基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统及其实现方法

专利名称：基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种船舶操纵模拟器，特别涉及一种基于互联网技术实现多船舶操纵
模拟器相互操纵模拟的集成系统，以及该系统的实现方法。
背景技术：
由于在实船上进行船舶操纵培训的费用高，培训效率低，耗时长，还有可能发生各种危险，而船舶操纵模拟器则提供了一种替代方法，因此，船舶操纵模拟器的研究在近二十几年来已成为国际海运界普遍关注的焦点。近年来，随着计算机仿真技术，特别是虚拟现实技术的快速发展，自20世纪70年代前后开始起步并用于航海教育的计算机仿真教学培训设备-船舶操纵模拟器，无论在种类、功能及技术性能方面目前都开始了一个崭新的发展阶段。 国际海事组织(M0)在1995年修订的海员培训、发证和值班国际公约(STCW 95)中规定船舶驾驶员必须参加各类航海模拟器训练，并要求使用大型航海仿真教学训练系统_多功能综合型的船舶操纵模拟器系统，以全面提高船舶驾驶员的教学培训质量。船舶操纵模拟器在教学培训中的应用已经被包括我国在内的世界各航运国家所重视，并且为我国培养世界一流船员队伍、保障船舶和港口安全、树立良好的国际形象上发挥着越来越重要的作用。 船舶操纵模拟器是一种典型的仿真装置，人作为一个环节参与到仿真系统中，通过仿真系统提供的各种信息，经过判断和决策进行操纵和控制，进而达到人员训练，方案论证，海事分析等目的。 目前，世界上许多国家在多功能操纵模拟器(B级)的开发研制上都有长足的发展，具有全功能的航海模拟器(A级)也在部分国家相继出现，比如英国，美国，挪威，日本等。作为世界最大航运港口之一的鹿特丹，是国际航海安全培训中心的所在地，拥有世界一流的航海模拟器。在Marine Safety模拟器中心，能提供引航员、拖轮和交通管理人员培训。该模拟器中心拥有船桥模拟器、港口控制模拟器等。船桥模拟器为12通道的360度全景，所有视景成像均根据实际视景完成，场地设计有6米直径，拥有操舵系统、雷达系统，航行系统和控制台。该船桥有士7度的六自由度运动。 就国内而言，在船舶操纵模拟器的开发研制上也有新的发展。多功能操纵模拟器(B级)在上海、青岛、大连等航海院校都已经研制成功。1998年以来，全功能模拟器(A级)的研制也在上海、大连等地获得成功。 虽然船舶操纵模拟器的研究取得了很大的进展，但要达到和真实状况几乎一样的虚拟仿真程度，还有很长的路要走。例如对不同国家海员船舶操纵避碰习惯以及英语通信习惯的模拟训练等。操纵模拟器最初的开发只考虑了单本船的操纵避碰，仿真过程中只有一名学员操纵一条本船进行训练，不能与其它船舶进行交互。最新的船舶操纵模拟器支持更多数量的本船，但这些本船装置往往在物理位置上比较接近，一般仅供同一组别的学员进行培训，较难进行不同国家海员操纵避碰习惯和英语通信习惯的训练。如何将不同国家
4和地区的船舶操纵模拟器有机的集成起来，将本专利所要解决的问题。

发明内容
本发明针对现有操纵模拟器较难进行不同国家海员操纵避碰习惯和英语通信习
惯的训练，而提供一种基于互联网技术实现多船舶操纵模拟器相互操纵模拟的集成系统，
以及该系统的实现方法。该系统能够跨区域或跨国界的航海模拟操作。 为解决上述技术问题，达到上述目的，本发明采用的技术方案如下 基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统，该系统包括模拟器终端，所述系统还
包括作为整个系统的控制模块的中心服务器，该中心服务器包括有用于实现各模拟器终端
之间、中心服务器与模拟器终端之间进行通信连接的模拟器通信列表模块、用于让用户选
择及建立训练场景类型的训练场景列表模块、以及管理训练场景的训练场景管理模块； 所述模拟器终端为让用户直接进行船舶操纵模拟训练的终端设备，其包括有用于
实现模拟器终端之间以及和中心服务器之间进行语言交互操作的语音通讯代理模块、以及
用于在中心服务器和模拟器终端之间以及模拟器终端之间进行数据传输及训练场景创建
的模拟器代理模块； 所述中心服务器与模拟器终端，以及模拟器终端与模拟器终端之间通过通信网实现相互数据的交换。 进一步，所述系统还包括有如下要点 所述中心服务器中还设置有模拟器终端评价模块，该模块通过对各终端的模拟效果与标准模板之间进行比较，依据比较的差异度来进行优缺点评价。 所述中心服务器中的训练场景管理模块，可在所有用户都退出特定训练场景的情况下，将该训练场景撤销。 更进一步，所述系统中的模拟器终端具有如下特点 所述的模拟器终端还设置有用于实现大范围显示目的的环形屏幕。 所述模拟器终端中的语音通讯代理模块，包括有用以实现语言数据通信功能的语
音数据通信模块，以及用以实现语音模拟信号与语音数字信号之间相互转换的模数转换模块。 所述模拟器终端中的模拟器代理模块，包括有用以实现模拟器终端和模拟器终端之间或模拟器终端和中心服务器之间数据交换的模拟器数据通信模块、用以通过选择的方式来获得训练场景的训练场景选择模块、以及用以通过创建的方式来获得训练场景的训练场景创建模块。 所述通信网为实现模拟器终端和模拟器终端之间，模拟器终端和中心服务器之间数据交换的通信结构，具体为互联网。 —种基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统的实现方法，该方法包括有如下步骤 (1)用户通过相应的模拟器终端向中心服务器提出服务请求； (2)若整个系统有在线训练场景，发出服务请求模拟器终端直接去获得处于接受用户请求状态的训练场景；若整个系统没有在线训练场景，发出服务请求模拟器终端可通过其中的模拟器代理模块，配合着中心服务器中的训练场景列表模块和训练场景管理模
5块，通过开辟训练场景的方式来获得处于接受用户请求状态的训练场景； (3)发出服务请求模拟器终端通过中心服务器向在步骤(2)中获得的处于接受用
户请求状态的训练场景相应的被请求模拟器终端提出参与模拟操纵请求； (4)若被请求模拟器终端拒绝请求，可转入到步骤2，由发出服务请求模拟器终端
重新开辟训练场景；若被请求模拟器终端接受请求，发出服务请求模拟器终端可从中心服
务器中的模拟器通信列表模块中获得被请求模拟器终端的通信地址以建立连接； (5)进行船舶的模拟操纵。 进一步，本发明提供的方法还包括有如下要点 所述步骤2中在整个系统有在线训练场景时，若在线训练场景是处于不接受用户 请求状态时，发出服务请求模拟器终端需重新开辟训练场景。 所述步骤2中发出服务请求模拟器终端开辟训练场景后，还可以单独进行模拟操 纵训练。 根据上述技术方案得到的本发明通过互联网将单独的船舶模拟器终端集成起来， 使得背景各异的学员将可以在一起进行训练，熟悉各自的船舶操纵避碰习惯和英语通信习 惯，这将对提高船舶航行安全具有重要的作用。 利用本发明，用户可以通过互联网不限区域地寻找船舶操纵模拟器的模拟训练对 象，可以实现跨区域或跨国界的航海模拟操作，用户还可以根据需要任意设置模拟训练场 景，任意选择模拟训练的区域，按需求增删模拟训练的伙伴数量。


以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本发明。
图1为本发明中的系统结构框图。
图2为本发明中系统实现方法的流程图。
具体实施例方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。 在这两个船舶操作终端模拟器的参与者之间，需要定义统一的数据结构来进行信 息传递。从航海特殊的要求和操纵模拟器中自身的数据结构出发，我们需要定义至少三种 数据类型船舶数据类(Ship)、模拟器数据类(SHSData)、航行环境数据类(VSAData)。
其中船舶数据类必要的属性包括船名、船位、航速、航向、吃水等；
模拟器数据类必要的属性包括拥有者、型号、兼容性等； 航行环境数据类必要的属性包括海域范围、风速、风向、流速、流向、能见度等。
有了这些数据类型，模拟训练人员就可以选择适合自己训练的模拟器，以及模拟 器上的环境要素。 在模拟过程中，模拟器终端需要虚拟特定类型的船舶，而所对应的环境要素，比如 该船舶所航行的虚拟海域名称。 用户可以根据需要完成各种设置工作，比如对应着特定操纵模拟器船舶的呼号， 该船舶的船名，以及该虚拟船舶的船长、船宽、船型、吃水量和吃水深度、船位经度、船位讳度、船舶航向、船速、船舶的航行时间、船舶上VHF的通信频道，以及该船舶的目的港、船舶 的转向速率、该船舶的预计到港时间，甚至该船舶的船东。 参图1所示，本发明所描述的基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统IOO，包括 有如下的部分 中心服务器300，它是整个多船舶操纵模拟器系统的控制模块，包括有用于实现各 模拟器终端200之间、中心服务器300与模拟器终端200之间进行通信连接的模拟器通信 列表模块310，用于让用户选择及建立训练场景类型的训练场景列表模块320，以及管理训 练场景的训练场景管理模块330 ; 模拟器终端200，它是让用户直接进行船舶操纵模拟训练的终端设备，包括有用于 实现模拟器终端200之间，以及和中心服务器300之间进行语言交互操作的语音通讯代理 模块210，以及用于在中心服务器300和模拟器终端200之间以及模拟器终端200之间进行 数据传输及训练场景创建的模拟器代理模块220 ; 通信网400，它是用于实现模拟器终端200和模拟器终端200之间，模拟器终端 200和中心服务器300之间数据交换的通信结构，具体为互联网。 其中，前述的模拟器通信列表模块310，它是对需要通信的端口进行信息记录、通 信格式整合、通信路径存储及搜索的模块结构，可向中心服务器300或模拟器终端200提供 通信路径列表。 前述的训练场景列表模块320，它是对各个设置的中心服务器300中的训练场景
进行统一管理的模块结构，能够以数据列表的形式提供各个训练场景。 前述的训练场景管理模块330，管理各个训练场景的建立、使用和撤销等操作。当
训练场景创建时，会对创建者所在的模拟器终端200的位置、时间、创建场景的属性等做完
整的记录。如果创建之后，处于可接受其它用户参与训练请求的状态，则该状态还可以进行
信息发布。但多个用户共同使用同一个训练场景时，还可以提供相互之间的通信协调；而所
有的用户推出特定训练场景时，则可撤销该训练场景。 前述的模拟器终端200中的语音通讯代理模块210，包括有用以实现语言数据通 信功能的语音数据通信模块211，以及用以实现语音模拟信号与语音数字信号之间相互转 换的模数转换模块212。利用该语音数据通信模块211，能够使得不同的模拟器终端200之 间，能够通过由互联网来实现语音方面的数据通信。该数据通信训练过程中，可视为实时通信。 而对应着模数转换模块212，可将语音通信终端数字信号和模拟信号之间进行格 式转换，以实现数据的输入和输出。其中，语音数据的输入结构为麦克风，语音数据的输出 结构为扬声器。 前述模拟器终端200中的模拟器代理模块220，包括有用以实现模拟器终端200和 模拟器终端200之间或模拟器终端200和中心服务器300之间数据交换的模拟器数据通信 模块221，用以通过选择的方式来获得训练场景的训练场景选择模块222，以及用以通过创 建的方式来获得训练场景的训练场景创建模块223。 其中的模拟器数据通信模块221，它是用以实现不同模拟器终端200之间，以及模 拟器终端200和中心服务器300之间进行数据通信的功能结构。该数据，可以包括训练场 景的相关信息，模拟终端所代表的船舶属性，以及模拟训练人员的相关信息，等等。
其中的训练场景选择模块222，主要对应着船舶所处环境的选择、船舶属性的选择 等功能。作为举例而非限定，可供选择操作包括如下对应着特定操纵模拟器的船舶呼号， 该船舶的船名，以及该虚拟船舶的船长、船宽、船型、吃水量和吃水深度、船位经度、船位讳 度、船舶航向、船速、船舶的航行时间、船舶上VHF的通信频道，以及该船舶的目的港、船舶 的转向速率、该船舶的预计到港时间，甚至该船舶的船东。 其中的训练场景创建模块223，它是用于让用户建立新的训练场景的模块结构。在 新的训练场景建立过程中，用户可根据自己的需要来选择虚拟的海域、天气状况、同一区域 中的船舶分布，等等信息，从而建立其符合自己需求的训练场景类型。 对应着所述的中心服务器300，还可以根据需要，设置模拟器终端评价模块，它是 通过对各终端的模拟效果与标准模板之间进行比较，依据比较的差异度来进行优缺点评价 的模块结构。 所获得评价，可以通过打分的形式来实现。比如，用户所进行训练的结果，有90% 的比例与标准模块相吻合，就可以给该用户打90分。当然，也可以采用其它任何的打分形 式。标准模板的内容，可以在各个模拟器终端200中由相关的训练指导老师进行设定，也可 以在中心服务器300中进行设定。 对应着所述的模拟器终端200，还可以设置用于实现大范围显示目的的环形屏幕。 该环形屏幕具体可通过显示屏的形式，或投影的方式来实现。通过大幅面屏幕的方式来提 高模拟训练时的真实感。 参图2所示，本发明所描述的基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统100的实 现方法，具有如下步骤 步骤1 :用户通过模拟器终端200向中心服务器300提出服务请求。
在该步骤中，用户可通过模拟器终端200的视频操作界面，来输入服务请求信息。 作为举例，用户A可以向远在美国的船舶操纵模拟训练的用户B发送共同模拟训练的请求。
步骤2 :由中心服务器300通过其内部的训练场景列表模块320查询是否有在线 训练场景；若有在线训练场景的情况下，用户可通过模拟器终端200尝试直接去获得处于 接受用户请求状态的训练场景；无在线训练场景的情况下，用户通过模拟器代理模块220， 配合着中心服务器300中的训练场景列表模块310和训练场景管理模块330，通过开辟训练 场景的方式来获得处于接受用户请求状态的训练场景； 接着前面所描述的例子。用户A如果在操作界面中直接遇到用户B，且用户B拥 有在线训练场景的话，则用户A可直接申请加入用户B的训练场景。如果用户A没有遇到 适合自己的用户B的训练场景，则用户A可直接通过设置在模拟器代理模块220中的训练 场景选择模块222，来选择自己所希望建立的训练场景类型；然后通过中心服务器300上的 训练场景列表模块320及训练场景管理模块330，来协调训练场景中的数据结构、语言类型 等，来建立起可供网络使用的新训练场景。 如果用户找到在线训练场景，但在对方处于不接受用户请求状态的情况下，用户 需重新开辟训练场景，选择适合自己的训练场景。 在用户开辟训练场景后，还可以在该训练环境所对应的海域及气象条件下，单独 进行模拟操纵训练。 步骤3 :处于发出请求的模拟器终端200 —方的用户通过中心服务器向可接受请求的模拟器终端200 —方提出参与模拟操纵请求。 接着前面所描述的例子。用户A拥有了可使用训练场景的情况下，可直接先对方 提出联合训练请求，或接受请求。 步骤4 :在对方拒绝请求的情况下，可转入到步骤2中，由用户重新开辟训练场景， 在对方接受请求的情况下，用户可从中心服务器300中通过模拟器通信列表模块310获得 对方的通信地址以建立连接。 步骤5 :用户在模拟器终端200中完成训练操作，并退出之后，中心服务器300中 的训练场景管理模块330，可在所有用户都退出特定训练场景的情况下，将该训练场景撤 销。 另外，模拟器终端200还可以如前所述，设置终端语言转换模块。对应着所述的中 心服务器300或模拟器终端200，设置模拟器终端评价模块。其他技术方案如前所述，此处 不加以赘述。 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
权利要求
基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统，该系统包括模拟器终端，其特征在于，所述系统还包括作为整个系统的控制模块的中心服务器，该中心服务器包括有用于实现各模拟器终端之间、中心服务器与模拟器终端之间进行通信连接的模拟器通信列表模块、用于让用户选择及建立训练场景类型的训练场景列表模块、以及管理训练场景的训练场景管理模块；所述模拟器终端为让用户直接进行船舶操纵模拟训练的终端设备，其包括有用于实现模拟器终端之间以及和中心服务器之间进行语言交互操作的语音通讯代理模块、以及用于在中心服务器和模拟器终端之间以及模拟器终端之间进行数据传输及训练场景创建的模拟器代理模块；所述中心服务器与模拟器终端，以及模拟器终端与模拟器终端之间通过通信网实现相互数据的交换。
2. 根据权利要求1所述的基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统，其特征在于，所 述中心服务器中还设置有模拟器终端评价模块，该模块通过对各终端的模拟效果与标准模 板之间进行比较，依据比较的差异度来进行优缺点评价。
3. 根据权利要求1或2所述的基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统，其特征在于， 所述中心服务器中的训练场景管理模块，可在所有用户都退出特定训练场景的情况下，将 该训练场景撤销。
4 根据权利要求1所述的基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统，其特征在于，所 述的模拟器终端还设置有用于实现大范围显示目的的环形屏幕。
5 根据权利要求1所述的基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统，其特征在于，所 述模拟器终端中的语音通讯代理模块，包括有用以实现语言数据通信功能的语音数据通信 模块，以及用以实现语音模拟信号与语音数字信号之间相互转换的模数转换模块。
6. 根据权利要求1所述的基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统，其特征在于，所 述模拟器终端中的模拟器代理模块，包括有用以实现模拟器终端和模拟器终端之间或模拟 器终端和中心服务器之间数据交换的模拟器数据通信模块、用以通过选择的方式来获得训 练场景的训练场景选择模块、以及用以通过创建的方式来获得训练场景的训练场景创建模 块。
7. 根据权利要求1所述的基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统，其特征在于，所 述通信网为实现模拟器终端和模拟器终端之间，模拟器终端和中心服务器之间数据交换的 通信结构，具体为互联网。
8. 基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统的实现方法，其特征在于，所述方法包括 有如下步骤(1) 用户通过相应的模拟器终端向中心服务器提出服务请求；(2) 若整个系统有在线训练场景，发出服务请求模拟器终端直接去获得处于接受用户 请求状态的训练场景；若整个系统没有在线训练场景，发出服务请求模拟器终端可通过其 中的模拟器代理模块，配合着中心服务器中的训练场景列表模块和训练场景管理模块，通 过开辟训练场景的方式来获得处于接受用户请求状态的训练场景；(3) 发出服务请求模拟器终端通过中心服务器向在步骤(2)中获得的处于接受用户请 求状态的训练场景相应的被请求模拟器终端提出参与模拟操纵请求；(4) 若被请求模拟器终端拒绝请求，可转入到步骤2，由发出服务请求模拟器终端重新开辟训练场景；若被请求模拟器终端接受请求，发出服务请求模拟器终端可从中心服务器中的模拟器通信列表模块中获得被请求模拟器终端的通信地址以建立连接；(5) 进行船舶的模拟操纵。
9. 根据权利要求8所述的基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统的实现方法，其特征在于，所述步骤2中在整个系统有在线训练场景时，若在线训练场景是处于不接受用户请求状态时，发出服务请求模拟器终端需重新开辟训练场景。
10. 根据权利要求8或9所述的基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统的实现方法，其特征在于，所述步骤2中发出服务请求模拟器终端开辟训练场景后，还可以单独进行模拟操纵训练。
全文摘要
本发明公开了一种基于互联网的多船舶操纵模拟器集成系统及其实现方法。所述的系统包括有中心服务器，模拟器终端，以及配套的通信网；所述的方法基于上述系统实施。用户可以通过互联网不限区域地寻找船舶操纵模拟器的模拟训练对象，可以实现跨区域或跨国界的航海模拟操作，用户还可以根据需要任意设置模拟训练场景，任意选择模拟训练的区域，按需求增删模拟训练的伙伴数量。
文档编号G09B9/06GK101783086SQ20091005274
公开日2010年7月21日 申请日期2009年6月9日 优先权日2009年6月9日
发明者余立立, 张毅, 施朝健, 胡勤友, 陈锦标 申请人:上海海事大学