CN103632580B - 面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统，它由三维渲染服务器、事故场景服务器、预案管理服务器、操艇终端和控制台通过千兆以太网连接而成，多名受试人员形成一个协作小组共同参与人员在环测试。通过建立的系统对协作小组人员在各个事故任务阶段中的行为进行测试，并将受试人员的应急处置行为进行记录并建立人员行为数据库，利用受试人员组的行为评价方法对单次受试人员的行为进行评价，将评价的结果与数据库相似案例进行比较，确定受试人员的熟练程度，为相同的受试人员选择新的在环测试案例。本发明可以保证在环测试的稳定性和延续性，同时避免用重复案例来进行对该组人员进行测试。

Description

面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统

技术领域

本发明涉及一种面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统。

背景技术

由于水上交通事故发生的巨大危害性，提高水上交通事故应急处置的人员能力成熟度非常有必要。目前在进行事故应急处置的人员训练较为成熟的有实战演练和桌面推演，实战演练参与人员多，组织难度大，人力财力投入大，桌面推演则不能完全模拟真实的场景，难以达到较好的演练效果。近年来，随着虚拟现实技术、GIS技术、三维视景技术的发展，具有实际场景效果的人员测试或训练系统逐步受到重视，基于三维视景技术的海事应急仿真平台具有直观性能强、测试成本低、组织难度小、训练效果好的特点，因此开发具有三维效果的海事应急处置人员在环测试系统具有较大的现实意义。

人员在环(Human in the loop)测试是指一种人机交互系统及其为使用人员提供的人机接口，使得人员能够作为系统的一部分参与整个系统的运行。人员在环测试关注人因对系统的影响和作用，试图根据不同用户(即受试人员)所表现出的不同行为来观察系统的输出，从而实现对人员的操作或决策的效果进行评估。

与其它事故或应急仿真的仿真系统不同，水上交通事故离岸距离远，受不同通航环境影响事故发展及其应急处置措施会有较大差异，另外事故的仿真涉及部门多、事故种类多，海事应急指挥人员在环测试平台需要具有不同场景不同事故类型不同角色的情景设定功能；根据相关工作法规的要求，海事应急处置涉及到事故接警、事故确认、事故报告、事故评估与决策、事故处置、事故评价的完整工作流程，在整个工作流过程中需要受试人员密切配合，需要海事应急的人员测试平台具有事务工作流组织的功能，测试过程中受试人员对于事故的处置可以根据事故应急预案及相似案例从预案库中获取范例或指导意见；对于在环测试的效果，能够给出相应的评价结果，这也需要在环测试系统能够记录事故发展过程中的动作，并进行回放，对于事故的应急资源能够进行合理的调配。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统及利用其实现的受试人员行为评价方法，基于此评价方法实现对相同的受试人员的在环测试案例选择方法，构建了全面的在环测试系统，并能够对测试系统中的受试人员行为进行量化评价，进而智能地根据受试人员的测试情况来自动选择最合适的案例组用于训练。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统，其特征在于：它由三维渲染服务器、事故场景服务器、预案管理服务器、操艇终端和控制台通过千兆以太网连接而成；其中

三维渲染服务器用于搭建三维仿真场景，包括船舶、水流、地形地貌、桥梁、背景建筑和航道信息；事故场景服务器用于构建在不同位置不同时间不同类型的海事事故，包括海事事故的主要事故种类及其组合，并维护受试人员使用案例进行测试后的操作统计数据；预案管理服务器用于接收指挥仿真终端的数据，通过预设海事事故应急处置流程和处置方法，得到受试人员的下一步行动方案并给予提示内容，以及对受试人员的当前行动进行评价；操艇终端配置有操舵装置和主机转速调节装置，用于受试人员实现在虚拟场景中对救助船艇的实际操纵；

控制台包括主控终端、CCTV仿真终端、VTS仿真终端、AIS仿真终端、预案执行仿真终端和指挥仿真终端；主控终端用于在环测试系统的情景设定，即从三维渲染服务器和事故场景服务器中选取案例所需要的三维仿真场景和海事事故情节，并全程监控受试人员的测试行为和进展；CCTV仿真终端用于从不同视角显示主控终端选取的三维仿真场景，从而模拟不同摄像头监控水域船舶交通流的形式；VTS仿真终端用于接受三维仿真场景中生成的船舶运动数据并以雷达回波光斑的形式向受试人员显示场景中的船舶动态；AIS仿真终端用于接受三维仿真场景中生成的船舶运动数据信息并以电子江图的形式向受试人员显示场景中的船舶动态；预案执行仿真终端用于在环测试过程中从操艇终端、CCTV仿真终端、AIS仿真终端、VTS仿真终端上的各操作人员那里接收应急处置的进展信息，发送到预案管理服务器，预案管理服务器根据当前受试人员操作进展而计算得到的下一步操作建议并在预案执行仿真终端显示；指挥仿真终端首次根据受试人员汇报确认险情，此后根据预案执行仿真终端显示的提示内容向上述受试人员发布指令用于协调在环测试行为；

海事应急在环测试仿真平台的情景设定具体包括场景设定、事故上下文设定和角色设定；场景设定用于从三维渲染服务器中选取所需要的三维仿真场景；事故上下文设定用于从事故场景服务器中选取所需要的海事事故情节；角色设定用于受试人员的角色和任务分配，系统的运行包括两类人员，系统管理员和受试人员，其中受试人员进一步有三种角色：

系统管理员：操控主控终端，负责整个系统运行，即从事故案例库中选择或构造特定案例作为一次在环测试的虚拟场景，同时支持受试人员顺利完成测试过程并评估测试效果；

受试人员：参与海事应急在环测试平台中的普通用户，在特定的事故情景中开展协同工作；根据事故应急在环测试中承担任务的不同，受试人员分为如下角色：

受试人员角色I：承担监控水域船舶交通或报警角色，在CCTV仿真终端上参与在环测试，此角色模拟首先发现事故险情的人员，向指挥仿真终端报告和描述险情，并协助指挥仿真终端上的受试人员识别涉事船舶目标以及其他信息；

受试人员角色II：承担中心指挥人员角色，用于操作指挥仿真终端、AIS仿真终端、VTS仿真终端、预案执行仿真终端，承担接警、确认、报告、协调和指导工作，并根据现场反馈的信息进行协调和组织测试中的行为；

受试人员角色III：救助船艇操纵人员角色，用于操作操艇终端，模拟水面上巡航艇或消防船的驾控人员，一旦险情或事故启动，此角色人员在虚拟环境中驾艇赶赴现场进行近距离事故处置和搜救，并承担过往船舶交通组织、人员落水救助和现场搜救协调的作用。

利用上述面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统实现的受试人员行为评价方法，其特征在于：它包括以下方法：

步骤一、选择特定的案例：

从预案管理服务器中的案例库中选择特定的案例，若预案管理服务器中没有，则由系统管理员通过主控终端构造特定的案例存放在预案管理服务器的案例库中；

所述的案例库中的案例构成如下：

案例j＝<案例类型T_j，环境参数，事故烈度S_j，任务u_j1，任务u_j2，…，任务u_jn>，

其中j表示第j个案例，T_j为第j个案例的案例类型，S_j为第j个案例的事故烈度，u_j1-u_jn为第j个案例中第1-n个任务；

第j个案例的案例类型T_j为下述类型之一或其任意组合：船舶火灾，船舶碰撞，船舶搁浅，船舶撞桥，船舶溢油；

环境参数包括如下参数：第j个案例的风速W_j为0到9的整数，数值越大风力越强；第j个案例的能见度V_j为0到9的整数，数值越大能见度越高；第j个案例的流速F_j为0到9的整数，数值越大表示水流流速越快；第j个案例的光照强度I_j为0到9的整数，数值越小光线越暗；第j个案例的浪的级别L_j为0到9的整数，数值越大水域波浪越剧烈；

第j个案例的事故烈度S_j是个归一值，为大于0且小于1的实数，数值越大事故越严重；

任务u_j1-u_jn为第j个案例所包含的全部任务代码；每个参与在环测试的受试人员根据自己的角色承担相应的一个任务或几个任务的集合；

步骤二、进行一轮在环测试并采集数据：

系统管理员和受试人员根据所选定的特定案例j及各自的角色和任务开始现场演练，采集人员k₁-k_m开始执行任务k的时间人员k₁-k_m结束任务k的时间人员k₁-k_m的物资消耗量人员k₁-k_m执行任务成效其中和均为归一化处理后的归一值，具体的值由特定的任务特性来预先设定，当不存在具体物资的消耗量时取默认值1；k为{任务u_j1，任务u_j2，…，任务u_jn}集合中的一个；

步骤三、对特定案例j的各参数和现场测试中采集的数据进行处理，得到评估结果：

案例j的难度系数Hardness_j为：

${\mathrm{Hardness}}_j=[\log \left({1+W}_j\right)+\log \left(\frac{10}{{1+V}_j}\right)+\log \left({1+F}_j\right)+\log (1+|I_j-5\left|\right)+\log \left({1+L}_j\right)]\&CenterDot;S_j;$

案例j的任务k的本轮在环测试质量Perform_k为：

${\mathrm{Perform}}_k=\frac{\underset{x=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\log (1+\frac{A_{k_x}}{C_{k_x}})}{\underset{x=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\log ({\mathrm{ET}}_{k_x}-{\mathrm{ST}}_{k_x})};$ 式中x表示第x个变量；

使用案例j本轮在环测试的综合操作质量评价RelativePerform_j为：

${\mathrm{RelativePerform}}_j=\underset{{k=u}_{j1}}{\overset{u_{\mathrm{jn}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{Perform}}_k\&times;{\mathrm{Hardness}}_j.$

利用上述受试人员行为评价方法实现对相同受试人员的在环测试案例选择方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一、对相同的受试人员和相同的测试案例，将每次进行在环测试后得到的当前在环测试的综合操作质量评价进行存储，得到历史测试实例数据库；计算综合操作质量评价平均值，综合操作质量评价平均值为相同的案例的已有综合操作质量评价之和与测试次数做算术平均；

步骤二、随机选择一个测试案例i，经过一轮在环测试，判断其综合操作质量评价值RelativePerform_i是否达到预设的阈值Ω，若已达到则进入步骤四，若未达到则推荐一个其他的案例作为本次受试人员下一轮测试的案例，这个推荐案例的综合操作质量评价平均值应该位于区间[RelativePerform_i-Δ,RelativePerform_i]，其中Δ是个预先指定的区间宽度常量。

步骤三、每次新完成一次该测试案例的在环测试后，更新其历史测试实例数据库，并重新计算该测试案例的综合操作质量评价平均值；

步骤四、轮询案例库中本测试案例i以外的其他案例，推荐一个其他的案例作为本次受试人员下一轮测试的案例，这个推荐案例的综合操作质量评价平均值应该位于区间[RelativePerform_i,RelativePerform_i+Δ]，其中Δ是个预先指定的区间宽度常量；

步骤五、重复步骤一至步骤四，当连续两次在环测试的综合操作质量评价之差小于Δ时，停止对此组人员的测试，确定此组测试人员的当前水平为最后两次综合操作质量评价的均值。

本发明的有益效果为：建立基于仿真技术的人员在环测试系统，通过虚拟仿真技术构建出逼真的海事事故搜救场景及救援环境，以此提高相关人员在复杂现场确定救援策略的能力，强化整体救援的技能，提升在搜救过程中的指挥水平和心理适应能力；以实际搜救案例为基本背景，以实际搜救过程及阶段为时间发展顺序，动态生成交互式虚拟事故全景或局部场景，面向各个终端提供事故发生、报警、船舶调度、人员调度、搜救资源调度、现场事故搜救处置、事故处理后处置等指挥操作环节的训练功能，并对搜救过程中受试人员行为进行量化评价，进而智能地根据受试人员的测试情况来自动选择最合适的案例组用于训练，保证在环测试的稳定性和延续性，同时避免用重复案例来进行对该组人员进行测试。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构图及人员配置。

图2为本发明一实施例的逻辑架构图。

图3为本发明一实施例的在环测试综合操作质量数据组织原理图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

图1为本发明一实施例的结构图及人员配置，图2为本发明一实施例的逻辑架构图，一种面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统，由三维渲染服务器、事故场景服务器、预案管理服务器、操艇终端和控制台通过千兆以太网连接而成；其中

三维渲染服务器用于搭建三维仿真场景，包括船舶、水流、地形地貌、桥梁、背景建筑和航道信息；事故场景服务器用于构建在不同位置不同时间不同类型的海事事故，包括海事事故的主要事故种类及其组合，并维护受试人员使用案例进行测试后的操作统计数据；预案管理服务器用于接收指挥仿真终端的数据，通过预设海事事故应急处置流程和处置方法，得到受试人员的下一步行动方案并给予提示内容，以及对受试人员的当前行动进行评价；操艇终端配置有操舵装置和主机转速调节装置，用于受试人员实现在虚拟场景中对事故应急处置的实际操纵；

控制台包括主控终端、CCTV仿真终端、VTS仿真终端、AIS仿真终端、预案执行仿真终端和指挥仿真终端；主控终端用于在环测试系统的情景设定，即从三维渲染服务器和事故场景服务器中选取案例所需要的三维仿真场景和海事事故情节，并全程监控受试人员的测试行为和进展；CCTV仿真终端用于从不同视角显示主控终端选取的三维仿真场景，从而模拟不同摄像头监控水域船舶交通流的形式；VTS仿真终端用于接受三维仿真场景中生成的船舶运动数据并以雷达回波光斑的形式向受试人员显示场景中的船舶动态；AIS仿真终端用于接受三维仿真场景中生成的船舶运动数据信息并以电子江图的形式向受试人员显示场景中的船舶动态；预案执行仿真终端用于在环测试过程中从操艇终端、CCTV仿真终端、AIS仿真终端、VTS仿真终端上的各操作人员那里接收应急处置的进展信息，发送到预案管理服务器，预案管理服务器根据当前受试人员操作进展而计算得到的下一步操作建议并在预案执行仿真终端显示；指挥仿真终端首次根据受试人员汇报确认险情，此后根据预案执行仿真终端显示的提示内容向上述受试人员发布指令用于协调在环测试行为；

海事应急在环测试仿真平台的情景设定具体包括场景设定、事故上下文设定和角色设定；场景设定用于从三维渲染服务器中选取所需要的三维仿真场景；事故上下文设定用于从事故场景服务器中选取所需要的海事事故情节；角色设定用于受试人员的角色和任务分配，系统的运行包括两类人员，系统管理员和受试人员，其中受试人员进一步有三种角色：

系统管理员:操控主控终端，负责整个系统运行，即从事故案例库中选择或构造特定案例作为一次在环测试的虚拟场景，同时支持受试人员顺利完成测试过程并评估测试效果；

受试人员：参与海事应急在环测试平台中的普通用户，在特定的事故情景中开展协同工作；根据事故应急在环测试中承担任务的不同，受试人员分为如下角色：

受试人员角色I：承担监控水域船舶交通或报警角色，在CCTV仿真终端上参与在环测试，此角色模拟首先发现事故险情的人员，向指挥仿真终端报告和描述险情，并协助指挥仿真终端上的受试人员识别涉事船舶目标以及其他信息；

受试人员角色II：承担中心指挥人员角色，用于操作指挥仿真终端、AIS仿真终端、VTS仿真终端、预案执行仿真终端，承担接警、确认、报告、协调和指导工作，并根据现场反馈的信息进行协调和组织测试中的行为；

受试人员角色III：巡航艇操纵人员角色，用于操作操艇终端，模拟水面上巡航艇或消防船的驾控人员，一旦险情或事故启动，此角色人员在虚拟环境中驾艇赶赴现场进行近距离事故处置和搜救，并承担过往船舶交通组织、人员落水救助和现场搜救协调的作用。

具体而言，场景设定是指利用三维视景技术将自然环境、港口环境和交通环境在虚拟三维场景系统中显示，从而建立一个逼真的海事仿真场景，为达到搜救人员在环测试提供一个基础的场景平台。

自然环境设定：自然环境信息既包括风况、能见度、降水、水流、水位、天气等与事故发生和发展密切相关的自然环境信息，也包括无关的背景信息，这些信息均在CCTV仿真终端中进行显示，以达到逼真的场景效果。

港口环境设定：港口环境信息包括码头、航道、锚地、桥梁、架空电缆等通航建筑物信息，和自然环境信息设定有所不同，港口环境与船舶的航行安全和事故应急处置密切相关，港口环境设定时需要设定各类通航建筑物的通航条件信息。码头信息包括码头长度、停泊水域、旋回水域。航道信息包括航道长度、航道宽度、航道弯曲度、航道水深、助航设施。锚地信息包括锚地的水深、面积、土质、用途。桥梁参数包括通航净空宽度、通航净空高度、通航孔桥墩位置。架空电缆主要参数为通航净空高度。

交通环境设定：交通环境信息主要是指过往船舶的交通流信息，包括交通流船舶尺度、吨位、交通密度、船头间距、船舶航速、船舶时空分布、航迹分布等，本人员在环测试平台可根据实际情况对船舶交通流的上述信息进行设定。

事故设定：事故设定是通过动态编辑事故的发生线索，设定事故上下文，包括事故在虚拟三维场景中发生的位置、时序、情节、烈度、外部条件，从而构建船舶火灾，船舶碰撞，船舶搁浅，船舶撞桥，船舶溢油等船舶事故类型或其组合。

事故类型设定：事故类型设定是指可以设定上述不同事故类型或其组合，并在CCTV仿真终端中进行显示。

事故发展趋势设定：事故发展趋势设定是指可以根据不同外部环境对事故的发展趋势进行设定。以船舶火灾为例，在不采取应急救援前提下，事故会随着时间发展呈现浓烟、爆炸、人员落水、船舶沉没等多种态势；落水人员则会根据风、流条件进行漂移；过往船舶在不采取交通组织的条件下会造成交通阻塞等。

事故救助效果设定：事故救助效果设定是指在采取合理应急救援措施后，事故将随着救援效果而发展。以船舶火灾为例，船舶火灾发展会根据灭火设备的使用情况而呈现持续大火、火灾缓解、火灾救助成功等状态；落水人员救助会根据操艇人员操纵实际情况而出现未发现落水人员、发现落水人员、救助成功等状态；船舶交通组织也会呈现出过往船舶航行至锚地、停泊区，最终达到交通组织的效果。

本发明还提供了受试人员行为评价方法，其特征在于：它包括以下方法：

步骤一、选择特定的案例：

从预案管理服务器中的案例库中选择特定的案例，若预案管理服务器中没有，则由系统管理员通过主控终端构造特定的案例存放在预案管理服务器的案例库中；

所述的案例库中的案例构成如下：

案例j＝<案例类型T_j，环境参数，事故烈度S_j，任务u_j1，任务u_j2，…，任务u_jn>，

其中j表示第j个案例，T_j为第j个案例的案例类型，S_j为第j个案例的事故烈度，u_j1-u_jn为第j个案例中第1-n个任务；

第j个案例的案例类型T_j为下述类型之一或其任意组合：船舶火灾，船舶碰撞，船舶搁浅，船舶撞桥，船舶溢油；

环境参数包括如下参数：第j个案例的风速W_j为0到9的整数，数值越大风力越强；第j个案例的能见度V_j为0到9的整数，数值越大能见度越高；第j个案例的流速F_j为0到9的整数，数值越大表示水流流速越快；第j个案例的光照强度I_j为0到9的整数，数值越小光线越暗；第j个案例的浪的级别L_j为0到9的整数，数值越大水域波浪越剧烈；

第j个案例的事故烈度S_j是个归一值，为大于0且小于1的实数，数值越大事故越严重；

任务u_j1-u_jn为第j个案例所包含的全部任务代码；每个参与在环测试的受试人员根据自己的角色承担相应的一个任务或几个任务的集合；

步骤二、进行一轮在环测试并采集数据：

系统管理员和受试人员根据所选定的特定案例j及各自的角色和任务开始现场演练，采集人员k₁-k_m开始执行任务k的时间人员k₁-k_m结束任务k的时间人员k₁-k_m的物资消耗量人员k₁-k_m执行任务成效其中和均为归一化处理后的归一值，具体的值由特定的任务特性来预先设定，当不存在具体物资的消耗量时取默认值1；k为{任务u_j1，任务u_j2，…，任务u_jn}集合中的一个；

步骤三、对特定案例j的各参数和现场演练中采集的数据进行处理，得到评估结果：

案例j的难度系数Hardness_j为：

${\mathrm{Hardness}}_j=[\log \left({1+W}_j\right)+\log \left(\frac{10}{{1+V}_j}\right)+\log \left({1+F}_j\right)+\log (1+|I_j-5\left|\right)+\log \left({1+L}_j\right)]\&CenterDot;S_j;$

案例j的任务k的本轮在环测试质量Perform_k为：

${\mathrm{Perform}}_k=\frac{\underset{x=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\log (1+\frac{A_{k_x}}{C_{k_x}})}{\underset{x=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\log ({\mathrm{ET}}_{k_x}-{\mathrm{ST}}_{k_x})};$ 式中x表示第x个变量；

使用案例j本轮在环测试的综合操作质量评价RelativePerform_j为：

${\mathrm{RelativePerform}}_j=\underset{{k=u}_{j1}}{\overset{u_{\mathrm{jn}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{Perform}}_k\&times;{\mathrm{Hardness}}_j.$

利用上述受试人员行为评价方法实现对相同的受试人员的在环测试案例选择方法，它包括以下步骤：

步骤一、对相同的受试人员和相同的测试案例，将每次进行在环测试后得到的当前在环测试的综合操作质量评价进行存储，得到历史测试实例数据库；计算综合操作质量评价平均值，综合操作质量评价平均值为相同的案例的已有综合操作质量评价之和与测试次数做算术平均；

步骤二、随机选择一个测试案例i，经过一轮在环测试，判断其综合操作质量评价值RelativePerform_j是否达到预设的阈值Ω，若已达到则进入步骤四，若未达到则推荐一个其他的案例作为本次受试人员下一轮测试的案例，这个推荐案例的综合操作质量评价平均值应该位于区间[RelativePerform_i-Δ,RelativePerform_i]，其中Δ是个预先指定的区间宽度常量。

步骤三、每次新完成一次该测试案例的在环测试后，更新其历史测试实例数据库，并重新计算该测试案例的综合操作质量评价平均值；

步骤四、轮询案例库中本测试案例i以外的其他案例，推荐一个其他的案例作为本次受试人员下一轮测试的案例，这个推荐案例的综合操作质量评价平均值应该位于区间[RelativePerform_i,RelativePerform_i+Δ]，其中Δ是个预先指定的区间宽度常量；

步骤五、重复步骤一至步骤四，当连续两次在环测试的综合操作质量评价之差小于Δ时，停止对此组人员的测试，确定此组测试人员的当前水平为最后两次综合操作质量评价的均值。

由于本仿真系统涉及船舶火灾，船舶碰撞，船舶搁浅，船舶撞桥，船舶溢油等几类事故或其组合，下面仅以火灾事故为例介绍整个在环测试的实现方式。

实施案例：基于火灾事故案例的在环测试过程。

阶段一：火灾事故情景设定

事故情景设定：通过情景设定一艘船舶在某一位置发生火灾，相应的水文气象条件，火灾的烈度呈现火苗、浓烟、船舶爆炸等并最终导致船舶沉没事故的发生，同时设定在事故发展过程中会伴随人员落水等事故情节，该部分内容由系统管理员在海事应急测试开展之前进行设定，系统管理员工作于主控终端。

角色设定：在火灾事故案例中，受试人员角色包括视频监控的报警人员(角色I)、中心指挥人员(角色II)，巡航艇操纵人员(角色III)，其中角色I对应于CCTV仿真终端上的受试人员；角色II在控制台席位进行在环测试，这些控制台席位包括主控终端、AIS仿真终端、VTS仿真终端、预案执行仿真终端和指挥仿真终端，因此该角色一般包括多名受试人员；角色III对应于操艇席位的操艇终端，承担一线搜救人员的在环测试过程，也可包括数名受试人员；

某次典型的在环测试共有7名人员参加，另外有1名系统管理员全程负责系统的运行：

角色I人员1名，记为A，在CCTV仿真终端上参与在环测试；

角色II人员4名，记为D、E、F、G，其中D在VTS仿真终端，E在AIS仿真终端，F在预案执行仿真终端，G在指挥仿真终端；

角色III人员2名，记为B、C，在操艇终端上参与在环测试。

阶段二：火灾事事故发现及确认

任务1:A不断监视CCTV仿真终端,发现火灾事故征兆后向预案执行仿真终端的人员G报告事故情况，G询问事故现场火灾事故的相关信息，包括大体遇险位置、船名、遇险等级、船舶吨位、船舶种类、火灾态势、水文气象信息等等，并将险情记录进行记录，在该阶段由于事故紧急或视角限制，可能仅能获取遇险船舶的船名、遇险位置等不完全信息，其它信息可设定为缺省值，并在事故确认阶段对其进行进一步的补充；F向A询问遇险船舶事故信息，并通过后台数据库查询并录入涉事船舶的信息，包括船名、船舶位置、船舶类型、船舶吨位、遇险人员、装载情况、船舶长度和宽度等。

任务2：预案执行仿真终端界面显示事故详细信息，并将事故遇险信息获取的信息来源和时间进行显示。基于事故预案信息，G进行事故信息初步确认，具体行动包括：G通知A、D、E切换相应的CCTV仿真画面、AIS仿真画面、VTS仿真画面，找到事故现场位置；A、D、E确定事故更准确的地点，周围的船舶流量情况；G通知操艇终端的在环测试人员B、C驾驶赶赴现场进行事故现场确认。

任务3：B、C根据G的指挥在虚拟环境中巡航搜索事故现场，尽快接近发生事故的船舶。B、C搜寻和抵达现场的过程中将不断向F进行信息通告，将遇险船舶的船舶信息、遇险人员数量、落水人员数量、火灾发展态势、落水货物数量及态势等告知F，F将获得的事故信息输入预案执行仿真终端。

任务4：G根据预案执行仿真终端界面显示的信息，分别与A、B、C、D、E、F等受试人员取得联系，按照预案执行仿真终端中的预案执行后续应急处置动作，包括:与A确定是否能用视频查看事故进展；与B、C确定现场的火势发展、遇险人员、风浪流雾等自然条件；与D、E确认大范围水域的船舶交通流量情况；与F确认应急资源的就绪情况，包括医疗、灭火物质等。

任务5:B、C在事故前线的搜救过程中事故的发展变化，B、C将不断向F更新事故的动态数据，包括火势火情、落水人员数量等。F将数据录入预案执行仿真终端，G根据预案执行仿真终端的计算结果，与B、C、D、E等人员进行操作上的协同，包括事故数据核实和搜救动态反馈。

阶段三：事故现场应急决策

任务6:根据事故发展和走势，以及预案执行仿真终端的提示，G向事故所在水域下达水上交通管制的要求。D、E根据G的要求，分别在VTS仿真终端和AIS仿真终端上设置水上交通管制的区域、临时锚泊区域和交通管制要求并执行发布操作。

任务7:G根据当前的事故态势，让B、C实行应急处置上的分工：选择其中之一承担维持事故发生地点周边的通航秩序，选择另一个操艇人员用于救火操作，包括使用正确的灭火物质和灭火器材。

阶段四：事故现场搜救活动

任务8:根据B、C在现场的搜救情况，一旦出现人员落水的现象，G应指挥B、C优先进行落水人员营救,包括将搜救艇驶近落水人员并执行抛救生圈等动作，帮助落水人员脱困。B、C同时将人员落水情况反馈给F，由F录入到预案执行仿真终端。

阶段五：事故应急处置过程终止

事故应急行动的终止包括两种类型：①搜救事故进展顺利，火灾船舶火灾扑灭、落水人员全部救助成功、过往船舶交通组织有序且未造成二次事故等；②在事故搜救过程中，难以达到预期救助效果，譬如遇险船舶未能救助成功，发生爆炸/沉没事故；落水人员大量未救助成功或超过人体存活救助成功等情况，系统自动提示终止或中止，也可由受试人员自行决定中止搜救行动。

任务9:当事故应急行动需要终止时，G向事故所在水域下达取消水上交通管制的指令；D、E在根据G的要求，在分别VTS仿真终端和AIS仿真终端上取消水上交通管制的区域、临时锚泊区域，中止交通管制措施并执行发布操作；B、C驾驶巡航艇撤回到指定区域。

阶段六：事故应急处置回放与测试效果评价

海事应急在环测试系统对受试人员的应急处置进行记录，从而为应急处置效果评价提供基础数据，另外还可以通过三维场景回放来查看测试的效果。主要的统计参数包括：事故发现、事故确认、应急处置和事故终止中各阶段的流程是否被执行，各受试人员在相关任务中的执行时间和效果。

救助过程回放：回放功能在主控终端由系统管理员开启，启动后受试人员A-G让各自终端加入回放模式，观察和复习自己在本轮测试中的完整行为。

下表给出了本次火灾事故案例的受试人员行为评价算法

表1本次火灾事故案例的中各个参数的设定

表2本次火灾事故案例的中情节设定概述

表3本次火灾事故案例的在环测试评估计算

经过前面对本案例在环测试的小组操作质量方法，可以得到本次案例和本组人员的在环测试综合操作质量评价RelativePerform。

图3显示了案例的在环测试综合操作质量数据组织原理。其中，每个案例都保存有全部的在环测试记录。假定前述案例记为案例1，当前在环测试完成后得到新的关于案例1的综合操作质量评价RelativePerform，系统将完成如下操作：

(1)将这个新的RelativePerform与案例1已有的综合操作质量评价记录一起形成新的平均值；

(2)根据RelativePerform与本案例的综合操作质量评价平均值的比较结果，根据前述的算法推

荐其它案例作为当前受试小组的下一次在环测试案例。

上述操作将为当前受试小组提供新的案例用于下一轮测试，避免原封不动采用老案例造成重复测试的现象，而新的案例将是最适合当前受试人员能力成熟度的案例。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的思想和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统，其特征在于：它由三维渲染服务器、事故场景服务器、预案管理服务器、操艇终端和控制台通过千兆以太网连接而成；其中

三维渲染服务器用于搭建三维仿真场景，包括船舶、水流、地形地貌、桥梁、背景建筑和航道信息；事故场景服务器用于构建在不同位置不同时间不同类型的海事事故，包括海事事故的主要事故种类及其组合，并维护受试人员使用案例进行测试后的操作统计数据；预案管理服务器用于接收指挥仿真终端的数据，通过预设海事事故应急处置流程和处置方法，得到受试人员的下一步行动方案并给予提示内容，以及对受试人员的当前行动进行评价；操艇终端配置有操舵装置和主机转速调节装置，用于受试人员实现在虚拟场景中对救助船艇的实际操纵；

控制台包括主控终端、CCTV仿真终端、VTS仿真终端、AIS仿真终端、预案执行仿真终端和指挥仿真终端；主控终端用于在环测试系统的情景设定，即从三维渲染服务器和事故场景服务器中选取案例所需要的三维仿真场景和海事事故情节，并全程监控受试人员的测试行为和进展；CCTV仿真终端用于从不同视角显示主控终端选取的三维仿真场景，从而模拟不同摄像头监控水域船舶交通流的形式；VTS仿真终端用于接受三维仿真场景中生成的船舶运动数据并以雷达回波光斑的形式向受试人员显示场景中的船舶动态；AIS仿真终端用于接受三维仿真场景中生成的船舶运动数据信息并以电子江图的形式向受试人员显示场景中的船舶动态；预案执行仿真终端用于在环测试过程中从操艇终端、CCTV仿真终端、AIS仿真终端、VTS仿真终端上的各操作人员那里接收应急处置的进展信息，发送到预案管理服务器，预案管理服务器根据当前受试人员操作进展而计算得到的下一步操作建议并在预案执行仿真终端显示；指挥仿真终端首次根据受试人员汇报确认险情，此后根据预案执行仿真终端显示的提示内容向上述受试人员发布指令用于协调在环测试行为；

海事应急在环测试仿真平台的情景设定具体包括场景设定、事故上下文设定和角色设定；场景设定用于从三维渲染服务器中选取所需要的三维仿真场景；事故上下文设定用于从事故场景服务器中选取所需要的海事事故情节；角色设定用于受试人员的角色和任务分配，系统的运行包括两类人员，系统管理员和受试人员，其中受试人员进一步有三种角色：

系统管理员：操控主控终端，负责整个系统运行，即从事故案例库中选择或构造特定案例作为一次在环测试的虚拟场景，同时支持受试人员顺利完成测试过程并评估测试效果；

受试人员：参与海事应急在环测试平台中的普通用户，在特定的事故情景中开展协同工作；根据事故应急在环测试中承担任务的不同，受试人员分为如下角色：

受试人员角色I：承担监控水域船舶交通或报警角色，在CCTV仿真终端上参与在环测试，此角色模拟首先发现事故险情的人员，向指挥仿真终端报告和描述险情，并协助指挥仿真终端上的受试人员识别涉事船舶目标以及其他信息；

受试人员角色II：承担中心指挥人员角色，用于操作指挥仿真终端、AIS仿真终端、VTS仿真终端、预案执行仿真终端，承担接警、确认、报告、协调和指导工作，并根据现场反馈的信息进行协调和组织测试中的行为；

受试人员角色III：救助船艇操纵人员角色，用于操作操艇终端，模拟水面上巡航艇或消防船的驾控人员，一旦险情或事故启动，此角色人员在虚拟环境中驾艇赶赴现场进行近距离事故处置和搜救，并承担过往船舶交通组织、人员落水救助和现场搜救协调的作用。

2.利用权利要求1所述的面向海事应急指挥的多角色人员在环测试系统实现的受试人员行为评价方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一、选择特定的案例：

从预案管理服务器中的案例库中选择特定的案例，若预案管理服务器中没有，则由系统管理员通过主控终端构造特定的案例存放在预案管理服务器的案例库中；

所述的案例库中的案例构成如下：

案例j＝<案例类型T_j，环境参数，事故烈度S_j，任务u_j1，任务u_j2，…，任务u_jn>，

其中j表示第j个案例，T_j为第j个案例的案例类型，S_j为第j个案例的事故烈度，u_j1-u_jn为第j个案例中第1-n个任务；

第j个案例的案例类型T_j为下述类型之一或其任意组合：船舶火灾，船舶碰撞，船舶搁浅，船舶撞桥，船舶溢油；

环境参数包括如下参数：第j个案例的风速W_j为0到9的整数，数值越大风力越强；第j个案例的能见度V_j为0到9的整数，数值越大能见度越高；第j个案例的流速F_j为0到9的整数，数值越大表示水流流速越快；第j个案例的光照强度I_j为0到9的整数，数值越小光线越暗；第j个案例的浪的级别L_j为0到9的整数，数值越大水域波浪越剧烈；

第j个案例的事故烈度S_j是个归一值，为大于0且小于1的实数，数值越大事故越严重；

任务u_j1-u_jn为第j个案例所包含的全部任务代码；每个参与在环测试的受试人员根据自己的角色承担相应的一个任务或几个任务的集合；

步骤二、进行一轮在环测试并采集数据：

系统管理员和受试人员根据所选定的特定案例j及各自的角色和任务开始现场演练，采集人员k₁-k_m开始执行任务k的时间人员k₁-k_m结束任务k的时间人员k₁-k_m的物资消耗量人员k₁-k_m执行任务成效其中和均为归一化处理后的归一值；k为{任务u_j1，任务u_j2，…，任务u_jn}集合中的一个；

步骤三、对特定案例j的各参数和现场测试中采集的数据进行处理，得到评估结果：

案例j的难度系数Hardness_j为：

${\mathrm{Hardness}}_j=[\log (1+W_j)+\log \left(\frac{10}{1+V_{\text{j}}}\right)+\log (1+F_j)+\log (1+|I_j-5\left|\right)+\log (1+L_j)]\&CenterDot;S_j;$

案例j的任务k的本轮在环测试质量Perform_k为：

$\mathrm{Perfor}{m}_k=\frac{\underset{x=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\log (1+\frac{A_{k_x}}{C_{k_x}})}{\underset{x=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\log \left({\mathrm{ET}}_{k_x-{\mathrm{ST}}_{k_x}}\right)};$ 式中x表示第x个变量；

使用案例j本轮在环测试的综合操作质量评价RelativePerform_j为：

$\mathrm{RelativePerfor}{m}_j=\underset{k=u_{j1}}{\overset{u_{\mathrm{jn}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{Perform}}_k\&times;{\mathrm{Hardness}}_j.$

3.利用权利要求2所述的受试人员行为评价方法实现对相同的受试人员的在环测试案例选择方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一、对相同的受试人员和相同的测试案例，将每次进行在环测试后得到的当前在环测试的综合操作质量评价进行存储，得到历史测试实例数据库；计算综合操作质量评价平均值，综合操作质量评价平均值为相同的案例的已有综合操作质量评价之和与测试次数做算术平均；

步骤二、随机选择一个测试案例i，经过一轮在环测试，判断其综合操作质量评价值RelativePerform_i是否达到预设的阈值Ω，若已达到则进入步骤四，若未达到则推荐一个其他的案例作为本次受试人员下一轮测试的案例，这个推荐案例的综合操作质量评价平均值应该位于区间[RelativePerform_i-Δ,RelativePerform_i]，其中Δ是个预先指定的区间宽度常量；

步骤三、每次新完成一次该测试案例的在环测试后，更新其历史测试实例数据库，并重新计算该测试案例的综合操作质量评价平均值；

步骤四、轮询案例库中本测试案例i以外的其他案例，推荐一个其他的案例作为本次受试人员下一轮测试的案例，这个推荐案例的综合操作质量评价平均值应该位于区间[RelativePerform_i,RelativePerform_i+Δ]，其中Δ是个预先指定的区间宽度常量；

步骤五、重复步骤一至步骤四，当连续两次在环测试的综合操作质量评价之差小于Δ时，停止对此组人员的测试，确定此组测试人员的当前水平为最后两次综合操作质量评价的均值。