CN111580499B - 自动航行功能的验证方法、装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自动航行功能的验证方法、装置及电子设备，涉及自动航行的技术领域，包括获取实验样船采集的环境数据；根据预设驾驶习惯和实验样船的性能参数确定操纵性能；基于环境数据和操纵性能确定航行控制方式；根据航行控制方式控制实验样船进行自动航行，以验证实验样船的自动航行功能。本发明可以有效缩短自动航行功能的验证周期。

Description

自动航行功能的验证方法、装置及电子设备
技术领域
本发明涉及自动航行的技术领域，尤其是涉及一种自动航行功能的验证方法、装置及电子设备。
背景技术
当前，随着智能船舶的发展，针对智能船舶的多种智能功能也越来越多，现有技术中，对船舶智能功能的验证主要通过虚拟仿真试验来实现，以及船舶设备的兼容性主要通过陆上联调试验来实现，进而实现自动航行功能的验证。但是这种仿真和陆上联调的方式，如果船舶设备在上船后产生任何问题，都需要在船上进行调整，甚至需要拆卸设备下船进厂调整后再次装船，这样会造成船舶交付周期变长的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种自动航行功能的验证方法、装置及电子设备，可以有效缩短自动航行功能的验证周期。
第一方面，本发明提供了一种自动航行功能的验证方法，其中，包括：
获取实验样船采集的环境数据；
根据预设驾驶习惯和所述实验样船的性能参数确定操纵性能；
基于所述环境数据和所述操纵性能确定航行控制方式；
根据所述航行控制方式控制所述实验样船进行自动航行，以验证所述实验样船的自动航行功能。
进一步的，所述获取实验样船采集的环境数据的步骤，包括：
通过安装在所述实验样船上的感知设备采集多个感知信号，所述感知设备包括以下至少之一：激光雷达、波浪雷达、光电跟踪器和风速风向仪；
根据所述多个感知信号确定环境数据。
进一步的，所述基于所述环境数据和所述操纵性能确定航行控制方式的步骤，包括：
根据所述环境数据和所述操纵性能建立运动模型，其中，所述运动模型是表征所述实验样船与所述实验样船周围环境关系的函数；
根据所述运动模型对所述实验样船的航行区域进行分析得到航行控制方式。
进一步的，所述自动航行功能包括避障功能和靠泊功能，所述根据所述航行控制方式控制所述实验样船进行自动航行，以验证所述实验样船的自动航行功能的步骤，包括：
根据所述航行控制方式建立避碰模型；
根据所述避碰模型在所述实验样船的行驶水域进行计算得到航行路线，以验证所述避障功能。
进一步的，根据所述避碰模型在所述实验样船的行驶水域进行计算得到航行路线的步骤，包括：
根据所述实验样船的行驶水域中其他船舶的行驶速度和行驶方向确定所述其他船舶的行驶意图；
根据所述避碰模型对所述行驶水域中的障碍物和所述其他船舶的行驶意图进行计算，得到航行路线。
进一步的，所述根据所述航行控制方式控制所述实验样船进行自动航行，以验证所述实验样船的自动航行功能的步骤，还包括：
获取所述实验样船的位置信息；
根据所述位置信息和所述避碰模型控制所述实验样船在港口进行自动靠泊，以验证所述靠泊功能。
进一步的，所述方法还包括：
如果所述自动航行功能验证失败，远程遥控所述实验样船进行航行。
第二方面，本发明提供了一种自动航行功能的验证装置，其中，包括：
采集单元，用于获取实验样船采集的环境数据；
性能单元，用于根据预设驾驶习惯和所述实验样船的性能参数确定操纵性能；
控制方式单元，用于基于所述环境数据和所述操纵性能确定航行控制方式；
验证单元，用于根据所述航行控制方式控制所述实验样船进行自动航行，以验证所述实验样船的自动航行功能。
第三方面，本发明提供了一种电子设备，其中，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现第一方面所述的自动航行功能的验证方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器运行时执行第一方面所述的自动航行功能的验证方法的步骤。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明提供了一种自动航行功能的验证方法、装置及电子设备，包括获取实验样船采集的环境数据；再根据预设驾驶习惯和实验样船的性能参数确定操纵性能；然后基于环境数据和操纵性能确定航行控制方式；最终根据航行控制方式控制实验样船进行自动航行，以验证实验样船的自动航行功能。在本实施例提供的上述方式中，通过获取实验样船采集的环境数据，再根据预设驾驶习惯和实验样船的性能参数确定操纵性能，然后基于环境数据和操纵性能确定航行控制方式，进而控制实验样船进行自动航行，以验证实验样船的自动航行功能，与现有技术的仿真和陆上联调的方式来验证船舶智能功能相比，可以有效缩短自动航行功能的验证周期。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种自动航行功能的验证方法流程图；
图2为本发明实施例一提供的航行控制方式流程图；
图3为本发明实施例二提供的一种自动航行功能的验证装置示意图；
图4为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
图标：301-采集单元；302-性能单元；303-控制方式单元；304-验证单元；400-处理器；401-存储器；402-总线；403-通信接口。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
考虑到现有技术中，对船舶自动航行功能的验证通过虚拟仿真试验以及陆上联调试验来实现，但是这种仿真和陆上联调的方式，如果船舶设备在上船后产生任何问题，都需要在船上进行调整，甚至需要拆卸设备下船进厂调整后再次装船，造成船舶交付周期变长的问题。本发明提供了一种自动航行功能的验证方法、装置及电子设备，包括获取实验样船采集的环境数据；再根据预设驾驶习惯和实验样船的性能参数确定操纵性能；然后基于环境数据和操纵性能确定航行控制方式；最终根据航行控制方式控制实验样船进行自动航行，以验证实验样船的自动航行功能，可以有效缩短自动航行功能的验证周期。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种自动航行功能的验证方法进行详细介绍。
实施例一：
参照图1所示的一种自动航行功能的验证方法流程图，可以由诸如计算机、处理器等电子设备执行，该方法主要包括步骤S101至步骤S104：
步骤S101，获取实验样船采集的环境数据。
步骤S102，根据预设驾驶习惯和实验样船的性能参数确定操纵性能。
步骤S103，基于环境数据和操纵性能确定航行控制方式。
步骤S104，根据航行控制方式控制实验样船进行自动航行，以验证实验样船的自动航行功能。
在一种具体的实施方式中，实验样船诸如采用混合动力驱动及电力推进，配备电池及柴油发电机，满足多种工况的需求；其服务航速8节，最大航速13节，配备动力定位系统。船上定员36人，包括船员及试验人员，续航力6000海里，配备相关的居住及生活保障设施，保证试验人员在海上进行连续试验的需求，进而验证自主航行功能。与常规作业船相比，该船具备反复改装验证拓展自主功能以及拓展LNG(Liquefied Natural Gas，液化天然气)、氢燃料电池等多种能源型式的能力，进而弥补智能作业功能及系统的协调性所需实船试验的空白。
在本实施例提供的上述方式中，通过获取实验样船采集的环境数据，再根据预设驾驶习惯和实验样船的性能参数确定操纵性能，然后基于环境数据和操纵性能确定航行控制方式，进而控制实验样船进行自动航行，以验证实验样船的自动航行功能，与现有技术的仿真和陆上联调的方式来验证船舶智能功能相比，可以有效缩短自动航行功能的验证周期。
在具体实施时，获取实验样船采集的环境数据的步骤，包括步骤a～b：
步骤a，通过安装在实验样船上的感知设备采集多个感知信号，感知设备包括以下至少之一：激光雷达、波浪雷达、光电跟踪器和风速风向仪。
步骤b，根据多个感知信号确定环境数据。
在一种具体的实施方式中，感知设备信号采用统一的通信协议，通过数据采集模块采集，进入实验样船的服务器，建立航行环境数据库。
在本实施例提供的上述方式中，可以提供实验样船行驶时的外部环境数据。
在具体实施时，参照图2所示的航行控制方式流程图，基于环境数据和操纵性能确定航行控制方式的步骤，包括以下步骤S201～步骤S202：
步骤S201，根据环境数据和操纵性能建立运动模型，其中，运动模型是表征实验样船与实验样船周围环境关系的函数。
步骤S202，根据运动模型对实验样船的航行区域进行分析得到航行控制方式。
在一种具体的实施方式中，针对船舶航行环境复杂特点，运动模型是通过分析、预测周围船舶的行为意图，结合驾驶员的思维过程和船舶驾驶行为意图，根据船舶碰撞危险综合评判以及周围环境数据，制定航行控制方式。
在具体实施时，自动航行功能包括避障功能和靠泊功能，所述根据所述航行控制方式控制所述实验样船进行自动航行，以验证所述实验样船的自动航行功能的步骤，包括以下步骤c～d：
步骤c，根据航行控制方式建立避碰模型。
步骤d，根据避碰模型在实验样船的行驶水域进行计算得到航行路线，以验证避障功能。
其中，步骤d包括：根据实验样船的行驶水域中其他船舶的行驶速度和行驶方向确定其他船舶的行驶意图；根据避碰模型对行驶水域中的障碍物和其他船舶的行驶意图进行计算，得到航行路线。
根据所述航行控制方式控制实验样船进行自动航行，以验证实验样船的自动航行功能的步骤，还包括以下步骤e～f：
步骤e，获取实验样船的位置信息。
步骤f，根据位置信息和避碰模型控制实验样船在港口进行自动靠泊，以验证靠泊功能。
在一种具体的实施方式中，实验样船根据运动模型，制定避碰航行路线，计算出合理变速和转向避碰行动，构建海上智能避碰的算法程序，实现开阔水域及狭窄水道的避碰功能。同时针对复杂港口，在运动模型的基础上建立智能靠离系统，进而验证无人驾驶靠离平台的能力。最终，根据航向与航速协同控制要求，对转向和推进同时进行自适应控制，保障船舶航迹精确控制，通过泊位到泊位的全航程航线优化及航速优化，达到安全、环保航行的目的。
在本实施例提供的上述方式中，可以验证避障功能和靠泊功能。
在具体实施时，该方法还包括：如果自动航行功能验证失败，远程遥控实验样船进行航行。
在本实施例提供的上述方式中，可以在实验样船验证失败时继续航行。
实施例二：
参照图3所示的一种自动航行功能的验证装置示意图，包括：
采集单元301，用于获取实验样船采集的环境数据。
性能单元302，用于根据预设驾驶习惯和实验样船的性能参数确定操纵性能。
控制方式单元303，用于基于环境数据和操纵性能确定航行控制方式。
验证单元304，用于根据航行控制方式控制实验样船进行自动航行，以验证实验样船的自动航行功能。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的计算机可执行指令，处理器执行计算机可执行指令以实现实施例一自动航行功能的验证方法的步骤。
在本实施例提供的上述装置中，通过获取实验样船采集的环境数据，再根据预设驾驶习惯和实验样船的性能参数确定操纵性能，然后基于环境数据和操纵性能确定航行控制方式，进而控制实验样船进行自动航行，以验证实验样船的自动航行功能，与现有技术的仿真和陆上联调的方式来验证船舶智能功能相比，可以有效缩短自动航行功能的验证周期。
在具体实施时，采集单元301还用于：
通过安装在实验样船上的感知设备采集多个感知信号，感知设备包括以下至少之一：激光雷达、波浪雷达、光电跟踪器和风速风向仪。
根据多个感知信号确定环境数据。
在具体实施时，控制方式单元303还用于：
根据环境数据和操纵性能建立运动模型，其中，运动模型是表征所述实验样船与实验样船周围环境关系的函数。
根据运动模型对实验样船的航行区域进行分析得到航行控制方式。
在具体实施时，验证单元304包括：
避碰模型建立单元，用于根据航行控制方式建立避碰模型。
避障功能验证单元，用于根据避碰模型在实验样船的行驶水域进行计算得到航行路线，以验证避障功能。
避障功能验证单元还用于：根据实验样船的行驶水域中其他船舶的行驶速度和行驶方向确定其他船舶的行驶意图；根据避碰模型对行驶水域中的障碍物和其他船舶的行驶意图进行计算，得到航行路线。
在具体实施时，验证单元304还包括：
位置信息单元，用于获取实验样船的位置信息。
靠泊功能验证单元，用于根据位置信息和避碰模型控制实验样船在港口进行自动靠泊，以验证靠泊功能。
在具体实施时，该装置还包括：
远程遥控单元，用于如果自动航行功能验证失败，远程遥控实验样船进行航行。
图4为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备包括：处理器400，存储器401，总线402和通信接口403，处理器400、通信接口403和存储器401通过总线402连接；处理器400用于执行存储器401中存储的可执行模块，例如计算机程序。
其中，存储器401可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口403(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
总线402可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器401用于存储程序，所述处理器400在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器400中，或者由处理器400实现。
处理器400可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器400中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器400可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器401，处理器400读取存储器401中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中，计算机程序被处理器400运行时执行实施例一自动航行功能的验证方法的步骤。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，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 (8)

1.一种自动航行功能的验证方法，其特征在于，包括：
获取实验样船采集的环境数据；
根据预设驾驶习惯和所述实验样船的性能参数确定操纵性能；
基于所述环境数据和所述操纵性能确定航行控制方式；
根据所述航行控制方式控制所述实验样船进行自动航行，以验证所述实验样船的自动航行功能；
其中，所述基于所述环境数据和所述操纵性能确定航行控制方式的步骤，包括：
根据所述环境数据和所述操纵性能建立运动模型，其中，所述运动模型是表征所述实验样船与所述实验样船周围环境关系的函数；
根据所述运动模型对所述实验样船的航行区域进行分析得到航行控制方式；
其中，所述自动航行功能包括避障功能和靠泊功能，所述根据所述航行控制方式控制所述实验样船进行自动航行，以验证所述实验样船的自动航行功能的步骤，包括：
根据所述航行控制方式建立避碰模型；
根据所述避碰模型在所述实验样船的行驶水域进行计算得到航行路线，以验证所述避障功能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取实验样船采集的环境数据的步骤，包括：
通过安装在所述实验样船上的感知设备采集多个感知信号，所述感知设备包括以下至少之一：激光雷达、波浪雷达、光电跟踪器和风速风向仪；
根据所述多个感知信号确定环境数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述避碰模型在所述实验样船的行驶水域进行计算得到航行路线的步骤，包括：
根据所述实验样船的行驶水域中其他船舶的行驶速度和行驶方向确定所述其他船舶的行驶意图；
根据所述避碰模型对所述行驶水域中的障碍物和所述其他船舶的行驶意图进行计算，得到航行路线。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述航行控制方式控制所述实验样船进行自动航行，以验证所述实验样船的自动航行功能的步骤，还包括：
获取所述实验样船的位置信息；
根据所述位置信息和所述避碰模型控制所述实验样船在港口进行自动靠泊，以验证所述靠泊功能。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果所述自动航行功能验证失败，远程遥控所述实验样船进行航行。
6.一种自动航行功能的验证装置，其特征在于，包括：
采集单元，用于获取实验样船采集的环境数据；
性能单元，用于根据预设驾驶习惯和所述实验样船的性能参数确定操纵性能；
控制方式单元，用于基于所述环境数据和所述操纵性能确定航行控制方式；
验证单元，用于根据所述航行控制方式控制所述实验样船进行自动航行，以验证所述实验样船的自动航行功能；
其中，所述控制方式单元用于：
根据所述环境数据和所述操纵性能建立运动模型，其中，所述运动模型是表征所述实验样船与所述实验样船周围环境关系的函数；
根据所述运动模型对所述实验样船的航行区域进行分析得到航行控制方式；
其中，所述验证单元用于：
根据所述航行控制方式建立避碰模型；
根据所述避碰模型在所述实验样船的行驶水域进行计算得到航行路线，以验证避障功能。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至5任一项所述的自动航行功能的验证方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行上述权利要求1至5任一项所述的自动航行功能的验证方法的步骤。
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