一种无人船舶自主航行能力评估方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113821031A(43)申请公布日2021.12.21(21)申请号202111070339.5(22)申请日2021.09.13(71)申请人大连海事大学地址116026辽宁省大连市高新园区凌海路1号(72)发明人范云生苏辉(74)专利代理机构大连东方专利代理有限责任公司21212代理人姜玉蓉李洪福(51)Int.Cl.G05D1/02(2020.01)权利要求书4页说明书16页附图6页(54)发明名称一种无人船舶自主航行能力评估方法(57)摘要本发明公开了一种无人船舶自主航行能力评估方法，该评估方法是一种基于测试任务的评估方法，包括如下步骤：根据无人船舶自主航行能力测试目标和任务设计框架设计自主航行能力测试任务；结合所设计的测试任务，确定相应的评价指标，明确指标的定义、计算方法及指标类型；建立评价体系层次模型，并计算各指标的指标权重；对被测试的自主航行算法执行所设计的测试任务，采集指标数据；对所采集的指标数据进行计算分析，实现无人船舶的自主航行能力综合评估。CN113821031ACN113821031A权利要求书1/4页1.一种无人船舶自主航行能力评估方法，其特征在于包括：S1:分析无人船舶的自主航行能力，根据所述自主航行能力设计自主航行能力测试任务；S2:根据自主航行能力测试任务确定相应的评价指标，分析评价指标的种类，将各种类型的评价指标转化为同一种类型，明确评价指标的评估方向，将非极大值类型的评价指标统一转化为极大型指标；S3:建立评价体系层次模型，在评价体系层次模型中将无人船舶的自主航行能力分为感知识别能力、路径规划能力、避碰决策能力和航行控制能力四个二级指标，将该四个二级指标对应设计六个三级指标，将六个三级指标对应设计21个评价指标作为四级指标，基于评价体系层次模型结合同一测试任务下同一层次的两两指标间的相互重要性程度获得各评价指标的指标权重；S4：获取无人船舶测试任务执行过程中可直接获取得到的数据，并根据所得到的数据计算评价指标值，重复执行不同参数条件下的自主航行测试任务，直至获取规定测试轮次的指标数据；S5：根据评价体系层次模型中的评价指标建立评价指标集，根据无人船舶自主航行能力评价标准和规范，确定无人船舶自主航行能力指标评语集，将无人船舶在测试任务执行中采集的实际指标值标准化处理得到标准化指标数据，根据标准化指标数据计算样本数据的平均值、样本方差、期望、熵和超熵信息，结合指标权重综合测试结果的云特征数字的期望Ex距离分值区间云特征参数的期望值的远近得出综合评估结果，从而对对无人船舶的自主航行能力展开综合评估结合指标权重和样本数据的期望、熵和超熵信息，自底向上逐层合成评价结果值，并对评价结果进行分析，直至得到无人船舶自主航行能力评价值；对评价结果进行分析时，针对某一单船舶的评价，采用自主航行能力评价值中的期望Ex在评语分值区间的分布情况得出定性评价结果；针对多船舶的竞优评价，首先比较各船舶的自主航行能力评价值的期望，该值越大，则表明自主航行能力越好，若存在两个船舶或两个以上船舶的期望相等的情况时，则采用自主航行能力评价值的熵，该值越大，则表明自主航行能力越差，若存在两个船舶或两个以上船舶的期望和熵均相等的情况时，则采用自主航行能力评价值的超熵，该值越大，则表明自主航行能力越差。2.根据权利要求1所述的一种无人船舶自主航行能力评估方法，其特征在于：所述自主航行能力包括感知识别能力、路径规划能力、航行控制能力和自主避碰能力；所述自主航行能力测试任务包括基本测试任务和高级测试任务，所述基本测试任务为无人船舶在简单海况条件下执行自主航行行为的单项测试任务，包括感知识别测试任务、路径规划测试任务、航行控制测试任务和自主避碰测试任务，所述高级测试任务为无人船舶在复杂海况条件下执行自主航行行为的综合测试任务，该测试任务包括感知识别、路径规划、航行控制和避碰决策的多种任务的组合。3.根据权利要求1所述的一种无人船舶自主航行能力评估方法，其特征在于：所述评价指标分为极大型指标、极小型指标、区间型指标和居中型指标，其中，极大型指标是指该评价指标的取值越大，则表明无人船舶的自主航行能力越好；极小型指标是指该评价指标的取值越小，则表明无人船舶的自主航行能力越好；区间型指标是指该评价指标的取值位于2CN113821031A权利要求书2/4页某一最优区间，则表明无人船舶的自主航行能力越好；居中型指标是指该评价指标的取值越居中，则表明无人船舶的自主航行能力越好，将所有非极大型指标转换为及大型指标。4.根据权利要求1所述的一种无人船舶自主航行能力评估方法，其特征在于：结合两两指标间的相互重要性程度得到判断矩阵A满足n表示评价指标的数量，aij表示评价指标i相对