航海模拟器在我国的发展及存在的问题

(南通航运职业技术学院，江苏 南通 226010)

为了提高航海模拟器教学培训的质量，跟上世界航海模拟器教学培训的步伐，20世纪80年代初期，大连海事大学从挪威引进了雷达和轮机模拟器，开启了我国航海模拟器教学培训的先河。由于航海模拟器仿真性能好，可以模拟各种复杂的环境，与配备航海实物相比价廉物美，因此模拟器在我国发展迅速，并逐步在航海院校推广应用。本文在分析航海模拟器发展历程及现状的基础上，探讨航海模拟器发展趋势，并指出当前航海模拟器发展中存在的问题。

一、航海模拟器在我国的发展历程与现状

1.我国航海模拟器的发展历程

航海模拟器在我国的发展大致可分为三个阶段。

第一阶段，从20世纪80年代初至1993年，是我国航海模拟器的起步阶段。在这一阶段我国航海院校开始认识到航海模拟器在教学和培训中的重要作用，并逐步在各航海院校中配备，在这一阶段中配备的航海模拟器主要是小型航海模拟器，包括雷达模拟器、ARPA模拟器、VHF模拟器。1988年中国航海模拟器教学研究会成立。在这以后的几年中，各航海院校主要围绕雷达、ARPA和VHF相关培训课程教学大纲的编制、训练方法等进行研究，并逐步开展国产雷达与ARPA模拟器、小型航海桌面模拟器的研制。

第二阶段，从1994年至1997年，是我国航海模拟器的发展阶段。我国各航海院校在教学和培训中大量使用航海模拟器，并相继自主研发相关模拟器，在这一阶段的最重要的一个时间节点就是1994年，STCW78/95公约即将出台，全球海上遇险与安全系统(GMDSS)将在船舶中投入使用，因此GMDSS模拟器的研制、课程开发和培训方法成为这一阶段的主线。当然，由于汲取了前一阶段近十年航海模拟器教学、培训和研发的经验，加之国内计算机技术的快速发展，在国内出现了相关航海模拟器研发的专门机构(公司)，在这一阶段中，国内掀起了自主研发航海模拟器的高潮，国产GMDSS培训软件、国产雷达、ARPA软件相继研发成功。到1997年，上海海运学院大型船舶操纵模拟器研制成功，标志着我国航海模拟器的使用和开发到了快速发展时期。

第三阶段，从1997年至今。随着虚拟现实技术的进步和图形技术的快速发展，在各航海院校、各航海模拟器专门研发机构(公司)科研人员的努力下，国内各种航海模拟器相继研发成功，各类与海事法规相关的培训课程大量引入航海模拟器教学和培训中，这一阶段是我国航海模拟器的腾飞阶段。2006年，大连海事大学高品质航海模拟器及其开发平台研制成功并通过交通部鉴定，之后又通过国际著名船级社DNV(挪威船级社)所提出的A级(最高级别)航海模拟器性能指标的认证，标志着我国航海模拟器研究和使用总体上达到国际先进水平，打破了少数发达国家对高端航海模拟器市场的垄断，极大地提高了我国在应用航海模拟器进行航海教学与培训、开展科学研究领域的国际地位。

2.航海模拟器在我国的发展现状

在航海模拟器的配置种类上，目前我国各航海院校和培训机构配备的模拟器主要用于相关课程的教学和培训。由于STCW78/95公约将“雷达观测和标绘的培训和评估”和“自动雷达标绘仪(ARPA)操作使用的培训和评估”作为强制性的培训和评估内容，因此所有的航海院校和培训机构都购置了雷达和ARPA模拟器。另外，由于GMDSS培训、考评评估的需要，各航海院校和培训机构一般也都配备有GMDSS、货物装卸和积载模拟等方面的模拟器。

在航海模拟器的配置规模上，各航海院校和培训机构由于自身办学条件、使用目的、培训规模等方面的不同而采取了不同的配置，有的是自行研制的大角度立体视景大型船舶操纵模拟器，有的是从国外进口的大角度立体视景大型船舶操纵模拟器，也有的是配置相对简单的雷达模拟器、单人使用的桌面型航海模拟器等。

在航海模拟器培训使用上，有的航海院校仅仅把航海模拟器用于“雷达观测和标绘、自动雷达标绘仪(ARPA)操作”的培训和评估，有的院校还利用航海模拟器开设了大型船舶操纵、驾驶台资源管理等课程的培训，而一些技术力量比较强的院校则利用大型航海模拟器开展航道通航评估、码头工程、海事分析等方面的论证工作。

二、我国航海模拟器的发展趋势

航海模拟器在我国的发展趋势，大致有三个方向。一是向大型化方向发展。由于大型船舶操纵模拟器在仿真性、功能性和培训项目多样性方面具有其他模拟器不可比拟的优势，且大型船舶操纵模拟器还可以在通航评估、码头工程、海事分析等工程论证方面发挥较大的作用，加之国内大型船舶操纵模拟器的研制成功，成本相对较低，在我国各航海院校中，大型船舶操纵模拟器的配备正趋于普遍化。

二是向桌面化方向发展。虽然大型船舶操纵模拟器在教学、培训和科学研究方面具有较多优势，但即使国产大型船舶操纵模拟器价格相对国外产品低廉，也要一两百万元一套，这对经费相对缺乏的航海院校来说还是有困难的，因此各航海院校最多配备一台大型船舶操纵模拟器。基于这个原因，各航海院校为了提高学生训练的机会，提高实验与实训的分组率，分别配备桌面系统，一人一机，学生在桌面系统训练达到一定水平后，再到大型船舶操纵模拟器上训练，达到事半功倍的效果。

三是向实物模拟方向发展。虽然仿真模拟器、桌面模拟器具有较强的仿真性能，但与航海真实环境还是具有一定差异，为了达到航海真实环境效果，有些训练项目只能用航海设备实物进行模拟训练，如各航海院校建立的消防模拟舱、模拟机舱等均是实物模拟，实物模拟在某些训练项目上具有较大优越性。

三、当前我国航海模拟器发展存在的问题

由于受到技术和设备的限制，不管是国产还是国外引进的航海模拟器，均存在一些问题，具体表现在以下几个方面。

1.船舶模型的操纵性能仿真性不足

船舶模型的操纵性能的仿真程度是大型船舶操纵模拟器的核心内容，如果在船舶模型的数学建模上考虑不周，船舶模型的操纵性能与实船有差距是显然存在的。如船舶的水动力特性、风动力特性等各种外界因素的影响以及船舶自身操控设备(桨、舵等)的建模，虽然航海院校和相关科研机构在这方面花了很多精力，但是还存在一些不尽如人意的地方，有的甚至差距很大。例如国外某著名公司开发的大型船舶操纵模拟器，在进行大型船舶操纵培训时，8万多吨的船舶不需要拖轮就能把它靠上码头，虽然这条船舶有侧推器，但如果是真实船舶，还是不可能做到的。

2.图像仿真性不足

航海模拟器中模拟图像是最普通、最常见的，但是航海模拟器通常仅仅是完成设计图像的使用功能，过于理想化，与实船上见到的图像有较大差别。如大型船舶模拟器的视景看上去层次感不强，体现不出明显的距离感；雷达模拟器中回波图像非常清晰，尽管目标船距离有远有近，尺寸有大有小，雷达波照射的方向也不相同，但其回波强度完全一样；在抑制海浪雨雪等干扰图像时也非常理想化地将所有干扰杂波抑制得非常干净，而回波图像保持不变，这显然与实际不符。

3.仿真灵活性不够

出于保密和商业目的，航海模拟器软件接口一般都不开放,使用者无法更改船舶模型和海区资料,而设计者提供的船舶模型和海区资料的种类和数量非常有限，远远不能满足教学和培训的需要，使用者既不可以添加新的船舶模型或海区资料，也不能更改或调整原来的参数，使得教学和培训灵活性受到影响。

4.系统稳定性不够

目前的航海模拟器一般由计算机网络系统设备组成，如GMDSS模拟器,一个培训教室一般由几十台计算机组成系统，在使用过程中经常会由于软件或硬件的原因导致系统无法运行，稳定性不够,影响正常的使用,影响教师和培训学员的情绪。

5.设计标准不统一

在航海模拟器设计上,虽然国际海事组织以及各个国家行业组织对设计标准有一定的要求,但很大程度上只是原则性的。各院校及相关研发机构在设计时考虑更多的是如何达到功能要求,对设计标准上重视不够,导致模拟器硬件出现故障难以修理。以国内研制的雷达模拟器为例,许多接口电路都有数模转换功能，但相同功能的接口电路却很少有相同的设计，尽管不同雷达对视频、方位、计程仪、罗经信号要求不同,但并非根本性的差别，对这类电路,可统一计算机输出和接口卡输出格式，设计一种通用转换接口电路,对不同型号雷达,再分别设计下一级转换电路来实现即可，但在实际工作中却很难实现，给使用者带来不必要的麻烦。

四、结 语

航海模拟器无论在教学、培训还是在科学研究方面有着很重要的作用，这已成为航海界的共识。尽管航海模拟器存在一些问题和局限性，但完全可以相信，随着科学技术的快速发展和航海模拟器研究的不断深入，航海模拟器的技术性能将不断改善，与实船的差异将越来越小，航海模拟器将在航海院校教学、培训和科学研究工作中发挥越来越重要的作用。

[1]赵学军，齐绍江.从航海模拟器的局限性展望其发展方向[J].青岛远洋船员学院学报,2009(3)：15-17.