一种船舶避障航行方法、装置、设备及存储介质

1.本发明涉及船舶航迹优化技术领域，尤其涉及一种船舶避障航行方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.近年来，随着通信，计算机技术，人工智能以及互联网和新能源的发展，以互联网和大数据为基础所构建的船舶网络信息平台架构正在大力推进船舶智能化的发展进程，导航设备与信息平台的互联互通实现了软件系统与硬件系统的有机结合。使船舶实现航行自动化成为可能。随着船舶智能化要求的不断提升，航海数字化转型发展已成为《2021年中国航海智库工作要点》的核心工作。
3.船舶导航作为船舶安全与效率的结合领域一向成为航海类学者专家研究的热点，现有技术中的船舶导航方式主要为船舶纵向线性导航。
4.船舶纵向线性导航，无法基于平面尺度船舶导航，难以在沿航道方向和沿航道横截面方向做出相应的航向指示。因此无法在给出指示航向后，将基于时间步长的航迹进行可视化，不能实现船舶智能导航的需求。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种船舶避障航行方法、装置、设备及存储介质，用以解决现有技术中不能给出指示航向，并基于时间步长的航迹进行可视化，从而实现船舶智能导航的问题。
6.为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：
7.第一方面，本发明提供了一种船舶避障航行方法，包括：
8.获取船舶周围环境的栅格地图，栅格地图包括船舶坐标位置、目标点坐标位置以及障碍物坐标位置；
9.根据栅格地图中目标点和障碍物坐标位置，构建船舶周围环境的虚拟力场；
10.根据船舶周围环境的虚拟力场，计算船舶所受到的虚拟合力；
11.根据船舶当前速度、导航计算周期以及船舶所受到的虚拟合力，控制船舶避障航行至目标点坐标位置。
12.优选的，根据栅格地图中目标点和障碍物坐标位置，构建船舶周围环境的虚拟力场，包括：
13.在目标点坐标位置构建虚拟引力场；
14.在障碍物坐标位置构建虚拟斥力场。
15.优选的，根据船舶周围环境的虚拟力场，计算船舶所受到的虚拟合力，包括：
16.根据引力场计算船舶受到的x轴上的虚拟引力矢量以及y轴上的虚拟引力矢量；
17.根据斥力场计算船舶受到的x轴上的虚拟斥力矢量以及y轴上的虚拟斥力矢量；
18.根据船舶受到的x轴上的虚拟引力矢量以及y轴上的虚拟引力矢量、x轴上的虚拟
斥力矢量以及y轴上的虚拟斥力矢量，计算船舶受到的x轴上的虚拟合力矢量以及y轴上的虚拟合力矢量。
19.优选的，根据斥力场计算船舶受到的x轴上的虚拟斥力矢量以及y轴上的虚拟斥力矢量，包括：
20.根据船舶坐标位置以及障碍物坐标位置，计算船舶栅格单元与每个障碍物栅格单元之间的距离；
21.根据船舶栅格单元与每个障碍物栅格单元之间的距离以及每个障碍物的排斥力常数，计算每个障碍物栅格单元对船舶在x轴上的虚拟单元斥力矢量以及y轴上的虚拟单元斥力矢量；
22.对每个障碍物栅格单元对船舶在x轴上的虚拟单元斥力矢量以及y轴上的虚拟单元斥力矢量求矢量和，得到船舶受到的x轴上的虚拟斥力矢量以及y轴上的虚拟斥力矢量。
23.优选的，根据船舶当前速度、导航计算周期以及船舶所受到的虚拟合力，控制船舶避障航行至目标点坐标位置之前，还包括：
24.获取船舶当前速度，并设置导航计算周期。
25.优选的，根据船舶当前速度、导航计算周期以及船舶所受到的虚拟合力，控制船舶避障航行至目标点坐标位置，包括：
26.根据船舶当前速度、导航计算周期以及船舶所受到的虚拟合力计算船舶在一个导航计算周期后的x轴坐标；
27.根据船舶当前速度、导航计算周期以及船舶所受到的虚拟合力计算船舶在一个导航计算周期后的y轴坐标；
28.根据船舶在一个导航计算周期后的x轴坐标和y轴坐标，计算船舶在一个导航计算周期后的位置，直至船舶避障航行至目标点坐标位置。
29.优选的，根据船舶在一个导航计算周期后的x轴坐标和y轴坐标，计算船舶在一个导航计算周期后的位置之后，还包括：获取下一个导航计算周期船舶周围环境的栅格地图，并计算船舶下一个导航计算周期后的位置。
30.第二方面，本发明还提供了一种船舶避障航行装置，包括：
31.获取模块，用于获取船舶周围环境的栅格地图，栅格地图包括船舶坐标位置、目标点坐标位置以及障碍物坐标位置；
32.构建模块，用于根据栅格地图中目标点和障碍物坐标位置，构建船舶周围环境的虚拟力场；
33.计算模块，用于根据船舶周围环境的虚拟力场，计算船舶所受到的虚拟合力；
34.航行模块，用于根据船舶当前速度、导航计算周期以及船舶所受到的虚拟合力，控制船舶避障航行至目标点坐标位置。
35.第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，其中，
36.存储器，用于存储程序；
37.处理器，与存储器耦合，用于执行存储器中存储的程序，以实现上述任一种实现方式中的船舶避障航行方法中的步骤。
38.第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的程序或指令，程序或指令被处理器执行时，能够实现上述任一种实现方式中的船舶避障航
行方法中的步骤。
39.采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的一种船舶避障航行方法、装置、设备及存储介质，通过获取船舶周围环境的栅格地图，构建船舶周围环境的虚拟力场，并计算每一个导航计算周期船舶受到的虚拟合力，从而得出船舶下个周期的位置，并更新船舶周围环境的栅格地图和虚拟力场，直至船舶到达目标点坐标位置，以构建虚拟力场原理为依托，通过已有数学控制模型对船舶航向及基于时间步长的航迹进行可视化输出，为实际平面尺度上的船舶导航提供理论参考。
附图说明
40.图1为本发明提供的船舶避障航行方法的一实施例的流程示意图；
41.图2为图1中步骤s103的一实施例的流程示意图；
42.图3为图2中步骤s202中的一实施例的流程示意图；
43.图4为图1中步骤s104的一实施例的流程示意图；
44.图5为本发明提供的导航计算周期为20秒的船舶基于虚拟力避障航行的一实施例的效果图；
45.图6为本发明提供的导航计算周期为2秒的船舶基于虚拟力避障航行的一实施例的效果图；
46.图7为本发明提供的支流船舶小角度汇入主航道的一实施例的航迹示意图；
47.图8为本发明提供的支流船舶穿越主航道的一实施例的航迹示意图；
48.图9为本发明提供的船舶避障航行装置的一实施例的结构示意图；
49.图10为本发明实施例提供的船舶避障航行电子设备的结构示意图。
具体实施方式
50.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
51.在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
52.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
53.本发明提供了一种船舶避障航行方法、装置、设备及存储介质，以下分别进行说明。
54.请参阅图1，图1为本发明提供的船舶避障航行方法的一实施例的流程示意图，本发明的一个具体实施例，公开了一种船舶避障航行方法，包括：
55.s101、获取船舶周围环境的栅格地图，栅格地图包括船舶坐标位置、目标点坐标位置以及障碍物坐标位置；
56.s102、根据栅格地图中目标点和障碍物坐标位置，构建船舶周围环境的虚拟力场；
57.s103、根据船舶周围环境的虚拟力场，计算船舶所受到的虚拟合力；
58.s104、根据船舶当前速度、导航计算周期以及船舶所受到的虚拟合力，控制船舶避
障航行至目标点坐标位置。
59.在步骤s101中，把船舶实际运动时的周围的环境离散成平面的栅格地图，划分成一个个方形单元，每一个栅格单位表示独立的可自由活动的空间或存在障碍物的空间。
60.需要说明的是，在栅格地图中，基于生物启发神经动力学建立二维神经网络模型。在这种神经网络模型中，每一个神经元都对应栅格地图中的一个栅格，相邻神经元间互相连接，也就是各栅格间互相连接。在船舶航行的某一时刻，船舶会占据地图中的一个栅格(则对应一个具体神经元)。如果根据探测器发现某一栅格单元中有障碍物，则规定该占满了整个栅格。
61.在步骤s102中，通过栅格地图中，目标点所在栅格单元以及障碍物所在栅格单元，构建虚拟力场。虚拟力场法的基本思想是在物体运动的过程中，将目标方位构造成引力场，将运动物体周围的障碍物构造成斥力场。而在这片场域中物体接下来将在目标方位的引力和物体周围的障碍物的斥力共同作用下，进行运动。
62.可以理解的是，每一个障碍物所占的栅格单元，都对船舶有排斥力作用。
63.在步骤s103中，由于船舶周围的障碍物坐标位置以及船舶的目标点坐标位置存在多种情况，船舶受到的虚拟力也具有不同的方向以及大小，通过矢量分解的方法，将船舶受到的虚拟力进行分解，计算出船舶受到的虚拟合力，从而将船舶受到的各个方向，不同大小的虚拟力合并成相同方向的力，并计算出该方向虚拟合力的大小。
64.可以理解的是，将船舶受到的虚拟合力分解成x轴和y轴两个方向的虚拟合力，在后续计算中更加方便。
65.在步骤s104中，通过船舶所受到的虚拟合力，可以知道船舶航行的方向，然后设置船舶的导航计算周期，并获取船舶的当前速度，则可以计算出船舶在一个导航计算周期后的位置，并更新船舶周围环境的栅格地图以及周围环境的虚拟力场，直至船舶避障航行至目标点坐标位置。
66.可以理解的是，障碍物可以是影响本船航行的具体障碍物和规则障碍物，具体障碍物为其他船只，河岸，礁石，浮标等；规则障碍物为根据规则要求，本船不能航行的区域，或本船只能航行区域的边界。船舶周围环境是指根据船舶航行的区域，及交通流密度来自己设置的范围。
67.需要说明的是，获取周围环境的栅格地图时，建立了平面坐标系，该平面坐标系以栅格地图最左下角位置为原点，正右方位x轴，其垂直方向为y轴建立相应的坐标系，包含了船舶坐标位置、目标点坐标位置以及障碍物坐标位置。
68.与现有技术相比，本实施例提供的一种船舶避障航行方法、装置、设备及存储介质，通过获取船舶周围环境的栅格地图，构建船舶周围环境的虚拟力场，并计算每一个导航计算周期船舶受到的虚拟合力，从而得出船舶下个周期的位置，并更新船舶周围环境的栅格地图和虚拟力场，直至船舶到达目标点坐标位置，以构建虚拟力场原理为依托，通过已有数学控制模型对船舶航向及基于时间步长的航迹进行可视化输出，为实际平面尺度上的船舶导航提供参考。
69.在本发明的一些实施例中，根据栅格地图中目标点和障碍物坐标位置，构建船舶周围环境的虚拟力场，包括：
70.在目标点坐标位置构建虚拟引力场；
71.在障碍物坐标位置构建虚拟斥力场。
72.在上述实施例中，建立虚拟引力场时，在目标点坐标位置处定义一个恒定的引力源，目标点的吸引力是恒定的，即能够提供一个由船舶坐标位置指向目标点坐标位置的定力，如下所示：
73.rg＝k1ꢀꢀ
(1)
74.式中:k1为目标点的吸引力常数。
75.建立虚拟斥力场时，障碍物产生的斥力除了与障碍物的自身属性有关外，还与到船舶的距离有关，当障碍物出现在船舶的周围，能影响到船舶的运动时，则障碍物的排斥力就会产生作用。简单来看，当运动物体距离障碍物越近，则产生的排斥力越大：
76.fr＝k2/d
ꢀꢀ
(2)
77.式中：k2为周围障碍物的排斥力常数，d为障碍物与船舶的距离。
78.可以理解的是，船舶距离障碍物越近时产生的排斥力越大。如果当d极小时，则产生的排斥力为无穷大，此时若无法避让，将会给船舶带来无法估量的损失。
79.请参阅图2，图2为图1中步骤s103的一实施例的流程示意图，在本发明的一些实施例中，根据船舶周围环境的虚拟力场，计算船舶所受到的虚拟合力，包括：
80.s201、根据引力场计算船舶受到的x轴上的虚拟引力矢量以及y轴上的虚拟引力矢量；
81.s202、根据斥力场计算船舶受到的x轴上的虚拟斥力矢量以及y轴上的虚拟斥力矢量；
82.s203、根据船舶受到的x轴上的虚拟引力矢量以及y轴上的虚拟引力矢量、x轴上的虚拟斥力矢量以及y轴上的虚拟斥力矢量，计算船舶受到的x轴上的虚拟合力矢量以及y轴上的虚拟合力矢量。
83.在步骤s201中，根据公式(1)，可以得出船舶在x轴方向的虚拟引力矢量形式如下：
[0084][0085]
在y轴方向的虚拟斥力矢量形式如下：
[0086][0087]
式中：x
t
为船舶在t时刻的横坐标，xm为目标点的横坐标；y
t
为船舶在t时刻的纵坐标，ym为目标点的纵坐标。
[0088]
在步骤s202中，船舶行驶过程中，可能会有多个障碍物需要避让，因此，需要先求出每个障碍物所在栅格单元与船舶此时所在栅格单元的位置，然后计算每个障碍物对船舶此时的排斥力，将它们分解成x轴和y轴上的虚拟斥力，再求出它们的合力，即可得到船舶受到的x轴上的虚拟斥力矢量以及y轴上的虚拟斥力矢量。
[0089]
在步骤s203中，船舶在x轴方向上受到的虚拟合力f
cx
的表达式为：
[0090]fcx
＝f
rx
+f
gx
ꢀꢀ
(5)
[0091]
船舶在y轴方向上受到的虚拟合力f
cy
的表达式为：
[0092]fcy
＝f
ry
+f
gy
ꢀꢀ
(6)式中：f
rx
为船舶在x轴上的总虚拟斥力矢量，f
ry
为船舶在y轴上的总虚拟斥力矢量，f
gx
为船舶在x轴上的总虚拟引力矢量，f
gy
为船舶在y轴上的总虚拟引力矢量。
[0093]
在上述实施例中，通过矢量分解的方式，将船舶受到的虚拟引力以及虚拟斥力分解合并为同一个方向上的虚拟合力，将船舶受到的复杂的虚拟力处理成x轴和y轴上的两个分量，简化了计算过程。
[0094]
请参阅图3，图3为图2中步骤s202中的一实施例的流程示意图，在本发明的一些实施例中，根据斥力场计算船舶受到的x轴上的虚拟斥力矢量以及y轴上的虚拟斥力矢量，包括：
[0095]
s301、根据船舶坐标位置以及障碍物坐标位置，计算船舶栅格单元与每个障碍物栅格单元之间的距离；
[0096]
s302、根据船舶栅格单元与每个障碍物栅格单元之间的距离以及每个障碍物的排斥力常数，计算每个障碍物栅格单元对船舶在x轴上的虚拟单元斥力矢量以及y轴上的虚拟单元斥力矢量；
[0097]
s303、对每个障碍物栅格单元对船舶在x轴上的虚拟单元斥力矢量以及y轴上的虚拟单元斥力矢量求矢量和，得到船舶受到的x轴上的虚拟斥力矢量以及y轴上的虚拟斥力矢量。
[0098]
在步骤s301中，船舶所在栅格单元与第(i，j)个障碍物栅格单元的距离为：
[0099][0100]
式中：x
ij
是第(i，j)个障碍物栅格单元的横坐标，y
ij
是第(i，j)个障碍物栅格单元的纵坐标；d
ij
为平面坐标系中第(i，j)个障碍物栅格单元与本船舶在t时刻坐标的距离。
[0101]
在步骤s302中，船舶安全视野范围内的第(i，j)个障碍物所占的栅格的排斥力为：
[0102]fij
＝k2/d
ij
[0103]
在x轴方向上的每个障碍物所占栅格的排斥力矢量形式：
[0104][0105]
在y轴方向上的每个障碍物所占栅格的排斥力矢量形式：
[0106][0107]
在步骤s303中，船舶视野范围内的所有障碍物所占的所有栅格在x轴上的排斥力的矢量和为：
[0108]frx
＝∑f
ijx
ꢀꢀ
(10)
[0109]
船舶视野范围内的所有障碍物所占的所有栅格在y轴上的排斥力的矢量和为：
[0110]fry
＝∑f
ijy
ꢀꢀ
(11)
[0111]
在上述实施例中，虚拟斥力与船舶所在位置和障碍物所在位置有关，且不同的障碍物具有不同的排斥力常数，因此需要将每一个障碍物对船舶此时的虚拟斥力分别进行计算，然后再通过矢量分解，求得船舶在x轴和y轴上受到的总的斥力矢量。
[0112]
在本发明的一些实施例中，根据船舶当前速度、导航计算周期以及船舶所受到的虚拟合力，控制船舶避障航行至目标点坐标位置之前，还包括：
[0113]
获取船舶当前速度，并设置导航计算周期。
[0114]
在上述实施例中，船舶的当前航行速度决定了船舶航行的快慢，通过船舶受到的虚拟合力以及船舶的航行速度，共同决定船舶下一阶段运动到的位置和方向。导航计算周期为人为设置，将船舶航行过程分为若干个相等的时间段，也即若干个导航计算周期。
[0115]
可以理解的是，当计算的导航计算周期t较长时，那么计算出来的导航路径将是一段段的折线，作为避障行动的船舶航迹，误差将会远远大于该方法所预期的船舶避险行为航迹。所以应该根据船舶尺寸，所在航段位置，障碍物的范围及船舶当前速度等情况做出一定调整去设置导航计算周期，并对其进行计算。
[0116]
请参阅图4，图4为图1中步骤s104的一实施例的流程示意图，在本发明的一些实施例中，根据船舶当前速度、导航计算周期以及船舶所受到的虚拟合力，控制船舶避障航行至目标点坐标位置，包括：
[0117]
s401、根据船舶当前速度、导航计算周期以及船舶所受到的虚拟合力计算船舶在一个导航计算周期后的x轴坐标；
[0118]
s402、根据船舶当前速度、导航计算周期以及船舶所受到的虚拟合力计算船舶在一个导航计算周期后的y轴坐标；
[0119]
s403、根据船舶在一个导航计算周期后的x轴坐标和y轴坐标，计算船舶在一个导航计算周期后的位置，直至船舶避障航行至目标点坐标位置。
[0120]
在步骤s401中，根据船舶当前在x轴上受到的合力、在x轴上的当前速度分量以及导航计算周期，可以计算出船舶在该导航计算周期内，在x轴上的位移，即可进一步得出船舶在一个导航计算周期后的x轴坐标。
[0121]
在步骤s402中，根据船舶当前在y轴上受到的合力、在y轴上的当前速度分量以及导航计算周期，可以计算出船舶在该导航计算周期内，在y轴上的位移，即可进一步得出船舶在一个导航计算周期后的y轴坐标。
[0122]
在步骤s403中，通过船舶在一个导航计算周期后的x轴坐标和y轴坐标，可以知道船舶在经过一个导航计算周期后的位置，并将此时的船舶坐标位置作为下一个导航计算周期时的初始位置，直至船舶避障航行至目标点坐标位置。
[0123]
在上述实施例中，虚拟力场产生的虚拟合力决定了船舶的航行方向，获取当前船舶的速度，并也通过矢量分解成x轴和y轴上的速度分量，通过设置导航计算周期，即可得到船舶在一个固定导航计算周期后的x轴和y轴坐标，从而得到船舶在一个导航计算周期后的位置，并将其作为下一个导航计算周期开始时的初始位置，从而实现船舶避障航行至目标点坐标位置。
[0124]
在本发明的一些实施例中，根据船舶在一个导航计算周期后的x轴坐标和y轴坐标，计算船舶在一个导航计算周期后的位置之后，还包括：获取下一个导航计算周期船舶周
围环境的栅格地图，并计算船舶下一个导航计算周期后的位置。
[0125]
在上述实施例中，船舶航行至目标点坐标位置的过程分为多个导航计算周期，每一个导航计算周期结束后都需要重新获取船舶的周围环境的栅格地图，并构建周围环境的虚拟力场以及计算虚拟合力，得到每一个导航计算周期后船舶的位置坐标，所有的位置坐标连接起来就是船舶的行驶航线。
[0126]
请参照图5，图6，图5为本发明提供的导航计算周期为20秒的船舶基于虚拟力避障航行的一实施例的效果图，图6为本发明提供的导航计算周期为2秒的船舶基于虚拟力避障航行的一实施例的效果图。
[0127]
本发明提供的一个实施例中，把障碍物设在(330，10)的位置，且障碍物影响区域为以其坐标为圆点周围30m2范围。目标点设置在(600，0)位置，出发点坐标(0，0)，分别设置导航计算周期为20秒和2秒。
[0128]
图5中的导航计算周期设置为20s，每20s计算一次船舶所受当前虚拟力作用后的下一位置，直到船舶到达目标点坐标位置，我们将得到的每个船舶坐标位置点用折线连接起来，得到粗略的船舶航线，在此折线中我们可以看出在虚拟力作用下的船舶坐标位置在遇见障碍物时，有明显的弯曲避让轨迹，且顺利到达目的地。
[0129]
图6中的导航计算周期设置为2s，每2s计算一次船舶所受当前虚拟力作用后的下一位置，直到船舶到达目标点坐标位置。在2s为周期的计算中船舶的每个位置点之间的间距十分小，我们用平滑的曲线连接，得到更为精确的船舶规划航线。此航线在障碍物周围有明显的避让弯曲，且顺利到达目的地。以此得出虚拟力场避障导航法在保证船舶通航安全的情况下，顺利到达目的地。
[0130]
请参阅图7，图8，图7为本发明提供的支流船舶小角度汇入主航道的一实施例的航迹示意图，图8为本发明提供的支流船舶穿越主航道的一实施例的航迹示意图，本发明还提供一种虚拟力场避碰导航法处理汇入流的实施例，此例运用虚拟力场避障导航法来仿真设计的某段航道中，出现支流航道船舶汇入主航道的航行情况。选取一段航道分别设置航道边界，分道通航带，船舶s1和船舶s2，及两船的目标点。利用虚拟避障导航法对两种情况进行船舶的航迹计算。
[0131]
在图7中，设置好船舶s1、s2的初速度v1、v2和、导航计算周期t、还有两船的目标点，使s1和s2在汇入口相遇。在图7中s1所受的排斥力分别为：规则力——分道通航带、静态障碍物——航道边界、动态障碍物——船舶s2。
[0132]
汇入情况：
[0133]
在图7中，未会遇之前，s1受航道边界、分道通航带及目标点的影响，航行在分道中心位置。
[0134]
在会遇时同时到达汇入口，s1受到受航道边界、分道通航带、船舶s2和目标点的影响有明显的航向变化，其位置在y轴方向上发生改变，并继续向目标点航行。
[0135]
在会遇之后，s1在受到航道边界、分道通航带、船舶s2和目标点吸引力合矢量的影响下，继续向目标点航行。并在会遇之后船舶s1航迹的纵向位置发生改变，其位置由所有对其有影响物体的和矢量参与。
[0136]
在图7中，在未会遇之前，船舶s2受航道边界和目标点的影响，航行在分道中心位置。
[0137]
在会遇时同时到达汇入口，船舶s2受到受航道边界、分道通航带、船舶s1和目标点的影响有明显的航向变化。船舶也继续向目标点航行。
[0138]
在会遇之后，船舶s2在受到航道边界、分道通航带、船舶s1和目标点吸引力合矢量的影响下，继续向目标点航行。并在会遇之后船舶s2航迹的纵向位置发生改变，其位置由所有对其有影响物体的和矢量参与控制。
[0139]
图8中的场景设置于图7相同，汇入情况：
[0140]
在图8中，未会遇之前，s1受航道边界、分道通航带及目标点的影响，航行在分道中心位置。
[0141]
在会遇时，设置船舶s1为让路船，两船重心处距离设置为ds，
[0142]
设置速度衰减，当船舶s1进入到船舶s2的d公里范围之内，随着d每减少δd公里，船舶s1的速度v1衰减δv。(δd为两船重心距离变化值，δv为船舶s1的速度变化值)
[0143]
当船舶s1在距离s2的越来越近的时候，船舶s1的速度越来越慢，直到s2穿越航道后，随着ds越来越大，船舶s1开始继续向目标点航行。
[0144]
在会遇之后，船舶s1在受到航道边界、分道通航带和目标点吸引力合矢量的影响下，继续向目标点航行。
[0145]
需要说明的是，本发明提供的种船舶避障航行方法，还可以适用于避让静态障碍物、动态障碍物和规则障碍物以及在横驶区航行的情况，其中，静态障碍物一直处于静止状态，不随时间改变位置；而动态障碍物会发生运动，其位置会随时间的变化而改变。其具体情况类似，在此不做赘述。
[0146]
为了更好实施本发明实施例中的船舶避障航行方法，在船舶避障航行方法基础之上，对应的，请参阅图9，图9为本发明提供的船舶避障航行装置的一实施例的结构示意图，本发明实施例提供了一种船舶避障航行装置900，包括：
[0147]
获取模块901，用于获取船舶周围环境的栅格地图，栅格地图包括船舶坐标位置、目标点坐标位置以及障碍物坐标位置；
[0148]
构建模块902，用于根据栅格地图中目标点和障碍物坐标位置，构建船舶周围环境的虚拟力场；
[0149]
计算模块903，用于根据船舶周围环境的虚拟力场，计算船舶所受到的虚拟合力；
[0150]
航行模块904，用于根据船舶当前速度、导航计算周期以及船舶所受到的虚拟合力，控制船舶避障航行至目标点坐标位置。
[0151]
这里需要说明的是：上述实施例提供的装置900可实现上述各方法实施例中描述的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见上述方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。
[0152]
请参阅图10，图10为本发明实施例提供的船舶避障航行电子设备的结构示意图。基于上述船舶避障航行方法，本发明还相应提供了一种船舶避障航行设备，船舶避障航行设备可以是移动终端、桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及服务器等计算设备。该船舶避障航行设备包括处理器1010、存储器1020及显示器1030。图10仅示出了电子设备的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
[0153]
存储器1020在一些实施例中可以是船舶避障航行设备的内部存储单元，例如船舶避障航行设备的硬盘或内存。存储器1020在另一些实施例中也可以是船舶避障航行设备的
外部存储设备，例如船舶避障航行设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器1020还可以既包括船舶避障航行设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器1020用于存储安装于船舶避障航行设备的应用软件及各类数据，例如安装船舶避障航行设备的程序代码等。存储器1020还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器1020上存储有船舶避障航行程序1040，该船舶避障航行程序1040可被处理器1010所执行，从而实现本技术各实施例的船舶避障航行方法。
[0154]
处理器1010在一些实施例中可以是一中央处理器(central processing unit,cpu)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器1020中存储的程序代码或处理数据，例如执行船舶避障航行方法等。
[0155]
显示器1030在一些实施例中可以是led显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及oled(organic light-emitting diode，有机发光二极管)触摸器等。显示器1030用于显示在船舶避障航行设备的信息以及用于显示可视化的用户界面。船舶避障航行设备的部件1010-1030通过系统总线相互通信。
[0156]
在一实施例中，当处理器1010执行存储器1020中船舶避障航行程序1040时实现如上的船舶避障航行方法中的步骤。
[0157]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。