[0001] 本发明涉及动态测试系统技术领域，尤其是一种基于分布式架构的智能船舶动态测试系统。

[0002] 为了推动航运事业的发展和航海科技的突破，我国作出了建设海洋强国、科技强国和交通强国的战略部署。国家战略支持的同时，航运相关部门也在积极推动智能航运以及智能船舶技术的发展；同时，中国船级社也于2015年和2020年发布了智能船舶相关规范，结合国际海事组织(IMO)海上自主水面船舶(MASS)公约适用性梳理工作，以及智能船舶规范指南的应用实践，提出了《智能船舶规范(2020)》。当前，世界各国均在积极研发智能船舶相关技术，其中船用设备企业注重智能化集成系统研发，以罗罗、瓦锡兰、康士伯等为代表的企业相继研究开发了船舶能效管理系统、自主靠离泊系统等智能系统；中日韩均将主流“油散集”船舶智能化作为主要发展方向，推出了一系列具备智能化功能的船舶产品。随着智能船舶的出现，现有的海运技术和管理体系都将发生改变，船舶、岸基、港口、货物等多个环节将实现信息互联，推进海运智能化发展。

[0003] 长期以来，我国船舶工业重总装、轻配套的发展方式，使得关键配套自主能力弱，特别是核心零部件、关键器件和设备等基础技术研究开发严重不足，以致部分核心零部件、基础器件和设备主要依赖国外厂商，船海装备关键技术国产化已成为威胁我国船舶工业健康可持续发展的关键，实现船海装备自主设计和关键配套设备自主研制已经成为我国船舶工业抢占行业制高点的必然选择。特别地，缺乏装船验证的手段是自主研制的关键配套设备难以推广的最大拦路虎。建设集装备技术、装备试验、方法研究、成果转化、科学观测等多种功能于一身的科学合理、功能齐全、体系完备、资源共享、军民兼用的海上试验平台并建立与之配套的标准检验体系，已成为国家海洋装备科技进步与产业发展的迫切需求，且已在相关各领域内形成了广泛共识。

[0004] 为此我们提出一种基于分布式架构的智能船舶动态测试系统。

[0034] 下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

[0035] 如图1‑图2所示，一种基于分布式架构的智能船舶动态测试系统，包括导航雷达、可见光及红外全景设觉系统、综合航行态势感知系统、智能操舵系统、智能避碰系统、自动靠离泊系统、机桨智能一体化推进装置、智能深海绞车、风力助推转子智能控制系统。

[0036] 导航雷达动态测试：导航雷达动态测试验证主要目的是对导航雷达的各项指标进行测试与验证，包括：态势重构、探测范围、目标速度探测误差、目标位置探测误差、目标类型识别、目标更新频率、目标跟踪能力。

[0037] 可见光及红外全景视觉测试：可见光及红外全景视觉系统动态测试验证主要目的是对可见光全景系统/红外全景系统的基本成像能力、全景视觉布局方案与空间覆盖能力、多路图像拼接效果、图像增稳能力、海面图像增强处理能力、海上目标预检测识别能力、视觉系统海面环境适应能力进行测试与验证。

[0038] 综合航行态势感知测试：船舶航行过程需要感知的信息主要包括环境因素信息、动态障碍物信息和静态障碍物信息等一切影响船舶航行安全的因素信息，需要融合多种感知设备弥补不足。综合航行动态感知软件系统的动态测试验证，从航行态势感知关键传感器设备信息采集与数据融合入手测评航行态势感知系统，测试评价其信息接收、信息融合、目标感知、信息预警、远程运维等能力。

[0039] 智能操舵测试：智能操舵系统动态测试验证主要目的是对智能操舵系统性能指标和功能指标两大类指标进行测试与验证，其中性能指标包括：平均转舵速度、航向稳定精度、航向灵敏度、跟随误差值；功能指标包括：航向改变功能、航向保持功能。

[0040] 智能避碰测试：智能避碰系统动态测试验证主要目的是对智能避碰系统性能指标和功能指标两大类指标进行测试与验证，其中性能指标包括避碰有效性、避碰时效性与避碰经济性；功能指标是指避碰系统控制船舶机动是否符合《海事避碰规则》的合规性。

[0041] 自动靠离泊测试：自动靠离泊系统动态测试验证主要包含：抵泊操控评价、靠岸操纵评价、离泊操纵评价几项功能，通过对本船经纬度、本船航向、本船船速、泊位区空间大小、停泊位经纬度等数据的监控与采集，计算船舶坐标位置、船舶航速变化、船舶到泊位距离、角度，综合船舶在靠岸区的位置、速度、航向、靠岸时间、本船与靠岸区已停泊船舶之间距离、舵桨操纵频次等评价指标，完成对船舶智能靠离泊性能的评估分析。

[0042] 机桨智能一体化推进装置测试：针对推进电机、轴承、密封装置等被测关键部件的功能特性，布置适合机桨智能一体化推进装置运行环境的测试传感器，测量推进电机温升、推进电机运行功率、推进器的振动、噪声和推力等关键参数，结合船舶运行数据，对机桨智能一体化推进装置的振动噪声、系泊推力、水动力、耐久性等性能进行测试与验证。

[0043] 智能深海绞车测试：智能深海绞车的测试目标是：针对智能深海绞车的智能化传感系统、深海储缆装置、自动排缆装置、多传动驱动控制系统等关键部套件，测试验证智能深海绞车在实船扰动条件下的升沉动态补偿功能。

[0044] 风力助推转子智能控制测试：风力助推转子智能控制系统动态测试验证系统将对转子的质量特性和功能特性进行海上智能化测试，以验证其助推性能符合设计要求，并确保转子产品满足规范要求和使用要求。具体是从产品“六性”中的可靠性、安全性、环境适应性和测试性四个方面出发，并结合转子自适应调节的功能特性，测试转子能效、转子安全、转子适应性以及可靠性和系统控制能力等四个方面的内容。

[0045] 为实现在试验船上的应用，满足导航雷达、可见光及红外全景视觉系统、综合航行态势感知系统、智能操舵系统、智能避碰系统、自动靠离泊系统、机桨智能一体化推进装置、智能深海绞车、风力助推转子智能控制系统等系统的测试要求。考虑到系统的测试对象的可变性以及系统架构的可拓展性，采用分布式采集系统，通过智能网关将采集、监测的数据进行标准化处理，通过订阅发布式通信协议，例如ROS/ROS2、MQTT等，实现采集系统与上位机的异步数据通信，再结合时统设备，实现动态测试系统数据的时间同步。

[0046] 数据采集设计，性能采集系统使用惯导、高精度GPS、运动加速度传感器、舵角传感器、遥测扭矩仪、转速传感器、数据采集器等仪器设备。对时间、加速度、角速度、纵摇角、横摇角、纵倾角、横倾角、船舶航速、航行轨迹、船舶艏向角、舵角、螺旋桨轴转速、轴扭矩、轴功率等参数进行实时测量或监测记录和存储。

[0047] 针对推进电机、推进器等被测关键部件的功能特性，布置工控机与采集卡等设备，接入机舱监测报警、自动舵与舵角监测等设备，测量推进电机温升、推进电机运行功率等关键参数。

[0048] 系统针对汇聚交换机、核心交换机，采用高速以太网，保证单个节点通信带宽，无延时切换通讯路径。针对船舶系统的主机、电机组、风力助推转子、深海绞车等设备，由于此类船舶设备只有一套，因此只能通过数据采集网关或指令控制网关进行数据和指令的转换。

[0049] 动态测试系统测试工作站是动态测试系统连接计算服务器的载体，通过获取动态测试系统服务器中的计算分析数据，完成对测试结果的展示与投影。同时在测试任务开始时，为数据采集、系统配置等操作提供通信终端，实现对动态测试系统的随船控制。

[0050] 动态测试系统软件平台有三个子系统，任务管理子系统包括8个一级功能模块，数据管理子系统包括9个一级功能模块，分析评价子系统包括5个一级功能模块。主要实现的功能如下：

[0051] (1)前端数据采集与存储

[0052] 系统提供Design Studio动态数据建模工具，兼容ASAM‑ODS标准，通过友好界面动态建立和维护数据库模型，生成实际需要的表和视图。参照ASAM‑ODS标准提供的描述试验数据的基本模型和实际业务需求，可构建符合业务需求的应用模型，用以描述试验数据。数据最终存入数据中心，临时存储提供的存储方式是结构化、非结构化相结合的方式。能对数据进行解析处理形成数据库表的数据记录称为结构化数据；图片、声音、录像等不需要分解的文件统称为非结构化文件。

[0053] (2)任务管理子系统

[0054] 测试任务管理子系统的功能包括测试任务信息管理、测试设备信息管理、测试人员信息管理、试验船信息管理、陪试品信息管理、物理接口通道管理、试验环境条件管理、外部参数管理等功能，实现对测试任务全过程的管理。

[0055] 测试设备信息管理用于管理测试设备，主要内容包括：设备编号、设备名称、设备型号、设备类型、设备责任人、设备状态、采集数据、信号类型、采样频率、原始数据存储地址。

[0056] (3)数据管理子系统

[0057] 数据管理子系统的功能包括数据收集、数据存储、数据管理、数据可视化、数据回放等功能，实现对数据全周期的管理。数据收集功能主要基于智能网关接口以及其他可靠数据传输接口进行实现。系统提供数据收集接口，建立接收智能网关或数据采集分系统发送的融合测试数据及相关信息的上行通道信息。针对通过智能网关进行数据采集的分系统，基于智能网关产品提供的数据采集控制API定制数据收集功能，包括报文接收、解析、校验等功能。针对不通过智能网关进行数据采集的分系统，按照对应分系统提供的数据传输协议实现数据采集汇总。

[0058] 数据管理主要管理后处理阶段的数据。根据业务需求，按照不同的动态测试系统，建立不同的后处理阶段数据管理，即每一个动态测试系统的数据管理都包括原始数据、处理过程数据、分析评价数据。其中包括：1)导航雷达动态测试雷达探测精度评价原始数据；2)可见光及红外全景视觉系统动态测试原始数据；3)综合航行态势感知软件动态测试数据；4)智能操舵系统动态测试数据；5)智能避碰系统动态测试有效性评价数据；6)自动靠离泊系统动态测试安全性评价原始数据；7)机桨智能一体化推进装置动态测试数据；8)智能深海绞车动态测试原始数据；9)风力助推转子智能控制系统动态测试数据。

[0059] (4)分析评价子系统

[0060] 提供针对典型智能感知设备、操控系统、舱室机械、甲板机械、节能装置的测试验证功能，包括导航雷达、可见光及红外全景视觉系统、综合航行态势感知系统、智能操舵系统、智能避碰系统、自动靠离泊系统、机桨智能一体化推进装置、智能深海绞车、风力助推转子智能控制系统等的动态测试分析。

[0061] 面向船舶智能测试的体系，以常规与智能船舶为对象，实现对关键组件、设备乃至整体系统的智能功能的测试、验证及评估。本系统应用分布式、系统化可扩展设计建立了功能可变的动态测试架构，通过集成全船范围内的边缘测试传感器、边缘计算能力、高效的数据中台及先进的应用测试软件，实现了船舶数据的全链路贯通、即时共享、动态评估与直观结果显示。采用分布式网关为核心架构，本系统建立了贴近终端采集点的边缘数据融合与精准解析分发机制，确保在数据采集前端即实现时间精准同步、高效预处理、精细分类与深度融合，极大地提升了测试灵活性，使用户能够轻松动态调整测点布局、测试参数及数据分类维度，相比传统技术，显著简化了测试流程，增强了测试效率与准确性。

[0062] 通过结合订阅发布式通信构建了可扩展的动态测试系统软件架构，并在硬件可承受范围内实现对船舶关键器件、设备、系统的智能功能测试的自由扩展；

[0063] 系统各软件、模块与算法等通过节点实现，可以自由替换，单一模块缺失不影响其他模块运行；

[0064] 主要面向船舶智能测试需求，包含了导航雷达、可见光及红外全景视觉系统、综合航行态势感知系统、智能操舵系统、智能避碰系统、自动靠离泊系统、机桨智能一体化推进装置、智能深海绞车、风力助推转子智能控制系统智能测试功能；

[0065] 主要具备对船舶总体性能，包括快速性、耐波性、操纵性等以及结构安全性的测试能力。

[0066] 以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。