航海模擬器在我國的發(fā)展及存在的問題

(南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南通 226010)

為了提高航海模擬器教學(xué)培訓(xùn)的質(zhì)量，跟上世界航海模擬器教學(xué)培訓(xùn)的步伐，20世紀80年代初期，大連海事大學(xué)從挪威引進了雷達和輪機模擬器，開啟了我國航海模擬器教學(xué)培訓(xùn)的先河。由于航海模擬器仿真性能好，可以模擬各種復(fù)雜的環(huán)境，與配備航海實物相比價廉物美，因此模擬器在我國發(fā)展迅速，并逐步在航海院校推廣應(yīng)用。本文在分析航海模擬器發(fā)展歷程及現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，探討航海模擬器發(fā)展趨勢，并指出當前航海模擬器發(fā)展中存在的問題。

一、航海模擬器在我國的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

1.我國航海模擬器的發(fā)展歷程

航海模擬器在我國的發(fā)展大致可分為三個階段。

第一階段，從20世紀80年代初至1993年，是我國航海模擬器的起步階段。在這一階段我國航海院校開始認識到航海模擬器在教學(xué)和培訓(xùn)中的重要作用，并逐步在各航海院校中配備，在這一階段中配備的航海模擬器主要是小型航海模擬器，包括雷達模擬器、ARPA模擬器、VHF模擬器。1988年中國航海模擬器教學(xué)研究會成立。在這以后的幾年中，各航海院校主要圍繞雷達、ARPA和VHF相關(guān)培訓(xùn)課程教學(xué)大綱的編制、訓(xùn)練方法等進行研究，并逐步開展國產(chǎn)雷達與ARPA模擬器、小型航海桌面模擬器的研制。

第二階段，從1994年至1997年，是我國航海模擬器的發(fā)展階段。我國各航海院校在教學(xué)和培訓(xùn)中大量使用航海模擬器，并相繼自主研發(fā)相關(guān)模擬器，在這一階段的最重要的一個時間節(jié)點就是1994年，STCW78/95公約即將出臺，全球海上遇險與安全系統(tǒng)(GMDSS)將在船舶中投入使用，因此GMDSS模擬器的研制、課程開發(fā)和培訓(xùn)方法成為這一階段的主線。當然，由于汲取了前一階段近十年航海模擬器教學(xué)、培訓(xùn)和研發(fā)的經(jīng)驗，加之國內(nèi)計算機技術(shù)的快速發(fā)展，在國內(nèi)出現(xiàn)了相關(guān)航海模擬器研發(fā)的專門機構(gòu)(公司)，在這一階段中，國內(nèi)掀起了自主研發(fā)航海模擬器的高潮，國產(chǎn)GMDSS培訓(xùn)軟件、國產(chǎn)雷達、ARPA軟件相繼研發(fā)成功。到1997年，上海海運學(xué)院大型船舶操縱模擬器研制成功，標志著我國航海模擬器的使用和開發(fā)到了快速發(fā)展時期。

第三階段，從1997年至今。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進步和圖形技術(shù)的快速發(fā)展，在各航海院校、各航海模擬器專門研發(fā)機構(gòu)(公司)科研人員的努力下，國內(nèi)各種航海模擬器相繼研發(fā)成功，各類與海事法規(guī)相關(guān)的培訓(xùn)課程大量引入航海模擬器教學(xué)和培訓(xùn)中，這一階段是我國航海模擬器的騰飛階段。2006年，大連海事大學(xué)高品質(zhì)航海模擬器及其開發(fā)平臺研制成功并通過交通部鑒定，之后又通過國際著名船級社DNV(挪威船級社)所提出的A級(最高級別)航海模擬器性能指標的認證，標志著我國航海模擬器研究和使用總體上達到國際先進水平，打破了少數(shù)發(fā)達國家對高端航海模擬器市場的壟斷，極大地提高了我國在應(yīng)用航海模擬器進行航海教學(xué)與培訓(xùn)、開展科學(xué)研究領(lǐng)域的國際地位。

2.航海模擬器在我國的發(fā)展現(xiàn)狀

在航海模擬器的配置種類上，目前我國各航海院校和培訓(xùn)機構(gòu)配備的模擬器主要用于相關(guān)課程的教學(xué)和培訓(xùn)。由于STCW78/95公約將“雷達觀測和標繪的培訓(xùn)和評估”和“自動雷達標繪儀(ARPA)操作使用的培訓(xùn)和評估”作為強制性的培訓(xùn)和評估內(nèi)容，因此所有的航海院校和培訓(xùn)機構(gòu)都購置了雷達和ARPA模擬器。另外，由于GMDSS培訓(xùn)、考評評估的需要，各航海院校和培訓(xùn)機構(gòu)一般也都配備有GMDSS、貨物裝卸和積載模擬等方面的模擬器。

在航海模擬器的配置規(guī)模上，各航海院校和培訓(xùn)機構(gòu)由于自身辦學(xué)條件、使用目的、培訓(xùn)規(guī)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體視景大型船舶操縱模擬器，有的是從國外進口的大角度立體視景大型船舶操縱模擬器，也有的是配置相對簡單的雷達模擬器、單人使用的桌面型航海模擬器等。

在航海模擬器培訓(xùn)使用上，有的航海院校僅僅把航海模擬器用于“雷達觀測和標繪、自動雷達標繪儀(ARPA)操作”的培訓(xùn)和評估，有的院校還利用航海模擬器開設(shè)了大型船舶操縱、駕駛臺資源管理等課程的培訓(xùn)，而一些技術(shù)力量比較強的院校則利用大型航海模擬器開展航道通航評估、碼頭工程、海事分析等方面的論證工作。

二、我國航海模擬器的發(fā)展趨勢

航海模擬器在我國的發(fā)展趨勢，大致有三個方向。一是向大型化方向發(fā)展。由于大型船舶操縱模擬器在仿真性、功能性和培訓(xùn)項目多樣性方面具有其他模擬器不可比擬的優(yōu)勢，且大型船舶操縱模擬器還可以在通航評估、碼頭工程、海事分析等工程論證方面發(fā)揮較大的作用，加之國內(nèi)大型船舶操縱模擬器的研制成功，成本相對較低，在我國各航海院校中，大型船舶操縱模擬器的配備正趨于普遍化。

二是向桌面化方向發(fā)展。雖然大型船舶操縱模擬器在教學(xué)、培訓(xùn)和科學(xué)研究方面具有較多優(yōu)勢，但即使國產(chǎn)大型船舶操縱模擬器價格相對國外產(chǎn)品低廉，也要一兩百萬元一套，這對經(jīng)費相對缺乏的航海院校來說還是有困難的，因此各航海院校最多配備一臺大型船舶操縱模擬器。基于這個原因，各航海院校為了提高學(xué)生訓(xùn)練的機會，提高實驗與實訓(xùn)的分組率，分別配備桌面系統(tǒng)，一人一機，學(xué)生在桌面系統(tǒng)訓(xùn)練達到一定水平后，再到大型船舶操縱模擬器上訓(xùn)練，達到事半功倍的效果。

三是向?qū)嵨锬M方向發(fā)展。雖然仿真模擬器、桌面模擬器具有較強的仿真性能，但與航海真實環(huán)境還是具有一定差異，為了達到航海真實環(huán)境效果，有些訓(xùn)練項目只能用航海設(shè)備實物進行模擬訓(xùn)練，如各航海院校建立的消防模擬艙、模擬機艙等均是實物模擬，實物模擬在某些訓(xùn)練項目上具有較大優(yōu)越性。

三、當前我國航海模擬器發(fā)展存在的問題

由于受到技術(shù)和設(shè)備的限制，不管是國產(chǎn)還是國外引進的航海模擬器，均存在一些問題，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.船舶模型的操縱性能仿真性不足

船舶模型的操縱性能的仿真程度是大型船舶操縱模擬器的核心內(nèi)容，如果在船舶模型的數(shù)學(xué)建模上考慮不周，船舶模型的操縱性能與實船有差距是顯然存在的。如船舶的水動力特性、風(fēng)動力特性等各種外界因素的影響以及船舶自身操控設(shè)備(槳、舵等)的建模，雖然航海院校和相關(guān)科研機構(gòu)在這方面花了很多精力，但是還存在一些不盡如人意的地方，有的甚至差距很大。例如國外某著名公司開發(fā)的大型船舶操縱模擬器，在進行大型船舶操縱培訓(xùn)時，8萬多噸的船舶不需要拖輪就能把它靠上碼頭，雖然這條船舶有側(cè)推器，但如果是真實船舶，還是不可能做到的。

2.圖像仿真性不足

航海模擬器中模擬圖像是最普通、最常見的，但是航海模擬器通常僅僅是完成設(shè)計圖像的使用功能，過于理想化，與實船上見到的圖像有較大差別。如大型船舶模擬器的視景看上去層次感不強，體現(xiàn)不出明顯的距離感；雷達模擬器中回波圖像非常清晰，盡管目標船距離有遠有近，尺寸有大有小，雷達波照射的方向也不相同，但其回波強度完全一樣；在抑制海浪雨雪等干擾圖像時也非常理想化地將所有干擾雜波抑制得非常干凈，而回波圖像保持不變，這顯然與實際不符。

3.仿真靈活性不夠

出于保密和商業(yè)目的，航海模擬器軟件接口一般都不開放,使用者無法更改船舶模型和海區(qū)資料,而設(shè)計者提供的船舶模型和海區(qū)資料的種類和數(shù)量非常有限，遠遠不能滿足教學(xué)和培訓(xùn)的需要，使用者既不可以添加新的船舶模型或海區(qū)資料，也不能更改或調(diào)整原來的參數(shù)，使得教學(xué)和培訓(xùn)靈活性受到影響。

4.系統(tǒng)穩(wěn)定性不夠

目前的航海模擬器一般由計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備組成，如GMDSS模擬器,一個培訓(xùn)教室一般由幾十臺計算機組成系統(tǒng)，在使用過程中經(jīng)常會由于軟件或硬件的原因?qū)е孪到y(tǒng)無法運行，穩(wěn)定性不夠,影響正常的使用,影響教師和培訓(xùn)學(xué)員的情緒。

5.設(shè)計標準不統(tǒng)一

在航海模擬器設(shè)計上,雖然國際海事組織以及各個國家行業(yè)組織對設(shè)計標準有一定的要求,但很大程度上只是原則性的。各院校及相關(guān)研發(fā)機構(gòu)在設(shè)計時考慮更多的是如何達到功能要求,對設(shè)計標準上重視不夠,導(dǎo)致模擬器硬件出現(xiàn)故障難以修理。以國內(nèi)研制的雷達模擬器為例,許多接口電路都有數(shù)模轉(zhuǎn)換功能，但相同功能的接口電路卻很少有相同的設(shè)計，盡管不同雷達對視頻、方位、計程儀、羅經(jīng)信號要求不同,但并非根本性的差別，對這類電路,可統(tǒng)一計算機輸出和接口卡輸出格式，設(shè)計一種通用轉(zhuǎn)換接口電路,對不同型號雷達,再分別設(shè)計下一級轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)即可，但在實際工作中卻很難實現(xiàn)，給使用者帶來不必要的麻煩。

四、結(jié) 語

航海模擬器無論在教學(xué)、培訓(xùn)還是在科學(xué)研究方面有著很重要的作用，這已成為航海界的共識。盡管航海模擬器存在一些問題和局限性，但完全可以相信，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和航海模擬器研究的不斷深入，航海模擬器的技術(shù)性能將不斷改善，與實船的差異將越來越小，航海模擬器將在航海院校教學(xué)、培訓(xùn)和科學(xué)研究工作中發(fā)揮越來越重要的作用。

[1]趙學(xué)軍，齊紹江.從航海模擬器的局限性展望其發(fā)展方向[J].青島遠洋船員學(xué)院學(xué)報,2009(3)：15-17.