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摘要 海上自主水面舰艇 (MASS) 正在接近现实，为海上控制系统带来了新的复杂性和关键性。在本文中，我们研究了如何使用形式化方法 (FM) 来设计和验证海上控制系统，以实现安全有效的 MASS。FM 是一系列基于数学的规范和验证方法。我们首先对 FM 进行高级介绍。我们讨论了当前的海上控制系统认证实践和走向自主化的需求。我们给出了三个具体示例，说明如何应用 FM 来满足这些需求：COLREG 的形式化规范、基于合同的设计和基于模拟的测试的自动化。最后，讨论了 FM 的一些局限性。我们得出结论，FM 似乎是满足部分自主性需求的有希望的候选者，并鼓励对 MASS 的 FM 进行进一步研究。关键词 海上自主水面舰艇、形式化方法、验证、规范、保证 简介 海上自主水面舰艇 (MASS) 正在接近现实，正在进行的项目众多，从小型研究原型到全尺寸工业船舶。虽然存在几种程度的自主性，但 MASS 的典型特点是能够在非平凡操作中独立于人类操作员运行，需要态势感知和规划能力。这些特点使得 MASS 开发人员需要新的设计方法，监管机构 (IMO 2021、NMD 2020) 和船级社 (DNV 2018) 也需要新的安全保证方法和流程。形式化方法 (FM) 是一类基于数学的规范和验证方法，源自理论计算机科学 (Woodcock 等人2009)。FM 提供高水平的保证，因此几十年来一直被积极用于其他行业（如航空航天和铁路）关键系统的开发和验证。随着自主系统的出现，FM 被认为是解决它们带来的一些保证挑战的有希望的候选者。这导致了过去十年来对应用于自动驾驶汽车和飞行器的 FM 的积极研究（Luckcuck 等人2019）。海运业尚未看到 FM 的广泛采用。然而，这种情况似乎正在改变，因为去年发表了一些文章。Shokri-Manninen 等人。福斯特等人。(2020) 创建了一个基于自动机的单船相遇正式模型，并综合了一种构造正确的导航策略。Park 和 Kim (2020) 基于可达性分析，综合了一种构造正确的船舶自动停靠控制器。(2020) 提出了一种混合动力系统形式的自主船舶控制器，并使用自动定理证明器来验证一些安全不变量。本文旨在通过首先进行高级介绍，引起海事界对 FM 的关注。接下来，我们回顾当前海事控制系统设计和验证的实践，并讨论一些走向自主化的需求。然后，我们在三个特定用例中激励并演示了 FM 的使用，以满足这些需求。最后，我们讨论一下 FM 的一些局限性。
海事系统设计与验证的形式化方法...
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