全天候智能型航海模拟器的关键技术研究

After decades of development, navigation simulator which had made considerable progress has been widely applied to maritime education and training, as well as to engineering demonstration and science research in the related fields. After deeply analyzing the deficiencies of the existing navigation simulator in the long-term research and teaching practice, we put forward the concept of "round-the-clock intelligent navigation simulator" by making a breakthrough on the simulation technique of round-the-clock navigational environment at sea, highly matching technique between the ship's motion and wave movement in the visual scene system, description technique of voyage script model, intelligent evaluation technique based on working process, and other key techniques. It is a new idea that a continuous voyage from one port to another (intercontinental) around the clock will be achieved on the navigation simulator. In this way, trainees deemed as navigators can take turns on duty continuously on the navigation simulator and they would encounter various scenarios which they may meet with in their real seafaring career during his watch on board, thus, the effect of the practice at sea will be achieved. The research achievement of this project will not only change the current maritime training modes of navigational trainees, but also offer a solution to the conflict that there are not enough real training ships for the practice of the college students at school. As a result, it will see a great application in the future maritime training.

航海模拟器经过数十年的发展，取得了长足的进步，已被广泛应用于航海教育和培训以及相关领域工程论证和科学研究中。项目组在长期研发和教学实践中，深入分析了现有航海模拟器的不足，提出了“全天候智能型航海模拟器”的概念，通过突破全天候海上航行环境的仿真技术、船舶摇荡与视景波浪运动的匹配技术、航次剧本模型的描述技术、基于工作过程的智能评估技术等关键技术，使航海模拟器能够实现从一个港口到另一港口（跨洲际）的长时间连续航行，完成模拟实船的港到港航次任务，让学员可以模拟船舶驾驶员角色在航海模拟器上进行连续的轮流值班，并在航行值班过程中遭遇其航海职业生涯中可能遇到的各种情景，达到海上航行实习的效果。本项目的研究成果不仅可以改变航海类学员的训练模式，还可以解决多数航海院校没有实习船用于学生海上航行实习的困难，具有很好的应用前景。

航海模拟器是一种复杂的专业教学训练设备，是船员、船舶和航行环境动态交互的综合仿真平台，经过数十年的发展，取得了长足的进步，已被广泛应用于航海教育和培训以及相关领域工程论证和科学研究中。.项目组在长期研发和教学实践中，深入分析了传统航海模拟器的不足，提出了“全天候智能型航海模拟器”的概念，研究了以下几个方面的关键技术：.（一）研究了全天候海上航行环境的仿真技术，提出应用反距离加权（IDW）插值算法进行气象、水文要素的异构融合建库，生成统一的气象、水文要素矢量分布图，解决仿真场景中自然天气和海况与仿真当时当地的气压场形势的关联问题。.（二）采用船体网格化的方法，研究了船舶摇荡与视景波浪运动的匹配技术，将船舶运动与波浪完全地吻合起来。.（三）研究了航次剧本模型的描述技术，将航次剧本分解为多个计算实体Agent，然后将其组合为多Agent 系统，通过多Agent的联合或群集动态模拟复杂系统的非线性交互、并发行为及协作、自组织的真实情景，解决仿真过程中的水文气象、船舶交通流、应急事故等仿真要素的自动生成和演化问题。.（四）运用基于工作过程的方法将适任评估项目设计成上船接任、船舶在港、海上航行、离船交班四个具体工作任务，采取综合评估的模式，借助人工智能方法解决学员训练过程的智能评估问题。.通过本项目的研究，使航海模拟器能够实现从一个港口到另一港口（跨洲际）的长时间连续航行，完成模拟实船的港到港航次任务，让学员可以模拟船舶驾驶员角色在航海模拟器上进行连续的轮流值班，并在航行值班过程中遭遇其航海职业生涯中可能遇到的各种情景，达到海上航行实习的效果。.本项目的研究成果不仅可以改变航海类学员的训练模式，还可以解决多数航海院校没有实习船用于学生海上航行实习的困难，具有很好的应用前景。截止目前，利用项目成果已经累计向60个用户单位销售安装了船舶操纵模拟器76套，ECDIS模拟器567套、雷达模拟器12套、游艇模拟器40套、操舵仪模拟器37套、渔船模拟器5套、GMDSS模拟器5套以及配套的教材和教学模式，推广直接经济产值7500.5万元。已经累计使用推广的模拟器培训各类学员36612人，经济产值15761.68万元。合计创造了经济产值23262.18万元。