一种智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试系统及方法，系统包括：测试模式选择模块，测试环境选择模块、船舶类型选择模块、数学模型计算模块，测试场景显示模块、循迹航行算法导入模块，待测算法数据库模块，测试结果显示模块，数据存储模块，测试过程起止模块，回放模块，评价模块，对比模块。不仅能够测试智能船舶在固定条件下的循迹航行能力，而且能够考虑到智能船舶航行过程中环境的复杂性及多变性对循迹航行能力带来的影响，提供动态过程的循迹能力测试，形成一个完整全面的智能船舶循迹航行能力测试系统。

A computer simulation test system and method for tracking navigation ability of intelligent ship

【技术实现步骤摘要】
一种智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试系统及方法
本专利技术涉及智能船舶感知模块评估
，尤其涉及一种智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试系统及方法。
技术介绍
近年来，无人化技术快速发展，相继出现了无人车，无人机等无人化产品，近年来，世界很多国家都制定了智能船舶的发展规划，都在加快对智能船舶相关核心技术及产品研发进度，抢占智能船舶技术的制高点。智能船舶的循迹航行能力是指船舶按照预定的规划航线进行航行，是实现智能船舶的核心技术之一，是实现无人化技术的重要问题，也是保证船舶能够安全航行的重要问题。目前还没有一种完整有效的能够测试智能船舶循迹航行能力的计算机仿真测试系统及方法，无法满足对智能船舶循迹航行能力测试的需要。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决上述问题，本专利技术提供一种智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试系统及方法。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试系统，所述系统包括：测试模式选择模块，测试环境选择模块、船舶类型选择模块、数学模型计算模块，测试场景显示模块、循迹航行算法导入模块，待测算法数据库模块，测试结果显示模块，数据存储模块，测试过程起止模块，回放模块，评价模块，对比模块；测试模式选择模块，用于确定测试模式及测试路径，所述测试模式为高速循迹模式或低速循迹模式；所述测试环境选择模块，用于确定测试环境；所述船舶类型选择模块，用于确定船舶类型；>循迹航行算法导入模块，用于导入航行算法；所述数学模型计算模块，用于基于所述测试模式，测试环境，船舶类型建立船舶运动数学模型，所述船舶运动数学模型用于计算所述航行算法对船舶循迹航行能力进行仿真测试过程中船舶各运动参数的相关信息；所述测试场景显示模块，用于展示船舶的航向、航速、自身状态及相关的环境三维可视信息；所述循迹航行算法导入模块，用于导入航行算法；所述待测算法数据库模块，用于存储待测的循迹航行算法；所述测试结果显示模块，用于显示测试数据及结果；所述数据存储模块，用于存储数据；所述测试过程起止模块，用于控制测试过程的起止；所述回放模块，用于回放测试过程；所述评价模块，用于对测试过程和测试结果进行评价；所述对比模块，用于对比多个测试过程中得到的测试数据。可选地，所述测试模式选择模块包括：速度模式选择单元，路径模式选择单元；所述速度模式选择单元，包括高速模式循迹能力测试单元，低速模式循迹能力测试单元；所述路径模式选择单元，包括正方形路径循迹能力测试单元，Z行路径循迹能力测试单元，椭圆形路径循迹能力测试单元，又型路径循迹能力测试单元，8型路径循迹能力测试单元，自定义路径循迹能力测试单元。可选地，所述测试环境选择模块包括：恒定环境循迹能力设置单元，突变环境循迹能力设置单元；所述恒定环境循迹能力设置单元，用于设置恒定风、浪、流参数；所述突变环境循迹能力设置单元包括：自定义设置单元和突变环境参数导入单元；所述自定义设置单元，用于自定义设置不同时刻的风、浪、流参数，并设置作用时间段；所述突变环境参数导入单元，用于导入包括不同时刻的风、浪、流参数及作用时间段的文件；所述突变环境循迹能力设置单元的最短设置周期为1秒。可选地，所述船舶类型选择模块包括：船舶类别选择单元，船舶基本参数设置单元，船舶推进器设置单元；所述船舶类别包括：集装箱船，散货船，客船，邮轮，杂货船，LNG船，滚装船；所述船舶基本参数设置单元，用于设置船长，船宽，吃水，型深及方形系数；所述船舶推进器设置单元，用于设置推进器的个数，推进器的功率，推进器的布置位置，舵的个数，舵的尺寸及安装位置。可选地，所述循迹航行算法导入模块包括：算法导入单元和算法选择单元；所述算法导入单元，用于导入待测的循迹航行算法；所述算法选择单元，用于从所述待测算法数据库模块存储的待测算法中选择待测的循迹航行算法。可选地，所述测试结果显示模块包括：测试数据实时显示单元及测试过程结束后的汇总数据显示单元；所述测试数据实时显示单元，用于实时显示测试过程中的航速随时间的变化曲线，航向随时间的变化曲线，舵角随时间的变化曲线，船舶航向变化率随时间的变化曲线，船舶航速变化率随时间的变化曲线，船舶航迹偏差量随时间的变化曲线，船舶航向偏差量随时间的变化曲线，船舶的横摇角和纵摇角随时间的变化曲线；所述汇总数据显示单元，用于显示循迹航行过程中平均航速差，平均航速变化率，平均航向变化率，平均航迹偏差量，平均航向偏差量，船舶平均横倾角，船舶平均纵倾角，船舶循迹完成时间，船舶废气排放量，船舶废水排放量，燃油消耗量，电力消耗量。可选地，所述数据存储模块包括：测试结果数据存储单元、测试过程数据存储单元和评价结果存储单元。测试结果数据存储单元，用于存储测试过程中结果数据和测试结束后的结果数据；测试过程数据存储单元，用于存储测试过程的执行数据。评价结果存储单元，用于存储测试过程中及测试结束后的各方面评价数据。可选地，所述回放模块包括：单一测试过程回放单元及多测试过程回放对比单元；所述多个测试过程回放对比单元，用于同时回放多个测试过程；其中，回放多个测试过程时，不同颜色表示不同船舶航迹。可选地，所述评价模块对测试过程和测试结果进行评价的实现方案如下：S01，从多个测试过程和对应测试结果中获取任意2个测试过程对应的2组测试结果；S02，确定S01中获取的2组测试结果之间误差；S03，如果S02中得到的误差呈正态分布，则S03-1，计算2组测试结果的均值和标准差σ；S03-2，计算统计量其中，μ0为数学期望，n为2组测试结果的数据总数量；S03-3，查找t的临界表，如果|t|<t0.025(n-1)，则确定2组测试结果之间不存在显著差异；如果|t|≥t0.025(n-1)，则确定2组测试结果之间存在显著差异；S04，如果S02中得到的误差不呈正态分布，则S04-1，计算2组测试结果中各配对数据之间的代数差；S04-2，对S04-1得到的差值的绝对值由小到大进行编秩，若编秩时差值为0，则舍去，若编秩时差值的绝对值相等，则取平均秩次；S04-3，求秩次和并确定统计量T＝min{T+，T-}，其中，T+为正差值秩次之和，T-为负差值秩次之和；S04-4，当显著性水平α＝0.05，且5≤n≤50时，查询T的界值表，如果T的值属于查表得到的非拒绝界值范围内，则2组测试结果之间不存在显著性差异，如果T的值不属于查表得到的非拒绝界值范围内，则2组测试结果之间存在显著性差异；S04-5，当α＝0.05，且50<n时，查询Z检验的界值表，如果Z<Z0.025，则2组测试结果之间不存在显著性差异本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试系统，其特征在于，所述系统包括：测试模式选择模块，测试环境选择模块、船舶类型选择模块、数学模型计算模块，测试场景显示模块、循迹航行算法导入模块，待测算法数据库模块，测试结果显示模块，数据存储模块，测试过程起止模块，回放模块，评价模块，对比模块；/n测试模式选择模块，用于确定测试模式及测试路径，所述测试模式为高速循迹模式或低速循迹模式；/n所述测试环境选择模块，用于确定测试环境；/n所述船舶类型选择模块，用于确定船舶类型；/n循迹航行算法导入模块，用于导入航行算法；/n所述数学模型计算模块，用于基于所述测试模式，测试环境，船舶类型建立船舶运动数学模型，所述船舶运动数学模型用于计算所述航行算法对船舶循迹航行能力进行仿真测试过程中船舶各运动参数的相关信息；/n所述测试场景显示模块，用于展示船舶的航向、航速、自身状态及相关的环境三维可视信息；/n所述循迹航行算法导入模块，用于导入航行算法；/n所述待测算法数据库模块，用于存储待测的循迹航行算法；/n所述测试结果显示模块，用于显示测试数据及结果；/n所述数据存储模块，用于存储数据；/n所述测试过程起止模块，用于控制测试过程的起止；/n所述回放模块，用于回放测试过程；/n所述评价模块，用于对测试过程和测试结果进行评价；/n所述对比模块，用于对比多个测试过程中得到的测试数据。/n...

【技术特征摘要】
1.一种智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试系统，其特征在于，所述系统包括：测试模式选择模块，测试环境选择模块、船舶类型选择模块、数学模型计算模块，测试场景显示模块、循迹航行算法导入模块，待测算法数据库模块，测试结果显示模块，数据存储模块，测试过程起止模块，回放模块，评价模块，对比模块；
测试模式选择模块，用于确定测试模式及测试路径，所述测试模式为高速循迹模式或低速循迹模式；
所述测试环境选择模块，用于确定测试环境；
所述船舶类型选择模块，用于确定船舶类型；
循迹航行算法导入模块，用于导入航行算法；
所述数学模型计算模块，用于基于所述测试模式，测试环境，船舶类型建立船舶运动数学模型，所述船舶运动数学模型用于计算所述航行算法对船舶循迹航行能力进行仿真测试过程中船舶各运动参数的相关信息；
所述测试场景显示模块，用于展示船舶的航向、航速、自身状态及相关的环境三维可视信息；
所述循迹航行算法导入模块，用于导入航行算法；
所述待测算法数据库模块，用于存储待测的循迹航行算法；
所述测试结果显示模块，用于显示测试数据及结果；
所述数据存储模块，用于存储数据；
所述测试过程起止模块，用于控制测试过程的起止；
所述回放模块，用于回放测试过程；
所述评价模块，用于对测试过程和测试结果进行评价；
所述对比模块，用于对比多个测试过程中得到的测试数据。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试模式选择模块包括：速度模式选择单元，路径模式选择单元；
所述速度模式选择单元，包括高速模式循迹能力测试单元，低速模式循迹能力测试单元；
所述路径模式选择单元，包括正方形路径循迹能力测试单元，Z行路径循迹能力测试单元，椭圆形路径循迹能力测试单元，又型路径循迹能力测试单元，8型路径循迹能力测试单元，自定义路径循迹能力测试单元。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试环境选择模块包括：恒定环境循迹能力设置单元，突变环境循迹能力设置单元；
所述恒定环境循迹能力设置单元，用于设置恒定风、浪、流参数；
所述突变环境循迹能力设置单元包括：自定义设置单元和突变环境参数导入单元；
所述自定义设置单元，用于自定义设置不同时刻的风、浪、流参数，并设置作用时间段；
所述突变环境参数导入单元，用于导入包括不同时刻的风、浪、流参数及作用时间段的文件；
所述突变环境循迹能力设置单元的最短设置周期为1秒。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述船舶类型选择模块包括：船舶类别选择单元，船舶基本参数设置单元，船舶推进器设置单元；
所述船舶类别包括：集装箱船，散货船，客船，邮轮，杂货船，LNG船，滚装船；
所述船舶基本参数设置单元，用于设置船长，船宽，吃水，型深及方形系数；
所述船舶推进器设置单元，用于设置推进器的个数，推进器的功率，推进器的布置位置，舵的个数，舵的尺寸及安装位置。


5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述循迹航行算法导入模块包括：算法导入单元和算法选择单元；
所述算法导入单元，用于导入待测的循迹航行算法；
所述算法选择单元，用于从所述待测算法数据库模块存储的待测算法中选择待测的循迹航行算法。


6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试结果显示模块包括：测试数据实时显示单元及测试过程结束后的汇总数据显示单元；
所述测试数据实时显示单元，用于实时显示测试过程中的航速随时间的变化曲线，航向随时间的变化曲线，舵角随时间的变化曲线，船舶航向变化率随时间的变化曲线，船舶航速变化率随时间的变化曲线，船舶航迹偏差量随时间的变化曲线，船舶航向偏差量随时间的变化曲线，船舶的横摇角和纵摇角随时间的变化曲线；
所述汇总数据显示单元，用于显示循迹航行过程中平均航速差，平均航速变化率，平均航向变化率，平均航迹偏差量，平均航向偏差量，船舶平均横倾角，船舶平均纵倾角，船舶循迹...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓原，夏媛媛，姜雨函，朱慎超，曹志伟，王曼曼，邴绍金，
申请(专利权)人：智慧航海青岛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37