船舶操縱模擬器及其教學應用

黃成慶

(廈門海洋職業技術學院航海技術系，廈門 361012)

0 引言

隨著國際航運業和現代造船技術的發展，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、通航狀況更為復雜，致使船舶因操縱或避讓不當而引起的海事屢有發生。為了確保海上安全和保護海洋環境，國際海事組織(IM0)，1995年對《1978年海員培訓、發證和值班標準國際公約》進行了修改，并于1997年2月1日生效。STCW78／95公約，正式將對船舶駕駛人員采用船舶操縱模擬器進行訓練和考核的要求列入了船員業務培訓的范圍，并對這種訓練和考核提出了—些規定。

廈門海洋職業技術學院在幾年前就引進了船舶操縱模擬器和船舶電站模擬器，并針對我國航海教學的特點，廣泛應用于航海教學與船員的培訓中。

1 船舶仿真技術在航海教學中的優勢

我國航海教育已有近百年的發展歷史，具備門類齊全的海員教育培訓規章制度及完備的教育體系。我國目前有眾多航海教育和培訓機構，但各航海院校目前可用于教學實習的船舶還很有

限。為保證航海類專業學生海上實習，一方面只能通過與航運企業合作；另—方面，通過配備大量模擬的航海設施設備：如雷達和ARPA模擬器、船舶操縱模擬器、輪機電站模擬器、GMDSS模擬器、船舶積載模擬器及液貨船模擬裝置等先進設備等等。

《中華人民共和國船員培訓管理規則》于2009年10月1日施行，其中詳細規定了海船船員及船員培訓場地、設施、設備標準及教學人員要求。

船舶操縱模擬器在航海教育中的發展趨勢和優勢是顯而易見的，是我院航海系航海教學的發展趨勢。船舶操縱模擬器的研制和應用，為航海教學提供了一種綜合性實踐教學的方法。為了適應和滿足現代航海教育的需要，目前國內外船舶模擬器制造廠家都在積極采用新科技，在充分考慮模擬訓練功能的完善與實用的基礎上，開發了造價成本低、使用范圍廣、功能適用強的多單元訓練系統，打破了以往單—的追求模擬環境的仿真度和系統大而全的格局。

例船舶操縱模擬器的研制設計中大多采用PC機局域網技術，可提供四套或更多的可獨立控制，各由三臺或五臺大屏幕彩色顯示器及其他普通常用駕駛臺模擬設備組成的視景船舶駕駛臺，以供多人同時參加訓練。

在船船操縱模擬器中還采用了一些相應的辦法，以便可同時供多組人員參加訓練。同時，將船舶操縱模擬器和輪機電站模擬器合為一體的模擬資源綜合開發與應用工作也已開始運作。另外，采用多臺普通微機局域網絡組成的通用型多功能桌面模擬系統己日趨完善，一些新型航海教學軟件的開發與投入運用，使得這類船舶仿真模擬教學設備，在現代航海教學中發揮越來越重要的作用。

船舶仿真模擬器在航海教學中的優勢突出，船舶操縱模擬器系統將雷達、ARPA及導航功能于一體，具備了雷達模擬器的全部功能。裝備了全天候視景顯示，可顯示各種能見度的視景。有一套較為完整的駕駛臺操作設備。可以直觀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勢有：

1) 為學員學習和掌握先進船舶操縱設備及系統的操作使用方法提供了訓練環境；

2) 可以靈活地安排綜合訓練和單項實驗；

3) 可以反復操練在實船上操縱比鉸困難甚至不允許隨便試驗的訓練項目；

4) 船員可在較短的時間內獲得的實際經驗；

5) 操作不當或失誤時可免于損壞機械；

6) 可任意設置故障進行排除故障訓練使訓練成本大大降低；

7) 可建立完善的船員訓練成績自動評定體系的實踐教學。

2 船舶仿真技術在現代航海教學的作用

船舶仿真模擬器可對船員進行專業認識教育。通過對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構、各主要設備和系統的相互關系，了解船舶操縱的任務和今后工作環境的大體情況，使船員對所學專業有進—步的認識和理解。

在進行專業理論學習的時候，可結合所講的內容到船舶操縱模擬器實驗室對船舶操縱各主要設備的組成、工作原理、操作管理進行講解、操作演示，加強學員對理論知識的理解和掌握。例如狹水道綜合航行訓練等。

綜合訓練對學員專業理論知識進行全方位綜合強化訓練和提高技能訓練，主要作用是提高船員獨立分析、解決問題和應變、應急能力。例如航行值班與操作程序訓練，靠、離泊位操作等。

在教學過程中影響船舶操縱模擬器教學質量的因素較為突出的幾點：

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有的教學質量。其次是教師的船舶操縱業務素質，特別是教師的船舶操縱業務素質與實際技能和理論水平。由于專業性強、涉及面廣，加之船舶操縱模擬器自身的局限性，許多內容需要教師給予正確有效的指導和引導，因而教師沒有相當的船舶操縱業務素質，船員的質量是難以保證的。

所以安排具有實船工作經驗的管理級人員(船長、大副培訓班或考證班則應由有經驗的船長、大副承擔)承擔相應的教學任務。另外船舶仿真模擬器學生系統掌握知識及轉化情況、實踐教學環節安排的先后秩序、學生實踐經驗的多少都將直接影響教學質量。

3 船舶操縱模擬器的實訓功能

本系統具有一個與實船駕駛臺相似的環境，擁有一套完整的儀器設備面板，設備功能和操作性能可達到實際硬件設備所能完成的功能。系統具有5個通道，水平視場角應達到180°、垂直視場角不小于25°的大屏幕柱幕投影視景系統，每個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，做到視景真正無縫拼接和高亮度顯示，為操作人員提供最接近真實的景象，并提供望遠鏡及漫游通道，可用于漫游觀測和望遠鏡觀測周圍360°范圍的視景。

電子海圖顯示系統符合有關ECDIS性能標準的要求。具有無級放大和縮小、區域放大、自動漫游、分層顯示，白天、黑夜、晨昏和朦朧顯示；具有海圖要素拾取、航線設計，可進行海圖編輯、改正。提供可覆蓋中國沿海港口、主要水道及世界常用海域（至少應包括馬六甲海峽、新加坡水域、英吉利海峽等）海圖。

船舶運動數學模型至少有10個類型，每種類型中包括不同噸位與載況的模型。船舶運動數學模型中包括影響本船運動的各種效應（車、舵、錨、纜、風、流、拖輪、岸壁效應、船間效應、淺水效應等），附有精度說明及測試結果。通過VHF，由教練員操作本船的拖輪，能實時顯示拖輪的圖形動態和用力情況。可根據要求，將拖輪操作在教練員站與本船駕駛臺間切換。通過VHF可進行船間通信、船岸通信，通過船內電話可與教練員站進行船內各部門間的通信模擬。

駕駛臺中設置單獨的通道，用于視景的左右環視、仰視、俯視和自由漫游功能。該通道同時具有望遠鏡功能。

能在整個模擬器訓練中控制、監視并重放、分析學員的訓練過程。可改變訓練難度，設置航海環境、交通狀況和特殊海域等來創建練習。通過圖形、對話框、菜單、工具條等簡便的操作，為教練員提供良好的界面。

4 結語

我國對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展成—個軟硬結合、人機結合、高度復雜、可伸縮的龐大系統。由于STCW 78／95公約的實施，船舶操縱模擬器已廣泛地應用于廈門海洋職業技術學院航海系的航海教育及培訓的教學過程中。船舶操縱模擬器是航海技術教育與培訓不可缺少的設備。

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