ECDIS模擬器實(shí)訓(xùn)的智能評(píng)估模型與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

周建文, 楊神化, 索永峰

(集美大學(xué)， 福建 廈門 361021)

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ECDIS模擬器實(shí)訓(xùn)的智能評(píng)估模型與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

周建文, 楊神化, 索永峰

(集美大學(xué)， 福建 廈門 361021)

為提高ECDIS實(shí)操評(píng)估考試的客觀性、公正性，減少評(píng)估員的工作量，解決ECDIS受訓(xùn)人員數(shù)量多、師資少的突出問(wèn)題，提出利用ECDIS模擬器仿真數(shù)據(jù)和學(xué)員的操作記錄數(shù)據(jù)，并結(jié)合ECDIS評(píng)估大綱和航海實(shí)踐，建立ECDIS評(píng)估項(xiàng)目的評(píng)估模型。該模型的建立成功實(shí)現(xiàn)了ECDIS實(shí)操評(píng)估考試的計(jì)算機(jī)智能評(píng)估，經(jīng)過(guò)測(cè)試與實(shí)際使用，證明效果良好。

水路運(yùn)輸； 評(píng)估模型； ECDIS模擬器； 通用培訓(xùn)； 試題場(chǎng)景

電子海圖顯示與信息系統(tǒng)(Electronic Chart Display and Information System, ECDIS)通用培訓(xùn)是符合《STCW公約2010年修正案》(也稱馬尼拉修正案)關(guān)于ECDIS培訓(xùn)相關(guān)要求[1]的培訓(xùn)項(xiàng)目之一，STCW.7-Circ.10通函[2]對(duì)ECDIS模擬器上的培訓(xùn)作了指導(dǎo)性介紹，以示范課程1.27[3]的方式給出了ECDIS通用培訓(xùn)的培訓(xùn)大綱、培訓(xùn)課時(shí)和教學(xué)內(nèi)容等。中國(guó)海事局發(fā)布的指導(dǎo)評(píng)估考試用的評(píng)估規(guī)范詳細(xì)列明了考試內(nèi)容和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。[4]國(guó)內(nèi)各航海院校及相關(guān)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)采用了諸如文獻(xiàn)[5]中介紹的傳統(tǒng)紙質(zhì)評(píng)估方法，能較好地符合這些評(píng)估規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。美國(guó)商船學(xué)院的HEMPSTEAD[6]設(shè)計(jì)的具有10個(gè)評(píng)估練習(xí)的評(píng)估記錄卡也能更好地符合實(shí)船上的ECDIS使用環(huán)境，但與國(guó)內(nèi)目前普遍采用的傳統(tǒng)評(píng)估方法一樣，需要人工逐一打分，在學(xué)員較多、耗時(shí)較長(zhǎng)的環(huán)境下很難做到客觀和公正，效率也比較低下。

ECDIS模擬器是一種軟件應(yīng)用系統(tǒng)，能很好地記錄模擬器的仿真數(shù)據(jù)以及學(xué)員的操作結(jié)果，因此，應(yīng)用計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)對(duì)學(xué)員在模擬器上訓(xùn)練的質(zhì)量進(jìn)行智能評(píng)估可大大改進(jìn)ECDIS的評(píng)估效率，增加評(píng)估考試的客觀性、公正性以及培訓(xùn)的規(guī)范性。[7]

本文結(jié)合實(shí)船上使用ECDIS真機(jī)進(jìn)行安全航行的經(jīng)驗(yàn)、ECDIS通用培訓(xùn)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及ECDIS模擬器開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，綜合分析ECDIS模擬器的仿真數(shù)據(jù)和學(xué)員使用ECDIS進(jìn)行評(píng)估考試的特點(diǎn)，建立ECDIS智能評(píng)估模型，完整實(shí)現(xiàn)ECDIS通用培訓(xùn)智能評(píng)估考試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

1 功能模塊及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1功能模塊

1.1.1ECDIS模擬器

系統(tǒng)以MTI-E2000 ECDIS模擬器作為智能評(píng)估考試平臺(tái)所用的ECDIS模擬器。此模擬器是船用ECDIS真機(jī)(船商N(yùn)avi-Sailor 4000)的模擬系統(tǒng)，于2012年6月得到中國(guó)船級(jí)社(China Classification Society, CCS)型式認(rèn)可，符合國(guó)際海事組織MSC.232(82)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，被廣泛用于國(guó)內(nèi)航海院校及培訓(xùn)單位的ECDIS通用培訓(xùn)中，在國(guó)內(nèi)具有很好的代表性。

ECDIS模擬器是智能評(píng)估考試系統(tǒng)的試題編輯器和學(xué)員考試端的公用平臺(tái)。運(yùn)用試題編輯器端的ECDIS模擬器可對(duì)試題進(jìn)行有效的編輯、可視化地設(shè)置各種試題場(chǎng)景；學(xué)員考試端的ECDIS模擬器具有再現(xiàn)試題要求的場(chǎng)景、方便學(xué)員操作和自動(dòng)記錄學(xué)員操作結(jié)果等功能。

1.1.2試題編輯器

ECDIS實(shí)操的智能評(píng)估考試是基于試題場(chǎng)景理念設(shè)計(jì)的，每道智能試題對(duì)應(yīng)一個(gè)場(chǎng)景(如當(dāng)前海圖的比例尺、船位、報(bào)警、安全參數(shù)及調(diào)用的航線等參數(shù))，試題質(zhì)量直接與試題的初始化場(chǎng)景質(zhì)量相關(guān)。某智能試題的場(chǎng)景描述為

Fx(x1,x2，…，xm,xm+1，…，xm+n)

參數(shù)x1,x2，…，xm是試題涉及的評(píng)估要素的評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用可視化的方法直接在ECDIS模擬器上操作完成，不必人工逐個(gè)輸入，只需專業(yè)人員在編輯器端選擇要求的參數(shù)，并在ECDIS模擬器中進(jìn)行操作設(shè)置。系統(tǒng)連同答案或答案場(chǎng)景保存成專用格式文件后，學(xué)員考試時(shí)ECDIS考試端會(huì)自動(dòng)根據(jù)此文件的相關(guān)參數(shù)初始化考試端的ECDIS模擬器，然后學(xué)員在此場(chǎng)景下按題干要求完成操作。

參數(shù)xm+1，…，xm+n是考察學(xué)員熟練度的評(píng)估指標(biāo)，可采用ECDIS模擬器默認(rèn)值或在試題編輯器中由試題制作者在ECDIS模擬器上進(jìn)行設(shè)置。

試題編輯器的主要功能包括：管理ECDIS評(píng)估要素、編輯題干、編輯當(dāng)前試題的初始場(chǎng)景、編輯當(dāng)前試題的答案或答案場(chǎng)景、編輯試題涉及的評(píng)估要素及對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)(對(duì)應(yīng)ECDIS模擬器各種仿真數(shù)據(jù)的組合)、制作評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)等，這些功能只開(kāi)放給ECDIS試題的出題者(見(jiàn)圖1)。

1.1.3學(xué)員考試端

學(xué)員考試端通過(guò)調(diào)用試題編輯器制作的試題并讀取試題對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景參數(shù)，初始化考試端的ECDIS 模擬器。學(xué)員操作ECDIS后，系統(tǒng)根據(jù)其操作結(jié)果、試題的標(biāo)準(zhǔn)答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)在自動(dòng)評(píng)分子系統(tǒng)中評(píng)分(流程見(jiàn)圖2)。

圖1 試題編輯器

圖2 考試端

1.1.4自動(dòng)評(píng)分子系統(tǒng)

自動(dòng)評(píng)分子系統(tǒng)根據(jù)ECDIS模擬器仿真數(shù)據(jù)、在試題編輯器上設(shè)置的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及學(xué)員操作ECDIS的記錄進(jìn)行綜合評(píng)分(流程見(jiàn)圖3)。

圖3 自動(dòng)評(píng)分子系統(tǒng)

1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ECDIS智能評(píng)估系統(tǒng)除了擁有上述4個(gè)主要功能模塊外,還包括與考試業(yè)務(wù)相關(guān)(如學(xué)員數(shù)據(jù)管理、試題庫(kù)管理以及組卷等)的功能模塊。這些功能是在考試中心的統(tǒng)一框架下完成的，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖4。

2 智能評(píng)估模型

2.1評(píng)估要素的評(píng)價(jià)指標(biāo)

分析ECDIS培訓(xùn)相關(guān)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)性文件可知，ECDIS通用培訓(xùn)要求學(xué)員掌握6個(gè)方面的內(nèi)容，每方面內(nèi)容包括若干評(píng)估要素Xi(共計(jì)約68個(gè))。這6個(gè)評(píng)估內(nèi)容分別為系統(tǒng)檢查與故障檢測(cè)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示、航線設(shè)計(jì)與航次計(jì)劃、航行監(jiān)控、航海日志以及過(guò)分依賴電子海圖的風(fēng)險(xiǎn)等。[3-4]

6個(gè)評(píng)估內(nèi)容的實(shí)操評(píng)估是通過(guò)相應(yīng)的評(píng)估要素與ECDIS模擬器仿真數(shù)據(jù)相聯(lián)系進(jìn)行的,這些仿真數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

上述仿真數(shù)據(jù)的組合形成試題場(chǎng)景(在試題編輯器中細(xì)化為各種參數(shù))，此場(chǎng)景中內(nèi)含某個(gè)或某些評(píng)估要素，學(xué)員在其中的操作直接反映其對(duì)評(píng)估要素的掌握情況。試題編制者在試題編輯器中選擇這些參數(shù)，并通過(guò)操作ECDIS模擬器完成參數(shù)的設(shè)置(智能試題的初始場(chǎng)景)；同時(shí)，設(shè)置智能試題的答案或答案場(chǎng)景所涉及的參數(shù)，從而完成整個(gè)智能試題評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立。

2.2ECDIS自動(dòng)評(píng)分模型

自動(dòng)評(píng)分模型需考慮學(xué)員操作結(jié)果的準(zhǔn)確性和操作的熟練度。準(zhǔn)確性可以通過(guò)比較學(xué)生的操作結(jié)果場(chǎng)景與標(biāo)準(zhǔn)答案場(chǎng)景進(jìn)行評(píng)價(jià)，而熟練度可通過(guò)跟蹤分析學(xué)員操作ECDIS的記錄和完成整個(gè)考試的時(shí)間進(jìn)行評(píng)價(jià)。

設(shè)：X為評(píng)估大綱中的評(píng)估要素，包括題干、評(píng)估要素關(guān)鍵字(供自動(dòng)抽選題，用戶瀏覽智能試題之用)、初始化場(chǎng)景參數(shù)、答案或答案場(chǎng)景以及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)；F(X)為學(xué)員完成智能試題的最終得分；x1，…，xm為評(píng)估要素對(duì)應(yīng)的智能試題對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)；xm+1，…，xm+n為學(xué)員在考試時(shí)編輯了除評(píng)價(jià)指標(biāo)外的其他系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)；t為學(xué)員完成試題的時(shí)間。由此，建立評(píng)估模型為

1) 學(xué)員的操作結(jié)果場(chǎng)景為

Fx(x1,x2，…，xm,xm+1，…，xm+n)

2) 標(biāo)準(zhǔn)答案場(chǎng)景為

Gz(z1,z2，…，zm,zm+1，…，zm+N)

3) 學(xué)員操作的準(zhǔn)確度得分為

(1)

4) 學(xué)員操作步驟的熟練度得分為

(2)

5) 學(xué)員操作時(shí)間的熟練度得分為

(3)

6) 學(xué)員的最后得分由上述三個(gè)部分組成，即

F(X)=F1(x,z)+F2(x,z)+F3(t)

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

ECDIS智能評(píng)估考試系統(tǒng)是考試中心的智能考試總體框架平臺(tái)下的一個(gè)子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)是基于Visual Studio C++平臺(tái)的MFC應(yīng)用程序，為便于拓展、維護(hù)和兼容智能試題，采用了易于擴(kuò)展、兼容性更好的數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言。試題編輯器及考試端界面見(jiàn)圖5和圖6。

圖5 試題編輯器界面

4 結(jié) 語(yǔ)

ECDIS智能評(píng)估考試系統(tǒng)提供的考試與評(píng)估機(jī)制無(wú)需評(píng)估員進(jìn)行逐個(gè)評(píng)分，能很大程度地減少評(píng)估員的工作量，增加評(píng)估考試的客觀性和公正性，提高考試效率。然而，智能評(píng)估考試系統(tǒng)依賴于高質(zhì)量的智能試題，需要試題制作人員熟悉ECDIS模擬器的基本功能、具備航海技術(shù)專業(yè)背景知識(shí)和ECDIS實(shí)船使用經(jīng)驗(yàn)，能夠?qū)?shí)船ECDIS和培訓(xùn)用ECDIS模擬器在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題通過(guò)試題編輯器進(jìn)行場(chǎng)景化后用于ECDIS培訓(xùn)及考試之中。由于實(shí)船上使用ECDIS過(guò)程中會(huì)不斷出現(xiàn)新的問(wèn)題，ECDIS智能考試系統(tǒng)使用的試題場(chǎng)景需不斷更新，這有待于以后不斷進(jìn)行積累和深入研究分析。

[1] 中華人民共和國(guó)海事局.1978年海員培訓(xùn)、發(fā)證和值班標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際公約馬尼拉修正案[S].大連：大連海事大學(xué)出版社，2010.

[2] IMO. STCW.7/Circ.10 Interim Guidance on Training and Assessment in the Operational Use of the ECDIS Simulators[S]. London: IMO, 2011.

[3] IMO.IMO Model Course 1.27(The Operational Use Of Electronic Chart Display and Information System (ECDIS) [Z].London: IMO，2012.

[4] 中華人民共和國(guó)海事局．中華人民共和國(guó)海船船員適任評(píng)估規(guī)范[S]．大連：大連海事大學(xué)出版社，2012．

[5] 楊神化,周建文.ECDIS基礎(chǔ)理論與實(shí)訓(xùn)[M].北京：人民交通出版社，2013.

[6] HEMPSTEAD C. Assessing Competence in ECDIS Navigation [J]. INSLC16 Proceedings, 2010，6:59-74.

[7] FAN Minyi, YANG Xinming, MA Qiang, et al. Application of Computer Brainpower Evaluating in Flight Simulator Training[J]. Journal of System Simulation, 2013,8(8):1 811-1 815.

中國(guó)航海

中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)源期刊中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)與分析來(lái)源期刊

IntelligentAssessmentModelandSystemImplementationinECDISSimulatorTraining

ZHOUJianwen，YANGShenhua，SUOYongfeng
(Jimei University, Xiamen 361021, China)

In order to improve the objectivity and impartiality of the ECDIS operation assessment tests, reduce the workload of ECDIS assessors and alleviate the shortage of ECDIS trainers, an intelligent computer method, based on the ECDIS Assessment Synopsis and navigational practice is developed for assessing trainee's competence according to simulation data and recorded operation data from ECDIS simulators. The assessment method covering all ECDIS operation modules is established. The tests and practical application have proved that the method is effective.

waterway transportation; assessment model; ECDIS simulator; generic training; exercise scenario

2014-03-27

國(guó)家自然科學(xué)基金(51109090)；福建省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2012H0030)；廈門市科技計(jì)劃高校創(chuàng)新項(xiàng)目(3502Z20123019)；福建省高等學(xué)校世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目(JA12181)

周建文(1972-)，男，四川簡(jiǎn)陽(yáng)人，講師，主要從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在航海領(lǐng)域的應(yīng)用研究。E-mail:seun2006@jmu.edu.cn.

1000-4653(2014)02-0001-04

U675.81; U676.2

A

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