基于計算機仿真的內(nèi)河船員培訓(xùn)模式的創(chuàng)建＊

陳進(jìn)濤 吳漢才 殷施科

（江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院航海技術(shù)系，江蘇南京 211170）

1 創(chuàng)建基于計算機仿真的內(nèi)河船員培訓(xùn)模式的迫切性

2009年10月1日實施的《中華人民共和國船員培訓(xùn)管理規(guī)則》、2011年1月1日實施的《中華人民共和國內(nèi)河船舶船員適任考試和發(fā)證規(guī)則》均要求有關(guān)培訓(xùn)機構(gòu)，要通過科學(xué)規(guī)范、公平公正、高效便民的技能培訓(xùn)模式，使船員在實踐上真正達(dá)到適任要求，從而確保船舶航行的安全。與舊法規(guī)相比，上述新法規(guī)對內(nèi)河船員的動手能力提出了更高的要求，要求船員知識、技能和業(yè)務(wù)素質(zhì)的發(fā)展必須理論聯(lián)系實踐。此外，為跟國際接軌，業(yè)界普遍認(rèn)為，引領(lǐng)海輪進(jìn)入內(nèi)河的引航員同時還應(yīng)達(dá)到于2012年元旦實施的《船員培訓(xùn)、發(fā)證和值班標(biāo)準(zhǔn)國際公約馬尼拉修正案》（STCW78／10公約）在實踐技能方面提出的更高要求。［1］

為切實履行新法規(guī)，2011年6月，中國海事服務(wù)中心受交通運輸部的委托在洛陽召開內(nèi)河船員考核模式改革專家研討會，與會者一致認(rèn)為現(xiàn)行的內(nèi)河船員考核模式與切實提高船員理論水平與實踐技能的要求存在較大距離，必須立即實施改革，于是該中心決定，從2012年起，逐步推廣基于計算機仿真的多媒體考核方式。由于船員在上崗前必須首先參加海事主管機關(guān)組織的船員適任考試，為了適應(yīng)將來新的考核模式，內(nèi)河船員培訓(xùn)機構(gòu)必須對船員開展計算機仿真實踐培訓(xùn)。

2 內(nèi)河船員實船、模擬器、計算機仿真三種培訓(xùn)模式的比較

2.1 實船培訓(xùn)模式存在的缺陷

實船培訓(xùn)是培養(yǎng)船員專業(yè)技能的最佳方式，它還能培養(yǎng)船員在緊急情況下的應(yīng)急處置能力和心理素質(zhì)。但問題是：（1）實船培訓(xùn)面臨著安全風(fēng)險大、租船難、成本高、組織效率低等問題；（2）消耗能源，排放污染，不符合節(jié)能減排的時代要求。［2］

2.2 模擬器培訓(xùn)模式存在的缺陷

雖然模擬器能夠仿真各種典型通航環(huán)境和船舶，從而能確保培訓(xùn)的質(zhì)量。但問題是，硬件配備需要投入巨額資金；模擬器建設(shè)涉及知識產(chǎn)權(quán)與專利問題，軟件與模型各自封閉，會造成重復(fù)建設(shè)而造成巨大浪費；模擬器培訓(xùn)所能容納的船員數(shù)量有限因而存在組織效率低的問題。

2.3 計算機仿真培訓(xùn)模式的優(yōu)勢

提高船員技能的最佳方法是：讓船員處于與船員實際工作環(huán)境相似的環(huán)境之下，并設(shè)置類似實際工作可能碰到的問題，培養(yǎng)船員解決問題的能力?；谟嬎銠C仿真船員培訓(xùn)模式能提供水上實踐的真實操作環(huán)境，能讓船員獲得與實際情況幾乎一致的身臨其境的感受，從而有利于培訓(xùn)的逼真性、針對性；其次，伴隨著水運科技的快速發(fā)展，駕駛?cè)藛T對船舶發(fā)出的指令都將通過電腦操作來實現(xiàn)，而不再是傳統(tǒng)的手工操作方式，因此它代表著水運技術(shù)的發(fā)展方向和需求。

3 計算機多媒體實踐場景的創(chuàng)建

3.1 計算機多媒體實踐場景的創(chuàng)建思路

采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)多媒體航海場景。增設(shè)二維動畫場景、三維動畫場景、（聲響信號的）音頻、視頻、號燈與號型動畫等表現(xiàn)媒體，運用這些媒體制作豐富多彩的實踐性知識單元，包括“操控船舶”的訓(xùn)練單元。

計算機提供虛擬船舶、電子水道圖、航行環(huán)境等實景演示，船員通過鍵盤鼠標(biāo)操作場景中的有關(guān)對象，從而實現(xiàn)人機雙向交互，也可運用計算機通過互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)參加遠(yuǎn)程培訓(xùn)。［3］

以計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為支撐，創(chuàng)建具有全功能仿真的二維及三維立體可視化軟件系統(tǒng)界面；船員通過鍵盤與鼠標(biāo)操作便可獲得以視頻、音頻、動畫等多媒體形式呈現(xiàn)的航海場景，尤其可獲得與實船操控功能幾乎相同的仿真操作機會（在計算機上“開船”），實現(xiàn)真正意義的計算機仿真船員培訓(xùn)模式。

3.2 平面與立體動畫實踐場景的設(shè)計

平面動畫實踐場景設(shè)計。例如由計算機動畫表現(xiàn)出船舶在電子海圖上有四種走法，船員憑借已有的知識分析各種走船方法的利弊，點擊鼠標(biāo)選出正確選項。又如在某一水域的電子海圖上劃出四塊區(qū)域，讓船員根據(jù)地理地貌物標(biāo)等特征識別哪一塊是錨地。［4］

立體動畫實踐場景設(shè)計：例如計算機演示動畫（如圖1）“一船橫越另一順航道船前方”，要求船員判斷兩船會遇時的避讓行動是否正確，并說出判斷的依據(jù)是什么。

有關(guān)號燈號型動畫的實踐場景設(shè)計（如圖1）點擊電腦屏幕上的有關(guān)提示窗口，將顯示號燈與號型圖片，要求船員據(jù)此判斷是何種類型的船舶，如屏上顯示一個圓柱形的號型，船員應(yīng)該可以判斷出：這是“限于吃水的船舶”。

3.3 有關(guān)音頻與視頻實踐場景的設(shè)計

音頻：船員通過操作電腦屏幕上的按鍵圖標(biāo)傾聽“汽笛”，如”五聲短而急、兩短一長、一長聲、三短聲”，根據(jù)平時所學(xué)作出判斷：按先后順序它們的含義分別是“我是霧航中的客渡船、同意你船追越我船、周圍船舶請注意、我船正在向后推進(jìn)”。［5］

視頻：錄制典型地段視頻，主要用于對船員在主要、重點和險要航段上的培訓(xùn)，掌握本航段的地貌、水文、氣象特征。如：播放水面開闊、兩山對峙的三峽庫區(qū)，船員通過觀看航段地貌，推導(dǎo)出“容易起霧且峽谷風(fēng)大”的氣象特征。錄制典型的通航場景視頻，用于培養(yǎng)船員的航路選擇、操船避讓技能。

4 智能化內(nèi)河船員培訓(xùn)效果檢測體系的創(chuàng)建

現(xiàn)行內(nèi)河船員培訓(xùn)效果檢測體系的局限性?，F(xiàn)行體系主觀性較強，不同的教員對同一個船員的評價結(jié)果永遠(yuǎn)存在著差異甚至差異令人目瞪口呆，因此在對船員進(jìn)行培訓(xùn)效果檢測時，它對船員的知識、技能和操作的掌握程度不能進(jìn)行全面和綜合的公正評判［6］

創(chuàng)建的技術(shù)路線：首先改進(jìn)和完善能模擬人類判斷力的計算機軟件，然后讓計算機把船員的操作指令、次數(shù)、時間和效果，與機內(nèi)預(yù)先設(shè)置的評價標(biāo)準(zhǔn)相對照，從而自動記錄和評分。

創(chuàng)建航海智能化專家系統(tǒng)（智能化標(biāo)準(zhǔn)答案）：（1）創(chuàng)立航海領(lǐng)域的知識庫、創(chuàng)建能獲取并運用該知識庫的機構(gòu)；構(gòu)建符合國家海事局培訓(xùn)要求的、符合航行規(guī)則要求的、符合船員通常做法要求的、符合船舶通航環(huán)境要求的并經(jīng)計算機優(yōu)化了的船舶操作方案的數(shù)學(xué)模型，從而得以作出智能化評價標(biāo)準(zhǔn)；（2）以評價標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)，即具有模仿專家思維功能的航海智能化專家系統(tǒng)。

創(chuàng)建智能化模糊綜合評價技術(shù)：在航海實踐中存在著大量的模糊現(xiàn)象，易定性分析而難用量化數(shù)據(jù)表達(dá)，為此應(yīng)采用模糊數(shù)學(xué)集合理論，依據(jù)船員培訓(xùn)時被計算機錄入的各種表現(xiàn)的優(yōu)劣程度來確定評價值，即以最優(yōu)表現(xiàn)為基準(zhǔn)值1，稍差的為0.99；各種表現(xiàn)依據(jù)欠優(yōu)的程度得到相應(yīng)的評價值，從而建立表現(xiàn)與評價值之間的隸屬度函數(shù)綜合評價模型，進(jìn)而展開計算，最后得出船員的培訓(xùn)成績。

智能化船員培訓(xùn)效果檢測體系的流程設(shè)計（如圖2）。綜合運用航海智能化專家系統(tǒng)和智能化模糊綜合評價技術(shù)，把船員實操步驟及結(jié)果與航海智能化專家系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)）比較，運用智能化模糊綜合評價技術(shù)得出船員培訓(xùn)效果的實際評分。

圖2 智能化考核評價過程

智能化培訓(xùn)評價體系典例剖析。以考題“丹徒水道航路的確定”為例（如圖3），測評船員在江蘇定線制水域的走船技術(shù)，深水航道寬度為500 m，兩側(cè)界限分別用左側(cè)側(cè)面標(biāo)（黑?。⒂覀?cè)側(cè)面標(biāo)（紅?。?biāo)志標(biāo)示，在深水航道內(nèi)設(shè)置了上、下行通航分道和分隔帶，分別占航道寬度的五分之二、五分之二、五分之一。計算機根據(jù)船員所擺船位的合適程度打分。如果船員能把船位控制在靠黑浮一側(cè)的200m寬的分道內(nèi)的最合適位置，即距黑浮100m處得滿分，99m處得99分，依次類推，0m處得0分。

圖3 丹徒水道航路選擇操作培訓(xùn)

5 結(jié) 語

2010年南通地方海事局和江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院率先對基于計算機仿真的內(nèi)河船員培訓(xùn)新模式作了積極的探索，2011年3月江蘇省地方海事局會同有關(guān)單位對創(chuàng)建新模式的作了可行性論證，結(jié)論如下：1）優(yōu)勢：新模式具有建設(shè)周期短、針對性強、易于推廣、維護簡便、多樣化、成本低等獨特優(yōu)勢，它能引導(dǎo)船員通過扎扎實實的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練來提高自身的專業(yè)素質(zhì)，這對我國內(nèi)河船員隊伍整體素質(zhì)的提高具有劃時代的意義。2）缺陷：電腦熒屏在視景真實立體感上有所欠缺，系統(tǒng)對影響船舶的風(fēng)流浪仿真不夠充分，鍛煉船員心理素質(zhì)尤其是緊急情況下的心理承受能力，效果不佳。3）展望：要想使內(nèi)河船員培訓(xùn)具有最佳效果，最好是綜合采用各種模式，即以計算機仿真培訓(xùn)模式為核心，以模擬器和實船培訓(xùn)模式為補充，依據(jù)培訓(xùn)內(nèi)容選擇最適合的模式，實施各模式的資源整合、優(yōu)勢互補，從而確保船員培訓(xùn)的質(zhì)量、安全、經(jīng)濟和效率。

通過對以計算機仿真為平臺的內(nèi)河船員培訓(xùn)新模式的初步探索，我們提出如下建議：由于對新模式的研究才剛剛起步，因此有關(guān)地方海事主管部門應(yīng)與航運院校、船舶公司密切合作，參考上述創(chuàng)建構(gòu)想對新模式展開深入的研究，加快改進(jìn)和完善步伐，力爭從2012年起逐步投入和推廣應(yīng)用。

1 張敬東.內(nèi)河船員航線考試數(shù)字化評估系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)［J］.中國海事，2010（9）：39－41

2 陳麗寧.船舶雷達(dá)／ARPA智能考試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.大連海事大學(xué)，2010－9－10

3 李德強.內(nèi)河船長實操考試成績分析及相應(yīng)對策研究［D］.武漢理工大學(xué)，2011－3－7

4 劉永利.駕駛臺資源管理培訓(xùn)及評估方法研究［D］.大連海事大學(xué)，2010－9－12

5 張敬東.內(nèi)河船員考試試題設(shè)計與開發(fā)［J］.南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011（3）：32－34

6 高興斌.基于C＃的船舶電站操作自動評估系統(tǒng)的研制［D］.大連海事大學(xué)，2010－6－8