CN111290298B - 一种智能船舶自动离泊功能的仿真测试***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能船舶自动离泊功能的仿真测试***及方法，该***包括：数据设置子***，用于对工况测试顺序以及对工况测试时不同场景下的参数进行设置；测试执行子***，用于按照设置的工况测试顺序、不同测试场景及船舶运动数学模型结合进行测试以及对测试的工况模式和测试场景的自动切换进行控制，得到测试评价结果；结果显示子***，用于将测试执行过程中的测试场景、测试过程进行三维显示，将测试评价结果进行显示；其中测试执行子***包括：数据库模块、算法导入模块和算法选择模块。本发明按照由易到难的测试顺序进行仿真测试，能够无遗漏地进行全部工况的测试，对船舶自动离泊能力进行全面的测试，提高准确性。

Description

一种智能船舶自动离泊功能的仿真测试***及方法

技术领域

本发明涉及智能船舶技术领域，尤其涉及一种智能船舶自动离泊功能的仿真测试***及方法。

背景技术

近年来，智能船舶作为一种新生事物，拥有多种非常前沿的技术，因此在进行实际应用之前都要先经过完整地综合测试，达到要求才能进行下一步的商业应用，因此对智能船舶的各项功能进行测试是必经的过程。

其中，船舶的靠离泊过程是船舶航行中最为复杂的操作过程，受到气象、水文等因素的影响，智能船舶自动离泊功能作为智能船舶的一项必不可少的功能，必然要对其进行一系列的测试和验证，通过多种不同工况的组合测试来测试离泊功能是否拥有良好的功能可靠性和功能稳定性。但是，目前没有针对智能船舶自动离泊功能的测试***，且已有的仿真测试还仅有非常简单的经典工况的仿真测试组合，不能覆盖测试的全部工况，无法对智能船舶的功能可靠性和功能稳定性进行全面测试。

基于上述，现有技术中智能船舶的仿真测试未能覆盖全部工况。

上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种智能船舶自动离泊功能的仿真测试***及方法，解决现有技术中智能船舶的仿真测试未能覆盖全部工况的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一方面，本发明提供一种智能船舶自动离泊功能的仿真测试***，其包括：

数据设置子***，用于对工况测试顺序以及对工况测试时不同场景下的参数进行设置；

测试执行子***，用于按照设置的工况测试顺序、不同的测试场景及船舶运动数学模型结合进行测试以及对测试的工况模式和测试场景的自动切换进行控制，得到测试评价结果；

结果显示子***，用于将测试执行过程中的测试场景、测试过程进行三维显示，将所述测试评价结果进行显示；

其中所述测试执行子***包括：

数据库模块，包括船舶运动数学模型数据库、拖船阻力数据库和待测算法数据库；

算法导入模块，用于将船舶自动离泊过程中的数学算法导入到所述待测算法数据库中；

算法选择模块，用于根据选择的工况模式从所述待测算法数据库中选择相应的测试算法。

在本发明的一种示例性实施例中，所述数据设置子***中包括：

工况选择模块，用于根据测试环境和预设规则设置不同工况的测试顺序，根据所述测试顺序选择相应的工况模式；

测试环境设置模块，用于在选择的工况模式下设置测试环境的参数；

船舶信息设置模块，用于在选择的工况模式下设置船舶信息的参数；

拖船设置模块，用于在选择的工况模式下设置拖船的参数；

所述结果显示子***包括：

三维场景显示模块，用于对测试场景、测试过程进行三维显示；

测试结果显示模块，用于对所述测试评价结果进行显示。

在本发明的一种示例性实施例中，所述测试执行子***还包括：

测试起止模块，包括场景切换子模块和工况切换子模块，用于对不同的测试工况中切换时，在选择的工况模式下通过所述场景切换子模块对不同测试场景按照预设顺序自动切换进行测试，当选择的工况模式下的全部测试场景完成测试后，通过所述工况切换子模块根据所述测试评价结果是否满足预设条件，如果满足预设条件则切换到下一个工况模式进行测试。

在本发明的一种示例性实施例中，所述测试环境设置模块，用于对气象环境、水文环境和港口条件进行设置；

所述测试场景包括6种测试场景，分别为：

无风浪，天气情况良好，交通顺畅的理想场景；

无风浪，天气情况良好，交通拥挤的场景；

无风浪，天气恶劣，交通顺畅的场景；

无风浪，天气恶劣，交通拥挤的场景；

极限风浪，天气恶劣，交通顺畅的场景；

极限风浪，天气恶劣，交通拥挤的场景；

所述场景切换子模块用于：

在选择的工况模式下，按照选择的测试算法从6种测试场景中的第1个测试场景开始，根据第1个测试场景的环境参数判断是否达到离泊条件，如果达到离泊条件，则确定离泊方式并产生相应的离泊操作指令，所述船舶运动数学模型根据所述离泊操作指令产生船舶下一步的位置和状态，并自动切换到第2个测试场景，以此重复，直到所述6种测试场景全部测试完成。

在本发明的一种示例性实施例中，所述工况选择模块包括：

正常工况测试单元，用于模拟所有的离泊相关设备都正常工作的情况下的测试；

故障工况测试单元，用于模拟一离泊相关设备故障情况下的测试；

突发工况测试单元，用于模拟一离泊相关设备在离泊过程中出现突发故障情况下的测试；

所述工况模式包括普通工况模式、故障工况模式和突发工况模式，所述工况测试顺序为普通工况测试、故障工况测试和突发工况测试；

所述预设条件为测试评价结果大于或等于75。

在本发明的一种示例性实施例中，当选择的工况模式下的全部测试场景完成测试后，所述测试评价结果的计算公式为：

A＝w₁c₁+…+w₆c₆

其中A为测试评价结果，w_i为6种测试场景的权重，c_i为6种测试场景下对应的测试评价结果，i＝6。

在本发明的一种示例性实施例中，在故障工况模式下，还包括：

识别故障类型，具体包括：

在故障测试中接收离泊操作命令后，获取船舶的各设备响应所述离泊操作命令后的实际行动参数；

将各个设备的所述实际行动参数与相应的离泊操作命令进行对比，确定故障发生的部位，并根据故障发生的部位确定故障类型。

在本发明的一种示例性实施例中，故障工况模式下包括三种故障模式，分别为：推进器故障、系泊缆绳故障和拖船故障；

推进器故障包括首侧推故障、主推故障以及首侧推故障和主推故障同时发生三种故障类型；

系泊缆绳故障包括艏缆状态故障和尾缆状态故障两种故障类型；

拖船故障包括拖船数量不足和拖船拉力故障两种故障类型。

在本发明的一种示例性实施例中，突发工况模式下包括突发故障测试和突发碰撞危险测试；

其中所述突发故障测试包括推进器突发故障测试、缆绳突然断裂测试、拖船拉力突变测试；

突发碰撞危险测试包括船只突然闯入测试。

另一方面，本发明还提供一种船舶自动离泊功能的仿真测试方法，其包括：

对工况测试顺序以及对工况测试时的不同场景参数进行设置；

按照设置的工况测试顺序、不同测试场景及船舶运动数学模型结合进行测试以及对测试的工况模式和测试场景的自动切换进行控制，得到测试评价结果；

将测试执行过程中的测试场景、测试过程进行三维显示，将所述测试评价结果进行显示；

其中测试过程中还包括：

将船舶自动离泊过程中的数学算法导入到所述待测算法数据库中；

根据选择的工况模式从所述待测算法数据库中选择相应的测试算法。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明实施例提供的智能船舶自动离泊功能的仿真测试***及方法，一方面，通过对仿真测试中工况测试顺序以及在每种工况测试下的不同场景参数进行设置，按照由易到难的测试顺序进行仿真测试，能够无遗漏地进行全部工况的测试，简单明了，避免测试过程中测试工况的不全面导致能力评价不准确，可以对自动离泊能力进行全面的测试；另一方面，在不同工况模式下的多种测试场景能够通用，简化操作步骤，可以在很大程度上节省测试过程的准备时间，提高测试效率，还可以避免环境问题带来的误差，保证测试的准确性。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种智能船舶自动离泊功能的仿真测试***的示意图；

图2为本发明一实施例中在航道左右两侧各三个前后排列泊位的示意图，；

图3为本发明一实施例中在航道右侧有三个前后排列泊位的示意图；

图4为本发明一实施例中在航道左侧有三个前后排列泊位的示意图；

图5为本发明另一实施例中提供一种船舶自动离泊功能的仿真测试方法的流程图；

图6为本发明一实施例中提供的仿真测试***的一种组成示意图；

图7为本发明另一实施例中依靠该***进行仿真测试的方法步骤流程图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

现在的仿真测试都是每测试一次需要重新建立测试环境，测试功能可靠性和功能稳定性较差，针对该问题，本发明提供一种智能船舶自动离泊功能的仿真测试***及方法，一次性建立自主离泊需要测试的6种测试环境，并自动执行，节省了切换同一测试对象不同测试工况之间的测试调试时间，避免由于调试带来的测试误差。

图1为本发明一实施例提供的一种智能船舶自动离泊功能的仿真测试***的示意图，如图1所示，该仿真测试***1包括：数据设置子***100、测试执行子***200和结果显示子***300。

数据设置子***100用于对工况测试顺序以及对工况测试时不同场景下的参数进行设置；测试执行子***200用于按照设置的工况测试顺序、不同的测试场景及船舶运动数学模型结合进行测试以及对测试的工况模式和测试场景的自动切换进行控制，得到测试评价结果；结果显示子***300用于将测试执行过程中的测试场景、测试过程进行三维显示，将所述测试评价结果进行显示。

如图1所示，其中所述测试执行子***200包括：数据库模块210、算法导入模块220和算法选择模块230，其中数据库模块210用于为测试过程所用数据的数据库，包括船舶运动数学模型数据库、拖船阻力数据库和待测算法数据库，船舶运动数学模型数据库包括多种针对不同船舶参数、不同船舶类型的船舶运动数学模型，拖船阻力数据库包括不同船长下的拖船在不同航速下的船舶阻力，待测算法数据库用来保存导入***的待测算法；算法导入模块220用于将船舶自动离泊过程中的数学算法导入到所述待测算法数据库中；算法选择模块230用于根据选择的工况模式从所述待测算法数据库中选择相应的测试算法。

在本发明的一种示例性实施例中，所述数据设置子***中100包括：工况选择模块、测试环境设置模块、船舶信息设置模块和拖船设置模块，其中工况选择模块用于根据测试环境和预设规则设置不同工况的测试顺序，根据所述测试顺序选择相应的工况模式；测试环境设置模块用于在选择的工况模式下设置测试环境的参数；船舶信息设置模块用于在选择的工况模式下设置船舶信息的参数；拖船设置模块用于在选择的工况模式下设置拖船的参数。

在本发明的一种示例性实施例中，所述工况选择模块包括：

正常工况测试单元，用于模拟所有的离泊相关设备都正常工作的情况下的测试；

故障工况测试单元，用于模拟一离泊相关设备(如主推、侧推或转向机构之一)故障情况下的测试；

突发工况测试单元，用于模拟一离泊相关设备在离泊过程中出现突发故障情况下的测试。

在本发明的一种示例性实施例中，所述测试环境设置模块用于对气象环境、水文环境和港口条件进行设置。例如，测试环境设置模块包括：

气象环境设置单元，用于对风级风向，雨、雾、雪、白天夜晚的信息进行设置；

水文信息设置单元，用于对浪、流等信息进行设置；

港口条件设置单元，用于对港口的水域环境、交通环境进行设置。

在本发明的一种示例性实施例中，港口条件设置单元能够构建不同的港口环境，例如港口水域狭窄需要进入掉头水域进行掉头或不需掉头直接出港，其交通环境的设置能够测试船舶在离泊过程中对周围态势的感知能力港口设置过程如下：

(1)设置港口水域环境，包括需掉头港口环境和不需掉头港口环境；

(2)设置港口泊位数量及位置，包括航道单侧或两侧有泊位的情况。图2为本发明一实施例中在航道左右两侧各三个前后排列泊位的示意图，图3为本发明一实施例中在航道右侧有三个前后排列泊位的示意图，图4为本发明一实施例中在航道左侧有三个前后排列泊位的示意图。

(3)设置各泊位的占用情况，包括只有单侧泊位时，如示意图3，对泊位4和6设置占用情况，同理如示意图4，对泊位1和3设置占用情况；当有双侧泊位时，设置泊位1，3，4，5，6的占用情况或者设置1，2，3，4，6的占用情况。

在本发明的一种示例性实施例中，船舶信息设置模块包括：

船舶类别选择单元包括集装箱船、散货船、客船、邮轮、杂货船、LNG船、滚装船；

船舶基本参数设置单元包括设置船长、船宽、吃水、型深、排水量及船缆的数量及状态；

船舶推进器设置单元包括设置船舶的主推、侧推、转向机构，对主推和侧推的设置主要包括设置推进器的类型、个数、功率以及推进器的布置位置；转向机构设置单元包括设置舵的个数、舵的参数、舵的安装尺寸及位置。

在本发明的一种示例性实施例中，拖船设置模块能够模拟在离泊过程中必不可少的拖船的运动情况，通过设置拖船的情况来测试自动离泊功能过程中各设备的响应，提高测试完整性。设置的过程包括：(1)测试之前设置拖船的个数，拖船的船长；(2)设置拖船作用位置；(3)设置拖船的船速，船速与拖力成正相关；(4)分别改变拖船个数、作用位置及船速；(5)观察船舶自主离泊过程中各推进器推力及舵设备的角度变化。

在本发明的一种示例性实施例中，所述结果显示子***包括：三维场景显示模块和测试结果显示模块，其中三维场景显示模块用于对测试场景、测试过程进行三维显示；测试结果显示模块用于对所述测试评价结果进行显示。

在本发明的一种示例性实施例中，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。其中，测试数据实时显示单元能够实时显示测试过程中的船舶艏向实时变化曲线、船舶与泊位岸线的距离实时变化曲线、船舶横向速度实时变化曲线、船舶与周围物体距离的实时变化曲线、废气实时排放曲线、废水实时排放曲线、噪音实时曲线、燃油消耗量实时曲线、电力消耗量实时曲线、拖船速度实时变化曲线、拖船推力实时变化曲线、各缆绳实时受力曲线、各推进器实时推力曲线、舵角实时变化曲线。

在本发明的一种示例性实施例中，汇总数据显示单元用于显示船舶的出航横距、船舶的横向速度平均值、船舶与最危险物的最小距离、离泊完成时间、离泊响应时间、用车次数、决策命令、废气排放总量、废水排放总量、噪音最大值、燃油消耗总量、电力消耗总量。

其中出航横距是指船舶首次操舵时刻的横距，由舵角实时变化曲线读取首次操舵的时刻t，从船舶与泊位岸线的距离实时变化曲线中读取时刻t的横距即为正确的出航横距。

船舶的横向速度平均值是指船舶在离开泊位的过程中的平均横向速度，设整个离泊过程共用时z秒，由船舶横向速度实时变化曲线读取得到时刻s下的实时横向速度V_s,则计算公式如下：

船舶与最危险物的最小距离l是指船舶在离开泊位的过程中与最近物体的距离。在该测试***中，船舶的平面坐标为(x₀,y₀)，测试环境中设置的第i(i＝1,2…n)个危险物的平面坐标为(x_i,y_i)，则第i个危险物与船舶的直线距离为：

l＝min(L₁,L₂…L_i)

离泊完成时间是指船舶完成离泊操作所需要的时间。离泊完成时间以船舶的艏向稳定时刻为离泊动作完成时刻，由船舶艏向实时变化曲线中读取得到时间T。

离泊响应时间是离泊过程中处理信息并给出明确指令所用的时间，以舵角实时变化曲线中记录的相邻两次舵角变化时间间隔t。

用车次数是指在离泊过程中运用推进器进行船位调整的次数，以各推进器实时推力曲线中推力变化不连续变化的次数为准。

决策命令是由各推进器实时推力曲线，舵角实时变化曲线中统计得到的某时刻各推进器变化命令及舵角变化命令。

废气排放总量Q、废水排放总量A、燃油消耗总量S、电力消耗总量W分别由废气实时排放曲线、废水实时排放曲线、燃油消耗量实时曲线、电力消耗量实时曲线统计相加得到，如下：

Q＝q₁+q₂+…+q_i

A＝a₁+a₂+…+a_i

S＝s₁+s₂+…+s_i

W＝w₁+w₂+…+w_i

其中q_i表示i时刻的废气排放量，a_i表示i时刻的废水排放量，s_i表示i时刻的燃油消耗量，w_i表示i时刻的电力消耗量。

噪音最大值是指船舶在离泊过程中产生的最大噪音值。

E＝max(e₁,e₂…e_i)

其中：e_i表示i时刻的噪音值。

在本发明的一种示例性实施例中，船舶基本参数设置单元在设置船船缆的数量及状态时，能够模拟船舶离泊时缆绳的作用及状态，可以通过设置缆绳故障来测试自主离泊功能的应变性。设置过程为：(1)测试之前根据测试船舶的尺寸设置缆绳的数量；(2)设置各缆绳的直径及作用位置；(3)测试时设置缆绳的作用状态包括系缆状态及解缆状态；(4)观察不同设置状态下***做出的具体离泊决策命令。

在本发明的一种示例性实施例中，所述测试执行子***还包括：测试起止模块240，用于对整个测试过程中的起始和停止进行控制，测试起止模块中还进一步包括场景切换子模块和工况切换子模块，用于对不同的测试工况中切换时，在选择的工况模式下通过所述场景切换子模块对不同测试场景按照预设顺序自动切换进行测试，当选择的工况模式下的全部测试场景完成测试后，通过所述工况切换子模块根据所述测试评价结果是否满足预设条件，如果满足预设条件则切换到下一个工况模式进行测试。

通过上述仿真测试***，一方面，通过对仿真测试中工况测试顺序以及在每种工况测试下不同场景的参数进行设置，按照由易到难的测试顺序进行仿真测试，能够无遗漏地进行全部工况的测试，简单明了，避免测试过程中测试工况的不全面导致能力评价不准确，可以对自动离泊能力进行全面的测试；另一方面，在不同工况模式下的多种测试场景能够通用，简化操作步骤，可以在很大程度上节省测试过程的准备时间，提高测试效率，还可以避免环境问题带来的误差，保证测试的准确性。

基于上述***，图5为本发明另一实施例中提供一种船舶自动离泊功能的仿真测试方法的流程图，如图5所示，包括以下步骤：

在步骤S510中，对工况测试顺序以及对工况测试时不同场景下的参数进行设置；

在步骤S520中，按照设置的工况测试顺序、不同测试场景及船舶运动数学模型结合进行测试以及对测试的工况模式和测试场景的自动切换进行控制，得到测试评价结果；

在步骤S530中，将测试执行过程中的测试场景、测试过程进行三维显示，将所述测试评价结果进行显示；

其中在步骤S520测试过程中还包括：

将船舶自动离泊过程中的数学算法导入到所述待测算法数据库中；

根据选择的工况模式从所述待测算法数据库中选择相应的测试算法。

图5所示的船舶自动离泊功能仿真测试方法是依据一种智能船舶自动离泊功能计算机仿真测试***来实现的，按照特定的测试顺序进行不同工况的测试从而得到最终的测试结果及评价结果。在测试过程中，首先根据测试环境搭建从易到难的顺序选择普通工况模式作为第一个工况模式进行测试，其次选择并设置要测试的船舶的类型及相应的参数，建立精确的船舶运动数学模型，然后搭建六种测试场景，在每种场景下进行测试，当执行其中某一测试场景出现安全问题时，***自动结束测试。

图6为本发明一实施例中提供的仿真测试***的一种组成示意图，如图6所示，该***包括测试工况选择模块601、船舶信息设置模块602、测试环境设置模块603、拖船设置模块604、三维场景显示模块610、自动离泊算法导入模块606、待测算法选择模块607、数据库模块605、测试结果显示模块609、数据存储模块611、测试起止模块608及回放模块612。仿真测试的过程为：先是通过测试工况选择模块601进行工况选择，一般是从普通工况开始，然后是故障工况和突发工况；确定工况后，通过船舶信息设置模块602、测试环境设置模块603和拖船设置模块604设置相应的参数；基于数据库模块605中的船舶运动数学模型数据库、拖船阻力数据库和待测算法数据库构建测试用数据库，然后通过自动离泊算法导入模块606导入算法，这样，待测算法选择模块607就可以根据选择的工况模式从所述待测算法数据库中选择相应的测试算法。通过测试起止模块608启动测试的开始，并将测试评价结果通过测试结果显示模块609进行显示，并通过三维场景显示模块610对测试场景进行三维显示和测试过程进行三维显示。测试评价结果还通过数据存储模块611进行存储，便于后续根据需要通过回放模块612实现调取、显示以及回放等功能。

以下以图6所示***为例，图7为本发明另一实施例中依靠该***进行仿真测试的方法步骤流程图，具体如下：

S71：设置好船舶运动数学模型和6种测试场景的参数，并利用三维场景显示模块对设置好的船舶三维模型及测试场景进行展示。

S72：首先选择普通工况，将待测算法导入，点击开始，则测试算法根据设置的周围环境的参数(包括风浪流参数、能见度参数、交通环境参数等)对是否能够达到离泊条件进行判断，当判断可以进行离泊时，计算离泊方式及相应离泊操作指令，船舶数学模型根据离泊指令计算船舶下一步的位置和状态，并将计算的数据进行存储。

S73：当第一种测试场景安全完成测试之后，测试程序自动切换第二种测试场景，并进行测试，直到按照顺序完成6种测试场景。

该步骤中的测试场景包括6种测试场景，分别为：

无风浪，天气情况良好，交通顺畅的理想场景；

无风浪，天气情况良好，交通拥挤的场景；

无风浪，天气恶劣，交通顺畅的场景；

无风浪，天气恶劣，交通拥挤的场景；

极限风浪，天气恶劣，交通顺畅的场景；

极限风浪，天气恶劣，交通拥挤的场景。

在一种工况模式下，通过场景切换子模块进行6种测试场景的切换，具体为：

在选择的工况模式下，按照选择的测试算法从6种测试场景中的第1个测试场景开始，根据第1个测试场景的环境参数判断是否达到离泊条件，如果达到离泊条件，则确定离泊方式并产生相应的离泊操作指令，所述船舶运动数学模型根据所述离泊操作指令产生船舶下一步的位置和状态，并自动切换到第2个测试场景，以此重复，直到所述6种测试场景全部测试完成。

S74：完成普通工况模式下的6种测试工况后，根据测试评价结果判断是否可以进行下一步工况的测试，判断条件为：

A＝w₁c₁+…+w₆c₆

A为测试评价结果，w_i为6种测试场景的权重，c_i为6种测试场景对应的测试评价结果，i＝6。

在本发明的一种示例性实施例中，所述工况模式包括普通工况模式、故障工况模式和突发工况模式，所述工况测试顺序为普通工况测试、故障工况测试和突发工况测试，所述预设条件为测试评价结果大于或等于75，即当普通工况模式下A≥75时，则判断可以进行下一步工况的测试。

S75：利用已经搭建好的船舶数学模型及6种测试场景，开展第二阶段故障工况测试。

在本发明的一种示例性实施例中，故障工况模式下包括三种故障模式，分别为：推进器故障、系泊缆绳故障和拖船故障。其中推进器故障包括首侧推故障、主推故障以及首侧推故障和主推故障同时发生三种故障类型；系泊缆绳故障包括艏缆状态故障和尾缆状态故障两种故障类型。拖船故障包括拖船数量不足和拖船拉力故障两种故障类型。

在本发明的一种示例性实施例中，在故障工况模式下，还包括：识别故障类型。具体的识别过程包括：首先，在故障测试中接收离泊操作命令后，获取船舶的各设备响应所述离泊操作命令后的实际行动参数；然后，将各个设备的所述实际行动参数与相应的离泊操作命令进行对比，确定故障发生的部位，并根据故障发生的部位确定故障类型。例如，在测试中当下达离泊操作命令后，各个设备得到命令后的行动参数会反馈给测试算法，测试算法将下达的命令与反馈的设备真实行动参数进行对比，当误差超过某一设定阈值时，则判断为该设备故障，测试算法应该调整离泊计划，重新制定离泊命令。针对这三种故障模式，分别按顺序执行建立好的六种测试场景测试，并当执行其中某一场景出现安全问题时，***自动结束测试工作，并保存相应数据。修改完的算法要从第一个工况重新执行测试程序。

因此，进行故障工况测试的步骤如下：

第一步，选择不同的故障工况，选择完故障工况之后，船舶数学模型会随故障工况的不同进行相应的变化，使船舶数学模型满足该故障下测试的要求；

第二步，选择算法后点击开始，则测试算法根据设置的周围环境的参数(包括风浪流参数、能见度参数、交通环境参数等)对是否能够达到离泊条件进行判断，当判断可以进行离泊时，计算离泊方式及相应离泊操作指令，船舶数学模型根据离泊指令计算船舶下一步的位置和状态，并将计算的数据进行存储。

第三步，在故障工况模式下，当第一种测试场景安全完成测试之后，测试程序自动切换第二种测试场景，并进行测试，知道按照顺序完成6种测试场景。

第四步，切换故障工况，进行测试。

在本发明的一种示例性实施例中，根据测试评价结果判断是否可以进行下一步工况的测试，判断条件为：B_i≥75，B_i为某一故障工况下综合的测试评价结果，计算公式同上述A。

在本发明的一种示例性实施例中，当所有故障工况的测试评价结果B_i均满足该阈值时，则进行第三阶段的测试。

S76：利用已经搭建好的船舶数学模型及6种测试场景，开展第三阶段突发工况测试。

在本发明的一种示例性实施例中，突发工况模式下包括突发故障测试和突发碰撞危险测试；其中所述突发故障测试包括推进器突发故障测试、缆绳突然断裂测试、拖船拉力突变测试；突发碰撞危险测试包括船只突然闯入测试。

因此，进行突发工况测试的步骤如下：

第一步，选择不同的突发工况，选择完突发工况之后，船舶数学模型会随故障工况的不同进行相应的变化，使船舶数学模型满足该故障下测试的要求；

第二步，选择算法后点击开始，则测试算法根据设置的周围环境的参数(包括风浪流参数、能见度参数、交通环境参数等)对是否能够达到离泊条件进行判断，当判断可以进行离泊时，计算离泊方式及相应离泊操作指令，当测试程序检测到有离泊操作命令信号变化时，测试程序自动执行突发工况，数学模型会根据突发工况对应的故障自动变化，变化后的船舶数学模型根据离泊指令计算船舶下一步的位置和状态，并将计算的数据进行存储。

第三步，在突发工况模式下，当第一种测试场景安全完成测试之后，测试程序自动切换第二种测试场景，并进行测试，知道按照顺序完成6种测试场景。

第四步，切换突发工况，进行测试，测试结束后得到各工况的测试评价结果。

需要说明的是，针对不同的突发状况测试工况分别按顺序执行建立好的六种测试场景测试，并当执行其中某一场景出现安全问题时，***自动结束测试工作，并保存相应数据。修改完的算法要从第一个工况重新执行测试程序。

S77：测试过程中得到的数据实时存入数据存储模块。

S78：每个工况模式下测试工程结束后，如果测试数据完整无中断，自动加载测试评价单元对测试结果进行评价，并得到测试评价结果。

综上所述，采用本发明实施例提供的智能船舶自动离泊功能的仿真测试***及方法，通过对仿真测试中工况测试顺序以及在每种工况测试下不同场景的参数进行设置，按照由易到难的测试顺序进行仿真测试，能够无遗漏地进行全部工况的测试，简单明了，避免测试过程中测试工况的不全面导致能力评价不准确，可以对自动离泊能力进行全面的测试；另一方面，在不同工况模式下的多种测试场景能够通用，简化操作步骤，可以在很大程度上节省测试过程的准备时间，提高测试效率，还可以避免环境问题带来的误差，保证测试的准确性。另外，在每种工况模式下测试场景是自动加载并执行的，能够提高测试的效率，简化操作步骤，节省操作时间，提高运行效率。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本发明实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、触控终端、或者网络设备等)执行根据本发明实施方式的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种智能船舶自动离泊功能的仿真测试***，其特征在于，其包括：

数据设置子***，用于对工况测试顺序以及对工况测试时不同场景下的参数进行设置；

测试执行子***，用于按照设置的工况测试顺序、不同的测试场景及船舶运动数学模型进行测试以及对测试的工况模式和测试场景的自动切换进行控制，得到测试评价结果；

结果显示子***，用于将测试执行过程中的测试场景、测试过程进行三维显示，将所述测试评价结果进行显示；

其中所述测试执行子***包括：

数据库模块，包括船舶运动数学模型数据库、拖船阻力数据库和待测算法数据库；

算法导入模块，用于将船舶自动离泊过程中的数学算法导入到所述待测算法数据库中；

算法选择模块，用于根据选择的工况模式从所述待测算法数据库中选择相应的测试算法。

2.如权利要求1所述的智能船舶自动离泊功能的仿真测试***，其特征在于，所述数据设置子***中包括：

工况选择模块，用于根据测试环境和预设规则设置不同工况的测试顺序，根据所述测试顺序选择相应的工况模式；

测试环境设置模块，用于在选择的工况模式下设置测试环境的参数；

船舶信息设置模块，用于在选择的工况模式下设置船舶信息的参数；

拖船设置模块，用于在选择的工况模式下设置拖船的参数；

所述结果显示子***包括：

三维场景显示模块，用于对测试场景、测试过程进行三维显示；

测试结果显示模块，用于对所述测试评价结果进行显示。

3.如权利要求2所述的智能船舶自动离泊功能的仿真测试***，其特征在于，所述测试执行子***还包括：

测试起止模块，包括场景切换子模块和工况切换子模块，用于对不同的测试工况中切换时，在选择的工况模式下通过所述场景切换子模块对不同测试场景按照预设顺序自动切换进行测试，当选择的工况模式下的全部测试场景完成测试后，通过所述工况切换子模块根据所述测试评价结果是否满足预设条件，如果满足预设条件则切换到下一个工况模式进行测试。

4.如权利要求3所述的智能船舶自动离泊功能的仿真测试***，其特征在于，所述测试环境设置模块，用于对气象环境、水文环境和港口条件进行设置；

所述测试场景包括6种测试场景，分别为：

无风浪，天气情况良好，交通顺畅的理想场景；

无风浪，天气情况良好，交通拥挤的场景；

无风浪，天气恶劣，交通顺畅的场景；

无风浪，天气恶劣，交通拥挤的场景；

极限风浪，天气恶劣，交通顺畅的场景；

极限风浪，天气恶劣，交通拥挤的场景；

所述场景切换子模块用于：

在选择的工况模式下，按照选择的测试算法从6种测试场景中的第1个测试场景开始，根据第1个测试场景的环境参数判断是否达到离泊条件，如果达到离泊条件，则确定离泊方式并产生相应的离泊操作指令，所述船舶运动数学模型根据所述离泊操作指令产生船舶下一步的位置和状态，并自动切换到第2个测试场景，以此重复，直到所述6种测试场景全部测试完成。

5.如权利要求3所述的智能船舶自动离泊功能的仿真测试***，其特征在于，所述工况选择模块包括：

正常工况测试单元，用于模拟所有的离泊相关设备都正常工作的情况下的测试；

故障工况测试单元，用于模拟一离泊相关设备故障情况下的测试；

突发工况测试单元，用于模拟一离泊相关设备在离泊过程中出现突发故障情况下的测试；

所述工况模式包括普通工况模式、故障工况模式和突发工况模式，所述工况测试顺序为普通工况测试、故障工况测试和突发工况测试；

所述预设条件为测试评价结果大于或等于75。

6.如权利要求3所述的智能船舶自动离泊功能的仿真测试***，其特征在于，当选择的工况模式下的全部测试场景完成测试后，所述测试评价结果的计算公式为：

A＝w₁c₁+…+w₆c₆

其中A为测试评价结果，w_i为6种测试场景的权重，c_i为6种测试场景下对应的测试评价结果，i＝6。

7.如权利要求5所述的智能船舶自动离泊功能的仿真测试***，其特征在于，在故障工况模式下，还包括：

识别故障类型，具体包括：

在故障测试中接收离泊操作命令后，获取船舶的各设备响应所述离泊操作命令后的实际行动参数；

将各个设备的所述实际行动参数与相应的离泊操作命令进行对比，确定故障发生的部位，并根据故障发生的部位确定故障类型。

8.如权利要求7所述的智能船舶自动离泊功能的仿真测试***，其特征在于，故障工况模式下包括三种故障模式，分别为：推进器故障、系泊缆绳故障和拖船故障；

推进器故障包括首侧推故障、主推故障以及首侧推故障和主推故障同时发生三种故障类型；

系泊缆绳故障包括艏缆状态故障和尾缆状态故障两种故障类型；

拖船故障包括拖船数量不足和拖船拉力故障两种故障类型。

9.如权利要求8所述的智能船舶自动离泊功能的仿真测试***，其特征在于，突发工况模式下包括突发故障测试和突发碰撞危险测试；

其中所述突发故障测试包括推进器突发故障测试、缆绳突然断裂测试、拖船拉力突变测试：

突发碰撞危险测试包括船只突然闯入测试。

10.一种智能船舶自动离泊功能的仿真测试方法，其特征在于，其包括：

对工况测试顺序以及对工况测试时不同场景下的参数进行设置；

按照设置的工况测试顺序、不同测试场景及船舶运动数学模型结合进行测试以及对测试的工况模式和测试场景的自动切换进行控制，得到测试评价结果；

将测试执行过程中的测试场景、测试过程进行三维显示，将所述测试评价结果进行显示；

其中测试过程中还包括：

将船舶自动离泊过程中的数学算法导入到待测算法数据库中；

根据选择的工况模式从所述待测算法数据库中选择相应的测试算法。

Images