一种船舶航行安全评估系统技术方案

本发明专利技术公开了一种船舶航行安全评估系统，包括主框架、航线设计模块、船舶运动数学模型模块、船舶动态参数获取模块、评分模块和历史记录与回放模块。本发明专利技术采用计算机模拟仿真技术，开发了能提供与海上实际情况相似的船舶航行安全自动评估仿真系统。本发明专利技术可以进行不同船型、不同风流情况的设置，模拟海上航行的实际情况，从而增加评估的逼真性和丰富性；能够不受时间、水域的限制进行船舶航行操船评估；无论是单向航道还是双向航道，本发明专利技术实现了航行结束后的自动评估功能，避免的考官主观因素对评估结果的不利影响，减少了考官查看操船记录的工作量，还可以将外部其他航行数据导入到本发明专利技术进行评估，提高了评估的水平和质量。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶航行安全评估系统
本专利技术涉及船舶航行安全领域的一种船舶航行安全自动评估仿真系统。
技术介绍
水运是世界贸易交流的主要方式，随着世界经济的不断发展、各国间贸易往来的不断深入、交易量的不断增大，船舶正向大型化、专业化、智能化、高速化方向不断发展。考虑到大部分海上交通事故都是由人为因素引起，所以针对船员的培训考核显得尤为重要。在科学技术飞速发展的今天，计算机模拟仿真技术己经成为对许多复杂系统进行分析、设计、试验、评估的必不可少的手段，它是以数学理论为基础，以计算机和各种物理设施为设备工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验仿真研究的一门综合技术，主要有物理仿真、数字仿真和物理-数字混合仿真等方法。将计算机模拟仿真技术应用在船舶航行安全评估测试中，出现了船舶航行安全评估系统，但现有的船舶航行安全评估系统都是通过考官手动查看学员实操的记录情况进行评分，缺少一定的自动化程度，这样考官的工作量会很大，而且存在许多主观因素，将会导致考核结果不够客观和全面。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要设计一种可以提高考核的水平和质量、并减少考官的工作量以及避免主观因素对评估结果的影响的船舶航行安全评估系统，并能够实现对船舶进行不同的船型、不同吨级、不同主尺度船舶的通航安全评估考核。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种船舶航行安全评估系统，包括主框架、航线设计模块、船舶运动数学模型模块、船舶动态参数获取模块、评分模块和历史记录与回放模块；所述的主框架是采用VisualC++的MFC单文档程序，用于实现用户交互界面的显示，包括主显示区、信息显示面板、环境设置面板、本船设置面板、操舵设置面板和操船面板，所述的航线设计模块、船舶运动数学模型模块、船舶动态参数获取模块、评分模块和历史记录与回放模块采用动态链接库接口技术进行封装设计，实现与主框架的互通互联；所述的航线设计模块实现航线设计功能，所述的航线设计包括两种方法：一种是手动在海图上添加航路点，然后顺次连接各航路点来绘制航线；另一种是把航线数据以坐标点的形式存储在文本文件中，航线设计模块通过读取此文件直接在海图上绘制出航线；两种航线设计方法都具有以下功能：用户选择设计单向航道或者双向航道；用户用鼠标在海图上实时增加、修改、删除航路点来完善计划航线；用户在航线设计面板上命名航线，增加航线的起止港信息；用户在航路点列表查看航路点位置、相对距离、相对方位；用户存储多条航线，运行时实时编辑，并对每条航线进行设置是否在海图上显示、导航、编辑和删除操作；所述的船舶运动数学模型模块采用三自由度的MMG船舶运动数学模型，提供多条船舶的运动数学模型，包括不同船型、不同船舶吨级、不同设计船型尺度的船舶运动数学模型；并对本船设置外加干扰，所述的外加干扰包括风向、风速、流向和流速；这样以实现对不同船型、不同吨级、不同船舶设计尺度的船舶在不同外加干扰的情况下的通航安全评估，使对船员实操评估的内容更加全面，仿真结果具有较高的参考价值和可信度；所述的三自由度包括横荡运动、纵荡运动和首摇运动；所述的船型包括散货船、杂货船、集装箱船和油船，所述的船型尺度包括总长、型宽和吃水量；所述的船舶动态参数获取模块通过主框架中主视图类CShipAutoEvaluateView中的OnTimer定时器函数中对船舶运动进行解算，设置定时器的触发间隔，进而获得船舶动态参数数据，所述的参数包括船舶的航速、航向、转向角速度、横向速度、纵向速度和经纬度，还包括船舶偏航距，即船舶中心距计划航线的垂直距离，进而得到船舶最左侧距航道左边界的距离以及船舶最右侧距航道右边界的距离；通过偏航距离设置距边界的警告值、危险值、紧迫值进而得到船舶在整个航次超出这些值的次数和船舶超出航道边界的次数，为考评船员提供数据支持；所述的评分模块包括评分参数和评分规则的设定，所述的评分参数和评分规则的设定，则是根据实际经验数据与本次仿真得到的动态参数进行对比，再结合相关资料予以制定；所述的评分参数包括船舶最大超界值、最多超界次数、距航道边界紧迫值、距航道边界危险值和距航道边界警告值，所述的评分规则分两种，一种是单向航道的评分规则，另一种是双向航道的评分规则；E1、对于单向航道来说，考虑到现在大部分航道都是人工航道，而大部分人工航道又都是梯形航道，所以为了船舶通航安全，不允许船舶超出航道边界；所以仿真结束后，统计船舶超出航道次数、超出航道边界紧迫值次数、超出航道边界危险值次数和超出航道边界警告值次数；综合考虑航道、船型、船舶吨级、船舶尺度、航速和风流，并结合多位船长以及引航员的多年经验以及海港总体设计规范来设定相关参数值制定一套完整的评分标准，分4个等级，包括优秀、良好、及格和不及格；E2、对于双向航道来说，在不妨碍交通的情况下，允许船舶超出航道内侧边界，所以在仿真结束后，除了统计超出航道次数、超出航道边界紧迫值次数、超出航道边界危险值次数和超出航道边界警告值次数外，还要统计船舶的最大超界值和最多超界次数，评分标准分5个等级，包括优秀、良好、中等、及格和不及格；在仿真结束后自动根据预先设计好的评分标准输出本次操船的评分等级；所述的相关资料包括海港总体设计规范；所述的历史记录与回放模块包括历史记录菜单和航迹设置菜单，用于实现航行数据的记录与回放功能，所述的航行数据包括航迹、风流和操舵数据。所述的航迹设置菜单设置船舶航迹的显示方式，显示方式包括船型显示或航迹线显示，同时设置航迹显示的时间间隔以及船型的填充颜色。仿真结束后提示是否保存历史航迹，用来保存历史航迹和历史数据。所述的历史记录菜单具有加载历史记录和卸载历史记录功能，以曲线形式在主显示区海图上显示历史航迹线，同时加载保存到文本文件中的历史数据。同时加载历史航迹和历史数据，使用户更清晰的了解整个评估过程船舶的运动状态，也便于用户分析评估过程的发生的错误操作，及时发现并解决问题。与现有技术相比，本专利技术的优点和有益效果是：1、由于本专利技术采用计算机模拟仿真技术，开发了能提供与海上实际情况相似的一种船舶航行安全自动评估系统。本专利技术可以进行不同船型、不同风流情况的设置，模拟海上航行的实际情况，从而增加评估的逼真性和丰富性；能够不受时间、水域的限制进行船舶航行操船评估；无论是单向航道还是双向航道，本专利技术实现了航行结束后的自动评估功能，避免的考官主观因素对评估结果的不利影响，减少了考官查看操船记录的工作量，还可以将外部其他航行数据导入到本专利技术进行评估，并且评分规则可以自行按需设置，提高了评估的水平和质量。2、由于本专利技术采用功能模块化设计，各个模块分工明确，维护方便且容易拓展。本专利技术操作简单，但功能强大，提供了强大的航线设计功能，可存储管理大量航线；可以对被监控的航线进行实时编辑；可设置超现实仿真比例时间，进行快速的培训考核评估；可进行历史航迹和数据的记录与回放，便于监控整个评估过程。附图说明本专利技术共有附图7张，其中：图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的操作流程图。图3是本专利技术的默认用户界面。图4是本专利技术的航线设计面板界面。图5是本专利技术的评分参数设置界面。图6是本专利技术的评估结果显示界面。图7是本专利技术的航迹设置界面。图中：1、主框架，2、航线设计模块，3、船舶运动数学模型模块，4、船舶动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶航行安全评估系统，其特征在于：包括主框架(1)、航线设计模块(2)、船舶运动数学模型模块(3)、船舶动态参数获取模块(4)、评分模块(5)和历史记录与回放模块(6)；所述的主框架(1)是采用Visual C++的MFC单文档程序，用于实现用户交互界面的显示，包括主显示区、信息显示面板、环境设置面板、本船设置面板、操舵设置面板和操船面板，所述的航线设计模块(2)、船舶运动数学模型模块(3)、船舶动态参数获取模块(4)、评分模块(5)和历史记录与回放模块(6)采用动态链接库接口技术进行封装设计，实现与主框架(1)的互通互联；所述的航线设计模块(2)实现航线设计功能，所述的航线设计包括两种方法：一种是手动在海图上添加航路点，然后顺次连接各航路点来绘制航线；另一种是把航线数据以坐标点的形式存储在文本文件中，航线设计模块(2)通过读取此文件直接在海图上绘制出航线；两种航线设计方法都具有以下功能：用户选择设计单向航道或者双向航道；用户用鼠标在海图上实时增加、修改、删除航路点来完善计划航线；用户在航线设计面板上命名航线，增加航线的起止港信息；用户在航路点列表查看航路点位置、相对距离、相对方位；用户存储多条航线，运行时实时编辑，并对每条航线进行设置是否在海图上显示、导航、编辑和删除操作；所述的船舶运动数学模型模块(3)采用三自由度的MMG船舶运动数学模型，提供多条船舶的运动数学模型，包括不同船型、不同船舶吨级、不同设计船型尺度的船舶运动数学模型；并对本船设置外加干扰，所述的外加干扰包括风向、风速、流向和流速；这样以实现对不同船型、不同吨级、不同船舶设计尺度的船舶在不同外加干扰的情况下的通航安全评估，使对船员实操评估的内容更加全面，仿真结果具有较高的参考价值和可信度；所述的三自由度包括横荡运动、纵荡运动和首摇运动；所述的船型包括散货船、杂货船、集装箱船和油船，所述的船型尺度包括总长、型宽和吃水量；所述的船舶动态参数获取模块(4)通过主框架(1)中主视图类CShipAutoEvaluateView中的OnTimer定时器函数中对船舶运动进行解算，设置定时器的触发间隔，进而获得船舶动态参数数据，所述的参数包括船舶的航速、航向、转向角速度、横向速度、纵向速度和经纬度，还包括船舶偏航距，即船舶中心距计划航线的垂直距离，进而得到船舶最左侧距航道左边界的距离以及船舶最右侧距航道右边界的距离；通过偏航距离设置距边界的警告值、危险值、紧迫值进而得到船舶在整个航次超出这些值的次数和船舶超出航道边界的次数，为考评船员提供数据支持；所述的评分模块(5)包括评分参数和评分规则的设定，所述的评分参数和评分规则的设定，则是根据实际经验数据与本次仿真得到的动态参数进行对比，再结合相关资料予以制定；所述的评分参数包括船舶最大超界值、最多超界次数、距航道边界紧迫值、距航道边界危险值和距航道边界警告值，所述的评分规则分两种，一种是单向航道的评分规则，另一种是双向航道的评分规则；E1、对于单向航道来说，考虑到现在大部分航道都是人工航道，而大部分人工航道又都是梯形航道，所以为了船舶通航安全，不允许船舶超出航道边界；所以仿真结束后，统计船舶超出航道次数、超出航道边界紧迫值次数、超出航道边界危险值次数和超出航道边界警告值次数；综合考虑航道、船型、船舶吨级、船舶尺度、航速和风流，并结合多位船长以及引航员的多年经验以及海港总体设计规范来设定相关参数值制定一套完整的评分标准，分4个等级，包括优秀、良好、及格和不及格；E2、对于双向航道来说，在不妨碍交通的情况下，允许船舶超出航道内侧边界，所以在仿真结束后，除了统计超出航道次数、超出航道边界紧迫值次数、超出航道边界危险值次数和超出航道边界警告值次数外，还要统计船舶的最大超界值和最多超界次数，评分标准分5个等级，包括优秀、良好、中等、及格和不及格；在仿真结束后自动根据预先设计好的评分标准输出本次操船的评分等级；所述的相关资料包括海港总体设计规范；所述的历史记录与回放模块(6)包括历史记录菜单和航迹设置菜单，用于实现航行数据的记录与回放功能，所述的航行数据包括航迹、风流和操舵数据；所述的航迹设置菜单设置船舶航迹的显示方式，显示方式包括船型显示或航迹线显示，同时设置航迹显示的时间间隔以及船型的填充颜色；仿真结束后提示是否保存历史航迹，用来保存历史航迹和历史数据；所述的历史记录菜单具有加载历史记录和卸载历史记录功能，以曲线形式在主显示区海图上显示历史航迹线，同时加载保存到文本文件中的历史数据；同时加载历史航迹和历史数据，使用户更清晰的了解整个评估过程船舶的运动状态，也便于用户分析评估过程的发生的错误操作，及时发现并解决问题。...

【技术特征摘要】
1.一种船舶航行安全评估系统，其特征在于：包括主框架(1)、航线设计模块(2)、船舶运动数学模型模块(3)、船舶动态参数获取模块(4)、评分模块(5)和历史记录与回放模块(6)；所述的主框架(1)是采用VisualC++的MFC单文档程序，用于实现用户交互界面的显示，包括主显示区、信息显示面板、环境设置面板、本船设置面板、操舵设置面板和操船面板，所述的航线设计模块(2)、船舶运动数学模型模块(3)、船舶动态参数获取模块(4)、评分模块(5)和历史记录与回放模块(6)采用动态链接库接口技术进行封装设计，实现与主框架(1)的互通互联；所述的航线设计模块(2)实现航线设计功能，所述的航线设计包括两种方法：一种是手动在海图上添加航路点，然后顺次连接各航路点来绘制航线；另一种是把航线数据以坐标点的形式存储在文本文件中，航线设计模块(2)通过读取此文件直接在海图上绘制出航线；两种航线设计方法都具有以下功能：用户选择设计单向航道或者双向航道；用户用鼠标在海图上实时增加、修改、删除航路点来完善计划航线；用户在航线设计面板上命名航线，增加航线的起止港信息；用户在航路点列表查看航路点位置、相对距离、相对方位；用户存储多条航线，运行时实时编辑，并对每条航线进行设置是否在海图上显示、导航、编辑和删除操作；所述的船舶运动数学模型模块(3)采用三自由度的MMG船舶运动数学模型，提供多条船舶的运动数学模型，包括不同船型、不同船舶吨级、不同设计船型尺度的船舶运动数学模型；并对本船设置外加干扰，所述的外加干扰包括风向、风速、流向和流速；这样以实现对不同船型、不同吨级、不同船舶设计尺度的船舶在不同外加干扰的情况下的通航安全评估，使对船员实操评估的内容更加全面，仿真结果具有较高的参考价值和可信度；所述的三自由度包括横荡运动、纵荡运动和首摇运动；所述的船型包括散货船、杂货船、集装箱船和油船，所述的船型尺度包括总长、型宽和吃水量；所述的船舶动态参数获取模块(4)通过主框架(1)中主视图类CShipAutoEvaluateView中的OnTimer定时器函数中对船舶运动进行解算，设置定时器的触发间隔，进而获得船舶动态参数数据，所述的船舶动态参数包括船舶的航速、航向、转向角速度、横向速度、纵向速度和经纬度，还包括船舶偏航距，即船舶中心距计划航线的垂直距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁山，沈海青，刘洋，李荣辉，郭晨，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21