基于GMDSS模拟器的考核评估系统

王希坤，周兆欣，王祎欣

(1.山东交通学院海运学院，山东威海　264200; 2.山东女子学院, 山东济南　250300)



基于GMDSS模拟器的考核评估系统

王希坤1，周兆欣1，王祎欣2

(1.山东交通学院海运学院，山东威海264200; 2.山东女子学院, 山东济南250300)

摘要：为提高GMDSS模拟评估的准确性和客观性，分析GMDSS模拟器设备的特点，提出基于MFC socket的通信接口考试模型，通过ADO+ODBC+SQL Server技术实现数据库的操作，解决模拟器与操作评估考核系统数据的交互问题。采用层次分析法确定各个因素的权重，得到综合评分及其排序。

关键词：GMDSS；考核评估；MFC socket；APH层次分析法

GMDSS是(Global Maritime Distress and Safety System)基于《1979年国际海上搜救救助公约》，由国际海事组织开发实施的全球海上遇险与安全系统， GMDSS实质上是一个庞大的全球通信网，用于全球海上遇险、紧急、安全通信和常规通信的综合通信系统。《中华人民共和国海船船员适任考试和发证规则》于2012-02开始实施，《中华人民共和国海船船员适任考试大纲》(简称为2012海船船员适任考试大纲)于2012-07-01正式实施，对GMDSS设备评估提出了更高的要求。目前国内没有完善的基于《GMDSS考试大纲与评估规范》的评估系统。海事局的GMDSS设备评估采用人工打分的方式，人工打分存在评估标准不一、主观性强且考官的劳动强度大等缺点。

1研究现状

国内诸多学者对GMDSS设备评估系统进行研究。文献[1]完成对GMDSS设备的半自动化评估，即考核评估系统提取操作记录文件进行处理，人工导出学生的操作记录，由评估员进行操作记录的评分。文献[2]采用抽样调查法统计考生的操作步骤和操作时间，使用层次分析法确定权重 ，最后用加权平均法得到总评估成绩。为适应我国的GMDSS设备评估系统，对学员培训进行客观、公平的评价，提高评估的规范化、标准化，文献[3]分析了GMDSS模拟器在航海模拟器中的应用。

根据2012海船船员适任考试大纲的要求，设备评估采用必评估项目和任选项目相结合的方式，其中Inmarsat-C船站[4]、船用MF/HF无线电设备中的MF/HFDSC设备、船用VHF无线电设备、EPIRB与SART设备的操作等4项为必选项目，NBDP、NAVTEX、气象传真机、Inmarsat-F77船站[5]、MF/HF无线电设备控制单元等5项中任选一项。设备评估时间不超过60 min。

通过分析《GMDSS考试大纲与评估规范》，确定考试题型的评估参数。将评估项目分为4类，用4种方法建立评估模型，并示例讲解。建立模型的重点是选定比对界面、比对位置、比对节点、比对步骤等。根据评价指标，建立隶属度函数；将各设备评估项目根据重要程度及建模方法进行分类，利用层次分析法得出各分类的权重及各设备的评估分，再将各设备评估分进行加权平均得到最后的总成绩[6-7]。利用Visual C++面向对象程序设计语言，在Client/Server框架下实现评估系统功能[8]。

本文通过对GMDSS模拟器设备在考核评估效果的研究，提出了考核评估系统的架构以及实现考核评估系统的编程方法，开拓了GMDSS模拟器研发的新思路，完善了模拟器的后续评估功能，为研究GMDSS模拟器提供了新的方法。

2建模

2.1评估标准及评估要素

1)评估标准

《GMDSS考试大纲与评估规范》对GMDSS设备实际操作中的5项评估设备的评估标准都有明确规定，对每项设备的各个评估项目均给出了总分、规定评估时间、完成情况。参照此标准建立评估模型，但考虑到此评估标准主要针对人工评估方式，因此需要进行一定的调整。

2)评估要素

通过对评估标准的分析可知，各项目评估成绩主要受评估时间、结果、过程熟练度等3方面影响。自动评估模型用时间、结果、熟练度作为评估要素。

2.2评估数学方法

综合评价是指对某一事物进行分析，分解出多个评价因子，对比分析各种评价方法，选择一种最合适的方法，并对评价因子建立评价函数，最后用函数形式得出总体评价。本文主要釆用以下几种评价方法。

1)抽样调查法

抽样调查法指从研究对象的全部单位中抽取一部分单位进行考察和分析，并用这部分单位的数量特征推断总体数量特征的一种调查方法[9]。其中，被研究对象的全部单位称为“总体”；从总体中抽取出来，实际进行调查研究的那部分对象构成的群体称为“样本”。在抽样调查中，确定样本数量是关键。本课题主要用抽样调查法统计学生项目评估的操作时间和操作步骤。

可以根据操作时间和操作步骤评估考生操作的熟练程度。从定性关系上看，操作时间越短越熟练，操作步骤越少越熟练。在自动评估系统中需要将这两个参数量化分段，以区分熟练、较熟练、不太熟练3个层次。用抽样调查法统计考生的操作时间及操作步骤，要按照一定的比例划分区段。各评估项目可以单独使用其中一项来判断熟练程度，也可以两个指标结合在一起综合判断熟练程度。

2) APH层次分析法[10]

分层抽样法是根据某些特定的特征，将总体分为同质、不相互重叠的若干层，再从各层中独立抽取样本，是一种不等概率抽样。分层抽样利用辅助信息分层，各层内应该同质，各层间差异尽可能大。

层次分析法是对多因素系统进行定性与定量评价相结合的方法，具有系统化、结构化、层次化的特征。通过深入分析多因素问题的本质以及各个影响因素之间的内在联系，在得到较少定量信息的基础上，将复杂的评价与决策过程数学化及模型化，使得评价更加直观。这种方法将复杂的系统拆分成多个层次，在各个因素以及各个层次之间进行比较，然后得到各个因素的权重，最后得到综合评分及其排序。层次分析法的一般步骤为：

①构造比较矩阵。分析整个系统中每个因素之间的关系，将这些因素分层，然后将同一个层次中每两个因素进行比较,构造比较矩阵。

②构造判断矩阵。在某一准则前提下，计算被比较因素的相对权重，并且对判断矩阵进行一致性检验，这样就可以得到该准则作用下的矩阵X。

③计算各个层次对系统的总排序权重矩阵A。得到层次分析法的综合表达式

采用层次分析法得出各评估设备的评估成绩。虽然《GMDSS考试大纲与评估规范》中每类题目的分数比例已有所体现，但根据后期评估模型，将评估项目分类，需要对各分类按权重重新进行计算。

3)加权平均法

加权平均法是一种最常用的评价方法，是按照每个评价指标在整体中的重要程度确定评分权重，然后加权求和得到最后的结果[11]。这种方法简单且容易实现，但是没有考虑每个评价指标之间的关系以及每个评价指标各自的性质。该方法的函数表达式为：

2.3建立自动评估数学模型

通过对各评估项目及评估标准的研究，根据不同项目的评估需求，将GMDSS评估项目大体分为4类,建立评估模型，分别是操作过程监控型、操作结果监控型、过程结果共同监控型、口述型。这4种模型的建模方法分别为追位比对法、原位比对法、混合比对法、选择题型法。建立自动评估系统模型的关键是评价指标的确定和隶属度函数的设定。4种模型的评估参数均为时间、结果、熟练度。[12]

2.3.1操作过程监控型[13]

用追位比对法对此类题目建立评估模型。具体方法如下：考生对评估题目完成操作后，判断操作结果是否正确，主要体现在步骤是否正确、顺序是否合理、操作步骤有无重复等方面。本文釆用追位比对法评估。追位比对法是指将考生的操作步骤与标准步骤进行逐位比对。具体比对方法是将正确步骤设为主位，将考生的操作步骤与正确步骤进行比对。先从第一位进行比对，若操作步骤正确则计算机输出1，若操作步骤不正确则输出0，再进行第二位比对。然后将操作步骤的第二步与正确步骤的第一步继续比对，正确为1，错误为0，如此进行比对下去。在程序中可以用逻辑与运算方式计算。例如，正确步骤为3步，记为111，实际操作第一步与第一位进行比对，正确则输出1，则1∧1=1，再进行第二位比对。错误输出0，0∧1=0,则不进行下一位比对，继续第一位比对。

如比对到最后一位，并输出为1，则可判断此题操作为正确。还可以根据输出0、1的总体数量计算操作总步骤的数量。

2.3.2操作结果监控型

此类题型侧重于对结果的判断。一般操作结果判断比较复杂，结果并非根据一个按键或者一个点就能判断是否正确，须将多个位置上的操作综合起来判断正误。此类题目一般对操作过程、步骤的顺序不做重点评估内容。本文用原位比对法进行此类题型的评估。原位比对法是将考生的操作内容和标准值进行固定位置的一一比对，正确输出1，错误输出0，根据项目评估要求，再将0和1进行与运算或或运算。进行与运算表示各比对位的输出值必须和标准位值完全一致，适用于各比对位重要程度一致的题目。进行或运算表示各比对位的重要程度有所不同，要根据各个位上的比对结果综合判分。[14]

2.3.3过程结果共同监控型

过程结果共同监控型是指对操作步骤和操作结果均要评估的题型。本文用混合比对法进行评估[5]。混合比对法是将追位比对和原位比对相结合。对于一个项目，一部分用追位法比对，一部分用原位法比对，最后再综合判分。

2.4确定评估成绩权重

2.4.1各设备评估项目权重

根据评估大纲要求及本文建立的自动评估模型，各设备评估项目权重的确定方法不同。具体方法[15]为：1)根据专家评定法得到的每个影响因素的相对重要程度，按照比率标度方法构造判断矩阵A；2)求取判断矩阵A的最大特征根λmax及对应的特征向量W[16]；3)对特征向量W进行归一化处理，得到W=[ω1，ω2，…，ωn]，其中ωi是对应影响因素的权重。

2.4.2评估总成绩

GMDSS总体评估由5个设备组成，因为各设备题目的得分权重在标准中已经有所体现，每个评估项目的成绩由该项目的操作时间分数与操作步骤分数加权得到，最后总评估成绩由各评估项目加权平均法计算，60分以上为及格，60分以下为不及格。

设备评估总成绩的计算公式[17]为：

ωMTi+ωMSi=1，

第i项评估项目得到的操作步骤分数为

3软件的设计与实现

3.1系统概述

釆用C/S架构，教练站主要负责设置学生机船位、更换海图、通信相关设置、地面站、用户信息的管理编辑。学生站包括地面通信设备和卫星通信设备，可以查看本船和它船的船位、岸站和岸上用户信息查询，也可以和教师机及其他学生机进行通信。[18]

3.2评估系统结构设计

3.2.1系统体系结构

GMDSS自动评估系统通过局域网将一个服务器端和多个客户端连接起来，服务器端为客户端提供数据基础，客户端主要供学生训练评估。[19]

3.2.2系统功能模块

系统主要分为客户端和服务器端两大部分。客户端主要提供学员对GMDSS系统的基本设备操作、通信练习、操作评估等功能。服务器主要对整个系统进行控制与管理，具有检测用户对设备的操作信息、转发客户端之间的通信数据、虚拟生成船站设备应有的通信信息等功能，还可进行组题，完成对学员评估结果的分析发布，以及记录学员的登录使用信息等功能。整个系统由模拟器子系统、练习子系统、评估子系统、教练站、数据库子系统等5大功能模块组成。

系统具有如下功能：1)系统登录安全验证。设置管理员、教师、学生3种身份进入系统，保证系统安全。2)用户权限区分。管理员可进行所有资源管理，教师可进行考生管理、试题管理、考场管理，学生可以选择练习或评估进入系统。3)两种工作模式。系统应具有评估和练习两种工作模式，在练习模式下，学生可以自主选择题目类型、难度系数、知识点等。在评估模式下，教师可以进行相关设置。4)合理的评估功能。具备合理、科学的评估标准，并满足海事局评估大纲。5)数据安全。保证学生信息、考试信息、用户账户、试题信息等数据的安全，提供数据备份功能。

3.3系统主要功能实现

评估子系统主要进行考生的评估考试，并给出考试成绩，主要解决评估标准设置、时间控制、考生操作步骤与正确步骤的比对等问题。教练站主要设置学生机的各类参数。数据库子系统包括学生个人信息、学生评估成绩、相关的各设备评估试题，并可用Excel表格直接导入文件。[20]

3.3.1评估子系统

在考试终端学生双击GMDSS评估系统图标，启动软件，学生进入练习模式或评估模式。在此系统中主要需要解决学生操作正误的判断。根据给出的评估模型，系统主要根据学生的考试时间、操作记录与正确步骤的比对进行综合给分。学生选择评估开始考试后，系统自动组题，在几大设备中按照规则选出4个设备。在界面右侧出现与考试相关的信息、4个设备的考题，同时顶部出现计时器，开始倒计时考试时间。考生单击其中一个设备后，出现该设备的相关考题。双击要选做的题目，下方出现计时器，开始倒计时，同时其它3题变灰。当完成此题目后点保存按键，计时停止，再选作其它题目。若考生做完题目未点保存键而直接做其它题目，系统将自动保存已做题目。如已保存的题目需要重新再做，可重新选做，继续累计考试时间。答完所有考试题目，点击提交按键，完成考试。系统记下各题的操作时间及最后一次保存的操作记录，根据评估模型进行评分，并显示成绩。

3.3.2系统数据库

系统数据库包括题库管理、数据査询、数据维护等功能。本文选用Access数据库存储学生信息、成绩等相关信息。试题库包括Inmarsat-C、Inmarsat-F、MF/HF、VHF、NBDP、EPIRB&SART、NAVTEX&气象传真机等8张表。每种设备按照评估模型进行分类，在组卷时按照一定的规则从各类中选题[21-24]。

4结语

1)提出GMDSS设备操作评估管理及考核系统的模型。基于MFC socket实现通信接口考试模型，采用Client/Server服务模式的考试系统，较之传统考试，网络考试具有独特的优越性，屏蔽了人为干扰考试的可能性，提高了考试的客观公正性，缩短了传统考试的周期，同时简化了考试流程，节省了大量的人力与物力，试卷评阅和保存更简便。

2)针对现有模拟器的缺欠，兼顾行业要求，扩展GMDSS模拟器的功能。通过ADO+ODBC+SQL Server技术实现数据库的操作，解决模拟器与操作评估考核系统数据的交互问题。

3)初步建立可评估系统，但真正使用还有许多需要完善的地方，比如题型没有严格的界限，缺少适用于考官出题的平台。

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(责任编辑：郎伟锋)

Examination Evaluation System Based on GMDSS Simulator

WANGXikun1,ZHOUZhaoxin1,WANGYixin2

(1.MaritimeCollege,ShandongJiaotongUniversity,Weihai264200;2.ShandongWomen′sUnivversity,Jinan250300)

Abstract:In order to improve the accuracy and objectivity of GMDSS simulator, the characteristics of GMDSS simulator was analyzed, and the communication interface test model based on socket MFC was proposed.The interaciton between the simulator and the data of evaluation system operation was solved through database operation by ADO+ODBC+SQL Server technology. The analytic hierarchy process was used to determine the weight value of each factor, comprehensive scoring and sorting was finally got.

Key words:GMDSS; examination evaluation; MFC socket; APH analytic hierarchy process

中图分类号：U698

文献标志码：A

文章编号：1672-0032(2016)01-0081-06

DOI：10.3969/j.issn.1672-0032.2016.01.015

作者简介：王希坤(1967—)，男，山东潍坊人，讲师，主要研究方向为通信导航,E-mail:hywangxikun@163.com.

收稿日期：2015-11-09