CN115465406A

CN115465406A - 一种船舶自动靠泊控制方法、装置、设备及存储介质

Info

Publication number: CN115465406A
Application number: CN202211365309.1A
Authority: CN
Inventors: 谢华伟; 李伟; 韩俊庆; 孟凡彬; 朱志军; 于双宁
Original assignee: 707th Research Institute of CSIC; 707th Research Institute of CSIC Jiujiang Branch
Current assignee: 707th Research Institute of CSIC; 707th Research Institute of CSIC Jiujiang Branch
Priority date: 2022-11-03
Filing date: 2022-11-03
Publication date: 2022-12-13

Abstract

本发明公开了一种船舶自动靠泊控制方法、装置、设备及存储介质。包括：获取当前船舶的行驶参数，其中，行驶参数包括船舶漂角、舵角信息和速度信息；根据船舶漂角获取目标船舶运动模型；根据行驶参数和目标船舶运动模型获取当前船舶的艏向信息，并根据艏向信息和舵角信息建立船舶控制算法；获取靠泊终点，根据船舶控制算法基于靠泊终点控制当前船舶自动靠泊。通过船舶漂角可以准确获取目标船舶运动模型，再根据艏向信息和舵角信息建立船舶控制算法，提升了靠泊过程准确性的同时也提高了靠泊效率，从而保证了船舶航行的安全，最后通过船舶控制算法基于靠泊终点即可控制当前船舶自动靠泊，不需要人工操作，节约了人力成本。

Description

一种船舶自动靠泊控制方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及船舶控制领域，尤其涉及一种船舶自动靠泊控制方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

随着船舶大型化、自动化、智能化的发展，智能船舶技术已成为世界各国重点关注的方向。

现有技术中船舶的码头靠泊多采用传统的拖轮和船上缆绳配合动作或者是通过船员手动操作进行靠泊。

然而，由于海上交通的迅猛发展，船员配备数量及高级船员短缺，一些缺乏经验的年轻船员靠泊操纵过程中经常发生触碰码头的事故，且靠泊效率低下，操作复杂的同时也增加了人力成本。

发明内容

本发明提供了一种船舶自动靠泊控制方法、装置、设备及存储介质，以控制船舶在航行时根据靠泊终点完成自动靠泊。

根据本发明的一方面，提供了一种船舶自动靠泊控制方法，该方法包括：

获取当前船舶的行驶参数，其中，行驶参数包括船舶漂角、舵角信息和速度信息；

根据船舶漂角获取目标船舶运动模型；

根据行驶参数和目标船舶运动模型获取当前船舶的艏向信息，并根据艏向信息和舵角信息建立船舶控制算法；

获取靠泊终点，根据船舶控制算法基于靠泊终点控制当前船舶自动靠泊。

优选的，根据船舶漂角获取目标船舶运动模型，包括：判断船舶漂角是否小于等于第一预设阈值，若是，获取第一预设阈值对应的井上模型，并将井上模型作为目标船舶运动模型，其中，目标船舶运动模型中包括行驶参数和惯性水动力的对应关系；否则，根据第二预设阈值和船舶漂角获取目标船舶运动模型，其中，第二预设阈值大于第一预设阈值。

优选的，根据第二预设阈值和船舶漂角获取目标船舶运动模型，包括：判断船舶漂角是否大于等于第二预设阈值，若是，获取第二预设阈值对应的芳村模型，并将芳村模型作为目标船舶运动模型；否则，根据井上模型和芳村模型进行样条插值计算获得目标船舶运动模型。

优选的，根据目标船舶运动模型获取当前船舶的艏向信息，包括：将舵角信息和速度信息输入目标船舶运动模型，并获取输出的惯性水动力；根据惯性水动力获取艏向信息。

优选的，根据艏向信息和舵角信息建立船舶控制算法，包括：根据艏向信息和舵角信息确定出当前船舶艏向的伪偏导数值；根据伪偏导数值建立当前船舶艏向的紧格式动态线性化模型，其中，紧格式动态线性化模型中包括艏向变化量和船舶舵角变化量的对应关系；根据紧格式动态线性化模型建立船舶控制算法，其中，船舶控制算法中包括船舶舵角和船舶艏向的对应关系。

优选的，根据船舶控制算法基于靠泊终点控制当前船舶自动靠泊，包括：对所述靠泊终点进行制导律计算获取期望艏向；将期望艏向作为船舶艏向输入船舶控制算法，并获取输出的船舶舵角；根据船舶舵角控制当前船舶自动靠泊。

优选的，根据船舶漂角获取目标船舶运动模型之后，还包括：确定当前船舶为倒车状态时，获取螺旋桨倒车推力系数；根据螺旋桨倒车推力系数对目标船舶运动模型进行更新。

根据本发明的另一方面，提供了一种船舶自动靠泊控制装置，该装置包括：

行驶参数获取模块，用于获取当前船舶的行驶参数，其中，行驶参数包括船舶漂角、舵角信息和速度信息；

目标船舶运动模型获取模块，用于根据船舶漂角获取目标船舶运动模型；

船舶控制算法建立模块，用于根据行驶参数和目标船舶运动模型获取当前船舶的艏向信息，并根据艏向信息和舵角信息建立船舶控制算法；

自动靠泊控制模块，用于获取靠泊终点，根据船舶控制算法基于靠泊终点控制当前船舶自动靠泊。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的一种船舶自动靠泊控制方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的一种船舶自动靠泊控制方法。

本发明实施例的技术方案，通过船舶漂角可以准确获取目标船舶运动模型，再根据艏向信息和舵角信息建立船舶控制算法，提升了靠泊过程准确性的同时也提高了靠泊效率，从而保证了船舶航行的安全，最后通过船舶控制算法基于靠泊终点即可控制当前船舶自动靠泊，不需要人工操作，节约了人力成本。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例一提供的一种船舶自动靠泊控制方法的流程图；

图2是根据本发明实施例一提供的一种船舶自动靠泊过程示意图；

图3是根据本发明实施例二提供的一种船舶自动靠泊控制方法的流程图；

图4是根据本发明实施例三提供的一种船舶自动靠泊控制装置的结构示意图；

图5是实现本发明实施例的一种船舶自动靠泊控制方法的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1为本发明实施例一提供了一种船舶自动靠泊控制方法的流程图，本实施例可适用于船舶在海上航行的情况，该方法可以由船舶自动靠泊控制装置来执行，该船舶自动靠泊控制装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该船舶自动靠泊控制装置可配置于计算机设备中。如图1所示，该方法包括：

S110、获取当前船舶的行驶参数，其中，行驶参数包括船舶漂角、舵角信息和速度信息。

其中，当前船舶是指需要控制器进行控制的船舶，控制器通过控制当前船舶来实现自动靠泊。行驶参数可以理解为船舶在行驶过程中对自身的航行状态进行测量得出的参数，行驶参数包括船舶漂角、舵角信息和速度信息，船舶漂角是指船舶重心的切线速度方向与船舶首尾线之间的夹角；速度信息可以是船舶纵向速度、船舶横向速度、转艏角速度等；舵角是指船舶舵叶绕舵杆轴线转动，偏离正舵位置的角度。船舶控制算法是指控制器基于船舶艏向输出船舶舵角进而控制船舶行驶的模型。需要说明的是，本实施方式中的船舶除了是具有船员于船上控制其航行的一般船舶外，更可以是无人驾驶的船舶如自动驾驶船舶、自主航行船舶、海洋无人载具及水面自动载具等。

S120、根据船舶漂角获取目标船舶运动模型。

具体的，控制器可以根据船舶漂角获取目标船舶运动模型，首先，控制器会判断船舶漂角是否小于等于第一预设阈值，第一预设阈值可以是用户根据需要提前在控制器内部进行设置，用户是指设计船舶自动靠泊控制的研发人员或工作人员，示例性的，第一预设阈值可以是20度，当控制器检测出船舶漂角小于等于20度时，会获取井上模型，并将井上模型作为目标船舶运动模型，即采用如下公式（1）表示井上模型：

（1）

其中，X _H 、Y _H 、N _H分别表示X、Y、N方向的惯性水动力，v表示横向速度，r表示转艏角速度，X(u)表示直航阻力；X _vv表示纵向阻力系数、X _vr表示速度和转艏角速度耦合引起的纵向力，X _rr表示转艏角速度平方引起的纵向力系数，Y _v表示横向速度引起的侧向力系数，Y _r表示转艏角速度引起的侧向力系数，Y _|v|v表示横向速度平方引起的侧向力系数，Y _|r|r表示转艏角速度平方引起的侧向力系数，Y _vvr表示横向速度的平方与转艏角速度引起的侧向力系数，Y _vrr表示横向速度与转艏角速度的平方引起的侧向力系数，N _v表示横向速度引起的转艏力矩系数，N _r表示转艏角速度引起的转艏力矩系数，N _|r|r表示转艏角速度平方引起的转艏力矩系数，N _|v|v表示横向速度平方引起的转艏力矩系数，当船舶漂角大于20度时，控制器会根据第二预设阈值和船舶漂角获取目标船舶运动模型，其中，第二预设阈值大于第一预设阈值。

具体的，第二预设阈值可以是用户根据需要提前在控制器内部进行设置，例如，第二预设阈值可以是30度，当控制器检测出船舶漂角大于等于30度时，会获取芳村模型，并将芳村模型作为目标船舶运动模型，即采用如下公式（2）表示芳村模型：

（2）

其中，X _H 、Y _H 、N _H分别表示X、Y、N方向的惯性水动力，v表示横向速度，u表示纵向速度，r表示转艏角速度，X _H(r ₀)表示r为0时的X _H，Y _H(r ₀)表示r为0时的Y _H，N _H(r ₀)表示r为0时的N _H，

表示水的密度，L表示船舶型长，d表示船舶吃水深度，C _ry表示Y方向的模型修正系数，C _rn表示N方向的模型修正系数，C _d表示船体横流阻力系数，X _vr表示速度和转艏角速度耦合引起的纵向力，X _rr表示转艏角速度平方引起的纵向力系数，Y _r表示转艏角速度引起的侧向力系数，N _r表示转艏角速度引起的转艏力矩系数，x表示船舶纵向位置，而当船舶漂角大于20 度小于30度时，控制器根据井上模型和芳村模型的结果进行三次样条插值计算获得目标船舶运动模型，样条插值为现有技术的计算方法，故本实施方式中不再进行赘述。

S130、根据行驶参数和目标船舶运动模型获取当前船舶的艏向信息，并根据艏向信息和舵角信息建立船舶控制算法。

其中，艏向是指船头的方向信息，即船舶纵轴轴向在水平面内的投影方向；控制器会将舵角信息和速度信息输入目标船舶运动模型，并获取输出的惯性水动力，即输出公式（1）或公式（2）中N方向的惯性水动力，再根据F=ma，即根据当前船舶的质量获取N方向的加速度，再将加速度进行二次积分即可得到当前船舶的艏向信息。

具体的，控制器会根据艏向信息和舵角信息确定出当前船舶艏向的伪偏导数的估计值，并将估计值作为伪偏导数值，即采用如下公式（3）计算当前船舶艏向的伪偏导数估计值：

（3）

其中，

表示

的估计值，

表示当前船舶艏向的伪偏导数值，η表示加入的步长因子，η∈(0,1]，目的是使算法具有更强的灵活性和一般性，μ表示权重因子，μ＞ 0，

表示当前时刻的艏向变化量，

表示上一时刻的伪偏导数估计值，

表示上一时刻的船舶舵角变化量。

进一步的，控制器得到伪偏导数的估计值后，会建立当前船舶艏向的紧格式动态线性化模型，紧格式动态线性化模型中包括艏向变化量和船舶舵角变化量的对应关系，即采用如下公式（4）表示紧格式动态线性化模型：

（4）

其中，

表示下一时刻的艏向变化量,

表示船舶舵角变化量,

表示当前船舶艏向的伪偏导数值，控制器在得到下一时刻的艏向变化量和船舶舵角变化量的对应关系后，可对公式（4）进行转化得到下一时刻的艏向，即采用如下公式（5）表示下一时刻的艏向：

（5）

其中，

表示下一时刻的艏向，

表示当前时刻的艏向，

表示当前船舶艏向的伪偏导数值，

表示船舶舵角变化量。

进一步的，根据紧格式动态线性化模型建立船舶控制算法时还需考虑控制输入准则函数，即采用如下公式（6）表示控制输入准则函数：

（6）

其中，λ表示权重因子，λ＞0，用来惩罚控制输入量的过大变化，

表示船舶艏向，

表示下一时刻的艏向，

表示当前时刻的船舶舵角,

表示上一时刻的船舶舵角，将公式（5）代入公式（6）即可得到船舶控制算法，即采用如下公式（7）表示船舶控制算法：

（7）

其中，

表示当前时刻的船舶舵角,

表示上一时刻的船舶舵角，ρ表示步长因子，ρ∈(0,1]，λ表示权重因子，λ＞0，

表示船舶艏向，

表示当前时刻的艏向，

表示当前船舶艏向的伪偏导数值。上述公式（7）的控制算法直接用于船舶运动控制存在误差收敛速度慢、控制误差大且不断波动的问题，因此本实施方式中引入积分作用可以得到改进的无模型自适应控制算法，即采用如下公式（8）表示的船舶控制算法：

（8）

其中，

表示当前时刻的船舶舵角,

表示船舶期望艏向，

表示当前船舶的艏向，

表示当前船舶艏向的伪偏导数估计值，k _i表示控制算法参数，e(k)表示当前舶期望艏向与实际艏向的误差。最后，控制器可以根据等效的数据模型设计船舶控制算法，船舶控制算法中包括船舶舵角和船舶艏向的对应关系。

S140、获取靠泊终点，根据船舶控制算法基于靠泊终点控制当前船舶自动靠泊。

优选的，根据船舶控制算法基于靠泊终点控制当前船舶自动靠泊，包括：对靠泊终点进行制导律计算获取期望艏向；将期望艏向作为船舶艏向输入船舶控制算法，并获取输出的船舶舵角；根据船舶舵角控制当前船舶自动靠泊。

具体的，控制器可以根据船舶控制算法基于靠泊终点控制当前船舶自动靠泊，在获取到用户指定的靠泊终点后，控制器可以对靠泊终点进行制导律计算获取期望艏向，制导律是指依据导航信息，用以计算如导弹、无人机等飞行器的运行路径，使其能有效到达目标点的算法，由于制导律的计算过程为现有技术手段，故本实施方式中不对制导律具体计算过程进行赘述，控制器会将计算出的期望艏向作为船舶艏向输入船舶控制算法，再获取船舶控制算法输出的船舶舵角，控制器可以根据船舶舵角控制当前船舶驶向靠泊终点完成自动靠泊。图2为船舶自动靠泊过程示意图，图2中，当前船舶的位置为坐标原点（0,0），用户指定的靠泊终点为（2000,2000），带箭头的直线即为自动靠泊过程的航行轨迹，箭头的方向为期望艏向的方向。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的一种船舶自动靠泊控制方法的流程图，本实施例与上述实施例一的基础上增加了当前船舶为倒车状态时的情况。步骤S210-S220、S250-S260的具体内容与实施例一中的步骤S110至S140大致相同，因此本实施方式中不再进行赘述。如图3所示，该方法包括：

S210、获取当前船舶的行驶参数，其中，行驶参数包括船舶漂角、舵角信息和速度信息。

S220、根据船舶漂角获取目标船舶运动模型。

S230、确定当前船舶为倒车状态时，获取螺旋桨倒车推力系数。

具体的，传统的螺旋桨的横向力只考虑正车前航时的推力系数和扭矩系数的影响，推力系数表征为进速系数的函数，但当螺旋桨转速为0时，进速系数无穷大将导致溢出死机，且港内靠泊操纵时，经常会采用倒车操纵，因此需要考虑倒车状态时的螺旋桨倒车推力系数，即当控制器确定当前船舶为倒车状态时，会获取螺旋桨倒车推力系数。

S240、根据螺旋桨倒车推力系数对目标船舶运动模型进行更新。

具体的，控制器可以根据螺旋桨倒车推力系数获取螺旋桨的横向力，即采用如下公式（9）表示螺旋桨倒车推力系数与螺旋桨的横向力的关系：

（9）

其中，C_T表示螺旋桨倒车推力系数，Xp表示螺旋桨的纵向力，V表示来流速度；n表示螺旋桨转速；D表示螺旋桨直径，

表示水的密度，π表示圆周率，由于当前船舶的行驶参数都是基于参数数学模型组（Mathematical Model Group，MMG）模型获取，当前船舶为倒车状态时，螺旋桨的横向力Xp会发生变化，MMG模型输出的行驶参数也会发生变化，此时控制器会对目标船舶运动模型进行更新，以减小倒车状态时的目标船舶运动模型的误差。

S250、根据行驶参数和目标船舶运动模型获取当前船舶的艏向信息，并根据艏向信息和舵角信息建立船舶控制算法。

S260、获取靠泊终点，根据船舶控制算法基于靠泊终点控制当前船舶自动靠泊。

本发明实施例的技术方案，通过船舶漂角可以准确获取目标船舶运动模型，再根据艏向信息和舵角信息建立船舶控制算法，提升了靠泊过程准确性的同时也提高了靠泊效率，从而保证了船舶航行的安全，最后通过船舶控制算法基于靠泊终点即可控制当前船舶自动靠泊，不需要人工操作，节约了人力成本，考虑了船舶的倒车状态时螺旋桨的横向力的变化，进而减小了倒车状态时的目标船舶运动模型的误差。

实施例三

图4为本发明实施例三提供的一种船舶自动靠泊控制装置的结构示意图。如图4所示，该装置包括：行驶参数获取模块310，用于获取当前船舶的行驶参数，其中，行驶参数包括船舶漂角、舵角信息和速度信息；目标船舶运动模型获取模块320，用于根据船舶漂角获取目标船舶运动模型；船舶控制算法建立模块330，用于根据行驶参数和目标船舶运动模型获取当前船舶的艏向信息，并根据艏向信息和舵角信息建立船舶控制算法；自动靠泊控制模块340，用于获取靠泊终点，根据船舶控制算法基于靠泊终点控制当前船舶自动靠泊。

优选的，目标船舶运动模型获取模块320，具体包括：第一预设阈值判断单元，用于判断船舶漂角是否小于等于第一预设阈值；井上模型获取单元，用于当船舶漂角小于等于第一预设阈值时，获取第一预设阈值对应的井上模型，并将井上模型作为目标船舶运动模型，其中，目标船舶运动模型中包括行驶参数和惯性水动力的对应关系；第二预设阈值判断单元，用于当船舶漂角大于第一预设阈值时，根据第二预设阈值和船舶漂角获取目标船舶运动模型，其中，第二预设阈值大于第一预设阈值。

优选的，第二预设阈值判断单元，还用于：判断船舶漂角是否大于等于第二预设阈值，若是，获取第二预设阈值对应的芳村模型，并将芳村模型作为目标船舶运动模型；否则，根据井上模型和芳村模型进行样条插值计算获得目标船舶运动模型。

优选的，船舶控制算法建立模块330，具体包括：艏向信息获取单元，用于将舵角信息和速度信息输入目标船舶运动模型，并获取输出的惯性水动力；根据惯性水动力获取艏向信息；船舶控制算法建立模块，用于根据艏向信息和舵角信息确定出当前船舶艏向的伪偏导数值；根据伪偏导数值建立当前船舶艏向的紧格式动态线性化模型，其中，紧格式动态线性化模型中包括艏向变化量和船舶舵角变化量的对应关系；根据紧格式动态线性化模型建立船舶控制算法，其中，船舶控制算法中包括船舶舵角和船舶艏向的对应关系。

优选的，自动靠泊控制模块340，具体用于：将当前船舶相对靠泊终点的方向作为期望艏向；将期望艏向作为船舶艏向输入船舶控制算法，并获取输出的船舶舵角；根据船舶舵角控制当前船舶自动靠泊。

优选的，装置还包括：目标船舶运动模型更新单元，用于确定当前船舶为倒车状态时，获取螺旋桨倒车推力系数；根据螺旋桨倒车推力系数对目标船舶运动模型进行更新。

本发明实施例所提供的一种船舶自动靠泊控制装置可执行本发明任意实施例所提供的一种船舶自动靠泊控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例四

图5示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备10的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备（如头盔、眼镜、手表等）和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。

如图5所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器（ROM）12、随机访问存储器（RAM）13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器（ROM）12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器（RAM）13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出（I/O）接口15也连接至总线14。

电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）、各种专用的人工智能（AI）计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器（DSP）、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如一种船舶自动靠泊控制方法。

在一些实施例中，一种船舶自动靠泊控制方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的一种船舶自动靠泊控制方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式（例如，借助于固件）而被配置为执行一种船舶自动靠泊控制方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）、专用标准产品（ASSP）、芯片上系统的系统（SOC）、负载可编程逻辑设备（CPLD）、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或快闪存储器）、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器（CD-ROM）、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置（例如，CRT（阴极射线管）或者LCD（液晶显示器）监视器）；以及键盘和指向装置（例如，鼠标或者轨迹球），用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈（例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈）；并且可以用任何形式（包括声输入、语音输入或者、触觉输入）来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统（例如，作为数据服务器）、或者包括中间件部件的计算系统（例如，应用服务器）、或者包括前端部件的计算系统（例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互）、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信（例如，通信网络）来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网（LAN）、广域网（WAN）、区块链网络和互联网。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种船舶自动靠泊控制方法，其特征在于，包括：

获取当前船舶的行驶参数，其中，所述行驶参数包括船舶漂角、舵角信息和速度信息；

根据所述船舶漂角获取目标船舶运动模型；

根据所述行驶参数和所述目标船舶运动模型获取所述当前船舶的艏向信息，并根据所述艏向信息和所述舵角信息建立船舶控制算法；

获取靠泊终点，根据所述船舶控制算法基于所述靠泊终点控制所述当前船舶自动靠泊。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述船舶漂角获取目标船舶运动模型，包括：

判断所述船舶漂角是否小于等于第一预设阈值，若是，获取所述第一预设阈值对应的井上模型，并将所述井上模型作为所述目标船舶运动模型，其中，所述目标船舶运动模型中包括所述行驶参数和惯性水动力的对应关系；

否则，根据第二预设阈值和所述船舶漂角获取所述目标船舶运动模型，其中，所述第二预设阈值大于所述第一预设阈值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据第二预设阈值和所述船舶漂角获取所述目标船舶运动模型，包括：

判断所述船舶漂角是否大于等于第二预设阈值，若是，获取所述第二预设阈值对应的芳村模型，并将所述芳村模型作为所述目标船舶运动模型；

否则，根据所述井上模型和所述芳村模型进行样条插值计算获得所述目标船舶运动模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标船舶运动模型获取所述当前船舶的艏向信息，包括：

将所述舵角信息和所述速度信息输入所述目标船舶运动模型，并获取输出的惯性水动力；

根据所述惯性水动力获取所述艏向信息。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述艏向信息和所述舵角信息建立船舶控制算法，包括：

根据所述艏向信息和所述舵角信息确定出当前船舶艏向的伪偏导数值；

根据所述伪偏导数值建立所述当前船舶艏向的紧格式动态线性化模型，其中，所述紧格式动态线性化模型中包括艏向变化量和船舶舵角变化量的对应关系；

根据所述紧格式动态线性化模型建立所述船舶控制算法，其中，所述船舶控制算法中包括船舶舵角和船舶艏向的对应关系。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述船舶控制算法基于所述靠泊终点控制所述当前船舶自动靠泊，包括：

对所述靠泊终点进行制导律计算获取期望艏向；

将所述期望艏向作为所述船舶艏向输入所述船舶控制算法，并获取输出的所述船舶舵角；

根据所述船舶舵角控制所述当前船舶自动靠泊。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述船舶漂角获取目标船舶运动模型之后，还包括：

确定所述当前船舶为倒车状态时，获取螺旋桨倒车推力系数；

根据所述螺旋桨倒车推力系数对所述目标船舶运动模型进行更新。

8.一种船舶自动靠泊控制装置，其特征在于，包括：

行驶参数获取模块，用于获取当前船舶的行驶参数，其中，所述行驶参数包括船舶漂角、舵角信息和速度信息；

目标船舶运动模型获取模块，用于根据所述船舶漂角获取目标船舶运动模型；

船舶控制算法建立模块，用于根据所述行驶参数和所述目标船舶运动模型获取所述当前船舶的艏向信息，并根据所述艏向信息和所述舵角信息建立船舶控制算法；

自动靠泊控制模块，用于获取靠泊终点，根据所述船舶控制算法基于所述靠泊终点控制所述当前船舶自动靠泊。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-7中任一项所述的方法。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的方法。