船舶操纵模拟器及其教学应用

2013-04-02黄成庆

船电技术 2013年8期

黄成庆

(厦门海洋职业技术学院航海技术系，厦门 361012)

0 引言

随着国际航运业和现代造船技术的发展，船舶的吨位与速度都在不断增大和提高。目前世界上许多海域的通航密度正日益增大、通航状况更为复杂，致使船舶因操纵或避让不当而引起的海事屡有发生。为了确保海上安全和保护海洋环境，国际海事组织(IM0)，1995年对《1978年海员培训、发证和值班标准国际公约》进行了修改，并于1997年2月1日生效。STCW78／95公约，正式将对船舶驾驶人员采用船舶操纵模拟器进行训练和考核的要求列入了船员业务培训的范围，并对这种训练和考核提出了—些规定。

厦门海洋职业技术学院在几年前就引进了船舶操纵模拟器和船舶电站模拟器，并针对我国航海教学的特点，广泛应用于航海教学与船员的培训中。

1 船舶仿真技术在航海教学中的优势

我国航海教育已有近百年的发展历史，具备门类齐全的海员教育培训规章制度及完备的教育体系。我国目前有众多航海教育和培训机构，但各航海院校目前可用于教学实习的船舶还很有

限。为保证航海类专业学生海上实习，一方面只能通过与航运企业合作；另—方面，通过配备大量模拟的航海设施设备：如雷达和ARPA模拟器、船舶操纵模拟器、轮机电站模拟器、GMDSS模拟器、船舶积载模拟器及液货船模拟装置等先进设备等等。

《中华人民共和国船员培训管理规则》于2009年10月1日施行，其中详细规定了海船船员及船员培训场地、设施、设备标准及教学人员要求。

船舶操纵模拟器在航海教育中的发展趋势和优势是显而易见的，是我院航海系航海教学的发展趋势。船舶操纵模拟器的研制和应用，为航海教学提供了一种综合性实践教学的方法。为了适应和满足现代航海教育的需要，目前国内外船舶模拟器制造厂家都在积极采用新科技，在充分考虑模拟训练功能的完善与实用的基础上，开发了造价成本低、使用范围广、功能适用强的多单元训练系统，打破了以往单—的追求模拟环境的仿真度和系统大而全的格局。

例船舶操纵模拟器的研制设计中大多采用PC机局域网技术，可提供四套或更多的可独立控制，各由三台或五台大屏幕彩色显示器及其他普通常用驾驶台模拟设备组成的视景船舶驾驶台，以供多人同时参加训练。

在船船操纵模拟器中还采用了一些相应的办法，以便可同时供多组人员参加训练。同时，将船舶操纵模拟器和轮机电站模拟器合为一体的模拟资源综合开发与应用工作也已开始运作。另外，采用多台普通微机局域网络组成的通用型多功能桌面模拟系统己日趋完善，一些新型航海教学软件的开发与投入运用，使得这类船舶仿真模拟教学设备，在现代航海教学中发挥越来越重要的作用。

船舶仿真模拟器在航海教学中的优势突出，船舶操纵模拟器系统将雷达、ARPA及导航功能于一体，具备了雷达模拟器的全部功能。装备了全天候视景显示，可显示各种能见度的视景。有一套较为完整的驾驶台操作设备。可以直观地模拟和显示在海上或港口航行及操纵情况。利用船舶操纵模拟器模拟仿真的优势有：

1) 为学员学习和掌握先进船舶操纵设备及系统的操作使用方法提供了训练环境；

2) 可以灵活地安排综合训练和单项实验；

3) 可以反复操练在实船上操纵比铰困难甚至不允许随便试验的训练项目；

4) 船员可在较短的时间内获得的实际经验；

5) 操作不当或失误时可免于损坏机械；

6) 可任意设置故障进行排除故障训练使训练成本大大降低；

7) 可建立完善的船员训练成绩自动评定体系的实践教学。

2 船舶仿真技术在现代航海教学的作用

船舶仿真模拟器可对船员进行专业认识教育。通过对船舶操纵模拟器的总体组成的介绍和操作，可使船员初步了船舶操纵的总体结构、各主要设备和系统的相互关系，了解船舶操纵的任务和今后工作环境的大体情况，使船员对所学专业有进—步的认识和理解。

在进行专业理论学习的时候，可结合所讲的内容到船舶操纵模拟器实验室对船舶操纵各主要设备的组成、工作原理、操作管理进行讲解、操作演示，加强学员对理论知识的理解和掌握。例如狭水道综合航行训练等。

综合训练对学员专业理论知识进行全方位综合强化训练和提高技能训练，主要作用是提高船员独立分析、解决问题和应变、应急能力。例如航行值班与操作程序训练，靠、离泊位操作等。

在教学过程中影响船舶操纵模拟器教学质量的因素较为突出的几点：

首先是船舶操纵模拟器自身的完善程度，欠完善的船舶操纵模拟器自然难以保证其应有的教学质量。其次是教师的船舶操纵业务素质，特别是教师的船舶操纵业务素质与实际技能和理论水平。由于专业性强、涉及面广，加之船舶操纵模拟器自身的局限性，许多内容需要教师给予正确有效的指导和引导，因而教师没有相当的船舶操纵业务素质，船员的质量是难以保证的。

所以安排具有实船工作经验的管理级人员(船长、大副培训班或考证班则应由有经验的船长、大副承担)承担相应的教学任务。另外船舶仿真模拟器学生系统掌握知识及转化情况、实践教学环节安排的先后秩序、学生实践经验的多少都将直接影响教学质量。

3 船舶操纵模拟器的实训功能

本系统具有一个与实船驾驶台相似的环境，拥有一套完整的仪器设备面板，设备功能和操作性能可达到实际硬件设备所能完成的功能。系统具有5个通道，水平视场角应达到180°、垂直视场角不小于25°的大屏幕柱幕投影视景系统，每个视景通道的分辨率至少为1024×768，采用几何校正和边缘融合软件校正技术，做到视景真正无缝拼接和高亮度显示，为操作人员提供最接近真实的景象，并提供望远镜及漫游通道，可用于漫游观测和望远镜观测周围360°范围的视景。

电子海图显示系统符合有关ECDIS性能标准的要求。具有无级放大和缩小、区域放大、自动漫游、分层显示，白天、黑夜、晨昏和朦胧显示；具有海图要素拾取、航线设计，可进行海图编辑、改正。提供可覆盖中国沿海港口、主要水道及世界常用海域（至少应包括马六甲海峡、新加坡水域、英吉利海峡等）海图。

船舶运动数学模型至少有10个类型，每种类型中包括不同吨位与载况的模型。船舶运动数学模型中包括影响本船运动的各种效应（车、舵、锚、缆、风、流、拖轮、岸壁效应、船间效应、浅水效应等），附有精度说明及测试结果。通过VHF，由教练员操作本船的拖轮，能实时显示拖轮的图形动态和用力情况。可根据要求，将拖轮操作在教练员站与本船驾驶台间切换。通过VHF可进行船间通信、船岸通信，通过船内电话可与教练员站进行船内各部门间的通信模拟。

驾驶台中设置单独的通道，用于视景的左右环视、仰视、俯视和自由漫游功能。该通道同时具有望远镜功能。

能在整个模拟器训练中控制、监视并重放、分析学员的训练过程。可改变训练难度，设置航海环境、交通状况和特殊海域等来创建练习。通过图形、对话框、菜单、工具条等简便的操作，为教练员提供良好的界面。