集装箱起重机仿真驾驶训练器是一套集装箱起重机半实物仿真模拟训练系统，集成计算机技术、多媒体技术、网络技术、自控技术和现代仿真技术等技术，采用真实的驾驶室和电控设备，再融合3D可视化虚拟仿真资源，具有逼真的人机界面和较强的沉浸感，可实现集装箱起重机作业过程中各种工作状况、天气状况的模拟， 并可进行各种特殊工况和事故处理能力的全面技能培训。
1. 集装箱起重机驾驶仿真模拟训练器的建设内容
1.1 集装箱起重机驾驶仿真模拟训练器的结构
集装箱起重机驾驶仿真模拟训练器由驾驶室操作系统、教员台控制系统、三维图像视景系统、音响系统、动感系统、动力学模型、信号采集和 PLC 逻辑控制系统、教学投影系统和网络通讯系统等模块组成。
（1）驾驶室系统采用真实的驾驶室，包括一套完整的操作台（内含各种操作手柄、按钮、仪表、指示器以及司机座椅等），原来的下视及前视玻璃窗用视景系统的投影屏幕替代。通过“窗口”可以看到从高性能投影仪投放在屏幕上的视景景象和操作情况。
（2）音响系统可以产生港口实际作业中的各种声音（如电动机起、制动，大、小车运行，集装箱撞击，集装箱卡车鸣号等等）以及各种现场声响。
（3）教员台控制系统包括教员台主机、视景监视屏、驾驶室操作监视器以及相关的输入输出设备。该系统可以完成以下主要功能：系统自检、系统参数设置、操作训练科目和难度设定、操作训练环境条件设定、系统控制及仿真过程监视、故障设置、仿真过程的记录和重演、自动评分和操作错误分析等等。
（4）三维图像视景系统是采用三维建模软件对集装箱起重机和集装箱船以及其他场景对象（码头、堆场、集装箱、集装箱卡车等）进行三维几何建模，建立场景数据库。 当学员在操作台进行操作时， 操作信号经过信息转换送入主控计算机，主控计算机根据接受到的数据，运行相应的动力学模型，把计算结果传给视景系统，控制图形输出，实时反映出仿真图像。 通过加入视点，实现多视点切换。
（5）动力学数学模型是仿真的核心，通过建立模型，对人、物、环境及其相互关系进行本质的描述，才能在计算机上实现装卸作业的仿真。动力学模型包括各运动部件运动规律的数学描述，还包括干涉碰撞检测。建模中还考虑了不同风速、风向的影响。
（6）信号采集和 PLC 逻辑控制系统是由 PLC 逻辑控制器、驱动器和电机组成。通过该系统，可以得到实时操作时所有的经过逻辑控制的相关数据和开关量。
（7）网络通讯系统由网络交换机、专用和通用以太网卡、网络线、视频分配器等以及相应的 TCP/IP 通讯协议组成。该系统负责驾驶室系统、PLC 逻辑控制系统和教员台系统等系统之间各种数据信号、视频信号的传送。
1.2 集装箱起重机驾驶仿真模拟训练器的人机界面
人机界面是人与集装箱起重机驾驶仿真模拟训练器之间传递、交换信息的媒介，是用户使用的综合操作系统。通过人机界面，用户向集装箱起重机驾驶仿真模拟训练器的计算机系统提供命令、数据等输入信息，这些信息经过计算机系统处理后，又通过人机界面把产生的输出信息回传给用户。
集装箱起重机驾驶仿真模拟训练器中的人机界面系统包括驾驶室系统的人机界面和教员台控制系统的人机界面。
1.3 集装箱起重机驾驶仿真模拟训练器的通讯结构
集装箱起重机驾驶仿真模拟训练器的数据通讯主要是通过网络交换机来完成的。该结构负责将驾驶室操作台的经过 A/D 转换的操作信号和 PLC 产生的数据经网络交换机传递给教员台系统、主控计算机和视景计算机，以运行数学模型模块和进行图形驱动；将教员台命令和设定的参数传送给主控计算机和视景计算机；将主控计算机数学模型模块运行结果传递给视景计算机；将吊具或集装箱的运动轨迹数据回传给教员台记录下来，以便重演。
2. 集装箱起重机驾驶仿真模拟训练器的功能
集装箱起重机驾驶仿真模拟训练器的功能主要包含驾驶操作系统、虚实交互、场景模拟、工况模拟、实训参数设备、考核与评估
2.1 驾驶操作系统
具有完整的集装箱起重机驾驶操作系统，可进行集装箱或空吊具的起升下降、小车运行、大车运行、前大梁俯仰和集装箱吊具的各种操作。
2.2 虚实交互
建立集装箱起重机系统动力学模型，对于操作人员在操作过程中做出的一系列决策和动作进行实时仿真，应用虚拟现实技术，实现各机构在启动、运行、制动时司机的各种真实的感觉，包括人的感官对视景、声响、振动的真实感觉。
2.3 场景模拟
采用三维建模平台、先进的多媒体技术和图像处理技术，进行真实场景和运动模型的建模，可以根据需要模拟各种天气情况，如晴天、多云、阴天的作业情况及不同风速、风向对集装箱装卸的影响等的仿真功能。
2.4 工况模拟
集装箱起重机虚拟仿真训练系统可提供不同内容、各种难度的培训科目包括各种特殊工况和事故工况，以对操作人员进行全面的培训。
2.5 实训参数设置
教员通过教员控制台实时了解学员的操作情况，并能随时调整训练内容或难度，必要时可冻结场景进行实时讲评；同事通过教员控制台主机实时显示和记录学员操作的集装箱或空吊具的运动轨迹，需要时用最优化方法求解集装箱的最优运动轨迹，并将其与学员操作的运动轨迹进行对比，提高学员的操作技能。
2.6 考核与评估
评估软件系统能够实现操作错误提示，记录学员的全部操作过程，根据学员的操作步骤、操作质量、故障处理以及教师综合印象进行实时评分及打印考核成绩报告，另外可以对学员的操作过程进行重演等。
集装箱起重机驾驶仿真模拟训练器是将虚拟现实技术和复杂系统仿真相结合的一种训练系统。可以帮助港口培养高素质的集装箱起重机操作人员，从而促进生产发展，提高经济效益。
