1. 基地成立過程、背景等

在教育部、上海市教委、上海海事大學的領(lǐng)導(dǎo)和支持下，航運仿真技術(shù)教育部工程研究中心（以下簡稱“中心”）于2009年9 月獲教育部批準立項，依托上海海事大學運行，并與航運技術(shù)與控制工程交通行業(yè)重點實驗室共同構(gòu)成面向全國航運仿真領(lǐng)域技術(shù)研究和應(yīng)用開發(fā)的仿真技術(shù)工程研究中心。

圖1 “中心”成立論證會

“中心”針對我國航運仿真領(lǐng)域所需的共性技術(shù)以及水上智能交通發(fā)展中存在的重大技術(shù)問題進行研發(fā)，對有市場價值的重要科技 成果進行共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)集成以及工程化、產(chǎn)業(yè)化；為上海國際航運中心建設(shè)、航運以及海事管理部門提供政策咨詢與技術(shù)支持，為國內(nèi)外航運企業(yè)、高 校和研究院提供航運仿真方面的技術(shù)開發(fā)、成果轉(zhuǎn)化、產(chǎn)品測試、咨詢和評估等服務(wù)。“中心”承擔的已完成和正在進行的國家、省部級及重大和其它項目400余 項，在航運仿真技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略、框架、標準、關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品、系統(tǒng)集成以及評價等方面取得了創(chuàng)新性的技術(shù)突破，形成了自有知識產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù)成果，多項成果 處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，部分達到國際先進水平，如海難搜救機器視覺系統(tǒng)研究與應(yīng)用、深水作業(yè)的標準和作業(yè)方式與安全研究、滬通鐵路大橋通航實船試驗、船舶機艙 全實物仿真系統(tǒng)技術(shù)、新能源船舶仿真和應(yīng)用研究等；先后完成成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用10余項，并有特種船和船舶與海洋工程水池項目正在建設(shè)中，這些成果加快了 交通運輸行業(yè)信息化、智能化建設(shè)步伐，為提高我國航運事業(yè)安全、有序、暢通、高效、服務(wù)和可持續(xù)發(fā)展提供有力的技術(shù)支撐，重視和加快航運仿真技術(shù)與相關(guān)產(chǎn) 業(yè)的發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

2.?基地現(xiàn)狀

“中心”建設(shè)始終堅持服務(wù)國家、地方經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略為指導(dǎo)思想，跟蹤行業(yè)發(fā)展趨勢，積極開展航海科技發(fā)展和人才培養(yǎng)基地的建 設(shè)，服務(wù)于上海國際航運中心建設(shè)、交通運輸節(jié)能減排戰(zhàn)略，航海教育培訓(xùn)設(shè)備（如VTS模擬器，ECDIS模擬器）研究開發(fā)，滿足我國履行STCW公約需 要；研究商船北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，促進其在我國商船上的推廣應(yīng)用；開發(fā)新型船舶機艙仿真技術(shù)，倡導(dǎo)綠色節(jié)能。

“中心”現(xiàn)有員工100人，專職人員60人：正高級職稱13人、副高級職稱26人、中級職稱17人，初級職稱和其他5人。 其中：博士15人、碩士32人、本科13人。為了更好、更快遞完成人才隊伍的建設(shè)，“中心”采取了以下的措施：（1）從國內(nèi)外引進人才成為“中心”建設(shè)期 間的工作重點；（2）自身培養(yǎng)的中青年骨干已成為“中心”的中堅力量；（3）充分利用社會資源，流動人員成為“中心”建設(shè)不可或缺的要素。在政策、舉措、 經(jīng)費等方面對人才的引進與培養(yǎng)提供大力支持，三年來共引進優(yōu)秀人才5人，包括博士4人，高級船長1人。同時，有相當一部分中青年教師成長為學科帶頭人或骨 干教師。據(jù)統(tǒng)計，學科組中有1人入選上海市青年科技啟明星人才培養(yǎng)計劃；4人被選為上海海事大學學科帶頭人培養(yǎng)對象，6人被選為上海海事大學骨干教師培養(yǎng) 對象；3人晉升為教授；4人晉升副教授。

“中心”主任是“中心”的主要負責人，由“中心”管理委員會聘任，一般任期4年，可連聘連任。“中心”設(shè)主任1人，副主任若干人。建設(shè)期間，“中心”主任肖英杰教授，副主任施朝健教授、胡以懷教授。

“中心”主要研究機構(gòu)和研究方向：

（1）航海仿真技術(shù)部：負責建設(shè)航海仿真一體化平臺并進行航海仿真技術(shù)、智能船舶信息平臺集成技術(shù)和海事信息處理與智能決策技術(shù)等的產(chǎn)業(yè)化方向的研究、開發(fā)與成果轉(zhuǎn)化工作。?

（2）港航仿真評估技術(shù)部：負責建設(shè)港航仿真評估監(jiān)控平臺并進行船舶交通流監(jiān)測、船舶交通事故仿真分析技術(shù)、紅外和視頻監(jiān)測、系泊測量等技術(shù)研究、開發(fā)與成果轉(zhuǎn)化工作。

（3）輪機仿真技術(shù)部：負責建設(shè)輪機模擬器仿真平臺，做為國內(nèi)外航海院校的輪機工程、海洋工程等學科提供實踐教學平臺和研究交流平臺，為航運及相關(guān)企業(yè)的實際操作訓(xùn)練提供培訓(xùn)基地，提升學術(shù)水平，形成一支具有持續(xù)發(fā)展能力的科研隊伍，開拓輪機學科研究的新方向。

（4）中試基地建設(shè)與管理部：建設(shè)并管理木蘭航運仿真紀念中心中試基地、中國引航協(xié)會/上海港引航站大型船舶模擬操縱中試 基地、航海與船舶工程校外實習基地中試基地和船舶機艙綜合實驗中試基地，并負責航海仿真技術(shù)部、港航仿真評估技術(shù)部和輪機仿真技術(shù)部研發(fā)產(chǎn)品或工程方案的 中試工作。

（5）市場推廣部：負責技術(shù)推廣與產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化。

（6）中心辦公室：負責“中心”行政、科研及日常事務(wù)處理。

圖2、“中心”組織結(jié)構(gòu)圖

3. 基地成立以來突出科研成果

1）海難搜救機器視覺系統(tǒng)技術(shù)

以國家863項目和國家自然基金等國家項目為基礎(chǔ)，針對海上搜救任務(wù)繁重，搜救現(xiàn)場依靠人眼視覺進行觀察的現(xiàn)狀，避免或緩 解人眼疲勞和視力有限對搜救的影響，研制基于機器視覺的搜救系統(tǒng)，為海上搜救提供一種新的技術(shù)裝備，輔助搜救人員在海上不良環(huán)境下的目標搜尋，提高海上安 全和人命保障水平。為我國第一個航海領(lǐng)域國家863項目，主要研究多種成像設(shè)備采集的圖像信息，分析水上搜救復(fù)雜背景的特征和水上弱小目標檢測所存在的困 難，提出針對海上遇難船只或船員的目標檢測方法。開發(fā)了基于機器視覺的船舶水尺自動識別和刻度測量方法，使操作人員能夠通過采集船舶水尺圖像數(shù)據(jù)快速準確 地測定船舶水尺，提高船舶水尺測量的穩(wěn)定性和精確性，為建立一套便于攜帶，易于使用的船舶水尺自動識別系統(tǒng)奠定理論和方法基礎(chǔ)。本項目的研究成果可提供一 種代替人眼的船舶水尺自動檢測方法，改進傳統(tǒng)檢測方法的不足，可推廣應(yīng)用在船舶貨運和檢驗檢疫部門，具有較高的經(jīng)濟社會效益和實用價值。系統(tǒng)樣機由可見光 子系統(tǒng)、紅外子系統(tǒng)、雷達子系統(tǒng)、遙感子系統(tǒng)和控制平臺五個部分組成，如圖3、圖4所示。研究成果可以為水上搜救提供圖像處理分析手段，有效的輔助搜救人 員完成搜救工作，保障生命安全。在該項技術(shù)基礎(chǔ)上已完成上海市自然科學基金項目一項（視覺注意機制在水上弱小目標檢測中的關(guān)鍵技術(shù)研究，課題編 號：08ZR1409300）；已獲批國家自然科學基金青年項目一項（基于多光譜分析和機器視覺的海難搜救目標檢測方法研究，51109128）。

圖3、框架結(jié)構(gòu)圖

圖4、海難搜救機器視覺集成系統(tǒng)

2）大橋防撞安全設(shè)施、標準及風險控制關(guān)鍵技術(shù)

? “中心”對嘉紹大橋和安徽省高等級航道橋群河段防撞安全設(shè)施和標準研究，重點研究基于航海仿真技術(shù)的船舶撞橋范圍及速度，在大流速環(huán)境下航海仿真模擬失控 漂移試驗；基于AIS系統(tǒng)的大橋附近水域的船舶航行規(guī)律，對大橋附近水船舶交通流中船舶交通量、船舶速度分布、船舶類型、船舶尺度、船舶航跡分布、船舶習 慣航路及其之間的關(guān)系；橋墩船撞風險識別及預(yù)測模型，針對大橋橋墩船撞風險分類與統(tǒng)計及風險識別的方法進行研究，如圖5所示。
該項目已取得如下成果：

（1）建立了二維航道模型，模擬船舶航行路線，提出在有效航寬內(nèi)的最安全航行路線，對航道進行安全性評估，并通過實船試驗對模型進行修正。

（2）基于仿真模型，計算船舶對橋梁結(jié)構(gòu)物的撞擊角度及撞擊力。

（3）通過國內(nèi)外資料調(diào)研，提出了符合我國實際的防撞設(shè)施及系列化防撞標準設(shè)計，有效保護橋梁結(jié)構(gòu)及船舶的安全。

（4）借助航道橋群河段交通系統(tǒng)主要控制點的檢測技術(shù)（傳感器和信號處理）和航道橋群河段交通安全智能管理控制系統(tǒng)（電腦桌面系統(tǒng)），提出航道橋群河段主動報警和預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)。

圖5、大橋防撞安全設(shè)施、標準及風險控制關(guān)鍵技術(shù)

3）集裝箱墜海事故仿真系統(tǒng)

集裝箱墜海事故仿真系統(tǒng)通過橫搖角的不斷變化模擬集裝箱船舶在大風浪時的搖擺過程，橫搖角每變化一次，就對集裝箱系固系統(tǒng) 進行一次受力分析，并把受力數(shù)據(jù)在事故再現(xiàn)系統(tǒng)中顯示出來，再對受力進行校核，如果超出強度，則改變相應(yīng)集裝箱的顏色，表示該集裝箱墜海，如圖6所示。通 過該方法形象再現(xiàn)集裝箱墜海的過程，可十分方便地找到事故發(fā)生的原因，為事故責任的劃分提供依據(jù)。

圖6、集裝箱墜海事故仿真系統(tǒng)

?4）紅外和視頻監(jiān)測技術(shù)研究

通過對內(nèi)河高等級航道橋群河段進行實時視頻監(jiān)測，分析視頻數(shù)據(jù)，檢測、識別、跟蹤內(nèi)河航道內(nèi)的運動船舶，建立相應(yīng)的主動預(yù) 警模型，對橋區(qū)水域的運動船舶通航狀態(tài)進行主動預(yù)警，為內(nèi)河橋梁防船撞的主動預(yù)警措施提供參考，為橋群水域的通航安全提供技術(shù)支持，為水上安全主管部門對 內(nèi)河橋區(qū)水域的通航安全管理提供技術(shù)手段。該技術(shù)以視頻運動目標檢測算法為核心、AForge.NET工具包為方法開發(fā)的橋梁防船撞主動預(yù)警技術(shù)，通過實 測實驗，能夠針對內(nèi)河橋區(qū)水域環(huán)境，有效對橋區(qū)水域背景中的運動船舶進行檢測與識別。將視頻圖像與實際場景相結(jié)合，建立橋區(qū)水域主動預(yù)警模型，對橋區(qū)水域 中出現(xiàn)的運動船舶進行分析，通過圖像處理預(yù)測運動船舶的航行方向，比較運動船舶與橋墩的實時位置關(guān)系，給出運動船舶的危險系數(shù)，如圖7所示。該研究對內(nèi)河 橋區(qū)水域的通航安全具有實際意義，為內(nèi)河橋梁防船撞主動預(yù)警措施提供了技術(shù)參考。??

圖7、高等級航道橋群視頻監(jiān)控

5）輪機模擬器技術(shù)

系統(tǒng)以5600TEU集裝箱船舶機艙為模擬對象，包括Auto Chief Ⅳ主機遙控系統(tǒng)、SSU8810主機安保系統(tǒng)和DGS 8800e電子調(diào)速系統(tǒng)，全部功能符合IMO組織和中國海事局對海船船員發(fā)證的要求。整套模擬器包括模擬機艙、模擬集控室、模擬駕控室、模擬輪機長室、機 艙管系圖解室和教員監(jiān)控室。模擬設(shè)備有主機機旁操作臺、機艙集中控制臺、船舶電站主配電屏、應(yīng)急配電屏、輔機監(jiān)控臺、教員監(jiān)控臺和17只輔機機旁起動箱。 輪機仿真中心已完成SMSC2010型輪機模擬器的研制開發(fā)，并能滿足國家海事局最新頒布的有關(guān)輪機模擬器的培訓(xùn)要求，為廣大用戶提供了良好的輪機培訓(xùn)， 得到國內(nèi)外航海院校和海事培訓(xùn)機構(gòu)的廣泛認同，產(chǎn)品遍及上海、南京、天津、鎮(zhèn)江、大連、杭州、福州、廣州、海南、寧波、北京、沈陽、丹東、琿春、佳木斯、 合肥、武漢、惠州、秦皇島、濟南等地。

圖8、 輪機模擬器實驗室

圖9、輪機模擬器集控臺

圖10、輪機模擬器大型動態(tài)模擬操作屏

6）冷藏物流監(jiān)控實驗室

?冷藏物流監(jiān)控實驗室已研發(fā)了二元冰真空制備系統(tǒng)，冷藏物流綜合模擬實驗平臺原理圖如圖11所示，該系統(tǒng)為上海市教委批準 立項的技術(shù)創(chuàng)新項目，也是國內(nèi)第一臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的真空制冰裝置。該系統(tǒng)采用真空技術(shù)生產(chǎn)國際領(lǐng)先的二元冰，具有結(jié)構(gòu)簡單，制冷供冷效率高，節(jié)能環(huán)保 等特點。目前，二元冰真空制備系統(tǒng)項目已擁有十多項自主知識產(chǎn)權(quán)，并獲得中國國際工業(yè)博覽會創(chuàng)新獎。

圖11、冷藏物流綜合模擬實驗平臺原理圖

?7）網(wǎng)上船舶動態(tài)監(jiān)控和海量船舶動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘

網(wǎng)上船舶動態(tài)監(jiān)控和統(tǒng)計分析系統(tǒng)，為航運企事業(yè)用戶提供一個船舶動態(tài)監(jiān)控和統(tǒng)計分析的公共網(wǎng)絡(luò)平臺，為用戶提供便捷直觀的 船舶動態(tài)服務(wù)，無論用戶身處何處，只要能上網(wǎng)，甚至通過手機上網(wǎng)，即可獲知船舶準確位置，如圖16所示。利用AIS、Inmarsat和北斗衛(wèi)星技術(shù)，用 戶可以在全球范圍內(nèi)跟蹤船舶動態(tài)，向注冊用戶提供如下服務(wù)：

• 中國沿海電子海圖物標查找服務(wù)（7700多個海圖物標）
• 全球沿海海域AIS船舶動態(tài)監(jiān)控WEB服務(wù)（34000多條船舶在線）
• 沿海海域AIS船舶動態(tài)監(jiān)控手機服務(wù)（34000多條船舶在線）
• 基于北斗船站的船舶動態(tài)監(jiān)控（適用中印線、中澳線、東北亞航線、東南亞航線等）
• 預(yù)抵港船舶聯(lián)系信息查詢（17萬多條船舶聯(lián)系信息）現(xiàn)已實現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓。???

圖12、 網(wǎng)上船舶動態(tài)監(jiān)控和海量船舶動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)

4. 基地建設(shè)目標

取得一批具有國際先進水平和國內(nèi)領(lǐng)先水平的航運仿真領(lǐng)域的科技和產(chǎn)業(yè)化成果，提高我國航運仿真的國際競爭力，將中心建設(shè)成 了航運仿真技術(shù)集成創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)孵化基地，提高我國航運仿真領(lǐng)域的國際競爭力；建立研發(fā)實驗室以及中試基地；通過學科交叉與融合，建成了國內(nèi)一流的科研開發(fā) 環(huán)境，通過項目研發(fā)基金，吸引國際、國內(nèi)科研人員來中心從事研發(fā)工作，成為國際合作和交流的平臺；推動高新技術(shù)在航運仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，集聚和培養(yǎng)創(chuàng)新 人才隊伍；初步建成國內(nèi)一流的、可持續(xù)發(fā)展的工程研究中心。