CN101430833A - 海上搜救仿真系统及其开发平台 - Google Patents

Abstract

海上搜救仿真系统主要由教练员站、一条主本船、数条副本船、搜救直升机单元和视频监控系统组成；教练员站是海上搜救仿真系统开发平台的指挥与控制中心，主要完成搜救协调中心和报警台的职责，并承担管理与控制整个海上搜救仿真开发平台运行的功能；主本船模拟遇险船或搜救船的功能，在教练员站的指挥协调下进行搜救行动；副本船根据搜救练习的需要被设置为遇险船或搜救船，并配备180°视场角柱幕立体投影视景系统；搜救直升机单元模拟海上搜救直升机，在教练员站的指挥协调下，配合主副本船进行搜救行动；视频监控系统主要实现搜救事发现场的视频信息可视化传输功能。本发明有益效果在于为研制海上搜救仿真系统提供平台支持。

Description

海上搜救仿真系统及其开发平台

技术领域

本发明属于虚拟现实与仿真技术应用领域，涉及海上搜救仿真系统及其开发平台的体系结构与工作流程。

背景技术

海上搜救是指除遇险船外，由搜救协调中心或搜救协调分中心协调，任何海上救助力量在获得海上遇险信息后所采取的搜寻和救援行动。海上搜救系统具有接收、确认和转发遇险信息、协调搜寻救助反应和开展搜寻救助行动职能，主要由以下部分组成：①搜寻救助区内的通信与外部搜寻救助服务之间的通信；②一个协调搜寻救助服务的搜救协调中心；③一个或多个在本搜寻救助区内支持搜救协调中心的分中心；④搜寻救助设施，包括拥有专门设备和专业人员的搜寻救助单元，也包括可以执行搜寻救助行动的其他资源；⑤必要的时候指定一个现场协调人，协调所有现场参与搜寻救助活动的设施；⑥为支持搜寻救助行动提供服务的支持设施。

我国海上搜救系统应急响应与处置主要包括：1、海上遇险报警；2、受理、核实报警与评估等级；3、险情报告和初步处置；4、拟定搜救行动方案；5、实施(修正)搜救行动方案；6、监控应急处置过程，上述六个步骤需重复进行，直到发现幸存者或者分析现场搜救情况表明进一步搜寻将是徒劳的为止；7、终止(中断)应急行动；8、效果评估：搜救行动结束后由搜救中心对搜救行动进行评估，并根据评估情况出具评估报告，并对整个搜救行动进行全面总结，提出建设性的改进意见。

众所周知，进行搜救演习可以在某种程度上，提高搜救行动决策者的搜救指挥能力和各搜救资源间的及时应变能力，但耗费大量的人力、物力和财力，通过在海上搜救仿真系统上进行搜救科目的训练和演练，同样可以达到预期的效果，并且可以几乎不受限制地增加海上搜救演习的次数。由于海上遇险局面是不可能通过实船进行真实再现的，从而加大了海上搜救演习的难度。采用海上搜救仿真系统进行模拟搜救训练克服了使用真实设备演习的不足，节约了演习成本，并能根据搜救应急预案设定不同的虚拟遇险环境进行反复多次演练，锻炼并检验海上搜救指挥决策能力，增强各搜救资源间协调配合完成搜救任务的能力，为有效地解决我国海上搜救面临的难题提供一个有效途径。

目前，在虚拟现实与仿真技术应用领域中，海上搜救仿真系统是一个新的应用领域。海上搜救仿真系统的研制涉及船舶动力学、飞行空气动力学、计算机仿真、智能控制等领域。海上搜救仿真系统是海事分析、海上立体搜救模拟演练、航海教学、科研的重要设备，配备可给人以高度沉浸感的虚拟环境系统，能为操纵者提供一个尽可能逼真的航行操纵环境，有很高的物理真实感和行为真实感。国际上航海模拟器的发展趋势是将不同的模拟器，例如：船舶操纵模拟器、轮机模拟器、GMDSS模拟器、装卸模拟器等，组合为一个具有综合功能的模拟系统。国外如英国的船商公司、丹麦Lyngso-Valmet Marine公司、美国的Sperry公司等都开展了相关的研究，但到目前为止国内外，还没有一个综合的海上搜救仿真系统投入商业化运作。因此，需要在现有的航海模拟器、GMDSS模拟器、直升机模拟器、虚拟现实与仿真技术的最新研究成果之上，提供一个可以研发海上搜救仿真系统的软硬件平台。

发明内容

本发明的目的是提供一种海上搜救仿真系统及其开发平台，其中的开发平台为研制海上搜救仿真系统提供所需的软硬件支持。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

海上搜救仿真系统及其开发平台用于开发海上搜救仿真系统，主要由教练员站11(传统航海模拟器中的教练员站12+若干级搜救协调中心13)、一条主本船5、若干条副本船6，7、视频监控系统10和搜救直升机单元8组成；

教练员站11是海上搜救仿真系统指挥与控制中心，主要扮演搜救协调中心1和报警台3的角色，并承担管理与控制整个海上搜救仿真系统运行的功能；

主本船5模拟遇险船(报警源4)或搜救船(搜寻救助单元2)的功能，在教练员站11的指挥协调下进行搜救行动；

副本船6，7的功能同主本船5也能根据搜救练习的需要被设置为遇险船(报警源4)或搜救船(搜寻救助单元2)，不同的是副本船6，7配备180°视场角柱幕立体投影视景系统；

搜救直升机单元8模拟海上搜救直升机(搜寻救助单元2)，在教练员站11的指挥协调下，配合主本船5或副本船6，7进行搜救行动。主本船5、副本船6，7与搜救直升机单元8在雷达图像和三维视景上互见；

视频监控系统10主要实现搜救事发现场的视频信息可视化传输功能。

在海上搜救仿真系统中，各仿真单元都为人在回路中的模拟单元并采用高层体系结构(HLA：High Level Architecture)技术集成在一起，构成了一个可参与、可扩展与可重用的综合分布式仿真系统。根据模拟训练的目的和需要，海上搜救仿真系统能方便地增减更新仿真单元(或实例)5，6，7，8而不影响其他功能实例。

本发明的有益效果在于：立足于我国海上搜救系统与我国海上搜救组织指挥体系与应急响应及处置机制，在现有航海模拟器、GMDSS模拟器及直升机模拟器研究成果的基础上提供一个可以研发海上搜救仿真系统的软硬件平台，并给出利用该平台所开发的海上搜救仿真系统的体系结构及其工作流程，为快速便捷地研制海上搜救仿真系统提供支持。

附图说明

图1是海上搜救通信系统示意图。

图2是本发明的海上搜救仿真系统的结构框图。

图3是本发明的海上搜救仿真系统效果图。

图中：1、搜救协调中心/搜救分中心，2、搜寻救助单元，3、报警台，4、报警源；5、主本船，6、副本船1，7、副本船n，8、搜救直升机单元，9、局域网/广域网(HLA)，10、视频监控系统，11、教练员站，12、传统航海模拟器教练员站，13、多级搜救协调中心。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细地描述：

如图1所示，海上搜救通信系统能向搜救协调中心1提供报警信息，使搜救协调中心1能及时地将搜寻救助单元2及其他搜救资源调遣到搜寻救助区，并且保持与遇险人员之间的双向联系。搜救协调中心1是指在一个搜寻救助区域内负责促进有效组织搜寻救助服务和协调执行搜寻救助行动的单位。搜寻救助单元2是一个包括有训练有素并配备适于迅速、有效地实施搜寻救助的装备的单元，它可以是一个空中(搜救直升机)、海上(船舶)或陆地设施。报警台3指任何用于接收有关遇险情况并将其转发到搜救协调中心1的设施，包括海岸电台、岸站、COSPAS-SARSAT地面用户终端(LUT)和任务控制中心(MCC)和用于转接紧急有线电话或移动电话的公共服务应答点等。当紧急事件发生时，搜救协调中心1迅速、高效的行动能力在很大程度上取决于报警台3转发给它的信息。报警台3和其他报告源将收集到的信息立即通报搜救协调中心1，由搜救协调中心1决定采取何种反应。

本发明的海上搜救仿真系统的具体实施方式如下：

在图2和图3中，教练员站11主要的模拟功能包括：①搜救协调中心1接收与转发遇险报警、指挥协调搜救行动的功能，并具有搜救资源查询、搜寻救助数据库(局部)、中国船舶报告(局部)、遇险现场事故再现以及海洋气象查询等搜救支持系统功能；②报警台3的接收、转发遇险报警的功能。模拟海岸电台、岸站、COSPAS-SARSAT地面用户终端和任务控制中心，以及用于转接紧急有线电话或移动电话的公共服务应答点向搜救协调中心1转发遇险报警的功能。除此之外，教练员站11还具有管理与控制整个海上搜救仿真系统运行的功能，即在原有航海模拟器教练员站12的各项功能之上，增加了适应搜救仿真需要的管理与控制功能，包括设置各种搜救科目，比如：险情处置、抢救遇险人员、消防灭火、海上防污清污等，并根据不同的搜救科目设置不同的险情及其海上环境，比如：碰撞、失火、爆炸、沉没、搁浅、自然灾难等，能根据险情设置人员的求生方式，如人员自然落水、人+救生圈、人+小艇、人+救生筏等；

主本船5配有360°视场角柱幕投影视景系统，具有功能完备的航海模拟器的所有功能；

副本船6，7一般占地面积比主本船5小，投影屏幕离视点的距离较小，采用单眼视觉系统图像的深度信息保留不足，立体感不强，考虑到立体视觉系统立体感强，能提供足够的深度感，将副本船6，7配备180°视场角柱幕立体投影视景系统；

考虑到搜救直升机在搜救中的特殊作用，搜救直升机单元8采用五个面(正面、左面、右面、底面、顶面)的CAVE系统，立体显示。它的主要设备包括：主动立体显示的CAVE系统、直升机模拟驾驶舱、直升机模拟控制设备和直升机动力模型；

视频监控系统10是由可视电话(或摄像机)与视频服务器组成的电视监控系统，它能实时地将搜寻救助单元2(主本船5、副本船6，7及搜救直升机单元8)操作现场的视频信息传给教练员站11并显示在大屏幕上，方便教练员对操作各搜寻救助单元2(主本船5、副本船6，7及搜救直升机单元8)的学员进行管理。

本发明所提供的海上搜救仿真系统的工作流程如下：

一、设置场景信息

教练员根据训练目的或应急预案的要求在教练员站11上设置相应的模拟演练场景信息，并保存为练习。场景信息包括，遇险船、救助船与目标船的船型、航速、载货情况，航行海区及其海况，遇险船舶的遇险性质，搜救船、目标船及搜救直升机的数量等环境信息。如：设定遇险船舶为主本船5，船型为集装箱，满载，航行于A2海区，遇险性质为大风浪中船舶发生爆炸并引发大火，急需他方援助。副本船(甲)6与副本船(乙)7模拟航行在附近的两艘船舶，分别为杂货船与散货船。附近航行的其他船舶由计算机生成的多艘目标船实例担当。副本船(丙)7模拟专业救助船，搜救直升机单元8模拟政府专业救助直升机。

二、发送场景信息

配置并初始化各仿真单元后，由教练员将制作好的练习通过教练员站11发送给各准备就绪的仿真单元(5、6、7、8)，仿真单元(5、6、7、8)收到练习后启动程序并加载练习的场景信息。

三、场景演练

演练开始后，遇险的主本船5根据航行的海区结合主本船5遇险情况和所配备的GMDSS设备，采用合适的报警方式(VHF CH 70和/或MF 2187.5kHz上的DSC、卫星EPIRB)向附近的船舶(副本船甲、乙6，7和其他目标船)和报警台3发送船舶遇险报警，报警的信息包括本船的遇险位置，遇险时间、遇险的性质、必要救助形式、航速、航向、船舶的名称、种类、国籍呼号、联系方式等，必要时开启船上SART。

航行在事发地附近的副本船(甲、乙)6，7收到主本船5发来的遇险报警立即停止其他通信活动，并及时确认报警，(如有可能)保持与遇险本船5的双向联系，立即通过快速有效的方式使用合适的GMDSS设备向搜救协调中心1(由教练员站11扮演)转发遇险报警并与搜救协调中心1建立双向联系，做好记录，在搜救协调中心1的指挥下采取积极有效的救援行动。

搜救协调中心1收到报警台3及副本船(甲、乙)6，7转发来的遇险报警后，立即对遇险报警进行确认，(如可能)通知遇险本船5遇险报警已经收到，正在组织救援。搜救协调中心1根据发过来的遇险报警信息及通信设备识别码查询通信设备数据库，确定遇险本船5所属国家或地区和遇险位置，并将其详细信息标注在大屏幕电子海图之上。搜救协调中心1通过查询中国船舶报告模拟系统迅速同遇险本船5附近的其他船舶(副本船甲、乙6，7)及其他目标船建立双向联系，并协调它们前往事发海域进行救援。

搜救协调中心1根据遇险主本船5的种类、遇险性质、遇险或伤亡失踪人数、船舶受损情况、船舶所载货物、当时气象海况等资料全面分析，按照险情等级划分标准，确定险情等级，启动应急预案，通知相关人员进入指挥位置。根据当时的情况，搜救协调中心1查询搜救资源数据库，派出专业救助船(副本船丙7)，搜救直升机(搜救直升机单元8)前往事发地海域进行搜救行动。在专业搜救船(副本船丙7)到达搜救现场前，指定第一到达现场船(副本船甲6)为现场协调人在搜救协调中心1的指导下指挥现场的搜救行动并及时向搜救协调中心1报告现场搜救情况。搜救协调中心1参考预先制订的险情处置对策和当前搜救力量分布情况，确定具体搜救单元(副本船甲、乙、丙6，7及搜救直升机单元8)的搜寻分区和搜寻方式，拟定搜救行动方案，并及时地通过搜救通信平台将方案通知(如可能)遇险本船5和搜救单元6，7，8。

到达现场后，副本船(丙)7接替副本船(甲)6承担现场协调人职责，并根据搜救协调中心1下发的搜救行动方案协调指挥搜救单元搜寻主本船5的位置，确定搜寻区域、搜寻方式和搜寻间距安排，协调通信频率，以及定时向搜救协调中心1报告搜救情况。各搜救单元6，7，8在现场协调人的指挥下，明确各自搜寻责任区与搜索方式，开启9GHz雷达，对遇险本船5进行搜索并及时地向现场协调人报告搜救进展情况。现场协调人将现场搜救情况进行整理及时向搜救协调中心1汇报，并根据各搜救单元实际搜救的进展情况对搜救方案提出修改意见。

根据现场协调人的报告，搜救协调中心1组织相关专家对现场搜救情况进行分析并充分考虑现场协调人的修改意见，对搜救方案进行修正，并及时通知现场协调人和其他搜救单元6，7，8(可能的话遇险主本船5也要告知)。现场协调人根据修正的搜救方案调整搜救行动，继续指挥协调各搜救单位6，7，8进行搜救行动直至找到遇险的主本船5或搜救协调中心1宣布终止搜救行动为止。

模拟演练结束后，通过回放模拟演练的全过程，有针对性地对预案实施的效果进行评估总结并对预案进行修改完善或重新制定。

Claims (2)

1、海上搜救仿真系统及其开发平台，其特征在于，主要由教练员站(11)、一条主本船(5)、数条副本船(6、7)、搜救直升机单元(8)和视频监控系统(10)组成；教练员站(11)由传统航海模拟器中的教练员站(12)和若干级搜救协调中心(13)构成，其是海上搜救仿真系统开发平台的指挥与控制中心，主要完成搜救协调中心(1)和报警台(3)的职责，并承担管理与控制整个海上搜救仿真开发平台运行的功能；主本船(5)模拟遇险船或搜救船的功能，在教练员站(11)的指挥协调下进行搜救行动；副本船(6、7)根据搜救练习的需要被设置为遇险船或搜救船，并配备180°视场角柱幕立体投影视景系统；搜救直升机单元(8)模拟海上搜救直升机，在教练员站(11)的指挥协调下，配合主本船(5)或副本船(6，7)进行搜救行动；主本船(5)、副本船(6、7)与搜救直升机单元(8)在雷达图像和三维视景上互见；视频监控系统(10)主要实现搜救事发现场的视频信息可视化传输功能。

2、如权利要求1所述的海上搜救仿真系统及其开发平台，其特征在于，所述的遇险船为报警源(4)，所述的搜救船为搜寻救助单元(2)。

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