專利名稱：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《國際海上避碰規(guī)則》(以下簡稱《規(guī)則》)。當(dāng)前處于國際先進(jìn)國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)水平的船舶擬人智能避碰決策(簡稱“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態(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，存在潛在碰撞危險(xiǎn)的時(shí)間便越長。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，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過本船船艏的避讓方案。對(duì)于能見度不良中的兩船，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)處于互見中《規(guī)則》約定的直航船和能見度不良中《機(jī)器規(guī)則》認(rèn)定的“直航船”(以下統(tǒng)稱“直航本船”)形成的PIDVCA實(shí)施方案在未能取得互見中《規(guī)則》約定的讓路船和能見度不良中《機(jī)器規(guī)則》認(rèn)定的“讓路目標(biāo)船”(以下統(tǒng)稱“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。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)首次安裝需要用戶輸入船長、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)；正常開機(jī)時(shí)需要用戶輸入當(dāng)時(shí)的包括能見度、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)的能見度情況，來判斷是否要按照讓路船避讓時(shí)機(jī)來調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成避讓方案:
(1)如果能見度良好，或者雖能見度不良但不是互見中的直航船，本船按照讓路船避讓時(shí)機(jī)來調(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，則在其最佳施舵時(shí)機(jī)到來時(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，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。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)能見度不良情況下由于從《規(guī)貝U》的角度沒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，使“讓路目標(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”避讓過程持續(xù)較長時(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和關(guān)鍵術(shù)語定義:
1> PIDVCA-Personifying Intelligent Decision-making for Vessel Collision
Avoidance,中文全稱“船舶擬人智能避碰決策”；
2.直航船:互見中構(gòu)成碰撞危險(xiǎn)的兩船依照《國際海上避碰規(guī)則》約定享有保向保速權(quán)利的船舶；
3.讓路船:互見中構(gòu)成碰撞危險(xiǎn)的兩船依照《國際海上避碰規(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)的船舶屬于互見中《國際海上避碰規(guī)則》約定的直航船和能見度不良中《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”，它屬于互見中《國際海上避碰規(guī)則》約定的讓路船和能見度不良中《機(jī)器規(guī)則》認(rèn)定的“讓路船”；
6.“直航船”:《機(jī)器規(guī)則》套用能見度良好情況下直航船的判定依據(jù)以及行動(dòng)準(zhǔn)則來界定直航船，但為了區(qū)別《國際海上避碰規(guī)則》中定義的直航船概念(在互見情況下)加雙弓I號(hào)，即“直航船”專指能見度不良下仍沿用互見中界定的直航船。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)首次安裝需要用戶輸入船長、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)；正常開機(jī)時(shí)需要用戶輸入當(dāng)時(shí)的包括能見度、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)的能見度情況，來判斷是否要按照讓路船避讓時(shí)機(jī)來調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成避讓方案: (I)如果能見度良好，或者雖能見度不良但不是互見中的直航船，本船按照讓路船避讓時(shí)機(jī)來調(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，則在其最佳施舵時(shí)機(jī)到來時(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AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝，再通過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，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)首次安裝需要用戶輸入船長、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)；正常開機(jī)時(shí)需要用戶輸入當(dāng)時(shí)的包括能見度、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)的能見度情況，來判斷是否要按照讓路船避讓時(shí)機(jī)來調(diào)用PIDVCA相關(guān)模型及算法生成避讓方案: (1)如果能見度良好，或者雖能見度不良但不是互見中的直航船，本船按照讓路船避讓時(shí)機(jī)來調(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，則在其最佳施舵時(shí)機(jī)到來時(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AIS短信編碼規(guī)則進(jìn)行封裝，再通過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，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》確保或提升“讓路目標(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, 陳國權(quán), 鄭敏杰 申請(qǐng)人:集美大學(xué)