CN113934159A - 一种无人船可靠性测试环境模型构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种无人船可靠性测试环境模型构建方法，包括：建立无人船的模型；分析环境要素对无人船的影响，并进行敏感环境因素分析；构建无人船虚拟测试环境平台，以基于所述无人船的模型和对所述敏感环境因素的分析结果，模拟无人船和运行的相关海洋环境；构建无人船可靠性测试环境模型。其综合了虚拟测试和实船测试的优点，设计的测试***可针对不同自主航行能力的无人水面艇进行分层测试，在每一层测试中，均采取基于场景测试和基于任务测试的思路，既保证了测试的多样性、快速性和安全性，又保证了测试结果的科学性，且使得整个测试过程有了安全保证，测试结果也更具有真实性。
Description
技术领域
本发明涉及无人船可靠性测试技术领域，特别涉及一种无人船可靠性测试环境模型构建方法。
背景技术
21世纪以来，全球海洋经济快速发展，海洋科技驱动日益强劲，海洋开发装备呈现高质量发展趋势。随着云计算、大数据、人工智能等新一轮信息技术在各领域的深入应用，智慧海洋成为实施海洋强国战略的又一角逐“高地”。以智能船舶、无人水面艇(USV)、无人水下潜航器(UUV)等为代表的海洋无人***智能装备在执行反潜、反水雷、远距离无人自主布雷、监视、跟踪等军事任务和开展海洋资源勘探、无人岛礁值守和监控、水下作业等深海作业方面正发挥着重要的作用。因此，亟待对海洋无人***智能装备产业现状进行梳理，从而为政策规划制定、财政资金投入及企业技术研发提供重要依据及方向。
然而，由于无人船通常设计精密，内部存在大量传感器和精密元件，成本高昂，通常需要搭建一套完善而封闭的测试环境，模拟无人设备在工作过程中遇到的各种可能情况。因此，无人船测试环境设计成为了无人设备从研发到落地的重要一环。
无人水面艇是涉及到船艇设计、控制、流体力学等多学科的智能装备。无人水面艇的研究不仅具有理论意义，而且具备极强的工程价值。在无人水面艇的开发过程中，对无人船的测试尤为重要，是决定无人船能否有效应用的最后一道关卡。目前，无人船测试***主要由纯实物仿真***和纯数字仿真***两部分组成，他们具有各自优势，纯实物仿真更贴近实际，获取的数据更加真实，但是，受环境等因素影响较大，不能随时展开实验。纯数字仿真优势在于其灵活性，但是在仿真过程中不能充分考虑细节信息，获取的结果可靠度较低。因此，如何既有效，又便宜的对无人船进行测试是目前研究的热点和一大难题。
无人船的测试***主要可分为软件仿真测试和测试场实物测试。软件仿真测试利用***建模技术可以对无人船各个部分做局部测试。测试场实物测试则是对无人船整体进行***测试。一般会设置多个科目，对无人船的动力、机动能力、可靠性和避碰功能等一系列功能进行测试，得到最终的整体测试成绩。
发明内容
本发明实施例提供了一种能够保证测试的安全性以及准确性，且使测试结果具有真实性的无人船可靠性测试环境模型构建方法。
本发明实施例提供一种无人船可靠性测试环境模型构建方法，包括：
建立无人船的模型；
分析环境要素对无人船的影响，并进行敏感环境因素分析；
构建无人船虚拟测试环境平台，以基于所述无人船的模型和对所述敏感环境因素的分析结果，模拟无人船和运行的相关海洋环境；
构建无人船可靠性测试环境模型。
在本发明的一些实施例中，所述建立无人船的模型，包括：
设定无人船的数学简化模型为：
式中，M、C(v)、D(v)分别表示惯性矩阵、科罗拉力矩阵以及阻尼矩阵；τ、τd分别为舵角产生的力矩以及海洋环境扰动产生的力和力矩；
其中，所述舵的模型为：
式中，各系数按照国际拖曳水池会议(ITTC)标准；
推进器的模型为：
式中：n表示螺旋桨的转速，CT、a为常数，Td、T分别为期望与实际推力；
无人船艇体上的流体动力和力矩的模型的公式如下：
式中，下标为I的表示为惯性类流体动力，下标为H表示为粘性类流体动力；
若无人船做变速运动，则产生的36个附加质量可表示为：
根据势流理论的知识，可得：
mij为附加的惯性矩阵，且其中，mij＝mji，能够变换为如下方阵：
式中，方阵中别的非零项是附加质量静矩；
在没有边界的理想流体中，无人船能够作***，流体扰动运动的动能表示为：
式中，v1＝u,v2＝v,v3＝w,v4＝p,v5＝q,v6＝r；
根据上式，可得：
由于流体扰动的运动的动量Hi与动能T之间的关系为：
将上式带入整理，得到流体动量、动量矩在随艇附体坐标系内的投影如下：
在本发明的一些实施例中，所述环境要素包括地理环境和水文环境，其中，若为水下海洋环境，则所述地理环境至少包括海底地形和障碍物，所述水文环境至少包括海流、潮流、潮汐、内波、跃层、透明度、海水温度、海水密度、盐度和声速。
在本发明的一些实施例中，所述进行敏感环境因素分析，包括：
采用A*算法，A*算法函数形式为：
f(n)＝g(n)+h(n)
式中：n是已经待扩展节点，g(n)是实际惩罚，h(n)表示需要估计惩罚，f(n)就表示从起点经由点n到达目标点的最小惩罚路径的估计值；
基于要求无人船根据地形进行回避，使航行受到的海洋威胁度最小且保证有足够能量完成全部使命的原则，则实际代价函数为：
g(ni,nj)＝α1Tk(ni,nj)+α2Dis(ni,nj)+α3Hig(ni,nj)
式中：Tk(ni，nj)表示平均威胁的强度，Dis(ni，nj)表示航路的距离，Hig(ni，nj)表示平均航行的高度，α1、α2、α3表示权值系数，且均大于0。
在本发明的一些实施例中，所述无人船虚拟测试环境平台包括无人船本体、岸基的操作平台、载体的模拟仿真计算机和环境模拟仿真计算机：
所述无人船本体包括船壁，且船上设有能够进行自动驾驶的计算机，导航传感器单元，执行机构单元和观测设备单元；
其中，所述能够进行自动驾驶的计算机与所述岸基的操作平台、所述载体的模拟仿真计算机以及所述环境模拟仿真计算机通信连接。
在本发明的一些实施例中，所述载体的模拟仿真计算机的相关仿真信息与所述无人船的舵的模型、所述推进器的模型和所述流体动力和力矩的模型匹配，以能够计算确定无人船的运行过程之间的相关位置和相关姿态。
在本发明的一些实施例中，所述无人船虚拟测试环境平台能够通过海洋环境模拟计算机设置人机界面，以实现地理环境和水文环境的模拟。
在本发明的一些实施例中，所述构建无人船可靠性测试环境模型，包括：
虚拟测试部分，其用以分别对无人船和测试环境进行模拟仿真；
虚拟结合实船测试部分，其用以基于所述虚拟测试部分的模拟仿真，采用实际无人船和测试水域，结合模拟仿真的测试环境进行实时交互；
实船测试部分，其用以基于实际无人船和实际测试环境对无人船进行测试。
本发明实施例提供的无人船可靠性测试环境模型构建方法，具有以下优点：其综合了虚拟测试和实船测试的优点，设计的测试***可针对不同自主航行能力的无人水面艇进行分层测试，在每一层测试中，均采取基于场景测试和基于任务测试的思路，既保证了测试的多样性、快速性和安全性，又保证了测试结果的科学性，且使得整个测试过程有了安全保证，测试结果也更具有真实性。
附图说明
图1为本发明实施例的无人船可靠性测试环境模型构建方法中无人船虚拟环境组成的示意图；
图2为本发明实施例的无人船可靠性测试环境模型构建方法中无人船可靠性测试环境的结构的示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员能够更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
在本说明书中可使用词组“在一种实施例中”、“在另一实施例中”、“在又一实施例中”、“在一实施例中”、“在一些实施例中”或“在其它实施例中”，均可指代根据本发明的相同或不同实施例中的一个或多个。
此后参照附图描述本发明的具体实施例；然而，应当理解，所发明的实施例仅仅是本发明的实施例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详尽描述以根据用户的历史的操作，判明真实的意图，避免不必要或多余的细节使得本发明模糊不清。因此，本发明的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样性地使用本发明。
本发明实施例提供了一种无人船可靠性测试环境模型构建方法，包括：
建立无人船的模型；
分析环境要素对无人船的影响，并进行敏感环境因素分析；
构建无人船虚拟测试环境平台，以基于所述无人船的模型和对所述敏感环境因素的分析结果，模拟无人船和运行的相关海洋环境；
构建无人船可靠性测试环境模型。
在本实施例中，所述建立无人船的模型，包括：
以典型的无人船作为研究对象，设定无人船的数学简化模型为：
式中，M、C(v)、D(v)分别表示惯性矩阵、科罗拉力矩阵以及阻尼矩阵；τ、τd分别为舵角产生的力矩以及海洋环境扰动产生的力和力矩；
其中，舵对航行器航行运动所产生的力和力矩是很复杂的，通常情况下无人船的舵作用力，只考虑舵产生的阻力、力矩和升力。同时忽略他们之间的耦合作用影响。所述舵的模型为：
式中，各系数按照国际拖曳水池会议(ITTC)标准；
推进器的模型为：
式中：n表示螺旋桨的转速，CT、a为常数，Td、T分别为期望与实际推力；
无人船艇体上的流体动力和力矩按照力的成因可划分为两类，一类是惯性类流体动力和力矩、粘性类流体动力和力矩。
具体地，无人船艇体上的流体动力和力矩的模型的公式如下：
式中，下标为I的表示为惯性类流体动力，下标为H表示为粘性类流体动力；
当无人船可以在理想流体中不做均速的运动时，周围的流体介质将迫使艇体随之作变速运动，这时候流体一定会对艇体施加一个反向的作用力，称为惯性类流体动力。
若无人船做变速运动，则产生的36个附加质量可表示为：
根据势流理论的知识，可得：
mij为附加的惯性矩阵，为6阶的方阵，
表达了无人船的单位加速度i沿方向的平行移动或绕i方向的各种转动时，在j方向的流体相关的惯性力，流体惯性力的大小与艇体运动的加速度形成正比关系，其方向和无人船加速度的方向总是相反的。mij只由无人船的外貌和坐标轴的选择，和无人船的其他运动状况是没有关系的。
且可以证明，其中，mij＝mji，即mij为对称阵，相比于水面的无人船，有对称平面即中纵剖面xoz平面，所以，当船舶以平行于对称面做运动时，就是沿ox轴平行运动或绕oy轴转动，那么艇体所处的周围的相关流场均是对称于xoz平面的，这时候，流体压力对于艇体所受的也是对称的，所以流体的动力的合力在oy轴上的投影距离也是零，力对ox、oz轴的力矩也为零，故存在如下情况：
沿ox轴移动则有：m12＝m14＝m16＝0，沿oy轴移动则有：m32＝m34＝m36＝0，沿oz轴移动则有：m52＝m54＝m56＝0。因此，能够变换为如下方阵：
式中，方阵中别的非零项是附加质量静矩；
从这个角度来理解，因为无人船的相关运动带动了所处的周围流体也运动，那么这股流体的相关质量或惯性矩就是由mij计算得出，这是mij为什么被如此称为无人船运动的附加质量和附加惯性矩的原因所在。
在没有边界的理想流体中，无人船能够作***，流体扰动运动的动能表示为：
式中，v1＝u,v2＝v,v3＝w,v4＝p,v5＝q,v6＝r；
根据上式，可得：
由于流体扰动的运动的动量Hi与动能T之间的关系为：
将上式带入整理，得到流体动量、动量矩在随艇附体坐标系内的投影如下：
进一步地，在本实施例中，所述环境要素包括地理环境和水文环境，除了在水面上执行任务的无人船外，水下无人船也是无人船应用的重要分支，水下海洋环境更加复杂，需要考虑的环境因素也更加繁杂，其中，若为水下海洋环境，则所述地理环境至少包括海底地形和障碍物，构成了水下航行器航行的下边界，所述水文环境至少包括海流、潮流、潮汐、内波、跃层、透明度、海水温度、海水密度、盐度和声速，它们会影响无人船的航行安全和隐蔽性。通过分析海流、透明度、跃层和内波等主要海洋环境因素的成因和影响，更好地利用海洋环境有利的因素规划无人船的航路，避开或减少不利的因素。增强无人船在复杂海洋环境下的综合能力。
进一步地，在分析环境要素对无人船的影响的基础上，进行敏感环境因素分析，包括：
环境要素作为海洋情况下无人船不可避免的影响因素，无人船在海洋任务过程，由于任务规划不同，所需要设置不同参数,具体可以参见表1所示。
表1环境因素在各任务中参考威胁权重
| 因素 | 近岸巡逻 | 海底搜索 | 港口侦察 | 物资转运 |
| 海流 | 9 | 6 | 8 | 9 |
| 透明度 | 6 | 7 | 9 | 3 |
| 跃层 | 7 | 9 | 7 | 5 |
| 内波 | 8 | 8 | 6 | 4 |
| 温度 | 2 | 1 | 3 | 8 |
| 湿度 | 1 | 2 | 2 | 3 |
| 盐雾 | 3 | 3 | 1 | 2 |
| 颠震 | 5 | 4 | 5 | 7 |
| 振动 | 4 | 5 | 4 | 6 |
采用A*算法，A*算法函数形式为：
f(n)＝g(n)+h(n)
式中：n是已经待扩展节点，g(n)是实际惩罚，h(n)表示需要估计惩罚，f(n)就表示从起点经由点n到达目标点的最小惩罚路径的估计值；
不同的使命任务则是要求无人船能够根据地形的不同情况进行回避，使航行器所受到的海洋威胁度最小，并保证有足够的能量完成全部使命。因此代价函数要考虑威胁、地形障碍等因素，同时还要尽量缩短航程，减少航行时间，则实际代价函数为：
g(ni,nj)＝α1Tk(ni,nj)+α2Dis(ni,nj)+α3Hig(ni,nj)
式中：Tk(ni，nj)表示平均威胁的强度，Dis(ni，nj)表示航路的距离，Hig(ni，nj)表示平均航行的高度，α1、α2、α3表示权值系数，且均大于0。
进一步地，在本实施例中，在构建无人船虚拟测试环境平台时，无人船虚拟测试环境平台整体组成如下图1所示，包括无人船本体、岸基的操作平台、载体的模拟仿真计算机和环境模拟仿真计算机；无人船本体包括船壁，船壳上设有能够进行自动驾驶的计算机和导航传感器单元，也同样带有执行机构的各种各样的单元和具体的观测设备单元；
其中，所述能够进行自动驾驶的计算机与所述岸基的操作平台、所述载体的模拟仿真计算机以及所述环境模拟仿真计算机通信连接。具体地，自动驾驶的计算机连接着岸基的手动操作平台和载体的模拟仿真计算机以及环境模拟仿真计算机；通过硬件接口相连的自动驾驶的计算机与载体的模拟仿真计算机；载体的模拟仿真计算机和环境模拟仿真计算机经过高速通信网络组合连接，环境模拟仿真计算机也有显示的设备。
岸基操作的各个平台均包含着监控计算机设备，监控计算机设备有通信接口、水面操作台以及水面导航设备单元，而且通信接口连接自动驾驶的计算机。
载体的模拟仿真计算机上装有各种板块，自动驾驶的计算机和载体的模拟仿真计算机配设有一样的板块；载体的模拟仿真计算机与自动驾驶的计算机的A/D转换板相连接，载体的模拟仿真计算机与自动驾驶的计算机的D/A转换板相连接，载体的模拟仿真计算机与自动驾驶的计算机的DI输入板相连接，载体仿真计算机与自动驾驶计算机的DO输出板同样相连接。
在本实施例中，所述载体的模拟仿真计算机的相关仿真信息与所述无人船的舵的模型、所述推进器的模型和所述流体动力和力矩的模型匹配，以能够计算确定无人船的运行过程之间的相关位置和相关姿态。具体地，载体的模拟仿真计算机的相关仿真信息(如，相关软件配置信息等)可以通过计算相关信息使无人船的动力学和流体动力学模型相一致，从而计算得到无人船的运行过程之间的相关位置和相关姿态。无人船上的各种各样的传感器和设备可以用仿真技术达到，例如实现虚拟多普勒计程仪和虚拟光纤陀螺的罗盘，模拟漏水的传感器，模拟温盐仪传感器等。以上所述的环境模拟仿真计算机连接的显示设备均为3D显示设备的种类。
进一步地，在本实施例中，所述无人船虚拟测试环境平台能够通过海洋环境模拟计算机设置人机界面，以实现地理环境和水文环境的模拟。具体地，平台可以通过模拟仿真等方法用于模拟无人船本体以及其他运行的相关海洋的环境，进而可以通过模拟海洋不同环境下各种相关试验的研究，从而对无人船来进行各种各样的相关控制算法实验，以使得相关控制是不具有任何风险。
测试平台的实际无人船的自动驾驶的计算机和进行模拟仿真时无人船的自动驾驶的计算机软硬件的相关配置是相同的，所以，可以在仿真的平台上进行实验成功的各种***能直接用在各种实际的无人船中。
测试平台中可以通过海洋环境模拟计算机来设置人机界面实现多种环境的参数如流、浪或各种各样的障碍物，经过这些灵活的相关设置方式也可以实现模拟各种各样可能会偶尔遇到的海洋环境。
***的结构能实现扩展，例如无人船可能会用到声学相关设备，环境相关观测设备等，经过电脑可以进行数字化的相关仿真，通过网络可以传送到相关的自动驾驶计算机，来实现环境模拟的计算机从而进行各种各样的显示。
此外，在本实施例中，所述构建无人船可靠性测试环境模型，包括：
虚拟测试部分，其用以分别对无人船和测试环境进行模拟仿真；
虚拟结合实船测试部分，其用以基于所述虚拟测试部分的模拟仿真，采用实际无人船和测试水域，结合模拟仿真的测试环境进行实时交互；
实船测试部分，其用以基于实际无人船和实际测试环境对无人船进行测试。
具体地，无人水面艇测试技术分为虚拟测试、实船测试和实虚拟-实船测试三部分。虚拟测试是以虚拟场景和虚拟船舶为基础，通过对现实环境的模拟构建出与之相对应的虚拟场景，借助虚拟场景进行各种复杂的计算实验，以真实无人水面艇的航行数据为依据建模，在虚拟场景中可验证无人水面艇自主航行感知、控制、规划和避碰算法的有效性，并可对虚拟场景和测试任务参数进行配置。虚拟-实船联合测试属于“硬件在环，人员监督”，以虚拟场景和真实船舶为测试基础，通过中近距离通信链路实现测试平台与测试无人水面艇间的实时通信，将虚拟环境信息在测试平台与测试船舶之间进行交互，可测试包括无人水面艇软件、硬件、信息处理能力、通信能力等在内的无人水面艇自主航行能力。以海上实际场景中的实际船舶为基础，无人水面艇处于完全真实的自然环境中进行实际测试，该部分测试是在第一部分和第二部分测试结果取得较好结果的基础上进行，确保实际海上测试的安全，是对无人水面艇自主航行能力最高层次的考核，改综合测试包括无人水面艇软硬件、海上自然环境、交通环境，通过三部分阶梯式测试之间的层层递进，分方向、分区域、分功能地对无人水面艇的自主航行能力进行测试，从而使得无人水面艇自主航行的测试更加全面、丰富、快速和安全。
本发明设计的无人船可靠性测试环境模型综合了虚拟测试和实船测试的优点，设计的测试***可针对不同自主航行能力的无人水面艇进行分层测试，在每一层测试中，均采取基于场景测试和基于任务测试的思路，既保证了测试的多样性、快速性和安全性，又保证了测试结果的科学性，其总体结构如图2所示。
虚拟测试部分分别对无人水面艇和测试场景进行了软件化定义，在该测试中，无人水面艇和场景中的物理模型均为可视化三维虚拟模型。将自然环境中的航行场景数据经过反复迭代、复现、测试、筛选，选择典型测试场景，测试过程中可增加危险出现的概率，缩短测试周期，从而达到测试加速的目的。该部分进行的测试也仅限于无人水面艇软件部分，测试成本低，测试场景呈现多元化，测试***不受外界条件限制。
虚拟-实船测试部分是在虚拟测试的基础上进一步考虑了无人水面艇海上航行的实际性。在虚拟的环境下无法精确模拟出实际的无人水面艇航行海上环境，在该测试部分运用虚拟部分的场景模型和海上开敞测试场相结合的方式，实际物理无人水面艇与虚拟航行场景部分实时交互，为无人水面艇自主航行的可靠性测试提供支持。该部分测试是在无人水面艇算法正确的情况下更进一步的海上测试，避免了无人水面艇自适应测试过程中只注重理论研究的缺陷。虚拟部分包括无人水面艇和航行环境的软件化定义，实船部分包含实际物理无人水面艇和海上测试水域，二者即平行***中的实际***和人工***，测试过程中，二者的实时交互实现了对软件和硬件的实时、动态测试。该部分克服了虚拟测试的片面性，缩短了测试周期，测试中兼顾了软件部分和硬件部分。
实船测试部分为无人水面艇海上测试场测试，其中无人水面艇和海上环境均为现实物理实体，是无人水面艇自适应测试的关键环节。无人水面艇在虚拟测试部分和虚拟现实测试部分测试完成后，其自主航行能力有了一定的保证；然后，再进行海上实船测试，其测试过程有了安全保证，其测试结果也更具有真实性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种无人船可靠性测试环境模型构建方法，其特征在于，包括：
建立无人船的模型；
分析环境要素对无人船的影响，并进行敏感环境因素分析；
构建无人船虚拟测试环境平台，以基于所述无人船的模型和对所述敏感环境因素的分析结果，模拟无人船和运行的相关海洋环境；
构建无人船可靠性测试环境模型。
2.根据权利要求1所述的无人船可靠性测试环境模型构建方法，其特征在于，所述建立无人船的模型，包括：
设定无人船的数学简化模型为：
式中，M、C(v)、D(v)分别表示惯性矩阵、科罗拉力矩阵以及阻尼矩阵；τ、τd分别为舵角产生的力矩以及海洋环境扰动产生的力和力矩；
其中，所述舵的模型为：
式中，各系数按照国际拖曳水池会议(ITTC)标准；
推进器的模型为：
式中：n表示螺旋桨的转速，CT、a为常数，Td、T分别为期望与实际推力；
无人船艇体上的流体动力和力矩的模型的公式如下：
式中，下标为I的表示为惯性类流体动力，下标为H表示为粘性类流体动力；
若无人船做变速运动，则产生的36个附加质量可表示为：
根据势流理论的知识，可得：
mij为附加的惯性矩阵，且其中，mij＝mji，能够变换为如下方阵：
式中，方阵中别的非零项是附加质量静矩；
在没有边界的理想流体中，无人船能够作***，流体扰动运动的动能表示为：
式中，v1＝u,v2＝v,v3＝w,v4＝p,v5＝q,v6＝r；
根据上式，可得：
由于流体扰动的运动的动量Hi与动能T之间的关系为：
将上式带入整理，得到流体动量、动量矩在随艇附体坐标系内的投影如下：
3.根据权利要求2所述的无人船可靠性测试环境模型构建方法，其特征在于，
所述环境要素包括地理环境和水文环境，其中，若为水下海洋环境，则所述地理环境至少包括海底地形和障碍物，所述水文环境至少包括海流、潮流、潮汐、内波、跃层、透明度、海水温度、海水密度、盐度和声速。
4.根据权利要求3所述的无人船可靠性测试环境模型构建方法，其特征在于，所述进行敏感环境因素分析，包括：
采用A*算法，A*算法函数形式为：
f(n)＝g(n)+h(n)
式中：n是已经待扩展节点，g(n)是实际惩罚，h(n)表示需要估计惩罚，f(n)就表示从起点经由点n到达目标点的最小惩罚路径的估计值；
基于要求无人船根据地形进行回避，使航行受到的海洋威胁度最小且保证有足够能量完成全部使命的原则，则实际代价函数为：
g(ni,nj)＝α1Tk(ni,nj)+α2Dis(ni,nj)+α3Hig(ni,nj)
式中：Tk(ni，nj)表示平均威胁的强度，Dis(ni，nj)表示航路的距离，Hig(ni，nj)表示平均航行的高度，α1、α2、α3表示权值系数，且均大于0。
5.根据权利要求4所述的无人船可靠性测试环境模型构建方法，其特征在于，所述无人船虚拟测试环境平台包括无人船本体、岸基的操作平台、载体的模拟仿真计算机和环境模拟仿真计算机：
所述无人船本体包括船壁，且船上设有能够进行自动驾驶的计算机，导航传感器单元，执行机构单元和观测设备单元；
其中，所述能够进行自动驾驶的计算机与所述岸基的操作平台、所述载体的模拟仿真计算机以及所述环境模拟仿真计算机通信连接。
6.根据权利要求5所述的无人船可靠性测试环境模型构建方法，其特征在于，
所述载体的模拟仿真计算机的相关仿真信息与所述无人船的舵的模型、所述推进器的模型和所述流体动力和力矩的模型匹配，以能够计算确定无人船的运行过程之间的相关位置和相关姿态。
7.根据权利要求6所述的无人船可靠性测试环境模型构建方法，其特征在于，所述无人船虚拟测试环境平台能够通过海洋环境模拟计算机设置人机界面，以实现地理环境和水文环境的模拟。
8.根据权利要求7所述的无人船可靠性测试环境模型构建方法，其特征在于，所述构建无人船可靠性测试环境模型，包括：
虚拟测试部分，其用以分别对无人船和测试环境进行模拟仿真；
虚拟结合实船测试部分，其用以基于所述虚拟测试部分的模拟仿真，采用实际无人船和测试水域，结合模拟仿真的测试环境进行实时交互；
实船测试部分，其用以基于实际无人船和实际测试环境对无人船进行测试。
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