航海作业综合训练系统的建立及应用

2010-04-11

航海教育研究 2010年1期

(广州航海高等专科学校，广州 510725)

一、问题的提出

STCW78/95公约按“功能—等级—责任级别”分类，将海员适任标准归结为7大功能和3大责任级别，强制性地把功能特色和适任标准划在一起，构成了一个责任级别具备的知识结构，从而打破了过去的学科概念。这个知识结构是航海教育中的一个全新概念，它强调的是航海教育必须以全面素质为基础、能力为本位的教育指导思想。

航海学既是一门综合性的应用学科，又是一门实践性强的学科，内容包括航海基础、各种航法、各种导航方法、航海作业等内容，其中航海作业是课程的重点内容之一。目前院校在进行航海学科教学时，大多按航海学组成内容按“地文航海”“航海仪器”等分别授课，这对于传授航海知识无疑有很大的益处，但对照以全面素质为基础、能力为本位的教育指导思想，特别是对于培养学生航海综合实作能力，在某些方面还不能完全满足实际航海工作的需要。

(1)作业内容单一，综合实作不强。由于航海课程各自实施课堂教学，往往使得航海作业内容单一，综合性不强。如“航海仪器”课仅仅进行有关航海仪器的开关机、输入航路点等基本操作，学生根本无法进行有关航海海图作业、航海仪器的操作、雷达导航与定位等的综合操作训练。

(2)缺乏实际航行环境，航海作业时效性差。整个航海实践训练缺乏一个动态的、实时的航行环境与观测环境，航海作业时可快可慢，时效性差，与船舶海上实际航行时作业训练情况相差甚远，航海实践训练效果差。

(3)实装设备少，教学训练矛盾突出。院校受办学经费的影响航海装备普遍偏少；而船舶超大型化，船用设备自动化，价值昂贵，使用寿命有限，利用实船和船上设备进行航海技能训练机会不多。

针对课室航海作业中存在的缺陷，为了加强学生的航海作业能力，提高航海教学训练效果，笔者提出用计算机功能模拟软件，结合船舶实时运动模型，虚拟海上航行环境，通过基于电子海图技术的航海训练系统，实现航海专业的综合作业。

二、航海作业训练系统的组成与功能

1.系统硬件构成及功能

系统主要由一个控制中心和若干个学生训练台组成。控制中心一般采用一台性能优越的计算机，主要完成航行训练计划的制订、选择与执行及信息发布、实时监控学生操作等。学生训练台用矢量化电子海图作为平台，实时叠加显示航行船舶及航迹，为学生提供一个操作方便、易于使用的界面，实现人机交互进行航海综合作业训练。

2.系统软件结构及功能

(1)电子海图模块。电子海图显示系统通过将纸海图进行数字化后，建立空间数据库、属性数据库，对信息进行分层，并通过数据通信链的传送，将船位、船舶计划航线、实际航迹等有关信息叠加在电子海图上。

(2)导航仪仿真。导航仪仿真是利用VC、VB软件对GPS导航仪进行仿真和功能模拟，再利用数据通信链将船舶运动模型中的航向、航速等导航参数实时传递过来，使模拟导航仪具有航行条件下各项导航功能的操作。

(3)模拟雷达导航。主要是根据模拟航行海区的目标回波显影进行目标回波识别练习，通过测定出目标方位、距离定出舰位，以及模拟北向上、航向向上的显示方式进行雷达导航与定位训练。

(4)数据库管理软件。管理与存储航路指南、港湾锚地图集、港口资料等航海资料有关信息。

(5)船舶运动模型。模拟船舶航行状态如位置、航向、航速、海况等，虚拟海上实际航行环境。

(6)航海作业训练软件。制订学生的航海训练计划、训练内容等。

(7)通信软件。主要经过相应的通信接口接收数据并将接收到的信息进行变换后，利用数据通信链传送并叠加到电子海图显示系统。

三、航海综合作业方法

1.航海海图综合作业

航海海图综合作业主要通过航海作业训练软件调入计划航线，根据计划航线起点及计划航线的航向、航速，选择合适的舵角、轮转速，由控制中心操纵船舶以模拟船舶海上实际航行。一般只控制航海计划，设定包括风流情况的气象条件及海况。

每半分钟计算一次船舶的位置(经纬度)、航向、航速以及在风流影响下的船舶实际航迹、实际航速，然后通过网络传输到学生台，供学生台GPS导航仪、雷达仿真模块使用及学生台显示船形和计算到选定目标的方位、距离、水平角、垂直角等。学生在学生台上按照船舶海上实际航行情况进行航线标绘、陆标定位、航海日志填写等，同时利用仿真导航仪、模拟雷达等进行无线电导航与定位、雷达导航与定位等，同时学生也可在学生机上修正航向航速来保证船舶航行在计划航线上，从而实现了海图综合作业训练。为了减少教师辅导的强度，可以在训练方案中加入教师提示信息、附加要求、气象情况等信息，执行计划时由计算机自动播放。

2.拟定航海计划训练

根据计算机屏幕上显示的电子海图及提供的画线、画符号、注字、度量工具，学生根据要求直接在计算机上进行计划航线设置与航海计划表的填写。若拟定航行计划考核时，可由教师按计划航线评估规则进行评分；平时拟定航行计划训练时，学生可以选择航线自动评估模块进行自动评估。自动评估时首先与计算机内存储的标准计划航线进行比较，按偏差度进行打分。若偏差较大则根据航线设置的合理性(主要包括航线的离岸距离、航线的水深、转向点、总航程是否满足要求等)进行评估。根据评估结果，可以有针对性地加强训练。

3.导航仪综合训练

人工给船舶运动模型输入模拟船舶航行的航向、航速，再利用数据通信链把航行的有关导航数据传送给仿真导航仪，使学生在学生台上实现虚拟船舶航行环境下无线电导航仪动态综合操作，从而有效地克服实装导航仪在作业室无法进行动态综合操作的弊端。它既可以在航海综合作业中进行，也可以单独调用仿真模块进行导航仪综合操作。

4.雷达导航定位训练

模拟雷达导航就是能够逼真模拟船舶在电子海图海区中任何位置的物标回影，通过船舶运动模型的运行，形象地显示出雷达中目标回影的粘连、遮挡、展宽等失真现象，以及雨、雪干扰等情形。通过模拟雷达回影与电子海图的比较，训练学生对各种情况下目标的分辨能力，同时通过运用模拟雷达对目标距离或方位的测量来提高利用雷达导航的能力。它既可以在设置的航海作业中进行，也可以单独调用模拟雷达导航模块进行操作训练。