【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶自动驾驶，尤其涉及一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法。
技术介绍
1、自动驾驶具有可靠、稳定、高效等诸多优点，这使得智能驾驶行业在未来拥有较大的发展潜力，在大力支持下智能驾驶行业近几年飞速发展，无人船舶发展相对较晚，且大多用于航道数据测量、水文勘测、水质采样等科学作业，所以对于船舶自动驾驶的研究相对较少，尤其是缺少对民用航运中的船舶自动避碰方法的研究。
2、尤其是受到船舶追越过程中特殊的风险判定模型、行驶环境以及交通规则等因素的影响，现常用于汽车的避碰与轨迹规划方法不能直接应用于处理船舶追越的轨迹规划问题。因此，亟需一种能够适用于船舶，且能够解决船舶自动驾驶中的避碰及追越轨迹规划的问题。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的不足，本申请提出了一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，考虑到船舶追越情景中被追越船、航道边界和目的地多种影响因素，能够实现船舶追越轨迹的自主实时规划。
2、本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
4、步骤1：基于追越船和被追越船所处航道建立坐标系；获取追越船、被追越船在坐标系中的坐标和速度；
5、步骤2：基于步骤1获取的坐标和速度，以追越船视角分别建立追越过程中被追越船、航道边界、目标点形成的人工势场；
6、步骤3：根据被追越船安全领域判断是否需要设置子目标点，若不需要设置子目标点，
7、步骤4、计算追越船在总人工势场中加速度，并基于上一时刻追越船的坐标和速度，更新追越船的坐标；
8、步骤5、重复步骤2至4，实时更新追越船的坐标和速度，以获得追越船的追越规划。
9、进一步，被追越船形成的人工势场表示为：；其中，、和均是大于零的待定常数，是被追越船的虚拟质量，是追越船处航道的状况影响因素；是被追越船与追越船之间的距离矢量；是被追越船的速度，是被追越船速度方向与距离矢量之间的夹角。
10、进一步，航道边界形成的人工势场表示为：；其中，是指追越船所在航道的种类，是大于零的待定常数，为追越船处航道的路况影响因素，为航道宽度；是航道边界与追越船之间的距离矢量。
11、进一步，目标点形成的人工势场表示为：；其中，是目标点与追越船之间的距离矢量，和是大于零的待定常数，是目标点的虚拟质量，为追越船处航道的路况影响因素。
12、根据权利要求1所述的一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，建立被追越船安全领域的方法为：
13、分别计算出追越船安全领域半径和被追越船安全领域半径，安全领域半径表示为如下：；其中，为船长，为船舶旋回圈中进距的增益系数，为旋回初径的增益系数；
14、从追越船安全领域半径和被追越船安全领域半径中取较长的为半径，以被追越船坐标为圆心作圆，获得被追越船安全领域。
15、进一步，系数和分别表示如下：；其中， v为船舶航速。
16、进一步，判断是否需要设置子目标的依据为：
17、设被追越船安全领域的半径记为，追越船的坐标记为、被追越船的坐标记为；
18、在追越船需要从被船右侧追越时，如果，那么不需要设置子目标引导，反之则需要设置子目标将后船向前船右侧进行引导；在追越船需要从被追越船左侧追越时，如果，那么不需要设置子目标引导，反之则需要设置子目标将后船向前船左侧进行引导。
19、进一步，子目标形成的人工势场表示为：；其中，是子目标与追越船之间的距离矢量， 、均是大于零的待定常数，是目标点的虚拟质量，是追越船处航道的状况影响因素。
20、进一步，总人工势场中加速度表示为：；其中，为追越船在总人工势场中的受力，为追越船的虚拟质量。
21、进一步，追越船在总人工势场中的受力表示为：；其中，为追越船在总人工势场中的场强之和，是追越船处航道的状况影响因素，是大于零的待定常数，为自身船舶的速度；为追越船速度与的夹角；为船舶驾驶人的风险因子。
22、本专利技术的有益效果：
23、1、本专利技术将现实追越场景中的影响因素通过人工势场的形式进行表达并且参与计算，可根据周围环境实时更新各种影响因子对于模型作用的权重，具有较强的实时性，提高了追越的安全性。
24、2、本专利技术能够使船舶在追越时具有一定的自主规划轨迹能力，降低了人工成本以及人工失误的风险。同时子目标点的设置使得船舶自主追越时可以通过人的指令做出相应的改变，遵守了船舶交通法规，优化了航行路径。
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1.一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，被追越船形成的人工势场表示为：；其中，、和均是大于零的待定常数，是被追越船的虚拟质量，是追越船处航道的状况影响因素；是被追越船与追越船之间的距离矢量；是被追越船的速度，是被追越船速度方向与距离矢量之间的夹角。
3.根据权利要求1所述的一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，航道边界形成的人工势场表示为：；其中，是指追越船所在航道的种类，是大于零的待定常数，为追越船处航道的路况影响因素，为航道宽度；是航道边界与追越船之间的距离矢量。
4.根据权利要求1所述的一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，目标点形成的人工势场表示为：；其中，是目标点与追越船之间的距离矢量，和是大于零的待定常数，是目标点的虚拟质量，为追越船处航道的路况影响因素。
5.根据权利要求1所述的一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，建立被追越船安全领域的方法为：>
6.根据权利要求5所述的一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，系数和分别表示如下：；其中，V为船舶航速。
7.根据权利要求5所述的一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，判断是否需要设置子目标的依据为：
8.根据权利要求7所述的一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，子目标形成的人工势场表示为：；其中，是子目标与追越船之间的距离矢量，、均是大于零的待定常数，是目标点的虚拟质量，是追越船处航道的状况影响因素。
9.根据权利要求1所述的一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，总人工势场中加速度表示为：；其中，为追越船在总人工势场中的受力，为追越船的虚拟质量。
10.根据权利要求9所述的一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，追越船在总人工势场中的受力表示为：；其中，为追越船在总人工势场中的场强之和，是追越船处航道的状况影响因素，是大于零的待定常数，为自身船舶的速度；为追越船速度与的夹角；为船舶驾驶人的风险因子。
...【技术特征摘要】
1.一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，被追越船形成的人工势场表示为：；其中，、和均是大于零的待定常数，是被追越船的虚拟质量，是追越船处航道的状况影响因素；是被追越船与追越船之间的距离矢量；是被追越船的速度，是被追越船速度方向与距离矢量之间的夹角。
3.根据权利要求1所述的一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，航道边界形成的人工势场表示为：；其中，是指追越船所在航道的种类，是大于零的待定常数，为追越船处航道的路况影响因素，为航道宽度；是航道边界与追越船之间的距离矢量。
4.根据权利要求1所述的一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，目标点形成的人工势场表示为：；其中，是目标点与追越船之间的距离矢量，和是大于零的待定常数，是目标点的虚拟质量，为追越船处航道的路况影响因素。
5.根据权利要求1所述的一种基于动态领域势场的船舶追越轨迹规划方法，其特征在于，建立被追越船安全领...
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