船员培训计算机仿真创建

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1创建计算机仿真的船员培训新模式的迫切性

2010年修订的《中华人民共和国内河船舶船员适任考试、评估和发证规则》、2010年修订的STCW78/10公约马尼拉修正案以及与之相配套的国内法规都要求有关航海培训机构通过运用科学规范、公平公正、高效便民的技能培训模式，使船员在实践上真正达到适任要求，从而确保船舶航行的安全。与旧法规相比，STCW公约马尼拉修正案等最新国内外法规对驾驶人员的动手能力与实践技能提出了更高的要求。以船舶操纵学科为例，对于下列项目：船速与载重量等内部因素对操纵性能的影响、风流等外部因素对操纵性能的影响、进港时的减速过程、船舶交通管理区域的船舶操纵、大风浪中的船舶操纵、碰撞与搁浅等应急操纵、锚泊作业以及靠离码头操纵等，驾驶人员必须从“仿真培训或实践培训”中获取海事主管机关认可的实践能力。[1]2011年6月，中国海事服务中心受交通运输部的委托在洛阳召开船员考核模式改革专家研讨会。与会者一致认为，现行的船员考核模式对于切实提高船员理论水平与实践技能的要求存在较大距离，必须立即实施改革。于是该中心决定：从2012年起，逐步推广基于计算机仿真的多媒体考核方式。由于船员在上岗前必须首先参加海事主管机关组织的船员适任考试，为了适应将来新的考核模式，航海教育机构必须着手对船员开展计算机仿真航海实践培训。

2实船、模拟器与计算机仿真船员培训的比较

2.1实船培训存在的缺陷

实船培训是培养船员专业技能的最佳方式，它还能培养船员在紧急情况下的应急处置能力和心理素质。但问题是：（1）实船培训面临着安全风险大、租船难、成本高和效率低等问题；（2）消耗能源并排放污染，不符合节能减排的时代要求。[2]

2.2模拟器培训存在的缺陷

虽然模拟器能够仿真各种典型通航环境和船舶，从而能确保培训的质量。但问题是：（1）硬件配备需要投入巨额资金；（2）模拟器建设涉及知识产权与专利问题，软件与模型各自封闭；（3）模拟器培训所能容纳的船员数量有限，培训效率低。

2.3计算机仿真培训的优势

提高船员技能的最佳方法是：让船员处于与船员实际工作环境相似的环境之下，并设置类似实际工作可能碰到的问题，培养船员解决问题的能力。基于计算机仿真船员培训模式恰能提供水上实践的真实操作环境，能让船员获得与实际情况几乎一致的身临其境的感受，从而有利于培训的逼真性、针对性；其次，伴随着航海科技的快速发展，驾驶人员对船舶发出的指令都将通过电脑操作来实现，而不再是传统的手工操作方式，因此它代表着航海技术的发展方向和需求。

3计算机多媒体航海场景的创建

3.1计算机多媒体航海场景的创建思路

采用虚拟现实技术开发多媒体航海场景：增设二维动画场景、三维动画场景、（声响信号的）音频、视频、号灯与号型动画等表现媒体，运用这些媒体制作丰富多彩的实践性知识单元，包括“操控船舶”的训练单元。计算机提供虚拟船舶、电子水道图、航行环境等实景演示，船员通过键盘鼠标操作场景中的有关对象，从而实现人机双向交互。也可运用计算机通过互联网或局域网参加远程培训。[3]以计算机网络系统为支撑，创建具有全功能仿真的二维及三维立体可视化软件系统界面。船员通过键盘与鼠标操作便可获得以音频、视频、动画等多媒体形式呈现的航海场景，尤其可获得与实船操控功能几乎相同的仿真操作机会（在计算机上“开船”），实现真正意义上计算机仿真船员培训模式。

3.2平面与立体动画实践场景的设计

①平面动画实践场景设计：例如由计算机动画表现出船舶在电子海图上有四种走法，船员凭借已有的知识储备分析各种走船方法的利弊，点击鼠标选出正确选项；又如在某一水域的电子海图上划出四块区域，让船员根据地理地貌物标等特征识别哪一块是锚地。[4]②立体动画场景设计：例如计算机演示动画（如图1）“一船横越另一顺航道船前方”，要求船员判断两船会遇时的避让行动是否正确，并说出判断的依据是什么。③有关号灯号型动画的场景设计（如图1）：点击电脑上的有关提示窗口，将显示号灯与号型图片，要求船员据此判断是何种类型的船舶，如屏上显示一个圆柱形的号型，应该判断出是“限于吃水的船舶”。

3.3有关音频与视频实践场景的设计

音频：通过操作电脑屏幕上的按键图标倾听“汽笛”，如”五声短而急、一长一短一长一短声、一长声、三短声”，按先后顺序作出判断，答案分别是“怀疑与警告你的意图和行动、同意你船追越我船、周围船舶请注意、我船正在向后推进”。[5]视频：录制典型地段视频，主要用于对船员在主要、重点和险要航段上的培训，掌握本航段的地貌、水文、气象特征。如：播放水面开阔、两山对峙的三峡库区，船员通过观看航段地貌，自然推导出“容易起雾且峡谷风大”的气象特征。录制典型的通航场景视频，用于培养船员的航路选择和操船避让技能。

4智能化船员培训效果检测体系的创建构想

（1）现行船员培训效果检测体系的局限性现行体系主观性较强，不同的教员对同一个船员的评价结果存在着差异，甚至差异很大。因此在对船员进行培训效果检测时，对船员的知识、技能和操作的掌握程度不能进行全面和综合的公正评判[6]（2）创建的技术路线首先改进能模拟人类判断力的计算机软件，然后让计算机把船员的操作指令、次数、时间和效果与机内预先设置的评价标准相对照，从而自动记录和评分。（3）创建航海智能化专家系统（标准答案）（1）创立航海领域的知识库、创建能获取并运用该知识库的机构；构建符合国家海事局培训要求的、符合航行规则要求的、符合船员通常做法要求的、符合船舶通航环境要求的并经计算机优化了的船舶操作方案的数学模型，从而得以作出智能化评价标准；（2）以评价标准为依据构建数据库子系统，即具有模仿专家思维功能的航海智能化专家系统。（4）运用智能化模糊综合评价技术在航海实践中存在着大量的模糊现象，易定性分析而难用量化数据表达，为此应采用模糊数学集合理论，依据船员培训时被计算机录入的各种表现的优劣程度来确定评价值。即以最优表现为基准值1，稍差的为0.99；各种表现依据欠优的程度得到相应的评价值，从而建立表现与评价值之间的隶属度函数综合评价模型，进而展开计算，最后得出船员的培训成绩。（5）智能化船员培训效果检测体系设计：由图2可见：综合运用航海智能化专家系统和智能化模糊综合评价技术，把船员实操步骤及结果与航海智能化专家系统（数据库子系统）比较，运用智能化模糊综合评价技术得出船员培训效果的实际评分。（6）智能化培训评价体系典型案例剖析以考题“丹徒水道航路的确定”为例（如图3），测评船员在江苏定线制水域的走船技术。深水航道宽度为500m，两侧界限分别用左侧标（黑浮）、右侧标（红浮）标示，在深水航道内设置了上、下行通航分道和分隔带，分别占航道宽度的五分之二、五分之二、五分之一。计算机根据船员所摆船位的合适程度打分。如果能把船位控制在靠黑浮一侧200m宽的分道内的最合适位置，以距黑浮100m处得满分，99m处得99分，依次类推，0m处得0分。

5结论与展望

基于计算机仿真的船员培训新模式的特点是：建设周期短、针对性强、易于推广、维护简便、多样化、成本低等明显优势，但问题是，电脑荧屏在视景真实立体感上有所欠缺。因此，要想使船员培训具有最佳效果应综合运用各种模式：即以计算机仿真培训模式为核心，以模拟器和实船培训模式为补充，依据培训内容选择最适合的模式，实施各模式的资源整合，优势互补，从而确保船员培训的质量和效率。