CN104537916B - 一种虚拟船载陀螺罗经操作训练系统 - Google Patents

一种虚拟船载陀螺罗经操作训练系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种虚拟船载陀螺罗经操作训练系统，其特征在于：它包括一个练习编辑模块和若干虚拟训练模块；教练员通过练习编辑模块创建船载陀螺罗经操作训练的训练数据，并将该训练数据传送给虚拟训练模块；虚拟训练模块根据该训练数据形成船载陀螺罗经训练的虚拟环境，学员根据该虚拟环境并结合该训练数据进行船载陀螺罗经操作训练。本发明由于设置了陀螺罗经仿真单元，该单元将船载陀螺罗经进行虚拟化，解决了船载陀螺罗经操作训练中真设备频繁损坏和训练设备数量不足的问题，有效降低了学员训练的成本，因此本发明可以广泛用于航海仿真与训练技术领域。

Description

一种虚拟船载陀螺罗经操作训练系统
技术领域
本发明涉及一种操作训练系统，特别是关于一种虚拟船载陀螺罗经操作训练系统。
背景技术
船载陀螺罗经是利用陀螺仪的特性，在地球自转运动的影响下，借助于力矩器使陀螺仪主轴自动地找北，并精确地跟踪地理子午面的指向仪器。它主要用于指示船舶的航向和测定目标的方位，由于其指向精度高、工作稳定等特点，已成为船舶驾驶台必备的一种航海仪器。船舶驾驶员必须能够熟练操作使用陀螺罗经，并能够检查陀螺罗经的各项工作参数是否正常。因此，在成为一名合格的船舶驾驶员之前，学员都要参加船载陀螺罗经的操作训练。
目前，船载陀螺罗经的操作训练主要在真设备上进行，由于船载陀螺罗经启动后，陀螺球中的陀螺转子转速达到每分钟上万转，频繁的开关机经常导致设备的损坏。同时由于船载陀螺罗经价格昂贵，各航海院校和航运公司的真设备数量有限，无法满足大量学员的训练需求。因此，亟待开发一种虚拟船载陀螺罗经操作训练系统，以便满足大量学员的训练需求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是针对当前船载陀螺罗经操作训练中频繁的开关机导致设备损坏的问题，提供一种虚拟船载陀螺罗经操作训练系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种虚拟船载陀螺罗经操作训练系统，其特征在于：它包括一个练习编辑模块和若干虚拟训练模块；教练员通过所述练习编辑模块创建船载陀螺罗经操作训练的训练数据，并将该训练数据传送给所述虚拟训练模块；所述虚拟训练模块根据该训练数据形成船载陀螺罗经训练的虚拟环境，学员根据该虚拟环境并结合该训练数据进行船载陀螺罗经操作训练。
所述练习编辑模块包括练习编辑界面单元、练习数据处理单元和练习数据库单元；教练员通过所述练习编辑界面单元设置包括训练项目和练习数据的训练数据，设置完成后传送给所述练习数据处理单元；所述练习数据处理单元生成包含训练项目与练习数据的练习文件和该练习文件对应的练习指令，将该练习文件保存到所述练习数据库单元中，并发送该练习文件对应的练习指令给所述虚拟训练模块。
所述训练数据包括训练项目和练习数据；所述训练项目包括船载陀螺罗经的快速启动、船载陀螺罗经的速度误差校正、船载陀螺罗经的工作参数和稳定航向读取；所述练习数据包括训练项目权重、训练合格门限、船舶纬度、船速、船载陀螺罗经的稳定航向、主罗经的支撑液体高度、主罗经的支撑液体温度和主罗经的累计运行时间。
所述虚拟训练模块包括练习文件下载单元、陀螺罗经仿真单元和操作评估单元；所述练习文件下载单元收到练习指令后，根据该练习指令从所述练习数据库单元中调取相应的练习文件，并分别传送给所述陀螺罗经仿真单元和所述操作评估单元；所述陀螺罗经仿真单元和所述操作评估单元根据练习文件分别针对自身进行初始化，学员根据所述操作评估单元显示的内容操作所述陀螺罗经仿真单元，展开船载陀螺罗经操作训练，并通过所述操作评估单元判断训练合格与否。
所述陀螺罗经仿真单元包括罗经电源、主罗经、方位分罗经、罗经复示器、信号分配器、航向记录器和操作显示器；所述操作评估单元包括操作评估器和人机交互界面；所述操作评估器接收练习文件中的练习数据；所述人机交互界面根据练习文件进行初始化，显示对应的训练项目和练习数据中的船舶纬度与船速；学员根据所述人机交互界面上显示的训练项目，操作所述陀螺罗经仿真单元；学员打开所述罗经电源，利用所述操作显示器设置船载陀螺罗经的快速启动，然后在所述操作显示器上设置船舶的纬度和船速，校正船载陀螺罗经的速度误差；所述主罗经通过所述信号分配器将船载陀螺罗经航向信号分配给所述方位分罗经、所述罗经复示器、所述航向记录器和所述操作显示器；所述航向记录器连续记录并打印船载陀螺罗经航向，且所述操作显示器记录学员的操作数据，并将该操作数据传送给所述操作评估单元中的所述操作评估器；待船载陀螺罗经航向达到稳定值之后，学员读取船载陀螺罗经的稳定航向和船载陀螺罗经的工作参数，并在所述人机交互界面中输入；所述人机交互界面将所得数据传送给所述操作评估器；所述操作评估器解算出学员的训练成绩，并判断学员的训练成绩是否达到该练习文件设定的训练合格门限，以判断学员的训练是否合格，并将结果通过所述人机交互界面进行显示。
所述操作数据包括设置船载陀螺罗经快速启动的操作、设置船舶纬度的操作和设置船舶速度的操作。
所述工作参数包括主罗经的支撑液体高度、主罗经的支撑液体温度和主罗经的累计运行时间。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置了陀螺罗经仿真单元，该单元将船载陀螺罗经进行虚拟化，解决了船载陀螺罗经操作训练中真设备频繁损坏和训练设备数量不足的问题，有效降低了学员训练的成本。2、本发明由于采用操作显示器对学员的操作过程进行记录，并对训练效果进行评估，使学员能够了解自身训练中存在的问题，更有针对性的展开训练。鉴于以上理由本发明可以广泛用于属于航海仿真与训练技术领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明的工作流程图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，一种虚拟船载陀螺罗经操作训练系统，包括一个练习编辑模块1和若干虚拟训练模块2。
教练员通过练习编辑模块1创建船载陀螺罗经操作训练的训练数据，并将该训练数据传送给虚拟训练模块2；虚拟训练模块2根据该训练数据形成船载陀螺罗经训练的虚拟环境，学员根据该虚拟环境并结合该训练数据进行船载陀螺罗经操作训练。
练习编辑模块1包括练习编辑界面单元11、练习数据处理单元12和练习数据库单元13。
教练员利用练习编辑界面单元11设置包括训练项目和练习数据的训练数据，设置完成后传送给练习数据处理单元12，练习数据处理单元12生成包含训练项目与练习数据的练习文件和该练习文件对应的练习指令，将练习文件保存到练习数据库单元13中，并发送该练习文件对应的练习指令给虚拟训练模块2。上述训练项目包括船载陀螺罗经的快速启动、船载陀螺罗经的速度误差校正、船载陀螺罗经的工作参数和稳定航向读取；练习数据包括训练项目权重、训练合格门限、船舶纬度、船速、船载陀螺罗经的稳定航向、主罗经的支撑液体高度、主罗经的支撑液体温度和主罗经的累计运行时间，其中，训练项目权重包括陀螺罗经的快速启动训练项目权重、陀螺罗经的速度误差校正训练项目权重和陀螺罗经的数据读取训练项目权重。训练项目中的船载陀螺罗经的速度误差校正涉及练习数据中的船舶纬度与船速，船载陀螺罗经的工作参数和稳定航向读取涉及练习数据中的船载陀螺罗经的稳定航向、主罗经的支撑液体高度、主罗经的支撑液体温度和主罗经的累计运行时间。
虚拟训练模块2包括练习文件下载单元21、陀螺罗经仿真单元22和操作评估单元23。
练习文件下载单元21收到练习指令后，根据该练习指令从练习数据库单元13中调取相应的练习文件并分别传送给陀螺罗经仿真单元22和操作评估单元23。
陀螺罗经仿真单元22与真实的船载陀螺罗经相同，只是将其虚拟化，故不再详述其结构，其包括罗经电源221、主罗经222、方位分罗经223、罗经复示器224、信号分配器225、航向记录器226和操作显示器227。陀螺罗经仿真单元22根据练习文件进行其本身初始化，以加载不同的练习文件后，陀螺罗经仿真单元22能够呈现不同的状态和数据。
操作评估单元23包括操作评估器231和人机交互界面232。操作评估单元23根据训练项目和练习数据进行人机交互界面232初始化，以便将训练项目与练习数据中的船舶纬度与船速呈现给学员，学员根据这些内容操作陀螺罗经仿真单元22，展开船载陀螺罗经操作训练。
如图2所示，本发明工作时：
1)教练员通过练习编辑模块1的练习编辑界面单元11设置训练项目和练习数据，设置完成后传送给练习数据处理单元12。练习数据处理单元12生成包含训练项目与练习数据的练习文件和该练习文件对应的练习指令，将练习文件保存到练习数据库单元13中，并发送练习指令给虚拟训练模块2；
2)虚拟训练模块2中的练习文件下载单元21接收练习指令后，根据该练习指令从练习数据库单元13中调取相应的练习文件，并传送给陀螺罗经仿真单元22和操作评估单元23。陀螺罗经仿真单元22和操作评估单元23加载练习文件中的训练项目和练习数据；
3)陀螺罗经仿真单元22根据练习文件进行其本身初始化，初始化陀螺罗经仿真单元22的船载陀螺罗经的稳定航向、主罗经的支撑液体高度、主罗经的支撑液体温度和主罗经的累计运行时间；操作评估单元23中的操作评估器231接收该练习文件中的练习数据，人机交互界面232根据练习文件进行初始化，显示对应的训练项目和练习数据中的船舶纬度与船速，供学员在训练的过程中查看；4)学员根据人机交互界面232上显示的训练项目，开始操作陀螺罗经仿真单元22。
学员打开罗经电源221，利用操作显示器227设置船载陀螺罗经的快速启动；之后在操作显示器227上设置船舶的纬度和船速，校正船载陀螺罗经的速度误差；主罗经222通过信号分配器225将船载陀螺罗经航向信号分配给方位分罗经223、罗经复示器224、航向记录器226和操作显示器227，等待船载陀螺罗经航向达到稳定值(观测主罗经222、方位分罗经223、罗经复示器224或操作显示器227显示的船载陀螺罗经航向中的小数点是否闪烁，当小数点不闪烁时即为船载陀螺罗经航向达到稳定值，此为本领域技术人员公知的)，航向记录器226连续记录并打印船载陀螺罗经航向，且操作显示器227记录学员的操作数据，操作数据主要包括设置船载陀螺罗经快速启动的操作、设置船舶纬度的操作和设置船舶速度的操作，并将该操作数据传送给操作评估器231；上述学员操作陀螺罗经仿真单元22的过程与学员实际操作陀螺罗经的过程一致，操作过程为本领域技术人员公知的，故不再详述；
5)待船载陀螺罗经航向达到稳定值之后，学员从主罗经222、方位分罗经223、罗经复示器224或操作显示器227上读取船载陀螺罗经的稳定航向，然后打开主罗经222的罗经柜门，通过调整罗经柜中的操作按键B37/B38/B39，观察主罗经222的显示窗口，读取船载陀螺罗经的工作参数，该工作参数包括主罗经的支撑液体高度、主罗经的支撑液体温度和主罗经的累计运行时间。学员将读取的船载陀螺罗经稳定航向和工作参数输入操作评估单元23的人机交互界面232中，人机交互界面232将所得数据传送给操作评估器231。上述所有操作步骤均与实际操作过程一致，操作过程为本领域技术人员公知的，故不再详述；
6)根据学员的船载陀螺罗经操作数据、学员读取的船载陀螺罗经的稳定航向和工作参数，操作评估器231利用评估模型解算出学员的训练成绩，其评估模型如下：
Sf＝S1×W1+S2×W2+S3×W3
其中，Sf为学员的综合训练成绩；S1为陀螺罗经的快速启动训练项目成绩；W1为陀螺罗经的快速启动训练项目权重；S2为陀螺罗经的速度误差校正训练项目成绩；W2为陀螺罗经的速度误差校正训练项目权重；S3为陀螺罗经的数据读取训练项目成绩；W3为陀螺罗经的数据读取训练项目权重。
学员的每个训练项目成绩和综合训练成绩均按百分制处理：各训练项目权重之和为100％；当学员快速启动设置数据正确，S1记满分100分，否则为0分；当学员设置船舶的纬度和速度均正确，S2记满分100分，否则为0分；当学员读取船载陀螺罗经的稳定航向和工作参数均正确时，S3记满分100分，否则为0分。
7)判断学员的综合训练成绩Sf是否达到该练习文件设定的训练合格门限，并将结果显示到人机交互界面232上，若达到，则进入下一步；否则，训练不合格，需要重新进行训练；
8)训练合格，结束船载陀螺罗经操作训练。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种虚拟船载陀螺罗经操作训练系统，其特征在于：它包括一个练习编辑模块和若干虚拟训练模块；教练员通过所述练习编辑模块创建船载陀螺罗经操作训练的训练数据，并将该训练数据传送给所述虚拟训练模块；所述虚拟训练模块根据该训练数据形成船载陀螺罗经训练的虚拟环境，学员根据该虚拟环境并结合该训练数据进行船载陀螺罗经操作训练；
所述练习编辑模块包括练习编辑界面单元、练习数据处理单元和练习数据库单元；教练员通过所述练习编辑界面单元设置包括训练项目和练习数据的训练数据，设置完成后传送给所述练习数据处理单元；所述练习数据处理单元生成包含训练项目与练习数据的练习文件和该练习文件对应的练习指令，将该练习文件保存到所述练习数据库单元中，并发送该练习文件对应的练习指令给所述虚拟训练模块；
所述虚拟训练模块包括练习文件下载单元、陀螺罗经仿真单元和操作评估单元；所述练习文件下载单元收到练习指令后，根据该练习指令从所述练习数据库单元中调取相应的练习文件，并分别传送给所述陀螺罗经仿真单元和所述操作评估单元；所述陀螺罗经仿真单元和所述操作评估单元根据练习文件分别针对自身进行初始化，学员根据所述操作评估单元显示的内容操作所述陀螺罗经仿真单元，展开船载陀螺罗经操作训练，并通过所述操作评估单元判断训练合格与否。
2.如权利要求1所述的一种虚拟船载陀螺罗经操作训练系统，其特征在于：所述训练数据包括训练项目和练习数据；所述训练项目包括船载陀螺罗经的快速启动、船载陀螺罗经的速度误差校正、船载陀螺罗经的工作参数和稳定航向读取；所述练习数据包括训练项目权重、训练合格门限、船舶纬度、船速、船载陀螺罗经的稳定航向、主罗经的支撑液体高度、主罗经的支撑液体温度和主罗经的累计运行时间。
3.如权利要求1所述的一种虚拟船载陀螺罗经操作训练系统，其特征在于：所述陀螺罗经仿真单元包括罗经电源、主罗经、方位分罗经、罗经复示器、信号分配器、航向记录器和操作显示器；所述操作评估单元包括操作评估器和人机交互界面；所述操作评估器接收练习文件中的练习数据；所述人机交互界面根据练习文件进行初始化，显示对应的训练项目和练习数据中的船舶纬度与船速；
学员根据所述人机交互界面上显示的训练项目，操作所述陀螺罗经仿真单元；学员打开所述罗经电源，利用所述操作显示器设置船载陀螺罗经的快速启动，然后在所述操作显示器上设置船舶的纬度和船速，校正船载陀螺罗经的速度误差；所述主罗经通过所述信号分配器将船载陀螺罗经航向信号分配给所述方位分罗经、所述罗经复示器、所述航向记录器和所述操作显示器；所述航向记录器连续记录并打印船载陀螺罗经航向，且所述操作显示器记录学员的操作数据，并将该操作数据传送给所述操作评估单元中的所述操作评估器；待船载陀螺罗经航向达到稳定值之后，学员读取船载陀螺罗经的稳定航向和船载陀螺罗经的工作参数，并在所述人机交互界面中输入；所述人机交互界面将所得数据传送给所述操作评估器；所述操作评估器解算出学员的训练成绩，并判断学员的训练成绩是否达到该练习文件设定的训练合格门限，以判断学员的训练是否合格，并将结果通过所述人机交互界面进行显示。
4.如权利要求3所述的一种虚拟船载陀螺罗经操作训练系统，其特征在于：所述操作数据包括设置船载陀螺罗经快速启动的操作、设置船舶纬度的操作和设置船舶速度的操作。
5.如权利要求3或4所述的一种虚拟船载陀螺罗经操作训练系统，其特征在于：所述工作参数包括主罗经的支撑液体高度、主罗经的支撑液体温度和主罗经的累计运行时间。
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