用于船舶航海训练模拟系统的导调控制方法与流程

本发明涉及一种用于船舶航海训练模拟系统的导调控制方法。

背景技术：

国际海事组织(IMO)的海员培训发证和值班标准国际公约(简称STCW78/95公约)已于1997年2月1日生效。STCW78/95公约较大篇幅地增加了使用航海模拟器从事航海教学与培训、进行适任评估的内容。

目前，航海模拟器在航海院校、各类培训中心的海员培训中担任的比重越来越多。中国作为IMO的理事国，在履行IMO的各种公约的同时，也在积极探索符合国情的航海模拟器的研制和模拟培训模式。

根据挪威船级社(DNV)制定的航海模拟器的性能标准，评价航海模拟器性能的优劣，主要用三个真实感来衡量，即行为真实感、环境真实感和物理真实感。其中，航海模拟器的行为真实感主要由所采用的船舶运动数学模型所确定，环境真实感主要由视景系统所确定，物理真实感主要由所采用的仿真驾驶台及仪器设备所确定。

中国专利文献CN100561543C披露了一种航海模拟器及其开发平台系统，该系统经过后续研发后，形成了全任务航海仿真系统，其满足了DNV标准(DNV.Standard for Certification No.2.14 Maritime Simulator Systems)中对航海模拟器的功能、行为真实感、环境真实感和物理真实感的较高要求，如图1所示，该系统由1个导调控制台、1条主本船、若干条副本船构成，其中，副本船为主本船的简化版本，可满足海员培训架次多的国情需要。

导调控制分系统是整个模拟器系统的控制中心，实施对整个模拟器系统模拟训练过程的设计与控制，包括创建练习、启动/结束练习、暂停/恢复某船艇运行、监视与重放等。主要设备包括服务器台、导演监控台、视景处理计算机、以及训练讲评辅助设备。

在上述全任务航海仿真系统中，主本船和副本船分别独立训练，各本船之间通过三维视景和雷达图像互见，然而导调控制台分别独立显示主本船和副本船的三维视景训练场景，未实现对所有训练船舶的训练全局进行监控和比较。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于船舶航海训练模拟系统的导调控制方法，以实现对训练场景的全景监控。

为此，本发明提供了一种用于船舶航海训练模拟系统的导调控制方法，包括全景监控方法，该全景监控方法包括以下步骤：配置三维视景训练场景、本船和副本船各自的船舶姿态模型、本船和副本船在三维视景训练场景中的初始坐标信息，建立全景训练模型；根据选定的视角将全景训练模型在监控屏幕上显示；将三维视景训练场景、初始坐标信息提供给本船和副本船；以及在训练中接收所述本船和副本船的实时坐标信息和船舶姿态信息，实时更新全景训练模型中的本船和副本船坐标和船舶姿态。

进一步地，上述选定的视角包括高空视角和岸基瞭望视角。

进一步地，上述三维视景训练场景、本船和副本船各自的船舶姿态模型和初始坐标信息经过事先选定。

进一步地，上述船舶姿态信息包括本船和副本船的三维船艇模型的姿态控制参数，所述姿态控制参数由所述本船和副本船根据自身的船舶运动数学模型计算获得。

进一步地，上述导调控制方法还包括在训练过程中配置三维视景训练场景并且实时提供给本船和副本船的步骤。

根据本发明的导调控制方法，将本船和副本船的运动模型显示在同一三维视景训练场景上，实现了对所有模拟训练船舶的全局监控，并且教练员和被训者的双方代入感增强。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术的全任务航海仿真系统的架构示意图；

图2是根据本发明的船舶航海训练模拟系统的结构示意图；

图3是根据本发明的导调控制分系统的接入信息图；

图4是根据本发明的导调控制分系统的分发信息图；

图5是根据本发明的导调控制系统的全景监控方法的流程图；以及

图6是根据本发明的导调控制分系统的布局实例。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图2至图5示出了根据本发明的一些实施例。

如图2所示，船舶航海训练模拟系统包括导调控制分系统、本船分系统(或者称为主本船分系统)和多个副本船分系统。

导调控制分系统包括导演监控台、服务器台、以及用于视景处理的通道计算机。全部设备部署到导调控制室，实现对整个模拟系统模拟训练过程的设计与控制。

本船分系统包括车舵台、雷达台、电子海图台和综合信息显示台，这些设备全部部署到驾驶室，该本船分系统还包括5通道视景系统，该5通道视景系统包括投影环幕和投影系统，该环幕设置在投影室内，位于驾驶台的正前方。

多个副本船分系统集中设置在副本船室，该副本船分系统包括车舵综合台、雷达台和电子海图台，还包括单通道视景系统，例如55英寸以上的平板显示器。

导调控制分系统由硬件和软件相结合实现各种功能，其接入的外部交换信息如图3所示，分发至外部的信息如图4所示。

导演监控仿真软件接入处理的信息类主要包括三类：运行控制类、数据文件类和状态类。

运行控制类信息主要是接入本船各台位仿真软件的台位运行状态信息，台位运行状态信息用于获取系统各台位运行状态。

数据文件类信息主要是电子海图数据库、水深数据库件和船艇特征信息数据库等数据文件等。

状态类信息包括由船艇驾驶视景仿真软件提供的实时类本船实时运动状态信息，还包括由船艇驾驶控制仿真软件提供的非实时类船艇操纵信息。

导演监控仿真软件分发的信息类主要包括两类：系统控制类和训练设定类。

系统控制类信息主要是向本船和副本船发布的仿真加载、仿真开始、仿真预演、仿真暂停、仿真继续、仿真停止、仿真调速、仿真校时和仿真退出等仿真控制命令信息。

训练设定类信息主要是向本船和副本船发布的训练区域和科目配置信息、训练自然环境配置信息、本船初始运动状态信息、目标船运动状态信息、本船仪器设备状态控制信息、码头参数及系柱参数初始化信息等，这些信息可以统称为训练想定PDU，并公布实时类目标船实时运动状态信息。

导调监控分系统(或者成为导演仿真台)与外部设备信息关系如下表一：

如图5所示，本发明的全景监控方法包括以下步骤：

S11：配置三维视景训练场景、本船和副本船各自的船舶姿态模型、本船和副本船在三维视景训练场景中的初始坐标信息，建立全景训练模型；

S13：根据选定的视角将全景训练模型在监控屏幕上显示；

S15：将三维视景训练场景、初始坐标信息提供给本船和副本船；

S17：在训练中接收所述本船和副本船的实时坐标信息和船舶姿态信息，实时更新全景训练模型中的本船和副本船坐标和船舶姿态。

根据本发明的导调控制方法，将本船和副本船的运动模型显示在同一三维视景训练场景上，实现了对所有模拟训练船舶的全局监控。

在步骤S11中，全景训练模型真实再现了船舶行驶的自然环境、船舶本身的位置、姿态，具有较强的真实代入感。建立统一的全景训练模型的好处是本船和副本船的驾驶具有比较性，例如，首先使用本船进行训练，如此具有较强的真实训练体验，再使用副本船来掌握和熟练训练技巧，从而在不丧失真实体验的基础上解决海员多、上机次数少难以熟练掌控的培训问题。

在本步骤中，三维视景训练场景(即三维海图)、本船和副本船各自的船舶姿态模型和初始坐标信息由教练员和/或被训者事先选定。例如先选定三维视景训练场景，在选定船舶姿态模型和初始坐标信息，该船舶姿态模型包括三维船艇模型和三维船艇模型在海面上的各种姿态的姿态控制参数，该姿态控制参数由本船和副本船根据自身现有的船舶运动数学模型计算获得。

在一实施例中，在训练过程中随时配置三维视景训练场景，例如增加移动目标、障碍物等，并将该配置信息实时提供给本船和副本船的视景系统，再现设定的该移动目标和障碍物。

在步骤S13中，选定的视角例如高空视角，模拟直升机和无人机在高空对海面行驶情况的监控，或者选定的视角例如岸基瞭望视角，该视角可还原真实视角，对训练教练员有帮助。或者选定的视角例如随行视角，即随本船或某一副本船移动的观察视角。

在步骤S15中，将三维视景训练场景、初始坐标信息提供给本船和副本船，被训者通过操作本船和副本船的驾驶台，使得本船和副本船在三维视景训练场景中移动，产生实时坐标信息和船舶姿态信息。

在步骤S17中，导调控制分系统接收本船和副本船的实时坐标信息和船舶姿态信息，实时更新三维视景训练场景。

在本发明中，利用船舶运动数学模型获得的船舶姿态信息，在更新三维视景训练场景，计算量大幅降低，并且真实再现训练内容，避免再次利用本船和副本船反馈的驾驶操作信息、根据船舶运动数学模型计算船舶姿态导致的计算量大的问题。

在本发明中，在导调控制分系统中使用真实的三维视景训练场景，并提供给本船和副本船，作为环境的掌控者，在培训中，教练员的真实代入感增强。

需要指出的是，本发明的全景监控方法与导调控制分系统已存在的其他培训功能并不冲突，并且仅需调用部分数据库。

在一实施例中，如图6所示，导调控制分系统的具体配置如下：

1、组合式教练员工作台一个，为转角式结构，两把教练员工作椅；

2、本船视景系统主机和本船视景系统的显示器；

3、各副本船视景系统中间通道显示器；

4、全景训练模型的监控屏幕和1台全景监控计算用计算机；

5、打印机一台，主要用来打印模拟结果，包括各本船和目标船的俯视图形(航迹)、试验海区的轮廓或以文本格式输出的模拟结果数据；

6、视频监控系统由1个摄像机、1台计算机和1个显示器构成，采用硬盘刻录方式对全系统的运行及训练组织情况进行监控；

7、电话交换机一台、船内电话一部，用于模拟器内通话。

本发明的导演控制分系统由多个功能模块组成，具体如下表二：

导调控制分系统在使用过程中调用的数据库包括：三维视景模型库、电子海图数据库、船艇特征信息数据库、船艇声音媒体库、地形高程数据库和水深数据库。

在船艇特性信息数据库中，船艇类别包括杂货船、集装箱船、油轮、液化气船、散货船、客船、拖轮、引水船、渔船、帆船、军船和游艇等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。