[发明专利]生成自然对抗海洋环境的智能船舶测试场景的方法及终端

说明书

本发明公开了一种生成自然‑对抗海洋环境的智能船舶测试场景的方法，首先基于电子海图数据、海洋气象数据构建虚拟静态场景；利用真实海上交通数据，创建船舶时空分布数据库，构建初始的自然场景；通过船舶时空分布数据库中的船舶状态‑态势，计算自然场景下的船舶态势分布；评价周围船舶的重要度，选择重要度最高的船舶作为关键船舶，构建重要度抽样密度函数，基于重要度抽样随机生成关键船舶态势。其他周围船舶的态势从自然场景下的船舶态势分布中抽取，生成具有对抗性的船舶会遇场景；建立智能船舶测试存储记录库。本发明能够搭建更加贴近真实的自然场景以及更加高效的对抗场景，为智能航行技术的测试和评估提供场景支持。

技术领域

本发明涉及智能船舶场景构建技术领域，尤其涉及一种生成自然对抗海洋环境的智能船舶测试场景的方法及终端。

背景技术

近年来，随着智能船舶的不断发展，智能航行技术作为关键技术，相关的测试和评估成为了研究热点。各类智能船舶避碰算法和相应的仿真测试方法被相继提出，成果十分丰富。

但由于海上交通环境具有高度的不确定性、不可重复性、不可预测性和不可穷尽等特征，现有的仿真测试系统和方法，在仿真过程中无法保证设定测试场景的真实性。除了静态场景元素固有的连续值取值范围和多约束问题外，海上交通行为是在一个高度复杂的、存在着多种约束条件的环境下的高交互性行为。交通参与者类型众多，包括商船、拖轮、渔船、工程船舶等，每种交通参与者都有特定的动态行为模式。

此外，由于海洋环境的高维性和安全关键事件的罕见性，需要非常长时间的仿真，评估智能船舶航行技术，故利用真实的海洋环境进行测试十分低效。

因此，如何揭示海上交通流系统的复杂性、动态性和随机性内在机理，真实且高效地模拟船舶航行的海洋环境成为当前需要解决的技术问题。

有鉴于此，需要提出一种新的技术方案来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生成自然对抗海洋环境的智能船舶测试场景的方法及终端，能够搭建更加贴近真实的自然场景以及更加高效的对抗场景，为智能航行技术的测试和评估提供场景支持。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种生成自然对抗海洋环境的智能船舶测试场景的方法，包括步骤：

构建虚拟静态场景：基于电子海图数据、海洋气象数据获取真实的海洋航行环境数据；

建立船舶时空分布数据库，包括：采集实际水域一段时间内的船舶海上交通数据，从历史数据中获取船舶航行信息；对水域进行网格化划分，建立船舶时空分布数据库；

构建自然对抗动态场景：统计分析船舶间相对位置、相对方位、相对速度以及船舶类型的联合分布函数；

采用随机采样方法，得到自然场景初始状态，包括船舶数量，每条周围船舶的位置、船舶类型、航向航速，以及被测船舶的位置与类型；

基于船舶时空分布数据库中的船舶状态-态势，计算自然场景下的船舶态势分布，其他周围船舶的态势从自然场景下的船舶态势分布中抽样获得；

在初始自然场景基础上，被测船舶当前态势用前一步长的船舶态势替代，分别评价周围船舶的重要度，选择重要度最高的船舶作为关键船舶；

构建重要度抽样密度函数，并基于所述重要度抽样密度函数计算态势碰撞危险性概率；

基于所述被测船舶碰撞危险性概率，生成关键船舶态势，继而生成具有对抗性的船舶会遇场景。

一种实现方式中，还包括：

建立智能船舶测试存储记录库：在一定测试时长或一定航程距离下，统计发生船舶事故的类型与次数、违反海上避碰规则类型与次数，将测试记录存储，并对发生船舶事故时刻的前后一段时间进行截断保存。