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申请/专利权人：中电科(宁波)海洋电子研究院有限公司;中国人民解放军92941部队第140所

摘要：本发明公开了一种动态环境下基于AIS数据的多目标船舶航路规划方法，通过接收目标船的AIS数据获取目标船的信息，获取信息的方式简单快速，提高了获取信息的准确率，从而提高了航路规划的准确性，降低了事故发生的概率。在对多目标船所在区域进行划分时，遵循由近至远的原则并以所有目标船为目的地，对拖轮进行路径规划。在路径规划期间，考虑所有目标船的位置变化，该路径规划方法简单快速。在拖轮航路初步规划完成后，采用智能避障算法对航路进行避障处理，确定拖轮的最终最短航行路径，不仅降低了拖轮的燃油消耗，提高了拖轮的作业效率，还为拖轮作业提供了安全的保障。

主权项：1.一种动态环境下基于AIS数据的多目标船舶航路规划方法，具体步骤如下：步骤1、获取目标船AIS数据拖轮通过其自带的AIS系统与附近所需引导的目标船进行通信，获取目标船的AIS数据并统计目标船的数量NN≥2，AIS数据包含目标船的当前位置、航向以及航速；AIS数据如下：N艘目标船的当前位置为经纬度坐标，记为G1lon1，lat1，G2lon2，lat2，……,GNlonN，latN；N艘目标船的航向为真航向，记为α1，α2，……,αN；N艘目标船的航速记为V1，V2，……,VN；步骤2、建立坐标系以拖轮的初始位置为原点O，以平行于真子午线且过原点O的直线为Y轴，以垂直于真子午线且过原点O的直线为x轴，建立直角坐标系，在直角坐标系XOY内取两点A1和A2，点A1和A2的坐标信息为已知，即点A1和A2的直角坐标为A1x1,y1，A2x2，y2；点A1和A2的经纬度坐标为A1′lon1′,lat1′，A2′lon2′，lan2′；步骤3、坐标转换以点A1为起点，A2和Gi1≤i≤N为终点，形成两条向量A12和A1i，向量A12的直角坐标为dx1，dy1，经纬度坐标为dlon1，dlat1；向量A1i的直角坐标为dxi，dyi，经纬度坐标为dloni，dlati；其中，dx1＝x2-x1，dy1＝y2-y1；dlon1＝lon2′-lon1′，dlat1＝lat2′-lat1′；dxi＝xi-x1，dyi＝yi-y1；dloni＝loni′-lon1′，dlati＝lati′-lat1′；xi和yi为第i艘目标船在直角坐标系XOY内的坐标；向量A12和A1i在直角坐标系和经纬度坐标系下的模记为k1，k2，k3，k4；则 根据两向量在不同坐标系中的长度比相同以及两向量在不同坐标系中的夹角不变的原则，可得向量A12和A1i的直角坐标和经纬度坐标满足以下关系： 根据上式，可求得第i艘目标船在直角坐标系XOY内的坐标xi和yi；步骤4、目标船所处海域划分根据所有目标船的初始直角坐标Gi′xi，yi,以拖轮的初始位置坐标为原点，形成一个包含所有目标船只的圆，其半径为R1，并把半径R1四等分再确定3个圆，其半径分别为R2，R3，R4R4＜R3＜R2＜R1，把所有目标船所处海域划分成5块区域，分别为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区以及Ⅴ区；步骤5、各海域船只分类计算所有目标船距离拖轮初始位置的距离li：比较li与R1，R2，R3，R4之间的关系，对目标船进行分类：若li＜R4，则该目标船属于Ⅰ区；若R4＜li＜R3，则该目标船属于Ⅱ区；若R3＜li＜R2，则该目标船属于Ⅲ区；若R2＜li＜R1，则该目标船属于Ⅳ区；并统计各区域内的船只数量为Njj＝Ⅰ～Ⅳ，满足并对分区完成的目标船进行重新编号为Gjm0＜m＜Nj；步骤6、拖轮航路初步规划jj＝Ⅰ～Ⅳ区针对多目标船的拖轮的航路规划如下：6.1、以拖轮所在位置Onxn，yn0≤n≤N-1点On坐标为已知为起点，平行于y轴建立轴y’，并在轴y’上一定距离z处取点Anxn，y′ny′n＝yn+z；6.2、以点On为起点，An和Gjm为终点，形成两条向量OAn和OGjm，向量OAn的直角坐标为0，z；向量OGjm的直角坐标为xjm-xn，yjm-yn；xjm和yjm为目标船Gjm在直角坐标系XOY内的坐标；6.3、计算向量OGjm的模Sjm，公式如下： 6.4、计算两条向量OAn和OGjm的夹角θjm，公式如下： 6.5、设拖轮沿βjm方向，以速度V行驶，行驶时间为t，在B点与目标船Gjm相遇；其中βjm是拖轮行驶方向与向量OGjm之间的夹角；速度V为已知，且满足V≥{V1，V2，......，VN}max；6.6、计算拖轮和目标船Gjm的行驶距离Hjm和Fjm，公式如下：Hjm＝V*tjmFjm＝Vjm*tjm6.7、对目标船Gjm的行驶航向αjm进行判断：若0°＜αjm＜180°，执行步骤6.8；若180°＜αjm＜360°，执行步骤6.9；若αjm＝0°或360°，执行步骤6.10；若αjm＝180°，执行步骤6.11；6.8、角度βjm满足以下方程：其中γjm＝αjm-θjm+βjm，0°＜βjm＜αjm-θjm；化简得：在0°＜βjm＜αjm-θjm条件下，求得tjm的最小值，即可获得最优路径；6.9、角度βjm满足以下方程：其中，γjm＝180°-δjm-βjm，δjm＝180°-εjm-θjm，其中εjm＝360°-αjm，故γjm＝360°+θjm-αjm-βjm，0°＜βjm＜360°-αjm+θjm；化简得： 在0°＜βjm＜360°-αjm+θjm条件下，求得tjm的最小值，即可获得最优路径；6.10、角度βjm满足以下方程：其中，γjm＝180°-δjm-βjm，δjm＝180°-θjm，故γjm＝θjm-βjm，0°＜βjm＜θjm；化简得： 在0°＜βjm＜θjm条件下，求得tjm的最小值，即可获得最优路径；6.11、角度βjm满足以下方程：其中，γjm＝180°-δjm-βjm，δjm＝θjm，故γjm＝180°-θjm-βjm，0°＜βjm＜180°-θjm；化简得：在0°＜βjm＜180°-θjm条件下，求得tjm的最小值，即可获得最优路径；6.12、对目标船的数量进行减一处理：N←N-1；步骤7、计算剩余N艘目标船的当前位置在确定拖轮从当前位置运动至目标船Gjm的最短路径所需时间tjm后，剩余N艘目标船Gjn0＜n＜N从初始位置Gjnxjn，yjn位置Gjn为已知运行至当前位置G′jnx′jn，y′jn，当前位置坐标计算如下：7.1、对目标船Gjn的航速Vjn进行分解，得到：其中，Vjnx、Vjny分别为航速Vjn沿水平和竖直方向的分量；7.2、tjm时刻后，目标船Gjn的行驶距离如下： 其中，Sjnx、Sjny分别为目标船Gjn沿水平和竖直方向在tjm内的运动距离；7.3、对剩余N艘目标船Gjn的行驶航向αjn进行判断：若0°≤αjn＜90°，执行步骤7.4；若90°≤αjn＜180°，执行步骤7.5；若180°≤αjn＜270°，执行步骤7.6；若270°≤αjn≤360°，执行步骤7.7；7.4、角度τjn满足τjn＝αjn，则目标船Gjn当前位置坐标G′jnx′jn，y′jn，其中 7.5、角度τjn满足τjn＝180°-αjn，则目标船Gjn当前位置坐标G′jnx′jn，y′jn，其中 7.6、角度τjn满足τjn＝αjn-180°，则目标船Gjn当前位置坐标G′jnx′jn，y′jn，其中 7.7、角度τjn满足τjn＝360°-αjn，则目标船Gjn当前位置坐标G′jnx′jn，y′jn，其中 步骤8、目标船所处海域判断更新计算剩余N艘目标船Gjn距离拖轮初始位置的距离li：比较l′i与R1，R2，R3，R4之间的关系，对原先各区域目标船的分类进行更新迭代：若l′i＜Rj，则该目标船属于Ⅰ区；若R4＜l′i＜R3，则该目标船属于Ⅱ区；若R3＜l′i＜R2，则该目标船属于Ⅲ区；若R2＜l′i＜R1，则该目标船属于Ⅳ区；若l′i＞R4，则该目标船属于Ⅴ区；更新各区域内现有船只的数量为Nss＝Ⅰ～Ⅴ，满足步骤9、路径规划判断对剩余目标船数量N进行判断：若N≠0，则对下一艘目标船Gjm+1进行路径规划，转至步骤6；若N＝0，则执行步骤10；步骤10、智能避障规划：对目标船的初步路径进行避障处理。

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