專(zhuān)利名稱(chēng):基于pidvca原理的兩船協(xié)調(diào)避讓的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種基于PIDVCA原理的兩船協(xié)調(diào)避讓的優(yōu)化方法。
背景技術(shù):
解決人為因素導(dǎo)致的船舶碰撞事故的重要途徑之一是實(shí)現(xiàn)船舶智能避碰決策的自動(dòng)化。眾多碰撞事故表明,發(fā)生船舶碰撞事故的直接原因是會(huì)遇兩船或其中一船的不協(xié)調(diào)行動(dòng)造成。保證兩船避碰行動(dòng)協(xié)調(diào)的最根本的方法就是確保會(huì)遇雙方共同嚴(yán)格遵守《國(guó)際海上避碰規(guī)則》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)則》)。當(dāng)前處于國(guó)際先進(jìn)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)水平的船舶擬人智能避碰決策(簡(jiǎn)稱(chēng)“PIDVCA”)方法,其決策形成的依據(jù)是基于《規(guī)則》及海員的通常做法,同時(shí)充分考慮本船處于避讓?xiě)B(tài)勢(shì)最不利情況下也能確保兩船在其安全會(huì)遇距離以外安全通過(guò)的前提下進(jìn)行。大量的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,針對(duì)兩船避讓問(wèn)題,如兩船嚴(yán)格遵循《規(guī)則》,兩船均可獲得預(yù)期最好(安全經(jīng)濟(jì))的避碰效果。但是在實(shí)際的避碰行動(dòng)中,往往存在一方或者雙方由于疏忽未能按照《規(guī)則》采取行動(dòng)從而造成碰撞事故的發(fā)生。換言之,即便單方嚴(yán)格按照《規(guī)則》行動(dòng),但卻難以確保獲得最好的避讓效果,甚至仍舊可能導(dǎo)致碰撞事故的發(fā)生,因此引入船舶避碰主動(dòng)協(xié)調(diào)避讓機(jī)制是客觀需要的。通過(guò)引入請(qǐng)求對(duì)方船舶協(xié)調(diào)避碰行動(dòng)的方案通報(bào)機(jī)制,可實(shí)現(xiàn)兩船避碰協(xié)調(diào)優(yōu)化。一種典型的情況為僅靠直航船單方的行動(dòng),將造成避讓后的復(fù)航時(shí)機(jī)較長(zhǎng),存在潛在碰撞危險(xiǎn)的時(shí)間便越長(zhǎng)。因此,在這種情形下,對(duì)于采取避讓行動(dòng)的直航船并未能取得預(yù)期的最好避讓效果。如果目標(biāo)船按照《規(guī)則》主動(dòng)采取協(xié)調(diào)避碰行動(dòng),如圖1所示,目標(biāo)船將以較大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度Viy從本船艉通過(guò),這是一種合理有效的避讓方式,采用這種避讓方式的效果明顯優(yōu)于僅靠直航船采取行動(dòng)使目標(biāo)船以較小的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度Vrn過(guò)本船船艏的避讓方案。對(duì)于能見(jiàn)度不良中的兩船,按照《規(guī)則》,兩船一旦構(gòu)成碰撞危險(xiǎn),都應(yīng)采取積極有效的避讓措施,即不存在直航船(權(quán)利船)與讓路船(義務(wù)船)之分。在能見(jiàn)度不良情況下,兩船均應(yīng)將自己擺在最危險(xiǎn)的角度考慮問(wèn)題,其具體行動(dòng)規(guī)則是:1)除追越船外避免向左轉(zhuǎn)向(無(wú)論是左舷目標(biāo)船還是右舷目標(biāo)船,均向右轉(zhuǎn)向);2 )正橫前后船舶避免朝著他轉(zhuǎn)向,右正橫左轉(zhuǎn),左正橫右轉(zhuǎn)的方法。因此在能見(jiàn)度不良情況下由于《規(guī)則》的主觀模糊性而導(dǎo)致駕駛員對(duì)《規(guī)則》理解存在偏頗,而這種行為往往會(huì)造成行動(dòng)的不協(xié)調(diào),此時(shí)如果能以某船作為行動(dòng)發(fā)起者,給出適合雙方避讓的方法將有效解決不協(xié)調(diào)問(wèn)題。很多導(dǎo)致碰撞事故發(fā)生的原因是船舶會(huì)遇構(gòu)成碰撞危險(xiǎn)時(shí)雙方行動(dòng)的不協(xié)調(diào)引起。此類(lèi)不協(xié)調(diào)經(jīng)常發(fā)生在一方遵守《規(guī)則》,而另一方未能遵守《規(guī)則》所致。如果雙方都按照《規(guī)則》或雙方按照約定并充分考慮當(dāng)時(shí)的局勢(shì)共同背離《規(guī)則》采取行動(dòng),就不會(huì)出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的避讓行動(dòng)。實(shí)際避讓過(guò)程中,以上兩種協(xié)調(diào)避碰行為均有發(fā)生。然而作為為駕駛員提供避碰決策支持的輔助避碰決策支持系統(tǒng),除非雙方陷入緊迫危險(xiǎn),一般會(huì)遇態(tài)勢(shì)下要求會(huì)遇雙方船舶應(yīng)該嚴(yán)格遵循《規(guī)則》采取相應(yīng)的避讓行動(dòng)。現(xiàn)有PIDVCA算法對(duì)處于互見(jiàn)中《規(guī)則》約定的直航船和能見(jiàn)度不良中《機(jī)器規(guī)則》認(rèn)定的“直航船”(以下統(tǒng)稱(chēng)“直航本船”)形成的PIDVCA實(shí)施方案在未能取得互見(jiàn)中《規(guī)則》約定的讓路船和能見(jiàn)度不良中《機(jī)器規(guī)則》認(rèn)定的“讓路目標(biāo)船”(以下統(tǒng)稱(chēng)“讓路目標(biāo)船”)協(xié)調(diào)避讓行動(dòng)的情況下,往往不能取得預(yù)期滿(mǎn)意的和雙贏的避讓效果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種基于PIDVCA原理的兩船協(xié)調(diào)避讓的優(yōu)化方法,對(duì)局部態(tài)勢(shì)的PIDVCA算法進(jìn)行優(yōu)化處理,能進(jìn)一步提升現(xiàn)有的PIDVCA算法,以最大限度的提醒或督促讓路目標(biāo)船履行《規(guī)則》確?;蛱嵘白屄纺繕?biāo)船”主動(dòng)采取有效的協(xié)調(diào)避讓行動(dòng)的幾率,最終達(dá)到確?!爸焙酱鲍@得既安全又經(jīng)濟(jì)的避讓效果的目的;同時(shí)在未能取得“讓路目標(biāo)船”協(xié)調(diào)避讓行動(dòng)的情況下,也能保持原有PIDVCA算法的次優(yōu)避讓效果,即確保兩船的安全避讓。一種基于PIDVCA原理的兩船協(xié)調(diào)避讓的優(yōu)化方法,包括如下步驟:
步驟1、系統(tǒng)首次安裝需要用戶(hù)輸入船長(zhǎng)、船寬以及包括船舶旋回進(jìn)距、旋回初境以及旋回90°所需時(shí)間的操縱參數(shù);正常開(kāi)機(jī)時(shí)需要用戶(hù)輸入當(dāng)時(shí)的包括能見(jiàn)度、風(fēng)向風(fēng)速及流向流速的環(huán)境參數(shù);
步驟2、運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)采集雷達(dá)/ARPA提供的目標(biāo)船相對(duì)方位、距離的信息發(fā)現(xiàn)目標(biāo)船的存在,同時(shí)實(shí)時(shí)采集電羅經(jīng)提供的本船船艏向信息、GPS船位信息以及計(jì)程儀提供的本船航速信息,系統(tǒng)利用上述采集的信息,通過(guò)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法,計(jì)算獲取兩船避碰決策協(xié)調(diào)優(yōu)化處理及自動(dòng)生成PIDVCA方案所需的相關(guān)避碰信息,包括目標(biāo)船的航向、航速、相對(duì)運(yùn)動(dòng)航向和航速、兩船的最近會(huì)遇距離和目標(biāo)船到達(dá)本船的最近會(huì)遇距離點(diǎn)的時(shí)間、安全會(huì)遇距離及其最小值,進(jìn)行危險(xiǎn)判定與屬性識(shí)別,獲知兩船的交會(huì)特征及會(huì)遇局面、目標(biāo)船的性質(zhì)及會(huì)遇屬性以及本船的避讓屬性;
步驟3、系統(tǒng)根據(jù)上述避碰信息判斷本船是直航船或讓路船,如果是讓路船,轉(zhuǎn)至步驟4,否則,轉(zhuǎn)至步驟5 ;
步驟4、根據(jù)當(dāng)時(shí)的能見(jiàn)度情況,來(lái)判斷是否要按照讓路船避讓時(shí)機(jī)來(lái)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成避讓方案:
(1)如果能見(jiàn)度良好,或者雖能見(jiàn)度不良但不是互見(jiàn)中的直航船,本船按照讓路船避讓時(shí)機(jī)來(lái)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成避讓方案,若讓路本船施舵時(shí)機(jī)未到,則返回步驟2 ;若讓路本船施舵時(shí)機(jī)已到,則系統(tǒng)把生成的避讓方案按照AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝,調(diào)用AIS點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)播發(fā)短信算法,再通過(guò)AIS設(shè)備將該短信發(fā)送給對(duì)應(yīng)目標(biāo)船,告知本船的操船意圖,返回步驟2;
(2)如果能見(jiàn)度不良,且本船是機(jī)器規(guī)則中界定的直航船,系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成避讓方案;
若讓路目標(biāo)船主動(dòng)讓路或接收到協(xié)調(diào)避讓請(qǐng)求并采取讓路行動(dòng),則本船作為直航船可以行使保向保速的權(quán)利,返回步驟2 ;
若讓路目標(biāo)船未采取讓路行動(dòng),且直航本船最佳施舵時(shí)機(jī)已經(jīng)到來(lái),則在其最佳施舵時(shí)機(jī)到來(lái)時(shí),系統(tǒng)把生成的避讓方案按照AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝,調(diào)用AIS點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)播發(fā)短信算法,再通過(guò)AIS設(shè)備將短信發(fā)送給對(duì)應(yīng)目標(biāo)船,告知本船的操船意圖,返回步驟2 ;
若直航本船最佳施舵時(shí)機(jī)未到,則進(jìn)入步驟7 ; 步驟5、如果本船為直航船,系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成避讓方案,若讓路目標(biāo)船主動(dòng)讓路或接收到協(xié)調(diào)避讓請(qǐng)求并采取讓路行動(dòng),則直航本船行使保向保速的權(quán)利,返回步驟2 ;
步驟6、若讓路目標(biāo)船未采取讓路行動(dòng),且本船最晚施舵時(shí)機(jī)已到,則按照直航船避讓時(shí)機(jī)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成的避讓方案,并把生成的避讓方案按照AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝,再通過(guò)AIS設(shè)備將短信發(fā)送給對(duì)應(yīng)目標(biāo)船,告知本船的操船意圖,返回步驟2 ;
步驟7、如果本船最晚施舵時(shí)機(jī)未到,系統(tǒng)調(diào)用本船與目標(biāo)船變量置換算法和PIDVCA最佳及最晚施舵時(shí)機(jī)量化算法計(jì)算讓路目標(biāo)船的最佳避讓時(shí)機(jī)及最晚施舵時(shí)機(jī),進(jìn)一步判斷,若讓路目標(biāo)船最佳施舵時(shí)機(jī)還未到,則返回步驟2 ;若讓路目標(biāo)船最佳施舵時(shí)機(jī)已到,則進(jìn)入步驟8,若讓路目標(biāo)船最佳施舵時(shí)機(jī)已經(jīng)錯(cuò)過(guò),則進(jìn)入步驟9 ;
步驟8、根據(jù)初始改向角調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成讓路目標(biāo)船的初始避讓方案,并把生成的避讓方案按照AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝,調(diào)用AIS點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)播發(fā)短信算法,通過(guò)AIS設(shè)備將短信自動(dòng)發(fā)送給對(duì)應(yīng)目標(biāo)船,向讓路目標(biāo)船發(fā)出避讓請(qǐng)求,并提醒船舶駕駛員通過(guò)VHF向讓路目標(biāo)船發(fā)出避讓請(qǐng)求信息,返回步驟2 ;
步驟9、系統(tǒng)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成讓路目標(biāo)船的避讓方案,并把生成的避讓方案按照AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝,調(diào)用AIS點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)播發(fā)短信算法,通過(guò)AIS設(shè)備將短信自動(dòng)發(fā)送給對(duì)應(yīng)目標(biāo)船,向讓路目標(biāo)船發(fā)出避讓請(qǐng)求,并提醒船舶駕駛員通過(guò)VHF向讓路目標(biāo)船發(fā)出避讓請(qǐng)求信息,返回步驟2。采用本發(fā)明一種基于PIDCCA原理的兩船協(xié)調(diào)避讓的優(yōu)化方法后,會(huì)出現(xiàn)以下的實(shí)施效果:
(1)對(duì)于互見(jiàn)中的直航船而言,當(dāng)讓路船未能按照《規(guī)則》給對(duì)方讓路,而此時(shí)裝載本發(fā)明前期算法的直航船仍能按照《規(guī)則》在其最晚施舵時(shí)機(jī)采取有效的避碰決策(獨(dú)自采取行動(dòng)的時(shí)機(jī)),并最終確保兩船在希望的安全會(huì)遇距離以外通過(guò)。但對(duì)于直航船而言,并未能達(dá)到其預(yù)期的“行使直航船保向保速權(quán)利”的最好避碰決策實(shí)施效果;
(2)經(jīng)過(guò)全面的理論分析及大量的仿真實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)能見(jiàn)度不良情況下由于從《規(guī)貝U》的角度沒(méi)有讓路船與直航船之分,即都是讓路船,在改向幅度一樣的情況下,往往“直航本船”的避讓時(shí)機(jī)比“讓路目標(biāo)船”早,因此如果按照《規(guī)則》的精神采取行動(dòng),往往“直航本船”率先改向避讓?zhuān)埂白屄纺繕?biāo)船”隨著“直航本船”的行動(dòng)其危險(xiǎn)性逐步消失而放棄避讓的行動(dòng),從而導(dǎo)致“直航本船”避讓過(guò)程持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間才可讓清目標(biāo)船,如圖2 (a)所示。因此,從優(yōu)化避讓效果的角度,我們提出最佳避讓效果應(yīng)該是“讓路目標(biāo)船”優(yōu)先采取行動(dòng),“直航本船”根據(jù)需要在合適的時(shí)機(jī)采取必要的配合行動(dòng)。顯然,“讓路目標(biāo)船”按照這樣的《機(jī)器規(guī)則》采取的協(xié)調(diào)避讓行動(dòng),要比“直航本船”按照《規(guī)則》約定作為讓路船行使避讓義務(wù)的避讓效果更佳,如圖2 (b)所示。
圖1為直航本船與讓路目標(biāo)船的相對(duì)運(yùn)動(dòng)幾何圖解示意 圖2 (a)為在未實(shí)施本發(fā)明前在能見(jiàn)度不良情況下本船避讓目標(biāo)船的自動(dòng)避讓航跡回放圖;圖2 (b)為在實(shí)施本發(fā)明后在能見(jiàn)度不良情況下本船避讓目標(biāo)船的自動(dòng)避讓航跡回放
圖3為本發(fā)明的流程示意圖。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明先確定一下縮略語(yǔ)和關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)定義:
1> PIDVCA-Personifying Intelligent Decision-making for Vessel Collision
Avoidance,中文全稱(chēng)“船舶擬人智能避碰決策”;
2.直航船:互見(jiàn)中構(gòu)成碰撞危險(xiǎn)的兩船依照《國(guó)際海上避碰規(guī)則》約定享有保向保速權(quán)利的船舶;
3.讓路船:互見(jiàn)中構(gòu)成碰撞危險(xiǎn)的兩船依照《國(guó)際海上避碰規(guī)則》約定應(yīng)履行讓路義務(wù)的船舶;
4.直航本船:指裝載PIDVCA系統(tǒng)的船舶屬于互見(jiàn)中《國(guó)際海上避碰規(guī)則》約定的直航船和能見(jiàn)度不良中《機(jī)器規(guī)則》認(rèn)定的“直航船”;
5.讓路目標(biāo)船:指與“直航本船”相呼應(yīng)的“讓路目標(biāo)船”,它屬于互見(jiàn)中《國(guó)際海上避碰規(guī)則》約定的讓路船和能見(jiàn)度不良中《機(jī)器規(guī)則》認(rèn)定的“讓路船”;
6.“直航船”:《機(jī)器規(guī)則》套用能見(jiàn)度良好情況下直航船的判定依據(jù)以及行動(dòng)準(zhǔn)則來(lái)界定直航船,但為了區(qū)別《國(guó)際海上避碰規(guī)則》中定義的直航船概念(在互見(jiàn)情況下)加雙弓I號(hào),即“直航船”專(zhuān)指能見(jiàn)度不良下仍沿用互見(jiàn)中界定的直航船。如圖3所示,本發(fā)明一種基于PIDVCA原理的兩船協(xié)調(diào)避讓的優(yōu)化方法,具體包括如下步驟:
步驟1、系統(tǒng)首次安裝需要用戶(hù)輸入船長(zhǎng)、船寬以及包括船舶旋回進(jìn)距、旋回初境以及旋回90°所需時(shí)間的操縱參數(shù);正常開(kāi)機(jī)時(shí)需要用戶(hù)輸入當(dāng)時(shí)的包括能見(jiàn)度、風(fēng)向風(fēng)速及流向流速的環(huán)境參數(shù);
步驟2、運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)采集雷達(dá)/ARPA提供的目標(biāo)船相對(duì)方位、距離等信息發(fā)現(xiàn)目標(biāo)船的存在,同時(shí)實(shí)時(shí)采集電羅經(jīng)提供的本船船艏向信息、GPS船位信息以及計(jì)程儀提供的本船航速信息,系統(tǒng)利用上述采集的信息,通過(guò)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法,計(jì)算獲取兩船避碰決策協(xié)調(diào)優(yōu)化處理及自動(dòng)生成PIDVCA方案所需的相關(guān)避碰信息,包括目標(biāo)船的航向、航速、相對(duì)運(yùn)動(dòng)航向和航速、兩船的最近會(huì)遇距離和目標(biāo)船到達(dá)本船的最近會(huì)遇距離點(diǎn)的時(shí)間、安全會(huì)遇距離及其最小值,進(jìn)行危險(xiǎn)判定及屬性識(shí)別,獲知兩危險(xiǎn)船的交會(huì)特征及會(huì)遇局面、目標(biāo)船的性質(zhì)及會(huì)遇屬性以及本船的避讓屬性;
步驟3、系統(tǒng)根據(jù)上述避碰信息判斷本船是直航船或讓路船,如果是讓路船,轉(zhuǎn)至步驟4,否則,轉(zhuǎn)至步驟5 ;
步驟4、根據(jù)當(dāng)時(shí)的能見(jiàn)度情況,來(lái)判斷是否要按照讓路船避讓時(shí)機(jī)來(lái)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成避讓方案: (I)如果能見(jiàn)度良好,或者雖能見(jiàn)度不良但不是互見(jiàn)中的直航船,本船按照讓路船避讓時(shí)機(jī)來(lái)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成避讓方案,若讓路本船施舵時(shí)機(jī)未到,則返回步驟2 ;若讓路本船施舵時(shí)機(jī)已到,則系統(tǒng)把生成的避讓方案按照AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝,調(diào)用AIS點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)播發(fā)短信算法,再通過(guò)AIS設(shè)備將該短信發(fā)送給對(duì)應(yīng)目標(biāo)船,告知本船的操船意圖,返回步驟2;
(2)如果能見(jiàn)度不良,且本船是機(jī)器規(guī)則中界定的直航船,系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成避讓方案;
若讓路目標(biāo)船主動(dòng)讓路或接收到協(xié)調(diào)避讓請(qǐng)求并采取讓路行動(dòng),則本船作為直航船可以行使保向保速的權(quán)利,返回步驟2 ;
若讓路目標(biāo)船未采取讓路行動(dòng),且直航本船最佳施舵時(shí)機(jī)已經(jīng)到來(lái),則在其最佳施舵時(shí)機(jī)到來(lái)時(shí),系統(tǒng)把生成的避讓方案按照AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝,調(diào)用AIS點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)播發(fā)短信算法,再通過(guò)AIS設(shè)備將短信發(fā)送給對(duì)應(yīng)目標(biāo)船,告知本船的操船意圖,返回步驟2 ;
若直航本船最佳施舵時(shí)機(jī)未到,則進(jìn)入步驟7 ;
步驟5、如果本船為直航船,系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成避讓方案,若讓路目標(biāo)船主動(dòng)讓路或接收到協(xié)調(diào)避讓請(qǐng)求并采取讓路行動(dòng),則直航本船行使保向保速的權(quán)利,返回步驟2 ;
步驟6、若讓路目標(biāo)船未采取讓路行動(dòng),且本船最晚施舵時(shí)機(jī)已到,則按照直航船避讓時(shí)機(jī)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成的避讓方案,并把生成的避讓方案通過(guò)AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝,再通過(guò)AIS設(shè)備將短信發(fā)送給對(duì)應(yīng)目標(biāo)船,告知本船的操船意圖,返回步驟2 ;
步驟7、如果本船最晚施舵時(shí)機(jī)未到,系統(tǒng)調(diào)用本船與目標(biāo)船變量置換算法和PIDVCA最佳及最晚施舵時(shí)機(jī)量化算法計(jì)算讓路目標(biāo)船的最佳避讓時(shí)機(jī)及最晚施舵時(shí)機(jī),進(jìn)一步判斷,若讓路目標(biāo)船最佳施舵時(shí)機(jī)還未到,則返回步驟2 ;若讓路目標(biāo)船最佳施舵時(shí)機(jī)已到,則進(jìn)入步驟8,若讓路目標(biāo)船最佳施舵時(shí)機(jī)已經(jīng)錯(cuò)過(guò),則進(jìn)入步驟9 ;
步驟8、根據(jù)初始改向角調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成讓路目標(biāo)船的初始避讓方案,并把生成的避讓方案按照AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝,調(diào)用AIS點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)播發(fā)短信算法,通過(guò)AIS設(shè)備將短信自動(dòng)發(fā)送給對(duì)應(yīng)目標(biāo)船,向讓路目標(biāo)船發(fā)出避讓請(qǐng)求,并提醒船舶駕駛員通過(guò)VHF向讓路目標(biāo)船發(fā)出避讓請(qǐng)求信息,返回步驟2 ;
步驟9、系統(tǒng)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成讓路目標(biāo)船的避讓方案,并把生成的避讓方案按照AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝,調(diào)用AIS點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)播發(fā)短信算法,通過(guò)AIS設(shè)備將短信自動(dòng)發(fā)送給對(duì)應(yīng)目標(biāo)船,向讓路目標(biāo)船發(fā)出避讓請(qǐng)求,并提醒船舶駕駛員通過(guò)VHF向讓路目標(biāo)船發(fā)出避讓請(qǐng)求信息,返回步驟2。以上所述,僅是本發(fā)明較佳實(shí)施例而已,并非對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制,故凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何細(xì)微修改、等同變化與修飾,均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于PIDVCA原理的兩船協(xié)調(diào)避讓的優(yōu)化方法,其特征在于包括如下步驟: 步驟1、系統(tǒng)首次安裝需要用戶(hù)輸入船長(zhǎng)、船寬以及包括船舶旋回進(jìn)距、旋回初境以及旋回90°所需時(shí)間的操縱參數(shù);正常開(kāi)機(jī)時(shí)需要用戶(hù)輸入當(dāng)時(shí)的包括能見(jiàn)度、風(fēng)向風(fēng)速及流向流速的環(huán)境參數(shù); 步驟2、運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)采集雷達(dá)/ARPA提供的目標(biāo)船相對(duì)方位、距離的信息發(fā)現(xiàn)目標(biāo)船的存在,同時(shí)實(shí)時(shí)采集電羅經(jīng)提供的本船船艏向信息、GPS船位信息以及計(jì)程儀提供的本船航速信息,系統(tǒng)利用上述采集的信息,通過(guò)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法,計(jì)算獲取兩船避碰決策協(xié)調(diào)優(yōu)化處理及自動(dòng)生成PIDVCA方案所需的相關(guān)避碰信息,包括目標(biāo)船的航向、航速、相對(duì)運(yùn)動(dòng)航向和航速、兩船的最近會(huì)遇距離和目標(biāo)船到達(dá)本船的最近會(huì)遇距離點(diǎn)的時(shí)間、安全會(huì)遇距離及其最小值,進(jìn)行危險(xiǎn)判定及屬性識(shí)別,獲知兩危險(xiǎn)船的交會(huì)特征及會(huì)遇局面、目標(biāo)船的性質(zhì)及會(huì)遇屬性以及本船的避讓屬性; 步驟3、系統(tǒng)根據(jù)上述避碰信息判斷本船是直航船或讓路船,如果是讓路船,轉(zhuǎn)至步驟4,否則,轉(zhuǎn)至步驟5 ; 步驟4、根據(jù)當(dāng)時(shí)的能見(jiàn)度情況,來(lái)判斷是否要按照讓路船避讓時(shí)機(jī)來(lái)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成避讓方案: (1)如果能見(jiàn)度良好,或者雖能見(jiàn)度不良但不是互見(jiàn)中的直航船,本船按照讓路船避讓時(shí)機(jī)來(lái)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成避讓方案,若讓路本船施舵時(shí)機(jī)未到,則返回步驟2 ;若讓路本船施舵時(shí)機(jī)已到,則系統(tǒng)把生成的避讓方案按照AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝,調(diào)用AIS點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)播發(fā)短信算法,再通過(guò)AIS設(shè)備將該短信發(fā)送給對(duì)應(yīng)目標(biāo)船,告知本船的操船意圖,返回步驟2; (2)如果能見(jiàn)度不良,且本船是機(jī)器規(guī)則中界定的直航船,系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成避讓方案; 若讓路目標(biāo)船主動(dòng)讓路或接收到協(xié)調(diào)避讓請(qǐng)求并采取讓路行動(dòng),則本船作為直航船可以行使保向保速的權(quán)利,返回步驟2 ; 若讓路目標(biāo)船未采取讓路行動(dòng),且直航本船最佳施舵時(shí)機(jī)已經(jīng)到來(lái),則在其最佳施舵時(shí)機(jī)到來(lái)時(shí),系統(tǒng)把生成的避讓方案按照AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝,調(diào)用AIS點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)播發(fā)短信算法,再通過(guò)AIS設(shè)備將短信發(fā)送給對(duì)應(yīng)目標(biāo)船,告知本船的操船意圖,返回步驟2 ; 若直航本船最佳施舵時(shí)機(jī)未到,則進(jìn)入步驟7 ; 步驟5、如果本船為直航船,系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成避讓方案,若讓路目標(biāo)船主動(dòng)讓路或接收到協(xié)調(diào)避讓請(qǐng)求并采取讓路行動(dòng),則直航本船行使保向保速的權(quán)利,返回步驟2 ; 步驟6、若讓路目標(biāo)船未采取讓路行動(dòng),且本船最晚施舵時(shí)機(jī)已到,則按照直航船避讓時(shí)機(jī)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成的避讓方案,并把生成的避讓方案通過(guò)AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝,再通過(guò)AIS設(shè)備將短信發(fā)送給對(duì)應(yīng)目標(biāo)船,告知本船的操船意圖,返回步驟2 ; 步驟7、如果本船最晚施舵時(shí)機(jī)未到,系統(tǒng)調(diào)用本船與目標(biāo)船變量置換算法和PIDVCA最佳及最晚施舵時(shí)機(jī)量化算法計(jì)算讓路目標(biāo)船的最佳避讓時(shí)機(jī)及最晚施舵時(shí)機(jī),進(jìn)一步判斷,若讓路目標(biāo)船最佳施舵時(shí)機(jī)還未到,則返回步驟2 ;若讓路目標(biāo)船最佳施舵時(shí)機(jī)已到,則進(jìn)入步驟8,若讓路目標(biāo)船最佳施舵時(shí)機(jī)已經(jīng)錯(cuò)過(guò),則進(jìn)入步驟9 ; 步驟8、根據(jù)初始改向角調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成讓路目標(biāo)船的初始避讓方案,并把生成的避讓方案按照AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝,調(diào)用AIS點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)播發(fā)短信算法,通過(guò)AIS設(shè)備將短信自動(dòng)發(fā)送給對(duì)應(yīng)目標(biāo)船,向讓路目標(biāo)船發(fā)出避讓請(qǐng)求,并提醒船舶駕駛員通過(guò)VHF向讓路目標(biāo)船發(fā)出避讓請(qǐng)求信息,返回步驟2 ; 步驟9、系統(tǒng)調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成讓路目標(biāo)船的避讓方案,并把生成的避讓方案按照AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝,調(diào)用AIS點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)播發(fā)短信算法,通過(guò)AIS設(shè)備將短信自動(dòng)發(fā)送給對(duì)應(yīng)目標(biāo)船,向讓路目標(biāo)船發(fā)出避讓請(qǐng)求,并提醒船舶駕駛員通過(guò)VHF向讓路目 標(biāo)船發(fā)出避讓請(qǐng)求信息,返回步驟2。
全文摘要
本發(fā)明一種基于PIDVCA原理的兩船協(xié)調(diào)避讓的優(yōu)化方法,對(duì)局部態(tài)勢(shì)的PIDVCA算法進(jìn)行優(yōu)化處理,能進(jìn)一步提升現(xiàn)有的PIDVCA算法,以最大限度的提醒或督促讓路目標(biāo)船履行《規(guī)則》確?;蛱嵘白屄纺繕?biāo)船”主動(dòng)采取有效的協(xié)調(diào)避讓行動(dòng)的幾率,最終達(dá)到確保直航船獲得既安全又經(jīng)濟(jì)的避讓效果的目的;同時(shí)在未能取得讓路目標(biāo)船協(xié)調(diào)避讓行動(dòng)的情況下,也能保持原有PIDVCA算法的次優(yōu)避讓效果,即確保兩船的安全避讓。
文檔編號(hào)G08G3/02GK103198719SQ201310101500
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者李麗娜, 陳國(guó)權(quán), 鄭敏杰 申請(qǐng)人:集美大學(xué)