CN102222423A - 一种搜救模拟器及其搜救仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搜救模拟器及其搜救仿真方法。其中的搜救模拟器包括航海模拟器、航空模拟器以及通信仿真单元，搜救模拟器还包括：中央控制仿真单元，用于设置航海模拟器和航空模拟器的场景参数信息，并将场景参数信息发送给航海模拟器和航空模拟器；航海模拟器和航空模拟器加载场景参数信息后，航海模拟器通过通信仿真单元发送遇险信号给中央控制仿真单元，中央控制仿真单元根据遇险信号，并结合电子海图确定最优搜寻区域后发送搜救指令给航海模拟器和航空模拟器，航海模拟器和航空模拟器根据搜救指令进行搜救仿真，克服了使用现有海上搜救系统的真实设备进行搜救演习成本高、危险大的缺点。

Description

一种搜救模拟器及其搜救仿真方法

技术领域

本发明属于虚拟现实仿真技术领域，尤其涉及一种搜救模拟器及其搜救仿真方法。

背景技术

随着现代科技的广泛应用，船舶建造水平、船用设备的可靠性及海上通信手段的科学性逐步提高，船舶的航行安全技术状况得到了较大改善。但是，船舶的航行安全除了受船舶条件约束外，还受到自然条件、通航条件、船员适任性和船岸管理水平等诸多因素的影响，船舶遇险事件仍然难以避免。

海上搜救是指除遇险船外，由至少一级搜救协调中心(Rescue Coordination Centre，RCC)协调，任何海上搜救力量在获得海上遇险信号后所采取的搜寻和救援行动。

现有技术是应用海上搜救系统的真实设备进行搜救演习，该种搜救演习可以在某种程度上，提高海上搜救行动决策者的搜救指挥能力和各搜救单位间的及时应变能力，但需耗费大量的人力、物力和财力，同时存在诸多不确定的风险。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种搜救模拟器，以解决现有技术应用海上搜救系统的真实设备进行搜救演习成本高、危险大的的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种搜救模拟器，所述搜救模拟器包括航海模拟器、航空模拟器以及通信仿真单元，所述搜救模拟器还包括：

中央控制仿真单元，用于设置所述航海模拟器和航空模拟器的场景参数信息，并将所述场景参数信息发送给所述航海模拟器和航空模拟器；

所述航海模拟器和航空模拟器加载所述场景参数信息后，所述航海模拟器通过所述通信仿真单元发送遇险信号给所述中央控制仿真单元，所述中央控制仿真单元根据所述遇险信号，并结合电子海图确定最优搜寻区域后发送搜救指令给所述航海模拟器和航空模拟器，所述航海模拟器和航空模拟器根据所述搜救指令进行搜救仿真。

本发明实施例的另一目的在于提供一种搜救模拟器的搜救仿真方法，所述方法包括以下步骤：

中央控制仿真单元设置航海模拟器和航空模拟器的场景参数信息，并将所述场景参数信息发送给航海模拟器和航空模拟器。

航海模拟器和航空模拟器加载所述场景参数信息后，航海模拟器通过通信仿真单元发送遇险信号给中央控制仿真单元。

中央控制仿真单元根据所述遇险信号，并结合电子海图确定最优搜寻区域后发送搜救指令给航海模拟器和航空模拟器，航海模拟器和航空模拟器根据所述搜救指令进行搜救仿真。

本发明实施例提供的搜救模拟器通过航海模拟器、航空模拟器、中央控制仿真单元及其之间的互动，完整地对海上遇险船只的搜救过程进行了仿真，克服了使用现有海上搜救系统的真实设备进行搜救演习成本高、危险大的缺点，且不受制于搜救演习的次数，可以快速有效的锻炼并检验搜救指挥的决策能力，增强各搜救单位间协调配合的能力。

附图说明

以下通过附图及具体实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明实施例提供的搜救模拟器的架构原理图；

图2是图1的具体结构图；

图3是本发明实施例提供的活动周期图法的流程图；

图4是现有技术提供的海上搜救系统的功能模块结构图；

图5是图4中报警源的活动周期图；

图6是图4中报警台的活动周期图；

图7是图4中搜寻救助单元的活动周期图；

图8是图4中搜救协调中心的活动周期图；

图9是图4的活动周期图；

图10是本发明实施例提供的搜救模拟器的搜救仿真方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的搜救模拟器的架构原理，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本发明实施例提供的搜救模拟器包括航海模拟器11、航空模拟器12、通信仿真单元13，该搜救模拟器还包括：中央控制仿真单元14，用于设置航海模拟器11和航空模拟器12的场景参数信息，并将该场景参数信息发送给航海模拟器11和航空模拟器12；航海模拟器11和航空模拟器12加载该场景参数信息后，航海模拟器11通过通信仿真单元13发送遇险信号给中央控制仿真单元14，中央控制仿真单元14根据该遇险信号，并结合电子海图确定最优搜寻区域后发送搜救指令给航海模拟器11和航空模拟器12，航海模拟器11和航空模拟器12根据该搜救指令进行搜救仿真。

在应用本发明实施例提供的搜救模拟器进行演练时，可以设置不同的场景参数信息，从而进行反复多次的演练。本发明实施例提供的搜救模拟器还可以包括一评估单元(图中未示出)，用于回放一演练过程并评估该演练的搜救行动效果，生成评估结果信息后存储，从而有针对性的修改完善或重新制定搜救预案，提高搜救预案的可行性和可操作性。

本发明实施例提供的搜救模拟器通过航海模拟器、航空模拟器、中央控制仿真单元及其之间的互动，完整的对海上遇险船只的海空联合搜救过程进行仿真，克服了使用现有海上搜救系统的真实设备进行搜救演习成本高、危险大的缺点，且不受制于搜救演习的次数，可以快速有效的锻炼并检验搜救指挥的决策能力，增强各搜救单位间协调配合的能力。

图2示出了图1的具体结构。

航海模拟器11具体包括：包括至少一艘遇险船的遇险船模块111，用于通过通信仿真单元13发送遇险信号给中央控制仿真单元14；包括至少一艘救助船的救助船模块112，用于加载场景参数信息，并根据中央控制仿真单元14发送的搜救指令进行搜救仿真。

航空模拟器12具体包括：包括至少一架救助飞机的救助飞机模块121，用于加载场景参数信息，并根据中央控制仿真单元14发送的搜救指令进行搜救仿真。

其中的遇险船模块111、救助船模块112以及救助飞机模块121可以是应用分布交互仿真(Distributed Interactive Simulation，DIS)技术以及高层体系结构(High Level Architecture，HLA)技术所形成的可参与、可扩展与可重用的综合分布式仿真模块。

其中的各遇险船以及救助船之间通过三维视景和雷达图像互见。各遇险船以及救助船分别包括船舶运动数学模型模块(图中未示出)、仿真驾驶台模块(图中未示出)、视景模块(图中未示出)以及模型解算模块(图中未示出)。航海模拟器11根据搜救指令进行搜救仿真的步骤包括：模型解算模块根据相应船的场景参数信息以及仿真驾驶台模块接收到的操船指令计算采样时刻相应船的位置、航向、速度、航向变化率、加速度等采样信息，视景模块根据该采样信息，应用计算机成像法(Computer Generated Image，CGI)生成该采样时刻的视景虚拟环境，以使得操船者有如驾驶一条实船在该视景虚拟环境中航行。视景模块具体可以采用计算机集群、柱幕投影软件几何校正及边缘融合方法生成大视场角视景，给人以极好的沉浸感。各船的视景模块根据需要可以配置120°至360°视场角的柱幕普通投影，当然还可以配置不同视场角的柱幕立体投影。

其中的航空模拟器12根据不同的搜救需求可以是固定翼飞机模拟器或搜救直升机模拟器。当航空模拟器12为搜救直升机模拟器时，该搜救直升机模拟器包括基于投影的虚拟现实系统(Cave Automatic Virtual Environment，CAVE)模块、直升机模拟驾驶舱模块、直升机模拟控制设备模块和直升机运动数学模型模块；且该直升机运动数学模型采用分体法分别建立了旋翼、尾桨、机身等组成部件的空气动力学模型，各部分的空气动力与力矩计算在各自的局部坐标系中进行，最后转换到机体坐标系下进行合成。

其中的场景参数信息是指对遇险船模块111、救助船模块112、和/或救助飞机模块121的运行状况进行仿真的参数信息，可以包括：遇险船模块111和/或救助船模块112的船型、航速、载货情况、航行海区及海况、遇险性质等参数信息中的一种或几种的组合，以及救助船模块112和/或救助飞机模块121的数量等环境参数信息。例如，设置遇险船模块111的遇险船船型为集装箱船，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；设置救助船模块112的救助船为专业救助船或在遇险船附近航行的杂货船和散货船等。

通信仿真单元13具体包括：报警台仿真模块131，其对海岸电台、岸站、全球卫星搜救系统(COSPAS-SARSAT)的地面用户终端和任务控制中心进行仿真，用于为救助船模块112、救助飞机模块121以及中央控制仿真单元14之间的通信提供中继服务。

中央控制仿真单元14具体包括：包括电子海图数据库以及船舶信息数据库的辅助决策支持模块143；遇险协调中心仿真模块142；控制模块144，用于设置遇险船模块111、救助船模块112、和/或救助飞机模块121的场景参数信息，并将该场景参数信息发送给航海模拟器11和航空模拟器12；全球海上遇险与安全系统(GDMSS)报警转接仿真模块141，用于接收遇险船模块111通过通信仿真单元13发送的遇险信号，并将该遇险信号发送到遇险协调中心仿真模块142；遇险协调中心仿真模块142顺次通过全球海上遇险与安全系统报警转接仿真模块141和报警台仿真模块131发送确认信息给遇险船模块111中发出遇险信号的遇险船并保持与其的通信联络，以为其提供搜救指导，并根据该遇险信号查询辅助决策支持模块143中的船舶信息数据库，确定遇险船所属国家或地区，之后顺次通过全球海上遇险与安全系统报警转接仿真模块141和报警台仿真模块131发送搜救指令给救助船模块112中的救助船、和/或救助飞机模块121中的救助飞机。

遇险协调中心仿真模块142还可以在确定遇险船所属国家或地区后，根据预先设置的险情等级划分标准以及遇险信号识别相应遇险船的遇险等级，并发出相应的搜救指令。此外，辅助决策支持模块143还可以包括搜救资源数据库，遇险协调中心仿真模块142根据该搜救资源数据库及控制模块144设置的场景参数信息，评估救助船模块112以及救助飞机模块121的救助能力，以根据评估得到的救助能力发出相应的搜救指令。

其中的遇险信号至少包括遇险船的位置信息以及通信设备识别码信息，此外，还可以包括遇险时间、遇险性质、必要救助形式、航速、航向、船舶名称、种类、国籍呼号、联系方式等信息。

其中的遇险协调中心仿真模块142具体可以参考现有海上搜救指挥体系而包括多级遇险协调中心仿真模块142，如国家遇险协调中心仿真模块、各省市遇险协调中心仿真模块等。

其中的辅助决策支持模块143还可以包括搜救案例知识数据库、海洋环境数据库等为搜救提供辅助参考的数据库。

进一步地，中央控制仿真单元14还可以包括：直通电话仿真模块145；遇险协调中心仿真模块142在确定遇险船所属国家或地区后，还可以通过直通电话仿真模块145利用电话网络向其它各种搜救力量发出搜救指令，以提高搜救效率。

本发明实施例提供的搜救模拟器是根据离散事件系统建模方法所建立的搜救系统仿真模型创建的，该搜救系统仿真模型具体是采用活动周期图法建立的。如图3示出了本发明实施例提供的活动周期图法的流程。

在步骤S101中，将现有海上搜救系统划分为多个功能模块。如图4示出了现有技术提供的海上搜救系统的功能模块结构，其将现有的海上搜救系统划分为搜救协调中心41、搜寻救助单元42、报警台43以及报警源44四个功能模块，该海上搜救系统具有接收、确认和转发遇险信号、协调搜寻救助反应和开展搜寻救助行动的职能。

其中的搜救协调中心41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。以我国的搜救协调中心41为例，搜救协调中心41是中国海上搜救系统中的核心机构，主要分为中国海上搜救中心、省海上搜救中心和市海上搜救分中心三级，其中中国海上搜救中心作为国家海上搜救部际联席会议的办事机构，负责国家海上搜救部际联席会议的日常工作，并作为运行机构，承担中国海上搜救责任区的搜救值班工作，负责组织、协调重大海上搜救行动及跨省的海上搜救责任区的海上搜救行动；搜寻救助单元42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，其可以是一个空中、海上或陆地设施，包括各级政府部门投资建设的专业救助队、军队、武警救助力量，政府部门所属公务救助力量，其它可投入救助行动的民用船舶与航空器，企事业单位、社会团体、个人等社会人力和财力资源；报警台43是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41的设施，包括海岸电台、岸站、全球卫星搜救系统(COSPAS-SARSAT)的地面用户终端(Local User Terminal，LUT)和任务控制中心(Mission Control Center，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；报警源44是一个包括任何配备有发送遇险信号设备的单元，它可以是遇险船或遇险人员。

在步骤S102中，制定每一功能模块的活动周期图。该步骤具体包括：将每一功能模块的活动周期划分为激活状态和静寂状态；根据现有各功能模块的工作流程制定激活状态和静寂状态之间的转换流向。

在步骤S103中，将各个功能模块的活动周期图整合成一完整活动周期图，并根据该完整活动周期图建立搜救系统仿真模型，之后根据该搜救系统仿真模型创建搜救模拟器。

下面详细说明应用该活动周期图法建立搜救系统仿真模型，之后根据所述搜救系统仿真模型创建本发明实施例提供的搜救模拟器的过程：

图5是图4中报警源44的活动周期图。如图5所示，将报警源44的活动周期划分为报警信号传递状态51和搜寻救助服务状态52两种激活状态，以及报警源安全状态53和等待救援状态54两种静寂状态。其中，报警信号传递状态51是指遇险船通过报警台43向搜救协调中心41发出遇险信号；搜寻救助服务状态52是指搜救协调中心41通过报警台43指挥协调搜寻救助单元42搜救遇险船；报警源安全状态53是指船只没有出现遇险的安全状态，是报警源44的初始状态；等待救援状态54是指报警源44发送完遇险信号后等待接受搜救的状态。报警源44在报警信号传递状态51后即进入活动周期的循环；报警源44进入搜寻救助服务状态52后，或者进入报警源安全状态53(搜救成功)，或者进入等待救援状态54继续等待接受搜救(搜救失败)，直到整个活动周期结束(搜救协调中心41宣布搜救结束)，此时可以认为报警源44失踪，搜救失败。

图6是图4中报警台43的活动周期图，如图6所示，将报警台43的活动周期划分为报警信号传递状态51和搜救指令传递状态56两种激活状态，以及报警台43值班状态55一种静寂状态。其中，报警信号传递状态51是指接收报警源44发出的遇险信号，并将该遇险信号转发给搜救协调中心41；搜救指令传递状态56是指接收搜救协调中心41发来的搜救指令，并将该搜救指令转发给搜寻救助单元42；报警台43值班状态55是指报警台43处于接转遇险信号和搜救指令的值守状态。

图7是图4中搜寻救助单元42的活动周期图。如图7所示，将搜寻救助单元42的活动周期划分为搜救指令传递状态56和搜寻救助服务状态52两种激活状态，以及值班或正常航行状态57和执行搜救任务前的准备状态58两种静寂状态。其中，搜救指令传递状态56是指接收由搜救协调中心41发出经由报警台43转发的搜救指令；搜寻救助服务状态52是指在搜救协调中心41的指挥协调下为报警源44提供搜救；值班或正常航行状态57中的值班状态是指搜寻救助单元42中的救助力量处于接收搜救指令的值守状态，值班或正常航行状态57中的正常航行状态是指搜寻救助单元42中的搜救船未接到搜救指令前的航行状态。

图8是图4中搜救协调中心41的活动周期图。如图8所示，将搜救协调中心41的活动周期划分为报警信号传递状态51、搜寻救助服务状态52、搜救指令传递状态56和核实报警信号状态63四种激活状态，以及RCC值班状态59、信息反馈等待状态60、应急准备状态61和搜救方案制定状态62四种静寂状态。其中，报警信号传递状态51是指搜救协调中心41接收由报警源44发出经由报警台43转发的遇险信号；搜救指令传递状态56是指搜救协调中心41经由报警台43向搜寻救助单元42发送搜救指令；搜寻救助服务状态52是指搜救协调中心41指挥搜寻救助单元42向报警源44提供搜救服务；核实报警信号状态63是指搜救协调中心41收到遇险信号后，通过直接或间接的途径对海上遇险信号进行核实与分析，如果遇险信号属误报，将协调或通知有关部门进行调查处理，之后进入RCC值班状态59，否则进入搜救方案制定状态62；RCC值班状态59是指搜救协调中心41处于接受遇险信号的值守状态；应急准备状态61是指搜救协调中心41收到遇险信号后的应急准备动员状态；搜救方案制定状态62是指核实遇险信号后搜救协调中心41根据遇险信号、搜寻救助单元42的信息和海洋环境信息制定搜救方案的状态；信息反馈等待状态60是指搜救协调中心41发送搜救指令后，等待搜寻救助单元42反馈信息的状态。

将图4至图8所示的每一功能模块的活动周期图进行整合，形成如图9所示的图4的活动周期图。

本发明实施例还提供了一种如上所述的搜救模拟器的搜救仿真方法，如图10示出了本发明实施例提供的搜救模拟器的搜救仿真方法流程。

在步骤S201中，中央控制仿真单元设置航海模拟器和航空模拟器的场景参数信息，并将该场景参数信息发送给航海模拟器和航空模拟器。

在步骤S202中，航海模拟器和航空模拟器加载该场景参数信息后，航海模拟器通过通信仿真单元发送遇险信号给中央控制仿真单元。

在步骤S203中，中央控制仿真单元根据该遇险信号，并结合电子海图确定最优搜寻区域后发送搜救指令给航海模拟器和航空模拟器，航海模拟器和航空模拟器根据该搜救指令进行搜救仿真。

本发明实施例在步骤S201之前，还包括创建搜救模拟器的步骤，其具体方法如上所述，在此不再赘述。

本发明实施例提供的搜救模拟器通过航海模拟器、航空模拟器、中央控制仿真单元及其之间的互动，完整的对海上遇险船只的搜救过程进行仿真，克服了使用现有海上搜救系统的真实设备进行搜救演习成本高、危险大的缺点，且不受制于搜救演习的次数，可以快速有效的锻炼并检验搜救指挥的决策能力，增强各搜救单位间协调配合的能力；此外，遇险协调中心仿真模块还可以在接收到遇险信号后，发送确认信息给遇险船模块中发出遇险信号的遇险船并保持与其的通信联络，以为其提供搜救指导，该通信联络可以持续到整个救援行动的结束，以提高搜救效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种搜救模拟器，其特征在于，所述搜救模拟器包括航海模拟器、航空模拟器以及通信仿真单元，所述搜救模拟器还包括：

中央控制仿真单元，用于设置所述航海模拟器和航空模拟器的场景参数信息，并将所述场景参数信息发送给所述航海模拟器和航空模拟器；

所述航海模拟器和航空模拟器加载所述场景参数信息后，所述航海模拟器通过所述通信仿真单元发送遇险信号给所述中央控制仿真单元，所述中央控制仿真单元根据所述遇险信号，并结合电子海图确定最优搜寻区域后发送搜救指令给所述航海模拟器和航空模拟器，所述航海模拟器和航空模拟器根据所述搜救指令进行搜救仿真。

2.如权利要求1所述的搜救模拟器，其特征在于，所述航海模拟器包括：

包括至少一艘遇险船的遇险船模块，用于通过所述通信仿真单元发送遇险信号给所述中央控制仿真单元；

包括至少一艘救助船的救助船模块，用于加载所述场景参数信息，并根据所述中央控制仿真单元发送的所述搜救指令进行搜救仿真。

3.如权利要求2所述的搜救模拟器，其特征在于，所述航空模拟器包括：

包括至少一架救助飞机的救助飞机模块，用于加载所述场景参数信息，并根据所述中央控制仿真单元发送的所述搜救指令进行搜救仿真。

4.如权利要求3所述的搜救模拟器，其特征在于，所述遇险船和救助船分别包括船舶运动数学模型模块、仿真驾驶台模块、视景模块以及模型解算模块；

所述航海模拟器根据所述搜救指令进行搜救仿真的步骤包括：所述模型解算模块根据相应船的所述场景参数信息以及所述仿真驾驶台模块接收到的操船指令计算采样时刻相应船的采样信息；视景模块根据所述采样信息，应用计算机成像法生成所述采样时刻的视景虚拟环境。

5.如权利要求3所述的搜救模拟器，其特征在于，所述通信仿真单元包括：报警台仿真模块，用于为所述救助船模块、救助飞机模块以及中央控制仿真单元之间的通信提供中继服务。

6.如权利要求5所述的搜救模拟器，其特征在于，所述遇险信号至少包括遇险船的位置信息以及通信设备识别码信息，所述中央控制仿真单元包括：

包括电子海图数据库以及船舶信息数据库的辅助决策支持模块；

遇险协调中心仿真模块；

控制模块，用于设置所述遇险船模块、救助船模块以及救助飞机模块的场景参数信息，并将所述场景参数信息发送给所述航海模拟器和航空模拟器；

全球海上遇险与安全系统报警转接仿真模块，用于接收所述遇险信号，并将所述遇险信号发送到所述遇险协调中心仿真模块；所述遇险协调中心仿真模块根据所述遇险信号查询所述辅助决策支持模块中的所述船舶信息数据库，确定所述遇险船所属国家或地区，之后顺次通过所述全球海上遇险与安全系统报警转接仿真模块和报警台仿真模块发送搜救指令给所述救助船模块中的救助船、和/或所述救助飞机模块中的救助飞机。

7.如权利要求6所述的搜救模拟器，其特征在于，所述中央控制仿真单元还包括直通电话仿真模块；

所述遇险协调中心仿真模块在确定所述遇险船所属国家或地区后，通过所述直通电话仿真模块利用电话网络发出搜救指令。

8.如权利要求1至7任一项所述的搜救模拟器，其特征在于，所述搜救模拟器是根据离散事件系统建模方法所建立的搜救系统仿真模型创建的。

9.一种如权利要求1至7任一项所述的搜救模拟器的搜救仿真方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

中央控制仿真单元设置航海模拟器和航空模拟器的场景参数信息，并将所述场景参数信息发送给航海模拟器和航空模拟器。

航海模拟器和航空模拟器加载所述场景参数信息后，航海模拟器通过通信仿真单元发送遇险信号给中央控制仿真单元。

中央控制仿真单元根据所述遇险信号，并结合电子海图确定最优搜寻区域后发送搜救指令给航海模拟器和航空模拟器，航海模拟器和航空模拟器根据所述搜救指令进行搜救仿真。

10.如权利要求9所述的搜救模拟器的搜救仿真方法，其特征在于，所述方法在所述中央控制仿真单元设置航海模拟器和航空模拟器的场景参数信息的步骤之前，还包括创建所述搜救模拟器的步骤，包括：

将现有海上搜救系统划分为多个功能模块；

制定所述多个功能模块分别对应的多个活动周期图；

将所述多个活动周期图整合成一完整活动周期图，并根据所述完整活动周期图建立搜救系统仿真模型，之后根据所述搜救系统仿真模型创建所述搜救模拟器。

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