CN111240225A - 一种智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

一种智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试系统及方法

技术领域

本发明涉及智能船舶感知模块评估技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决上述问题，本发明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，本发明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|<t_0.025(n-1)，则确定2组测试结果之间不存在显著差异；如果|t|≥t_0.025(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<Z_0.025，则2组测试结果之间不存在显著性差异，如果Z≥Z_0.025，则2组测试结果之间存在显著性差异，其中，

S05，对于不存在显著性差异的测试结果，确定各指标的实测数据α₁和理想数据α₀之间的误差率

提示对误差率大于误差阈值的指标所指内容进行关注和改进；对于存在显著性差异的测试结果，提示对其进行全面性的改进。

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案还包括：

一种智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试方法，所述方法包括：

通过船舶类型选择模块设置船舶类型及船舶参数；

通过数学模型计算模块，基于船舶类型选择模块中的参数设置生成船舶运动数学模型，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；

通过测试模式选择模块选择测试模式及循迹测试路径；

通过测试环境选择模块选择测试环境并进行环境参数设置；

通过测试场景显示模块显示测试场景及测试船舶的航向、航速、自身状态及相关的环境三维可视信息，并显示测试过程中船舶的实时运动状态；

通过循迹算法导入模块将待测循迹算法通过动态链接库的形式导入待测算法数据库模块；

通过循迹算法导入模块选待测循迹算法；

通过测试起止模块控制测试过程的起止；

测试过程中的实时数据及测试结束后的统计数据由测试结果显示模块实时显示在界面上；

测试结束后运用评价模块对测试过程及测试结果进行评价；

测试过程中的数据及评价数据通过数据存储模块进行存储；

通过测试回放模块对已经结束的测试模块进行测试过程回看；

通过对比模块，对多个测试过程中得到的测试数据进行对比。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：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。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的一种智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试方法的流程示意图。

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。

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。

为了解决上述问题，本发明提出了一种智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试系统及方法，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。

本发明提供的一种智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试系统，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，测试模式为高速循迹模式或低速循迹模式。

测试环境选择模块，用于确定测试环境。

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。

数学模型计算模块，用于基于测试模式，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。

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。

循迹航行算法导入模块，用于导入航行算法。

待测算法数据库模块，用于存储待测的循迹航行算法。

测试结果显示模块，用于显示测试数据及结果。

数据存储模块，用于存储数据。

测试过程起止模块，用于控制测试过程的起止。

回放模块，用于回放测试过程。

评价模块，用于对测试过程和测试结果进行评价。

对比模块，用于对比多个测试过程中得到的测试数据。

1，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。

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。

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。

2，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。

恒定环境循迹能力设置单元，用于设置恒定风、浪、流参数。

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。

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。

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，如xls的文件。

突变环境循迹能力设置单元的最短设置周期为1秒。

3，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。

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。

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。

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。

4，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。

算法导入单元，用于导入待测的循迹航行算法。

算法选择单元，用于从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。

5，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。

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。

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。

6，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。

7，回放模块能够对保存下来的测试过程进行回放再现。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。

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。

多个测试过程回放对比单元能够同时回放多个测试过程，包括多个测试过程中船舶航迹不同颜色显示及多艘船舶的实时姿态显示，还可以对多个测试过程的详细数据以图表的形式进行对比

8，评价模块，用于对测试过程进行安全性、效率性、经济性、生态性的单方面评价及进行循迹功能的综合评价，评价结果分别以蛛网图形式及百分制的数值形式展示。

具体的，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|<t_0.025(n-1)，则确定2组测试结果之间不存在显著差异。如果|t|≥t_0.025(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<Z_0.025，则2组测试结果之间不存在显著性差异，如果Z≥Z_0.025，则2组测试结果之间存在显著性差异，其中，

S05，对于不存在显著性差异的测试结果，确定各指标的实测数据α₁和理想数据α₀之间的误差率

提示对误差率大于误差阈值的指标所指内容进行关注和改进；对于存在显著性差异的测试结果，提示对其进行全面性的改进。

在具体实现时，利用评价模块不仅可以得到待测算法的综合评价分数，还可以生成具体的测试分析，方便后期进行针对性改进。具体方法如下：

(1)将测试得到的数据与理想数据进行对比，利用统计检验方法对两组数据差异进行检验，检验测试结果与标准结果有无显著性差异检验方法如下：

1)取两组数据之间的误差进行正态性验证；

2)如果为误差为正态分布,则检验方法如下：

(a)H0：假设两样本不存在显著性差异。H1：假设两样本存在显著性差异。

(b)计算样本差值的均值

和标准差σ

(c)计算统计量：

(d)查找t的临界值表，如果|t|＜t_0.025(n-1)，接受H0,说明两者不存在显著性差异。反之，则说明两样本存在显著性差异。

3)如果误差不为正态分布，则检验方法如下：

(a)H0：两样本的差的中位数为0。H1：两样本的差的中位数不为0。

(b)计算各配对数值的代数差。

(c)编秩：根据差值的绝对值由小到大进行编秩，编秩时差值为0，则舍去不计，若差值的绝对值相等，则取平均秩次。

(d)求秩和并确定统计量T。

(e)将所有的秩次冠以原差值的符号，分别求出正负差值秩次之和，分别以T+，T-表示。

(f)取T＝min{T+，T-},取α＝0.05

(g)当样本数5≤n≤50时，查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，则接受H0，说明两者不存在显著性差异，反之，二者存在显著性差异。

(h)当50＜n时，用Z检验。

(i)查Z检验的界值表,Z＜Z_0.025，则说明无显著性差异，反之，二者存在显著性差异。

(2)若存在显著性差异，则说明测得的数据与理想数据的差别较大，说明算法的可用性较小，直接要求进行大幅度改进。

(3)若不存在显著性差异，则说明测得的数据与理想数据的差别相对较小，需要根据汇总数据的具体评价结果进行小幅度改进。如计算误差率，按照误差率进行精改。

具体的，

1)计算各汇总数据指标实测数据a₁与理想数据a₀的误差值，计算各评价指标的误差率：

设定误差阈值c，当ε＞c时，则说明该指标不能满足要求，应该着重考虑该指标进行修改。

9，测试场景显示模块包括三维模型展示单元，能够展示船舶的航向航速及自身状态。

10，待测算法数据库模块是用来存储导入系统的待测算法的模块。

基于上述系统，本发明还提供了一种智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试方法，参见图1，该方法包括：

通过船舶类型选择模块设置船舶类型及船舶参数。

通过数学模型计算模块，基于船舶类型选择模块中的参数设置生成船舶运动数学模型。

其中，船舶运动数学模型用于计算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。

通过测试模式选择模块选择测试模式及循迹测试路径。

通过测试环境选择模块选择测试环境并进行环境参数设置。

通过测试场景显示模块显示测试场景及测试船舶的航向、航速、自身状态及相关的环境三维可视信息，并显示测试过程中船舶的实时运动状态。

通过循迹算法导入模块将待测循迹算法通过动态链接库的形式导入待测算法数据库模块。

通过循迹算法导入模块选待测循迹算法。

通过测试起止模块控制测试过程的起止。

测试过程中的实时数据及测试结束后的统计数据由测试结果显示模块实时显示在界面上。

测试结束后运用评价模块对测试过程及测试结果进行评价。

测试过程中的数据及评价数据通过数据存储模块进行存储。

通过测试回放模块对已经结束的测试模块进行测试过程回看。

通过对比模块，对多个测试过程中得到的测试数据进行对比。

具体实现时，

1)打开智能船舶循迹航行计算机仿真测试系统；

2)在船舶类型选择模块中进行船舶类型及船舶相关参数的设置，

3)数学模型计算模块根据船舶类型选择模块中的参数设置生成准确的船舶运动数学模型；

4)在测试模式选择模块中选择高速循迹模式或低速循迹模式；并选择循迹测试路径；

5)在测试环境选择模块中选择要测试的环境模式并进行相应的环境参数设置；

6)测试场景显示模块能够观察设置好的测试场景及测试船舶的三维模型，并能够显示整个测试过程中船舶的实时运动状态；

7)由循迹算法导入模块将待测算法通过动态链接库的形式导入待测算法数据库模块；

8)由循迹算法导入模块中的算法选择单元选择要测试的算法；

9)通过测试起止模块控制测试过程的起止。

10)测试过程中的实时数据及测试结束后的统计数据由测试结果显示模块实时显示在系统界面上。

11)测试结束后运用评价模块对测试过程及测试结果进行评价。

11)测试过程中的数据及评价数据通过数据存储模块存储进计算机硬盘中。

12)测试回放模块能够对已经结束的测试模块进行测试过程回看和多个测试过程的对比。

13)关闭智能船舶循迹航行计算机仿真测试系统。

其中各模块的实现过程与上述智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试系统中各模块的实现过程相同，此处不再赘述。

本发明提供的系统和方法能够对循迹航行的测试内容更加全面，能够更准确的去评价循迹航行功能的优劣。能够使测试结果更直观，测试数据更丰富，能力评价更准确。能够对比多种测试过程，可以对多种算法进行评优。

有益效果：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。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

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。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，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。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，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。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，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|<t_0.025(n-1)，则确定2组测试结果之间不存在显著差异；如果|t|≥t_0.025(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<Z_0.025，则2组测试结果之间不存在显著性差异，如果Z≥Z_0.025，则2组测试结果之间存在显著性差异，其中，

S05，对于不存在显著性差异的测试结果，确定各指标的实测数据α₁和理想数据α₀之间的误差率

提示对误差率大于误差阈值的指标所指内容进行关注和改进；对于存在显著性差异的测试结果，提示对其进行全面性的改进。

10.一种基于权利要求1-9任一权利要求所述的智能船舶循迹航行能力计算机仿真测试系统的测试方法，其特征在于，所述方法包括：

通过船舶类型选择模块设置船舶类型及船舶参数；

通过数学模型计算模块，基于船舶类型选择模块中的参数设置生成船舶运动数学模型，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；

通过测试模式选择模块选择测试模式及循迹测试路径；

通过测试环境选择模块选择测试环境并进行环境参数设置；

通过测试场景显示模块显示测试场景及测试船舶的航向、航速、自身状态及相关的环境三维可视信息，并显示测试过程中船舶的实时运动状态；

通过循迹算法导入模块将待测循迹算法通过动态链接库的形式导入待测算法数据库模块；

通过循迹算法导入模块选待测循迹算法；

通过测试起止模块控制测试过程的起止；

测试过程中的实时数据及测试结束后的统计数据由测试结果显示模块实时显示在界面上；

测试结束后运用评价模块对测试过程及测试结果进行评价；

测试过程中的数据及评价数据通过数据存储模块进行存储；

通过测试回放模块对已经结束的测试模块进行测试过程回看；

通过对比模块，对多个测试过程中得到的测试数据进行对比。

Images