專利名稱：海上搜救仿真系統及其開發平臺的制作方法
技術領域：
本發明屬于虛擬現實與仿真技術應用領域，涉及海上搜救仿真系統及其開發平臺的 體系結構與工作流程。
背景技術：
海上搜救是指除遇險船外，由搜救協調中心或搜救協調分中心協調，任何海上救助 力量在獲得海上遇險信息后所采取的搜尋和救援行動。海上搜救系統具有接收、確認和 轉發遇險信息、協調搜尋救助反應和開展搜尋救助行動職能，主要由以下部分組成① 搜尋救助區內的通信與外部搜尋救助服務之間的通信；②一個協調搜尋救助服務的搜救 協調中心；③一個或多個在本搜尋救助區內支持搜救協調中心的分中心；④搜尋救助設 施，包括擁有專門設備和專業人員的搜尋救助單元，也包括可以執行搜尋救助行動的其 他資源；⑤必要的時候指定一個現場協調人，協調所有現場參與搜尋救助活動的設施； (D為支持搜尋救助行動提供服務的支持設施。
我國海上搜救系統應急響應與處置主要包括1、海上遇險報警；2、受理、核實報 警與評估等級；3、險情報告和初歩處置；4、擬定搜救行動方案；5、實施(修正)搜救 行動方案；6、監控應急處置過程，上述六個步驟需重復進行，直到發現幸存者或者分析 現場搜救情況表明進一步搜尋將是徒勞的為止；7、終止(中斷)應急行動；8、效果評 估搜救行動結束后由搜救中心對搜救行動進行評估，并根據評估情況出具評估報告， 并對整個搜救行動進行全面總結，提出建設性的改進意見。
眾所周知，進行搜救演習可以在某種程度上，提高搜救行動決策者的搜救指揮能力 和各搜救資源間的及時應變能力，但耗費大量的人力、物力和財力，通過在海上搜救仿 真系統上進行搜救科目的訓練和演練，同樣可以達到預期的效果，并且可以幾乎不受限 制地增加海上搜救演習的次數。由于海上遇險局面是不可能通過實船進行真實再現的， 從而加大了海上搜救演習的難度。采用海上搜救仿真系統進行模擬搜救訓練克服了使用 真實設備演習的不足，節約了演習成本，并能根據搜救應急預案設定不同的虛擬遇險環 境進行反復多次演練，鍛煉并檢驗海上搜救指揮決策能力，增強各搜救資源間協調配合 完成搜救任務的能力，為有效地解決我國海上搜救面臨的難題提供一個有效途徑。
目前，在虛擬現實與仿真技術應用領域中，海上搜救仿真系統是一個新的應用領域。 海上搜救仿真系統的研制涉及船舶動力學、飛行空氣動力學、計算機仿真、智能控制等領域。海上搜救仿真系統是海事分析、海上立體搜救模擬演練、航海教學、科研的重要 設備，配備可給人以高度沉浸感的虛擬環境系統，能為操縱者提供一個盡可能逼真的航 行操縱環境，有很高的物理真實感和行為真實感。國際上航海模擬器的發展趨勢是將不 同的模擬器，例如船舶操縱模擬器、輪機模擬器、GMDSS模擬器、裝卸模擬器等，組 合為一個具有綜合功能的模擬系統。國外如英國的船商公司、月麥Lyngso-ValmetMarine 公司、美國的Sperry公司等都開展了相關的研究，但到目前為止國內外，還沒有一個綜 舍的海上搜救仿真系統投入商業化運作。因此，需要在現有的航海模擬器、GMDSS模擬 器、直升機模擬器、虛擬現實與仿真技術的最新研究成果之上，提供一個可以研發海上 搜救仿真系統的軟硬件平臺。
發明內容
本發明的目的是提供一種海上搜救仿真系統及其開發平臺，其中的開發平臺為研制海上 搜救仿真系統提供所需的軟硬件支持。
為了達到上述目的，本發明的技術方案如下-
海上搜救仿真系統及其開發平臺用于開發海上搜救仿真系統，主要由教練員站ll (傳統 航海模擬器中的教練員站12+若干級搜救協調中心13)、 一條主本船5、若干條副本船6， 7、 視頻監控系統IO和搜救直升機單元8組成；
教練員站11是海上搜救仿真系統指揮與控制中心，主要扮演搜救協調中心1和報警臺3 的角色，并承擔管理與控制整個海上搜救仿真系統運行的功能；
主本船5模擬遇險船(報警源4)或搜救船(搜尋救助單元2)的功能，在教練員站11 的指揮協調下進行搜救行動；
副本船6， 7的功能同主本船5也能根據搜救練習的需要被設置為遇險船(報警源4)或 搜救船(搜尋救助單元2)，不同的是副本船6， 7配備180。視場角柱幕立體投影視景系統；
搜救直升機單元8模擬海上搜救直升機(搜尋救助單元2)，在教練員站11的指揮協調 下，配合主本船5或副本船6， 7進行搜救行動。主本船5、副本船6， 7與搜救直升機單元8 在雷達圖像和三維視景上互見；
視頻監控系統10主要實現搜救事發現場的視頻信息可視化傳輸功能。
在海上搜救仿真系統中，各仿真單元都為人在回路中的模擬單元并采用高層體系結構 (HLA: High Level Architecture)技術集成在一起，構成了一個可參與、可擴展與可重用 的綜合分布式仿真系統。根據模擬訓練的目的和需要，海上搜救仿真系統能方便地增減更新 仿真單元(或實例)5， 6， 7， 8而不影響其他功能實例。本發明的有益效果在于立足于我國海上搜救系統與我國海上搜救組織指揮體系與應 急響應及處置機制，在現有航海模擬器、GMDSS模擬器及直升機模擬器研究成果的基礎上 提供一個可以研發海上搜救仿真系統的軟硬件平臺，并給出利用該平臺所開發的海上搜救 仿真系統的體系結構及其工作流程，為快速便捷地研制海上搜救仿真系統提供支持。
圖1是海上搜救通信系統示意圖。
圖2是本發明的海上搜救仿真系統的結構框圖。
圖3是本發明的海上搜救仿真系統效果圖。
圖中1、搜救協調中心/搜救分中心，2、搜尋救助單元，3、報警臺，4、報警源；5、
主本船，6、副本船l， 7、副本船"，8、搜救直升機單元，9、局域網/廣域網(HLA)， 10、 視頻監控系統，11、教練員站，12、傳統航海模擬器教練員站，13、多級搜救協調中心。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明做進一步詳細地描述
如圖1所示，海上搜救通信系統能向搜救協調中心1提供報警信息，使搜救協調中 心1能及時地將搜尋救助單元2及其他搜救資源調遣到搜尋救助區，并且保持與遇險人 員之間的雙向聯系。搜救協調中心1是指在一個搜尋救助區域內負責促進有效組織搜尋
救助服務和協調執行搜尋救助行動的單位。搜尋救助單元2是一個包括有訓練有素并配
備適于迅速、有效地實施搜尋救助的裝備的單元，它可以是一個空中(搜救直升機)、海
上(船舶)或陸地設施。報警臺3指任何用于接收有關遇險情況并將其轉發到搜救協調 中心1的設施，包括海岸電臺、岸站、COSPAS-SARSAT地面用戶終端(LUT)和任務控制 中心(MCC)和用于轉接緊急有線電話或移動電話的公共服務應答點等。當緊急事件發生 時，搜救協調中心l迅速、高效的行動能力在很大程度上取決于報警臺3轉發給它的信 息。報警臺3和其他報告源將收集到的信息立即通報搜救協調中心1，由搜救協調中心l 決定采取何種反應。 ，
本發明的海上搜救仿真系統的具體實施方式
如下^
在圖2和圖3中，教練員站11主要的模擬功能包括①搜救協調中心1接收與轉發遇 險報警、指揮協調搜救行動的功能，'并具有搜救資源査詢、搜尋救助數據庫(局部)、中國船
舶報告(局部)、遇險現場事故再現以及海洋氣象査詢等搜救支持系統功能；②報警臺3的接
收、轉發遇險報警的功能。模擬海岸電臺、岸站、COSPAS-SARSAT地面用戶終端和任務控 制中心，以及用于轉接緊急有線電話或移動電話的公共服務應答點向搜救協調中心1轉發遇險報警的功能。除此之外，教練員站、:ii述具有管理與控制整個海上搜救仿真系統運行的功能，
即在原有航海模擬器教練員站12的各項功能之上，增加了適應搜救仿真需要的管理與控制功 能，包括設置各種搜救科目，比如險情處置、搶救遇險人員、消防滅火、海上防污清污等， 并根據不同的搜救科目設置不同的險情及其海上環境，比如碰撞、失火、爆炸、沉沒、擱 淺、自然災難等，能根據險情設置人員的求生方式，如人員自然落水、人+救生圈、人+小艇、 人+救生筏等；
主本船5配有360。視場角柱幕投影視景系統，具有功能完備的航海模擬器的所有功能；
副本船6， 7—般占地面積比主本船5小，投影屏幕離視點的距離較小，采用單眼視覺系
統圖像的深度信息保留不足，立體感不強，考慮到立體視覺系統立體感強，能提供足夠的深
度感，將副本船6， 7配備180。視場角柱幕立體投影視景系統；
考慮到搜救直升機在搜救中的特殊作用，搜救直升機單元8采用五個面(正面、左面、 右面、底面、頂面)的CAVE系統，立體顯示。它的主要設備包括主動立體顯示的CAVE 系統、直升機模擬駕駛艙、直升機模擬控制設備和直升機動力模型；
視頻監控系統10是由可視電話(或攝像機)與視頻服務器組成的電視監控系統，它能實 時地將搜尋救助單元2 (主本船5、副本船6， 7及搜救直升機單元8)操作現場的視頻信息 傳給教練員站11并顯示在大屏幕上，方便教練員對操作各搜尋救助單元2 (主本船5、副本 船6， 7及搜救直升機單元8)的學員進行管理。
本發明所提供的海上搜救仿真系統的工作流程如下
一、設置場景信息
教練員根據訓練目的或應急預案的要求在教練員站11上設置相應的模擬演練場景信 息，并保存為練習。場景信息包括，遇險船、救助船與目標船的船型、航速、載貨情況， 航行海區及其海況，遇險船舶的遇險性質，搜救船、目標船及搜救直升機的數量等環境 信息。如設定遇險船舶為主本船5，船型為集裝箱，滿載，航行于A2海區，遇險性質 為大風浪中船舶發生爆炸并引發大火，急需他方援助。副本船(甲)6與副本船(乙)7 模擬航行在附近的兩艘船舶，分別為雜貨船與散貨船。附近航行的其他船舶由計算機生 成的多艘目標船實例擔當。副本船(丙)7模擬專業救助船，搜救直升機單元8模擬政 府專業救助直升機。
二、發送場景信息
配置并初始化各仿真單元后，由教練員將制作好的練習通過教練員站11發送給各準 備就緒的仿真單元(5、 6、 7、 8)，仿真單元(5、 6、 7、 8)收到練習后啟動程序并加載練習的場景信息。
三、場景演練
演練丌始后，遇險的主本船5根據航行的海區結合主本船5遇險情況和所配備的 GMDSS設備，采用合適的報警方式(VHF CH 70禾Q/或MF 2187.5kHz上的DSC、衛星 EPIRB)向附近的船舶(副本船甲、乙6， 7和其他目標船)和報警臺3發送船舶遇險報 警，報警的信息包括本船的遇險位置，遇險時間、遇險的性質、必要救助形式、航速、 航向、船舶的名稱、種類、國籍呼號、聯系方式等，必要時開啟船上SART。
航行在事發地附近的副本船(甲、乙)6,7收到主本船5發來的遇險報警立即停止其 他通信活動，并及時確認報警，(如有可能)保持與遇險本船5的雙向聯系，立即通過快 速有效的方式使用合適的GMDSS設備向搜救協調中心1 (由教練員站ll扮演)轉發遇 險報警并與搜救協調中心1建立雙向聯系，做好記錄，在搜救協調中心1的指揮下采取 積極有效的救援行動。
搜救協調中心1收到報警臺3及副本船(甲、乙)6,7轉發來的遇險報警后，立即對 遇險報警進行確認，(如可能)通知遇險本船5遇險報警己經收到，正在組織救援。搜救協 調中心1根據發過來的遇險報警信息及通信設備識別碼查詢通信設備數據庫，確定遇險 本船5所屬國家或地區和遇險位置，并將其詳細信息標注在大屏幕電子海圖之上。搜救 協調中心1通過查詢中國船舶報告模擬系統迅速同遇險本船5附近的其他船舶(副本船 甲、乙6,7)及其他目標船建立雙向聯系，并協調它們前往事發海域進行救援。
搜救協調中心1根據遇險主本船5的種類、遇險性質、遇險或傷亡失蹤人數、船舶受 損情況、船舶所載貨物、當時氣象海況等資料全面分析，按照險情等級劃分標準，確定 險情等級，啟動應急預案，通知相關人員進入指揮位置。根據當時的情況，搜救協調中 心l査詢搜救資源數據庫，派出專業救助船(副本船丙7)，搜救直升機(搜救直升機單 元8)前往事發地海域進行搜救行動。在專業搜救船(副本船丙7)到達搜救現場前，指 定第一到達現場船(副本船甲6)為'現場協調人在搜救協調中心1的指導下指揮現場的 搜救行動并及時向搜救協調中心1報告現場搜救情況。搜救協調中心1參考預先制訂的 險情處置對策和當前搜救力量分布情況，確定具體搜救單元(副本船甲、乙、丙6,7及搜 救直升機單元8)的搜尋分區和搜尋方式，擬定搜救行動方案，并及時地通過搜救通信平 臺將方案通知(如可能)遇險本船5和搜救單元6， 7， 8。
到達現場后，副本船(丙)7接替副本船(甲)6承擔現場協調人職責，并根據搜救 協調中心1下發的搜救行動方案協調指揮搜救單元搜尋主本船5的位置，確定搜尋區域、搜尋方式和搜尋間距安排，協調通信頻率，以及定時向搜救協調中心1報告搜救情況。 各搜救單元6， 7， 8在現場協調人的指揮下，明確各自搜尋責任區與搜索方式，丌啟9GHz 雷達，對遇險本船5進行搜索并及時地向現場協調人報告搜救進展情況。現場協調人將 現場搜救情況進行整理及時向搜救協調中心1匯報，并根據各搜救單元實際搜救的進展 情況對搜救方案提出修改意見。
根據現場協調人的報告，搜救協調中心1組織相關專家對現場搜救情況進行分析并充 分考慮現場協調人的修改意見，對搜救方案進行修JH，并及時通知現場協調人和其他搜 救單元6， 7， 8 (可能的話遇險主本船5也要告知)。現場協調人根據修正的搜救方案調 整搜救行動，繼續指揮協調各搜救單位6， 7， 8進行搜救行動直至找至lj遇險的主本船5 或搜救協調中心1宣布終止搜救行動為止。
模擬演練結束后，通過回放模擬演練的全過程，有針對性地對預案實施的效果進行評 估總結并對預案進行修改完善或重新制定。 '
權利要求
1、海上搜救仿真系統及其開發平臺，其特征在于，主要由教練員站(11)、一條主本船(5)、數條副本船(6、7)、搜救直升機單元(8)和視頻監控系統(10)組成；教練員站(11)由傳統航海模擬器中的教練員站(12)和若干級搜救協調中心(13)構成，其是海上搜救仿真系統開發平臺的指揮與控制中心，主要完成搜救協調中心(1)和報警臺(3)的職責，并承擔管理與控制整個海上搜救仿真開發平臺運行的功能；主本船(5)模擬遇險船或搜救船的功能，在教練員站(11)的指揮協調下進行搜救行動；副本船(6、7)根據搜救練習的需要被設置為遇險船或搜救船，并配備180°視場角柱幕立體投影視景系統；搜救直升機單元(8)模擬海上搜救直升機，在教練員站(11)的指揮協調下，配合主本船(5)或副本船(6，7)進行搜救行動；主本船(5)、副本船(6、7)與搜救直升機單元(8)在雷達圖像和三維視景上互見；視頻監控系統(10)主要實現搜救事發現場的視頻信息可視化傳輸功能。
2、 如權利要求l所述的海上搜救仿真系統及其開發平臺，其特征在于，所述的遇險船 為報警源(4)，所述的搜救船為搜尋救助單元(2)。
全文摘要
海上搜救仿真系統主要由教練員站、一條主本船、數條副本船、搜救直升機單元和視頻監控系統組成；教練員站是海上搜救仿真系統開發平臺的指揮與控制中心，主要完成搜救協調中心和報警臺的職責，并承擔管理與控制整個海上搜救仿真開發平臺運行的功能；主本船模擬遇險船或搜救船的功能，在教練員站的指揮協調下進行搜救行動；副本船根據搜救練習的需要被設置為遇險船或搜救船，并配備180°視場角柱幕立體投影視景系統；搜救直升機單元模擬海上搜救直升機，在教練員站的指揮協調下，配合主副本船進行搜救行動；視頻監控系統主要實現搜救事發現場的視頻信息可視化傳輸功能。本發明有益效果在于為研制海上搜救仿真系統提供平臺支持。
文檔編號G09B9/00GK101430833SQ20081022965
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月9日 優先權日2008年12月9日
發明者任俊生, 任鴻翔, 劉秀文, 孫霄峰, 勇 尹, 張新宇, 張顯庫, 張秀鳳, 譚家萬, 偉 谷, 金一丞 申請人:大連海事大學