Autonomous marine vessels are expected to avoid inter-vessel collisions and comply with the international regulations for safe voyages. This paper presents a stepwise path planning method using stream functions. The dynamic flow of fluids is used as a guidance model, where the collision avoidance in static environments is achieved by applying the circular theorem in the sink flow. We extend this method to dynamic environments by adding vortex flows in the flow field. The stream function is recursively updated to enable on the fly waypoint decisions. The vessel avoids collisions and also complies with several rules of the Convention on the International Regulations for Preventing Collisions at Sea. The method is conceptually and computationally simple and convenient to tune, and yet versatile to handle complex and dense marine traffic with multiple dynamic obstacles. The ship dynamics are taken into account, by using B\'{e}zier curves to generate a sufficiently smooth path with feasible curvature. Numerical simulations are conducted to verify the proposed method.


翻译:自主海洋船只应避免船舶间碰撞,并遵守国际航行安全规则。本文件提出使用流函数的逐步路径规划方法。流体动态流是一个指导模型,在静态环境中,通过在水槽流中应用圆形定理来避免碰撞。我们将这种方法推广到动态环境中,在流场中增加涡流流流。流函数是循环更新,以便能够在飞行路点上作出决定。船舶避免碰撞,并遵守《国际海上防止碰撞规则公约》的若干规则。这种方法在概念上和计算上都是简单和方便的,而且具有多种动态障碍,能够处理复杂和密集的海洋交通。考虑到船舶动态,利用B\'{e}zier曲线来产生一条足够畅通且有可行性的曲线。进行了数字模拟,以核实拟议方法。

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