面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统，它由三维渲染服务器、事故场景服务器、预案管理服务器、操艇终端和控制台通过千兆以太网连接而成，多名受试人员形成一个协作小组共同参与人员在环测试。通过建立的系统对协作小组人员在各个事故任务阶段中的行为进行测试，并将受试人员的应急处置行为进行记录并建立人员行为数据库，利用受试人员组的行为评价方法对单次受试人员的行为进行评价，将评价的结果与数据库相似案例进行比较，确定受试人员的熟练程度，为相同的受试人员选择新的在环测试案例。本发明可以保证在环测试的稳定性和延续性，同时避免用重复案例来进行对该组人员进行测试。
【专利说明】面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统。
【背景技术】
[0002]由于水上交通事故发生的巨大危害性，提高水上交通事故应急处置的人员能力成熟度非常有必要。目前在进行事故应急处置的人员训练较为成熟的有实战演练和桌面推演，实战演练参与人员多，组织难度大，人力财力投入大，桌面推演则不能完全模拟真实的场景，难以达到较好的演练效果。近年来，随着虚拟现实技术、GIS技术、三维视景技术的发展，具有实际场景效果的人员测试或训练系统逐步受到重视，基于三维视景技术的海事应急仿真平台具有直观性能强、测试成本低、组织难度小、训练效果好的特点，因此开发具有三维效果的海事应急处置人员在环测试系统具有较大的现实意义。
[0003]人员在环(Human in the loop)测试是指一种人机交互系统及其为使用人员提供的人机接口，使得人员能够作为系统的一部分参与整个系统的运行。人员在环测试关注人因对系统的影响和作用，试图根据不同用户(即受试人员)所表现出的不同行为来观察系统的输出，从而实现对人员的操作或决策的效果进行评估。
[0004]与其它事故或应急仿真的仿真系统不同，水上交通事故离岸距离远，受不同通航环境影响事故发展及其应急处置措施会有较大差异，另外事故的仿真涉及部门多、事故种类多，海事应急指挥人员在环测试平台需要具有不同场景不同事故类型不同角色的情景设定功能；根据相关工作法规的要求，海事应急处置涉及到事故接警、事故确认、事故报告、事故评估与决策、事故处置、事故评价的完整工作流程，在整个工作流过程中需要受试人员密切配合，需要海事应急的人员测试平台具有事务工作流组织的功能，测试过程中受试人员对于事故的处置可以根据事故应急预案及相似案例从预案库中获取范例或指导意见；对于在环测试的效果，能够给出相应的评价结果，这也需要在环测试系统能够记录事故发展过程中的动作，并进行回放，对于事故的应急资源能够进行合理的调配。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:提供一种面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统及利用其实现的受试人员行为评价方法，基于此评价方法实现对相同的受试人员的在环测试案例选择方法，构建了全面的在环测试系统，并能够对测试系统中的受试人员行为进行量化评价，进而智能地根据受试人员的测试情况来自动选择最合适的案例组用于训练。
[0006]本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为:一种面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统，其特征在于:它由三维渲染服务器、事故场景服务器、预案管理服务器、操艇终端和控制台通过千兆以太网连接而成；其中
[0007]三维渲染服务器用于搭建三维仿真场景，包括船舶、水流、地形地貌、桥梁、背景建筑和航道信息；事故场景服务器用于构建在不同位置不同时间不同类型的海事事故，包括海事事故的主要事故种类及其组合，并维护受试人员使用案例进行测试后的操作统计数据；预案管理服务器用于接收指挥仿真终端的数据，通过预设海事事故应急处置流程和处置方法，得到受试人员的下一步行动方案并给予提示内容，以及对受试人员的当前行动进行评价；操艇终端配置有操舵装置和主机转速调节装置，用于受试人员实现在虚拟场景中对救助船艇的实际操纵；
[0008]控制台包括主控终端、CCTV仿真终端、VTS仿真终端、AIS仿真终端、预案执行仿真终端和指挥仿真终端；主控终端用于在环测试系统的情景设定，即从三维渲染服务器和事故场景服务器中选取案例所需要的三维仿真场景和海事事故情节，并全程监控受试人员的测试行为和进展；CCTV仿真终端用于从不同视角显示主控终端选取的三维仿真场景，从而模拟不同摄像头监控水域船舶交通流的形式；VTS仿真终端用于接受三维仿真场景中生成的船舶运动数据并以雷达回波光斑的形式向受试人员显示场景中的船舶动态;AIS仿真终端用于接受三维仿真场景中生成的船舶运动数据信息并以电子江图的形式向受试人员显示场景中的船舶动态；预案执行仿真终端用于在环测试过程中从操艇终端、CCTV仿真终端、AIS仿真终端、VTS仿真终端上的各操作人员那里接收应急处置的进展信息，发送到预案管理服务器，预案管理服务器根据当前受试人员操作进展而计算得到的下一步操作建议并在预案执行仿真终端显示；指挥仿真终端首次根据受试人员汇报确认险情，此后根据预案执行仿真终端显示的提示内容向上述受试人员发布指令用于协调在环测试行为；
[0009]海事应急在环测试仿真平台的情景设定具体包括场景设定、事故上下文设定和角色设定；场景设定用于从三维渲染服务器中选取所需要的三维仿真场景；事故上下文设定用于从事故场景服务器中选取所需要的海事事故情节；角色设定用于受试人员的角色和任务分配，系统的运行包括两类人员，系统管理员和受试人员，其中受试人员进一步有三种角色:
[0010]系统管理员:操控主控终端，负责整个系统运行，即从事故案例库中选择或构造特定案例作为一次在环测试的虚拟场景，同时支持受试人员顺利完成测试过程并评估测试效果;
[0011]受试人员:参与海事应急在环测试平台中的普通用户，在特定的事故情景中开展协同工作；根据事故应急在环测试中承担任务的不同，受试人员分为如下角色:
[0012]受试人员角色1:承担监控水域船舶交通或报警角色，在CCTV仿真终端上参与在环测试，此角色模拟首先发现事故险情的人员，向指挥仿真终端报告和描述险情，并协助指挥仿真终端上的受试人员识别涉事船舶目标以及其他信息；
[0013]受试人员角色I1:承担中心指挥人员角色，用于操作指挥仿真终端、AIS仿真终端、VTS仿真终端、预案执行仿真终端，承担接警、确认、报告、协调和指导工作，并根据现场反馈的信息进行协调和组织测试中的行为；
[0014]受试人员角色II1:救助船艇操纵人员角色，用于操作操艇终端，模拟水面上巡航艇或消防船的驾控人员，一旦险情或事故启动，此角色人员在虚拟环境中驾艇赶赴现场进行近距离事故处置和搜救，并承担过往船舶交通组织、人员落水救助和现场搜救协调的作用。
[0015]利用上述面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统实现的受试人员行为评价方法，其特征在于:它包括以下方法:[0016]步骤一、选择特定的案例:
[0017]从预案管理服务器中的案例库中选择特定的案例，若预案管理服务器中没有，则由系统管理员通过主控终端构造特定的案例存放在预案管理服务器的案例库中；
[0018]所述的案例库中的案例构成如下:
[0019]案例j=〈案例类型Ir环境参数，事故烈度Sp任务、，任务i?，…，任务iJn>，
[0020]其中j表示第j个案例，Tj为第j个案例的案例类型，Sj为第j个案例的事故烈度，为第j个案例中第l-η个任务；
[0021]第j个案例 的案例类型L为下述类型之一或其任意组合:船舶火灾、船舶碰撞、船舶搁浅，船舶撞桥、船舶溢油；
[0022]环境参数包括如下参数:第j个案例的风速I为O到9的整数，数值越大风力越强；第j个案例的能见度 ' 为O到9的整数，数值越大能见度越高；第j个案例的流速Fj为O到9的整数，数值越大表示水流流速越快；第j个案例的光照强度L为O到9的整数，数值越小光线越暗；第j个案例的浪的级别h为O到9的整数，数值越大水域波浪越剧烈；
[0023]第j个案例的事故烈度S」是个归一值，为大于O且小于I的实数，数值越大事故越严重；
[0024]任务为第j个案例所包含的全部任务代码；每个参与在环测试的受试人员根据自己的角色承担相应的一个任务或几个任务的集合；
[0025]步骤二、进行一轮在环测试并采集数据:
[0026]系统管理员和受试人员根据所选定的特定案例j及各自的角色和任务开始现场演练，采集人员krh开始执行任务k的时间STtm，人员kl-km结束任务k的时间ETk1-ETkm*尺资的物资消耗量Cli，人员Iifkm执行任务成效;其中^-C^和4,-4,,均为归一化处理后的归一值，具体的值由特定的任务特性来预先设定，当不存在具体物资的消耗量时€；-€^取默认值1冰为{任务1_1，任务^，…，任务U集合中的一个；
[0027]步骤三、对特定案例j的各参数和现场测试中采集的数据进行处理，得到评估结果:
[0028]案例j的难度系数Hardness」为:
[0029]
Hardnesst = log(l + Wj) + 1g(^r) + log(l + Fj) + log(! + \?} -5|) + log(l + L^j-Sj t
[0030]案例j的任务k的本轮在环测试质量Performk为:
f ioei1+4l
Zj wS 1T
[0031]Perform^ =% 式中 x 表不第 x 个变量；
^log(ETkrSTk)
x~l
[0032]使用案例j本轮在环测试的综合操作质量评价RelativePerformj为:
【权利要求】
1.一种面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统，其特征在于:它由三维渲染服务器、事故场景服务器、预案管理服务器、操艇终端和控制台通过千兆以太网连接而成；其中 三维渲染服务器用于搭建三维仿真场景，包括船舶、水流、地形地貌、桥梁、背景建筑和航道信息；事故场景服务器用于构建在不同位置不同时间不同类型的海事事故，包括海事事故的主要事故种类及其组合，并维护受试人员使用案例进行测试后的操作统计数据；预案管理服务器用于接收指挥仿真终端的数据，通过预设海事事故应急处置流程和处置方法，得到受试人员的下一步行动方案并给予提示内容，以及对受试人员的当前行动进行评价；操艇终端配置有操舵装置和主机转速调节装置，用于受试人员实现在虚拟场景中对救助船艇的实际操纵； 控制台包括主控终端、CCTV仿真终端、VTS仿真终端、AIS仿真终端、预案执行仿真终端和指挥仿真终端；主控终端用于在环测试系统的情景设定，即从三维渲染服务器和事故场景服务器中选取案例所需要的三维仿真场景和海事事故情节，并全程监控受试人员的测试行为和进展；CCTV仿真终端用于从不同视角显示主控终端选取的三维仿真场景，从而模拟不同摄像头监控水域船舶交通流的形式；VTS仿真终端用于接受三维仿真场景中生成的船舶运动数据并以雷达回波光斑的形式向受试人员显示场景中的船舶动态；AIS仿真终端用于接受三维仿真场景中生成的船舶运动数据信息并以电子江图的形式向受试人员显示场景中的船舶动态；预案执行仿真终端用于在环测试过程中从操艇终端、CCTV仿真终端、AIS仿真终端、VTS仿真终端上的各操作人员那里接收应急处置的进展信息，发送到预案管理服务器，预案管理服务器根据当前受试人员操作进展而计算得到的下一步操作建议并在预案执行仿真终端显示；指挥仿真终端首次根据受试人员汇报确认险情，此后根据预案执行仿真终端显示的提示内容向上述受试人员发布指令用于协调在环测试行为； 海事应急在环测试仿真平台的情景设定具体包括场景设定、事故上下文设定和角色设定；场景设定用于从三维渲 染服务器中选取所需要的三维仿真场景；事故上下文设定用于从事故场景服务器中选取所需要的海事事故情节；角色设定用于受试人员的角色和任务分配，系统的运行包括两类人员，系统管理员和受试人员，其中受试人员进一步有三种角色:系统管理员:操控主控终端，负责整个系统运行，即从事故案例库中选择或构造特定案例作为一次在环测试的虚拟场景，同时支持受试人员顺利完成测试过程并评估测试效果；受试人员:参与海事应急在环测试平台中的普通用户，在特定的事故情景中开展协同工作；根据事故应急在环测试中承担任务的不同，受试人员分为如下角色: 受试人员角色1:承担监控水域船舶交通或报警角色，在CCTV仿真终端上参与在环测试，此角色模拟首先发现事故险情的人员，向指挥仿真终端报告和描述险情，并协助指挥仿真终端上的受试人员识别涉事船舶目标以及其他信息； 受试人员角色I1:承担中心指挥人员角色，用于操作指挥仿真终端、Ais仿真终端、VTS仿真终端、预案执行仿真终端，承担接警、确认、报告、协调和指导工作，并根据现场反馈的信息进行协调和组织测试中的行为； 受试人员角色II1:救助船艇操纵人员角色，用于操作操艇终端，模拟水面上巡航艇或消防船的驾控人员，一旦险情或事故启动，此角色人员在虚拟环境中驾艇赶赴现场进行近距离事故处置和搜救，并承担过往船舶交通组织、人员落水救助和现场搜救协调的作用。
2.利用权利要求1所述的面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统实现的受试人员行为评价方法，其特征在于:它包括以下方法: 步骤一、选择特定的案例: 从预案管理服务器中的案例库中选择特定的案例，若预案管理服务器中没有，则由系统管理员通过主控终端构造特定的案例存放在预案管理服务器的案例库中； 所述的案例库中的案例构成如下: 案例j=〈案例类型Tp环境参数，事故烈度Sp任务if任务ip，…，任务ijn>， 其中j表示第j个案例，Tj为第j个案例的案例类型，Sj为第j个案例的事故烈度，Ij1-1jn为第j个案例中第l-η个任务； 第j个案例的案例类型L为下述类型之一或其任意组合:船舶火灾，船舶碰撞，船舶搁浅，船舶撞桥、船舶&油； 环境参数包括如下参数:第j个案例的风速％为O到9的整数，数值越大风力越强；第j个案例的能见度 ' 为O到9的整数，数值越大能见度越高；第j个案例的流速。为O到9的整数，数值越大表示水流流速越快；第j个案例的光照强度L为O到9的整数，数值越小光线越暗；第j个案例的浪的级别h为O到9的整数，数值越大水域波浪越剧烈； 第j个案例的事故烈度S」是个归一值，为大于O且小于I的实数，数值越大事故越严重； 任务为第j个案例所包含的全部任务代码；每个参与在环测试的受试人员根据自己的角色承担相应的一个任务或几个任务的集合； 步骤二、进行一轮在环测试并采集数据: 系统管理员和受试人员根据所选定的特定案例j及各自的角色和任务开始现场演练，采集人员k「km开始执行任务k的时间STk1-ST、，人员k「km结束任务k的时间-ETkm，人员I^km的物资消耗量Cf ，人员I^km执行任务成效其中均为归一化处理后的归一值；k为{任务L1,任务ij2,...,任务ijn}集合中的一个； 步骤三、对特定案例j的各参数和现场测试中采集的数据进行处理，得到评估结果: 案例j的难度系数Hardnessj为:
3.利用权利要求2所述的受试人员行为评价方法实现对相同的受试人员的在环测试案例选择方法，其特征在于:它包括以下步骤:步骤一、对相同的受试人员和相同的测试案例，将每次进行在环测试后得到的当前在环测试的综合操作质量评价进行存储，得到历史测试实例数据库；计算综合操作质量评价平均值，综合操作质量评价平均值为相同的案例的已有综合操作质量评价之和与测试次数做算术平均； 步骤二、随机选择一个测试案例i，经过一轮在环测试，判断其综合操作质量评价值RelativePerformi是否达到预设的阈值Ω ,若已达到则进入步骤四，若未达到则推荐一个其他的案例作为本次受试人员下一轮测试的案例，这个推荐案例的综合操作质量评价平均值应该位于区间[RelativePerform1-Δ，RelativePerformi],其中Δ是个预先指定的区间宽度常量； 步骤三、每次新完成一次该测试案例的在环测试后，更新其历史测试实例数据库，并重新计算该测试案例的综合操作质量评价平均值； 步骤四、轮询案例库中本测试案例i以外的其他案例，推荐一个其他的案例作为本次受试人员下一轮测试的案例，这个推荐案例的综合操作质量评价平均值应该位于区间[RelativePerfornii，RelativePerfornii+Δ ]，其中Δ是个预先指定的区间宽度常量； 步骤五、重复步骤一至步骤四，当连续两次在环测试的综合操作质量评价之差小于Λ时，停止对此组人员的测试，确定此 组测试人员的当前水平为最后两次综合操作质量评价的均值。
【文档编号】G09B9/00GK103632580SQ201310597028
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】严新平, 吴兵, 汪洋, 高嵩, 张笛, 陈先桥 申请人:武汉理工大学