本发明属于虚拟现实与仿真技术应用领域，特别涉及一种港口国监督仿真系统。
背景技术
港口国监督(portstatecontrol，psc)，是指港口当局根据有关国际公约规定的标准，对进入其港口的外国籍船舶实施的一种监督与控制，以确保船舶及其设备符合国际公约要求，船员配备和操作符合适用的国际规范。通过psc检查，纠正与消除受检船舶所存在的不符合标准的缺陷，以确保船舶航行、人身和财产的安全以及保护海洋环境，促进经济贸易的发展和航运经营水平的提高。
psc作为一项技术含量高的工作，在船舶大型化发展趋势中，港口国监督检查官(portstatecontrolofficer,psco)所接受的实船培训受制于船期、安保等因素，越来越难以发挥应有的作用。在目前的培训模式下更多地停留在依靠文本、照片、幻灯片等静态素材的原始阶段，与船舶技术飞速发展形成了巨大的反差，培训效果亟待提高。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提出一种港口国监督仿真系统，通过将航海模拟器视景仿真技术应用于psc领域，模拟真实船舶psc检查流程，实现一种灵活方便，不受限于实体船舶的新的psc检查的培训方式。本发明进一步要解决的技术问题是提出一种基于上述仿真系统的模拟训练方法，通过该方法可有效解决psco实船培训受到船期、时间、成本等因素的制约问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种港口国监督仿真系统，包括一个控制中心和多个psco训练端，所述控制中心与多个psco训练端通过局域网连接，所述控制中心通过管理人员端对后台数据库进行维护管理和初始化设置，所述后台数据库包括检查要点数据库、常见缺陷数据库和案例库；所述psco训练端包括船舶三维全仿真建模模块、实景漫游模块、检查要点提示模块、动态缺陷设置及处理模块和实际模拟操作模块；所述初始化设置包括检查要点设置，常见缺陷设置和案例库设置。
进一步的，所述的检查要点数据库是依据港口国监督谅解备忘录规定的船舶安全检查内容进行归纳整理建立的数据库，包括检查项名称、检查要点编号、检查方法、公约依据及中英文备注。
进一步的，所述的常见缺陷数据库是依照psc年度检查报告以及psco实际检查中遇到的缺陷进行统计分析建立的数据库，包括缺陷代码、缺陷描述、公约依据、缺陷类型、缺陷纠正方式、缺陷可导致的后果、行动代码以及中英文备注。
进一步的，所述的案例库是根据psc检查年度报告以及psco实际检查中发现的案例进行素材收集建立的数据库，包括案例名称、案例编号、案例类别、案例内容、案例特点及案例问题分析。
进一步的，所述船舶三维全仿真建模模块，包括对船舶证书文书、船体主甲板、艏楼甲板、驾驶台、救生甲板、货物系统、机舱、生活区、防火控制站九大主要区域及相关设备进行全真建模，以虚拟再现实船整体结构和各舱室结构及设备，受训人员可借助所建模型实现对船舶结构的整体认知和快速学习。
进一步的，所述实景漫游模块用于受训人员通过所建模型在船舶内进行漫游，漫游功能的实现包括两种方式：一种是受训人员通过pc端或手持移动端设备进行漫游；另一种方式是受训人员通过专门的vr设备进行培训和体验。
进一步的，所述检查要点提示模块将检查要点嵌入在所述船舶三维全仿真建模模块中，并在受训人员通过实景漫游模块漫游到一检查点时显示出该检查点的检查要点内容。
进一步的，所述动态缺陷处理模块在训练过程中根据常见缺陷数据库的信息进行缺陷场景的设置，设置完毕后，缺陷场景会在船舶三维全仿真建模模块建立的船舶仿真模型中显示出来，受训人员可通过psco训练端自行设置缺陷场景，也可由管理人员通过管理人员端进行缺陷场景的设置。
进一步的，所述实际模拟操作模块由受训人员在实景漫游模块中通过pc端、手持移动端或vr设备进行实际操作，仿照真实船舶环境内的操作流程，受训人员在每个检查点的操作过程中均可模拟真实psco的操作流程。
一种采用上述仿真系统的模拟训练方法，所述方法包括以下步骤：
s1，训练场景缺陷设置，系统通过动态缺陷设置的分类管理功能，按照检查项的内容，对后台数据库进行初始化，受训人员可根据自身训练需求进行缺陷设置，设置完毕后缺陷场景即时呈现；
s2，三维场景漫游，设置完训练场景后，受训人员可根据检查程序进行初始检查，通过实景漫游模块漫游虚拟船舶，了解船舶的总体状况，包括其设备、驾驶台、艏楼甲板、货舱区域、机舱、引航员登离船布置；
s3，证书文件检查，受训人员核查国际海事组织相关公约要求的船舶证书和文件的有效性，根据虚拟船舶的提示，选择证书检查按钮，选择要检查的证书和文件，虚拟场景中就会呈现所选择的证书和文件，受训人员可逐个核查证书的有效性；
s4，检查要点提示，当受训人员通过实景漫游模块漫游到具体的设备面前时，会显示出此仪器设备的检查要点，并可依据菜单提示，查看此设备的常见缺陷和典型案例；
s5，仪器设备的操作性检查，受训人员可通过模拟操作模块对船舶甲板设备、驾驶室中的主要操作设备、机舱中的主要设备进行详细检查，操作过程及效果与实船设备基本一致；
s6，检查过程记录，受训人员在训练过程中发现缺陷项或疑似缺陷项时，可以按下虚拟船舶场景中的拍照、记事本按钮，记录下当时的缺陷图片和具体的原因；
s7，检查报告的填写，受训人员在完成整个检查后，要根据检查情况向船长提供一份文件，表明检查结果，如果没有缺陷则只填写forma表，有缺陷则要填写forma和formb两个表，填写forma表时，可参照证书和文件进行填写，填写formb表时，可参照记事本和检查过程中拍摄的图片进行填写。
本发明的有益效果在于：
1、本发明利用虚拟现实技术开发了港口国监督检查模拟系统，将imo港口国监督标准程序融合到虚拟船舶中，依据实船设计、试航等资料对船舶进行综合三维仿真，可如实船一样操纵虚拟船舶上的设备，显示虚拟人物、逼真模拟船舶缺陷场景及psc检查工作情景。
2、本发明为港口国监督检查官提供了训练平台，有效解决了psco实船培训受到船期、时间、成本等因素的制约问题，psco可以在该系统进行模拟检查训练，尽快熟悉理论知识，提高业务技能。
3、本发明创建了船舶安全检查数据库，统计分析了各缔约国psc检查当局历年psc检查数据，其中包括检查要点数据库、常见缺陷数据库和典型案例库。
附图说明
附图1为本发明的系统结构示意图。
附图2为本发明的功能模块示意图。
附图3为本发明的模拟训练方法流程示意图。
图中：1、控制中心，2、管理人员，3、检查要点数据库，4、常见缺陷数据库，5、案例库，6、psco训练端，7、三维仿真建模模块，8、实景漫游模块，9、检查要点提示模块，10、动态缺陷设置处理模块，11、实际模拟操作模块，12、局域网。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步说明。
1.如附图1所示，一种港口国监督仿真系统，包括一个控制中心1和多个psco训练端6，所述控制中心1与多个psco训练端6通过局域网12连接，所述控制中心1通过管理人员端2对后台数据库进行维护管理和初始化设置，所述后台数据库包括检查要点数据库3、常见缺陷数据库4和案例库5；所述psco训练端6包括船舶三维全仿真建模模块7、实景漫游模块8、检查要点提示模块9、动态缺陷设置及处理模块10和实际模拟操作模块11；所述初始化设置包括检查要点设置，常见缺陷设置和案例库设置。进一步的，所述的检查要点数据库3是依据港口国监督谅解备忘录规定的船舶安全检查内容进行归纳整理建立的数据库，包括检查项名称、检查要点编号、检查方法、公约依据及中英文备注。进一步的，所述的常见缺陷数据库4是依照psc年度检查报告以及psco实际检查中遇到的缺陷进行统计分析建立的数据库，包括缺陷代码、缺陷描述、公约依据、缺陷类型、缺陷纠正方式、缺陷可导致的后果、行动代码以及中英文备注。进一步的，所述的案例库5是根据psc检查年度报告以及psco实际检查中发现的案例进行素材收集建立的数据库，包括案例名称、案例编号、案例类别、案例内容、案例特点及案例问题分析。进一步的，所述船舶三维全仿真建模模块7，包括对船舶证书文书、船体主甲板、艏楼甲板、驾驶台、救生甲板、货物系统、机舱、生活区、防火控制站九大主要区域及相关设备进行全真建模，以虚拟再现实船整体结构和各舱室结构及设备，受训人员可借助所建模型实现对船舶结构的整体认知和快速学习。进一步的，所述实景漫游模块8用于受训人员通过所建模型在船舶内进行漫游，漫游功能的实现包括两种方式：一种是受训人员通过pc端或手持移动端设备进行漫游；另一种方式是受训人员通过专门的vr设备进行培训和体验。进一步的，所述检查要点提示模块9将检查要点嵌入在所述船舶三维全仿真建模模块7中，并在受训人员通过实景漫游模块8漫游到一检查点时显示出该检查点的检查要点内容。进一步的，所述动态缺陷处理模块10在训练过程中根据常见缺陷数据库的信息进行缺陷场景的设置，设置完毕后，缺陷场景会在船舶三维全仿真建模模块7建立的船舶仿真模型中显示出来，受训人员可通过psco训练端6自行设置缺陷场景，也可由管理人员通过管理人员端2进行缺陷场景的设置。进一步的，所述实际模拟操作模块11由受训人员在实景漫游模块8中通过pc端、手持移动端或vr设备进行模拟操作，仿照真实船舶环境内的操作流程，受训人员在每个检查点的操作过程中均可模拟真实psco的操作流程。
如附图1、2所示，上述实施方式采用的进一步实施例中：
所述的检查要点数据库3是依据亚太地区港口国监督谅解备忘录规定的相关成员国对于船舶安全检查要点的详细说明，包括检查项名称、检查要点编号、检查方法、公约依据、中英文备注等。
所述的常见缺陷数据库4是依照东京备忘录psc年度检查报告以及实际psco检查中遇到的缺陷进行的统计和分析，常见缺陷数据库4主要是检查中一些常见缺陷，包括缺陷代码、缺陷描述、公约依据、缺陷类型、缺陷纠正方式、缺陷可导致的后果、行动代码以及中英文对照。
所述的案例库5是根据psc检查年度报告以及psco实际检查过程中发现的案例进行的归纳总结，以供受训人员进行学习，主要包括：案例名称、案例编号、案例类别、案例内容、案例特点、案例问题分析等。
所述的三维仿真建模模块7包括对大型船舶证书文书、船体主甲板、艏楼甲板、驾驶台、救生甲板、货物系统、机舱、生活区、防火控制站等九大主要区域及其主要设备进行全真建模，完整体现实船整体和各舱的结构、设备。甲板设备，包括船首桅杆、罗经甲板桅杆、锚机设备、缆机设备、起货设备、舱盖及开关舱装置和设备、甲板通道与甲板管路、甲板栏杆、舷梯及升降设备、救生艇及升降设备、救助艇及升降设备等；船楼，包括楼梯、各层甲板、走廊、舱室(甲板办公室、会议室、医务室、引水室、厨房、餐厅、船长室、轮机长室以及其他典型船员舱室等)、烟囱等；船舶驾驶室，包括驾驶室内设备、设施以及驾驶台等，如航行灯、驾驶台外侧侧推器控制面板、分罗经、航行灯控制面板、苏伊士运河灯控制面板、信号灯控制面板、甲板灯控制面板、航行信息显示控制面板、主机及其附属设备操纵面板、舵轮操纵面板、雷达、电子海图、航海仪器、gmdss设备、公共广播系统、驾驶台设备报警系统、磁罗经刻度盘显示、360度舵角指示器、火灾探测报警系统、驾驶台表盘(主机转速、舵角指示、倾斜仪指示、船速指示、船钟、空压机指示盘、海水温度指示盘、侧推器指示盘)、海图桌、救生衣桌等；机舱包括主机舱，集控室，分油机间，舵机间，应急消防泵室，应急发电机室，co2室；船舶三维场景具备天气环境的特效模拟包括：雨，雪，阴，雾等。三维仿真建模模块7是整个系统的架构基础，所有的交互设计都是基于此模块。
所述的实景漫游模块8提供三维船舶场景的漫游，包括pc端和vr端的漫游操作。可在船舶舱室、驾驶室及船舶甲板间进行虚拟漫游，具有二维和三维快速分级导航机制，能够快速进入选择的区域或位置。
所述的检查要点提示模块9是根据检查要点数据库中的检查要点，在训练人员漫游到要检查的设备或区域时显示出该设备的检查要点。检查要点包括检查要点条目、检查方法、检查依据、缺陷和案例等数据。
所述的缺陷设置及处理模块10是根据常见缺陷数据库4中的常见缺陷进行动态缺陷设置及处理。这部分是整个系统训练的关键部分，针对没有船上经验的受训人员，缺陷场景的动态设置给受训人员提供近乎真实的效果，主要用于受训人员实际模拟操作模块11，对受训人员的学习具有非常大的辅助作用。
所述的实际模拟操作模块11是受训人员根据psc检查程序，在虚拟船舶上通过实景漫游模块8，对船舶九大主要区域分别进行模拟操作，具体检查流程为初始检查、详细检查、检查报告的填写，可通过过程记录功能对检查过程进行记录，报告填写功能对检查报告进行填写，最后模拟给出检查结果。
如附图2、3所示，一种采用上述仿真系统的模拟训练方法，所述方法包括以下步骤：
s1，训练场景缺陷设置，系统通过动态缺陷设置的分类管理功能，按照检查项的内容，对后台数据库进行初始化，受训人员可根据自身训练需求进行缺陷设置，设置完毕后缺陷场景即时呈现；
s2，三维场景漫游，设置完训练场景后，受训人员可根据检查程序进行初始检查，通过实景漫游模块漫游虚拟船舶，了解船舶的总体状况，包括其设备、驾驶台、艏楼甲板、货舱区域、机舱、引航员登离船布置；
s3，证书文件检查，受训人员核查国际海事组织公约要求的船舶证书和文件的有效性，根据虚拟船舶的提示，选择证书检查按钮，选择要检查的证书和文件，虚拟场景中就会呈现所选择的证书和文件，受训人员可逐个核查证书的有效性；
s4，检查要点提示，当受训人员通过实景漫游模块漫游到具体的设备面前时，会显示出此仪器设备的检查要点，包括检查的条目、检查方法、检查依据、常见缺陷和案例；
s5，仪器设备的操作性检查，受训人员可通过模拟操作模块对船舶甲板设备、驾驶室中的主要操作设备、机舱中的主要设备进行详细检查，操作过程及效果与实船设备基本一致；
s6，检查过程记录，受训人员在训练过程中发现缺陷项或疑似缺陷项时，可以按下虚拟船舶场景中的拍照、记事本按钮，记录下当时的缺陷图片和具体的原因；
s7，检查报告的填写，受训人员在完成整个检查后，要根据检查情况向船长提供一份文件，表明检查结果，如果没有缺陷则只填写forma表，有缺陷则要填写forma和formb两个表，填写forma表时，可参照证书和文件进行填写，填写formb表时，可参照记事本和检查过程中拍摄的图片进行填写。
上述模拟训练方法进一步的具体实施例为：
第一步：受训人员训练场景缺陷设置，系统提供动态缺陷设置的分类管理功能，按照检查项的内容，在后台数据库管理进行分类初始化，受训人员可根据自身训练需求进行缺陷设置，设置完毕后缺陷场景即时呈现。
第二步：三维场景漫游，设置完训练场景，受训人员可根据检查程序，进行初始检查。在虚拟船舶进行漫游，了解船舶的总体状况，包括其设备、驾驶台、艏楼甲板、货舱区域、机舱、引航员登离船布置等。
第三步：证书文件检查，初始检查中，受训人员除了检查船舶整体状况外，还要核查相关公约要求的船舶有关证书和文件的有效性。根据虚拟船舶的提示，选择证书检查按钮，选择要检查的证书和文件，虚拟场景中就会呈现所选择的证书和文件。受训人员可逐个核查证书的有效性。
第四步：检查要点提示，如果船舶没有配备有效证书，或对船舶的总体印象和船舶上观察得出有明确根据相信船舶、其设备或船员实质上不满足要求，受训人员可进行详细检查。详细检查船舶仪器设备功能是否正常、人员操作熟练程度是否满足公约要求。当受训人员漫游到具体的设备面前，会显示出此仪器设备的检查要点，包括检查的条目、检查方法、检查依据、常见缺陷和案例。
第五步：主要仪器设备的操作性检查，受训人员在实际模拟操作模块可对船舶甲板设备、驾驶室中的主要操作设备、机舱中的主要设备进行详细检查，操作过程及效果与实船设备基本一致。包括甲板设备如锚机、缆机、救助艇、救生艇、起货设备的交互操作；驾驶室设备如车、舵、航行灯、信号灯、甲板灯等的交互操作；集控室，分油机间，舵机间，应急消防泵室，应急发电机室，co2室等设备的交互操作。对上述设备的操作、运行状态进行完整、全面的展示。对上述主要设备可实现常见缺陷设置、psc检查流程模拟、缺陷动态处理、典型缺陷案例库展示等。
鉴于雷达、电子海图的交互是在二维显示器上进行的按钮、键盘、鼠标操作，以及航海仪器(ais、gps、测深仪、计程仪等)、gmdss设备(vhf与vhf-dsc设备、mf/hf单边带电话与mf/hfdsc设备、nbdp设备、inmarsat-c船站、inmarsat-f船站、navtex设备、epirb设备、sart设备、aissart仿真设备、气象传真机仿真设备)等也是在二维小液晶屏或显示器上进行的按钮、键盘、鼠标操作，因此，上述设备的交互方式为：当键盘、鼠标拾取该设备后，雷达、电子海图、航海仪器、gmdss设备进入二维交互界面。
第六步：检查过程记录，psco应该按照法律要求，遵守国家规定，秉承公平、公开、公正和一致的方式办事。受训人员在训练过程中要养成良好的检查习惯。当发现缺陷项或疑似缺陷项时，受训人员应该按下虚拟船舶场景中的拍照、记事本按钮，记录下当时的缺陷图片和具体的原因。以便在后面填写检查报告的时候有据可循。
第七步：检查报告的填写，受训人员在完成整个检查后，要根据检查情况向船长提供一份文件，表明检查结果。如果没有缺陷则只填写forma表，有缺陷则要填写forma和formb两个表。填写forma表时，可参照证书和文件进行填写，填写formb表时，可参照记事本和检查过程中拍摄的图片进行填写。
上述实施例中以1个psco受训人员自我学习为例对训练方法的流程做进一步说明：
首先是受训人员在登陆系统的时候选择psco端。受训人员在训练的过程中，对要掌握的知识内容进行了解，受训人员可自行对缺陷进行选择，设置缺陷场景。也可根据自身学习需要不设置缺陷场景，没设置缺陷场景的情况下，船舶默认是无缺陷状态。初始化设置好之后，进入虚拟船舶，受训人员要在虚拟船舶上进行实景漫游，熟悉整个船舶的构造。在漫游的过程中，有两个状态，一是受训人员进行理论知识的学习，二是进行检查流程的模拟。
理论知识学习部分，受训人员漫游到具体的设备面前，比如救生艇，在救生艇的可操作区域范围内会有提示，鼠标光标悬浮显示救生艇的检查要点，包括检查的项目、检查方法、检查依据。选择常见缺陷项，会在场景中显示出救生艇在以往检查过程中的常见缺陷，包括缺陷名称、缺陷代码、缺陷描述和导致的后果等信息和相关的图片说明，供受训人员参考学习。选择典型案例，救生艇的缺陷案例就会罗列出来，具体选择一条案例，案例的描述和图片以及视频资料就会显示出来。本发明根据实际psco的培训需求，让受训人员在船舶场景中进行理论知识的学习，不仅使受训人员对相关psc检查的理论知识更形象生动的呈现在面前，更能加速受训人员的理解和记忆。
理论知识掌握之后就要进行检查流程的模拟。登轮操作，即进入虚拟船舶，进行实景漫游。在漫游的过程中，首先要进行初始检查，对船舶的整体状况进行了解，如喷涂情况、腐蚀状况、凹陷、未修复的破损和装载情况，从而对船舶的养护标准有总体的印象。同时在漫游的过程，还应注意船舶的消防、救生设备、防火控制图的存放、应变部署表、水密门状况、甲板、机舱、生活区等状况是否良好。漫游进入船长房间，或者通过二维菜单导航直接进入船长房间，进行证书文件的检查。受训人员可通过菜单进行要查看的文件的选择，选择好要检查的文件后，相关的文件就会按照顺序显示在船长房间，供受训人员进行检查。重点查看证书的签发日期、有效期。文书的检查重点查看记载情况是否符合公约要求。发现有明显的依据证明船舶的设备或船员没有完全满足要求，受训人员应进行详细检查。详细检查本系统主要提供船舶船体主甲板、艏楼甲板、驾驶台、救生甲板、货物系统、机舱、生活区、防火控制站等区域的检查。受训人员可根据自身情况选择某一区域进行检查。也可根据公约要求，进行公约符合性检查，比如按照ism规则相关规定的检查要求、mlc2006公约要求的检查项目等进行检查。此部分对于相关仪器设备的检查，本系统提供船舶主要仪器设备的交互操作，对主要的一起设备进行仿真，外观和使用效果与实际设备完全一致。在检查的过程中，可以对检查过程进行记录。如果受训人员发现缺陷项或疑似缺陷项，可以用照相机功能进行拍照留取证据，照片自动保存到本地。还可以采用记事本功能，对发现的缺陷项进行实时记录并保存。检查完毕后，根据检查的情况进行报告的填写，如果未发现缺陷项，则只需要填写forma表，填写forma表的时候，为了方便，将相关证书在场景中显示，系统提供证书上文字提取的功能，受训人员只要检查证书的时候能正确找到相关证书并定位到有效信息，该信息就会可以通过鼠标点击自动填写到forma表中。如果船舶有缺陷，需要填写formb表，formb表的填写采用键盘鼠标输入的方式进行，受训人员根据检查过程中拍摄的照片和记录的文字，进行formb表的填写。然后给出检查结果和处理意见，如果需要则要进行跟踪检查，最后检查结束。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。但本发明并不受上述具体实施例的限制，在不脱离本发明精神和构思范围的前提下，本发明还可以有各种变化和改进，这些变化和改进都应落入本发明权利要求保护的范围内。