航海模拟器方案、船舶模拟器方案、

 内河模拟器操作方案、  航海模拟器船舶操纵模拟系统建设方案

一、系统概况

该船舶操纵模拟系统由一个五通道主本船以及一个教员控制台组成。主本船包含一个模拟驾驶室，内设五个硬件台位，从左到右依次是模拟监控台、驾控台、自动舵台、电子海图台、雷达台，采用五个投影仪进行无缝拼接，水平视场角约170度。监控台具有视景漫游功能，以便用于显示船舶前后左右的视景，训练时不仅可以进行视景监控和漫游，也可以进行方位测量和定位训练。

二、主要功能

该模拟系统可完成船舶航行操纵、系泊操纵、避碰操纵和相关职手的技能训练。通过训练可熟练掌握操纵流程和技巧，提高对应急事态的指挥处置能力。

1．航行操纵训练功能

完成船舶操纵训练所要求的训练内容。包括：

?    靠离码头操纵；

?    系离浮筒操纵；

?    按锚位抛锚操纵；

?    营救落水者操纵；

?    进出港航行操纵;

?    昼、夜间航行操纵;

?    各种风、流条件下的船舶操纵；

?    急流及狭窄航道操纵；

?    多种天气（雾、雷、雨、雪）情况和不同能见度下的航行操纵。

2．避碰操纵训练功能

?    多船舶在同一航段相遇时视距良好情况下的可视避碰操纵训练；

?    多船舶在同一航段相遇时视距不良情况下的雷达避碰操纵训练。

3．其它特殊训练功能

?    目力观察和雷达技术观察训练；

?    船舶各种情况下的号灯、号型操作训练；

?    导航雷达和标绘操纵训练。

三、主要组成及技术指标

（一）主要软件构成

“船舶操纵模拟系统”的主要软件构成包括：

1．船舶航行控制仿真；

2．急流、狭水道、进出船闸等特殊操纵控制仿真；

3．虚拟视景仿真；

4．导航雷达仿真；

5．教员控制与公共技术支撑平台。

（二）主要硬件构成

该船舶操纵模拟系统由一个五通道主本船以及一个教员控制台组成。

1． 主本船主要包括：

?    模拟驾驶室： 按照委托方的船舶驾驶室仿真； 

?    从左到右依次是模拟监控台、驾控台、自动舵台、电子海图台、模拟雷达台共5个台位；

?    模拟雷达台用于模拟委托方的导航雷达，详细技术参数见模拟雷达技术参数；

?    监控台用于进行视景漫游，实现望远镜功能，视景可以前后左右切换；

?    电子海图台显示训练海区的电子海图及态势；

?    操纵台面板上装有仿真的操舵装置、手柄及按键式车钟、罗经(软模拟)、仪表及数码显示;

?    采用五个投影仪进行无缝拼接，水平视场角约180度。

 

图1 船舶操纵模拟系统主本船操纵室参考图

2．教员控制台主要构成  

?    教控计算机：用于设置训练科目及训练环境，显示整体态势；

?    视景复示：19英寸显示器2台+1个多通道视频切换器；

?    无线通信VHF一台（半实物仿真）；

图2 船舶操纵模拟系统教员控制台参考图

（三）主要技术指标

主要技术指标包括：视景系统指标、视景内容、视景效果、教员控制台和运动模型部分指标、模拟雷达技术指标、电子海图技术指标、成绩评判部分技术指标、硬件控制部分技术指标、声效部分技术指标。

1. 视景系统指标

?    视景中的景物具有丰富的纹理；采用光照与明暗处理；      2x2的硬件反走样；       MIPMAP纹理细节处理； 层次细节模型(LOD)； 颜色:32位彩色；显示2.5万个三角面时，图像更新速率大于25帧／秒；五通道几何校正，无缝拼接。

2. 视景内容

?    天气变化：晴、雨、雪、闪电、雷暴；

?    海面：真三维运动纹理水面，波浪的波高、周期和方向与风力、风向相关，波浪的要素根据波谱计算得到。

?    地貌：基于真实港口的地形地貌的真三维模型，加上真实的纹理，逼真度高；

?    海域仿真：委托方的海域或航道；

?    码头：包括码头上的建筑物、起重机、缆桩等；

?    助航标志、灯光：能见距离、闪烁规律严格按有关规则确定；

?    岸上典型建筑物：全部采用真实的白天/夜晚纹理映射；

?    目标船首浪、尾浪，首浪、尾浪与目标船运动速度、航向相关，并随运动海面波动，随时间逐渐消失；

?    目标船号灯、号型的实时显示：夜间航行时，所有船舶航行灯的能见距离、光弧范围严格按有关规则显示；

?    可根据需要显示如下号灯：

?    航行灯：前、后桅灯，左、右舷灯，尾灯

?    前锚灯、后锚灯

?    环照灯：三个白灯、三个红灯

?    本船船首：船首采用三维模型制作，能体现本船的纵摇、横摇以及随运动波浪的运动，本船船头的摇摆运动与波浪运动相关；

?    本船船首浪花：船首浪花与船舶运动速度、航向相对应，并随波浪运动；

?    白天、夜晚、晨昏朦影时的视景，可按太阳运动24小时连续自动变化；

?    雾景，按能见度不良时的能见距离等级设定；

?    日落、日出及太阳光晕等效果；

?    模拟四根（根，后二根）的带缆和解缆。

3. 视景效果

?    具有水面效果、它船航行效果、风浪效果、昼夜和雾中效果、气象变化效果；

?    能见度可从100链——0链的设定完成不同能见度条件下的操纵；

?    风流360度方向设定，12级的风速、流速设定，各种海况的设定，完成各种风、流、海况下的船艇操纵；

?    天气可任意变化，完成多种天气（雷、雨、雪）情况下的船艇操纵；

?    和训练有关的目标设定，目标船的批数为90批。包括：杂货船、散货船、集装箱船、油船、客船、渔船、落水者、左、右侧标、快艇等。

4. 教员控制台和运动模型部分指标

?    教员控制台能进行训练海（江河）区、训练环境的设定；本船和目标船初始位置、航向、速度的设置。初始位置可采用鼠标在电子海图上直接拖动的方法设置；

?    教员控制台能进行设定操纵训练科目、航行训练科目、特殊条件下的操纵训练科目等；

?    设置完的练习后或打开练习后，即可进行练习训练，训练中，教练员可进行“暂停”、“继续”或“停止” 进行讲评；

?    教员控制台能进行设置100批目标。并可设置目标船速度、转向点位置以及转向点的、添加和更改，设置目标船雾号、号型。目标船的转向点个数不限。同时任意改变目标船的航行状态；

?    运动模型仿真委托方的内河船舶运动模型；

?    运动模型具有风、流、锚、缆、车、舵、碰撞的综合效果。旋回圈直径、冲程与实船测试（或经验估算）结果比较，相对误差在10％以内。运动参数和实测数据方向误差在0.2度以内，速度误差小于0.2节；

?    教员控制台具有成绩评判和过程记录的功能；

?    教员控制台具有全程监控和故障设定等功能；

?    教员控制台综合显示如下信息：风向、风速、水深、航向、船速、距离、流向，流速和故障报警（舵故障、车故障、罗经故障、雷达故障）。

5. 模拟雷达技术指标

采用软模拟仿真实现并具有以下功能：

?    模拟海区和三维视景匹配；

?    岸线、固定助航标志、SART等；

?    目标船回波，回波的形状与目标船大小、距离、相对方位有关；

?    雨雪杂波及海杂波应符合实际情况；

?    假回波：间接回波，多次反射，旁辩假回波，二次扫描，雷达同频干扰，目标间的遮挡，接收机噪声；

?    盲区，短量程时船首对雷达图像的影响；

?    显示方式：首向上，北向上，航向向上，真运动及相对运动显示，X - 波段 / S - 波段切换；

?    长脉冲、短脉冲、超折射、次折射；

?    固定距标圈、活动距标圈、偏心显示；

?    电子方位线：两条，其中一条起点可移动；

?    自动录取、手动录取，跟踪目标至少20个，0.3 -32海里；

?    距离档：0.5，1.5，3，6，12，24，48海里；

?    速度矢量：真运动矢量与相对运动矢量可切换，矢量时间长度可调，1 分钟内显示出目标运动趋势，3分钟内显示出目标预测运动；

?    目标船数据显示：目标船编号，距离，方位，CPA，TCPA，真航向，真速度（可显示相对航向、相对速度）；

?    CPA、TCPA可根据需要合理设置；

?    报警：碰撞危险、目标丢失、目标侵入、目标航速变化、走锚、操作错误等，报警形式有声、光、符号与文字；

?    历史航迹显示：对每个被跟踪目标最多可显示5个历史点迹，每个历史点迹所用的点间隔以1分钟为增量，最多可达12分钟；

?    警戒圈设置：由操作员设定一个警戒圈。当目标进人警戒圈时，目标闪亮，并有音响报警，警戒圈为圆弧或整圆，由操作人员设定；

?    雷达和三维视景匹配。

6. 电子海图技术指标

?    海图具有无级放大和缩小、区域放大、自动漫游、分层显示等功能，可进行海图的编辑、改正。以ECDIS为背景的船舶动态显示，能够任意移动、放大、改变海图。

?    自动标注舰位，测定方位、距离；

?    在电子海图中能够制定定点抛锚方案，能够进行成绩评判；

?    小比例海图需要委托方提供相应数据；

?    电子海图和三维视景匹配。

7. 成绩评判部分技术指标

?    可同时记录100个受训人员的训练过程和成绩，任意设定重放对象；

?    利用记录的数据，模拟系统运行结束后，教练员可根据需要随时动态重演各本船训练过程，本船和目标船的各种动态参数实时计算并显示。

?    模拟系统以图形方式实时给出各本船训练过程的相关数据，以便教练员对学员的训练进行评估；

?    评判以委托方提供的考核大纲为蓝本，重点考虑时间，用车舵次数、误差和安全指数等。

8. 主本船硬件控制部分技术指标

主本船具有一个与实船相似的操纵台以及180度的宽视场角视景系统，操纵室内至少具有如下显示和控制：

?    舵角指示       航速显示?    随动舵操作控制   自动舵控制单元   分罗经指示器      应急舵手柄       航向指示       操车设备双车钟及车钟控制板   主机转速指示      集控及驾控转换?    声号控制       自动雾号类型选择      手动雾号按钮      锚操作面板   缆操作面板：本船缆选择共4根，包括：首缆（2根），尾缆（2根）      可在电子海图上选择码头上的缆桩位置      VHF（半实物仿真）? 仿真罗经（软模拟）

9. 声效部分技术指标

包括：机舱噪音、海浪声响、本船的汽笛、车钟、抛锚、起锚、绞缆、断缆等声音、它船汽笛、碰撞声响

10.仿真控制部分

按要求制作一个5*5平方公里的三维海区模型和的一艘船舶运动模型。