計(jì)算機(jī)仿真實(shí)踐培訓(xùn)方式的建構(gòu)

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本文作者：陳進(jìn)濤、吳漢才、殷施科 單位：江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院航海技術(shù)系

1（略）

2內(nèi)河船員實(shí)船、模擬器、計(jì)算機(jī)仿真三種培訓(xùn)模式的比較

2．1實(shí)船培訓(xùn)模式存在的缺陷

實(shí)船培訓(xùn)是培養(yǎng)船員專業(yè)技能的最佳方式，它還能培養(yǎng)船員在緊急情況下的應(yīng)急處置能力和心理素質(zhì)。但問題是：（1）實(shí)船培訓(xùn)面臨著安全風(fēng)險(xiǎn)大、租船難、成本高、組織效率低等問題；（2）消耗能源，排放污染，不符合節(jié)能減排的時(shí)代要求。［2］

2．2模擬器培訓(xùn)模式存在的缺陷

雖然模擬器能夠仿真各種典型通航環(huán)境和船舶，從而能確保培訓(xùn)的質(zhì)量。但問題是，硬件配備需要投入巨額資金；模擬器建設(shè)涉及知識產(chǎn)權(quán)與專利問題，軟件與模型各自封閉，會造成重復(fù)建設(shè)而造成巨大浪費(fèi)；模擬器培訓(xùn)所能容納的船員數(shù)量有限因而存在組織效率低的問題。

2．3計(jì)算機(jī)仿真培訓(xùn)模式的優(yōu)勢

提高船員技能的最佳方法是：讓船員處于與船員實(shí)際工作環(huán)境相似的環(huán)境之下，并設(shè)置類似實(shí)際工作可能碰到的問題，培養(yǎng)船員解決問題的能力?；谟?jì)算機(jī)仿真船員培訓(xùn)模式能提供水上實(shí)踐的真實(shí)操作環(huán)境，能讓船員獲得與實(shí)際情況幾乎一致的身臨其境的感受，從而有利于培訓(xùn)的逼真性、針對性；其次，伴隨著水運(yùn)科技的快速發(fā)展，駕駛?cè)藛T對船舶發(fā)出的指令都將通過電腦操作來實(shí)現(xiàn)，而不再是傳統(tǒng)的手工操作方式，因此它代表著水運(yùn)技術(shù)的發(fā)展方向和需求。

3計(jì)算機(jī)多媒體實(shí)踐場景的創(chuàng)建

3．1計(jì)算機(jī)多媒體實(shí)踐場景的創(chuàng)建思路

采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)多媒體航海場景。增設(shè)二維動(dòng)畫場景、三維動(dòng)畫場景、（聲響信號的）音頻、視頻、號燈與號型動(dòng)畫等表現(xiàn)媒體，運(yùn)用這些媒體制作豐富多彩的實(shí)踐性知識單元，包括“操控船舶”的訓(xùn)練單元。計(jì)算機(jī)提供虛擬船舶、電子水道圖、航行環(huán)境等實(shí)景演示，船員通過鍵盤鼠標(biāo)操作場景中的有關(guān)對象，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)雙向交互，也可運(yùn)用計(jì)算機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)參加遠(yuǎn)程培訓(xùn)。［3］以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為支撐，創(chuàng)建具有全功能仿真的二維及三維立體可視化軟件系統(tǒng)界面；船員通過鍵盤與鼠標(biāo)操作便可獲得以視頻、音頻、動(dòng)畫等多媒體形式呈現(xiàn)的航海場景，尤其可獲得與實(shí)船操控功能幾乎相同的仿真操作機(jī)會（在計(jì)算機(jī)上“開船”），實(shí)現(xiàn)真正意義的計(jì)算機(jī)仿真船員培訓(xùn)模式。

3．2平面與立體動(dòng)畫實(shí)踐場景的設(shè)計(jì)

平面動(dòng)畫實(shí)踐場景設(shè)計(jì)。例如由計(jì)算機(jī)動(dòng)畫表現(xiàn)出船舶在電子海圖上有四種走法，船員憑借已有的知識分析各種走船方法的利弊，點(diǎn)擊鼠標(biāo)選出正確選項(xiàng)。又如在某一水域的電子海圖上劃出四塊區(qū)域，讓船員根據(jù)地理地貌物標(biāo)等特征識別哪一塊是錨地。［4］立體動(dòng)畫實(shí)踐場景設(shè)計(jì)：例如計(jì)算機(jī)演示動(dòng)畫（如圖1）“一船橫越另一順航道船前方”，要求船員判斷兩船會遇時(shí)的避讓行動(dòng)是否正確，并說出判斷的依據(jù)是什么。有關(guān)號燈號型動(dòng)畫的實(shí)踐場景設(shè)計(jì)（如圖1）點(diǎn)擊電腦屏幕上的有關(guān)提示窗口，將顯示號燈與號型圖片，要求船員據(jù)此判斷是何種類型的船舶，如屏上顯示一個(gè)圓柱形的號型，船員應(yīng)該可以判斷出：這是“限于吃水的船舶”。

3．3有關(guān)音頻與視頻實(shí)踐場景的設(shè)計(jì)

音頻：船員通過操作電腦屏幕上的按鍵圖標(biāo)傾聽“汽笛”，如”五聲短而急、兩短一長、一長聲、三短聲”，根據(jù)平時(shí)所學(xué)作出判斷：按先后順序它們的含義分別是“我是霧航中的客渡船、同意你船追越我船、周圍船舶請注意、我船正在向后推進(jìn)”。視頻：錄制典型地段視頻，主要用于對船員在主要、重點(diǎn)和險(xiǎn)要航段上的培訓(xùn)，掌握本航段的地貌、水文、氣象特征。如：播放水面開闊、兩山對峙的三峽庫區(qū)，船員通過觀看航段地貌，推導(dǎo)出“容易起霧且峽谷風(fēng)大”的氣象特征。錄制典型的通航場景視頻，用于培養(yǎng)船員的航路選擇、操船避讓技能。

4智能化內(nèi)河船員培訓(xùn)效果檢測體系的創(chuàng)建

現(xiàn)行內(nèi)河船員培訓(xùn)效果檢測體系的局限性?，F(xiàn)行體系主觀性較強(qiáng)，不同的教員對同一個(gè)船員的評價(jià)結(jié)果永遠(yuǎn)存在著差異甚至差異令人目瞪口呆，因此在對船員進(jìn)行培訓(xùn)效果檢測時(shí)，它對船員的知識、技能和操作的掌握程度不能進(jìn)行全面和綜合的公正評判［6］創(chuàng)建的技術(shù)路線：首先改進(jìn)和完善能模擬人類判斷力的計(jì)算機(jī)軟件，然后讓計(jì)算機(jī)把船員的操作指令、次數(shù)、時(shí)間和效果，與機(jī)內(nèi)預(yù)先設(shè)置的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相對照，從而自動(dòng)記錄和評分。

創(chuàng)建航海智能化專家系統(tǒng)（智能化標(biāo)準(zhǔn)答案）：（1）創(chuàng)立航海領(lǐng)域的知識庫、創(chuàng)建能獲取并運(yùn)用該知識庫的機(jī)構(gòu)；構(gòu)建符合國家海事局培訓(xùn)要求的、符合航行規(guī)則要求的、符合船員通常做法要求的、符合船舶通航環(huán)境要求的并經(jīng)計(jì)算機(jī)優(yōu)化了的船舶操作方案的數(shù)學(xué)模型，從而得以作出智能化評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；（2）以評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)，即具有模仿專家思維功能的航海智能化專家系統(tǒng)。

創(chuàng)建智能化模糊綜合評價(jià)技術(shù)：在航海實(shí)踐中存在著大量的模糊現(xiàn)象，易定性分析而難用量化數(shù)據(jù)表達(dá)，為此應(yīng)采用模糊數(shù)學(xué)集合理論，依據(jù)船員培訓(xùn)時(shí)被計(jì)算機(jī)錄入的各種表現(xiàn)的優(yōu)劣程度來確定評價(jià)值，即以最優(yōu)表現(xiàn)為基準(zhǔn)值1，稍差的為0．99；各種表現(xiàn)依據(jù)欠優(yōu)的程度得到相應(yīng)的評價(jià)值，從而建立表現(xiàn)與評價(jià)值之間的隸屬度函數(shù)綜合評價(jià)模型，進(jìn)而展開計(jì)算，最后得出船員的培訓(xùn)成績。

智能化船員培訓(xùn)效果檢測體系的流程設(shè)計(jì)（如圖2）。綜合運(yùn)用航海智能化專家系統(tǒng)和智能化模糊綜合評價(jià)技術(shù)，把船員實(shí)操步驟及結(jié)果與航海智能化專家系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)）比較，運(yùn)用智能化模糊綜合評價(jià)技術(shù)得出船員培訓(xùn)效果的實(shí)際評分。智能化培訓(xùn)評價(jià)體系典例剖析。以考題“丹徒水道航路的確定”為例（如圖3），測評船員在江蘇定線制水域的走船技術(shù)，深水航道寬度為500m，兩側(cè)界限分別用左側(cè)側(cè)面標(biāo)（黑?。?、右側(cè)側(cè)面標(biāo)（紅?。?biāo)志標(biāo)示，在深水航道內(nèi)設(shè)置了上、下行通航分道和分隔帶，分別占航道寬度的五分之二、五分之二、五分之一。計(jì)算機(jī)根據(jù)船員所擺船位的合適程度打分。如果船員能把船位控制在靠黑浮一側(cè)的200m寬的分道內(nèi)的最合適位置，即距黑浮100m處得滿分，99m處得99分，依次類推，0m處得0分。

5結(jié)語

2010年南通地方海事局和江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院率先對基于計(jì)算機(jī)仿真的內(nèi)河船員培訓(xùn)新模式作了積極的探索，2011年3月江蘇省地方海事局會同有關(guān)單位對創(chuàng)建新模式的作了可行性論證，結(jié)論如下：

1）優(yōu)勢：新模式具有建設(shè)周期短、針對性強(qiáng)、易于推廣、維護(hù)簡便、多樣化、成本低等獨(dú)特優(yōu)勢，它能引導(dǎo)船員通過扎扎實(shí)實(shí)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練來提高自身的專業(yè)素質(zhì)，這對我國內(nèi)河船員隊(duì)伍整體素質(zhì)的提高具有劃時(shí)代的意義。

2）缺陷：電腦熒屏在視景真實(shí)立體感上有所欠缺，系統(tǒng)對影響船舶的風(fēng)流浪仿真不夠充分，鍛煉船員心理素質(zhì)尤其是緊急情況下的心理承受能力，效果不佳。

3）展望：要想使內(nèi)河船員培訓(xùn)具有最佳效果，最好是綜合采用各種模式，即以計(jì)算機(jī)仿真培訓(xùn)模式為核心，以模擬器和實(shí)船培訓(xùn)模式為補(bǔ)充，依據(jù)培訓(xùn)內(nèi)容選擇最適合的模式，實(shí)施各模式的資源整合、優(yōu)勢互補(bǔ)，從而確保船員培訓(xùn)的質(zhì)量、安全、經(jīng)濟(jì)和效率。

通過對以計(jì)算機(jī)仿真為平臺的內(nèi)河船員培訓(xùn)新模式的初步探索，我們提出如下建議：由于對新模式的研究才剛剛起步，因此有關(guān)地方海事主管部門應(yīng)與航運(yùn)院校、船舶公司密切合作，參考上述創(chuàng)建構(gòu)想對新模式展開深入的研究，加快改進(jìn)和完善步伐，力爭從2012年起逐步投入和推廣應(yīng)用。