本發(fā)明涉及一種用于船舶航海訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的導(dǎo)調(diào)控制方法。

背景技術(shù)：

國際海事組織(IMO)的海員培訓(xùn)發(fā)證和值班標準國際公約(簡稱STCW78/95公約)已于1997年2月1日生效。STCW78/95公約較大篇幅地增加了使用航海模擬器從事航海教學(xué)與培訓(xùn)、進行適任評估的內(nèi)容。

目前，航海模擬器在航海院校、各類培訓(xùn)中心的海員培訓(xùn)中擔任的比重越來越多。中國作為IMO的理事國，在履行IMO的各種公約的同時，也在積極探索符合國情的航海模擬器的研制和模擬培訓(xùn)模式。

根據(jù)挪威船級社(DNV)制定的航海模擬器的性能標準，評價航海模擬器性能的優(yōu)劣，主要用三個真實感來衡量，即行為真實感、環(huán)境真實感和物理真實感。其中，航海模擬器的行為真實感主要由所采用的船舶運動數(shù)學(xué)模型所確定，環(huán)境真實感主要由視景系統(tǒng)所確定，物理真實感主要由所采用的仿真駕駛臺及儀器設(shè)備所確定。

中國專利文獻CN100561543C披露了一種航海模擬器及其開發(fā)平臺系統(tǒng)，該系統(tǒng)經(jīng)過后續(xù)研發(fā)后，形成了全任務(wù)航海仿真系統(tǒng)，其滿足了DNV標準(DNV.Standard for Certification No.2.14 Maritime Simulator Systems)中對航海模擬器的功能、行為真實感、環(huán)境真實感和物理真實感的較高要求，如圖1所示，該系統(tǒng)由1個導(dǎo)調(diào)控制臺、1條主本船、若干條副本船構(gòu)成，其中，副本船為主本船的簡化版本，可滿足海員培訓(xùn)架次多的國情需要。

導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)是整個模擬器系統(tǒng)的控制中心，實施對整個模擬器系統(tǒng)模擬訓(xùn)練過程的設(shè)計與控制，包括創(chuàng)建練習(xí)、啟動/結(jié)束練習(xí)、暫停/恢復(fù)某船艇運行、監(jiān)視與重放等。主要設(shè)備包括服務(wù)器臺、導(dǎo)演監(jiān)控臺、視景處理計算機、以及訓(xùn)練講評輔助設(shè)備。

在上述全任務(wù)航海仿真系統(tǒng)中，主本船和副本船分別獨立訓(xùn)練，各本船之間通過三維視景和雷達圖像互見，然而導(dǎo)調(diào)控制臺分別獨立顯示主本船和副本船的三維視景訓(xùn)練場景，未實現(xiàn)對所有訓(xùn)練船舶的訓(xùn)練全局進行監(jiān)控和比較。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于船舶航海訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的導(dǎo)調(diào)控制方法，以實現(xiàn)對訓(xùn)練場景的全景監(jiān)控。

為此，本發(fā)明提供了一種用于船舶航海訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的導(dǎo)調(diào)控制方法，包括全景監(jiān)控方法，該全景監(jiān)控方法包括以下步驟：配置三維視景訓(xùn)練場景、本船和副本船各自的船舶姿態(tài)模型、本船和副本船在三維視景訓(xùn)練場景中的初始坐標信息，建立全景訓(xùn)練模型；根據(jù)選定的視角將全景訓(xùn)練模型在監(jiān)控屏幕上顯示；將三維視景訓(xùn)練場景、初始坐標信息提供給本船和副本船；以及在訓(xùn)練中接收所述本船和副本船的實時坐標信息和船舶姿態(tài)信息，實時更新全景訓(xùn)練模型中的本船和副本船坐標和船舶姿態(tài)。

進一步地，上述選定的視角包括高空視角和岸基瞭望視角。

進一步地，上述三維視景訓(xùn)練場景、本船和副本船各自的船舶姿態(tài)模型和初始坐標信息經(jīng)過事先選定。

進一步地，上述船舶姿態(tài)信息包括本船和副本船的三維船艇模型的姿態(tài)控制參數(shù)，所述姿態(tài)控制參數(shù)由所述本船和副本船根據(jù)自身的船舶運動數(shù)學(xué)模型計算獲得。

進一步地，上述導(dǎo)調(diào)控制方法還包括在訓(xùn)練過程中配置三維視景訓(xùn)練場景并且實時提供給本船和副本船的步驟。

根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)調(diào)控制方法，將本船和副本船的運動模型顯示在同一三維視景訓(xùn)練場景上，實現(xiàn)了對所有模擬訓(xùn)練船舶的全局監(jiān)控，并且教練員和被訓(xùn)者的雙方代入感增強。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的全任務(wù)航海仿真系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的船舶航海訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)的接入信息圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)的分發(fā)信息圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)調(diào)控制系統(tǒng)的全景監(jiān)控方法的流程圖；以及

圖6是根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)的布局實例。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。

圖2至圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例。

如圖2所示，船舶航海訓(xùn)練模擬系統(tǒng)包括導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)、本船分系統(tǒng)(或者稱為主本船分系統(tǒng))和多個副本船分系統(tǒng)。

導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)包括導(dǎo)演監(jiān)控臺、服務(wù)器臺、以及用于視景處理的通道計算機。全部設(shè)備部署到導(dǎo)調(diào)控制室，實現(xiàn)對整個模擬系統(tǒng)模擬訓(xùn)練過程的設(shè)計與控制。

本船分系統(tǒng)包括車舵臺、雷達臺、電子海圖臺和綜合信息顯示臺，這些設(shè)備全部部署到駕駛室，該本船分系統(tǒng)還包括5通道視景系統(tǒng)，該5通道視景系統(tǒng)包括投影環(huán)幕和投影系統(tǒng)，該環(huán)幕設(shè)置在投影室內(nèi)，位于駕駛臺的正前方。

多個副本船分系統(tǒng)集中設(shè)置在副本船室，該副本船分系統(tǒng)包括車舵綜合臺、雷達臺和電子海圖臺，還包括單通道視景系統(tǒng)，例如55英寸以上的平板顯示器。

導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)由硬件和軟件相結(jié)合實現(xiàn)各種功能，其接入的外部交換信息如圖3所示，分發(fā)至外部的信息如圖4所示。

導(dǎo)演監(jiān)控仿真軟件接入處理的信息類主要包括三類：運行控制類、數(shù)據(jù)文件類和狀態(tài)類。

運行控制類信息主要是接入本船各臺位仿真軟件的臺位運行狀態(tài)信息，臺位運行狀態(tài)信息用于獲取系統(tǒng)各臺位運行狀態(tài)。

數(shù)據(jù)文件類信息主要是電子海圖數(shù)據(jù)庫、水深數(shù)據(jù)庫件和船艇特征信息數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)文件等。

狀態(tài)類信息包括由船艇駕駛視景仿真軟件提供的實時類本船實時運動狀態(tài)信息，還包括由船艇駕駛控制仿真軟件提供的非實時類船艇操縱信息。

導(dǎo)演監(jiān)控仿真軟件分發(fā)的信息類主要包括兩類：系統(tǒng)控制類和訓(xùn)練設(shè)定類。

系統(tǒng)控制類信息主要是向本船和副本船發(fā)布的仿真加載、仿真開始、仿真預(yù)演、仿真暫停、仿真繼續(xù)、仿真停止、仿真調(diào)速、仿真校時和仿真退出等仿真控制命令信息。

訓(xùn)練設(shè)定類信息主要是向本船和副本船發(fā)布的訓(xùn)練區(qū)域和科目配置信息、訓(xùn)練自然環(huán)境配置信息、本船初始運動狀態(tài)信息、目標船運動狀態(tài)信息、本船儀器設(shè)備狀態(tài)控制信息、碼頭參數(shù)及系柱參數(shù)初始化信息等，這些信息可以統(tǒng)稱為訓(xùn)練想定PDU，并公布實時類目標船實時運動狀態(tài)信息。

導(dǎo)調(diào)監(jiān)控分系統(tǒng)(或者成為導(dǎo)演仿真臺)與外部設(shè)備信息關(guān)系如下表一：

如圖5所示，本發(fā)明的全景監(jiān)控方法包括以下步驟：

S11：配置三維視景訓(xùn)練場景、本船和副本船各自的船舶姿態(tài)模型、本船和副本船在三維視景訓(xùn)練場景中的初始坐標信息，建立全景訓(xùn)練模型；

S13：根據(jù)選定的視角將全景訓(xùn)練模型在監(jiān)控屏幕上顯示；

S15：將三維視景訓(xùn)練場景、初始坐標信息提供給本船和副本船；

S17：在訓(xùn)練中接收所述本船和副本船的實時坐標信息和船舶姿態(tài)信息，實時更新全景訓(xùn)練模型中的本船和副本船坐標和船舶姿態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)調(diào)控制方法，將本船和副本船的運動模型顯示在同一三維視景訓(xùn)練場景上，實現(xiàn)了對所有模擬訓(xùn)練船舶的全局監(jiān)控。

在步驟S11中，全景訓(xùn)練模型真實再現(xiàn)了船舶行駛的自然環(huán)境、船舶本身的位置、姿態(tài)，具有較強的真實代入感。建立統(tǒng)一的全景訓(xùn)練模型的好處是本船和副本船的駕駛具有比較性，例如，首先使用本船進行訓(xùn)練，如此具有較強的真實訓(xùn)練體驗，再使用副本船來掌握和熟練訓(xùn)練技巧，從而在不喪失真實體驗的基礎(chǔ)上解決海員多、上機次數(shù)少難以熟練掌控的培訓(xùn)問題。

在本步驟中，三維視景訓(xùn)練場景(即三維海圖)、本船和副本船各自的船舶姿態(tài)模型和初始坐標信息由教練員和/或被訓(xùn)者事先選定。例如先選定三維視景訓(xùn)練場景，在選定船舶姿態(tài)模型和初始坐標信息，該船舶姿態(tài)模型包括三維船艇模型和三維船艇模型在海面上的各種姿態(tài)的姿態(tài)控制參數(shù)，該姿態(tài)控制參數(shù)由本船和副本船根據(jù)自身現(xiàn)有的船舶運動數(shù)學(xué)模型計算獲得。

在一實施例中，在訓(xùn)練過程中隨時配置三維視景訓(xùn)練場景，例如增加移動目標、障礙物等，并將該配置信息實時提供給本船和副本船的視景系統(tǒng)，再現(xiàn)設(shè)定的該移動目標和障礙物。

在步驟S13中，選定的視角例如高空視角，模擬直升機和無人機在高空對海面行駛情況的監(jiān)控，或者選定的視角例如岸基瞭望視角，該視角可還原真實視角，對訓(xùn)練教練員有幫助?；蛘哌x定的視角例如隨行視角，即隨本船或某一副本船移動的觀察視角。

在步驟S15中，將三維視景訓(xùn)練場景、初始坐標信息提供給本船和副本船，被訓(xùn)者通過操作本船和副本船的駕駛臺，使得本船和副本船在三維視景訓(xùn)練場景中移動，產(chǎn)生實時坐標信息和船舶姿態(tài)信息。

在步驟S17中，導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)接收本船和副本船的實時坐標信息和船舶姿態(tài)信息，實時更新三維視景訓(xùn)練場景。

在本發(fā)明中，利用船舶運動數(shù)學(xué)模型獲得的船舶姿態(tài)信息，在更新三維視景訓(xùn)練場景，計算量大幅降低，并且真實再現(xiàn)訓(xùn)練內(nèi)容，避免再次利用本船和副本船反饋的駕駛操作信息、根據(jù)船舶運動數(shù)學(xué)模型計算船舶姿態(tài)導(dǎo)致的計算量大的問題。

在本發(fā)明中，在導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)中使用真實的三維視景訓(xùn)練場景，并提供給本船和副本船，作為環(huán)境的掌控者，在培訓(xùn)中，教練員的真實代入感增強。

需要指出的是，本發(fā)明的全景監(jiān)控方法與導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)已存在的其他培訓(xùn)功能并不沖突，并且僅需調(diào)用部分數(shù)據(jù)庫。

在一實施例中，如圖6所示，導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)的具體配置如下：

1、組合式教練員工作臺一個，為轉(zhuǎn)角式結(jié)構(gòu)，兩把教練員工作椅；

2、本船視景系統(tǒng)主機和本船視景系統(tǒng)的顯示器；

3、各副本船視景系統(tǒng)中間通道顯示器；

4、全景訓(xùn)練模型的監(jiān)控屏幕和1臺全景監(jiān)控計算用計算機；

5、打印機一臺，主要用來打印模擬結(jié)果，包括各本船和目標船的俯視圖形(航跡)、試驗海區(qū)的輪廓或以文本格式輸出的模擬結(jié)果數(shù)據(jù)；

6、視頻監(jiān)控系統(tǒng)由1個攝像機、1臺計算機和1個顯示器構(gòu)成，采用硬盤刻錄方式對全系統(tǒng)的運行及訓(xùn)練組織情況進行監(jiān)控；

7、電話交換機一臺、船內(nèi)電話一部，用于模擬器內(nèi)通話。

本發(fā)明的導(dǎo)演控制分系統(tǒng)由多個功能模塊組成，具體如下表二：

導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)在使用過程中調(diào)用的數(shù)據(jù)庫包括：三維視景模型庫、電子海圖數(shù)據(jù)庫、船艇特征信息數(shù)據(jù)庫、船艇聲音媒體庫、地形高程數(shù)據(jù)庫和水深數(shù)據(jù)庫。

在船艇特性信息數(shù)據(jù)庫中，船艇類別包括雜貨船、集裝箱船、油輪、液化氣船、散貨船、客船、拖輪、引水船、漁船、帆船、軍船和游艇等。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。