船舶操縱模擬器系統(tǒng)是以計算機技術(shù)為主,結(jié)合船舶水動力學(xué)等學(xué)科,模擬各種海區(qū)和海況、各種類型船舶及其控制系統(tǒng),達到模擬仿真訓(xùn)練的目的。目前,船舶操縱模擬器系統(tǒng)在航海教學(xué)和船員培訓(xùn)方面不僅得到了國際航運界的普遍認同,而且也受到了國際海事組織(IMO)的高度重視。為此,隨著船舶操縱模擬器的不斷發(fā)展和成熟,在STCW78/95公約中IMO多次強調(diào)了航海模擬器的作用,并就其在航海訓(xùn)練中的應(yīng)用做出了明確的強制性與建議性規(guī)定。
根據(jù)統(tǒng)計,海上交通事故中約有80%是由人為因素引起的,因此,如何減少人為因素的影響是我們急需解決的問題,船舶操縱模擬器系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用正是為了解決這個問題而提出的。船舶操縱模擬器在航海教學(xué)和船員培訓(xùn)方面,船舶操縱模擬器的使用比實船的訓(xùn)練具有訓(xùn)練效率高、消耗費用少、訓(xùn)練過程安全性好等特點,可進行實船無法進行的危險局面的訓(xùn)練,它在提高和訓(xùn)練航海技術(shù)人員對各種海上環(huán)境的應(yīng)變能力和各種不同類型事故的處理能力,對保證海上安全,防止人員傷亡,避免對海洋環(huán)境及財產(chǎn)造成危害和損失,特別是預(yù)防海難事故中由于人為因素導(dǎo)致的事故,起到積極的作用。其主要的系統(tǒng)用途是可用于航海教學(xué)、在職船員培訓(xùn)、VTS操作員培訓(xùn)以及航運安全管理人員培訓(xùn)等。
根據(jù)STCW78/95公約和我國海事局《海船船員適任考試和評估大綱》對強制性和非強制性模擬器訓(xùn)練的要求,針對目前國內(nèi)船舶操縱模擬器在航海教學(xué)和培訓(xùn)應(yīng)用方面進行了深入研究,考察了國內(nèi)航海科研機構(gòu)和航運院校對該系統(tǒng)的研制和使用的情況,特別是了解了各航運院校關(guān)于船舶操縱模擬器在航海教學(xué)和船員培訓(xùn)方面的應(yīng)用情況,同時也發(fā)現(xiàn)了一些問題,如模擬訓(xùn)練不夠真實化、規(guī)范化,缺乏一定的實用性,教學(xué)培訓(xùn)質(zhì)量受到不同程度的影響。因此,不斷加強對船舶操縱模擬器在航海教學(xué)和船員培訓(xùn)方面的應(yīng)用研究,能使船舶操縱模擬器訓(xùn)練更合理、更真實、更規(guī)范。本文對船舶操縱模擬器在“船舶駕駛專業(yè)學(xué)生教學(xué)培訓(xùn)”中的應(yīng)用以及船舶操縱模擬器在“海員大型船舶操縱特殊培訓(xùn)”中的應(yīng)用進行了進一步的研究,提出了自己的一些想法和嘗試,并提出了船舶操縱模擬器在“船舶駕駛專業(yè)學(xué)生航行實習(xí)”中應(yīng)用的設(shè)想和建議,從而能更好地發(fā)揮船舶操縱模擬器的作用。最后針對船舶操縱模擬器訓(xùn)練項目的考試和評估提出了評估系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)想。
航海模擬器用船舶六自由度運動數(shù)學(xué)模型的建立方法
船舶運動數(shù)學(xué)模型是船舶運動仿真與控制問題的核心。航海模擬系統(tǒng)是人-機交互的實時仿真系統(tǒng)。在航海模擬系統(tǒng)中,系統(tǒng)為每一個仿真對象——"本船"建立六自由度船舶運動數(shù)學(xué)模型,系統(tǒng)運行時,由模型解算程序根據(jù)每條船的特性數(shù)據(jù)、航行環(huán)境以及操船指令計算采樣時刻本船的運動參數(shù),然后將本船的運動參數(shù)提供給系統(tǒng)的其他模塊,比如:視景系統(tǒng)、駕駛臺儀器儀表顯示以及雷達顯示模塊等。
本發(fā)明的技術(shù)方案為:通過操作與實船控制設(shè)備外形、功能一致的硬件操作設(shè)備 (車鐘、舵、拖輪、纜繩等)和設(shè)置環(huán)境信息(風(fēng)、浪、流),將其產(chǎn)生的信號傳輸給船舶運動 數(shù)學(xué)模型,并對微分方程進行求解,實時獲得船舶六自由度運動的響應(yīng),實現(xiàn)航海模擬器中 人在回路中的交互,在大地坐標(biāo)系和隨船運動坐標(biāo)系下,采用匪G分離建模的思想建立船 舶六自由度運動方程,將不規(guī)則波看成是有限個規(guī)則波疊加的線性理論,并將船體近似為 箱型船,計算得到不規(guī)則波中裸船體的波浪力(力矩),將其作為船體受到的外力,疊加到船舶六自由度運動方程的右側(cè),然后采用四階龍格_庫塔數(shù)值積分的算法進行微分方程組 的求解,得到船舶在不規(guī)則波中六自由度運動的響應(yīng)。