本发明涉及智能船舶航行控制领域，尤其涉及一种多船会遇避碰方法。
背景技术：
随着人工智能、大数据及船联网技术的快速发展，船舶智能航行在航海上的应用成为海上智能交通的重要研究领域。自动驾驶技术是船舶智能航行的核心内容，而船舶避碰决策研究又是自动驾驶技术的核心内容。
船舶避碰决策研究中多船会遇局面下的避碰决策为难点问题之一。针对多船避碰决策研究，多数研究仅仅考虑“本船”进行避让操作，假设“来船”保向保速或已知运动轨迹，利用遗传算法、速度障碍和粒子群优化算法等求取船舶避碰方案；部分研究则为会遇的每艘船舶规划航行路径，船舶必须按照生成路径行驶才能安全通过，这与实际海上船舶避碰决策存在较大差异。实际海上船舶避碰决策通常是每艘船舶驾驶员实时根据船舶方位、距离等独立做出决策，并根据船舶位置及参数变化实时更新、优化避让方案；同时船舶会遇过程具有随机性和不确定性，因此，分布式避碰决策更符合实际海上避碰。
分布式避碰决策是指会遇中的每艘船舶通过观测/预测来船位置和运动信息，独立制定避让行动方案，并以特定步长滚动更新避让方案，能够更好地适应海上会遇场景的随机性和不确定性，降低避碰算法的复杂度，具有更大的实用价值。目前，基于分布式的避碰决策研究已经取得一定的成果。如，kim等发表的distributedstochasticsearchalgorithmformulti-shipencountersituations[j].journalofnavigation,2017,70(4):699-718(应用于多船会遇场景的分布随机搜索算法，导航学报，2017，70(4)：699-718)，采用分布随机搜索算法(dssa)来减少通信次数，缩短计算时间，但研究中尚未融入避碰规则；li等发表的distributedcoordinationforcollisionavoidanceofmultipleshipsconsideringshipmaneuverability[j].oceanengineering,2019,181:212-226(基于船舶轨迹针对多船避碰的分布式协调策略，海洋工程，2019，181:212-226)，提出了一个分布式协调策略，基于船舶轨迹预测评估碰撞风险，再通过优化策略找到最有效的避碰策略，避让中需进行多次协调通信，且未考虑避碰规则；张金奋等发表的adistributedanti-collisiondecisionsupportformulationinmulti-shipencountersituationsundercolregs[j].oceanengineering,2015,105:336-348(依据国际海上避碰规则适用于多船会遇场景的分布式避碰决策制定，海洋工程，2015，105:336-348)，依据避碰规则分别建立让路船和直航船的避让行动模型应用于多船避让，但避让行动的制定主要依据两船避让，未考虑船舶避让对附近其他船的影响。
由于避碰规则仅对两船避碰进行规定，无法直接应用于多船避碰。目前多船避碰研究主要包括：将避碰规则融入到避让评价函数，以及基于避让重点船确定避让行动。其中，将避碰规则融入到避让评价函数，可能存在不完全遵守规则的情况；而基于避让重点船选取碰撞危险度最大的船舶进行避让，由于未考虑船舶避让行动对附近其他船舶的影响，导致可能出现避让幅度及时间极大的情况，甚至形成新的碰撞危险或更紧迫的碰撞危险。
因此，亟需提供一种多船会遇避碰方法，通过该方法消解多船会遇时需要避让多艘船舶行动不一致产生的避让冲突，以使得在多船会遇场景下能够快速制定满足避碰规则和设置安全距离的避碰方案。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种多船会遇避碰方法，该方法构建基于避让冲突消解策略的多船避碰决策，通过该避碰决策，能够消解多船会遇时需要避让多艘船舶行动不一致产生的避让冲突，进而避免船舶避让时形成新的碰撞危险或形成更紧迫的碰撞危险。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种多船会遇避碰方法，包括：
采集本船及预设第一距离内的其他船舶的位置及运行参数，计算本船与所述其他船舶的最近会遇距离、最近会遇时间及安全会遇距离，并依据计算结果将所述其他船舶划分为安全航行船舶和存在碰撞危险船舶；
依据所采集的位置参数计算船舶间距离，并依据船舶间距离对船舶会遇进行危险等级划分；
根据安全航行船舶和存在碰撞危险船舶的划分结果，参考危险等级划分结果确定本船避让方向；
根据所设定的避让幅度集，按照预设的避让原则确定避让幅度。
优选地，确定本船避让方向包括：(1)本船附近无碰撞危险船舶时，无需避让；(2)本船附近均为碰撞危险船舶时，依据距离确定最近碰撞危险船舶，依据最近碰撞危险船舶确定本船的避让方向；(3)本船附近存在碰撞危险船舶和安全航行船舶时，依据距离确定最近碰撞危险船舶和最近安全航行船舶，并根据最近碰撞危险船舶和最近安全航行船舶所处不同会遇阶段，依据本船与最近安全航行船舶的相对运动线变化不应靠近最近安全航行船舶的原则，确定本船的避让方向。
优选地，预设的避让原则包括：(1)尽可能让清所有来船；(2)如无法让清所有来船，尽可能让清第一距离内来船；(3)如仍无法让清第一距离内来船，则选择候选避让幅度集中的避让幅度，能够使与来船的最近会遇距离最大的情况进行避让。
优选地，在采取避让行动一段时间后，依据下列原则恢复原航向：在本船与来船不存在碰撞危险且本船恢复原航向也与来船不存在碰撞危险时，或本船与最近船舶距离大于第二距离时，恢复原航向。
优选地，对于参与会遇的每艘船舶均独立自主进行避让判断，并通过滚动更新的方法实现船舶避让方案更新与修正。
优选地，当参与会遇的任意船舶i，i∈n，n为参与会遇船舶集，在确定避让行动方案时，存在碰撞危险的最近船舶设为r船，最近的安全航行船舶设为s船；在确认避让方向时，以-1代表左转，0代表保向保速，1代表右转，ms代表远离s船避让方向，dir(t)表示t时刻i船与r船之间的距离，dis(t)表示t时刻i船与s船之间的距离，stair(t)表示t时刻i船与r船的会遇阶段，stais(t)表示t时刻i船与s船的会遇阶段，δi(t)表示t时刻i船避让方向，δir(t)表示t时刻i船仅考虑r船避让方向，sda表示安全会遇距离，rcir(t)、tcir(t)和rvcir(t)分别表示t时刻r船相对i船的相对方位、真方位和运动方向，则避让方向确定进一步包括：1)i船附近无碰撞危险船舶，无需避让，δi(t)＝0；
2)i船附近均为碰撞危险船舶，i船根据r船进行避让，δi(t)＝δir(t)；
3)i船附近同时存在碰撞危险船舶和安全航行船舶，依据距离确定r船和s船，基于i船避让后，i船与s船的相对运动线变化不应靠近s船的原则，依据r船和s船与i船的不同会遇阶段确定i船的避让方向，如下所示：
①i船与r船构成对遇局面
当dir(t)>dis(t)，如ms≠1，则应选择δi(t)＝0，否则δi(t)＝δir(t)＝1；
当dir(t)≤dis(t)，δi(t)＝δir(t)＝1；
②stair(t)＝1，stais(t)＝1
当δir(t)＝ms时，δi(t)＝ms；
当δir(t)≠ms时，如果dir(t)>dis(t)，δi(t)＝0；否则δi(t)＝ms；
③stair(t)>1，stais(t)＝1
此时r船紧迫程度明显大于s船，优先选择避让r船，即δi(t)＝δir(t)；
④stair(t)＝1，stais(t)>1
当δir(t)＝ms时，δi(t)＝δir(t)＝ms；
当δir(t)≠ms时，如果dir(t)>第三距离，δi(t)＝ms；否则δi(t)＝0；
⑤stair(t)>1，stais(t)>1
当dir(t)>dis(t)，δi(t)＝ms；
当dir(t)≤dis(t)时：
如果i船与r船构成追越，则δi(t)＝δir(t)；
如果0<rcir(t)<112.5°，δi(t)＝-1；否则δi(t)＝1；
⑥如果dir(t)≤sda
此时r船已进入i船设置的安全会遇圆内，
当270°≤rcir(t)<360°或者0°≤rcir(t)≤90°时：
如sin(rvcir(t)-tcir(t) 180°)≥0，δi(t)＝1；否则δi(t)＝-1；
当90°≤rcir(t)<270°：
如sin(rvcir(t)-tcir(t) 180°)＜0，δi(t)＝1；否则δi(t)＝-1。
优选地，确定t时刻避让方向δi(t)后，确定避让幅度δci(t)，进一步包括：
设置候选避让幅度集δc＝{0°，10°，20°，30°，40°，50°，60°}，决策模型以步长δt＝5s进行滚动更新，根据候选避让幅度大小设置5s内的航向变化量δc＝{0°，1°，2°，3°，3°，3°，3°}，按照下列原则选择i船的避让幅度：
①尽可能让清所有来船，即对于任意船舶j(j∈n)，
②如无法让清所有来船，尽可能让清第一距离以内来船，即对于任意船舶j(j∈n，dij(t)<第一距离)，
③如仍无法让清第一距离以内来船，则选择避让δc后尽量能够保证最大距离通过，即
其中：
优选地，第一距离设置为6nmile。
优选地，第二距离设置为8nmile。
优选地，第三距离设置为4.5nmile。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)针对现有多船会遇情景中，船舶需要同时避让多艘来船，由于避让各船的行动不一致，从而产生避让冲突的问题，本发明首先采集本船及预设第一距离内的其他船舶的位置及运行参数，计算最近会遇距离、最近会遇时间及安全会遇距离，并根据计算结果将来船划分为安全航行船舶和存在碰撞危险船舶，其次，对船舶会遇进行危险等级划分，然后，在判断避让方向时，根据安全航行船舶和存在碰撞危险船舶的位置及相对运动参数，避免避让行动对安全船舶产生影响，形成新的碰撞危险；在确定避让幅度时，选择与所有来船在尽可能远的距离上通过，避免更紧迫的碰撞危险形成；同时，在避让决策过程中充分考虑多船避让下的协调性和合理性，构建基于避让冲突消解策略下的多船避碰决策，该多船避碰决策具有良好的避让效果。
(2)本发明应用于4船会遇场景时，99.51％以上能够在大于安全会遇距离通过；运用该多船避碰方法的船舶避让行动符合良好船艺要求，运动轨迹平滑，船舶间距离变化均匀，具有良好的避让效果。
附图说明
图1为根据本发明任意t时刻两船相对位置关系图。
图2为根据本发明实施例的两船避让过程示意图。
图3为根据本发明实施例的两船距离随时间变化曲线图。
图4为根据本发明实施例的三船避让过程示意图。
图5为根据本发明实施例的三船会遇任意两船距离随时间变化曲线图。
图6为根据本发明实施例的四船避让过程示意图。
图7为根据本发明实施例的四船会遇任意两船距离随时间变化曲线图。
图8为根据本发明实施例的四船避让过程(船4未采取避让行动)示意图。
图9为根据本发明实施例的四船会遇(船4未采取避让行动)任意两船距离随时间变化曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明为能够在多船会遇场景下快速制定满足避碰规则和设置安全距离的避碰方案，提出一种多船会遇避碰方法。该方法能够消解多船会遇时需要避让多艘船舶行动不一致产生的避让冲突。
作为一种实施方式，一种多船会遇避碰方法，包括：
采集本船及预设第一距离内的其他船舶的位置及运行参数，计算本船与所述其他船舶的最近会遇距离、最近会遇时间及安全会遇距离，并依据计算结果将所述其他船舶划分为安全航行船舶和存在碰撞危险船舶。
进一步地，依据dcpa(最近会遇距离)和tcpa(最近会遇时间)将本船附近第一距离内的其他船划分为安全航行船舶和存在碰撞危险船舶。第一距离可设置为6nmile。
具体地，在t时刻，对于船舶i(i∈n)，在6nmile范围内，存在任意船舶j(j∈n，且j≠i)，同时满足式(1)、(2)，则认为船舶i存在碰撞危险。
dcpaij(t)<sda(1)
tcpaij(t)>0(2)
其中，dcpaij(t)、tcpaij(t)分别表示t时刻船舶i与船舶j的最近会遇距离和最近会遇时间，sda为安全会遇距离。在具体实施中，两船会遇场景下，sda设定为2nmile；三船会遇场景下，sda设定为1.5nmile；四船会遇场景下，sda设定为1.2nmile。
根据式(1)、(2)，在t时刻，对于船舶i(i∈n)，将i船附近的其他船划分为存在碰撞危险船舶(risk_ship)和安全航行船舶(safe_ship)，其中，
risk_ship：对于任意船舶k{k∈n,dik(t)<6nmile,dcpaik(t)<sda且tcpaik(t)>0}；
safe_ship：对于任意船舶m{m∈n,dim(t)<6nmile,dcpaim(t)≥sda或tcpaim(t)≤0}。
进一步地，对于碰撞危险判断步骤中涉及的各参数的计算如下：
船舶以时间步长δt获取周围船舶运动状态，对避让方案进行滚动更新。由此，建立t时刻船舶运动坐标系，如图1所示。
假设在一定距离范围内，有n艘船舶，船舶n(n∈n，n≤4)初始位置(xn0，yn0),速度vn，初始航向cn0。任意时刻t船舶n位置(xn(t)，yn(t))及航向cn(t)计算式为：
式(3)中δn(t-1)、δcn(t-1)分别为船舶n在上一时间步长内避让方向和避让幅度。
任意船舶i，j(i，j∈n)，在t时刻两船距离dij(t)，j船相对i船真方位tcij(t)、相对方位rcij(t)、相对运动方向rvcij(t)及相对运动速度rvij(t)计算式如下：
rcij(t)＝tcij(t)-ci(t) α(6)
假设船舶按照目前航行状态可计算t时刻船舶i，j最近会遇距离dcpaij(t)和最近会遇时间tcpaij(t)计算式如下：
dcpaij(t)＝dij(t)sin(rvcij(t)-tcij(t) π)(11)
依据所采集的位置参数计算船舶间距离，并依据船舶间距离对船舶会遇进行危险等级划分。其中，第一距离设置为6nmile。
具体地，船舶在不同会遇阶段下避让行动不同，为明确船舶在各阶段的避让行动，对会遇态势进行划分是有必要的。
进一步地，在t时刻，对于任意船舶i、j(i、j∈n)，根据距离dij(t)对会遇阶段staij(t)进行划分：
3.5nmile＜dij(t)＜6nmile，staij(t)为一般碰撞危险阶段，记staij(t)＝1；
2.5nmile＜dij(t)≤3.5nmile，staij(t)为紧迫局面阶段，记staij(t)＝2；
sda＜dij(t)≤2.5nmile，staij(t)为紧迫危险阶段，记staij(t)＝3。
根据安全航行船舶和存在碰撞危险船舶的划分结果，参考危险等级划分结果确定本船避让方向。避让方向确定，进一步包括：(1)本船附近无碰撞危险船舶时，无需避让；(2)本船附近均为碰撞危险船舶时，依据距离确定最近碰撞危险船舶，依据最近碰撞危险船舶确定本船的避让方向；(3)本船附近存在碰撞危险船舶和安全航行船舶时，依据距离确定最近碰撞危险船舶和最近安全航行船舶，并根据最近碰撞危险船舶和最近安全航行船舶所处不同会遇阶段，为避免对安全航行船舶造成影响从而导致新的碰撞危险，依据本船与最近安全航行船舶的相对运动线变化不应靠近最近安全航行船舶的原则，确定本船的避让方向。
进一步地，当参与会遇的任意船舶i，i∈n，n为参与会遇船舶集，在确定避让行动方案时，存在碰撞危险的最近船舶设为r船，最近的安全航行船舶设为s船；在确认避让方向时，以-1代表左转，0代表保向保速，1代表右转，ms代表远离s船避让方向，dir(t)表示t时刻i船与r船之间的距离，dis(t)表示t时刻i船与s船之间的距离，stair(t)表示t时刻i船与r船的会遇阶段，stais(t)表示t时刻i船与s船的会遇阶段，δi(t)表示t时刻i船避让方向，δir(t)表示t时刻i船仅考虑r船避让方向，sda表示安全会遇距离，rcir(t)、tcir(t)和rvcir(t)分别表示t时刻r船相对i船的相对方位、真方位和运动方向，则避让方向确定进一步包括：
1)i船附近无碰撞危险船舶，无需避让，δi(t)＝0；
2)i船附近均为碰撞危险船舶，i船根据r船进行避让，δi(t)＝δir(t)；
3)i船附近同时存在碰撞危险船舶和安全航行船舶，依据距离确定r船和s船，基于i船避让后，i船与s船的相对运动线变化不应靠近s船的原则，依据r船和s船与i船的不同会遇阶段确定i船的避让方向，如下所示：
①i船与r船构成对遇局面
当dir(t)>dis(t)，如ms≠1，则应选择δi(t)＝0，否则δi(t)＝δir(t)＝1；
当dir(t)≤dis(t)，δi(t)＝δir(t)＝1；
②stair(t)＝1，stais(t)＝1
当δir(t)＝ms时，δi(t)＝ms；
当δir(t)≠ms时，如果dir(t)>dis(t)，δi(t)＝0；否则δi(t)＝ms；
③stair(t)>1，stais(t)＝1
此时r船紧迫程度明显大于s船，优先选择避让r船，即δi(t)＝δir(t)；
④stair(t)＝1，stais(t)>1
当δir(t)＝ms时，δi(t)＝δir(t)＝ms；
当δir(t)≠ms时，如果dir(t)>第三距离，δi(t)＝ms；否则δi(t)＝0；
⑤stair(t)>1，stais(t)>1
当dir(t)>dis(t)，δi(t)＝ms；
当dir(t)≤dis(t)时：
如果i船与r船构成追越，则δi(t)＝δir(t)；
如果0<rcir(t)<112.5°，δi(t)＝-1；否则δi(t)＝1；
⑥如果dir(t)≤sda
此时r船已进入i船设置的安全会遇圆内，
当270°≤rcir(t)<360°或者0°≤rcir(t)≤90°时：
如sin(rvcir(t)-tcir(t) 180°)≥0，δi(t)＝1；否则δi(t)＝-1；
当90°≤rcir(t)<270°：
如sin(rvcir(t)-tcir(t) 180°)＜0，δi(t)＝1；否则δi(t)＝-1。
其中，第三距离设置为4.5nmile。
根据所设定的避让幅度集，按照预设的避让原则确定避让幅度。预设的避让原则包括：(1)尽可能让清所有来船；(2)如无法让清所有来船，尽可能让清第一距离内来船；(3)如仍无法让清第一距离内来船，则选择候选避让幅度集中的避让幅度，能够使与来船的最近会遇距离最大的情况进行避让，从而避免形成更为紧迫的危险局面。
进一步地，确定t时刻避让方向δi(t)后，确定避让幅度δci(t)，包括：
设置候选避让幅度集δc＝{0°，10°，20°，30°，40°，50°，60°}，决策模型以步长δt＝5s进行滚动更新，根据候选避让幅度大小设置5s内的航向变化量δc＝{0°，1°，2°，3°，3°，3°，3°}，按照下列原则选择i船的避让幅度：
①尽可能让清所有来船，即对于任意船舶j(j∈n)，
②如无法让清所有来船，尽可能让清第一距离以内来船，即对于任意船舶j(j∈n，dij(t)<第一距离)，
③如仍无法让清第一距离以内来船，则选择避让δc后尽量能够保证最大距离通过，即
其中：
进一步地，根据避让行动应大幅度地要求，让路船避让幅度不小于30°。
作为一种实施方式，当采取避让行动后一段时间，为减小偏移量、航程、时间及燃油消耗等，船舶需要恢复原航向。
以船舶i为例，恢复原航向时刻条件为：
①i船恢复航向后与任意船舶j(j∈n)不存在碰撞危险，即
②或者对于任意船舶j，距离船舶i距离均大于8nmile，即对于任意船舶j(j∈n)，dij(t)>8nmile。
其中：
作为一种实施方式，对于参与会遇的每艘船舶均独立自主进行避让判断，并通过滚动更新的方法实现船舶避让方案更新与修正。
作为一种实施方式，利用本发明方法构建多船会遇避碰决策，利用该决策验证本发明方法在多船会遇场景下的普适性及鲁棒性。
(1)会遇场景生成与参数设置
随机生成特定数量(2～4艘)船舶会遇场景，包含船舶位置(x，y)、航向(c)和速度(v)。各参数取值范围及分布见表1。
在随机生成的会遇场景中可能存在部分场景并不存在碰撞危险，所以对生成的会遇场景进行筛选。筛选原则如下：
①为避免船舶会遇刚开始进入紧迫局面甚至紧迫危险阶段，两两船舶间初始距离应不小于6nmile；
②所有船舶应相互靠近，即任意两艘船舶tcpa>0；
③船舶存在碰撞危险，即至少两艘船舶dcpa<0.8·sda；同时其他任意两船dcpa应不大于2倍sda。
表1初始参数分布及取值范围
(2)多船会遇场景下，避让决策的普适性验证
分别对2～4艘船舶会遇进行三组试验，每组随机生成符合筛选原则的会遇场景10000次，结果统计见表2。
根据表2可知：两船避让情况下船舶均能在设定的sda通过，证明基于避让规则制定的避让策略能够满足两船会遇，避碰规则融入避让策略的效果良好；在三船会遇局面下最近距离大于sda平均占比99.83％，大于0.95*sda占比99.95％，任意两船最近点距离为1.30nmile；在四船会遇局面下99.51％能在sda及以上距离通过，在0.95*sda及以上距离通过为99.68％，任意两船最近点距离为0.92nmile。随着船舶数量的增加，船舶会遇也变的越复杂，最近距离大于sda的占比略有减小，但仍占比99.51％，证明避碰决策具有较好的普适性。
表2随机试验结果统计表
(3)多船避让场景下，避让决策的鲁棒性验证
①两船避让场景
随机生成两船会遇场景，初始船舶位置、航向和航速及避让方案见表3，船舶运动轨迹、两船距离随时间变化曲线如图2、3所示。
表3初始船舶参数与避碰方案(两船)
②三船避让场景
随机生成三船会遇场景，初始船舶位置、航向和航速及避让方案见表4，船舶运动轨迹、任意两船距离随时间变化曲线如图4、5所示。
表4初始船舶参数与避碰方案(三船)
③四船避让场景
随机生成四船会遇场景，初始船舶位置、航向和航速及避让方案见表5，船舶运动轨迹、任意两船距离随时间变化曲线如图6、7所示。
表5初始船舶参数与避碰方案(四船)
④四船避让场景(船4未采取行动)
与四船初始参数相同时，假设“船4”由于某种原因，未采取避让行动，避让方案见表6，船舶运动轨迹及任意两船距离随时间变化曲线见图8、9。
综上所述，根据船舶避让轨迹可知，正常情况下船舶均能在偏航一定距离后恢复原航向，运动轨迹较为平滑；从距离随时间变化曲线可知，船舶间距离不小于安全会遇距离，距离变化均匀，符合良好船艺要求。
对比图6和图8，“船4”应采取避让行动但未行动，“船3”为避免紧迫局面形成向右转向51°，对“船1”和“船2”也带来一定影响。根据图9中“ship3-4”变化曲线，虽然在较近距离才开始避让，但仍能在安全距离上通过。
表6初始参数与避碰方案(船4未采取避让行动)
多船会遇局面具有一定的随机性和不确定性，所以在避让不同船舶时需要采取不同的避让行动，由于避让行动的不一致，从而产生避让冲突。本发明在避免影响安全航行船舶的基础上，考虑多船同时采取避让行动的合理性以及协调性，避免船舶避让产生新的碰撞危险或更紧迫的碰撞危险，构建避让冲突消解策略下的避碰决策。通过针对2～4艘船舶随机避碰测试，验证决策的普适性；设置船舶未采取避让行动对决策鲁棒性进行检验。
结果表明：随着船舶数量增加，会遇场景变的相对复杂，但制定的避碰决策在4船会遇仍能保持99.51％以上大于sda通过，99.68％以上大于0.95*sda的距离通过；船舶运动轨迹平滑，船舶间距离变化均匀；能够适应周围船舶动态变化以及存在部分不遵守规则行动的情景，具有较好的避让效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
1.一种多船会遇避碰方法，其特征在于，包括：
采集本船及预设第一距离内的其他船舶的位置及运行参数，计算本船与所述其他船舶的最近会遇距离、最近会遇时间及安全会遇距离，并依据计算结果将所述其他船舶划分为安全航行船舶和存在碰撞危险船舶；
依据所采集的位置参数计算船舶间距离，并依据船舶间距离对船舶会遇进行危险等级划分；
根据安全航行船舶和存在碰撞危险船舶的划分结果，参考危险等级划分结果确定本船避让方向；
根据所设定的避让幅度集，按照预设的避让原则确定避让幅度。
2.根据权利要求1所述的多船会遇避碰方法，其特征在于，确定本船避让方向包括：(1)本船附近无碰撞危险船舶时，无需避让；(2)本船附近均为碰撞危险船舶时，依据距离确定最近碰撞危险船舶，依据最近碰撞危险船舶确定本船的避让方向；(3)本船附近存在碰撞危险船舶和安全航行船舶时，依据距离确定最近碰撞危险船舶和最近安全航行船舶，并根据最近碰撞危险船舶和最近安全航行船舶所处不同会遇阶段，依据本船与最近安全航行船舶的相对运动线变化不应靠近最近安全航行船舶的原则，确定本船的避让方向。
3.根据权利要求1所述的多船会遇避碰方法，其特征在于，预设的避让原则包括：(1)尽可能让清所有来船；(2)如无法让清所有来船，尽可能让清第一距离内来船；(3)如仍无法让清第一距离内来船，则选择候选避让幅度集中的避让幅度，能够使与来船的最近会遇距离最大的情况进行避让。
4.根据权利要求1所述的多船会遇避碰方法，其特征在于，在采取避让行动一段时间后，依据下列原则恢复原航向：在本船与来船不存在碰撞危险且本船恢复原航向也与来船不存在碰撞危险时，或本船与最近船舶距离大于第二距离时，恢复原航向。
5.根据权利要求1所述的多船会遇避碰方法，其特征在于，对于参与会遇的每艘船舶均独立自主进行避让判断，并通过滚动更新的方法实现船舶避让方案更新与修正。
6.根据权利要求1所述的多船会遇避碰方法，其特征在于，当参与会遇的任意船舶i，i∈n，n为参与会遇船舶集，在确定避让行动方案时，存在碰撞危险的最近船舶设为r船，最近的安全航行船舶设为s船；在确认避让方向时，以-1代表左转，0代表保向保速，1代表右转，ms代表远离s船避让方向，dir(t)表示t时刻i船与r船之间的距离，dis(t)表示t时刻i船与s船之间的距离，stair(t)表示t时刻i船与r船的会遇阶段，stais(t)表示t时刻i船与s船的会遇阶段，δi(t)表示t时刻i船避让方向，δir(t)表示t时刻i船仅考虑r船避让方向，sda表示安全会遇距离，rcir(t)、tcir(t)和rvcir(t)分别表示t时刻r船相对i船的相对方位、真方位和运动方向，则避让方向确定进一步包括：
1)i船附近无碰撞危险船舶，无需避让，δi(t)＝0；
2)i船附近均为碰撞危险船舶，i船根据r船进行避让，δi(t)＝δir(t)；
3)i船附近同时存在碰撞危险船舶和安全航行船舶，依据距离确定r船和s船，基于i船避让后，i船与s船的相对运动线变化不应靠近s船的原则，依据r船和s船与i船的不同会遇阶段确定i船的避让方向，如下所示：
①i船与r船构成对遇局面
当dir(t)>dis(t)，如ms≠1，则应选择δi(t)＝0，否则δi(t)＝δir(t)＝1；
当dir(t)≤dis(t)，δi(t)＝δir(t)＝1；
②stair(t)＝1，stais(t)＝1
当δir(t)＝ms时，δi(t)＝ms；
当δir(t)≠ms时，如果dir(t)>dis(t)，δi(t)＝0；否则δi(t)＝ms；
③stair(t)>1，stais(t)＝1
此时r船紧迫程度明显大于s船，优先选择避让r船，即δi(t)＝δir(t)；
④stair(t)＝1，stais(t)>1
当δir(t)＝ms时，δi(t)＝δir(t)＝ms；
当δir(t)≠ms时，如果dir(t)>第三距离，δi(t)＝ms；否则δi(t)＝0；
⑤stair(t)>1，stais(t)>1
当dir(t)>dis(t)，δi(t)＝ms；
当dir(t)≤dis(t)时：
如果i船与r船构成追越，则δi(t)＝δir(t)；
如果0<rcir(t)<112.5°，δi(t)＝-1；否则δi(t)＝1；
⑥如果dir(t)≤sda
此时r船已进入i船设置的安全会遇圆内，
当270°≤rcir(t)<360°或者0°≤rcir(t)≤90°时：
如sin(rvcir(t)-tcir(t) 180°)≥0，δi(t)＝1；否则δi(t)＝-1；
当90°≤rcir(t)<270°：
如sin(rvcir(t)-tcir(t) 180°)＜0，δi(t)＝1；否则δi(t)＝-1。
7.根据权利要求6所述的多船会遇避碰方法，其特征在于，确定t时刻避让方向δi(t)后，确定避让幅度δci(t)，进一步包括：
设置候选避让幅度集δc＝{0°，10°，20°，30°，40°，50°，60°}，决策模型以步长δt＝5s进行滚动更新，根据候选避让幅度大小设置5s内的航向变化量δc＝{0°，1°，2°，3°，3°，3°，3°}，按照下列原则选择i船的避让幅度：
①尽可能让清所有来船，即对于任意船舶j，j∈n，
②如无法让清所有来船，尽可能让清第一距离以内来船，即对于任意船舶j，j∈n，dij(t)<第一距离，
③如仍无法让清第一距离以内来船，则选择避让δc后尽量能够保证最大距离通过，即
其中：
8.根据权利要求1所述的多船会遇避碰方法，其特征在于，第一距离设置为6nmile。
9.根据权利要求4所述的多船会遇避碰方法，其特征在于，第二距离设置为8nmile。
10.根据权利要求6所述的多船会遇避碰方法，其特征在于，第三距离设置为4.5nmile。
技术总结