和θ表示船舶的航速和航向；
步骤S1035、在状态转移方程中，决策变量为船舶的航速和航向。
其中，所述步骤S1032具体包括：
基于状态转移方程f(i,v,θ)＝min{f(k,v,θ)+Dik/V(v,θ,d,w,u)}，其中k＝1,2,...,N；
则V(v,θ,d,w,u)＝V0+KT-KW–KU；
其中V0是船舶在静水中的最大航速，KT是舵角影响系数，KW是风力影响系数，KU是潮流影响系数，KT、KW、KU换算为与航速相同的单位；
根据船舶的物理模型，可以得到船舶的运动方程：
dx/dt＝V(v,θ,d,w,u)*cos(θ)；
dy/dt＝V(v,θ,d,w,u)*sin(θ)；
其中，dx/dt和dy/dt分别表示船舶在x轴和y轴上的速度，cos(θ)和sin(θ)分别表示船航向的x和y方向分量；
则从第i个航路点到第k个航路点的距离可以表示为：
Dik＝sqrt(xk–xi)2+(yk–yi)2)；
其中，xi和yi分别是第i个航路点的经度和纬度，xk和yk分别是第k个航路点的经度和纬度；
最终，状态转移方程表示如下：
f(i,v,θ)＝min{f(k,v,θ)+sqrt(xk–xi)2+(yk–yi)2)/(V0+KT-KW–KU)}；
其中，k＝1,2,...,N，N表示航路点的总数。
其中，采用枚举法或搜索法，确定使状态变量最小的船舶航速和航向。
其中，所述第一时间阈值大于第二时间阈值。
其中，所述第二路径规划策略包括：当所述船舶为顺风方向航行时，则向对端船舶发出提醒信号。
其中，所述第三路径规则策略包括：主动改变所述船舶自身航速或航向。
本发明还提出了一种船舶辅助避碰***，包括：
获取模块，其用于获取所述船舶的自身信息以及当前环境信息，所述当前环境信息包括风速和潮流速度；
路径确定模块，其用于基于所述船舶的自身信息以及当前环境信息，采用第一路径规划策略确定第一航行路径；
第一预警模块，其用于基于AIS接收器和ECDIS子***，检测到在所述第一航行路径下第一时间阈值内存在碰撞风险时，启动雷达子***，并采用第二路径规划策略；
第二预警模块，其用于基于所述雷达子***和ECDIS子***，检测到在所述第一航行路径下第二时间阈值内存在碰撞风险时，采用第三路径规则策略。
与现有技术相比，本发明基于船舶的当前位置、目标位置、速度、航向、吃水、风速、潮流生成最佳航线的动态规划方程可以通过状态变量、状态转移方程、初始状态、终止状态和决策变量等要素来建立。在实际应用中，本发明还可以根据不同的场景，结合不同设备的功能和数据，做出更合理的航行决策，保障船员和船舶的安全，提高航行的安全性和效率。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是示出根据本发明实施例的一种船舶辅助避碰方法流程图；
图2是示出根据本发明实施例的一种船舶辅助避碰***的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述……，但这些……不应限于这些术语。这些术语仅用来将……区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一……也可以被称为第二……，类似地，第二……也可以被称为第一……。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。
实施例一、
如图1所示，本发明公开了一种船舶辅助避碰方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S101、获取所述船舶的自身信息以及当前环境信息，所述当前环境信息包括风速和潮流速度；
步骤S102、基于所述船舶的自身信息以及当前环境信息，采用第一路径规划策略确定第一航行路径；
步骤S103、基于AIS接收器和ECDIS子***，检测到在所述第一航行路径下第一时间阈值内存在碰撞风险时，启动雷达子***，并采用第二路径规划策略；
步骤S104、基于所述雷达子***和ECDIS子***，检测到在所述第一航行路径下第二时间阈值内存在碰撞风险时，采用第三路径规则策略；
步骤S105、在成功避让后，再次执行步骤S101。
其中，所述船舶的自身信息包括航向、航速、吃水深度、当前航路点坐标和目标航路点坐标。
其中，所述第一路径规则采用动态规划算法。
其中，所述第一路径规则采用动态规划算法具体包括：
步骤S1031、假设有N个航路点，第i个航路点的经度为Li，纬度为Bi，第i个航路点到第j个航路点的距离为Dij(i,j＝1,2,...,N)，状态变量f(i,v,θ)表示从起点出发，以航速v、航向θ到达第i个航路点的最短时间，其中v和θ分别表示船舶的航速和航向；
步骤S1032、根据船舶航行的物理模型和动态规划的思想，可以得到状态转移方程：
f(i,v,θ)＝min{f(k,v,θ)+Dik/V(v,θ,d,w,u)}，其中k＝1,2,...,N；
其中，V(v,θ,d,w,u)表示船舶在航速v、航向θ、吃水d、风速w、潮流速度u下的航速，Dik表示从第i个航路点到第k个航路点的距离；
步骤S1033、在起点处，船舶航速为v0，航向为θ0，可以设置初始状态为：
f(1,v0,θ0)＝0；
步骤S1034、当船舶到达终点时，状态变量达到最终状态，终止状态可以定义为：
min{f(N,v,θ)}，其中v和θ表示船舶的航速和航向；
步骤S1035、在状态转移方程中，决策变量为船舶的航速和航向。
其中，所述步骤S1032具体包括：
基于状态转移方程f(i,v,θ)＝min{f(k,v,θ)+Dik/V(v,θ,d,w,u)}，其中k＝1,2,...,N；
则V(v,θ,d,w,u)＝V0+KT-KW–KU；
其中V0是船舶在静水中的最大航速，航速单位为节，KT是舵角影响系数，KW是风力影响系数，KU是潮流影响系数，KT、KW、KU为无量纲的比值，可以直接换算为与航速相同的单位；
根据船舶的物理模型，可以得到船舶的运动方程：
dx/dt＝V(v,θ,d,w,u)*cos(θ)；
dy/dt＝V(v,θ,d,w,u)*sin(θ)；
其中，dx/dt和dy/dt分别表示船舶在x轴和y轴上的速度，cos(θ)和sin(θ)分别表示船航向的x和y方向分量；
则从第i个航路点到第k个航路点的距离可以表示为：
Dik＝sqrt(xk–xi)2+(yk–yi)2)；
其中，xi和yi分别是第i个航路点的经度和纬度，xk和yk分别是第k个航路点的经度和纬度；
最终，状态转移方程表示如下：
f(i,v,θ)＝min{f(k,v,θ)+sqrt(xk–xi)2+(yk–yi)2)/(V0+KT-KW–KU)}；
其中，k＝1,2,...,N，N表示航路点的总数。
在某一实施例中，风力影响系数KW的计算如下：
KW＝0.5*ρ*Aw*Vw 2*S-1；
其中，ρ为空气密度，Aw为风载面积，Vw为风速，S为船舶水线面积。
舵角影响系数KT的计算如下：
KT＝(δ-δ0)/δm
其中，δ为实际舵角，δ0为船舶零舵角时的舵角，δm为舵的最大转角。
潮流影响系数KU的计算如下：
KU＝(Vc*cos(θc-θs))/V0
其中，Vc为潮流速度，θc为潮流方向，θs为所述船舶的航向，V0为船舶在静水中的最大航速。
在实际应用中，KT、KW、KU的计算通常涉及到多种物理量和单位。为了将它们转换为与速度相同的单位，需要进行相应的单位换算。例如，在计算风力影响系数KW时，需要将风速的单位从米/秒或千米/小时转换为节，以便与船舶速度保持相同单位。常见的单位换算如下：
风速：通常使用米/秒或千米/小时作为单位，可以通过以下公式转换为节：
1米/秒≈1.944节；
1千米/小时≈0.54节；
风载面积：通常使用平方米作为单位，可以通过以下公式转换为平方英尺：
1平方米≈10.764平方英尺；
潮流速度：通常使用米/秒或千米/小时作为单位，可以通过以下公式转换为节：
1米/秒≈1.944节；
1千米/小时≈0.54节。
其中，采用枚举法或搜索法，确定使状态变量最小的船舶航速和航向。
其中，所述第一时间阈值大于第二时间阈值。
其中，所述第二路径规划策略包括：当所述船舶为顺风方向航行时，则向对端船舶发出提醒信号。
其中，所述第三路径规则策略包括：主动改变所述船舶自身航速或航向。
实施例二、
如图2所示，本发明还提出了一种船舶辅助避碰***，包括：
获取模块，其用于获取所述船舶的自身信息以及当前环境信息，所述当前环境信息包括风速和潮流速度；
路径确定模块，其用于基于所述船舶的自身信息以及当前环境信息，采用第一路径规划策略确定第一航行路径；
第一预警模块，其用于基于AIS接收器和ECDIS子***，检测到在所述第一航行路径下第一时间阈值内存在碰撞风险时，启动雷达子***，并采用第二路径规划策略；
第二预警模块，其用于基于所述雷达子***和ECDIS子***，检测到在所述第一航行路径下第二时间阈值内存在碰撞风险时，采用第三路径规则策略。
实施例三、
本发明还提出了一种船舶辅助避碰***，其包括：
AIS(Automatic Identification Subsystem，自动识别子***)接收器：AIS接收器可以自动获取船舶的位置、航向、速度、船名、呼号、船籍国等信息，并将这些信息广播给周围的船舶和岸站，以提高船舶的识别和位置确认的准确性；
ARPA子***(Automatic Radar Plotting Aid，自动雷达绘图子***)：ARPA***可以自动跟踪船舶的位置、航向、速度等信息，并显示在雷达屏幕上。ARPA***可以提供船舶碰撞危险的警告和建议，以帮助船员避免碰撞风险；
ECDIS子***(Electronic Chart Display and Information Subsystem，电子海图显示和信息子***)：ECDIS***可以显示船舶的位置、航向、速度等信息，并在电子海图上显示航道信息、障碍物、水深、潮汐、气象等信息。ECDIS***可以提供船舶运行的安全建议和警告，以帮助船员避免碰撞、触礁等风险；
预警子***(Early Warning Subsystem)：预警***可以根据船舶的位置、航向、速度等信息，预测和预警碰撞、触礁、搁浅等风险，并提供预警建议和措施，以帮助船员避免风险事件的发生。
其中AIS接收器可以与ECDIS子***在距离较远时就能够提前确认是否存在碰撞风险，通常可以基于距离或者航速来提前预判可能碰撞的时间，即第一时间阈值的确定条件。
由于海浪影响，雷达波通常不容易发现水平面以下的船舶，并且传播距离也受到一定影响，因此ARPA子***与ECDIS子***配合使用是在距离较近时，当然此时也可以同时参考AIS接收器的监测结果综合判断两者之间的碰撞风险，此时为第二时间阈值的确定条件。
预警子***用于综合考虑上述三种检测子***的结果来进行判断，并发出对方发送警报，或者给本船舶的船员提醒，或者主动向控制子***发送主动避让请求。
AIS接收器可以提供船舶的MMSI(海上移动通信业务识别码)号码，雷达***可以提供船舶的位置和运动状态，ECDIS***可以在电子海图上显示船舶的位置和航向。这些数据可以结合使用，提高对周围船舶的识别和位置确认的准确性。
所述控制子***控制船舶进行主动避让。其采用动态避碰决策，需要考虑多个因素，而多层感知神经网络和残差神经网络都是深度学习算法，可以用于处理非线性关系和高维数据。
通常需要先获取以下信息作为输入：
船位：包括本船位置和其他船舶位置；
速度：包括本船速度和其他船舶速度；
环境数据：包括海洋水流、气象、海况等数据；
航行规则：包括国际海上避碰规则和本船特殊规则；
船舶状态：包括本船状态和其他船舶状态，如船首迎角、航向等
通信数据：包括雷达数据、AIS数据等。
首先，对输入数据进行预处理和特征提取，包括数据归一化、特征选择和数据降维等操作，以减少输入数据的维度和复杂度。
由于不同的航行数据源可能存在数据质量不一致、缺失、错误等问题。例如，雷达数据可能受到天气、海浪等因素的影响，从而导致数据不准确或不完整。因此，需要对不同的数据源进行质量评估和预处理，以确保数据的可靠性和一致性。
将来自不同数据源的数据集成起来，需要解决数据格式、数据类型、数据精度等问题。例如，GPS数据和电子海图数据使用的是不同的坐标系，需要进行坐标转换和统一。同时，还需要解决数据冲突和重叠问题，避免数据的重复计算和不一致性。
具体包括：对于AIS接收器、雷达子***、ECDIS子***和预警子***的数据进行归一化处理和坐标对齐的步骤如下：
(1)归一化处理：
对于每个***的数据，根据其数据范围进行归一化处理。常用的归一化方法有最小-最大归一化和Z-score归一化。
最小-最大归一化：通过以下公式将数据缩放到0到1的范围内：
X_new＝(X-X_min)/(X_max-X_min)
其中，X是原始数据，X_new是归一化后的数据，X_min和X_max分别是原始数据的最小值和最大值。
Z-score归一化：通过以下公式将数据转换为均值为0，标准差为1的分布：
X_new＝(X-mean)/stddev；
其中，X是原始数据，X_new是归一化后的数据，mean是原始数据的均值，stddev是原始数据的标准差。
(2)坐标对齐：
根据应用需求，将不同***的数据进行坐标对齐，以确保数据在相同的坐标系下进行比较和融合。
坐标对齐可以根据船舶的位置、速度和航向等信息进行，确保各个***的数据在相同的时间点和空间位置上对应。
可以使用位置融合算法或插值方法来对齐数据，以确保数据在相同的参考坐标系下进行比较。
其次，使用多层感知神经网络对预处理后的数据进行训练，以学习输入数据和避碰决策之间的非线性关系。训练过程中可以使用交叉验证和正则化等技术来减少过拟合和提高模型泛化能力。
再次，使用残差神经网络对多层感知神经网络的输出进行训练，以进一步提高模型的精度和鲁棒性。残差神经网络可以有效地处理深度神经网络的梯度消失和梯度***问题。
最后，将训练好的模型应用于实时避碰决策中。根据当前的船位、速度、环境数据、航行规则、船舶状态和通信数据，将输入数据输入到模型中，得到相应的避碰决策，例如舵角和发动机推力，调整本船的航向和速度，以避免与其他船舶发生碰撞。
实施例五、
本公开实施例提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行如上实施例所述的方法步骤。
需要说明的是，本公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(AN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概括的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种船舶辅助避碰方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S101、获取所述船舶的自身信息以及当前环境信息，所述当前环境信息包括风速和潮流速度；
步骤S102、基于所述船舶的自身信息以及当前环境信息，采用第一路径规划策略确定第一航行路径；
步骤S103、基于AIS接收器和ECDIS子***，检测到在所述第一航行路径下第一时间阈值内存在碰撞风险时，启动雷达子***，并采用第二路径规划策略；
步骤S104、基于所述雷达子***和ECDIS子***，检测到在所述第一航行路径下第二时间阈值内存在碰撞风险时，采用第三路径规则策略；
步骤S105、在成功避让后，再次执行步骤S101；
所述第一路径规划采用动态规划算法；
所述第一路径规划采用动态规划算法具体包括：
步骤S1031、假设有N个航路点，第i个航路点的经度为Li，纬度为Bi，第i个航路点到第j个航路点的距离为Dij，i,j=1,2,...,N，状态变量f(i,v,θ)表示从起点出发，以航速v、航向θ到达第i个航路点的最短时间，其中v和θ分别表示船舶的航速和航向；
步骤S1032、根据船舶航行的物理模型和动态规划的思想，得到状态转移方程：
f(i,v,θ) = min{f(k,v,θ)+Dik/V(v,θ,d,w,u)}，其中k=1,2,...,N；
其中，V(v,θ,d,w,u)表示船舶在航速v、航向θ、吃水d、风速w、潮流速度u下的航速，Dik表示从第i个航路点到第k个航路点的距离；
步骤S1033、在起点处，船舶航速为v0，航向为θ0，设置初始状态为：
f(1,v0,θ0) = 0；
步骤S1034、当船舶到达终点时，状态变量达到最终状态，终止状态定义为：
min{f(N,v,θ)}，其中v和θ表示船舶的航速和航向；
步骤S1035、在状态转移方程中，决策变量为船舶的航速和航向；
所述步骤S1032具体包括：
基于状态转移方程f(i,v,θ) = min{f(k,v,θ)+Dik/V(v,θ,d,w,u)}，其中k=1,2,...,N；
则V(v,θ,d,w,u) = V0 + KT - KW – KU;
其中V0是船舶在静水中的最大航速，KT是舵角影响系数，KW是风力影响系数，KU是潮流影响系数，KT、KW、KU换算为与航速相同的单位；
根据船舶的物理模型，得到船舶的运动方程：
dx/dt = V(v,θ,d,w,u) * cos(θ)；
dy/dt = V(v,θ,d,w,u) * sin(θ)；
其中，dx/dt和dy/dt分别表示船舶在x轴和y轴上的速度，cos(θ)和sin(θ)分别表示船航向的x和y方向分量；
则从第i个航路点到第k个航路点的距离表示为：
Dik = sqrt(xk – xi)2 + (yk – yi)2);
其中，xi和yi分别是第i个航路点的经度和纬度，xk和yk分别是第k个航路点的经度和纬度;
最终，状态转移方程表示如下：
f(i,v,θ)= min{f(k,v,θ)+ sqrt(xk – xi)2 + (yk – yi)2)/(V0 + KT - KW – KU)};
其中，k=1,2,...,N，N表示航路点的总数；
所述第二路径规划策略包括：当所述船舶为顺风方向航行时，则向对端船舶发出提醒信号；
所述第三路径规则策略包括：主动改变所述船舶自身航速或航向。
2.如权利要求1所述的一种船舶辅助避碰方法，其特征在于，所述船舶的自身信息包括航向、航速、吃水深度、当前航路点坐标和目标航路点坐标。
3.如权利要求1所述的一种船舶辅助避碰方法，其特征在于，采用枚举法或搜索法，确定使状态变量最小的船舶航速和航向。
4.如权利要求1所述的一种船舶辅助避碰方法，其特征在于，所述第一时间阈值大于第二时间阈值。
5.一种使用如权利要求1-4中任一所述船舶辅助避碰方法的***，其特征在于，包括：
获取模块，其用于获取所述船舶的自身信息以及当前环境信息，所述当前环境信息包括风速和潮流速度；
路径确定模块，其用于基于所述船舶的自身信息以及当前环境信息，采用第一路径规划策略确定第一航行路径；
第一预警模块，其用于基于AIS接收器和ECDIS子***，检测到在所述第一航行路径下第一时间阈值内存在碰撞风险时，启动雷达子***，并采用第二路径规划策略；
第二预警模块，其用于基于所述雷达子***和ECDIS子***，检测到在所述第一航行路径下第二时间阈值内存在碰撞风险时，采用第三路径规则策略。
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