虚实融合的智能船舶测试验证评估关键技术可以归纳为五项：多维数字孪生建模、多源异构数据融合、虚实融合信息交互、人机共融评估评价以及自主航行系统构建。

1、自主航行系统构

自主航行系统是虚实融合的智能船舶测试验证评估的对象。自主航行系统应当是包括环境感知与认知、场景识别与理解、系统决策与控制以及信息交互与协同等关键功能组分在内的人工智能集合体。环境感知与认知指利用感知手段获取船舶在航行环境和自身状态信息；场景识别与理解指通过图像识别等方法让船舶在航行过程中建立基于感知信息的外部状态辨识；系统决策与控制指在航行场景库与驾驶行为库支持下实现对船舶的智能航行决策控制；信息交互与协同包含船-岸-云信息一体化和数据采集、分析、数据以及存储。

2、多维数字孪生建模

数字孪生是指充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。船舶多维数字孪生建模包括船舶物理模型建模、船舶运动模型建模、船舶航行环境建模、航行交通流信息建模等。利用数字孪生技术可以实现真实船舶向虚拟船舶的投影，通过真实船舶提供的各种实际数据，让虚拟船舶模拟基于真实环境的虚拟场景测试，特别是现实世界中常见的、存在风险的、难以复现的功能测试，实现虚拟和物理的联动。

3、多源异构数据融合

多源异构数据融合指对从单个和多个信息源获取的数据和信息进行关联和综合，以获得精确的位置和状态信息确认，以及对态势和威胁及其重要程度进行全面及时评估的信息处理过程，以提高感知认知精度。多源异构数据包括船舶自身数据信息(经纬度、航速、电机转速与角度、艏向角、迹向角等)和船舶周围环境信息(风场、流场、环境场、航道基础设施、其它在航船舶等)，这些真实数据主要来源于AIS、GPS、海事雷达、激光雷达、气象仪等船端或岸基传感器。利用多传感器数据融合技术，提升系统对船舶航行状态感知的精度，协同实现对航行水域的全方位感知与监管。

4、虚实融合信息交互

虚实融合信息交互是指虚拟仿真环境与真实物理环境之间进行实时的通信、交互和协同，以实现有效的虚实联动。虚实融合信息交互包括信息交互、虚实融合与人机交互；信息交互指将船端信息和航道信息与岸基信息和操作空间之间的信息交互，包含船-岸-天一体化信息交互，同时也涵盖了安全、存储、解析等多方面功能；虚实融合指将实际传感器信息与交通流信息融入数字孪生船舶与虚拟仿真环境中；人机交互指船舶与船上人员、船舶与岸基人员的信息交互，需要保证交互的安全性、实时性、准确性和稳定性。

5、人机共融评估评价

人机共融评估评价指利用人机共融的手段对船舶自主航行系统进行综合能力的定性评估和定量评价；人机共融是利用人与自主航行系统的有机融合与随机组合构建人机共融的测试环境；定性评估指通过专家系统对自主航行系统航行测试结果进行定性的测试评价；定量评价指通过建立评价指标对自主航行系统航行测试结果进行定量的打分评价。人机共融评估评价可以利用图灵测试的理论方法，通过在系统中接入由船舶驾引人员操作的船舶驾驶模拟器，将被测船舶智能与船舶驾引人员同时操控虚拟船舶于系统中进行虚拟场景测试，在不清楚每个虚拟船舶的操控主体的前提下，由第三方评估人员对船舶智能航行能力进行定性评估，同时通过设置船舶智能航行能力评估指标对其智能水平进行定量评价。

智能船舶测试验证评估技术研究已经成为当下船舶领域的研究重点与战略方向。以模型船或实船开展测试验证评估研究是高成本、低效率、高风险的方法，利用纯虚拟仿真对船舶智能航行控制系统进行测试验证评估研究则存在真实性问题，因此虚实融合的智能船舶测试验证评估技术研究是必要的。然而不论是在虚实融合测试体系的架构上，还是验证与评估手段的可靠性上，仍然需要投入大量的研究性与论证性工作。

面向智能船舶加速推进需求，亟需从选取代表船型、健全标准协议、打造协同云端、融合多种工具、优化考评指标五个方面构建异地协同、虚实融合、人机共融的测试验证评估体系；在此基础上，加强制造业、航运业、船级社、高校与科研院所的深度融合，形成产、学、研、用、检等各机构的互动、互通、互联。

作者：刘佳仑 杨帆 关宏旭 李诗杰