船員培訓(xùn)計(jì)算機(jī)仿真創(chuàng)建

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1創(chuàng)建計(jì)算機(jī)仿真的船員培訓(xùn)新模式的迫切性

2010年修訂的《中華人民共和國(guó)內(nèi)河船舶船員適任考試、評(píng)估和發(fā)證規(guī)則》、2010年修訂的STCW78/10公約馬尼拉修正案以及與之相配套的國(guó)內(nèi)法規(guī)都要求有關(guān)航海培訓(xùn)機(jī)構(gòu)通過(guò)運(yùn)用科學(xué)規(guī)范、公平公正、高效便民的技能培訓(xùn)模式，使船員在實(shí)踐上真正達(dá)到適任要求，從而確保船舶航行的安全。與舊法規(guī)相比，STCW公約馬尼拉修正案等最新國(guó)內(nèi)外法規(guī)對(duì)駕駛?cè)藛T的動(dòng)手能力與實(shí)踐技能提出了更高的要求。以船舶操縱學(xué)科為例，對(duì)于下列項(xiàng)目：船速與載重量等內(nèi)部因素對(duì)操縱性能的影響、風(fēng)流等外部因素對(duì)操縱性能的影響、進(jìn)港時(shí)的減速過(guò)程、船舶交通管理區(qū)域的船舶操縱、大風(fēng)浪中的船舶操縱、碰撞與擱淺等應(yīng)急操縱、錨泊作業(yè)以及靠離碼頭操縱等，駕駛?cè)藛T必須從“仿真培訓(xùn)或?qū)嵺`培訓(xùn)”中獲取海事主管機(jī)關(guān)認(rèn)可的實(shí)踐能力。[1]2011年6月，中國(guó)海事服務(wù)中心受交通運(yùn)輸部的委托在洛陽(yáng)召開(kāi)船員考核模式改革專家研討會(huì)。與會(huì)者一致認(rèn)為，現(xiàn)行的船員考核模式對(duì)于切實(shí)提高船員理論水平與實(shí)踐技能的要求存在較大距離，必須立即實(shí)施改革。于是該中心決定：從2012年起，逐步推廣基于計(jì)算機(jī)仿真的多媒體考核方式。由于船員在上崗前必須首先參加海事主管機(jī)關(guān)組織的船員適任考試，為了適應(yīng)將來(lái)新的考核模式，航海教育機(jī)構(gòu)必須著手對(duì)船員開(kāi)展計(jì)算機(jī)仿真航海實(shí)踐培訓(xùn)。

2實(shí)船、模擬器與計(jì)算機(jī)仿真船員培訓(xùn)的比較

2.1實(shí)船培訓(xùn)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(wèn)題是：（1）實(shí)船培訓(xùn)面臨著安全風(fēng)險(xiǎn)大、租船難、成本高和效率低等問(wèn)題；（2）消耗能源并排放污染，不符合節(jié)能減排的時(shí)代要求。[2]

2.2模擬器培訓(xùn)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(wèn)題是：（1）硬件配備需要投入巨額資金；（2）模擬器建設(shè)涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)與專利問(wèn)題，軟件與模型各自封閉；（3）模擬器培訓(xùn)所能容納的船員數(shù)量有限，培訓(xùn)效率低。

2.3計(jì)算機(jī)仿真培訓(xùn)的優(yōu)勢(shì)

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(wèn)題，培養(yǎng)船員解決問(wèn)題的能力?；谟?jì)算機(jī)仿真船員培訓(xùn)模式恰能提供水上實(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(duì)性；其次，伴隨著航?？萍嫉目焖侔l(fā)展，駕駛?cè)藛T對(duì)船舶發(fā)出的指令都將通過(guò)電腦操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不再是傳統(tǒng)的手工操作方式，因此它代表著航海技術(shù)的發(fā)展方向和需求。

3計(jì)算機(jī)多媒體航海場(chǎng)景的創(chuàng)建

3.1計(jì)算機(jī)多媒體航海場(chǎng)景的創(chuàng)建思路

采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)多媒體航海場(chǎng)景：增設(shè)二維動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景、三維動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景、（聲響信號(hào)的）音頻、視頻、號(hào)燈與號(hào)型動(dòng)畫(huà)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(shí)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(guò)鍵盤(pán)鼠標(biāo)操作場(chǎng)景中的有關(guān)對(duì)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(guò)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(guò)鍵盤(pán)與鼠標(biāo)操作便可獲得以音頻、視頻、動(dòng)畫(huà)等多媒體形式呈現(xiàn)的航海場(chǎng)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(huì)（在計(jì)算機(jī)上“開(kāi)船”），實(shí)現(xiàn)真正意義上計(jì)算機(jī)仿真船員培訓(xùn)模式。

3.2平面與立體動(dòng)畫(huà)實(shí)踐場(chǎng)景的設(shè)計(jì)

①平面動(dòng)畫(huà)實(shí)踐場(chǎng)景設(shè)計(jì)：例如由計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)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(shí)儲(chǔ)備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(shí)別哪一塊是錨地。[4]②立體動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景設(shè)計(jì)：例如計(jì)算機(jī)演示動(dòng)畫(huà)（如圖1）“一船橫越另一順航道船前方”，要求船員判斷兩船會(huì)遇時(shí)的避讓行動(dòng)是否正確，并說(shuō)出判斷的依據(jù)是什么。③有關(guān)號(hào)燈號(hào)型動(dòng)畫(huà)的場(chǎng)景設(shè)計(jì)（如圖1）：點(diǎn)擊電腦上的有關(guān)提示窗口，將顯示號(hào)燈與號(hào)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(hào)型，應(yīng)該判斷出是“限于吃水的船舶”。

3.3有關(guān)音頻與視頻實(shí)踐場(chǎng)景的設(shè)計(jì)

音頻：通過(guò)操作電腦屏幕上的按鍵圖標(biāo)傾聽(tīng)“汽笛”，如”五聲短而急、一長(zhǎng)一短一長(zhǎng)一短聲、一長(zhǎng)聲、三短聲”，按先后順序作出判斷，答案分別是“懷疑與警告你的意圖和行動(dòng)、同意你船追越我船、周圍船舶請(qǐng)注意、我船正在向后推進(jìn)”。[5]視頻：錄制典型地段視頻，主要用于對(duì)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(kāi)闊、兩山對(duì)峙的三峽庫(kù)區(qū)，船員通過(guò)觀看航段地貌，自然推導(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(chǎng)景視頻，用于培養(yǎng)船員的航路選擇和操船避讓技能。

4智能化船員培訓(xùn)效果檢測(cè)體系的創(chuàng)建構(gòu)想

（1）現(xiàn)行船員培訓(xùn)效果檢測(cè)體系的局限性現(xiàn)行體系主觀性較強(qiáng)，不同的教員對(duì)同一個(gè)船員的評(píng)價(jià)結(jié)果存在著差異，甚至差異很大。因此在對(duì)船員進(jìn)行培訓(xùn)效果檢測(cè)時(shí)，對(duì)船員的知識(shí)、技能和操作的掌握程度不能進(jìn)行全面和綜合的公正評(píng)判[6]（2）創(chuàng)建的技術(shù)路線首先改進(jìn)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)照，從而自動(dòng)記錄和評(píng)分。（3）創(chuàng)建航海智能化專家系統(tǒng)（標(biāo)準(zhǔn)答案）（1）創(chuàng)立航海領(lǐng)域的知識(shí)庫(kù)、創(chuàng)建能獲取并運(yùn)用該知識(shí)庫(kù)的機(jī)構(gòu)；構(gòu)建符合國(guó)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；（2）以評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)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)。（4）運(yùn)用智能化模糊綜合評(píng)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(lái)確定評(píng)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(píng)價(jià)值，從而建立表現(xiàn)與評(píng)價(jià)值之間的隸屬度函數(shù)綜合評(píng)價(jià)模型，進(jìn)而展開(kāi)計(jì)算，最后得出船員的培訓(xùn)成績(jī)。（5）智能化船員培訓(xùn)效果檢測(cè)體系設(shè)計(jì)：由圖2可見(jiàn)：綜合運(yùn)用航海智能化專家系統(tǒng)和智能化模糊綜合評(píng)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(kù)子系統(tǒng)）比較，運(yùn)用智能化模糊綜合評(píng)價(jià)技術(shù)得出船員培訓(xùn)效果的實(shí)際評(píng)分。（6）智能化培訓(xùn)評(píng)價(jià)體系典型案例剖析以考題“丹徒水道航路的確定”為例（如圖3），測(cè)評(píng)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)標(biāo)（黑?。⒂覀?cè)標(biāo)（紅?。?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。如果能把船位控制在靠黑浮一側(cè)200m寬的分道內(nèi)的最合適位置，以距黑浮100m處得滿分，99m處得99分，依次類推，0m處得0分。

5結(jié)論與展望

基于計(jì)算機(jī)仿真的船員培訓(xùn)新模式的特點(diǎn)是：建設(shè)周期短、針對(duì)性強(qiáng)、易于推廣、維護(hù)簡(jiǎn)便、多樣化、成本低等明顯優(yōu)勢(shì)，但問(wèn)題是，電腦熒屏在視景真實(shí)立體感上有所欠缺。因此，要想使船員培訓(xùn)具有最佳效果應(yīng)綜合運(yùn)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(shì)互補(bǔ)，從而確保船員培訓(xùn)的質(zhì)量和效率。