基于计算机仿真的内河船员培训模式的创建＊

陈进涛 吴汉才 殷施科

（江苏海事职业技术学院航海技术系，江苏南京 211170）

1 创建基于计算机仿真的内河船员培训模式的迫切性

2009年10月1日实施的《中华人民共和国船员培训管理规则》、2011年1月1日实施的《中华人民共和国内河船舶船员适任考试和发证规则》均要求有关培训机构，要通过科学规范、公平公正、高效便民的技能培训模式，使船员在实践上真正达到适任要求，从而确保船舶航行的安全。与旧法规相比，上述新法规对内河船员的动手能力提出了更高的要求，要求船员知识、技能和业务素质的发展必须理论联系实践。此外，为跟国际接轨，业界普遍认为，引领海轮进入内河的引航员同时还应达到于2012年元旦实施的《船员培训、发证和值班标准国际公约马尼拉修正案》（STCW78／10公约）在实践技能方面提出的更高要求。［1］

为切实履行新法规，2011年6月，中国海事服务中心受交通运输部的委托在洛阳召开内河船员考核模式改革专家研讨会，与会者一致认为现行的内河船员考核模式与切实提高船员理论水平与实践技能的要求存在较大距离，必须立即实施改革，于是该中心决定，从2012年起，逐步推广基于计算机仿真的多媒体考核方式。由于船员在上岗前必须首先参加海事主管机关组织的船员适任考试，为了适应将来新的考核模式，内河船员培训机构必须对船员开展计算机仿真实践培训。

2 内河船员实船、模拟器、计算机仿真三种培训模式的比较

2.1 实船培训模式存在的缺陷

实船培训是培养船员专业技能的最佳方式，它还能培养船员在紧急情况下的应急处置能力和心理素质。但问题是：（1）实船培训面临着安全风险大、租船难、成本高、组织效率低等问题；（2）消耗能源，排放污染，不符合节能减排的时代要求。［2］

2.2 模拟器培训模式存在的缺陷

虽然模拟器能够仿真各种典型通航环境和船舶，从而能确保培训的质量。但问题是，硬件配备需要投入巨额资金；模拟器建设涉及知识产权与专利问题，软件与模型各自封闭，会造成重复建设而造成巨大浪费；模拟器培训所能容纳的船员数量有限因而存在组织效率低的问题。

2.3 计算机仿真培训模式的优势

提高船员技能的最佳方法是：让船员处于与船员实际工作环境相似的环境之下，并设置类似实际工作可能碰到的问题，培养船员解决问题的能力。基于计算机仿真船员培训模式能提供水上实践的真实操作环境，能让船员获得与实际情况几乎一致的身临其境的感受，从而有利于培训的逼真性、针对性；其次，伴随着水运科技的快速发展，驾驶人员对船舶发出的指令都将通过电脑操作来实现，而不再是传统的手工操作方式，因此它代表着水运技术的发展方向和需求。

3 计算机多媒体实践场景的创建

3.1 计算机多媒体实践场景的创建思路

采用虚拟现实技术开发多媒体航海场景。增设二维动画场景、三维动画场景、（声响信号的）音频、视频、号灯与号型动画等表现媒体，运用这些媒体制作丰富多彩的实践性知识单元，包括“操控船舶”的训练单元。

计算机提供虚拟船舶、电子水道图、航行环境等实景演示，船员通过键盘鼠标操作场景中的有关对象，从而实现人机双向交互，也可运用计算机通过互联网或局域网参加远程培训。［3］

以计算机网络系统为支撑，创建具有全功能仿真的二维及三维立体可视化软件系统界面；船员通过键盘与鼠标操作便可获得以视频、音频、动画等多媒体形式呈现的航海场景，尤其可获得与实船操控功能几乎相同的仿真操作机会（在计算机上“开船”），实现真正意义的计算机仿真船员培训模式。

3.2 平面与立体动画实践场景的设计

平面动画实践场景设计。例如由计算机动画表现出船舶在电子海图上有四种走法，船员凭借已有的知识分析各种走船方法的利弊，点击鼠标选出正确选项。又如在某一水域的电子海图上划出四块区域，让船员根据地理地貌物标等特征识别哪一块是锚地。［4］

立体动画实践场景设计：例如计算机演示动画（如图1）“一船横越另一顺航道船前方”，要求船员判断两船会遇时的避让行动是否正确，并说出判断的依据是什么。

有关号灯号型动画的实践场景设计（如图1）点击电脑屏幕上的有关提示窗口，将显示号灯与号型图片，要求船员据此判断是何种类型的船舶，如屏上显示一个圆柱形的号型，船员应该可以判断出：这是“限于吃水的船舶”。

3.3 有关音频与视频实践场景的设计

音频：船员通过操作电脑屏幕上的按键图标倾听“汽笛”，如”五声短而急、两短一长、一长声、三短声”，根据平时所学作出判断：按先后顺序它们的含义分别是“我是雾航中的客渡船、同意你船追越我船、周围船舶请注意、我船正在向后推进”。［5］

视频：录制典型地段视频，主要用于对船员在主要、重点和险要航段上的培训，掌握本航段的地貌、水文、气象特征。如：播放水面开阔、两山对峙的三峡库区，船员通过观看航段地貌，推导出“容易起雾且峡谷风大”的气象特征。录制典型的通航场景视频，用于培养船员的航路选择、操船避让技能。

4 智能化内河船员培训效果检测体系的创建

现行内河船员培训效果检测体系的局限性。现行体系主观性较强，不同的教员对同一个船员的评价结果永远存在着差异甚至差异令人目瞪口呆，因此在对船员进行培训效果检测时，它对船员的知识、技能和操作的掌握程度不能进行全面和综合的公正评判［6］

创建的技术路线：首先改进和完善能模拟人类判断力的计算机软件，然后让计算机把船员的操作指令、次数、时间和效果，与机内预先设置的评价标准相对照，从而自动记录和评分。

创建航海智能化专家系统（智能化标准答案）：（1）创立航海领域的知识库、创建能获取并运用该知识库的机构；构建符合国家海事局培训要求的、符合航行规则要求的、符合船员通常做法要求的、符合船舶通航环境要求的并经计算机优化了的船舶操作方案的数学模型，从而得以作出智能化评价标准；（2）以评价标准为依据构建数据库子系统，即具有模仿专家思维功能的航海智能化专家系统。

创建智能化模糊综合评价技术：在航海实践中存在着大量的模糊现象，易定性分析而难用量化数据表达，为此应采用模糊数学集合理论，依据船员培训时被计算机录入的各种表现的优劣程度来确定评价值，即以最优表现为基准值1，稍差的为0.99；各种表现依据欠优的程度得到相应的评价值，从而建立表现与评价值之间的隶属度函数综合评价模型，进而展开计算，最后得出船员的培训成绩。

智能化船员培训效果检测体系的流程设计（如图2）。综合运用航海智能化专家系统和智能化模糊综合评价技术，把船员实操步骤及结果与航海智能化专家系统（数据库子系统）比较，运用智能化模糊综合评价技术得出船员培训效果的实际评分。

图2 智能化考核评价过程

智能化培训评价体系典例剖析。以考题“丹徒水道航路的确定”为例（如图3），测评船员在江苏定线制水域的走船技术，深水航道宽度为500 m，两侧界限分别用左侧侧面标（黑浮）、右侧侧面标（红浮）标志标示，在深水航道内设置了上、下行通航分道和分隔带，分别占航道宽度的五分之二、五分之二、五分之一。计算机根据船员所摆船位的合适程度打分。如果船员能把船位控制在靠黑浮一侧的200m宽的分道内的最合适位置，即距黑浮100m处得满分，99m处得99分，依次类推，0m处得0分。

图3 丹徒水道航路选择操作培训

5 结 语

2010年南通地方海事局和江苏海事职业技术学院率先对基于计算机仿真的内河船员培训新模式作了积极的探索，2011年3月江苏省地方海事局会同有关单位对创建新模式的作了可行性论证，结论如下：1）优势：新模式具有建设周期短、针对性强、易于推广、维护简便、多样化、成本低等独特优势，它能引导船员通过扎扎实实的学习和训练来提高自身的专业素质，这对我国内河船员队伍整体素质的提高具有划时代的意义。2）缺陷：电脑荧屏在视景真实立体感上有所欠缺，系统对影响船舶的风流浪仿真不够充分，锻炼船员心理素质尤其是紧急情况下的心理承受能力，效果不佳。3）展望：要想使内河船员培训具有最佳效果，最好是综合采用各种模式，即以计算机仿真培训模式为核心，以模拟器和实船培训模式为补充，依据培训内容选择最适合的模式，实施各模式的资源整合、优势互补，从而确保船员培训的质量、安全、经济和效率。

通过对以计算机仿真为平台的内河船员培训新模式的初步探索，我们提出如下建议：由于对新模式的研究才刚刚起步，因此有关地方海事主管部门应与航运院校、船舶公司密切合作，参考上述创建构想对新模式展开深入的研究，加快改进和完善步伐，力争从2012年起逐步投入和推广应用。

1 张敬东.内河船员航线考试数字化评估系统的研究与实现［J］.中国海事，2010（9）：39－41

2 陈丽宁.船舶雷达／ARPA智能考试系统的设计与实现［D］.大连海事大学，2010－9－10

3 李德强.内河船长实操考试成绩分析及相应对策研究［D］.武汉理工大学，2011－3－7

4 刘永利.驾驶台资源管理培训及评估方法研究［D］.大连海事大学，2010－9－12

5 张敬东.内河船员考试试题设计与开发［J］.南通航运职业技术学院学报，2011（3）：32－34

6 高兴斌.基于C＃的船舶电站操作自动评估系统的研制［D］.大连海事大学，2010－6－8