《极地船舶航行仿真系统分级技术要求》

3

极地船舶航行仿真系统分级技术要求

1范围

本文件规定了极地船舶航行仿真系统的等级划级和总体要求，以及环境真实性、运动真实性和风险辅助决策仿真能力要求。

本文件适用于船舶在极地冰水环境下的航行仿真所需的极地船舶航行仿真系统。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

1974年国际海上人命安全公约(SOLAS公约)及其修正案（Internationalconventionforthesafetyoflifeatsea,1974(SOLAS1974),asamended）

1978年海员培训、发证和值班标准国际公约(STCW公约)及其修正案（Internationalconventiononstandardsoftraining,certification,andwatchkeepingforseafarers,1978(STCW1978),asamended）

GB/T7727-2025船舶通用术语（Generalterminologyforship）

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

极地船舶航行仿真系统polarshipnavigationsimulationsystem

模拟极地船舶在冰区航行作业的仿真系统。

3.2

环境真实性environmentalauthenticity

模拟得到的冰水环境与实际冰水环境的相似程度。

3.3

运动学解算准确性kinematiccalculationaccuracy

仿真计算得到的运动学响应与模型试验对比的准确程度。

结构载荷准确性structuralloadaccuracy

仿真计算得到的结构载荷响应与模型试验对比的准确程度。3.5

冰-水-船耦合ice-water-shipcoupling

冰、水、船的相互作用与耦合关系。

3.6

冰场演化icefieldevolution

4

在风浪流作用下冰场发生的变化。

3.7

海冰密集度seaiceconcentration

航行区域内海冰的密度。

3.8

冰况icecondition

航行区域内冰的类型情况。

3.9

海冰形态分布seaicemorphologydistribution

海冰在航行区域内的几何形态及其分布情况。

3.10

实时重构real-timereconstruction

随物理时间变化的重构。

3.11

操船策略shiphandlingstrategy

对船舶进行不同的操控以完成既定任务。

3.12

风险辅助决策risk-assisteddecisionmaking

基于环境信息、船舶状态信息和仿真推演结果，为航行人员提供风险提示、方案比较和操作建议的过程。

3.13

风险场景riskscenario

可能导致航行安全、任务目标或设备状态受到影响的特定环境、操作或事件组合。

3.14

预警信息warninginformation

针对可能出现的不利情形所生成的提示信息，包括风险来源、影响对象、严重程度或建议措施等。

3.15

能力等级capabilitylevel

对仿真系统在环境真实性、运动真实性或风险辅助决策支撑能力方面满足要求的程度的分类表示。对比风险分析结果和风险准则，以确定风险和/或其大小是否可以接受或容忍的过程。

4分类及总体要求

4,1通则

本文件旨在确保仿真系统能够为人员提供在极地船舶航行的充分培训。本文件定义了三类为取得在极地航行的特定能力和技能的仿真系统，从而达到特定的功能和目标。这些功能类别没有等级之分，应视为该系统的不同应用。一套仿真系统能满足多类别功能的要求。

本文件旨在提供具有环境真实性和运动真实性要求，可进行极地航行方案制定、驾驶人员培训和现场辅助决策的系统。

本文件中定义的功能类别旨在根据仿真系统的实际、计划或预期的操作环境，辅助极地航行，强化

5

甚至替代实地培训。本文件适用于冰级船舶相关仿真系统的设计、选型、测试与应用。涉及船员适任能力要求时，应符合有关国际公约及法规要求。

4.2分类

4.2.1通则

仿真系统所提供的每类功能都应充分证明，使用者能够通过使用该产品获得能力和达到目标，辅助冰级船舶安全的在极地航行，帮助使用者更熟练地驾驶冰级船舶在极地航行。

4.2.2第1类极地航行方案制定

第1类仿真系统应在岸上或船上准确评估船舶在极地条件下的航行能力，进行极地航行的前期规划，航行路径规划，保障航行安全。这类仿真系统应准确模拟极地的冰情、风浪、低温等环境因素，呈现真实的电子海图。此类仿真系统需考虑海冰分布、气象条件、船舶性能等因素，规划出最优路线。此类系统还应识别和预警极地航行中的冰山、冰脊、恶劣天气等航行潜在风险，并提供规避策略。

这类仿真系统应满足1974年SOLAS公约第V章中34.1、34.2的安全航行和避免危险情况相关和第V章中与海图和航海出版物相关的要求，具体根据使用者和船舶航行需求和表1中的环境真实性、运动真实性要求和风险辅助决策仿真能力要求确定。

4.2.3第2类驾驶人员培训

第2类仿真系统应为使用者在真实的极地环境和紧急情况下操作船舶和应急处理提供训练。此类仿真系统需适合选定的极地航行计划和冰级船舶操纵培训任务。此类仿真系统需能够模拟极地航行船舶上驾控设备的操作能力，达到与训练目标相适应的物理真实性水平。此类仿真系统的目的是通过极地船舶航行仿真系统的培训，能让驾驶人员在接近真实的环境中练习，提升其应对复杂情况的能力，减少实际航行中的操作失误。

这类仿真系统需要模拟船舶在极地航行中可能遭遇的环境和情况，应在仿真环境中模拟使用者操作后的或极地海上环境影响后的船舶航行状态。应模拟极地海上环境，包括天气、海况、冰况、船舶危险（例如冰困和冰损）等情况，还包括船舶摇摆（纵荡、纵摇、横荡、横摇、垂荡、艏摇）以及与冰碰撞产生的减速与偏航等船体运动。

这类仿真系统应满足1974年SOLAS公约第V章中19.2与船载航行设备和系统、第V章中22与驾驶室可视范围、第V章中30与操作限制有关的要求，以及STCW规则附则A部分的第A-I/11中的模拟器的使用要求，具体根据使用者和船舶航行需求，根据表2中的环境真实性、运动真实性要求和风险辅助决策仿真能力要求确定。

4.2.4第3类现场辅助决策

第3类仿真系统应在船上接入实船数据，获取船舶位置、速度、周围冰情等实时信息。此类仿真系统需具备实时决策能力，利用数据分析和算法模型，针对突发情况如船舶被困冰区、遭遇恶劣天气等，快速生成应对策略，并以便携式设备为载体，以备船员随时查看和使用。

这类仿真系统应满足1974年SOLAS公约第XIV章中4.4与极地规则有关的要求，具体根据使用者和船舶航行需求，根据表3中的环境真实性、运动真实性要求和风险辅助决策仿真能力要求确定。

5仿真系统特性

5.1环境真实性要求

6

5.1.1模拟一种或多种冰况的冰场

模拟一种冰况的冰场：构建层冰、浮碎冰、冰脊、冰山中的单一冰型的场景。

模拟多种冰况交错共存的冰场：构建包含层冰、浮碎冰、冰脊等多种冰型的混合冰场，不同冰况相互交织、分布无序的场景。

5.1.2风浪流作用下冰场演化

模拟风、浪、海流共同作用下，冰场的漂移、破碎、堆积等动态变化过程。

5.1.3冰的物理特性

力学属性：重构冰场的冰体需具备与真实海冰一致的物理力学属性，包括弹性模量、刚度等参数

层冰：需还原极地大面积分布的平整层冰特征，复现其厚度均匀、表面相对平整的形态，模拟层冰受船舶挤压、撞击时的弯曲、破碎力学响应，及其对船舶航行的阻力特性。

浮碎冰：构建由不同尺寸、形状碎冰组成的冰场，模拟碎冰在海流与船舶扰动下的漂移、碰撞过程，复现碎冰对船体的持续撞击载荷，以及碎冰与船碰撞形成的航行阻力。

冰脊：模拟冰脊隆起形态和力学特性，复现船舶穿越冰脊时的载荷。

冰山：具有不同体积、形状的冰山模型，模拟冰山在海流、风力作用下的缓慢漂移过程，模拟冰山与船舶碰撞时的载荷。

5.1.4实测数据在线重构冰场

根据卫星遥感、现场监测等数据，在线生成与真实极地冰区形态相似、分布规律一致的仿真冰场。

5.1.5海冰形态分布特征重构

重构的冰场还原真实冰区中，不同冰型的面积占比、空间分布规律，以及冰厚、冰密集度等形态参数的区域差异。

5.2运动真实性要求

5.2.1常规冰况航行

模拟船舶在平整层冰、低密度浮碎冰等常规冰况中航行的船舶运动与结构响应。

5.2.2复杂冰况航行

模拟船舶在层冰、冰脊、浮碎冰等混合冰况等复杂冰况中航行的船舶运动与结构响应，以及冰困、冰损等极端工况。

5.2.3常规冰况下冰-水-船耦合

船舶运动响应：模拟船舶在海水、海冰并存的平整层冰、低密度浮碎冰等常规冰况中直航、回转、换舵转向等不同操船策略下的船舶的艏摇、纵荡、垂荡等运动特性，以及冰阻力导致的航速波动、转向延迟等动态响应。

海冰运动响应：模拟与船舶作用受船舶运动影响的海冰的运动。

船舶结构响应：模拟船舶在海水、海冰并存的平整层冰、低密度浮碎冰等常规冰况中直航、回转、换舵转向等不同操船策略下，船艏、舷侧等部位的应力集中、变形振动，以及冰挤压、撞击引发的结构受力与响应。

海冰结构响应：模拟与船舶作用后平整层冰的破碎。

7

5.2.4复杂冰况下冰-水-船耦合

船舶运动响应：模拟船舶在海水、海冰并存的层冰、冰脊、浮碎冰等混合冰况中直航、回转、换舵转向等不同操船策略下的船舶的艏摇、纵荡、垂荡等运动特性，以及冰阻力导致的航速波动、转向延迟等动态响应。

海冰运动响应：模拟与船舶作用受船舶运动影响的海冰的运动。

船舶结构响应：模拟船舶在海水、海冰并存的层冰、冰脊、浮碎冰等混合冰况中直航、回转、换舵转向等不同操船策略下，船艏、舷侧等部位的应力集中、变形振动，以及冰挤压、撞击引发的结构受力与响应。

海冰结构响应：模拟层冰和冰脊与船舶作用后的破碎。

5.2.5船舶航行性能解算精度

根据仿真系统的种类船舶航行性能解算精度分为三种：

船舶航行性能解算精度不低于80%；

船舶航行性能解算精度不低于75%；

船舶航行性能解算精度不低于70%。

5.3风险辅助决策仿真能力要求

5.3.1通则

仿真系统应具备对极地航行风险相关信息的接入、处理、显示和辅助决策仿真能力，能够结合环境数据、船舶状态数据及任务需求，为航行方案制定、驾驶培训和现场辅助决策提供支持。

仿真系统应支持风险场景构建、预警信息呈现、操作响应推演及过程记录功能。

风险辅助决策仿真能力宜包括常规冰况辅助决策仿真能力和复杂冰况辅助决策仿真能力。

5.3.2常规冰况辅助决策仿真能力

仿真系统应针对常规冰况条件下的典型航行情景开展辅助决策仿真，包括但不限于以下内容：

冰阻增大导致航速与机动性下降情景仿真：系统应能够模拟船舶在层冰区航行时因冰阻增加造成的航速下降、舵效减弱及转向响应迟缓现象，并提供航速调整、航向优化等辅助建议。

非对称冰载荷引发偏航与横摇情景仿真：系统应能够模拟船艏或舷侧遭遇不均匀冰分布时产生的偏航、横摇及操纵困难情景，并提供修正航向、降低风险区域停留时间等辅助建议。

低能见度与海雾影响操纵决策情景仿真：系统应能够模拟雾、雪等低能见度条件下目标识别困难、避碰决策延迟等情景，并提供航速控制、瞭望加强、绕航避让等辅助建议。

5.3.3复杂冰况辅助决策仿真能力

仿真系统应能够针对复杂冰况条件下的高风险航行情景开展辅助决策仿真，包括但不限于以下内容：

冰阻急剧增大导致失速或冰困情景仿真：系统应能够模拟船舶在厚层冰、密集浮冰及冰脊区航行时出现航速显著下降、操纵能力减弱及冰困趋势，并提供脱困路径、动力分配或等待破冰支援等辅助建议。

冰脊与冰山撞击造成瞬时运动突变情景仿真：系统应能够模拟船舶穿越高密度冰脊区或与漂移冰体接触时产生的冲击载荷及姿态突变，并提供减速、改向、避碰区间选择等辅助建议。

风浪流与冰场耦合导致失控情景仿真：系统应能够模拟风、浪、流与漂移冰场共同作用下船舶运动响应加剧、航向保持困难及操纵裕度下降情景，并提供稳向控制、绕航修正及安全航迹建议。

8

5.3.4风险信息显示与交互能力

仿真系统应具备风险辅助决策信息显示与交互功能，包括但不限于以下内容：

显示船舶位置、航向、航速及运动状态信息；

显示冰情、气象、能见度及周边障碍物信息；

显示风险区域、预警提示及建议航线信息；

支持二维电子海图或三维场景显示；

支持操作过程记录、结果回