基于計算機仿真的內河船員培訓模式的創建＊

陳進濤 吳漢才 殷施科

（江蘇海事職業技術學院航海技術系，江蘇南京 211170）

1 創建基于計算機仿真的內河船員培訓模式的迫切性

2009年10月1日實施的《中華人民共和國船員培訓管理規則》、2011年1月1日實施的《中華人民共和國內河船舶船員適任考試和發證規則》均要求有關培訓機構，要通過科學規范、公平公正、高效便民的技能培訓模式，使船員在實踐上真正達到適任要求，從而確保船舶航行的安全。與舊法規相比，上述新法規對內河船員的動手能力提出了更高的要求，要求船員知識、技能和業務素質的發展必須理論聯系實踐。此外，為跟國際接軌，業界普遍認為，引領海輪進入內河的引航員同時還應達到于2012年元旦實施的《船員培訓、發證和值班標準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，2011年6月，中國海事服務中心受交通運輸部的委托在洛陽召開內河船員考核模式改革專家研討會，與會者一致認為現行的內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組織的船員適任考試，為了適應將來新的考核模式，內河船員培訓機構必須對船員開展計算機仿真實踐培訓。

2 內河船員實船、模擬器、計算機仿真三種培訓模式的比較

2.1 實船培訓模式存在的缺陷

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

2.2 模擬器培訓模式存在的缺陷

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

2.3 計算機仿真培訓模式的優勢

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境相似的環境之下，并設置類似實際工作可能碰到的問題，培養船員解決問題的能力。基于計算機仿真船員培訓模式能提供水上實踐的真實操作環境，能讓船員獲得與實際情況幾乎一致的身臨其境的感受，從而有利于培訓的逼真性、針對性；其次，伴隨著水運科技的快速發展，駕駛人員對船舶發出的指令都將通過電腦操作來實現，而不再是傳統的手工操作方式，因此它代表著水運技術的發展方向和需求。

3 計算機多媒體實踐場景的創建

3.1 計算機多媒體實踐場景的創建思路

采用虛擬現實技術開發多媒體航海場景。增設二維動畫場景、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”的訓練單元。

計算機提供虛擬船舶、電子水道圖、航行環境等實景演示，船員通過鍵盤鼠標操作場景中的有關對象，從而實現人機雙向交互，也可運用計算機通過互聯網或局域網參加遠程培訓。［3］

以計算機網絡系統為支撐，創建具有全功能仿真的二維及三維立體可視化軟件系統界面；船員通過鍵盤與鼠標操作便可獲得以視頻、音頻、動畫等多媒體形式呈現的航海場景，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”），實現真正意義的計算機仿真船員培訓模式。

3.2 平面與立體動畫實踐場景的設計

平面動畫實踐場景設計。例如由計算機動畫表現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，點擊鼠標選出正確選項。又如在某一水域的電子海圖上劃出四塊區域，讓船員根據地理地貌物標等特征識別哪一塊是錨地。［4］

立體動畫實踐場景設計：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，并說出判斷的依據是什么。

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

3.3 有關音頻與視頻實踐場景的設計

音頻：船員通過操作電腦屏幕上的按鍵圖標傾聽“汽笛”，如”五聲短而急、兩短一長、一長聲、三短聲”，根據平時所學作出判斷：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”。［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，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，船員通過觀看航段地貌，推導出“容易起霧且峽谷風大”的氣象特征。錄制典型的通航場景視頻，用于培養船員的航路選擇、操船避讓技能。

4 智能化內河船員培訓效果檢測體系的創建

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

創建的技術路線：首先改進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、時間和效果，與機內預先設置的評價標準相對照，從而自動記錄和評分。

創建航海智能化專家系統（智能化標準答案）：（1）創立航海領域的知識庫、創建能獲取并運用該知識庫的機構；構建符合國家海事局培訓要求的、符合航行規則要求的、符合船員通常做法要求的、符合船舶通航環境要求的并經計算機優化了的船舶操作方案的數學模型，從而得以作出智能化評價標準；（2）以評價標準為依據構建數據庫子系統，即具有模仿專家思維功能的航海智能化專家系統。

創建智能化模糊綜合評價技術：在航海實踐中存在著大量的模糊現象，易定性分析而難用量化數據表達，為此應采用模糊數學集合理論，依據船員培訓時被計算機錄入的各種表現的優劣程度來確定評價值，即以最優表現為基準值1，稍差的為0.99；各種表現依據欠優的程度得到相應的評價值，從而建立表現與評價值之間的隸屬度函數綜合評價模型，進而展開計算，最后得出船員的培訓成績。

智能化船員培訓效果檢測體系的流程設計（如圖2）。綜合運用航海智能化專家系統和智能化模糊綜合評價技術，把船員實操步驟及結果與航海智能化專家系統（數據庫子系統）比較，運用智能化模糊綜合評價技術得出船員培訓效果的實際評分。

圖2 智能化考核評價過程

智能化培訓評價體系典例剖析。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，深水航道寬度為500 m，兩側界限分別用左側側面標（黑浮）、右側側面標（紅浮）標志標示，在深水航道內設置了上、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的200m寬的分道內的最合適位置，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

5 結 語

2010年南通地方海事局和江蘇海事職業技術學院率先對基于計算機仿真的內河船員培訓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單位對創建新模式的作了可行性論證，結論如下：1）優勢：新模式具有建設周期短、針對性強、易于推廣、維護簡便、多樣化、成本低等獨特優勢，它能引導船員通過扎扎實實的學習和訓練來提高自身的專業素質，這對我國內河船員隊伍整體素質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，系統對影響船舶的風流浪仿真不夠充分，鍛煉船員心理素質尤其是緊急情況下的心理承受能力，效果不佳。3）展望：要想使內河船員培訓具有最佳效果，最好是綜合采用各種模式，即以計算機仿真培訓模式為核心，以模擬器和實船培訓模式為補充，依據培訓內容選擇最適合的模式，實施各模式的資源整合、優勢互補，從而確保船員培訓的質量、安全、經濟和效率。

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

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

2 陳麗寧.船舶雷達／ARPA智能考試系統的設計與實現［D］.大連海事大學，2010－9－10

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

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

5 張敬東.內河船員考試試題設計與開發［J］.南通航運職業技術學院學報，2011（3）：32－34

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