大型船舶操纵模拟器需求分析书

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大型船舶操纵模拟器技术需求书

一、设备总体要求

1、大型船舶操纵模拟器包括:

1）教练员控制站1套；

2）主本船及视景系统1套；

3）副本船及视景系统2套；

提供系统的总体框架（包括应急备用系统），主要硬件设备的型号、性能指标和

备品清单。

2、模拟器中的各本船功能完备

可完整地模拟船舶驾驶台操作环境，具有较高的仿真精度，可用于包括在受限水域进行

高级操纵和引航训练。

可以进行STCW78/95公约所规定的模拟器培训和适任评估。模拟器的性能指标满足挪

威船级社（DNV ）有关大型船舶操纵模拟器的性能标准和其他国际公认的模拟器标准，满足国家海事局关于“大型船舶操纵模拟器”、“驾驶台资源管理”、“雷达/ARPA模拟器”培训大纲的训练要求。

模拟器应采用当今先进的技术手段和方法，具有一定的先进性和前瞻性。

二、主本船的技术要求

主本船具有一个与实船驾驶台相似的环境，拥有一套完整的仪器设备面板，设备功能和

操作性能可达到实际硬件设备所能完成的功能。主本船具有5个通道，水平视场角应达到180°、垂直视场角不小于25°的大屏幕柱幕投影视景系统，每个视景通道的分辨率至少为1024×768，采用几何校正和边缘融合软件校正技术，做到视景真正无缝拼接和高亮度显示，为操作人员提供最接近真实的景象，并提供望远镜及漫游通道，可用于漫游观测和望远镜观测周围360°范围的视景。

主本船的功能要求如下：

1、电子海图显示系统

电子海图显示系统应符合有关ECDIS 性能标准的要求。应具有无级放大和缩小、区域放

大、自动漫游、分层显示，白天、黑夜、晨昏和朦胧显示；应具有海图要素拾取、航线设计，

可进行海图编辑、改正。提供可覆盖中国沿海港口、主要水道及世界常用海域（至少应包括马六甲海峡、新加坡水域、英吉利海峡等）海图。

2、以ECDIS 为背景的船舶动态显示

在ECDIS 上可动态显示本船、目标船及拖轮的船位。其大小随船舶吨位大小变化。本船靠离码头时缆绳的受力情况。

3、船舶运动数学模型

船舶运动数学模型至少 10个类型。

每种类型中应包括不同吨位与载况的模型。船舶运动数学模型中包括影响本船运动的各种效应（车、舵、锚、缆、风、流、拖轮、岸壁效应、船间效应、浅水效应等），附有精度说明及测试结果。 根据车、舵、锚、缆、拖轮的操作，航行环境信息（风、流、潮汐等），实时解算本船的运动参数（船位、航向、速度、航向变化率、加速度等）。

4、舵控制

具有可进行选择的随动舵、自动舵、应急舵。

命令舵角、实际舵角、船舶转头速率、三面舵角指示器、航向的动态显示。

陀螺分罗经指示器动态变化。

提供自动舵控制、操作单元以及应急舵控制手柄。

5、车钟控制

根据船舶模型本身的推进器套数，可使用单车或双车控制。

主机转速、空气启动压力动态变化。

6、可变螺距调节

对采用可调螺距桨的船模，可进行螺距调节，螺距指示动态显示。

7、船舶艏、艉侧推控制

对有艏、艉侧推的船舶，可进行艏、艉侧推的控制，并实时显示螺距比。

8、本船缆的控制

根据船舶的大小，可同时进行多达20根缆的带缆、解缆、绞缆操作，绞缆速度可调。在电子海图上可选择缆桩或浮筒的位置，可动态显示每根缆的长度和受力动态显示。

9、本船锚的控制

用锚操作面板进行左、右锚的操作（抛锚、绞锚、松放、刹停），并动态显示锚链的长度和张力。

10、本船拖轮的控制

通过VHF ，由教练员操作主本船的拖轮，能实时显示拖轮的图形动态和用力情况。可应教练员/驾驶员的要求，将拖轮操作在教练员站与主本船驾驶台间切换。

11、本船声号的控制

系统控制面板可控制各类号灯。

系统可控制如下特殊情况下的号型及声号：

本船锚泊、本船搁浅、本船失控、本船操纵能力受限、本船吃水受限。能见度不良时，可手动或自动鸣放雾号。并能手动鸣放船头铃声、船尾锣声。

12、视景漫游和望远镜功能

本船的驾驶台中设置单独的通道，用于视景的左右环视、仰视、俯视和自由漫游功能。该通道同时具有望远镜功能，可用望远镜左右环视、仰视、俯视或自由漫游整个视景，望远镜的放大倍数可调，并可进行多视点显示选择。

13、甲板灯控制

可控制多达4个本船的甲板灯。本船甲板灯的改变可随时反映在本船的视景系统和其他本船的视景系统中。

14、其他仪器的仿真

包括GPS 、测深仪、计程仪的仿真。用测深仪可设置富裕水深报警。AIS 船舶自动识别系统等。

15、船间、船内通信

通过VHF 可进行船间通信、船岸通信，通过船内电话可与教练员站进行船内各部门间的通信模拟。

16、船舶数据、环境数据的实时显示

在顶部仪表中可实时显示风向、风速、转向速率、左/右车钟主机转速、舵角指示、航速、水深、三面舵角指示和时间显示。

17、航行综合信息显示

综合信息：

真风向、真风速、相对风向、相对风速;

水深、龙骨下水深；

设定航向、罗经航向；

转向速率；

时间、模拟训练时间；

船速（LOG ，GPS ）、纵向船速、横向船速；

离岸距离（前）、离岸距离（后）；

GPS 船位；

流向，流速。

本船基本参数：

船型、排水量、船长、船宽、吃水、装载状态、自动舵参数设置。

故障报警：

主机故障、主机转速表故障；

操舵故障、自动舵故障、舵损坏；

罗经故障、雷达故障、计程仪故障、GPS 故障；

风速指示仪故障、风向指示仪故障、航速表故障、舵角指示表故障。

船舶报警：

碰撞、擦浅、搁浅、走锚等。

18、雷达/ARPA

雷达/ARPA模拟子系统性能应符合STCW78/95公约的规定。主本船还应再安装一台真实雷达 /ARPA显示器。雷达模拟图像数据，应包括中国沿海及世界常用海域的雷达图像数据，其指标应符合STCW78/95公约的相关规定。

19、音响模拟

模拟器应提供与模拟海况对应的环境声响（风、浪、声号等）及工作环境（主机、辅机、锚、缆操作等）声响。能模拟船舶碰撞、搁浅、触礁等海损事故的音响效果。

三、主本船部分设备的具体要求

1、顶部仪表板（按实物大小配置）

风向风速表、转向速率表、左/右车钟主机转速表、舵角指示表、航速表、水深表、三面舵角指示器、时间等显示。

2、操舵设备

实物大小的舵轮、随动舵操作控制、自动舵控制单元、陀螺分罗经指示器（实物）、应急舵手柄（实物）、自动/手动/应急舵转换旋钮（实物）、命令舵角指示、实际舵角指示、转头速率指示、电罗经航向指示、磁罗经航向指示等。

3、操车设备

双车钟及车钟控制板、空气启动压力指示、主机转速指示、船首、船尾侧推器控制组件、螺旋桨可变螺距调节及螺距指示等。

4、声号控制

自动、手动切换按钮、自动雾号类型选择，手动雾号按钮，船头铃声按钮，船尾锣声按钮。

5、左右锚控制及锚链长度、锚力指示

6、综合信息显示

分辨率为 1600×1200的21吋显示器，显示与船舶航行有关的综合信息。

7、ECDIS 显示

分辨率为 1600×1200的21吋显示器，显示 ECDIS 。

8、拖轮操作面板

用来选择拖轮作用位置、拖轮与本船的相对位置以及拖轮用力。可任意选择拖轮与本船的相对位置。

9、缆操作面板

供选择的本船缆20根。

缆操作包括：带缆、解缆、绞缆。

绞缆速度可调，可显示缆张力、长度。

可根据需要将拖轮操作设置在教练员站或主本船驾驶台内进行。

10、显示模拟的雷达/ARPA图象

11、通讯设备

VHF （真船设备）、船内电话。

12、灯光与声响控制面板

13、其他设备

仿真测深仪、仿真GPS 、仿真计程仪。

四、主本船视景系统要求

主本船的视景系统可提供5通道、180度水平视场角柱幕投影视景系统、垂直视场角不小于25度，各通道之间实现无缝拼接和边缘融合。

三维视景库应覆盖一定数量的港口和水域。

同时在主本船的驾驶台中设置单独的漫游通道，用于视景的左右环视、仰视、俯视和自由漫游功能。该通道同时具有望远镜功能，可用望远镜左右环视、仰视、俯视或自由漫游整个视景，望远镜的放大倍数可调。

五、副本船的要求

1、要求购置功能完全相同的副本船设备2套。

2、每条副本船均可显示120度水平视场角视景。

3、为满足培训要求，副本船的主要技术指标与主本船完全相同。

六、教练员站的技术要求

能在整个模拟器训练中控制、监视并重放、分析学员的训练过程。

可改变训练难度，设置航海环境、交通状况和特殊海域等来创建练习。

通过图形、对话框、菜单、工具条等简便的操作，为教练员提供良好的界面。

教练员站提供如下功能：

1、制作、编辑各种练习；

2、练习预演；

3、控制系统的运行，对各本船进行监视；

4、设置本船故障；

5、航行环境的实时控制；

6、目标船号灯、号型的实时控制；

7、雷达回波的控制；

8、可设置雨雪区范围，雨雪的大小；

9、人员落水设置、海面漂浮物设置；

10、数据的实时记录和各船航迹的动态显示或打印；

11、各本船训练过程的事后重演和打印功能；

12、训练过程的评估和综合评分；

13、与各本船间的通信（用电话和VHF ）；

14、主本船拖轮的操作。

七、船舶操纵数学模型

1、船舶操纵数学模型

包括不同种类、不同吨位的实船模型（杂货船 、散货船、集装箱船、油船、客船、滚装船、化学品船、超大型船舶、高速船、军舰、渔船、拖船等）。

2、船舶运动数学模型性能

船舶操纵数学模型中包括影响本船运动的各种效应；

主机、舵、侧推器、缆、锚、拖轮等的控制；

风、流等环境对本船的作用；

码头与本船的相互作用；

浅水效应、岸壁效应及船间效应；

船舶碰撞时船与船、船与岸效应。

3、目标船

模拟器应能提供至少30条以上不同种类的目标船，每条船均具有足够精度的数学模型。 目标船需配备符合避碰规则的航行灯，号型和声信号，信号可由教练员分别控制。 每个目标船在天气晴朗，距离本船6海里，应能辨认其外型。

在航船舶应能提供与速度、天气海况相应的船头浪花、船尾涡流。

教练员可为每条目标船设定足够数量的转向点。

4、操纵性预报

每艘船舶均可离线进行操纵性预报试验：旋回试验、 Z型操舵试验、停车冲程试验、 倒车冲程试验，并可显示相应试验的特征参数。

八、DMU-VDragon05-Ⅲ型 GMDSS模拟软件技术性能

（一）系统功能和模拟的设备

GMDSS 应符合1974年国际海上人命安全公约（SOLAS ）的1988年修改生效的新IV 章和国际电信联盟（ITU ）1987年世界无线电大会修改的《无线电规则》新九章的规定。大连海事大学GMDSS 模拟器依靠软件仿真技术，在PC 机上实现GMDSS 相关设备的模拟，具有以下主要功能：

（1） 至少有两种分别独立的系统可以用于发送船至岸的遇险报警；

（2） 接收岸至船的遇险报警功能；

（3） 发送和接收船对船的遇险报警功能；

（4） 进行搜救协调通信功能；

（5） 进行遇险现场通信功能；

（6） 发送和接收寻位信号功能；

（7） 发送和接收海上安全信息功能；

（8） 日常通信的功能；

（9） 驾驶台对驾驶台的通信功能。

模拟器包括以下主要设备:

1、 INMARSAT – B

2、 INMARSAT – C

3、 SSB

4、 MF/HF DSC

5、 NBDP

6、 VHF

7、 VHF DSC

8、 NAVTEX

9、 SART

10、EPIRB

11、F 站

（二）系统组成及各部分的功能

由1个教练员站和n 个（n ≤100任选）学员站组成, 教练员站和学员站的微机通过以太网相互联结，每台PC 机模拟一个船站.

1、 教练员站的功能

1) 实现地面站，海岸电台，陆地网络协调站（RCC ）的相应职能；

2) 播发海上安全信息（NAVTEX ，EGC, MSI）；

3) 具有船舶电台的功能；

4) 对教学过程实现有效的管理：

✧ 练习设置和编辑: 教练员站可以设定或改变学员站的船位，航向，航速等船舶

参数；

✧ 调控学员站通信信道被干扰的程度；

✧ 监控每个学员站的开启运行及单个设备开启；

✧ 监控学员的练习内容，查看学员的通信记录；

✧ 与学员站交流信息（电话或电文方式）。

2、 学员站的功能和模拟的设备

学员站的功能如下:

（1) 具有船舶电台的功能, 具备如下设备的仿真模块：

1）

2）

3）

4）

5）

6）

7）

8） VHF DSC RADIOTELEPHONE （SKANTI VHF1000） MF/HF DSC RADIOTELEPHONE （SKANTI TRP1000） RADIOTELEX （SKANTI SCANCOMM 2.2） NAV 5 GMDSS NAVTEX Receiver （Electronics Ltd. England） INMARSAT_C (Thrane & Thrane TT10202) INMARSAT_B (Nera) SART EPIRB

（2) 实现船舶和陆地用户的信息交流功能（电话或电文方式）。

（3) 借助陆地用户的信息交流功能，实现学员站与学员站，学员站与教练员站信息交流（电

话或电文方式）。

（三） 所模拟的GMDSS 设备

本模拟器的仿真度足以支持GMDSS 通用操作员的训练，其各种设备能完成如下操作：

1、 带DSC 的VHF 无线电话设备

* 电源，音量和静噪控制。

* 双值守和扫描；

* DSC功能（CH70）: 发送和接收各种类型的DSC 呼叫(包括直接拨号、选择性呼叫、群呼、区域呼、全呼以及遇险转发等) ；

* 遇险呼叫（CH16）；使用热键发送遇险报警;

* 日常通信。

* 音量调节; 设置船位和UTC 时间；显示设备识别号；

2、 带DSC 和NBDP 的MF/HF SSB 无线电设备

1) 主控单元

* 电源，音量，静噪，发射功率和通信模式（SSB ，AM 或TELEX ）等控制。

* 功能设置：电话工作频率，DSC （工作频率，MMSI ），岸台/船站等相关参数的设置。

2) SSB 电话通信

* 遇险电话通信：专用频道为2182，4125，6215，8291，12290，16420KH z

* 日常电话通信：选择呼叫的岸台/船站，工作信道或自行输入TX / RX频率。

3) DSC

* 值守：遇险值守的专用频道为2187.5, 4207.5, 6312.0, 8414.5, 12577.0,

16804.5KHz ；。日常值守的工作信道可按照需要自行编制。（最多可值守6 个频道）。

* 呼叫：由“Tx Call”按钮启动遇险呼叫或日常呼叫。

由“Address book” 按钮启动日常呼叫。

* 接收：当值守置于“ON ”状态且在值守频率上有呼叫本船的信号时，便进入接受状

态。随后转入相应的工作信道，实现SSB 或NBDP 通信。

4) RadioTelex(NBDP)

* 信息处理： 电文编辑； 文件更名，删除，拷贝；文件调用等功能。

* 用户设置： 用户类型选择； 用户更名，删除，拷贝； 用户隐藏/恢复等功能。 * 岸站设置： 岸站名称，国家码，呼叫码，工作信道等选定。

* 扫描功能： 目标岸站，扫描类型，工作信道（不超过18个），起止时间等设置。 * ARQ/FEC通信：

自动方式：信息输入； 通信对象； 操作模式（操作类型，联接类型，

发射类型）；岸站；工作信道； 发射日期及时间。

手动方式： 呼叫码； 信道类型；ITU 信道号（RX/TX频率）。

* 遇险呼叫： 利用FEC 通信方式。工作频道为2174.5; 4177.5(ITU CH411); 6268.0(ITU CH611); 8367.5(ITU CH801); 12520.0(ITU CH1287); 16695.0(ITU CH1624);

3、INMARSAT-C 站

* 电文编辑： 创建；存贮；修改；替换；定制编辑器。

* 地址簿： 新建； 选择； 修改； 删除； 选择网络类型。

* 信息发送： 选择目的地与岸站； 确立发送电文与时间； 电文重发； 发送日志及

其查阅。

* 信息接收： 选定信息路径； 接收日志及其查阅。

* EGC 接收： 选定接收类型； EGC日志及其查阅。

* 遇险呼叫： 快速发送（设定报警信息：岸站，船位，时间，遇险类型等）。 详细发送（按照常规信息发送，选定“遇险”优先级别）。 * 船位： 允许人工输入。

* 洋区： 必须按船位成功地登录某一洋区。

4、INMARSAT-B 站

* 初始参数设置：

船位（可人工输入）； 洋区（随船位确定）； 天线定向（能自动实现）；

缺省岸台设置等。

* 编辑功能：

报文； 应用/船位报告； 呼叫目录（目的地）。 * 日常电话通信：

船—船：业务码 + 洋区码 + IMN。

船—岸：业务码 + 国家码 + 地区码 + 用户码。 * 日常报文通信：

船—船：业务码 + 洋区码 + IMN。 船—岸：业务码 + 国家码 + 用户码。 * 遇险通信：

按下遇险按钮6秒以上，即可启动遇险呼叫。 受持话机处于摘机状态时，为电话呼叫； 受持话机处于挂机状态时，为报文呼叫。 5、 518 NAVTEX 接收设备

* 提供NAVTEX 报文技术编码B1，B2的设置(Enable / Disable)功能。其中： B1 岸台标识（A —Z ）

B2 报文类别（A —Z ），其中A B D 和L 只能设置为 Enable, * 按技术编码B1，B2，B3，B4的设置，自动接收NAVTEX 报文，并显示，打印 * 将报文的技术编码B1，B2，B3，B4存贮，备用;

* 开关电源；设备自测；打印设备当前状态；设置拒收报文类型和拒收海域；设置照明；扬声器声音控制；“报文记录”设置；接收报文；

6、SART

使用手动方式启动SART ；演示SART 的响应过程； 7、EPIRB

使用自动和手动方式打开EPIRB ；演示EPIRB 的响应过程。 8、F 站

可模拟F 站的电话和数据通信。

售前售后技术服务要求（以下服务全为免费）

1、售前服务

负责对全任务大型船舶操纵模拟器安装环境设计、线路布置、设备安装调试及主要环境装修。

2、售后服务

提供硬件保修3年和软件终身保修。 提供软件升级。

具有完善的服务保障。现场服务响应时间不大于48小时，且在48小时内解决。能提供远程服务支持。

3、合作与培训

提供多种方式的技术合作和人员培养，包括安装前对本系统硬件体系结构、网络连接、资源管理、软件体系的全面了解及系统支持工程师培训。培训的设备操作人员应不少于6名。同时在试运行期间，提供系统的整体操作培训。

4、供应商所能承诺的服务及技术支持条款。 5、工程要求：

能严格按工期完成系统各部分的安装、调试。

对全任务大型船舶操纵模拟器技术指标、安装、调试、环境设计整套技术解决方案都能达到最佳效果。

对采购方负责的内容应提供技术性指导。 硬件设备和软件清单

a) 教练员站

b) 主本船设备 主本船驾驶台设备

主本船音响系统

主本船视景系统：5通道视景，柱幕投影无缝拼接（水平视场角180度）

主本船视景漫游和望远镜通道

c) 副本船设备

副本船设备（共两套）（视景系统采用3通道120度柱幕无缝拼接方案）

2、软件主要包括：

1） 教练员站练习设置、编辑、系统运行控制软件； 2） 网络通讯软件；

3） 电子海图及船舶动态显示软件，可切换到雷达显示 4） 真实型号雷达/APAR模拟软件； 5） 视景系统显示程序 6） 港口视景数据库

7） 本船运动数学模型及解算软件

8） GMDSS 系统软件

各软件模块联网运行，请见“系统构成和各部分组成模块”。 系统构成和各部分组成模块

图1 系统构成