船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

許安靜

(上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所 航運(yùn)技術(shù)與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200135)

0　引　言

隨著人類(lèi)對(duì)深水海洋資源開(kāi)發(fā)的不斷深入和船舶動(dòng)力定位技術(shù)的不斷推進(jìn)，動(dòng)力定位系統(tǒng)己被廣泛地應(yīng)用在海上鉆井平臺(tái)、多用途工作船、海洋調(diào)查船、鋪管船及港作船。由于高技術(shù)、高附加值的動(dòng)力定位船舶大多從事危險(xiǎn)性較高的海洋工程作業(yè)，船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)安全作業(yè)能力和操作能力與船舶的作業(yè)安全密切相關(guān)，它的安全性將直接影響工程的進(jìn)展、質(zhì)量、費(fèi)用及工程人員的生命安全。因此，各國(guó)際海事組織和船級(jí)社對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)和動(dòng)力定位操作員的要求制定了相關(guān)的公約和規(guī)則及規(guī)范[1-3]，這些公約、規(guī)則及規(guī)范對(duì)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力定位船舶安全作業(yè)有著極為重要的作用。

1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1　系統(tǒng)組成

圖1　船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)組成

船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)由動(dòng)力定位操控系統(tǒng)、教員站控制系統(tǒng)及可視化視景系統(tǒng)組成。其中，動(dòng)力定位操控系統(tǒng)由動(dòng)力定位控制系統(tǒng)、獨(dú)立的聯(lián)合操縱桿系統(tǒng)、推進(jìn)器遙控系統(tǒng)、單手柄操縱系統(tǒng)、綜合信息顯示系統(tǒng)、電子海圖顯示與信息系統(tǒng)組成；教員站控制系統(tǒng)由教員站、模擬控制系統(tǒng)服務(wù)器組成，船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)組成見(jiàn)圖1。

1.2　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)采用以太網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式構(gòu)建集中型局域網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)中心處理機(jī)使船舶操控系統(tǒng)、教站控制系統(tǒng)及可視化視景系統(tǒng)的信息流匯集起來(lái)，實(shí)現(xiàn)三者間的信息共享，可大幅加快數(shù)據(jù)的傳輸速率和信息處理效率。船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)備基于以太網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，使系統(tǒng)易于擴(kuò)展。動(dòng)力定位操控系統(tǒng)的各子系統(tǒng)內(nèi)部采用控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network,CAN)，船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2　船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為保證動(dòng)力定位船舶作業(yè)安全，提高動(dòng)力定位操作員的技術(shù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)際操作技能，依據(jù)《海員培訓(xùn)、發(fā)證和值班標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際公約》(STCW公約)馬尼拉修正案第B-V/d節(jié)規(guī)定，和DNV《CERTIFICATION No. 2.14 MARITIME SIMULATORSYSTEMS JANUARY 2011》規(guī)范，動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)成象技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及無(wú)縫拼接寬視場(chǎng)角視頻對(duì)攝等先進(jìn)的技術(shù)手段和方法，結(jié)合實(shí)際的動(dòng)力定位操控系統(tǒng)設(shè)備，可將數(shù)字化的港口及相關(guān)設(shè)施動(dòng)態(tài)逼真地展現(xiàn)給操作人員。動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)除能滿(mǎn)足各種訓(xùn)練的要求外，還可進(jìn)行工程論證、控制策略驗(yàn)證和海事分析。船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)構(gòu)架見(jiàn)圖3。

圖3　船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)構(gòu)架

1.3.1系統(tǒng)操作模式設(shè)計(jì)

經(jīng)對(duì)當(dāng)前大多數(shù)海洋工程船舶推進(jìn)設(shè)備類(lèi)型配置調(diào)研，為使系統(tǒng)適應(yīng)多種海洋工程船動(dòng)力定位控制系統(tǒng)的操作訓(xùn)練，動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)配置2套艏側(cè)推控制單元、1套艉側(cè)推控制單元、2套全回轉(zhuǎn)推力器控制單元(全回轉(zhuǎn)推力器控制單元通過(guò)選擇也可作為主推進(jìn)器控制單元)、1套車(chē)鐘控制單元及1套迷你手輪舵機(jī)控制單元。

船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)有5個(gè)操作模式，分別為手動(dòng)模式、動(dòng)力定位模式、獨(dú)立聯(lián)合操縱模式、單手柄操縱模式及航行模式。側(cè)推器、全回轉(zhuǎn)推力器、舵機(jī)裝置在上述操作模式下的控制狀態(tài)如表1所示。

表1　推進(jìn)系統(tǒng)控制配置

1.3.2動(dòng)力定位操作系統(tǒng)

船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)配置2套SRI-VC2110DP動(dòng)力定位控制系統(tǒng)[4]構(gòu)成雙冗余的動(dòng)力定位系統(tǒng)(DP-2),1套SRI-VC2110DP-JS獨(dú)立的聯(lián)合操縱桿系統(tǒng)、1套推進(jìn)器系統(tǒng)手動(dòng)遙控系統(tǒng)和1套SRI-VC2110DP-JH單手柄操縱系統(tǒng)。

動(dòng)力定位控制系統(tǒng)功能包括：

(1)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)基本功能,可進(jìn)行自動(dòng)定位及自動(dòng)定艏向。

(2)動(dòng)力定位系統(tǒng)基本功能擴(kuò)展,可進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)航(駕駛)及自動(dòng)航跡跟蹤。

(3)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)常規(guī)功能,可采用手動(dòng)操縱(JOYSTICK)及混合操縱(手動(dòng)操縱+部分自動(dòng)控制)。

(4)獨(dú)立的聯(lián)合操縱桿系統(tǒng)功能聯(lián)合手動(dòng)操縱(JOYSTICK)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)艏向,自動(dòng)航向。

1.3.3推進(jìn)器手動(dòng)遙控系統(tǒng)

推進(jìn)器手動(dòng)遙控系統(tǒng)由全回轉(zhuǎn)舵槳推力器、側(cè)推器和舵機(jī)的手動(dòng)遙控，與動(dòng)力定位系統(tǒng)功能相結(jié)合成為一個(gè)具有全方位船舶控制功能的操控系統(tǒng)。具體控制功能包括：

(1)推進(jìn)控制系統(tǒng)操作模式切換。

(2)主推進(jìn)器、全回轉(zhuǎn)舵槳及側(cè)推器手柄操控。

(3)舵機(jī)工作模式切換(包括自動(dòng)舵模式、隨動(dòng)舵模式及應(yīng)急舵模式)。

(4)舵機(jī)隨動(dòng)舵及應(yīng)急舵手動(dòng)操控。

1.3.4單手柄操縱系統(tǒng)

動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)配置的單手柄操縱系統(tǒng)其控制功能包括：

(1)手柄操控功能,可進(jìn)行手動(dòng)操作,實(shí)現(xiàn)艏向保持及保持位置。

(2)自動(dòng)舵功能,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)航向及航跡跟蹤。

1.3.5教員站控制系統(tǒng)

教員站控制系統(tǒng)由內(nèi)配置訓(xùn)練海域數(shù)據(jù)庫(kù)、本船模型數(shù)據(jù)庫(kù)(包括DP模型船)、目標(biāo)船模型數(shù)據(jù)庫(kù)及飛機(jī)模型數(shù)據(jù)庫(kù)等?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)推進(jìn)器、舵的操作和航行環(huán)境信息(風(fēng)、流及潮汐等)，實(shí)時(shí)解算模擬船的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(船位、航向、速度、航向變化率及加速度等)。

教員站控制系統(tǒng)能進(jìn)行訓(xùn)練海(江河)域區(qū)及訓(xùn)練環(huán)境的設(shè)定，本船和目標(biāo)船初始位置、航向及速度的設(shè)置，在線控制和設(shè)置模擬船部分設(shè)備的故障及錯(cuò)誤信息，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄和各船航跡的動(dòng)態(tài)顯示、打印及操控船操作過(guò)程的事后重演和打印功能，編輯操控訓(xùn)練科目、航行訓(xùn)練科目及特殊條件下的操控訓(xùn)練科目等。

1.3.6可視化視景系統(tǒng)

船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)的船視景系統(tǒng)為5通道、120度水平視場(chǎng)角且垂直視場(chǎng)角為30°，每個(gè)視景通道的分辨率為1920×1080，三維視景圖象更新速率為30 幀/s，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)縫拼接和高清的顯示屏視景系統(tǒng)。本船視景系統(tǒng)提供操作員視域范圍的所有靜態(tài)及動(dòng)態(tài)景物三維視景，通過(guò)三維環(huán)境中對(duì)模型對(duì)象的操作顯示船舶在海上或港內(nèi)航行及作業(yè)情景,且能顯示狂風(fēng)、暴雨雷電、大雪等各種氣象情景、白天和夜間及水面的反射效果等。

此外，系統(tǒng)還配置1套單獨(dú)的采用大地坐標(biāo)系的第三視覺(jué)系統(tǒng)，系統(tǒng)配置15個(gè)虛擬攝像頭，每個(gè)攝像頭均可實(shí)現(xiàn)360°全景環(huán)視。用于從第三視覺(jué)角度觀察本船的靠離泊作業(yè)及動(dòng)力定位作業(yè)的狀態(tài)，了解本船四周環(huán)境，如附近的目標(biāo)船、浮標(biāo)及海況等信息。

音響系統(tǒng)產(chǎn)生模擬海況對(duì)應(yīng)的環(huán)境聲響(風(fēng)、浪及聲號(hào)等)及工作環(huán)境(主機(jī)、輔機(jī)、錨及纜操作等)等聲響，能模擬船舶碰撞、擱淺及觸礁等海損事故的音響效果。

1.3.7動(dòng)力定位操控系統(tǒng)接口

動(dòng)力定位操控系統(tǒng)對(duì)外接口形式有以太網(wǎng)接口、現(xiàn)場(chǎng)總線CAN接口和串行數(shù)據(jù)通信接口等3種模式。

基于TCP IP的以太網(wǎng)的系統(tǒng)接口與NTPRO 5 000服務(wù)器系統(tǒng)相連，接口信息一方面來(lái)自動(dòng)力定位操控系統(tǒng)的命令，如動(dòng)力定位操控系統(tǒng)操作模式選擇，推進(jìn)器輔助系統(tǒng)啟、停，推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)啟、停，及推進(jìn)器應(yīng)急停控制，推力器螺距、方位、側(cè)推器螺距、舵機(jī)的舵角命令；另一方面是NTPRO 5 000模擬器系統(tǒng)發(fā)送動(dòng)力定位操控系統(tǒng)命令的反饋信息、船舶航行狀態(tài)信息(位置、航向、航速)、主機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、動(dòng)力定位傳感器系統(tǒng)測(cè)量信息及動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行信息等。

基于NMEA—0183協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的數(shù)據(jù)串口通訊用于接收NTPRO 5 000服務(wù)器系統(tǒng)的傳感器模型信息驅(qū)動(dòng)儀表指示(風(fēng)速風(fēng)向儀、GPS復(fù)示器、電羅經(jīng)復(fù)示器及計(jì)程儀等)。

基于CAN2.0B協(xié)議規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)總線CAN接口采用架構(gòu)在控制局域網(wǎng)路CANopen通信協(xié)議,為此后科研項(xiàng)目的應(yīng)用提供端口。

1.3.8動(dòng)力定位控制系統(tǒng)技術(shù)研究

動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)搭建動(dòng)力定位控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究科研平臺(tái)，通過(guò)這一平臺(tái)可進(jìn)一步開(kāi)展對(duì)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)方法研究，船舶動(dòng)力定位控制系統(tǒng)在某一海況環(huán)境下定位能力測(cè)試、動(dòng)力定位系統(tǒng)的故障模式與影響分析及船舶動(dòng)力定位關(guān)鍵技術(shù)的研究和驗(yàn)證。

2　硬件設(shè)計(jì)

動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)的硬件主要由動(dòng)力定位操控臺(tái)、教練站工作臺(tái)、三維視景設(shè)備、船用航行通信儀表設(shè)備、音響設(shè)備和監(jiān)視設(shè)備等組成。系統(tǒng)配置的儀表設(shè)備設(shè)備為船用實(shí)際設(shè)備，操控臺(tái)上的操作部件為自主研發(fā)的船用產(chǎn)品，可較完整地模擬駕駛室船舶動(dòng)力定位作業(yè)操作環(huán)境。

2.1　動(dòng)力定位操控臺(tái)

動(dòng)力定位操控臺(tái)由2套動(dòng)力定位操作站、推進(jìn)器遙控操作站、綜合信息顯示站及電子海圖信息顯示站組成，動(dòng)力定位操控臺(tái)示意見(jiàn)圖4。

a) 動(dòng)力定位操控臺(tái)(俯視圖)

b) 動(dòng)力定位操控臺(tái)(側(cè)視圖)

2.1.1動(dòng)力定位操作站

a) 動(dòng)力定位工作站操作板(俯視圖)b) 動(dòng)力定位工作站操作板(側(cè)視圖)

圖5動(dòng)力定位工作站操作板布置

動(dòng)力定位操作站配置有動(dòng)力定位工作站和嵌入式控制計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將2套SRI-VC2110DP動(dòng)力定位操作站[4]物理連接，構(gòu)成雙冗余的DP-2動(dòng)力定位控制系統(tǒng)。

動(dòng)力定位工作站由23.1寸顯示器、操作板及計(jì)算機(jī)組成。操作板作為人機(jī)交互接口提供人機(jī)交互服務(wù)，操作板布局設(shè)計(jì)便于人工操作，為動(dòng)力定位工作站操作板布置見(jiàn)圖5。

2.1.2推進(jìn)器遙控操作站及航行儀表

推進(jìn)器遙控操作站由2套全回轉(zhuǎn)推力器控制板、3套側(cè)推器控制板、1個(gè)隨動(dòng)舵手輪、非隨動(dòng)舵手柄轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、推力系統(tǒng)工作模式切換板、輔車(chē)鐘、5個(gè)推進(jìn)器儀表、2個(gè)舵角指示儀、1個(gè)GPS復(fù)示器、1個(gè)電羅經(jīng)復(fù)示器及2個(gè)風(fēng)速風(fēng)向儀組成，各部件布局設(shè)計(jì)注重人性化，操作板部件便于操作，儀表布置便于監(jiān)視，推進(jìn)器控制操作站操作板部件布置見(jiàn)圖6，推進(jìn)器控制操作站儀表布置見(jiàn)圖7。

a) 推進(jìn)器遙控操作站操作板部件(俯視圖)b)推進(jìn)器遙控操作站操作板部件(側(cè)視圖)

圖6推進(jìn)器遙控操作站操作板部件布置

圖7　推進(jìn)器遙控操作站操作站儀表布置

2.1.3綜合信息顯示站

綜合信息顯示站分別由23.1寸顯示器及HP計(jì)算機(jī)組成。綜合信息顯示站臺(tái)面及內(nèi)部嵌入SRI-VC2110DP-JH單手柄操縱系統(tǒng)。

單手柄操縱系統(tǒng)由手柄操作板和嵌入式控制計(jì)算機(jī)組成。手柄操作板作為人機(jī)交互接口提供人機(jī)交互服務(wù)，操作板布局設(shè)計(jì)便于操作，單手柄操作板布置見(jiàn)圖8。

2.1.4電子海圖顯示與信息系統(tǒng)顯示站

電子海圖顯示與信息系統(tǒng)顯示站由23.1寸顯示器及HP計(jì)算機(jī)組成。

電子海圖顯示與信息系統(tǒng)顯示站臺(tái)面及內(nèi)部嵌入SRI-VC2110DP-JS獨(dú)立聯(lián)合操縱桿系統(tǒng)。

獨(dú)立聯(lián)合操縱桿系統(tǒng)由獨(dú)立聯(lián)合操作板和嵌入式控制計(jì)算機(jī)組成。獨(dú)立的聯(lián)合操作板作為人機(jī)交互接口提供人機(jī)交互服務(wù)，操作板布局設(shè)計(jì)便于操作，獨(dú)立聯(lián)合操作板布置見(jiàn)圖9。

圖9　獨(dú)立聯(lián)合操作板布置

2.2　教員站教練站工作臺(tái)

教員站由1臺(tái)HP計(jì)算機(jī)和2臺(tái)21寸寬屏LCD的HP顯示器組成，模擬控制系統(tǒng)服務(wù)器由1臺(tái)HP計(jì)算機(jī)和1臺(tái)21寸寬屏LCD的HP顯示器組成，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為24口千兆交換機(jī)及交換機(jī)柜。

2.3　三維可視化視景系統(tǒng)

系統(tǒng)的三維可視化視景系統(tǒng)由本船視景系統(tǒng)和第三視覺(jué)視景系統(tǒng)組成，其中本船視景系統(tǒng)由5臺(tái)HP圖形工作站和5臺(tái)55寸液晶電視機(jī)組成；第三視覺(jué)視景系統(tǒng)由1臺(tái)HP臺(tái)圖形工作站、1臺(tái)55寸液晶電視機(jī)和1臺(tái)19寸HP顯示器組成，二套視景系統(tǒng)配置一套2.1音響系統(tǒng)。

3　軟件設(shè)計(jì)

3.1　系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

圖10　動(dòng)力定位模擬操縱系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)可靠穩(wěn)定工作的重點(diǎn)，合理的軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性及可靠穩(wěn)定的保障。動(dòng)力定位模擬操縱系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖10。

動(dòng)力定位模擬操縱系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)主要包括核心層、基礎(chǔ)層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層。核心層構(gòu)建在硬件設(shè)施上，包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等。在動(dòng)力定位模擬操縱訓(xùn)練系統(tǒng)中，提供三維建模、視景仿真及數(shù)據(jù)庫(kù)等多種工具應(yīng)用支持?；A(chǔ)層為動(dòng)力定位模擬操縱訓(xùn)練系統(tǒng)提供專(zhuān)用構(gòu)件，主要包括數(shù)據(jù)處理傳輸、電子海圖數(shù)據(jù)庫(kù)、視景三維模型庫(kù)、船舶數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)庫(kù)、環(huán)境聲音媒體庫(kù)及圖形處理等專(zhuān)業(yè)軟件，各分系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)信息匯集，依據(jù)通信協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，建立統(tǒng)一的通用的數(shù)據(jù)傳輸務(wù)。業(yè)務(wù)層提供各種組件以適應(yīng)用戶(hù)船舶駕駛模擬訓(xùn)練業(yè)務(wù)需求，包括動(dòng)力定位船模型系統(tǒng)、航行操縱船模型系統(tǒng)、船舶推進(jìn)系統(tǒng)、舵機(jī)系統(tǒng)、電站管理系統(tǒng)、船舶控制模擬器系統(tǒng)、船舶駕駛綜合顯控服務(wù)、電子海圖服務(wù)、船舶駕駛視景服務(wù)及航行儀器儀表驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。應(yīng)用層包括有動(dòng)力定位模擬操縱系統(tǒng)的應(yīng)用模塊，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)(DP-2)海工作業(yè)操作訓(xùn)練模塊，單手柄操縱訓(xùn)練模塊、狹道航行的操作訓(xùn)練模塊和進(jìn)出港的操作訓(xùn)練模塊。

3.2　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)軟件分為動(dòng)力定位操控系統(tǒng)、推進(jìn)器遙控操作站、單手柄操縱單元、綜合信息顯示站、教員站、模擬控制系統(tǒng)服務(wù)器、三維視景系統(tǒng)和電子海圖信息顯示等8個(gè)部分，各部分軟件間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)通信構(gòu)成一個(gè)模擬操作訓(xùn)練平臺(tái)。其中，動(dòng)力定位操控系統(tǒng)軟件基于已研發(fā)的SRI-VC2110DP動(dòng)力定位控制系統(tǒng)和SRI-VC2110DP-JS獨(dú)立的聯(lián)合桿操縱系統(tǒng)軟件。單手柄操縱系統(tǒng)軟件基于已研發(fā)的SRI-VC2110DP-JH單手柄操縱系統(tǒng)。

推進(jìn)器控制操作軟件由全回轉(zhuǎn)推力器手柄操作模塊、側(cè)推器手柄操作模塊、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、推進(jìn)器控制模塊及系統(tǒng)工作模式切換報(bào)警模塊組成。

全回轉(zhuǎn)推力器手柄控制模塊功能包括全回轉(zhuǎn)推力器輔助系統(tǒng)啟?？刂茽顟B(tài)指示，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)啟停控制狀態(tài)指示，應(yīng)急停操作、全回轉(zhuǎn)推力器手柄位置處理、全回轉(zhuǎn)推力器報(bào)警和接口信息通訊。側(cè)推器手柄控制模塊功能包括側(cè)推器輔助系統(tǒng)啟?？刂茽顟B(tài)指示，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)啟?？刂茽顟B(tài)指示，應(yīng)急停操作、側(cè)推器手柄位置處理、側(cè)推器報(bào)警和接口信息通訊。

圖11　推進(jìn)器控制操作軟件體系結(jié)構(gòu)

推進(jìn)器控制模塊功能包括輔助系統(tǒng)控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制、推進(jìn)器螺距控制和接口信息通訊。系統(tǒng)工作模式切換報(bào)警模塊功能包括工作模式切換操作、系統(tǒng)工作模式狀態(tài)指示、推進(jìn)器遙控系統(tǒng)報(bào)警、操作板指示等調(diào)光和接口信息通訊。

舵機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊功能包括舵機(jī)控制模式切換、隨動(dòng)舵手輪位置處理、應(yīng)急舵轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)操作處理和接口信息通訊。推進(jìn)器控制操作軟件體系結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖11。

教員站控制系統(tǒng)、可視化視景系統(tǒng)的軟件采用Navi-Trainer Professional 5000軟件系統(tǒng)[5]，該軟件系統(tǒng)包含DP系統(tǒng)模塊和DP模型船數(shù)據(jù)庫(kù)。

教員站軟件可設(shè)置訓(xùn)練的水域環(huán)境、交通狀況和特殊海域、編輯訓(xùn)練場(chǎng)景練習(xí)，控制、監(jiān)視并重放、分析操作員的訓(xùn)練過(guò)程；軟件采用Windows NT的新技術(shù)，可讓教員同時(shí)打開(kāi)多個(gè)數(shù)據(jù)顯示和設(shè)置窗口，通過(guò)“DP system control panel”，可對(duì)動(dòng)力定位傳感器系統(tǒng)、推力系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行故障設(shè)置。

模擬控制系統(tǒng)服務(wù)器具有數(shù)據(jù)傳輸和訓(xùn)練文件保存和管理功能，且模擬控制系統(tǒng)服務(wù)器配置豐富的船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型庫(kù)和三維視景庫(kù)，覆蓋全球大部分重要的航運(yùn)海區(qū)、海峽、港口及內(nèi)河水域，配備的電子海圖系統(tǒng)可提供5 000余幅電子海圖，包括世界許多重要港口和航道。

視景系統(tǒng)軟件采用先進(jìn)的OPEN-GL圖形技術(shù)，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)生成視景圖像，包括本船、目標(biāo)船、周?chē)奈飿?biāo)、海面、大風(fēng)浪、岸線和環(huán)境的影響、能見(jiàn)度及光照等的影響。

電子海圖顯示與信息系統(tǒng)軟件為Navi-Sailor 400軟件。

4　船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1　動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

基于船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)的研制，開(kāi)展動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室的籌建。目前，動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與建設(shè)已完成，實(shí)驗(yàn)室布置效果見(jiàn)圖12，船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)實(shí)景見(jiàn)圖13。

圖12　實(shí)驗(yàn)室布置效果

4.2　動(dòng)力定位系統(tǒng)操作訓(xùn)練實(shí)例

通過(guò)教員站建立海洋工程作業(yè)練習(xí)(建立海域、海況環(huán)境)，加載動(dòng)力定位模型船，運(yùn)行船舶模擬器控制系統(tǒng)。依據(jù)動(dòng)力定位船定位作業(yè)流程,操作員進(jìn)行一系列動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練。動(dòng)力定位控制系統(tǒng)上電，依次啟動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)輔助系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，觀察操作臺(tái)儀器儀表指示狀態(tài)，進(jìn)行動(dòng)力定位系統(tǒng)實(shí)際作業(yè)操作。動(dòng)力定位系統(tǒng)操作訓(xùn)練系統(tǒng)也提供在動(dòng)力定位系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警及警告的情況下的故障排查和應(yīng)急處理訓(xùn)練(包括在實(shí)現(xiàn)實(shí)船中不允許或在極端條件下才發(fā)生的報(bào)警)[6]。

5　結(jié)　語(yǔ)

開(kāi)發(fā)的動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)模擬器軟件滿(mǎn)足STCW2010公約，SOLAS國(guó)際公約，基于把國(guó)內(nèi)新技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合設(shè)計(jì)理念，在國(guó)內(nèi)首次將具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的動(dòng)力定位操控系統(tǒng)與NTPRO 5 000航海模擬器相結(jié)合組建成船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)，為普及船舶動(dòng)力定位理論知識(shí)，熟悉了解船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的功能和原理,熟練掌握動(dòng)力定位船的定位作業(yè)操作[7]及開(kāi)展動(dòng)力定位系統(tǒng)科研工作提供良好的平臺(tái)。由于船用動(dòng)力定位操控系統(tǒng)硬件及為其開(kāi)發(fā)應(yīng)用的軟件均屬于自主研發(fā)，因此有利船舶動(dòng)力定位模擬操作訓(xùn)練系統(tǒng)今后的性能擴(kuò)展和靈活應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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