基于人工势场法的船舶路径规划方法、装置和存储介质.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112925321A(43)申请公布日2021.06.08(21)申请号202110102049.8(22)申请日2021.01.26(71)申请人武汉理工大学地址430063湖北省武汉市珞狮路122号(72)发明人刘佳仑秦祥祥李诗杰韩成浩(74)专利代理机构广州嘉权专利商标事务所有限公司44205代理人常柯阳(51)Int.Cl.G05D1/02(2020.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称基于人工势场法的船舶路径规划方法、装置和存储介质(57)摘要本发明公开了一种基于人工势场法的船舶路径规划方法、装置和存储介质，船舶路径规划方法包括获取船舶的行驶路径以及航路点，依序进行至少一次局部路径航行，直至船舶集群的集群中心的位置与行驶路径终点之间的距离小于预设阈值等步骤，在局部路径航行中，选择出一个目标航路点，建立人工势场，根据人工势场执行局部路径规划，获得每一船舶的局部路径，根据船舶沿局部路径行驶后的所在位置，更新船舶集群的集群中心的位置。本发明能够使得船舶集群形成一个灵活的船舶队形，能保持船舶集群整体的行驶统一协调，具有良好的实时性，避免船舶之间以及船舶与障碍物的碰撞，每个船舶都保留了较高的灵活性和自主性。本发明广泛应用于水运交通技术领域。CN112925321ACN112925321A权利要求书1/2页1.一种基于人工势场法的船舶路径规划方法，用于对由多个船舶组成的船舶集群进行路径规划，其特征在于，所述基于人工势场法的船舶路径规划方法包括：获取船舶的行驶路径以及所述行驶路径上的多个有序的航路点；依序进行至少一次局部路径航行，直至所述船舶集群的集群中心的位置与所述行驶路径终点之间的距离小于预设阈值；在所述局部路径航行中，根据所述船舶集群的集群中心的当前位置在多个所述航路点中选择出一个目标航路点，建立所述船舶集群中的每一船舶的人工势场，根据各所述人工势场执行局部路径规划，获得每一船舶各自对应的局部路径，根据每一船舶各自对应的局部路径行驶后的所在位置，更新所述船舶集群的集群中心的位置。2.根据权利要求1所述的基于人工势场法的船舶路径规划方法，其特征在于，所述获取船舶的行驶路径以及所述行驶路径上的多个有序的航路点，包括：在静态地图上进行全局路径规划，获得所述行驶路径；按照固定距离差或者固定坐标差，在所述行驶路径上选取各所述航路点。3.根据权利要求2所述的基于人工势场法的船舶路径规划方法，其特征在于，所述全局路径规划为人工势场法、A*算法或RRT算法。4.根据权利要求1所述的基于人工势场法的船舶路径规划方法，其特征在于，所述根据所述船舶集群的集群中心的当前位置在多个所述航路点中选择出一个目标航路点，包括：从多个所述航路点中确定第一航路点和第二航路点；其中，所述第一航路点和第二航路点是距离所述集群中心的当前位置最近的两个相邻航路点，所述第二航路点在所述第一航路点之后；从所述集群中心的当前位置向所述第一航路点和第二航路点的连线作垂线；当所述垂线的垂足位于所述第一航路点与第二航路点之间或者所述所述第一航路点上，以所述第二航路点作为所述目标航路点；当所述垂线的垂足位于所述第一航路点和第二航路点的连线的反向延长线上，以所述第一航路点作为所述目标航路点；当所述垂线的垂足位于所述第一航路点和第二航路点的连线的正向延长线上或者所述所述第二航路点上，以第三航路点作为所述目标航路点；所述第三航路点是在所述第二航路点之后且与所述第二航路点相邻的航路点。5.根据权利要求1所述的基于人工势场法的船舶路径规划方法，其特征在于，所述建立所述船舶集群中的每一船舶的人工势场，包括：建立每一船舶的人工势场函数；所述人工势场函数由集群势场、船间排斥力势场和障碍物排斥力势场确定；所述集群势场用于约束所述船舶集群中的船舶向所述目标航路点靠近并与所述目标航路点保持距离，所述船间排斥力势场用于约束所述船舶集群中的船舶之间保持安全距离，所述障碍物排斥力势场用于约束所述船舶集群中的船舶与障碍物保持安全距离。6.根据权利要求5所述的基于人工势场法的船舶路径规划方法，其特征在于，所述人工势场函数为其中，为所述集群势场，为所述船舶集群中第i个船舶Vi与第j个船舶Vj之间的船间排斥力势场，为所述船舶集群中2CN112925321A权利要求书2/2页第i个船舶Vi与障碍物之间的障碍物排斥力势场，ki、pi、qi为正系数。7.根据权利要求6所述的基于人工势场法的船舶路径规划方法，其特征在于：其中，ki1、ki2、ki3为正系数，为所述船舶集群中第i个船舶Vi到所述目标航路点的距离，(xi,yi)为第i个船舶Vi的当前位置的坐标，WPo为目标航路点，σo为船舶集群中的船舶与所述目标航路点之间的最小距离；