ECDIS模擬器實訓的智能評估模型與系統實現

周建文, 楊神化, 索永峰

(集美大學， 福建 廈門 361021)

歡迎投稿 歡迎訂閱

ECDIS模擬器實訓的智能評估模型與系統實現

周建文, 楊神化, 索永峰

(集美大學， 福建 廈門 361021)

為提高ECDIS實操評估考試的客觀性、公正性，減少評估員的工作量，解決ECDIS受訓人員數量多、師資少的突出問題，提出利用ECDIS模擬器仿真數據和學員的操作記錄數據，并結合ECDIS評估大綱和航海實踐，建立ECDIS評估項目的評估模型。該模型的建立成功實現了ECDIS實操評估考試的計算機智能評估，經過測試與實際使用，證明效果良好。

水路運輸； 評估模型； ECDIS模擬器； 通用培訓； 試題場景

電子海圖顯示與信息系統(Electronic Chart Display and Information System, ECDIS)通用培訓是符合《STCW公約2010年修正案》(也稱馬尼拉修正案)關于ECDIS培訓相關要求[1]的培訓項目之一，STCW.7-Circ.10通函[2]對ECDIS模擬器上的培訓作了指導性介紹，以示范課程1.27[3]的方式給出了ECDIS通用培訓的培訓大綱、培訓課時和教學內容等。中國海事局發布的指導評估考試用的評估規范詳細列明了考試內容和評分標準。[4]國內各航海院校及相關培訓機構采用了諸如文獻[5]中介紹的傳統紙質評估方法，能較好地符合這些評估規范和標準的要求。美國商船學院的HEMPSTEAD[6]設計的具有10個評估練習的評估記錄卡也能更好地符合實船上的ECDIS使用環境，但與國內目前普遍采用的傳統評估方法一樣，需要人工逐一打分，在學員較多、耗時較長的環境下很難做到客觀和公正，效率也比較低下。

ECDIS模擬器是一種軟件應用系統，能很好地記錄模擬器的仿真數據以及學員的操作結果，因此，應用計算機相關技術對學員在模擬器上訓練的質量進行智能評估可大大改進ECDIS的評估效率，增加評估考試的客觀性、公正性以及培訓的規范性。[7]

本文結合實船上使用ECDIS真機進行安全航行的經驗、ECDIS通用培訓的教學經驗以及ECDIS模擬器開發經驗，綜合分析ECDIS模擬器的仿真數據和學員使用ECDIS進行評估考試的特點，建立ECDIS智能評估模型，完整實現ECDIS通用培訓智能評估考試系統的開發。

1 功能模塊及系統結構

1.1功能模塊

1.1.1ECDIS模擬器

系統以MTI-E2000 ECDIS模擬器作為智能評估考試平臺所用的ECDIS模擬器。此模擬器是船用ECDIS真機(船商Navi-Sailor 4000)的模擬系統，于2012年6月得到中國船級社(China Classification Society, CCS)型式認可，符合國際海事組織MSC.232(82)等相關標準的要求，被廣泛用于國內航海院校及培訓單位的ECDIS通用培訓中，在國內具有很好的代表性。

ECDIS模擬器是智能評估考試系統的試題編輯器和學員考試端的公用平臺。運用試題編輯器端的ECDIS模擬器可對試題進行有效的編輯、可視化地設置各種試題場景；學員考試端的ECDIS模擬器具有再現試題要求的場景、方便學員操作和自動記錄學員操作結果等功能。

1.1.2試題編輯器

ECDIS實操的智能評估考試是基于試題場景理念設計的，每道智能試題對應一個場景(如當前海圖的比例尺、船位、報警、安全參數及調用的航線等參數)，試題質量直接與試題的初始化場景質量相關。某智能試題的場景描述為

Fx(x1,x2，…，xm,xm+1，…，xm+n)

參數x1,x2，…，xm是試題涉及的評估要素的評價指標，采用可視化的方法直接在ECDIS模擬器上操作完成，不必人工逐個輸入，只需專業人員在編輯器端選擇要求的參數，并在ECDIS模擬器中進行操作設置。系統連同答案或答案場景保存成專用格式文件后，學員考試時ECDIS考試端會自動根據此文件的相關參數初始化考試端的ECDIS模擬器，然后學員在此場景下按題干要求完成操作。

參數xm+1，…，xm+n是考察學員熟練度的評估指標，可采用ECDIS模擬器默認值或在試題編輯器中由試題制作者在ECDIS模擬器上進行設置。

試題編輯器的主要功能包括：管理ECDIS評估要素、編輯題干、編輯當前試題的初始場景、編輯當前試題的答案或答案場景、編輯試題涉及的評估要素及對應的評價指標(對應ECDIS模擬器各種仿真數據的組合)、制作評分標準等，這些功能只開放給ECDIS試題的出題者(見圖1)。

1.1.3學員考試端

學員考試端通過調用試題編輯器制作的試題并讀取試題對應的場景參數，初始化考試端的ECDIS 模擬器。學員操作ECDIS后，系統根據其操作結果、試題的標準答案及評分標準，自動在自動評分子系統中評分(流程見圖2)。

圖1 試題編輯器

圖2 考試端

1.1.4自動評分子系統

自動評分子系統根據ECDIS模擬器仿真數據、在試題編輯器上設置的評分標準及學員操作ECDIS的記錄進行綜合評分(流程見圖3)。

圖3 自動評分子系統

1.2系統結構

ECDIS智能評估系統除了擁有上述4個主要功能模塊外,還包括與考試業務相關(如學員數據管理、試題庫管理以及組卷等)的功能模塊。這些功能是在考試中心的統一框架下完成的，整個系統的結構示意見圖4。

2 智能評估模型

2.1評估要素的評價指標

分析ECDIS培訓相關規范或標準性文件可知，ECDIS通用培訓要求學員掌握6個方面的內容，每方面內容包括若干評估要素Xi(共計約68個)。這6個評估內容分別為系統檢查與故障檢測、系統數據顯示、航線設計與航次計劃、航行監控、航海日志以及過分依賴電子海圖的風險等。[3-4]

6個評估內容的實操評估是通過相應的評估要素與ECDIS模擬器仿真數據相聯系進行的,這些仿真數據見表1。

上述仿真數據的組合形成試題場景(在試題編輯器中細化為各種參數)，此場景中內含某個或某些評估要素，學員在其中的操作直接反映其對評估要素的掌握情況。試題編制者在試題編輯器中選擇這些參數，并通過操作ECDIS模擬器完成參數的設置(智能試題的初始場景)；同時，設置智能試題的答案或答案場景所涉及的參數，從而完成整個智能試題評價指標的建立。

2.2ECDIS自動評分模型

自動評分模型需考慮學員操作結果的準確性和操作的熟練度。準確性可以通過比較學生的操作結果場景與標準答案場景進行評價，而熟練度可通過跟蹤分析學員操作ECDIS的記錄和完成整個考試的時間進行評價。

設：X為評估大綱中的評估要素，包括題干、評估要素關鍵字(供自動抽選題，用戶瀏覽智能試題之用)、初始化場景參數、答案或答案場景以及評分標準；F(X)為學員完成智能試題的最終得分；x1，…，xm為評估要素對應的智能試題對應的評價指標；xm+1，…，xm+n為學員在考試時編輯了除評價指標外的其他系統參數指標；t為學員完成試題的時間。由此，建立評估模型為

1) 學員的操作結果場景為

Fx(x1,x2，…，xm,xm+1，…，xm+n)

2) 標準答案場景為

Gz(z1,z2，…，zm,zm+1，…，zm+N)

3) 學員操作的準確度得分為

(1)

4) 學員操作步驟的熟練度得分為

(2)

5) 學員操作時間的熟練度得分為

(3)

6) 學員的最后得分由上述三個部分組成，即

F(X)=F1(x,z)+F2(x,z)+F3(t)

3 系統實現

ECDIS智能評估考試系統是考試中心的智能考試總體框架平臺下的一個子系統。該子系統是基于Visual Studio C++平臺的MFC應用程序，為便于拓展、維護和兼容智能試題，采用了易于擴展、兼容性更好的數據描述語言。試題編輯器及考試端界面見圖5和圖6。

圖5 試題編輯器界面

4 結 語

ECDIS智能評估考試系統提供的考試與評估機制無需評估員進行逐個評分，能很大程度地減少評估員的工作量，增加評估考試的客觀性和公正性，提高考試效率。然而，智能評估考試系統依賴于高質量的智能試題，需要試題制作人員熟悉ECDIS模擬器的基本功能、具備航海技術專業背景知識和ECDIS實船使用經驗，能夠將實船ECDIS和培訓用ECDIS模擬器在使用過程中存在的問題通過試題編輯器進行場景化后用于ECDIS培訓及考試之中。由于實船上使用ECDIS過程中會不斷出現新的問題，ECDIS智能考試系統使用的試題場景需不斷更新，這有待于以后不斷進行積累和深入研究分析。

[1] 中華人民共和國海事局.1978年海員培訓、發證和值班標準國際公約馬尼拉修正案[S].大連：大連海事大學出版社，2010.

[2] IMO. STCW.7/Circ.10 Interim Guidance on Training and Assessment in the Operational Use of the ECDIS Simulators[S]. London: IMO, 2011.

[3] IMO.IMO Model Course 1.27(The Operational Use Of Electronic Chart Display and Information System (ECDIS) [Z].London: IMO，2012.

[4] 中華人民共和國海事局．中華人民共和國海船船員適任評估規范[S]．大連：大連海事大學出版社，2012．

[5] 楊神化,周建文.ECDIS基礎理論與實訓[M].北京：人民交通出版社，2013.

[6] HEMPSTEAD C. Assessing Competence in ECDIS Navigation [J]. INSLC16 Proceedings, 2010，6:59-74.

[7] FAN Minyi, YANG Xinming, MA Qiang, et al. Application of Computer Brainpower Evaluating in Flight Simulator Training[J]. Journal of System Simulation, 2013,8(8):1 811-1 815.

中國航海

中國科學引文數據庫來源期刊中國科技論文統計與分析來源期刊

IntelligentAssessmentModelandSystemImplementationinECDISSimulatorTraining

ZHOUJianwen，YANGShenhua，SUOYongfeng
(Jimei University, Xiamen 361021, China)

In order to improve the objectivity and impartiality of the ECDIS operation assessment tests, reduce the workload of ECDIS assessors and alleviate the shortage of ECDIS trainers, an intelligent computer method, based on the ECDIS Assessment Synopsis and navigational practice is developed for assessing trainee's competence according to simulation data and recorded operation data from ECDIS simulators. The assessment method covering all ECDIS operation modules is established. The tests and practical application have proved that the method is effective.

waterway transportation; assessment model; ECDIS simulator; generic training; exercise scenario

2014-03-27

國家自然科學基金(51109090)；福建省科技計劃重點項目(2012H0030)；廈門市科技計劃高校創新項目(3502Z20123019)；福建省高等學校世紀優秀人才支持計劃項目(JA12181)

周建文(1972-)，男，四川簡陽人，講師，主要從事計算機應用技術在航海領域的應用研究。E-mail:seun2006@jmu.edu.cn.

1000-4653(2014)02-0001-04

U675.81; U676.2

A

歡迎投稿 歡迎訂閱