标
体
准
T/CSNAME154-2025
Virtual-realfusion testing method for intelligent navigation system of coastal andinland waterway vessels
中国造船工程学会 发布
前言
起草. 本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定
请注意本文件的某些内容可能涉及专利.本文件的发布机构不承担识别专利的责任.
本文件由中国造船工程学会船舶标准化专业委员会提出.
本文件由中国造船工程学会归口.
本文件起草单位：武汉理工大学、湖北东湖实验室、上海交通大学、中国船级社、山东省青岛船舶技术服务中心.
本文件主要起草人：刘佳仑、马吉林、孙宁、刘东豪、欧阳子路、汤敏、朱晓卉、杨帆、王翌铭、赵岩、赵轩、董胜节、律建辉、王鸿东、李诗杰、胡欣珏、王腾飞、关宏旭、吕雅琼、张松、宋荣鑫.
沿海内河船舶智能航行系统虚实融合测试方法
1范围
本文件规定了沿海内河船舶智能航行系统的虚实融合测试方法的测试基本要求与框架，以及测试流程与要求等内容.
本文件适用于沿海及内河航行船舶所搭载的智能航行系统的虚实融合测试验证.
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款，其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件：不注日期的引用文件，其最新版本（包括的修改单）适用于本 文件.
GB/T10113-2003分类与编码通用术语
3术语和定义
GB/T10113-2003界定的以及下列术语和定义适用于本文件.
3. 1
沿海内河船舶coastaland inland waterway vessels
主要在沿海水域和内河（如江河、湖泊等）航行，通常用于货物运输、旅客运输、工程作业等的船舶.
3.2
被测系统the evaluated system
由软件、硬件、模型或其组合构成，采用虚实融合测试方法，接受测试与评价的对象.
3. 3
虚实融合测试virtual-realfusiontesting
仿真测试、实景注入仿真测试、物理构合仿真测试等方法. 通过真实物理设备与虚拟仿真环境交互，验证系统性能、可靠性和安全性的测试方法，包含全数字
3. 4
全数字仿真测试fully digitalsimulation testing
辑正确性的测试方法. 基于仿真的船舶运动数学模型和航行测试场景，验证沿海内河智能航行系统功能完备性与算法逻
3.5
实景注入仿真测试realscenarioinjectionsimulation testing
系统进行测试，从而验证被测系统与真实环境数据的交互与融合能力，评估其在逼近现实场景中的功能 基于仿真的船舶运动数学模型，并注入真实的航道数据以构建航行测试场景，对沿海内河智能航行适应性、决策合理性和行为合规性.
3. 6
物理耦合仿真测试physicalcouplingsimulationtesting
基于物理真实的缩比模型船，并在仿真或注入真实航道数据构建的航行测试场景下，对沿海内河智能航行系统进行测试，以验证被测系统在控制指令、物理响应、环境扰动全要素闭环下的动态运行能力、 稳定性和可靠性.
3. 7
模型model
实体、现象或过程系统的数学或逻辑表示.
3.8
协同仿真co-simulation
一种仿真技术，不同子模型的计算被此独立执行，仅在离散时间点交换输出值.
4缩略语
下列缩略语适用于本文件：
AIS：船舶自动识别系统（Automatic Identification System）HIL：硬件在环（Hardware-in-the-Loop） FMI：功能模型接口（FunctionalMockupInterface）LiDAR：激光雷达（Light Detection and Ranging)SCADA：数据采集与监控系统（Supervisory Controland Data Acquisition） SIL：软件在环（Software-in-the-Loop）
5测试目的
利用物理测试资源，结合虚拟仿真技术，构建虚实融合测试环境，针对智能航行系统核心功能与性能进行验证与评估，为实船测试与系统认证提供依据.
6测试对象
应用于沿海、内河船舶的智能航行系统，即由环境感知、通信导航、智能决策、路径规划、运动控制等子系统集成而成的综合系统，以及有虚实融合测试需求的系统功能模块.
7测试体系架构
7.1体系架构图
智能航行系统虚实融合测试体系架构如图1所示.
图1虚实融合测试体系架构
7.2硬件层
7.2.1通用硬件要求
备等，构成测试环境的基础支撑平台. 应配备满足仿真测试基本需求的计算与显示资源，如个人计算机、工作站、云计算服务器及显示设
7.2.2专用硬件要求
针对不同层级的测试需求，专用硬件配置应满足要求如下：
a）全数字仿真测试，主要依托上述通用计算平台运行全数字模型，通常无需额外专用硬件：b）实景注入仿真测试，需增配实时仿真机、上位机（含被测系统与操作台）、交换机等专用设备. 所开发的模型可在主机仿真环境中进行离线非实时仿真，并通过相应通信协议实现模型的编译、下载、节点分配、仿真运行与停止等控制操作：c）物理耦合仿真测试，需增配备缩比模型陪试船、传感器、数据采集器、网络通信设备（如以太 网及无线通信装置）、专用计算机及可视化设备等.其中，缩比模型陪试船作为测试的核心载
体，能大幅度还原实尺度船舶的运动特征和性能，降低测试的风险与成本，并为实船测试与系统认证提供依据.
7.3软件层
7.3.1虚拟模型库
虚拟模型库中需满足以下要求：
b）模型精度，应至少具备三自由度的船舶操纵运动数学模型，能够支持船舶运动状态的准确解算， a）模型广度，应覆盖散货船、集装箱船、油轮等沿海内河主流船型的船舶操纵运动数学模型：反应真实船舶的动力学特性.
7.3.2虚拟场景库
虚拟场景库应具备构建高保真沿海、内河航行环境的能力，以支持智能航行系统的测试验证，具体要求如下：
a）环境要素，应能具备沿海、内河船舶航行环境的典型气象与水文条件的模拟能力，沿海场景应包含波浪、风、洋流等要素：内河场景应体现风、岸壁效应、浅水效应等要素：b）通航要素，应能模拟复杂的通航环境，包括桥梁、码头、岸线、浮标、弯曲航道等静态要素， 以及密集船舶交通流等动态要素，其中密集船舶交通流量至少满足每6海里半径内的船舶≥20艘：c）导航要素，应能模拟电子海图、AIS信号等关键导航信息.
7.3.3虚拟测试管理系统
对虚拟测试过程进行管理和控制，包括测试用例的创建、执行、结果记录等功能.
7.4工具与环境层
流程搭建、数据分析及优化等，具体如下： 包含了虚实融合测试需求的具体专业建模与仿真软件，能够按照特定流程进行模型构建、虚拟试验
a）对于单一功能模块的虚拟测试，支持智能航行系统各核心功能模块（如感知、决策、规划、控b）对于系统级的集成仿真测试，支持多模块间的信息交互与协同仿真，实现从感知融合到运动控 制）的算法模型导入、独立仿真与性能评估：制的闭环测试：c）对于接入半物理环境的虚实融合测试，建模与仿真工具能够支持船舶运动、水面环境等高保真d）对于数字李生环境，仿真平台能够满足测试场景的可视化谊染、虚实数据实时同步与交互的需 模型在实时仿真机中的部署与调度：求.
7.5接口层
能航行系统之间的可靠互联与数据交互.接口类型应包括但不限于以下三类： 虚实融合测试的接口层需根据不同的测试需求和系统特性进行定义，确保仿真环境、物理设备与智
a）硬件接口，应具备连接实时仿真平台与物理硬件的能力，确保控制指令与传感器数据能准确、低延迟地双向传输.接口须明确硬件连接方式、通信协议及数据格式，满足高实时性要求：b）软件接口，应具备连接仿真平台、被测系统及第三方仿真软件的能力，支持不同软件组件间的 数据实时交互.接口设计宜遵循FMII等国际标准，规范软件模块间的通信机制、数据格式与调用方法，保证模块的互操作性：c）模型接口，应支持船舶、环境等仿真模型的参数化配置、动态加载以及与硬件、软件间的数据 交互.为支撑分布式联合仿真，系统接口应兼容DIS/HLA等标准协议，且端到端的通信延退应不大于50，以确保仿真系统的时空一致性.
7.6平台层
