船舶操纵模拟器是以计算机技术为主，结合船舶水动力学等学科，给航海人员提供了一个逼真的船舶操纵、海上形势、实物图景的环境，可用于完成实船无法进行的各种海区、海况及天气条件下的模拟仿真操纵训练，它在提高和训练航海技术人员对各种海上环境的应变能力和各种不同类型事故的处理能力，对保证海上安全，防止人员伤亡，避免对海洋环境及财产造成危害和损失，特别是预防海难事故中由于人为因素导致的事故，起到积极的作用。

1. 船舶操纵模拟器架构

船舶操纵模拟器主要由硬件系统和软件系统二部分组成。

1. 硬件系统

船舶操纵模拟器一般拥有以下一些设备；装备全天候视景显示，即可显示白天与夜间以及各种能见度的视景；装备较为完整的驾驶台操作设备，可以更为直观地模拟和显示船舶在海上或港口的航行与操纵情况，具体有：

1.1 模拟驾驶台

模拟驾驶台由操舵控制台、雷达、舵角指示器、航速表、转速表、测深仪、计程仪以及风速风向仪等组成，操舵控制台是一个多功能控制台，除了有自动、随动、应急3种操舵方式外，还配备双车钟、单车钟、显示航行时各种数据的CRT和雾笛等功能键。训练人员使用模拟驾驶台可进行下列操作和控制：

（1）可进行车、舵操作。（包括手操舵、应急舵、自动舵切换。拟双车船等）；

（2）可显示有关航行信息。（包括舵角、主机转数、航向、航速、风流情况、水深等）；

（3）可显示有关船舶状态。（包括船舶吨位、压载状态、舵机数等）； 

（4）具备碰船、搁浅、撞岸等报警； 

（5）具备模拟雾笛功能。（包括手动与自动雾笛）。

1.2 教练员监控站

作为系统的控制中心，配有包括教练员控制台、本船雷达监视系统、VHF通讯系统、模拟驾驶台的监控系统以及航迹记录仪和打印机等设备。并通过图形、对话框菜单等简便的操作，为教练员提供友好的界面，通过这种界面，教练员可以方便地进行以下工作；

（1）制作、编辑各种练习，其中包括；

1）选择练习类型、练习课目、海区以及海图号；

2）选择本船的船舶类型、名称和装载状态；

3）设置目标船，包括选择目标船类型、名称、目标船速度、转向点位置以及转向点的删除，添加和更改；

4）设置航行环境，如风、流、潮汐、时间以及能见度等。

（2）控制系统的运行，对各本船进行监视。这一功能中还包括暂停与恢复，以便教练员根据需要进行讲解。

（3）设置本船故障。

（4）航行环境的实时控制。

（5）目标船号灯、号型的实时控制。

（6）雷达回波的控制。

（7）人员落水的控制。

（8）主本船拖轮的操作，

（9）各本船训练过程的事后重演和打印功能。

（10）与各本船间的通信（用VHF）。

（11）记录和打印模拟结果，模拟结果以图形（海图轮+本船航迹+目标船航迹）和数字（船位及各种操船数据）形式给出，以便对受训者作出评估。

2. 软件系统

软件系统是船舶操纵模拟器的关键所在，为满足训练要求，系统建立符合实际船舶特性的模型、雷达、视景、电子海图等航海情景，具体有；

（1）船舶模型和航行控制通过微分方程数学模型技术来建立各种不同类型的船舶模型。通过船舶水动力学计算来模拟船舶航行状态。

（2）以电子海图为背景的操作水域

一般均采用实用的、已符合IMO A.817（19）及有关附录的电子海图系统ECDIS为基础，装载一定操作水域的电子海图上，在电子海图上把船舶的运动状态以二维图形（俯视图）的方式标绘出来，可直观地显示出船舶的几何位置、船舶的航向、航速以及其他一些操船信息（如拖轮、锚、缆等）。

（3）雷达/ARPA图像的生成

雷达/ARPA图像生成系统中，有训练区域的雷达图像及ARPA信息。雷达图像主要包括；岸线回波、固定物标回波和运动目标回波。此外，雷达图像的生成中，还包括雷达假回波、雷达同频干扰、异常大气条件对雷达的影响以及对雷达性能参数的模拟、雷达最小探测距离的模拟等。

（4）声响系统

为了创造与实船更为接近的航行环境和氛围。系统一般均采用多媒体技术生成和控制驾驶台有关声响。可模拟进车、倒车各种不同车速下的音响，本船与他船雾笛和操纵警告信号，抛、绞锚以及船舶碰撞声响等。

（5）采用0penGL图形标准的CGI三维视景生成技术

一般均以Windows NT作为系统开发平台，采用Visual C++作为基本开发环境，视景生成采用Visual C++现已提供的0penGl三维图形标准以及相应的三维图形库，目前市场上已有几种对0penGL三维图形标准加速的高性能三维图形板，这些都为开发以微机为基础的航海模拟器三维视景提供了便利。

（6）考试及评估系统

考试及评估系统包括考试与评估项目设置、训练过程实时回放、船舶操纵过程记录、考核评分等功能。

2. 船舶操纵模拟器的主要功能

通过船舶操纵模拟器的训练，可提高学员熟悉真实的能力和培训效率，避免在海上发生由于误操作造成损害实船设备的事件，船舶操纵模拟器训练具体应用主要有，但不限制于这些：

2.1 航海雷达与ARPA训练

2.1.1 雷达的基本操作内容

（1）开启雷达前的检查；

（2）正确开机；

（3）航向和航速的输入；

（4）雷达图像的调整；

（5）抗干扰电路的使用；

（6）测距；

（7）测向；

（8）显示方式的选择及各显示方式的特点；

（9）量程的转换；

（10）正确关机。

2.1.2 雷达标绘与避碰

（1）在雷达上作雷达运动图

（2）求取目标船的真航向、真航速、DCPA和TCPA；

（3）重点船的选择；

（4）避让措施及恢复时机；

（5）求取所有目标船新的DCPA；

（6）避让措施的实施。

2.1.3 雷达定位与导航

（1）定位目标的选择及识别；

（2）测量；

（3）海图作业；

（4）方位避险线的应用；

（5）距离避险线的应用；

（7）分道通航带的穿越。

2.1.4  ARPA使用

（1）罗经、计程仪数据的输入；

（2）MINCPA、MINDCPA的设定；

（3）量程及显示方式的选择；

（4）手动录取方法及原则；

（5）目标数据的读取；

（6）其它符号的含义；

（7）历史航迹；

（8）设置警戒圈及了解其用途；

（9）自动录取及了解其局限性；

（10）试操船及验证避让效果

（11）其他辅助功能的使用；

（12）各种不同类型型号ARPA的差异；

2.2 船舶值班与避碰

（1）对模拟的本船进行船舶操纵训练；

（2）广阔水域船舶间的避让；

（3）狭水道、受限水域、分道通航区域的航行；

（4）开航前的准备；

（5）船舶之间及与主教练台之间甚高频通讯的训练；

（6）本船驾驶台的值班和管理与交班程序训练；

（7）模拟器训练中船员素质培养；

（8）航海仪器的正确使用；

（9）紧迫局面下的紧急避让。

2.3 操纵训练

（1）模拟本船进行船舶操纵性能的测试，了解车、舵、锚、缆、风、流和水深对船舶运动的综合影响；

（2）靠离码头及港口内操纵。

2.4 航线设计及导航训练

（1）航线设计；

（2）在电子海图各种功能基础上进行航行定位、航迹绘算等训练。

2.5 搜救训练

搜救训练是模拟器具有很强优势的培训项目，一般从两个方面进行，一个是雷达搜救应答器信号的发现及相应的操纵,另一个是对给定最后船位和风流条件的遇难单元设计正确的搜救方案，采取正确操纵方法接近遇难船。

船舶操纵模拟器在船舶操纵技能训练中能更好的提高船舶驾驶实践技能，节约教学成本，降低船舶操纵带来的危险因素，缩短培训时间。

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