馮明奎, 楊玉峰, 孫 銳

(公安海警學(xué)院 電子技術(shù)系, 浙江 寧波 315801)

虛擬仿真技術(shù)探索與實(shí)踐

海警艦艇勤務(wù)指揮仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

馮明奎, 楊玉峰, 孫 銳

(公安海警學(xué)院 電子技術(shù)系, 浙江 寧波 315801)

依托海警艦艇勤務(wù)指揮仿真系統(tǒng),設(shè)計(jì)、編制了海警艦艇勤務(wù)指揮仿真實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練項(xiàng)目,對海警艦艇勤務(wù)指揮想定,以及實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段、實(shí)施階段和分析階段的內(nèi)容作出說明。以想定在東海某海域根據(jù)執(zhí)勤預(yù)案實(shí)施艦艇勤務(wù)指揮仿真訓(xùn)練為例,通過綜合性教學(xué)實(shí)踐與訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)員的海警艦艇勤務(wù)指揮能力。實(shí)驗(yàn)后對戰(zhàn)術(shù)指揮結(jié)果進(jìn)行評估和檢驗(yàn),形成完整的海警艦艇勤務(wù)指揮訓(xùn)練/實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。

艦艇勤務(wù)指揮； 執(zhí)勤預(yù)案； 仿真實(shí)驗(yàn)

海警艦艇勤務(wù)指揮訓(xùn)練是在完成航海技能、部隊(duì)訓(xùn)練、海警艦艇執(zhí)勤戰(zhàn)術(shù)、執(zhí)法執(zhí)勤指揮等專業(yè)知識與技能培養(yǎng)的基礎(chǔ)上,通過綜合性教學(xué)實(shí)踐與訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)員的海警艦艇勤務(wù)指揮能力。目前,世界各海軍強(qiáng)國在海警艦艇勤務(wù)指揮訓(xùn)練方法和手段上更加重視計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用和研究。采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)建立的海警艦艇勤務(wù)指揮仿真系統(tǒng)可滿足大批量人員的訓(xùn)練需要,參訓(xùn)人員的實(shí)際操作時間可不受限制、不用艦艇實(shí)裝進(jìn)行操作訓(xùn)練[1]。公安海警學(xué)院列裝的“海警艦艇戰(zhàn)術(shù)與指揮仿真實(shí)驗(yàn)室”能夠完成海警艦艇指揮與技術(shù)專業(yè)單項(xiàng)技能訓(xùn)練,滿足海警艦艇勤務(wù)指揮的課題訓(xùn)練。本文以海警艦艇勤務(wù)指揮實(shí)戰(zhàn)需求為背景,研究了海警艦艇勤務(wù)指揮仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[2]。

1 海警艦艇勤務(wù)指揮仿真實(shí)驗(yàn)

海警艦艇勤務(wù)指揮仿真實(shí)驗(yàn)是海警艦艇勤務(wù)戰(zhàn)術(shù)教員和海警艦艇指揮干部協(xié)作,依托海警艦艇戰(zhàn)術(shù)與指揮仿真系統(tǒng)(實(shí)驗(yàn)室),針對海警艦艇勤務(wù)指揮相關(guān)訓(xùn)練課題及新海洋形勢下海警(勤務(wù))戰(zhàn)法、訓(xùn)法等問題,設(shè)定相關(guān)仿真訓(xùn)練和研究的實(shí)驗(yàn)條件,通過仿真模型獲取與分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、評價訓(xùn)練水平,為海警艦艇勤務(wù)指揮的研究與決策提供輔助支持的實(shí)踐教學(xué)活動。海警艦艇勤務(wù)指揮仿真實(shí)驗(yàn)主要包括仿真訓(xùn)練和戰(zhàn)術(shù)評估兩個基本功能。

1.1 海警艦艇勤務(wù)指揮仿真訓(xùn)練

根據(jù)《海警艦艇訓(xùn)練考核大綱》關(guān)于課題訓(xùn)練項(xiàng)目的內(nèi)容、要求和成績評定標(biāo)準(zhǔn),教學(xué)人員(教員與海警艦艇干部)研究各層級項(xiàng)目的訓(xùn)練評估模型和評價標(biāo)準(zhǔn)[3]。參訓(xùn)學(xué)員根據(jù)教學(xué)計(jì)劃中規(guī)定的訓(xùn)練科目或根據(jù)特殊需求選做訓(xùn)練科目,明確海警艦艇勤務(wù)指揮決策目標(biāo)、擬制模擬訓(xùn)練執(zhí)勤預(yù)案；根據(jù)擬定好的執(zhí)勤預(yù)案,利用海警艦艇仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編制練習(xí),學(xué)員按照執(zhí)勤預(yù)案進(jìn)行執(zhí)勤模擬訓(xùn)練?？赏ㄟ^顯示與打印設(shè)備得到艦艇執(zhí)勤過程中的圖形與相關(guān)的數(shù)據(jù),或進(jìn)行實(shí)時、快速的再現(xiàn)與重放,分析訓(xùn)練過程中出現(xiàn)的問題,修正執(zhí)勤預(yù)案,培養(yǎng)學(xué)員海警艦艇勤務(wù)運(yùn)籌、計(jì)劃、組織、指揮以及完成任務(wù)的綜合素質(zhì)[4]。

1.2 海警艦艇勤務(wù)指揮戰(zhàn)術(shù)評估

隨著海洋安全形勢發(fā)展和我國海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的全面實(shí)施,中國海警局統(tǒng)一行使我國海上維權(quán)執(zhí)法和行政執(zhí)法(除國家海事局行使海上安全職責(zé)外)職責(zé),對海洋主權(quán)與安全、海洋資源與開發(fā)、海洋經(jīng)濟(jì)與秩序、海洋環(huán)境保護(hù)與防污染等各方面的海警艦艇執(zhí)法執(zhí)勤提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求。海警艦艇勤務(wù)在戰(zhàn)術(shù)思想、勤務(wù)指揮、執(zhí)勤行動、執(zhí)勤保障等方面也創(chuàng)新了戰(zhàn)術(shù)理論。

海警艦艇勤務(wù)指揮戰(zhàn)術(shù)評估是基于仿真系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,推進(jìn)執(zhí)勤戰(zhàn)術(shù)創(chuàng)新研究、檢驗(yàn)戰(zhàn)法的可行性,為海警艦艇部隊(duì)修訂、完善執(zhí)勤預(yù)案提供實(shí)踐依據(jù)。通過全方位、多層次地分析研究海警艦艇新的執(zhí)勤戰(zhàn)術(shù)思想和執(zhí)勤觀念、新的訓(xùn)法和戰(zhàn)法,形成海警艦艇執(zhí)勤戰(zhàn)術(shù)理論體系、訓(xùn)練體系、評估體系,指導(dǎo)海警艦艇部隊(duì)的執(zhí)勤、執(zhí)法工作[5]。

2 海警艦艇勤務(wù)指揮仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

2.1 明確海警艦艇勤務(wù)指揮想定

(1) 確定勤務(wù)指揮類型。海警艦艇履行維權(quán)、執(zhí)法、服務(wù)、戰(zhàn)備任務(wù)時,主要的勤務(wù)指揮類型包括：為維護(hù)海上治安秩序的巡邏檢查勤務(wù)、在海上對可疑船舶進(jìn)行觀察和監(jiān)視的海上偵察勤務(wù)、海上待機(jī)勤務(wù)、在違法犯罪嫌疑船舶可能通過的海域?qū)ζ溥M(jìn)行攔截的海上堵截勤務(wù)、接控勤務(wù)、押解與監(jiān)護(hù)勤務(wù)、護(hù)送勤務(wù)、驅(qū)逐與驅(qū)趕勤務(wù)、巡邏監(jiān)管勤務(wù)、護(hù)航勤務(wù)、安全警衛(wèi)勤務(wù)、海上搜救勤務(wù)等[6]。根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)的目的,明確海警艦艇勤務(wù)指揮類型。

(2) 確定勤務(wù)指揮階段。根據(jù)確定的勤務(wù)指揮類型,海警艦艇勤務(wù)指揮過程可分為備勤階段、執(zhí)法執(zhí)勤階段、總結(jié)評估階段。

(3) 明確研究問題的關(guān)鍵內(nèi)容。海警艦艇勤務(wù)指揮仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是對勤務(wù)仿真實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)構(gòu)思,根據(jù)勤務(wù)指揮實(shí)驗(yàn)的目的和要求,運(yùn)用有關(guān)實(shí)驗(yàn)原理預(yù)先設(shè)定實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟[7],其中海警艦艇勤務(wù)戰(zhàn)術(shù)機(jī)動是仿真實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。

(4) 明確勤務(wù)指揮進(jìn)程。通過對中國海警各類執(zhí)勤任務(wù)的綜合分析與歸納總結(jié),可以把一次完整的執(zhí)勤任務(wù)——從受領(lǐng)任務(wù)到處理完畢的基本程序劃分為預(yù)先號令、航行搜索、制控、盤問檢查、押解、審查、立案、偵查移送或查破處理8個階段[8]?；诜抡婕夹g(shù)的海警艦艇勤務(wù)指揮實(shí)驗(yàn)可融合為航行至勤務(wù)戰(zhàn)術(shù)機(jī)動點(diǎn)與占領(lǐng)陣位、戰(zhàn)術(shù)機(jī)動、執(zhí)法執(zhí)勤3個階段。

2.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

(1) 艦艇模型確定。根據(jù)海警艦艇勤務(wù)指揮仿真實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,從系統(tǒng)的艦艇模型庫中選取海警艦艇模型和執(zhí)法目標(biāo)艦艇模型。如果沒有合適的艦艇模型,必須根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)要求,基于3ds MAX構(gòu)建艦艇3D模型,選擇相近艦艇運(yùn)動數(shù)學(xué)模型,根據(jù)艦艇主尺度、船型系數(shù)、浮性參數(shù)、上層建筑結(jié)構(gòu)與布置、螺旋槳參數(shù)、舵參數(shù)、航行試驗(yàn)數(shù)據(jù)等修改艦艇運(yùn)動數(shù)學(xué)模型的相關(guān)參數(shù),使之水動力性能和艦艇操縱性能與實(shí)際艦艇有較高的相似度。艦艇操縱數(shù)學(xué)模型基本指標(biāo)要求旋回圈直徑、沖程與實(shí)船測試(或經(jīng)驗(yàn)估算)結(jié)果的相對誤差在20%以內(nèi),艦艇靠、離碼頭時的操縱性能與同型艇的實(shí)船操縱性能相似。

(2) 根據(jù)確定的海警艦艇勤務(wù)指揮類型想定,利用已有的知識體系對明確的關(guān)鍵問題進(jìn)行格式化描述,根據(jù)《海警艦艇訓(xùn)練考核大綱》構(gòu)建評估指標(biāo)體系,確定勤務(wù)指揮實(shí)驗(yàn)時的可變量與干擾量,并利用抽象變量關(guān)系建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚9]。

(3) 海警艦艇執(zhí)法執(zhí)勤想定。該想定是一個面向海警艦艇指揮人員的想定,主要包含根據(jù)任務(wù)想定背景、雙方艦艇(海警艦艇和目標(biāo)艦船)部署、執(zhí)法執(zhí)勤企圖、首長決心、行動目標(biāo)、執(zhí)法執(zhí)勤目標(biāo)詳細(xì)信息、主要執(zhí)法執(zhí)勤任務(wù)、主要執(zhí)法執(zhí)勤行動等。

(4) 設(shè)置仿真實(shí)驗(yàn)。根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)想定對執(zhí)法執(zhí)勤任務(wù)、執(zhí)法執(zhí)勤實(shí)體和勤務(wù)行動進(jìn)行梳理,需要細(xì)化后輸入編輯系統(tǒng),并從海圖庫中選取相應(yīng)實(shí)驗(yàn)海區(qū)的電子海圖,設(shè)置海警艦艇的艘數(shù)、實(shí)驗(yàn)/訓(xùn)練類型、記錄間隔、實(shí)驗(yàn)海區(qū)自然環(huán)境、潮高、潮時、海流流速和流向、風(fēng)速、風(fēng)向。創(chuàng)建目標(biāo)船,設(shè)置目標(biāo)船的轉(zhuǎn)向點(diǎn)、修改目標(biāo)船的類型、各轉(zhuǎn)向點(diǎn)間的航速等[10]。

2.3 實(shí)驗(yàn)實(shí)施

(1) 個人勤務(wù)崗位與專業(yè)技術(shù)能力評估。結(jié)合個人崗位任職需求和實(shí)踐能力初步評估情況,根據(jù)《海警艦艇訓(xùn)練考核大綱》個人訓(xùn)練部分的考核內(nèi)容與考核標(biāo)準(zhǔn),選擇性地編輯海警艦艇共同科目、專業(yè)崗位適任與專業(yè)技術(shù)等級科目等個人訓(xùn)練科目練習(xí),輸入評估內(nèi)容與標(biāo)準(zhǔn)。通過個人模擬海警艦艇崗位專業(yè)技能適任實(shí)驗(yàn),評估勤務(wù)崗位適任能力與崗位專業(yè)技術(shù)能力。

(2) 海警艦艇整體勤務(wù)指揮能力評估。在個人勤務(wù)崗位與專業(yè)技術(shù)能力評估合格的前提下,進(jìn)入海警艦艇整體勤務(wù)指揮訓(xùn)練與能力評估。根據(jù)《海警艦艇訓(xùn)練考核大綱》要求,選取準(zhǔn)備部署、航行組織、艦艇損管、戰(zhàn)救衛(wèi)生、觀察通信、武器使用、綜合執(zhí)法基礎(chǔ)等訓(xùn)練模塊,編輯模擬訓(xùn)練/實(shí)驗(yàn)練習(xí),輸入評估內(nèi)容與考核標(biāo)準(zhǔn)。通過海警艦艇整體勤務(wù)指揮訓(xùn)練/實(shí)驗(yàn),檢驗(yàn)艦艇干部綜合勤務(wù)指揮能力。

2.4 實(shí)驗(yàn)分析

為提高訓(xùn)練/實(shí)驗(yàn)分析的效率、客觀性和科學(xué)性,在海警艦艇勤務(wù)指揮仿真訓(xùn)練系統(tǒng)中建立了各訓(xùn)練科目的自動評估系統(tǒng)[11]。系統(tǒng)的評估子系統(tǒng)在模擬訓(xùn)練過程中可實(shí)時、自動對模擬操作進(jìn)行評估,并以圖形和數(shù)據(jù)兩種方式實(shí)時給出各海警艦艇勤務(wù)指揮訓(xùn)練的評估結(jié)果,需要時可給出相應(yīng)的警告提示。模擬訓(xùn)練結(jié)束后,系統(tǒng)可利用記錄的各種數(shù)據(jù)自動對勤務(wù)指揮操作進(jìn)行綜合分析。

基于科學(xué)的、經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的海警勤務(wù)戰(zhàn)術(shù)而設(shè)置的海警勤務(wù)戰(zhàn)術(shù)理論應(yīng)用型仿真實(shí)驗(yàn),通過分析、修正、完善,可用于實(shí)踐教學(xué)與部隊(duì)訓(xùn)練；新形勢下創(chuàng)新的海警勤務(wù)戰(zhàn)術(shù)理論檢驗(yàn)型仿真實(shí)驗(yàn)[12]可進(jìn)一步豐富海警艦艇戰(zhàn)術(shù)理論。

3 海警艦艇勤務(wù)指揮仿真訓(xùn)練與評估

仿真訓(xùn)練/實(shí)驗(yàn)想定在東海某海域附近進(jìn)行3艦艇仿真訓(xùn)練。在模擬器實(shí)驗(yàn)之前,每組成員都要根據(jù)教員給定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目制訂航次計(jì)劃,小組成員通過討論共同擬定方案,查找本航次所需要的航海圖書資料,并對執(zhí)法執(zhí)勤任務(wù)、執(zhí)法執(zhí)勤實(shí)體和勤務(wù)行動進(jìn)行梳理并進(jìn)行細(xì)化,對實(shí)際操作中可能出現(xiàn)的突發(fā)事件做好預(yù)案。

在實(shí)驗(yàn)中,艦長的角色至關(guān)重要,他是海警艦艇勤務(wù)的團(tuán)隊(duì)總指揮,在指揮中如有疏忽,團(tuán)隊(duì)成員要及時提醒,體現(xiàn)出團(tuán)隊(duì)意識。在仿真訓(xùn)練中,教練員作為輔助角色,只需把每個戰(zhàn)位角色的反應(yīng)記錄下來,用于訓(xùn)練結(jié)束后進(jìn)行總結(jié)。用2小時進(jìn)行團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn),用1小時進(jìn)行總結(jié)座談,對各個戰(zhàn)位角色的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)作出總結(jié)。指導(dǎo)教員根據(jù)個人總結(jié)情況評分。

實(shí)驗(yàn)后依據(jù)實(shí)驗(yàn)的評估要素和評估標(biāo)準(zhǔn)對實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行檢驗(yàn)。評估要素中包含任務(wù)分析與計(jì)劃、在指定水域?qū)嶋H操作、工作態(tài)度與情景意識。模擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)時情況可以通過調(diào)取教練員站的回放功能,對3艦艇2小時內(nèi)的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)進(jìn)行軌跡回放,對照評估標(biāo)準(zhǔn),給出客觀的成績。

圖1所示的是3艦艇實(shí)驗(yàn)后的軌跡回放情況,其中1號艦進(jìn)行拋錨實(shí)驗(yàn),2號艦進(jìn)行舵機(jī)故障下的應(yīng)急操縱實(shí)驗(yàn),3號艦進(jìn)行人員落水應(yīng)急操作仿真實(shí)驗(yàn)。圖2為其中一艘艦艇的航向、舵角實(shí)時變化情況仿真,t、C、G分別代表該艦艇的航行時間、航向與實(shí)時舵角，通過分析該曲線可以實(shí)時掌握實(shí)驗(yàn)人員的操縱行為,為實(shí)驗(yàn)評估提供依據(jù)。

圖1 3艘艦艇仿真實(shí)驗(yàn)軌跡圖

圖2 單艦艇航向、舵角實(shí)時變化仿真圖

4 結(jié)語

采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行海警艦艇勤務(wù)指揮仿真訓(xùn)練,能滿足大批人員訓(xùn)練的需要。依托海警艦艇戰(zhàn)術(shù)與指揮仿真系統(tǒng),通過綜合性教學(xué)實(shí)踐與訓(xùn)練,可以培養(yǎng)學(xué)員的海警艦艇勤務(wù)指揮能力、提高海警維權(quán)執(zhí)法的綜合操作能力。

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Design of simulation experiment based on tactical command training

Feng Mingkui, Yang Yufeng, Sun Rui

(Department of Electronic Technology,China Maritime Police Academy,Ningbo 315801,China)

The simulation experiment is on effective means and assessment for tactical command training and research of China coast guard vessel. According to the operational plan,a simulation training is done around the settled island of the East China Sea by designing practice scripts on the tactical command simulation system. The experiment proves that the integration of teaching and training can improve students’ tactical command capacity. Finally,the evaluation and test results for the training are scheduled to form a closed-loop simulation process.

tactical command； operational plan； simulation experiment

10.16791/j.cnki.sjg.2017.04.026

2016-10-09

全國教育科學(xué)規(guī)劃課題、教育部重點(diǎn)課題“以實(shí)戰(zhàn)需求為牽引的海警艦艇指揮實(shí)踐教學(xué)體系研究”(DIA150308)

馮明奎(1964—),男,浙江杭州,碩士,教授,海警艦艇仿真訓(xùn)練中心主任,主要研究方向?yàn)楹＞炌е笓].

E-mail：Fmkjg@sohu.com

E072；G642.4

A

1002-4956(2017)4-0105-03