CN112947113A - 跨域协调的智能船舶测试验证运控系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跨域协调的智能船舶测试验证运控系统和方法，智能船舶测试验证运控系统包括实船模块、虚拟船舶生成模块、虚拟场景生成模块和测试验证云平台，测试验证云平台用于实时调用虚拟船舶生成模块、实时调用虚拟场景生成模块、加载实船模块以对实船模块进行运动控制。本发明智能船舶测试验证运控系统能够支持四种不同的船舶测试验证方式，这四种船舶测试验证方式分别具有传统的实船测试验证的真实性可靠的优点，以及纯虚拟仿真测试的能够有效规避被测船舶潜在的不可控风险、安全风险低等优点，从而实现了传统的测试验证方式和新型的纯虚拟仿真测试的优势互补，并且可以满足不同测试情形的需求。本发明广泛应用于水运交通技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及水运交通技术领域，尤其是一种跨域协调的智能船舶测试验证运控系统和方法。
背景技术
智能船舶航行技术发展的核心在于构建自主感知认知到自主决策控制的完整软硬件系统。船舶智能研发与验证的核心是测试，船舶的智能功能的研发与实现依托于测试与验证技术在设计与实践阶段进行检测与试验。当前智能船舶的测试验证正处于如火如荼的研究之中，世界各国都通过构建测试场、设计建造模型船或实船以开展测试验证工作。传统船舶测试验证方法包括虚拟仿真、水池试验、外场试验以及实船试验，然而这些测试方法都存在缺点，例如传统的模型船和实船在测试验证过程中，难以完全规避被测船舶潜在的不可控风险，面临较大安全隐患，相对于实船测试，虚拟仿真测试的可信度较低。
发明内容
针对上述至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种跨域协调的智能船舶测试验证运控系统和方法。
一方面，本发明实施例包括一种跨域协调的智能船舶测试验证运控系统，包括：
实船模块，包括船舶实物或船舶模型；
虚拟船舶生成模块，用于使用数字孪生技术生成虚拟船舶，所述虚拟船舶与所述船舶实物或船舶模型具有相同的船型特性、操纵特性和运动特性；
虚拟场景生成模块，用于使用数字孪生技术生成虚拟场景，所述虚拟场景包括虚拟通航区域、虚拟自然环境和虚拟测试场景，所述虚拟通航区域与所述船舶实物或船舶模型所在的实际通航区域具有相同的地理条件，所述虚拟自然环境与所述船舶实物或船舶模型所在的实际自然环境具有相同的水文条件；
测试验证云平台，用于执行以下至少一个操作：实时调用所述虚拟船舶生成模块、实时调用所述虚拟场景生成模块、加载所述实船模块以对所述实船模块进行运动控制。
进一步地，所述测试验证云平台还用于获取测试模式，所述测试模式包括虚船虚景模式、虚船实景模式、实船虚景模式、实船实景模式，根据所述测试模式控制所述实船模块、虚拟船舶生成模块和/或虚拟场景生成模块。
进一步地，在所述虚船虚景模式下，所述测试验证云平台同时实时调用所述虚拟船舶生成模块和所述虚拟场景生成模块。
进一步地，在所述虚船实景模式下，所述测试验证云平台实时调用所述虚拟船舶生成模块，使用虚拟现实技术将所述虚拟船舶生成模块生成的虚拟船舶与实际通航区域和实际自然环境结合。
进一步地，在所述实船虚景模式下，所述测试验证云平台实时调用所述虚拟场景生成模块，使用虚拟现实技术将所述虚拟场景生成模块生成的虚拟场景与所述实船模块结合。
进一步地，在所述实船实景模式下，所述测试验证云平台对所述实船模块进行运动控制，使所述实船模块在实际通航区域内进行测试。
进一步地，所述地理条件包括开阔水域、受限水域、弯曲航道、连续桥区。
进一步地，所述水文条件包括风、浪、流、涌。
进一步地，所述虚拟测试场景包括对遇、交叉、追越、跟随。
另一方面，本发明实施例还包括一种跨域协调的智能船舶测试验证运控方法，包括：
执行以下至少一个操作：实时调用虚拟船舶生成模块、实时调用虚拟场景生成模块、加载实船模块以对所述实船舶模块进行运动控制；
所述实船模块包括船舶实物或船舶模型；所述虚拟船舶生成模块用于使用数字孪生技术生成虚拟船舶，所述虚拟船舶与所述船舶实物或船舶模型具有相同的船型特性、操纵特性和运动特性；所述虚拟场景生成模块用于使用数字孪生技术生成虚拟场景，所述虚拟场景包括虚拟通航区域、虚拟自然环境和虚拟测试场景，所述虚拟通航区域与所述船舶实物或船舶模型所在的实际通航区域具有相同的地理条件，所述虚拟自然环境与所述船舶实物或船舶模型所在的实际自然环境具有相同的水文条件。
本发明的有益效果是：实施例中的跨域协调的智能船舶测试验证运控系统能够支持四种不同的船舶测试验证方式，这四种船舶测试验证方式分别具有传统的模型船/实船测试验证的真实性可靠的优点，以及纯虚拟仿真测试的能够有效规避被测船舶潜在的不可控风险、安全风险低等优点，从而实现了传统的测试验证方式和新型的纯虚拟仿真测试的优势互补，并且可以满足不同测试情形的需求。
附图说明
图1为实施例中跨域协调的智能船舶测试验证运控系统的结构图和工作原理图。
具体实施方式
本实施例中，参照图1，跨域协调的智能船舶测试验证运控系统包括实船模块、虚拟船舶生成模块、虚拟场景生成模块和测试验证云平台。
其中，实船模块可以是船舶实物或船舶模型，实船模块可以载入到测试验证云平台，由测试验证云平台操纵控制实船模块。
虚拟船舶生成模块用于使用数字孪生技术生成与实船模块对应的虚拟船舶，虚拟船舶与船舶实物或船舶模型具有相同的船型特性、操纵特性和运动特性，从而能够模拟实船模块。
虚拟场景生成模块用于使用数字孪生技术生成虚拟场景，从而模拟出与船舶实物或船舶模型所在的实际通航区域具有相同的开阔水域、受限水域、弯曲航道、连续桥区等地理条件的虚拟通航区域，以及模拟出与船舶实物或船舶模型所在的实际自然环境具有相同的风、浪、流、涌等水文条件的虚拟自然环境，从而营造出虚拟船舶遭遇的对遇、交叉、追越、跟随等虚拟测试场景。
测试验证云平台设有或者连接有触摸屏、键盘、鼠标等的人机交互设备，工作人员可以通过人机交互设备对测试验证云平台设置测试模式。本实施例中，测试模式包括虚船虚景模式、虚船实景模式、实船虚景模式、实船实景模式。在不同的测试模式下，测试验证云平台执行不同的操作或者操作组合，这些操作包括实时调用虚拟船舶生成模块、实时调用虚拟场景生成模块、加载实船模块以对实船模块进行运动控制。
在虚船虚景模式下，测试验证云平台同时实时调用虚拟船舶生成模块和虚拟场景生成模块，使得虚拟船舶生成模块所生成的虚拟船舶和虚拟场景生成模块所生成的虚拟场景中航行，从而实现虚船虚景条件下的船舶测试验证。
在虚船实景模式下，测试验证云平台实时调用虚拟船舶生成模块，使用虚拟现实技术，将虚拟船舶生成模块生成的虚拟船舶与实际通航区域和实际自然环境结合，从而实现虚船实景条件下的船舶测试验证。
在实船虚景模式下，测试验证云平台实时调用虚拟场景生成模块，使用虚拟现实技术，将虚拟场景生成模块生成的虚拟场景与实船模块结合，从而实现实船虚景条件下的船舶测试验证。
在实船实景模式下，测试验证云平台加载实船模块，对实船模块进行运动控制，使实船模块在实际通航区域内航行，从而实现实船实景条件下的船舶测试验证。
在使用跨域协调的智能船舶测试验证运控系统时，可以通过操作测试验证云平台，同时或按次序地完成虚船虚景模式、虚船实景模式、实船虚景模式和实船实景模式等不同测试模式的船舶测试验证，综合这四种船舶测试验证的结果，实现融合测试。这四种船舶测试验证的结果可以互相印证或者反驳，从而有效规避真实性存疑的问题。
本实施例中的跨域协调的智能船舶测试验证运控系统能够支持四种不同的船舶测试验证方式，这四种船舶测试验证方式分别具有传统的模型船/实船测试验证的真实性可靠的优点，以及纯虚拟仿真测试的能够有效规避被测船舶潜在的不可控风险、安全风险低等优点，从而实现了传统的测试验证方式和新型的纯虚拟仿真测试的优势互补，并且可以满足不同测试情形的需求。
通过使用实施例中的跨域协调的智能船舶测试验证运控系统，可以实现跨域协调的智能船舶测试验证运控方法，即跨域协调的智能船舶测试验证运控方法实际上是跨域协调的智能船舶测试验证运控系统的使用方法，实施跨域协调的智能船舶测试验证运控方法能够获得与使用跨域协调的智能船舶测试验证运控系统相同的技术效果。
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本实施例所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实施例说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本实施例所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本实施例所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本实施例描述的过程的操作，除非本实施例另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本实施例描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本实施例所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
计算机程序能够应用于输入数据以执行本实施例所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。
Claims (10)
1.一种跨域协调的智能船舶测试验证运控系统，其特征在于，包括：
实船模块，包括船舶实物或船舶模型；
虚拟船舶生成模块，用于使用数字孪生技术生成虚拟船舶，所述虚拟船舶与所述船舶实物或船舶模型具有相同的船型特性、操纵特性和运动特性；
虚拟场景生成模块，用于使用数字孪生技术生成虚拟场景，所述虚拟场景包括虚拟通航区域、虚拟自然环境和虚拟测试场景，所述虚拟通航区域与所述船舶实物或船舶模型所在的实际通航区域具有相同的地理条件，所述虚拟自然环境与所述船舶实物或船舶模型所在的实际自然环境具有相同的水文条件；
测试验证云平台，用于执行以下至少一个操作：实时调用所述虚拟船舶生成模块、实时调用所述虚拟场景生成模块、加载所述实船模块以对所述实船模块进行运动控制。
2.根据权利要求1所述的跨域协调的智能船舶测试验证运控系统，其特征在于，所述测试验证云平台还用于获取测试模式，所述测试模式包括虚船虚景模式、虚船实景模式、实船虚景模式、实船实景模式，根据所述测试模式控制所述实船模块、虚拟船舶生成模块和/或虚拟场景生成模块。
3.根据权利要求2所述的跨域协调的智能船舶测试验证运控系统，其特征在于，在所述虚船虚景模式下，所述测试验证云平台同时实时调用所述虚拟船舶生成模块和所述虚拟场景生成模块。
4.根据权利要求2所述的跨域协调的智能船舶测试验证运控系统，其特征在于，在所述虚船实景模式下，所述测试验证云平台实时调用所述虚拟船舶生成模块，使用虚拟现实技术将所述虚拟船舶生成模块生成的虚拟船舶与实际通航区域和实际自然环境结合。
5.根据权利要求2所述的跨域协调的智能船舶测试验证运控系统，其特征在于，在所述实船虚景模式下，所述测试验证云平台实时调用所述虚拟场景生成模块，使用虚拟现实技术将所述虚拟场景生成模块生成的虚拟场景与所述实船模块结合。
6.根据权利要求2所述的跨域协调的智能船舶测试验证运控系统，其特征在于，在所述实船实景模式下，所述测试验证云平台对所述实船模块进行运动控制，使所述实船模块在实际通航区域内进行测试。
7.根据权利要求1-6任一项所述的跨域协调的智能船舶测试验证运控系统，其特征在于，所述地理条件包括开阔水域、受限水域、弯曲航道、连续桥区。
8.根据权利要求1-6任一项所述的跨域协调的智能船舶测试验证运控系统，其特征在于，所述水文条件包括风、浪、流、涌。
9.根据权利要求1-6任一项所述的跨域协调的智能船舶测试验证运控系统，其特征在于，所述虚拟测试场景包括对遇、交叉、追越、跟随。
10.一种跨域协调的智能船舶测试验证运控方法，其特征在于，包括：
执行以下至少一个操作：实时调用虚拟船舶生成模块、实时调用虚拟场景生成模块、加载实船模块以对所述实船舶模块进行运动控制；
所述实船模块包括船舶实物或船舶模型；所述虚拟船舶生成模块用于使用数字孪生技术生成虚拟船舶，所述虚拟船舶与所述船舶实物或船舶模型具有相同的船型特性、操纵特性和运动特性；所述虚拟场景生成模块用于使用数字孪生技术生成虚拟场景，所述虚拟场景包括虚拟通航区域、虚拟自然环境和虚拟测试场景，所述虚拟通航区域与所述船舶实物或船舶模型所在的实际通航区域具有相同的地理条件，所述虚拟自然环境与所述船舶实物或船舶模型所在的实际自然环境具有相同的水文条件。
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