智能船舶自主航行功能测试仿真实验框架制造技术

本发明专利技术涉及一种智能船舶自主航行功能测试仿真实验框架，框架包括：仿真数据库和仿真模块；仿真模块包括：测试选项选择单元、测试环境仿真单元、实验仿真单元以及数据存储分析单元；测试选项选择单元，用于选择测试选项；测试环境仿真单元，用于加载与调整测试环境；实验仿真单元，用于进行仿真实验；数据存储分析单元，用于对仿真数据进行存储与分析。本发明专利技术的智能船舶自主航行功能测试仿真实验框架适用于无人船自主航行的靠离泊功能测试、锚泊功能测试、航路规划功能测试、循迹航行功能测试、避碰功能测试、特殊场景自主航行测试；集仿真建模、仿真实验、仿真分析于一体，营造更加复杂的仿真测试场景，有效提高仿真实验的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
智能船舶自主航行功能测试仿真实验框架
本专利技术涉及智能船舶测试
，尤其涉及一种智能船舶自主航行功能测试仿真实验框架。
技术介绍
随着技术的不断发展，船舶智能化正在逐渐实现，通过仿真手段对智能船舶的各个自主航行功能进行测试是十分有必要的。然而目前针对不同的自主航行功能，大多采用不同的测试手段，各个航行功能测试在不同实验框架下进行；仿真分为建模、实验、分析三大步骤，目前主流的方案是仿真三部分内容分开进行，然而这种仿真形式不适合于智能船舶自主航行功能测试；目前大多数仿真实验大都在实验进行之前搭建好仿真场景，无法在实验进行中与实验场景进行交互，降低了仿真测试的灵活性。
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自主航行功能测试仿真实验框架。(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：一种智能船舶自主航行功能测试仿真实验框架，所述框架包括：仿真数据库和仿真模块；所述仿真模块包括：测试选项选择单元、测试环境仿真单元、实验仿真单元以及数据存储分析单元；所述测试选项选择单元，用于在测试时选择测试选项；所述测试环境仿真单元，用于基于所述仿真数据库和所述测试选项选择单元选择出的测试单元，加载与调整测试环境；所述实验仿真单元，用于基于所述仿真数据库和所述测试环境仿真单元得到的测试环境进行仿真实验；所述数据存储分析单元，用于基于所述仿真数据库对所述实验仿真单元得到的仿真数据进行存储与分析。可选地，所述测试选项选择单元中的测试选项包括：靠离泊功能测试、锚泊功能测试、航路规划功能测试、循迹航行功能测试、避碰功能测试、特殊场景自主航行功能测试；可选地，所述测试环境仿真单元中的仿真测试环境为三维环境，由所述仿真数据库中的场景库统一管理；所述仿真测试环境与仿真测试场景对应，所述仿真测试场景具有唯一标识符。可选地，所述仿真测试场景包括：进出港测试场景，锚泊测试场景，循迹测试场景，避碰测试场景，旗语测试场景，鸣笛测试场景，船舶交通服务VTS测试场景，区域规则测试场景，航道测试场景；所述进出港测试场景的标识符为泊位BERTH；所述锚泊测试场景的标识符为锚地ANCHORAGE；所述循迹测试场景的标识符为航线ROUTE；所述避碰测试场景的标识符为障碍船OBSTACLE；所述旗语测试场景的标识符为旗语SEMAPHORE；所述鸣笛测试场景的标识符为鸣笛WHISTLE；所述VTS测试场景的标识符为VTS；所述区域规则测试场景的标识符为规则RULES；所述航道测试场景的标识符为航道CHANNEL。可选地，所述实验仿真单元中进行的仿真实验，包括仿真实验管理，仿真场景交互，仿真数据记录。可选地，所述仿真实验管理，包括：开始及初始化、仿真暂停、仿真结束、仿真时钟调整；所述仿真开始及初始化，用于开始新的仿真实验并将仿真参数恢复至初始状态；所述仿真暂停，用于将当前仿真时钟快速调整至0，场景内所述智能船舶及其它对象保持当前状态，仿真数据停止记录；所述仿真结束，用于结束当前仿真实验；所述仿真时钟调整，用于降低当前仿真时钟和/或提高当前仿真时钟；所述仿真参数包括：仿真条件、场景、时钟、数据。可选地，所述仿真场景交互的对象为船舶驾驶，岛屿位置，岛屿数量，气象条件，船舶位置，船舶数量，船舶航速，船舶航向，旗语，鸣笛，VTS指令，区域规则；所述仿真场景交互对象与测试选项和/或测试场景对应；其中，靠离泊功能测试对应的仿真场景交互对象为气象条件；锚泊功能测试对应的仿真场景交互对象为船舶位置和船舶数量；航路规划功能测试对应的仿真场景交互对象为岛屿位置和岛屿数量；循迹航行功能测试对应的仿真场景交互对象为船舶驾驶和气象条件；避碰功能测试对应的仿真场景交互对象为船舶数量，船舶航速，气象条件和船舶航向；旗语测试场景对应的仿真场景交互对象为旗语；鸣笛测试场景对应的仿真场景交互对象为鸣笛；VTS测试场景对应的仿真场景交互对象为VTS指令；区域规则测试场景对应的仿真场景交互对象为区域规划；航道测试场景对应的仿真场景交互对象为船舶数量，船舶航速和气象条件。可选地，所述仿真数据记录内容与测试选项和/或测试场景对应；其中，靠离泊功能测试对应的仿真数据记录内容为气象条件，泊位经纬度，所述智能船舶的经纬度变化；锚泊功能测试对应的仿真数据记录内容为锚地范围，所述智能船舶的锚泊坐标，所述智能船舶的锚泊方式，其它船舶的经纬度，其它船舶的数量，其它船舶的大小；航路规划功能测试对应的仿真数据记录内容为气象条件，岛屿数量，岛屿经纬度，岛屿大小，航路规划点集合；循迹航行功能测试对应的仿真数据记录内容为航路点集合，气象条件，远程驾驶时间段，所述智能船舶的经纬度，所述智能船舶的航速，所述智能船舶的航向；避碰功能测试对应的仿真数据记录内容为航路点集合，气象条件，障碍船的数量，障碍船的大小，障碍船的经纬度，障碍船的航速，障碍船的航向，所述智能船舶的避碰路径，所述智能船舶的航速，所述智能船舶的航向；旗语测试场景对应的仿真数据记录内容为旗语，所述智能船舶的转向角度，所述智能船舶的航速；鸣笛测试场景对应的仿真数据记录内容为鸣笛类型，所述智能船舶的转向角度，所述智能船舶的航速；VTS测试场景对应的仿真数据记录内容为VTS指令，所述智能船舶的响应；区域规则测试场景对应的仿真数据记录内容为区域规则，所述智能船舶的响应；航道测试场景对应的仿真数据记录内容为航道区域，其它船舶的数量，其它船舶的大小，其它船舶的经纬度，其它船舶的航速，所述智能船舶的经纬度，所述智能船舶的航速，所述智能船舶的航向。可选地，所述数据存储分析单元进行的数据存储分析，包括：通过如下公式确定当前测试的评分score：其中，且0≤si≤100；n为测试选项对应的评估指标个数，si为评估指标i的测试分数，ai为评估指标i的比重。可选地，所述仿真数据库用于为所述测试环境仿真单元提供仿真场景的支持、为所述实验仿真单元提供模型库的支持、为所述数据存储分析单元提供评估标准库的支持，同时用于存储仿真场景和仿真数据；所述仿真数据库包括如下的一种或多种：场景库、模型库、评估标准库、测试记录库；场景库，用于存储仿真测试所用三维场景，根据测试选项不同记录不同标识符，一个三维场景对应一个或多个三维标识符；模型库，用于存储船舶运动数学模型、气象数学模型、海浪数学模型以及上述数学模型间的关联关系；评估标准库，用于存储各测试选项的评估标准；测试记录库，用于对以往测试记录进行存储。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：框架包括仿真数据库和仿真模块；仿真模块包括：测试选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能船舶自主航行功能测试仿真实验框架，其特征在于，所述框架包括：仿真数据库和仿真模块；/n所述仿真模块包括：测试选项选择单元、测试环境仿真单元、实验仿真单元以及数据存储分析单元；/n所述测试选项选择单元，用于在测试时选择测试选项；/n所述测试环境仿真单元，用于基于所述仿真数据库和所述测试选项选择单元选择出的测试单元，加载与调整测试环境；/n所述实验仿真单元，用于基于所述仿真数据库和所述测试环境仿真单元得到的测试环境进行仿真实验；/n所述数据存储分析单元，用于基于所述仿真数据库对所述实验仿真单元得到的仿真数据进行存储与分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种智能船舶自主航行功能测试仿真实验框架，其特征在于，所述框架包括：仿真数据库和仿真模块；
所述仿真模块包括：测试选项选择单元、测试环境仿真单元、实验仿真单元以及数据存储分析单元；
所述测试选项选择单元，用于在测试时选择测试选项；
所述测试环境仿真单元，用于基于所述仿真数据库和所述测试选项选择单元选择出的测试单元，加载与调整测试环境；
所述实验仿真单元，用于基于所述仿真数据库和所述测试环境仿真单元得到的测试环境进行仿真实验；
所述数据存储分析单元，用于基于所述仿真数据库对所述实验仿真单元得到的仿真数据进行存储与分析。


2.根据权利要求1所述的框架，其特征在于，所述测试选项选择单元中的测试选项包括：靠离泊功能测试、锚泊功能测试、航路规划功能测试、循迹航行功能测试、避碰功能测试、特殊场景自主航行功能测试。


3.根据权利要求1所述的框架，其特征在于，所述测试环境仿真单元中的仿真测试环境为三维环境，由所述仿真数据库中的场景库统一管理；
所述仿真测试环境与仿真测试场景对应，所述仿真测试场景具有唯一标识符。


4.根据权利要求3所述的框架，其特征在于，所述仿真测试场景包括：进出港测试场景，锚泊测试场景，循迹测试场景，避碰测试场景，旗语测试场景，鸣笛测试场景，船舶交通服务VTS测试场景，区域规则测试场景，航道测试场景；
所述进出港测试场景的标识符为泊位BERTH；
所述锚泊测试场景的标识符为锚地ANCHORAGE；
所述循迹测试场景的标识符为航线ROUTE；
所述避碰测试场景的标识符为障碍船OBSTACLE；
所述旗语测试场景的标识符为旗语SEMAPHORE；
所述鸣笛测试场景的标识符为鸣笛WHISTLE；
所述VTS测试场景的标识符为VTS；
所述区域规则测试场景的标识符为规则RULES；
所述航道测试场景的标识符为航道CHANNEL。


5.根据权利要求4所述的框架，其特征在于，所述实验仿真单元中进行的仿真实验，包括仿真实验管理，仿真场景交互，仿真数据记录。


6.根据权利要求5所述的框架，其特征在于，所述仿真实验管理，包括：开始及初始化、仿真暂停、仿真结束、仿真时钟调整；
所述仿真开始及初始化，用于开始新的仿真实验并将仿真参数恢复至初始状态；
所述仿真暂停，用于将当前仿真时钟快速调整至0，场景内所述智能船舶及其它对象保持当前状态，仿真数据停止记录；
所述仿真结束，用于结束当前仿真实验；
所述仿真时钟调整，用于降低当前仿真时钟和/或提高当前仿真时钟；
所述仿真参数包括：仿真条件、场景、时钟、数据。


7.根据权利要求5所述的框架，其特征在于，所述仿真场景交互的对象为船舶驾驶，岛屿位置，岛屿数量，气象条件，船舶位置，船舶数量，船舶航速，船舶航向，旗语，鸣笛，VTS指令，区域规则；
所述仿真场景交互对象与测试选项和/或测试场景对应；
其中，靠离泊功能测试对应的仿真场景交互对象为气象条件；
锚泊功能测试对应的仿真场景交互对象为船舶位置和船舶数量；
航路规划功能测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓原，夏媛媛，姜雨函，万倩男，袁如意，刘帆，王曼曼，
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