CN111353222A - 一种智能船舶自动靠泊能力的仿真测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能船舶自动靠泊能力的仿真测试系统及方法，该系统包括：仿真数据设置子系统用于对仿真测试中的船舶数据、泊位数据和天气数据进行设置；算法模型子系统用于对算法和模型进行选择，并根据选择的算法、模型结合仿真数据设置子系统提供的船舶数据、泊位数据和天气数据构建仿真测试系统；能力评估子系统用于针对影响单一能力评估的相关因素结合权重计算得到单一能力的评估值；针对多个单一能力的评估值结合相应的预设权重进行综合计算，得到待测系统的综合能力值。本发明从不同维度对智能船舶的自动靠泊功能进行评价，提高评价的综合性和全面性，可以减少智能船舶在实船测试阶段的危险，提高测试阶段的效率和安全。

Description

一种智能船舶自动靠泊能力的仿真测试系统及方法

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靠泊能力的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，与之相对应的无人化智能船舶相对来说发展较慢，但很多国家都在快速研发智能船舶产品，智能船舶是通过船上搭载的感知设备对周围环境进行感知，并根据各类信息指定相应的航行命令，使船舶按照对应指令进行航行的船舶。

随着船舶大型化，大型船舶可控性难度更大，对船舶靠泊作业要求更高。在现有船舶靠泊作业过程中，要求驾引人员时刻掌握船舶周边态势、航道及水文气象信息，确保船舶能够航行在特定的航线上。由于港口贸易的不断增长、船运量不断增多，港口附近航道环境变得越来越复杂，威胁船舶的靠泊安全。人为操纵船舶进行靠泊变得更加困难，风险性更高。

智能船舶作为不需人员操纵的船舶，更加需要利用一种自动靠泊系统来实现船舶的自动靠泊过程。

基于上述，由于自主靠泊系统的需求越来越迫切，更需要对该系统的自动靠泊能力进行验证。

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靠泊能力的仿真测试系统及方法，解决现有技术中船舶自动靠离泊系统实船测试中由于系统不完善引起的实船碰撞、进水、沉没等危险的问题。

(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：

本发明提供一种智能船舶自动靠泊能力的仿真测试系统，其包括：

仿真数据设置子系统，用于对仿真测试中的船舶数据、泊位数据和天气数据进行设置；

算法模型子系统，用于对算法和模型进行选择，并根据选择的算法、模型结合所述仿真数据设置子系统提供的船舶数据、泊位数据和天气数据构建仿真测试系统；

能力评估子系统，用于基于所述仿真测试系统，针对影响单一能力评估的相关因素利用隶属函数得到隶属度向量，采用层次分析法计算隶属度向量的权重值，根据隶属度向量和相应的权重值构建得到评价向量，对评价等级进行赋值，得到各个评价等级对应的数值；根据评价等级对应的数值结合评价向量中相应的隶属度，计算得到单一能力的评估值；针对多个单一能力的评估值结合相应的预设权重进行综合计算，得到待测系统的综合能力值。

在本发明的一种示例性实施例中，所述仿真数据设置子系统包括：

船舶设置模块，用于对船舶数据进行设置，所述船舶数据包括船型、船舶的基本参数和船舶的运动参数，所述船型包括油船、集装箱船、散货船、客船、邮轮、杂货船、液化天然气船和滚装船，所述船舶的基本参数包括船长、船宽、吃水、型深及方形系数，所述船舶的运动参数包括船舶的推进器型号、个数及类型和舵的个数及类型；

停靠泊位选择模块，用于泊位数据进行设置，所述泊位数据包括泊位的尺寸、位置和交通环境，所述泊位的尺寸包括泊位的长度、宽度和水深，所述泊位的位置包括中间泊位、前方泊位、后方泊位、左侧泊位和右侧泊位，所述泊位的交通环境包括前方泊位有船停泊、后方泊位有船停泊、左侧泊位有船停泊和右侧泊位有船停泊；

泊位天气环境模拟模块，用于对泊位所在位置的天气数据进行设置，所述天气数据包括风速、水流速和风浪等级。

在本发明的一种示例性实施例中，所述算法模型子系统包括：

算法导入模块，用于将选择的靠泊算法导入到仿真测试系统的数据库中；

控制模块，用于控制靠泊算法的选择和执行，包括算法选择单元和算法控制执行单元；

船舶数学模型计算模块，用于船舶模型的计算，包括运动数学模型计算子模块、燃油消耗数学模型计算子模块、废水排放数学模型计算子模块、废气排放数学模型计算子模块、电力消耗数学模型计算子模块和船舶噪声数据模型计算子模块。

在本发明的一种示例性实施例中，所述能力评估子系统包括：

靠泊能力评估模块，用于对仿真测试系统的单一能力、综合能力进行评估，其中进行综合能力评估时考虑的单一能力包括：安全性、效率性、生态性、经济性、社会性；

数据导出模块，用于对测试数据和评估数据进行导出，包括测试数据导出单元和评价数据导出单元。

在本发明的一种示例性实施例中，所述靠泊能力评估模块对仿真测试系统的单一能力进行评估时包括：

针对所述单一能力设定指标评语集，所述指标评语集中包含的评价等级为：优、良、中、差，根据所述指标评价集得到隶属度向量；

基于专家系统，采用层次分析法计算隶属度向量的权重值；

根据各相关因素的隶属度向量形成一级评价矩阵；

其中单一能力的评价矩阵

A_i＝[u_i1，u_i2，…，u_ij]，其中P_ij为隶属度向量，A_i为权重值向量矩阵，u_ij为一级指标层中各个指标的的权重值；

对所述一级评价矩阵运用“先取大后取小”的合成运算，得到二级评价矩阵；

对所述二级评价矩阵运用“先取小后取大”的合成运算得到航线规划功能所述评价向量W，W＝(μ₁，μ₂，μ₃，μ₄)；

其中B＝[u₁，u₂，…，u_i]，其中B为权重值向量矩阵，μ_i为各相关因素隶属度。

在本发明的一种示例性实施例中，所述根据评价等级对应的数值结合评价向量中相应的隶属度，计算得到单一能力的评估值的计算公式为：

其中，p_i为评价等级分值。

在本发明的一种示例性实施例中，对安全性作为单一性能评估时，所述相关因素包括停船姿态、靠泊方式、惯性余速、船舶的法向速度、船舶抵泊横距和船舶与泊位前沿的距离；

对效率性作为单一性能评估时，所述相关因素包括靠泊完成时间、靠泊响应时间和靠泊过程完成后的用车次数；

对生态性作为单一性能评估时，所述相关因素包括废气排放量、废水排放量、噪音；

对经济性作为单一性能评估时，所述相关因素包括燃油消耗量和电力消耗量；

对社会性作为单一性能评估时，所述相关因素包括人员满意度和交通融洽度。

在本发明的一种示例性实施例中，所述针对多个单一能力的评估值结合相应的预设权重进行综合计算，得到仿真测试系统的综合能力值包括：

对所述安全性、效率性、生态型、社会性和经济性的评估值通过进行加权平均计算，得到所述综合能力值，计算公式为：

其中G为综合能力值，C_i为单一能力的评估值，z_i为预设权重；安全性、效率性、生态型、社会性和经济性的预设权重分别为0.3、0.2、0.2、0.1、0.2。

在本发明的一种示例性实施例中，所述系统还包括：

靠泊数据显示子系统，用于对靠泊过程中的实时数据和统计数据进行显示，所述实时数据显示包括船舶航速、船舶航向、船舶抵泊横距和船舶与泊位前沿的距离，所述船舶航速包括横向速度和纵向速度，所述统计数据包括靠泊过程完成后的用车次数、废气排放量、废水排放量、噪音、靠泊完成时间、燃油消耗和电力消耗量。

本发明还提供一种智能船舶自动靠泊能力的仿真测试方法，包括：

针对影响单一能力评估的相关因素利用隶属函数得到隶属度向量，采用层次分析法计算隶属度向量的权重值；

根据隶属度向量和相应的权重值构建得到评价向量，对评价等级进行赋值，得到各个评价等级对应的数值；

根据评价等级对应的数值结合评价向量中相应的隶属度，计算得到单一能力的评估值；

针对多个单一能力的评估值结合相应的预设权重进行综合计算，得到待测系统的综合能力值。

(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靠泊能力的仿真测试系统及方法，一方面，通过对仿真测试中的船舶数据、泊位数据、天气数据进行设置，并选择合适的算法和模型构建仿真测试系统，可以模拟不同的靠泊场景，可以对自动靠泊能力进行全面的测试；另一方面，通过从不同维度对智能船舶的自动靠泊功能进行评价，提高评价的综合性和全面性，可以减少智能船舶在实船测试阶段的危险，提高测试阶段的效率和安全。

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靠泊能力的仿真测试系统的示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种智能船舶自动靠泊能力的仿真测试方法的流程图；

图3为本发明一实施例图1中仿真数据设置子系统的组成示意图；

图4为本发明一实施例中的隶属函数图像。

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。

辅助自主靠离泊系统能够使靠离泊操纵从传统的人为操纵转变为自动控制设备、感知设备、监测设备、执行机构以及处理系统间相互配合实现靠离泊。有利于避免靠离泊过程中，因人为因素造成的靠离泊安全隐患，提高靠离泊的安全性，最大限度的保护人员安全以及设备安全。

智能船舶的自动靠泊能力是指船舶能够脱离驾驶人员操纵，自动控制设备、感知设备、监测设备、执行机构以及处理系统间相互配合实现靠离泊实现船舶安全进入预定泊位的能力，是智能船舶智能化水平的重要组成部分。

目前对于智能船舶自动靠泊能力还没有一个能够有效的验证智能船舶自动靠泊功能优劣的计算机仿真测评系统。本发明提出一种智能船舶自动靠泊能力的仿真测试系统，用于对智能船舶自动靠泊的能力进行仿真测试。

图1为本发明一实施例提供的一种智能船舶自动靠泊能力的仿真测试系统的示意图，如图1所示，该系统1包括：仿真数据设置子系统100、算法模型子系统200、能力评估子系统300和靠泊数据显示子系统400。

其中仿真数据设置子系统100用于对仿真测试中的船舶数据、泊位数据和天气数据进行设置；算法模型子系统200用于对算法和模型进行选择，并根据选择的算法、模型结合所述仿真数据设置子系统提供的船舶数据、泊位数据和天气数据构建仿真测试系统。

能力评估子系统300用于基于所述仿真测试系统，针对影响单一能力评估的相关因素利用隶属函数得到隶属度向量，采用层次分析法计算隶属度向量的权重值，根据隶属度向量和相应的权重值构建得到评价向量，对评价等级进行赋值，得到各个评价等级对应的数值；根据评价等级对应的数值结合评价向量中相应的隶属度，计算得到单一能力的评估值；针对多个单一能力的评估值结合相应的预设权重进行综合计算，得到待测系统的综合能力值。这里的待测系统为智能船舶系统。

靠泊数据显示子系统400用于对靠泊过程中的实时数据和统计数据进行显示，所述实时数据显示包括船舶航速、船舶航向、船舶抵泊横距和船舶与泊位前沿的距离，所述船舶航速包括横向速度和纵向速度，所述统计数据包括靠泊过程完成后的用车次数、废气排放量、废水排放量、噪音、靠泊完成时间、燃油消耗和电力消耗量。

靠泊能力仿真测试系统执行过程如下：

(1)打开靠泊能力仿真测试系统，首先通过船舶设置模块选择对要测试的靠泊能力的船型，基本参数，运动参数等进行设置；

(2)然后通过停靠泊位选择模块和泊位天气环境模拟模块对泊位环境进行搭建；

(3)通过靠泊算法导入模块将待测的靠泊算法导入仿真系统的数据库中；

(4)通过控制模块选择要测试的算法并开始进行测试；

(5)测试过程中通过靠泊数据显示模块对靠泊过程中的数据进行实时显示，测试结束后对靠泊过程的相关数据进行显示；

(6)通过靠泊能力评价模块对靠泊能力进行多维度评价和综合评价。

(7)结束后可以通过数据导出模块将测试结果和评价结果导出为文本文件进行保存和打印。

基于上述仿真测试系统，图2为本发明另一实施例提供的一种智能船舶自动靠泊能力的仿真测试方法的流程图，如图2所示，包括以下步骤：

在步骤S210中，针对影响单一能力评估的相关因素利用隶属函数得到隶属度向量，采用层次分析法计算隶属度向量的权重值；

在步骤S220中，根据隶属度向量和相应的权重值构建得到评价向量，对评价等级进行赋值，得到各个评价等级对应的数值；

在步骤S230中，根据评价等级对应的数值结合评价向量中相应的隶属度，计算得到单一能力的评估值；

在步骤S240中，针对多个单一能力的评估值结合相应的预设权重进行综合计算，得到待测系统的综合能力值。

基于图2所示步骤流程，可以对智能船舶的自动靠泊能力进行仿真测试，得到待测的智能船舶系统自动靠泊的综合能力值。

以下结合图1所示系统对其功能进行详细介绍：

图3为本发明一实施例图1中仿真数据设置子系统的组成示意图，如图3所示，仿真数据设置子系统100包括：船舶设置模块110、停靠泊位选择模块120和泊位天气环境模拟模块130。

在本发明的一种示例性实施例中，船舶设置模块110用于对船舶数据进行设置，所述船舶数据包括船型、船舶的基本参数和船舶的运动参数，所述船型包括油船、集装箱船、散货船、客船、邮轮、杂货船、液化天然气船(即LNG船)和滚装船，所述船舶的基本参数包括船长、船宽、吃水、型深及方形系数，所述船舶的运动参数包括船舶的推进器型号、个数及类型和舵的个数及类型。

在本发明的一种示例性实施例中，停靠泊位选择模块120用于泊位数据进行设置，所述泊位数据包括泊位的尺寸、位置和交通环境，所述泊位的尺寸包括泊位的长度、宽度和水深，所述泊位的位置包括中间泊位、前方泊位、后方泊位、左侧泊位和右侧泊位，所述泊位的交通环境包括前方泊位有船停泊、后方泊位有船停泊、左侧泊位有船停泊和右侧泊位有船停泊。

在本发明的一种示例性实施例中，泊位天气环境模拟模块130用于对泊位所在位置的天气数据进行设置，所述天气数据包括风速、水流速和风浪等级。

在本发明的一种示例性实施例中，所述算法模型子系统中包括涉及算法的选择、导入、计算等过程，主要包括：

算法导入模块，用于将选择的靠泊算法导入到仿真测试系统的数据库中；

控制模块，用于控制靠泊算法的选择和执行，包括算法选择单元和算法控制执行单元；

船舶数学模型计算模块，用于船舶模型的计算，包括运动数学模型计算子模块、燃油消耗数学模型计算子模块、废水排放数学模型计算子模块、废气排放数学模型计算子模块、电力消耗数学模型计算子模块和船舶噪声数据模型计算子模块，基于这些计算子模块分别来计算得到相应的数值，如航速、航向、船舶抵泊横距、船舶与泊位前沿的距离等运动数据，燃油消耗量、废水排放量、废气排放量、电力消耗量以及噪声等数据。

在本发明的一种示例性实施例中，所述能力评估子系统包括：

靠泊能力评估模块，用于对仿真测试系统的单一能力、综合能力进行评估，其中进行综合能力评估时考虑的单一能力包括：安全性、效率性、生态性、经济性、社会性；

数据导出模块，用于对测试数据和评估数据进行导出，包括测试数据导出单元和评价数据导出单元。

在本发明的一种示例性实施例中，靠泊数据显示子系统包括实时数据显示单元和其他数据(如统计数据)显示单元，其中实时数据显示单元包括船舶航速显示单元，船舶航向显示单元，船舶抵泊横距显示单元，船舶与泊位前沿的距离显示单元；具体的，船舶航速显示单元包括船舶横向速度显示单元，船舶纵向速度显示单元。而其他数据显示单元包括靠泊过程完成后的用车次数数据显示，废气排放量数据显示，废水排放量数据显示，噪音数据显示，靠泊完成时间数据显示，燃油消耗量数据显示，电力消耗量数据显示。

在本发明的一种示例性实施例中，对安全性作为单一性能评估时，所述相关因素包括停船姿态、靠泊方式、惯性余速、船舶的法向速度、船舶抵泊横距和船舶与泊位前沿的距离；

对效率性作为单一性能评估时，所述相关因素包括靠泊完成时间、靠泊响应时间和靠泊过程完成后的用车次数；

对生态性作为单一性能评估时，所述相关因素包括废气排放量、废水排放量、噪音；

对经济性作为单一性能评估时，所述相关因素包括燃油消耗量和电力消耗量；

对社会性作为单一性能评估时，所述相关因素包括人员满意度和交通融洽度。

在本发明的一种示例性实施例中，所述针对多个单一能力的评估值结合相应的预设权重进行综合计算，得到仿真测试系统的综合能力值包括：

对所述安全性、效率性、生态型、社会性和经济性的评估值通过进行加权平均计算，得到所述综合能力值，计算公式为：

其中G为综合能力值，C_i为单一能力的评估值，z_i为预设权重。

在本发明的一种示例性实施例中，安全性、效率性、生态型、社会性和经济性的预设权重分别为0.3、0.2、0.2、0.1、0.2。

本实施例中对于上述单一功能评估的评价方法，各定量评价指标的隶属函数的确定步骤：

1)针对所述单一能力设定指标评语集，所述指标评语集中包含的评价等级为：优、良、中、差，根据所述指标评价集得到隶属度向量。设某指标评语集分布如下表1所示：

表1

评价等级	优	良	中	差
					数据	a	b	c	d

图4为本发明一实施例中的隶属函数图像，基于上述，

则属于等级“优”的隶属函数为：

属于等级“良”的隶属函数为：

属于等级“中”的隶属函数为：

属于等级“差”的隶属函数为：

可以得到各因素的隶属度向量。

2)基于专家系统，采用层次分析法计算隶属度向量的权重值，专家系统主要是根据对不同专家进行问卷调查得到。

3)根据各因素的隶属度向量P_ij，组成安全性，效率性，生态性，经济性，社会性的评价矩阵R_i。根据各相关因素的隶属度向量形成一级评价矩阵；

其中单一能力的评价矩阵

A_i＝[u_i1，u_i2，…，u_ij]，其中P_ij为隶属度向量，A_i为权重值向量矩阵，u_ij为一级指标层中各个指标的的权重值；

对所述一级评价矩阵运用“先取大后取小”的合成运算，得到二级评价矩阵；

对所述二级评价矩阵运用“先取小后取大”的合成运算得到航线规划功能所述评价向量W，W＝(μ₁，μ₂，μ₃，μ₄)；

其中B＝[u₁，u₂，…，u_i]，其中B为权重值向量矩阵，μ_i为各相关因素隶属度。

表2为对评判等级进行赋值：

表2

评价等级	优	良	中	差
					数值p	1	0.8	0.6	0.4

在进行完上述工作后，可以进行评估结果的确定，采用加权和的形式进行打分(百分制)确定。

其中，p_i为评价等级分值，μ_i为各因素隶属度。

基于上述，以安全性评估为例，得到安全性的评估值的具体过程如下：

①停船姿态

是指船舶靠泊过程中船舶与岸边的交叉角的角度，在宏观评价中以靠泊完成后的交叉角为评价指标。其隶属函数采用三角形隶属函数，具体公式为：

等级“优”的隶属函数为：

属于等级“良”的隶属函数为：

属于等级“中”的隶属函数为：

属于等级“差”的隶属函数为：

可以得到该指标的隶属度向量。

②靠泊方式

是指船舶在靠泊时采取的靠泊模式是否满足规定。若满足规定，则隶属度为1，若不满足规定，则隶属度为0。

③惯性余速

是指距离泊位前沿水域大约3-5倍船长时的速度，此时船舶进入制动水域，

速度的大小影响到船舶能否安全进行靠泊，一般对于小型船舶，一般不超过5节，对于中型船舶，一般不超过4节，对于大型船舶，惯性余速一般不超过3节。若惯性余速规定值为V，则属于等级“优”的隶属函数为：

属于等级“良”的隶属函数为：

属于等级“中”的隶属函数为：

属于等级“差”的隶属函数为：

可以得到该指标的隶属度向量。

④船舶的法向速度

是指船舶进入泊位的过程中的靠拢速度，在宏观评价中以法向速度的平均值作为评价指标，如表3所示。

表3

若满足要求，则隶属度为1，若不满足规定，则隶属度为0。

⑤抵泊横距

是指船舶在靠泊过程中船艏与泊位岸线的距离，在宏观评价中以靠泊完成后的入泊横距为评价指标，一般入泊横距为20m，如果有较强拢风则应该大于20m,如果有较强吹开风，应该小于20m。设入泊横距标准值为L。实际入泊横距与标准入泊横距的差值为l。

则属于等级“优”的隶属函数为：

属于等级“良”的隶属函数为：

属于等级“中”的隶属函数为：

属于等级“差”的隶属函数为：

可以得到该指标的隶属度向量。

⑥船舶与泊位前沿的间隔距离

是指船舶在靠泊完成后船艏与泊位前沿的距离。一般应为泊位安全间隔的一半，安全间隔一般为船长的1/10-1/8。若满足要求，则隶属度为1，若不满足要求，则隶属度为0。

根据各指标的隶属度向量P_ij，组成安全性，效率性，生态性，经济性，社会性的评价矩阵R_i，运用“先取大后取小”的合成运算进行各一级的综合评判，计算公式如下：

根据多个经验丰富船舶驾驶人员和研究人员组成的专家团队对各因素的权重进行重要性打分，得到的各因素的权重如下表4：

表4

对评判等级进行赋值如表5所示：

表5

评价等级	优	良	中	差
					数值p	1	0.8	0.6	0.4

在进行完上述工作后，可以进行评估结果的确定，采用加权和的形式进行打分(百分制)确定。

以下四个评价与安全性评价过程类似，因此只给出评价指标及评价分值。

效率性评价中包括三个指标：1)靠泊完成时间，是指船舶完成靠泊操作所需要的时间；2)靠泊响应时间，是指靠泊功能内部处理信息并给出明确指令所用的时间；3)用车次数，是指在靠泊过程中运用推进器进行船位调整的次数。

得到的效率性评价得分为

生态性评价中包括三个指标：1)废气排放量，是指船舶进行靠泊过程中产生的废气消耗总量；2)废水排放量，是指船舶进行靠泊过程中产生的废水排放总量；3)噪音是指船舶在靠泊过程中产生的最大噪音。

得到的生态性百分制评价得分为：

经济性评价中包括：1)燃油消耗量，是指船舶进行靠泊的过程中燃油消耗总量；2)电力消耗量，是指船舶进行靠泊的过程中电力消耗总量。

得到的经济性百分制评价得分为：

社会性评价中包括：1)人员满意度，是指经验丰富的船舶驾驶人员对于整个靠泊过程的满意程度；2)交通融洽度，是指船舶完成整个靠泊过程中对其他船只航行的影响程度。

得到的社会性百分制评价得分为：

最后，根据上述五个单一性能评分，对五个分性能的评价得分进行加权平均法得到最终的评价得分，权重分配如下表6所示：

表6

性能	权重
		安全性	0.3
效率性	0.2
		生态性	0.2
社会性	0.1
		经济性	0.2

最后，得到综合能力值的计算公式为：

综上所述，采用本发明实施例提供的智能船舶自动靠泊能力的仿真测试系统，一方面，通过对仿真测试中的船舶数据、泊位数据、天气数据进行设置，并选择合适的算法和模型构建仿真测试系统，可以模拟不同的靠泊场景，可以对自动靠泊能力进行全面的测试；另一方面，通过从不同维度对智能船舶的自动靠泊功能进行评价，提高评价的综合性和全面性；再一方面，还可以减少智能船舶在实船测试阶段的危险，提高测试阶段的效率和安全。

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靠泊能力的仿真测试系统，其特征在于，其包括：

仿真数据设置子系统，用于对仿真测试中的船舶数据、泊位数据和天气数据进行设置；

算法模型子系统，用于对算法和模型进行选择，并根据选择的算法、模型结合所述仿真数据设置子系统提供的船舶数据、泊位数据和天气数据构建仿真测试系统；

能力评估子系统，用于基于所述仿真测试系统，针对影响单一能力评估的相关因素利用隶属函数得到隶属度向量，采用层次分析法计算隶属度向量的权重值，根据隶属度向量和相应的权重值构建得到评价向量，对评价等级进行赋值，得到各个评价等级对应的数值；根据评价等级对应的数值结合评价向量中相应的隶属度，计算得到单一能力的评估值；针对多个单一能力的评估值结合相应的预设权重进行综合计算，得到待测系统的综合能力值。

2.如权利要求1所述的智能船舶自动靠泊能力的仿真测试系统，其特征在于，所述仿真数据设置子系统包括：

船舶设置模块，用于对船舶数据进行设置，所述船舶数据包括船型、船舶的基本参数和船舶的运动参数，所述船型包括油船、集装箱船、散货船、客船、邮轮、杂货船、液化天然气船和滚装船，所述船舶的基本参数包括船长、船宽、吃水、型深及方形系数，所述船舶的运动参数包括船舶的推进器型号、个数及类型和舵的个数及类型；

停靠泊位选择模块，用于泊位数据进行设置，所述泊位数据包括泊位的尺寸、位置和交通环境，所述泊位的尺寸包括泊位的长度、宽度和水深，所述泊位的位置包括中间泊位、前方泊位、后方泊位、左侧泊位和右侧泊位，所述泊位的交通环境包括前方泊位有船停泊、后方泊位有船停泊、左侧泊位有船停泊和右侧泊位有船停泊；

泊位天气环境模拟模块，用于对泊位所在位置的天气数据进行设置，所述天气数据包括风速、水流速和风浪等级。

3.如权利要求1所述的智能船舶自动靠泊能力的仿真测试系统，其特征在于，所述算法模型子系统包括：

算法导入模块，用于将选择的靠泊算法导入到仿真测试系统的数据库中；

控制模块，用于控制靠泊算法的选择和执行，包括算法选择单元和算法控制执行单元；

船舶数学模型计算模块，用于船舶模型的计算，包括运动数学模型计算子模块、燃油消耗数学模型计算子模块、废水排放数学模型计算子模块、废气排放数学模型计算子模块、电力消耗数学模型计算子模块和船舶噪声数据模型计算子模块。

4.如权利要求3所述的智能船舶自动靠泊能力的仿真测试系统，其特征在于，所述能力评估子系统包括：

靠泊能力评估模块，用于对仿真测试系统的单一能力、综合能力进行评估，其中进行综合能力评估时考虑的单一能力包括：安全性、效率性、生态性、经济性、社会性；

数据导出模块，用于对测试数据和评估数据进行导出，包括测试数据导出单元和评价数据导出单元。

5.如权利要求4所述的智能船舶自动靠泊能力的仿真测试系统，其特征在于，所述靠泊能力评估模块对仿真测试系统的单一能力进行评估时包括：

针对所述单一能力设定指标评语集，所述指标评语集中包含的评价等级为：优、良、中、差，根据所述指标评价集得到隶属度向量；

基于专家系统，采用层次分析法计算隶属度向量的权重值；

根据各相关因素的隶属度向量形成一级评价矩阵；

其中单一能力的评价矩阵

A_i＝[u_i1，u_i2，…，u_ij]，其中P_ij为隶属度向量，A_i为权重值向量矩阵，u_ij为一级指标层中各个指标的的权重值；

对所述一级评价矩阵运用“先取大后取小”的合成运算，得到二级评价矩阵；

对所述二级评价矩阵运用“先取小后取大”的合成运算得到航线规划功能所述评价向量W，W＝(μ₁，μ₂，μ₃，μ₄)；

其中B＝[u₁，u₂，…，u_i]，其中B为权重值向量矩阵，μ_i为各相关因素隶属度。

6.如权利要求5所述的智能船舶自动靠泊能力的仿真测试系统，其特征在于，所述根据评价等级对应的数值结合评价向量中相应的隶属度，计算得到单一能力的评估值的计算公式为：

其中，p_i为评价等级分值。

7.如权利要求6所述的智能船舶自动靠泊能力的仿真测试系统，其特征在于，对安全性作为单一性能评估时，所述相关因素包括停船姿态、靠泊方式、惯性余速、船舶的法向速度、船舶抵泊横距和船舶与泊位前沿的距离；

对效率性作为单一性能评估时，所述相关因素包括靠泊完成时间、靠泊响应时间和靠泊过程完成后的用车次数；

对生态性作为单一性能评估时，所述相关因素包括废气排放量、废水排放量、噪音；

对经济性作为单一性能评估时，所述相关因素包括燃油消耗量和电力消耗量；

对社会性作为单一性能评估时，所述相关因素包括人员满意度和交通融洽度。

8.如权利要求6所述的智能船舶自动靠泊能力的仿真测试系统，其特征在于，所述针对多个单一能力的评估值结合相应的预设权重进行综合计算，得到仿真测试系统的综合能力值包括：

对所述安全性、效率性、生态型、社会性和经济性的评估值通过进行加权平均计算，得到所述综合能力值，计算公式为：

其中G为综合能力值，C_i为单一能力的评估值，z_i为预设权重；安全性、效率性、生态型、社会性和经济性的预设权重分别为0.3、0.2、0.2、0.1、0.2。

9.如权利要求8所述的智能船舶自动靠泊能力的仿真测试系统，其特征在于，所述系统还包括：

靠泊数据显示子系统，用于对靠泊过程中的实时数据和统计数据进行显示，所述实时数据显示包括船舶航速、船舶航向、船舶抵泊横距和船舶与泊位前沿的距离，所述船舶航速包括横向速度和纵向速度，所述统计数据包括靠泊过程完成后的用车次数、废气排放量、废水排放量、噪音、靠泊完成时间、燃油消耗和电力消耗量。

10.一种智能船舶自动靠泊能力的仿真测试方法，其特征在于，其包括：

针对影响单一能力评估的相关因素利用隶属函数得到隶属度向量，采用层次分析法计算隶属度向量的权重值；

根据隶属度向量和相应的权重值构建得到评价向量，对评价等级进行赋值，得到各个评价等级对应的数值；

根据评价等级对应的数值结合评价向量中相应的隶属度，计算得到单一能力的评估值；

针对多个单一能力的评估值结合相应的预设权重进行综合计算，得到待测系统的综合能力值。

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