船舶操縱模擬器及其教學(xué)應(yīng)用

黃成慶

(廈門(mén)海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院航海技術(shù)系，廈門(mén) 361012)

0 引言

隨著國(guó)際航運(yùn)業(yè)和現(xiàn)代造船技術(shù)的發(fā)展，船舶的噸位與速度都在不斷增大和提高。目前世界上許多海域的通航密度正日益增大、通航狀況更為復(fù)雜，致使船舶因操縱或避讓不當(dāng)而引起的海事屢有發(fā)生。為了確保海上安全和保護(hù)海洋環(huán)境，國(guó)際海事組織(IM0)，1995年對(duì)《1978年海員培訓(xùn)、發(fā)證和值班標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際公約》進(jìn)行了修改，并于1997年2月1日生效。STCW78／95公約，正式將對(duì)船舶駕駛?cè)藛T采用船舶操縱模擬器進(jìn)行訓(xùn)練和考核的要求列入了船員業(yè)務(wù)培訓(xùn)的范圍，并對(duì)這種訓(xùn)練和考核提出了—些規(guī)定。

廈門(mén)海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院在幾年前就引進(jìn)了船舶操縱模擬器和船舶電站模擬器，并針對(duì)我國(guó)航海教學(xué)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航海教學(xué)與船員的培訓(xùn)中。

1 船舶仿真技術(shù)在航海教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

我國(guó)航海教育已有近百年的發(fā)展歷史，具備門(mén)類(lèi)齊全的海員教育培訓(xùn)規(guī)章制度及完備的教育體系。我國(guó)目前有眾多航海教育和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，但各航海院校目前可用于教學(xué)實(shí)習(xí)的船舶還很有

限。為保證航海類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生海上實(shí)習(xí)，一方面只能通過(guò)與航運(yùn)企業(yè)合作；另—方面，通過(guò)配備大量模擬的航海設(shè)施設(shè)備：如雷達(dá)和ARPA模擬器、船舶操縱模擬器、輪機(jī)電站模擬器、GMDSS模擬器、船舶積載模擬器及液貨船模擬裝置等先進(jìn)設(shè)備等等。

《中華人民共和國(guó)船員培訓(xùn)管理規(guī)則》于2009年10月1日施行，其中詳細(xì)規(guī)定了海船船員及船員培訓(xùn)場(chǎng)地、設(shè)施、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)及教學(xué)人員要求。

船舶操縱模擬器在航海教育中的發(fā)展趨勢(shì)和優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，是我院航海系航海教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。船舶操縱模擬器的研制和應(yīng)用，為航海教學(xué)提供了一種綜合性實(shí)踐教學(xué)的方法。為了適應(yīng)和滿(mǎn)足現(xiàn)代航海教育的需要，目前國(guó)內(nèi)外船舶模擬器制造廠(chǎng)家都在積極采用新科技，在充分考慮模擬訓(xùn)練功能的完善與實(shí)用的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了造價(jià)成本低、使用范圍廣、功能適用強(qiáng)的多單元訓(xùn)練系統(tǒng)，打破了以往單—的追求模擬環(huán)境的仿真度和系統(tǒng)大而全的格局。

例船舶操縱模擬器的研制設(shè)計(jì)中大多采用PC機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)，可提供四套或更多的可獨(dú)立控制，各由三臺(tái)或五臺(tái)大屏幕彩色顯示器及其他普通常用駕駛臺(tái)模擬設(shè)備組成的視景船舶駕駛臺(tái)，以供多人同時(shí)參加訓(xùn)練。

在船船操縱模擬器中還采用了一些相應(yīng)的辦法，以便可同時(shí)供多組人員參加訓(xùn)練。同時(shí)，將船舶操縱模擬器和輪機(jī)電站模擬器合為一體的模擬資源綜合開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工作也已開(kāi)始運(yùn)作。另外，采用多臺(tái)普通微機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)組成的通用型多功能桌面模擬系統(tǒng)己日趨完善，一些新型航海教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)與投入運(yùn)用，使得這類(lèi)船舶仿真模擬教學(xué)設(shè)備，在現(xiàn)代航海教學(xué)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

船舶仿真模擬器在航海教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)突出，船舶操縱模擬器系統(tǒng)將雷達(dá)、ARPA及導(dǎo)航功能于一體，具備了雷達(dá)模擬器的全部功能。裝備了全天候視景顯示，可顯示各種能見(jiàn)度的視景。有一套較為完整的駕駛臺(tái)操作設(shè)備。可以直觀(guān)地模擬和顯示在海上或港口航行及操縱情況。利用船舶操縱模擬器模擬仿真的優(yōu)勢(shì)有：

1) 為學(xué)員學(xué)習(xí)和掌握先進(jìn)船舶操縱設(shè)備及系統(tǒng)的操作使用方法提供了訓(xùn)練環(huán)境；

2) 可以靈活地安排綜合訓(xùn)練和單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)；

3) 可以反復(fù)操練在實(shí)船上操縱比鉸困難甚至不允許隨便試驗(yàn)的訓(xùn)練項(xiàng)目；

4) 船員可在較短的時(shí)間內(nèi)獲得的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)；

5) 操作不當(dāng)或失誤時(shí)可免于損壞機(jī)械；

6) 可任意設(shè)置故障進(jìn)行排除故障訓(xùn)練使訓(xùn)練成本大大降低；

7) 可建立完善的船員訓(xùn)練成績(jī)自動(dòng)評(píng)定體系的實(shí)踐教學(xué)。

2 船舶仿真技術(shù)在現(xiàn)代航海教學(xué)的作用

船舶仿真模擬器可對(duì)船員進(jìn)行專(zhuān)業(yè)認(rèn)識(shí)教育。通過(guò)對(duì)船舶操縱模擬器的總體組成的介紹和操作，可使船員初步了船舶操縱的總體結(jié)構(gòu)、各主要設(shè)備和系統(tǒng)的相互關(guān)系，了解船舶操縱的任務(wù)和今后工作環(huán)境的大體情況，使船員對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)有進(jìn)—步的認(rèn)識(shí)和理解。

在進(jìn)行專(zhuān)業(yè)理論學(xué)習(xí)的時(shí)候，可結(jié)合所講的內(nèi)容到船舶操縱模擬器實(shí)驗(yàn)室對(duì)船舶操縱各主要設(shè)備的組成、工作原理、操作管理進(jìn)行講解、操作演示，加強(qiáng)學(xué)員對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。例如狹水道綜合航行訓(xùn)練等。

綜合訓(xùn)練對(duì)學(xué)員專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)進(jìn)行全方位綜合強(qiáng)化訓(xùn)練和提高技能訓(xùn)練，主要作用是提高船員獨(dú)立分析、解決問(wèn)題和應(yīng)變、應(yīng)急能力。例如航行值班與操作程序訓(xùn)練，靠、離泊位操作等。

在教學(xué)過(guò)程中影響船舶操縱模擬器教學(xué)質(zhì)量的因素較為突出的幾點(diǎn)：

首先是船舶操縱模擬器自身的完善程度，欠完善的船舶操縱模擬器自然難以保證其應(yīng)有的教學(xué)質(zhì)量。其次是教師的船舶操縱業(yè)務(wù)素質(zhì)，特別是教師的船舶操縱業(yè)務(wù)素質(zhì)與實(shí)際技能和理論水平。由于專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、涉及面廣，加之船舶操縱模擬器自身的局限性，許多內(nèi)容需要教師給予正確有效的指導(dǎo)和引導(dǎo)，因而教師沒(méi)有相當(dāng)?shù)拇安倏v業(yè)務(wù)素質(zhì)，船員的質(zhì)量是難以保證的。

所以安排具有實(shí)船工作經(jīng)驗(yàn)的管理級(jí)人員(船長(zhǎng)、大副培訓(xùn)班或考證班則應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的船長(zhǎng)、大副承擔(dān))承擔(dān)相應(yīng)的教學(xué)任務(wù)。另外船舶仿真模擬器學(xué)生系統(tǒng)掌握知識(shí)及轉(zhuǎn)化情況、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)安排的先后秩序、學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的多少都將直接影響教學(xué)質(zhì)量。

3 船舶操縱模擬器的實(shí)訓(xùn)功能

本系統(tǒng)具有一個(gè)與實(shí)船駕駛臺(tái)相似的環(huán)境，擁有一套完整的儀器設(shè)備面板，設(shè)備功能和操作性能可達(dá)到實(shí)際硬件設(shè)備所能完成的功能。系統(tǒng)具有5個(gè)通道，水平視場(chǎng)角應(yīng)達(dá)到180°、垂直視場(chǎng)角不小于25°的大屏幕柱幕投影視景系統(tǒng)，每個(gè)視景通道的分辨率至少為1024×768，采用幾何校正和邊緣融合軟件校正技術(shù)，做到視景真正無(wú)縫拼接和高亮度顯示，為操作人員提供最接近真實(shí)的景象，并提供望遠(yuǎn)鏡及漫游通道，可用于漫游觀(guān)測(cè)和望遠(yuǎn)鏡觀(guān)測(cè)周?chē)?60°范圍的視景。

電子海圖顯示系統(tǒng)符合有關(guān)ECDIS性能標(biāo)準(zhǔn)的要求。具有無(wú)級(jí)放大和縮小、區(qū)域放大、自動(dòng)漫游、分層顯示，白天、黑夜、晨昏和朦朧顯示；具有海圖要素拾取、航線(xiàn)設(shè)計(jì)，可進(jìn)行海圖編輯、改正。提供可覆蓋中國(guó)沿海港口、主要水道及世界常用海域（至少應(yīng)包括馬六甲海峽、新加坡水域、英吉利海峽等）海圖。

船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型至少有10個(gè)類(lèi)型，每種類(lèi)型中包括不同噸位與載況的模型。船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型中包括影響本船運(yùn)動(dòng)的各種效應(yīng)（車(chē)、舵、錨、纜、風(fēng)、流、拖輪、岸壁效應(yīng)、船間效應(yīng)、淺水效應(yīng)等），附有精度說(shuō)明及測(cè)試結(jié)果。通過(guò)VHF，由教練員操作本船的拖輪，能實(shí)時(shí)顯示拖輪的圖形動(dòng)態(tài)和用力情況?？筛鶕?jù)要求，將拖輪操作在教練員站與本船駕駛臺(tái)間切換。通過(guò)VHF可進(jìn)行船間通信、船岸通信，通過(guò)船內(nèi)電話(huà)可與教練員站進(jìn)行船內(nèi)各部門(mén)間的通信模擬。

駕駛臺(tái)中設(shè)置單獨(dú)的通道，用于視景的左右環(huán)視、仰視、俯視和自由漫游功能。該通道同時(shí)具有望遠(yuǎn)鏡功能。

能在整個(gè)模擬器訓(xùn)練中控制、監(jiān)視并重放、分析學(xué)員的訓(xùn)練過(guò)程?？筛淖冇?xùn)練難度，設(shè)置航海環(huán)境、交通狀況和特殊海域等來(lái)創(chuàng)建練習(xí)。通過(guò)圖形、對(duì)話(huà)框、菜單、工具條等簡(jiǎn)便的操作，為教練員提供良好的界面。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)對(duì)船舶操縱模擬器的研制投入了巨大的人力與物力，船舶操縱模擬器已發(fā)展成—個(gè)軟硬結(jié)合、人機(jī)結(jié)合、高度復(fù)雜、可伸縮的龐大系統(tǒng)。由于STCW 78／95公約的實(shí)施，船舶操縱模擬器已廣泛地應(yīng)用于廈門(mén)海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院航海系的航海教育及培訓(xùn)的教學(xué)過(guò)程中。船舶操縱模擬器是航海技術(shù)教育與培訓(xùn)不可缺少的設(shè)備。

[1] 卞根發(fā)等. 電腦仿真電站模擬器的應(yīng)用[J]. 船電技術(shù), 2007, (2).

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