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无人船舶自主航行能力测试与评估技术研究
| 论文题名： | 无人船舶自主航行能力测试与评估技术研究 |
| 关键词： | 无人船舶;自主航行;性能测试;评估体系 |
| 摘要： | 无人船舶的自主航行能力是船舶智能化水平的核心体现，科学完善的自主航行能力测试与评估体系是提高无人船舶的智能化水平与自主性能、建立健全技术标准与法律法规、推进智能航运与智慧海洋相关产业创新发展的基础。目前，无人船舶自主航行关键技术的研究尚处于发展阶段，国内外关于无人船舶自主航行能力测试与评估技术、相关规范及理论方法的研究尚处于探索阶段。为了加快无人船舶的研发效率和市场应用、打造绿色可持续的船舶工业和航运市场、增强无人系统装备的可信度和工程可行性，无人船舶自主航行技术测试将成为智能船舶工业的关键环节。本文针对无人船舶自主航行能力测试与评估所亟待解决的问题，面向无人船舶自主航行能力和智能化水平的提升，开展了自主航行测试与评估技术的研究，主要研究内容如下： （1）针对无人船舶进行海上自主航行测试时的难点，提出了一种基于平行系统理论的无人船舶自主航行能力测试方法。该方法是一种虚拟测试方法，通过模拟无人船舶及其航行的海洋环境，在自主航行算法层面开展无人船舶自主航行能力测试。在测试场景方面，将海洋场景按航行影响效果分为普通水域、气象海况、能见度、限制水域和交通流等6类场景或模型。在此基础上，引入广义集合和分布函数，提出场景复杂度的计算模型。 （2）针对无人船舶自主航行的测试任务方面，以感知识别、路径规划、航行控制和避碰决策能力为测试目的，提出了测试任务设计框架，分别对应低复杂度下的基本测试任务和高复杂度下的高级测试任务，并对基本测试任务进行了详细的任务设计、评价指标选取、指标定义、指标计算和指标一致化处理。 （3）针对无人船舶自主航行能力的评估方面，提出了基于层次分析法(AHP)的无人船舶自主航行能力评价指标体系模型，并针对层次分析法在指标权重计算过程中的一致化处理问题进行了改进；采用定性问题定量化的思想，引入模糊综合评价法，解决了多指标综合评估问题，并采用云模型算法，改进了模糊综合评价法中评价指标的随机性和指标的模糊性问题，使得评估结果更为客观。 最后，在上述研究的基础上，设计并搭建了一套无人船舶自主航行能力测试系统，以3吨级“蓝信”号高速无人水面艇为实验支撑，结合自主航行控制测试任务和评价指标，对3种不同参数条件下的航向控制算法和航迹控制算法进行了测试与评估，结果证明了该测试方法和评估算法的有效性，为无人船舶自主航行测试与评估提供了理论基础和技术应用的实现途径。 |
| 作者： | 苏辉 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 范云生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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