智能船舶航路规划仿真测试环境构建方法及仿真测试方法与流程

本发明涉及智能船舶仿真测试技术领域，尤其涉及一种智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法及仿真测试方法。

背景技术：

对航路规划进行仿真测试是海上智能船舶航行的前提条件之一，随着技术的不断进步，智能船舶的全局航路规划仿真测试需求不断增加，日益受到人们的关注，为了智能船舶的全局航路规划仿真测试能够顺利进行，需要构建一种合理的智能船舶全局航路规划仿真测试环境。

现有的仿真测试环境大多是操作人员手动搭建而成，比如仿真测试环境可以在unity等软件中手动进行搭建，包括构建海面、海岛等等，其大小、高度等参数通过手动调节，并且在现有的仿真测试环境搭建中需要多次修改障航物位置、移速等参数，其中操作人员往往会根据自己的习惯和偏好去设置环境构建参数，其操作的准确性和规范性不能保证，使得仿真测试带有主观性和片面性，影响智能船舶全局航路规划的仿真测试。

因此，亟需一种智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法，能够自动搭建仿真测试环境，操作简便。本发明还提供了一种智能船舶全局航路规划仿真测试方法，降低了仿真测试的主观性和片面性，保证仿真测试的准确性和规范性。

(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：

一种智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法，包括以下步骤：

步骤s1、依据智能船舶全局航路的起点po和终点pe，以及预设的碍航物、预设的航路规划范围和预设的碍航物对船舶航路规划的影响关系，获取影响船舶航路规划的碍航物信息。

步骤s2、依据碍航物信息，在三维场景内构建仿真测试环境。

作为本发明方法的一种改进，碍航物包括：以碍航物中点p(x,y)为圆心，r为半径的第一圆形；航路规划范围包括：以pope为直径的第二圆形；碍航物对船舶航路规划的影响关系包括：智能船舶航线规划中遇到碍航物的拐点pi(xi,yi)为所述第一圆形上的点，且线段popi与所述第一圆形相切。

作为本发明方法的一种改进，步骤s1包括：基于平面直角坐标系，令智能船舶全局航路的起点po为坐标原点；

x＝p(a)·l·sinф

y＝p(a)·l·cosф

其中，a为航路规划范围内碍航物的数量；r为在内随机生成的数；p(a)为地理碍航物位于航路规划范围内的概率，l为po与pi之间的距离，ф为线段popi与坐标轴之间的夹角，θ为线段popi与线段pop之间的夹角，

作为本发明方法的一种改进，碍航物包括地理碍航物和/或不考虑运动速度及作用强度的恶劣气象区域。

一种智能船舶全局航路规划仿真测试方法，包括以下步骤：

步骤a1、根据上述智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法，在三维场景内构建仿真测试环境。

步骤a2、依据仿真测试环境，对智能船舶路径规划进行仿真测试。

作为本发明方法的一种改进，步骤a1包括：根据上述智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法，在三维场景内构建仿真地理环境；根据上述智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法，在三维场景内构建不考虑运动速度及作用强度的恶劣气象区域；根据上述智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法和预先设定的恶劣气象区域移动速度，在三维场景内构建考虑运动速度的恶劣气象区域。

作文本发明方法的一种改进，预先设定的恶劣气象区域移动方向包括一系列时间间隔为10s的随机数，随机数在0°～359°之间随机生成；预先设定的恶劣气象区域移动速度包括一系列时间间隔为10s的连续型分布随机数，连续型分布随机数在15～45km/h之间随机生成。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

1、在本发明环境模型中，将碍航物抽象为一个圆形禁航区；将航路规划范围抽象为以航行起止点为直径的圆形区域，区域外的环境对智能船舶的航行不构成影响，只需要研究区域内的仿真环境构建；将智能船舶规划航线遇到碍航物的拐点抽象为线段popi与上述圆形禁航区的切点，方便计算。充分考虑了地理环境及气象环境等对船舶航行的影响因素，能够进一步提高航路规划仿真测试在三维测试环境的适应程度；并且通过预测影响船舶航路的地理及气象因素建立数学模型，避免了传统全局航路规划方法中存在的规划路径存在多余转向次数的问题，为船舶航路规划过程中提供更加科学合理的航行路线测试方案。

2、本发明提供的智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法，合理预测影响船舶航路的地理及气象因素建立数学模型，为仿真环境的构建提供构建参数，实现了在三维场景内自动搭建全局船舶航路规划仿真测试环境，为船舶航路规划提供更加科学合理的测试环境，为以更科学直观的方式测试智能船舶航路提供了基础，使船舶航路更加安全可靠。

3、本发明提供的智能船舶全局航路规划仿真测试方法，基于上述智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法自动搭建仿真测试环境，进行仿真测试，适应程度好，降低了仿真测试的主观性和片面性，保证仿真测试的准确性和规范性。

附图说明

本发明借助于以下附图进行描述：

图1为本发明具体实施方式中预设的碍航物、预设的航路规划范围和预设的碍航物对船舶航路规划影响关系的示意图；

图2为本发明具体实施方式中智能船舶全局航路规划仿真测试方法的流程图。

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。

本发明提供了一种智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法，包括以下步骤：

步骤s1、基于预先构建的环境模型，依据智能船舶全局航路的起点和终点，获取影响船舶航路规划的碍航物信息。

具体地，步骤s1包括，依据智能船舶全局航路的起点po和终点pe，以及预设的碍航物、预设的航路规划范围和预设的碍航物对船舶航路规划的影响关系，获取影响船舶航路规划的碍航物信息。

优选地，如图1所示，基于平面直角坐标系，预设的碍航物包括：以碍航物中点p(x,y)为圆心，r为半径的第一圆形；预设的航路规划范围包括：以pope为直径的第二圆形；预设的碍航物对船舶航路规划的影响关系包括：智能船舶航线规划中遇到碍航物的拐点pi(xi,yi)为第一圆形上的点，且线段popi与第一圆形相切。

进一步优选地，依据智能船舶全局航路的起点po和终点pe，以及预设的碍航物、预设的航路规划范围和预设的碍航物对船舶航路规划的影响关系，获取影响船舶航路规划的碍航物信息，包括：

如图1所示，令智能船舶全局航路的起点po为坐标原点；

x＝p(a)·l·sinф

y＝p(a)·l·cosф

其中，a为航路规划范围内碍航物的数量；r为在内随机生成的数；p(a)为地理碍航物位于航路规划范围内的概率，l为po与pi之间的距离，ф为线段popi与y轴之间的夹角，θ为线段popi与线段pop之间的夹角，

在本发明环境模型中，将碍航物抽象为一个圆形禁航区；将航路规划范围抽象为以航行起止点为直径的圆形区域，区域外的环境对智能船舶的航行不构成影响，只需要研究区域内的仿真环境构建；将智能船舶规划航线遇到碍航物的拐点抽象为线段popi与上述圆形禁航区的切点，方便计算。充分考虑了地理环境及气象环境等对船舶航行的影响因素，能够进一步提高航路规划仿真测试在三维测试环境的适应程度；并且通过预测影响船舶航路的地理及气象因素建立数学模型，避免了传统全局航路规划方法中存在的规划路径存在多余转向次数的问题，为船舶航路规划过程中提供更加科学合理的航行路线测试方案。

通过上述环境模型，依据智能船舶全局航路的起点和终点，可以计算出a个碍航物中点p的x坐标和y坐标，从而确定a个碍航物的位置，为仿真环境的构建提供构建参数。上述碍航物包括地理碍航物和/或不考虑运动速度及作用强度的恶劣气象区域。

步骤s2、依据碍航物信息，在三维场景内构建仿真测试环境。

具体地，依据碍航物的位置和半径，在三维场景内构建地理环境和/或气象环境。由于三维场景相对于电子海图更加直观，因此在三维场景内搭建航路规划测试环境更容易对航路做出优劣判断，降低了对航路分析测试的复杂性。

本发明提供的智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法，合理预测影响船舶航路的地理及气象因素，实现了在三维场景内自动搭建全局船舶航路规划仿真测试环境，为船舶航路规划提供更加科学合理的测试环境，为以更科学直观的方式测试智能船舶航路提供了基础，使船舶航路更加安全可靠。

本发明还提供一种智能船舶全局航路规划仿真测试方法，包括以下步骤：

步骤a1、根据上述智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法，在三维场景内构建仿真测试环境。

具体地，所述步骤a1包括：根据上述智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法，在三维场景内构建仿真地理环境；根据上述智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法，在三维场景内构建不考虑运动速度及作用强度的恶劣气象区域；根据上述智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法和预先设定的恶劣气象区域移动速度和方向，在三维场景内构建考虑移动路径的恶劣气象区域。

优选地，预先设定的恶劣气象区域移动方向包括一系列时间间隔为10s的随机数，随机数在0°～359°之间随机生成；预先设定的恶劣气象区域移动速度包括一系列时间间隔为10s的连续型分布随机数，连续型分布随机数在15～45km/h之间随机生成。在三维场景内更形象地构建恶劣气象区域，进一步提高仿真测试的准确性和规范性。

步骤a2、依据上述仿真测试环境，对智能船舶路径规划进行仿真测试。

本发明提供的智能船舶全局航路规划仿真测试方法，基于上述智能船舶全局航路规划仿真测试环境构建方法自动搭建仿真测试环境，进行仿真测试，适应程度好，降低了仿真测试的主观性和片面性，保证仿真测试的准确性和规范性。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。