一种船舶智能航行功能的测试方法与流程

本技术涉及船舶测试，尤其是一种船舶智能航行功能的测试方法。

背景技术：

1、随着新一轮科技革命的加速演进和国际海事规则体系的重大变革，以大数据、物联网、云计算、边缘计算、人工智能等为代表的新一代信息技术正在与船舶行业的业务模式、生产体系等加速融合，大力推动船舶设计、制造、运维等向智能化升级，船舶工业技术变革迎来重大机遇。世界主要造船国家大力推进设计制造一体化、自主航行系统、远程控制系统及船、岸、海一体化信息平台等的研发力度，抢占智能时代船舶行业发展制高点。

2、加强智能船舶的测试验证能力建设是智能船舶关键器件、设备和系统的自主研发的关键环节，特别是对于智能船舶航行能力的验证，需要一种船舶智能航行能力的全面测试的方法。相关技术中，通过简单的测试与观察以判断对船舶智能航行能力，无法准确且全面的进行测试，效果不佳。

技术实现思路

1、本技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种船舶智能航行功能的测试方法，本技术的技术方案如下：

2、一方面，提供一种船舶智能航行功能的测试方法，包括如下步骤：

3、向测试船发送控制指令，所述控制指令用于指示所述测试船的航行方式，所述控制指令中包含靠离泊指令、障碍物避碰指令以及操舵指令；

4、获取所述测试船在基于所述靠离泊指令航行过程中的靠离泊数据，以及基于所述靠离泊数据计算自动靠离泊性能指标，所述自动靠离泊性能指标与靠离泊的安全性、合理性、经济性以及完成度中的至少一种相关；

5、获取所述测试船在基于所述障碍物避碰指令航行过程中的避碰数据，以及基于所述避碰数据计算自动避碰性能指标，所述自动避碰性能指标与避碰合理度相关；

6、获取所述测试船在基于所述操舵指令航行过程中的响应数据，以及基于所述响应数据计算操舵性能指标，所述操舵性能指标与船舶对操舵的响应能力相关；

7、基于所述自动靠离泊指标、所述自动避碰性能指标以及所述操舵性能指标，确定所述测试船智能航行的性能参数。

8、其进一步的技术方案为：

9、所述避碰合理度包含机动时刻合理度、机动幅度合理度、避让方式合理度以及避碰结果合理度；

10、所述基于所述避碰数据计算自动避碰性能指标，包括：

11、基于所述避碰数据计算避碰开始距离，以及基于所述避碰开始距离与避碰距离之间的距离差值确定所述机动时刻合理度，其中，所述距离差值与所述机动时刻合理度为负相关关系，所述避碰开始距离是避碰开始时所述测试船与障碍物之间的实际距离，所述避碰距离是预设的最大避碰距离；

12、基于所述避碰数据计算避碰机动幅度，以及基于所述避碰机动幅度确定所述机动幅度合理度，所述机动幅度合理度与所述避碰机动幅度呈正相关关系；

13、基于所述避碰数据确定避让方式，以及基于所述避让方式确定所述避让方式合理度，其中，单侧避让对应的避让位置合理度高于其他避让方式对应的避让位置合理度；

14、基于所述避碰数据计算避碰航迹，以及基于所述避碰航迹指示的与障碍物的相交指数确定所述避碰结果合理度，其中，所述相交指数与所述避碰合理度呈负相关关系，所述相交指数用于指示所述测试船与所述障碍物相交的可能性；

15、对所述机动时刻合理度、所述机动幅度合理度、所述避让方式合理度以及所述避碰结果合理度加权计算，得到所述自动避碰性能指标。

16、其中，进一步的方案包括：

17、所述避碰数据包含所述测试船在避碰时段内的航向角以及舵角数据；

18、所述基于所述避碰数据计算避碰机动幅度，包括：

19、计算所述避碰时段内所述航向角与所述舵角的极大值以及平均值，以及基于所述航向角与所述舵角的极大值以及平均值确定所述避碰机动幅度，所述避碰机动幅度与所述极大值以及所述平均值呈正相关关系。

20、所述避碰数据包含避碰时段内的测试船经纬度以及障碍物经纬度；

21、所述基于所述避碰数据确定避让方式，包括：

22、将所述测试船经纬度与所述障碍物经纬度转化为同一直角坐标系下的测试船坐标以及障碍物坐标；

23、以所述测试船坐标为原心建立随体坐标系，以及将所述障碍物坐标转化为所述随体坐标系下的随体障碍物坐标；

24、基于所述随体障碍物坐标在所述随体坐标系的象限位置，确定所述测试船的避让方式。

25、所述操舵指令为z形操舵指令，所述基于所述响应数据计算操舵性能指标，包括：

26、基于所述测试船根据所述z形操舵指令航行过程中的航行数据，计算回转性能指数以及方向稳定性指数；

27、基于所述回转性能指数以及所述方向稳定性指数确定转艏性能参数，以及基于所述转艏性能参数确定航向改变性能指标，所述转艏性能参数与所述航向改变性能指标呈正相关关系；

28、基于所述测试船根据所述z形操舵指令航行过程中的第一超越角以及第二超越角，确定航向保持性能指标，其中，超越角与所述航行保持性能指标呈负相关关系；

29、对所述航向改变性能指标与所述航向保持性能指标加权计算，得到所述操舵性能指标。

30、基于所述回转性能指数以及所述方向稳定性指数确定转艏性能参数的方式如下：

31、p＝k′(1-t′+t′e1/t′)

32、其中，k′是所述回转性能指数的无因次值，t′是所述方向稳定性指数的无因次值。

33、所述基于所述靠离泊数据计算自动靠离泊性能指标，包括：

34、基于所述靠离泊数据确定所述测试船在靠离泊过程中与障碍物的实时距离，以及基于所述实时距离与危险距离阈值的关系，确定靠离泊安全性指数，其中，所述实时距离大于所述危险距离阈值的情况下所述靠离泊安全性指数指示航行安全；

35、基于所述靠离泊数据确定所述测试船在靠离泊过程中的航迹偏差以及机动变化参数，以及基于所述航迹偏差与所述机动变化参数确定靠离泊合理性指数，所述航迹偏差与所述靠离泊合理性指数呈正相关关系，所述机动变化参数与所述靠离泊合理性指数呈负相关关系；

36、基于所述靠离泊数据中的实时功率确定靠离泊经济性指数，所述靠离泊经济性指数与所述实时功率呈负相关关系；

37、基于所述靠离泊数据中的靠泊数据确定靠泊结束时的停泊方位，以及基于所述靠离泊数据中的离泊数据确定离泊数据确定离泊路径；基于所述停泊位置与所述离泊路径确定靠离泊完成指数，所述停泊位置与规划位置的偏差与所述靠离泊完成指数呈正相关关系，所述离泊路径与规划路径的偏差与所述靠离泊完成指数呈负相关关系；

38、对所述靠离泊安全性指数、所述靠离泊合理性指数、所述靠离泊经济性指数以及所述靠离泊完成指数确定所述自动靠离泊性能指标。

39、所述基于所述靠离泊数据确定所述测试船在靠离泊过程中与障碍物的实时距离，包括：

40、基于所述靠离泊数据中所述测试船的经纬度与所述障碍物的经纬度，确定第一实时距离；

41、基于雷达在所述测试船上位置，修正所述靠离泊数据中所述测试船上雷达测量得到的与所述障碍物之间的距离，得到第二实时距离；

42、将所述第一实时距离与所述第二实时距离中的最小值确定为所述实时距离。

43、所述基于所述靠离泊数据确定所述测试船在靠离泊过程中的航迹偏差以及机动变化参数，包括：

44、基于所述靠离泊数据确定所述测试船在靠离泊过程中的靠离泊路径；

45、基于所述靠离泊路径与规划路径计算误差面积，以及将所述误差面积作为所述航迹偏差；

46、基于所述靠离泊数据计算所述测试船的速度变化率、功率变化率以及舵角变化率；

47、将所述速度变化率、所述功率变化率以及所述舵角变化率确定为所述机动变化参数。

48、所述基于所述靠离泊数据中的靠泊数据确定靠泊结束时的停泊方位，包括：

49、基于所述靠泊数据中所述测试船的航向以及经纬度，建立以所述测试船为圆心的随体坐标系；

50、将泊位坐标转化为所述随体坐标系下的随体泊位横纵坐标，以及基于所述随体泊位横纵坐标确定所述停泊方位。

51、本技术的有益技术效果是：

52、本技术实施例中，通过控制指令控制测试船自动靠离泊、避障以及根据操舵指令航行，从而可获取航行过程中的实时航行数据，以根据实时的航行数据进行量化，得到船舶的自动靠离泊指标、自动避碰性能指标以及操舵性能指标，从而综合得到表征船舶智能航行能力的性能参数；其中，根据靠离泊的安全性、合理性、经济性以及完成度中的至少一种确定自动靠离泊指标；且根据避碰合理度确定自动避碰性能指标以及根据船舶对操舵的响应能力确定操舵性能指标，以从多方面测试船舶智能航行能力，且基于各种航行过程中的实时数据进行指标的量化，以提高测试的准确性，可得到更客观的性能指标；采用本技术实施例提供的方法，可提高对船舶航行能力的测试精度以及测试全面性。