Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
31
Міністерство освіти і науки України
Одеська національна морська академія
Петріченко Євгеній Анатолійович
УДК 656.61.052.484
ОПТИМІЗАЦІЯ ПРОЦЕСУ РОЗХОДЖЕННЯ СУДЕН З УРАХУВАННЯМ НАВІГАЦІЙНИХ НЕБЕЗПЕК
Спеціальність 05.22.16 –судноводіння
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Одеса –
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Одеській національній морській академії, Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник кандидат технічних наук, професор
Цимбал Микола Миколайович,
Одеська національна морська академія,
завідувач кафедри морських перевезень
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Вагущенко Леонід Леонідович
Одеська національна морська академія,
завідувач кафедри електронних комплексів
судноводіння
кандидат технічних наук
Сафін Ігор Вікторович,
представництво компанії “Ві-Шипс” в
Україні, м. Одеса, директор
Провідна установа: Національний університет кораблебудування ім. адм.
Макарова, Міністерства освіти i науки України, м.
Миколаїв.
Захист відбудеться “ 8 ” грудня 2005 р. о 10.00 годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д 41.106.01 в Одеській національній морській академії за адресою 65029 м. Одеса, вул. Дідріхсона, 8, корп. 1, зал засідання вченої ради.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеської національної морської академії 65029 м. Одеса, вул. Дідріхсона, 8, корп. 2.
Автореферат розісланий 7 листопада 2005 р.
Вчений секретар,
спеціалізованої вченої ради Голіков В.А.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Однією з найважливіших проблем безпеки судноводін-ня є проблема зіткнення суден, яка, не зважаючи на численні дослідження, присвячені підвищенню безпеки судноводіння, і широке упровадження на флоті автоматизованих систем управління і систем попередження зіткнень суден, що постійно удосконалюються, далека від рішення. Інтенсивність судноплавства, збільшення швидкостей суден, їх зростаючих тоннажу і розмірів ускладнює забезпечення належного рівня безпеки судноводіння.
При виборі маневру розходження одним з істотних факторів, який визначає його безпеку, є навігаційні небезпеки в районі маневрування судна, формальне урахування яких в існуючих математичних моделях опису процесу розходження суден або взагалі відсутнє, або неприпустимо спрощене. Тому розробка і упровадження методів, сприяючих зниженню аварійності від зіткнення суден, зокрема способу урахування навігаційних небезпек, чому присвячена робота, обумовлюють актуальність розглянутої в дисертації проблеми.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи пов'язана з темою держбюджетної науково-дослідної роботи "Удосконалення методів безпечного судноводіння в складних умовах плавання", N ДР 0103U006406, в якій автору належить самостійно виконаний розділ.
Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка способу вибору оптимального маневру розходження при плаванні судна в районах з навігаційними небезпеками.
Головною задачею дослідження є створення алгоритму вибору оптимального маневру розходження з урахуванням навігаційних перешкод в районі маневрування. У дисертації проведена декомпозиція головної задачі на три складові задачі:
- дослідження, класифікація і аналітичний опис різних типів навігаційних небезпек;
- пошук умови існування множини безпечних маневрів розходження з ціллю в районах з навігаційними небезпеками;
- синтез алгоритму вибору оптимального маневру розходження.
Об'єктом дослідження є процес розходження суден при їх зближенні.
Предметом дослідження є процес розходження судна з одиночною ціллю в районі з навігаційними небезпеками.
Для вирішення поставлених в дисертації задач застосовувалися методи:
- дослідження операцій для декомпозиції головної задачі дисертаційного дослідження на на складові;
- математичного програмування в частині постановки оптімізаційних задач вибору стратегії розходження суден;
- теорії управління для формалізації вибору безпечного маневру розходження суден;
- синтезу моделей при розробці імітаційної моделі дисертаційного дослідження.
Наукова новизна одержаних результатів полягає у підтверджені гіпотези про існування маневрів безпечного розходження судна з ціллю на заданій дистанції найкоротшого зближення без попадання його траєкторії в область навігаційних небезпек, можливість якого визначається початковою позицією, параметрами руху суден, а також розташуванням навігаційних перешкод.
Розроблено спосіб розходження судна з ціллю в заданій дистанції найкоротшого зближення, який запобігає попаданню траєкторії судна в область навігаційних небезпек в районі його маневрування.
Одержані такі результати, що містять наукову новизну:
Практичне значення одержаних результатів. Одержаний в дисертації спосіб урахування навігаційних небезпек в обмежених водах може бути використаний не тільки для розходження суден, але і для управління іншими рухомими об'єктами в умовах обмеженого безпечного простору.
Результати дисертаційної роботи мають значну практичну цінність. Розроблені в роботі алгоритми, програми і імітаційна модель можуть бути упроваджені на судах для урахування стислих умов плавання, використані при проектуванні нових поколінь ЗАРП і розробці експертних систем розходження суден, при навчанні і підвищенні кваліфікації.
Особистий внесок здобувача. Всі результати і розробки, одержані в дисертації, виконані претендентом самостійно без співавторів.
Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались і були схвалені на:
Структура роботи. Робота складається з вступу, п'яти розділів, додатків немає, повний об'єм роботи 161 стор., містить 32 рис. і 10 табл., список літератури 125 найменувань.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
Перший розділ дисертації містить аналіз основних напрямів досліджень по проблемі попередження зіткнень суден в складних умовах плавання. У цьому ж розділі обґрунтований вибір основних наукових напрямів дисертаційного дослідження.
Значний інтерес до проблеми попередження зіткнень суден виник три десятиліття тому, що було обумовлено значними досягненнями в технічних можливостях кібернетики і появою достатньо могутньої комп'ютерної техніки. Робилися активні спроби автоматизації процесу розходження суден за допомогою різних підходів, використовуючи методи математичного програмування і теорії оптимального управління.
Одним з перших підходів до рішення задачі формування оптимального безпечного маневру розходження судна з небезпечною ціллю ґрунтувався на застосуванні методів теорії оптимальних дискретних процесів. У запропонова-ній математичній моделі передбачалася постійність параметрів руху зустрічних суден, а також відсутність динамічних зовнішніх збурень. Передбачалися обмеження, що забезпечують безпечне розходження судна із зустрічною ціллю на приріст початкового курсу, на значення величини кутової швидкості пово-роту і бічне відхилення судна від програмної траєкторії руху. Управляючою дією вибрана кутова швидкість повороту судна, оптимальне значення якої повинне формуватися безперервно. У загальному випадку розглядаються три можливі критерії оптимальності: критерій мінімуму перекладань керма; міні-мальне середнє квадратичне відхилення судна від заданої траєкторії; мінімаль-не середнє квадратичне відхилення судна від заданого курсу.
Алгоритми пошуку оптимального значення кутової швидкості повороту по кожному з критеріїв ідентичні і використовують метод можливих напрямів, реалізований за допомогою циклічної процедури на ЕОМ.
Ряд робіт присвячений дослідженням, направленим на рішення проблеми зниження аварійності суден шляхом попередження їх зіткнень з використанням методів теорії оптимального управління для формалізації процесу розходження з декількома суднами з урахуванням вимог МППЗС-72. У моделі ураховуються інерційні характеристики оперуючого судна, у зв'язку з чим рішення задачі виконується в два етапи.
Надалі початкова модель була значно вдосконалена, і її основний розвиток відбувався у напрямі використання методів позиційних диференціально-різницевих ігор. У модернізованій моделі розходження суден розглядається, як процес, що протікає в умовах невизначеності і конфлікту з непересічними інтересами, тому пропонується використовування моделі позиційної диференціальної безкоаліційної гри для декількох гравців.
Багато робіт присвячені опису процесу розходження суден і створення систе-ми попередження їх зіткнень, використовуючи метод нелінійної інтегральної інваріантності, який дозволяє сформувати управління динамічною системою, яке забезпечує інваріантність деяких фазових координат системи щодо виникаючих зовнішніх збурень. У задачі формалізації процесу розходження суден як зовнішнє збурення розглядається багатомірний вектор швидкостей і курсів зустрічних суден, а інваріантними координатами прийняті відстані від оперуючого судна до зустрічних суден. Особливістю вказаної системи поперед-ження зіткнень суден є її властивість ергатичності, тобто ЕОМ формує для судноводія область допустимих однокрокових маневрів, а судноводій, як особа, що приймає рішення, робить вибір, згідно зі своїм критерієм оптимальності. Показане застосування методу нелінійної інтегральної інваріантності для формування допустимих областей маневру судна, які забезпечують розходження з n суднами при найнесприятливіших початкових ситуаціях і параметрах їх руху.
Декілька десятків робіт присвячено різним аспектам формалізації процесу розходження суден, більшість яких виконані останніми роками і орієнтовані на теоретичне забезпечення розробки експертної системи вибору безпечного маневру розходження.
Велика кількість робіт присвячені окремим питанням сучасного стану рі-шення проблеми безпечного розходження суден в умовах небезпечного зближення.
Проведений огляд проблеми формалізації процесу розходження суден показує, що зроблені значні зусилля для вирішення багатьох питань даної проблеми, проте практично не вирішене питання урахування навігаційних небезпек при виборі маневру розходження.
Слід зазначити, що дане питання є принципово важливим, оскільки маневрування для розходження найчастіше відбувається в стислих умовах за наявності навігаційних небезпек. Цією обставиною і визначена тематика дисертаційного дослідження.
Другий розділ дисертаційної роботи присвячений викладу методологічного забезпечення дослідження по темі дисертації, обґрунтуванню вибору тематики дисертаційного дослідження, опису методики проведення дисертаційного дослідження, з використанням коректних методів для вирішення поставленої задачі. У ній поставлена мета дисертаційного дослідження, його головна задача і розглянуті методи її рішення. Також сформульована робоча гіпотеза дослід-ження. Структура методологічного забезпечення дисертації представлена технологічною картою дослідження, в якій головна задача роботи розбита на три незалежні складові задачі, по кожній з яких одержаний окремий науковий результат. Практична значущість і наукова цінність дисертації забезпечені одержаними науковими результатами і результатами імітаційного моделювання. Наукове положення дисертаційної роботи було сформульоване в результаті узагальнення теоретичних результатів наукового дослідження.
У третьому розділі виконано аналітичний опис навігаційних небезпек для подальшого урахування в задачі формування множини допустимих безпечних маневрів розходження суден. Вибір безпечного маневру розходження вимагає в загальному випадку постановки і рішення оптимізаційної задачі, причому незалежно від типу вирішуваної оптимізаційної задачі і критерію оптимальності в обмежених умовах завжди присутні обмеження на безпеку розходження, які і визначають тип задачі.
Урахування навігаційних обмежень є центральною темою даної роботи, і формально воно полягає в тому, щоб при маневруванні в процесі розбіжності судно не потрапило на мілину. Іншими словами, вибір маневру повинен здійснюватися так, щоб дистанція найкоротшого зближення з навігаційними небезпеками не перевершувала гранично –допустимої.
В цьому випадку при формуванні оптимізаційної задачі повинні одночасно враховуватися три типи обмежень, - обмеження на безпеку розходження, обмеження на доцільність маневру, а також, навігаційні обмеження. Причому оптимізаційна задача записується в наступному вигляді:
Q= extr Q(К, t, К, t),
min ,
min ,
КM и КM,
де Q –вибраний критерій оптимальності, а Q- його екстремальне
значення;
К, t, К, t - параметри маневру розходження: відповідно курси і момен-
ти часу початку ухилення і виходу на задану траєкторію руху.
Другий, третій і четвертий рядки оптимізаційної задачі являють собою відповідно обмеження по безпеці розходження, навігаційні обмеження і обмеження по доцільності руху. У приведених виразах min- дистанція найкоротшого зближення, а - гранично допустима дистанція найкоротшого зближення з ціллю. В свою чергу, min- дистанція найкоротшого проходження границі навігаційної небезпеки, а - гранична допустима дистанція такого проходження.
У обмеженнях доцільності маневру M- множина курсів ухилення, яка з по-зицій доцільності містить курси від К-/2 до К+/2, тобто M=[К-/2, К+ /2], а множина курсів виходу на задану траєкторію руху M=[К- , К+ ], де = 30 –градусів. Тут К - початковий курс руху судна.
У роботі показано, що з позицій аналітичного опису навігаційних небезпек, урахування яких необхідне при виборі безпечного маневру розходження у разі небезпечного зближення з ціллю, доцільно виділити їх три основні типи:
- точкові навігаційні небезпеки, тобто навігаційні небезпеки, розмірами яких при рішенні задачі розходження можна нехтувати;
- розподілені лінійні навігаційні небезпеки, - це навігаційні небезпеки, грани-ця яких може бути описана прямою лінією (наприклад, гранична ізобата, що має прямолінійний вигляд на деякій ділянці);
- складні розподілені навігаційні небезпеки, - тип небезпек найбільш близький до дійсних, границя такої небезпеки має складну форму і описується нелінійними аналітичними залежностями.
У роботі одержані аналітичні вирази для урахування кожного зі згаданих типів навігаційних небезпек, які використовуються як навігаційні обмеження оптимізаційної задачі.
Так, якщо в районі маневрування судна знаходиться декілька навігаційних точкових небезпек, то для кожної з них слід включати в оптимізаційну задачу навігаційне обмеження вигляду:
lsin (-) ,
де l - початкова дистанція від судна до i –й навігаційної точкової
небезпеки;
- початковий пеленг на i –ю навігаційну точкову небезпеку;
- гранична допустима дистанція найкоротшого зближення судна
з точковою небезпекою.
У роботі отримано вираз для навігаційного обмеження у разі лінійної навігаційної розподіленої небезпеки, яке записується таким чином:
,
де , - координати судна на момент часу початку ухилення ;
, - координати точки початку границі лінійної навігаційної небезпеки;
- напрям границі лінійної навігаційної небезпеки.
Границю складної розподіленої навігаційної небезпеки має сенс представити у вигляді шматково-лінійної апроксимації, яка містить декілька прямолінійних ділянок з координатами точок зламу , , через які вони проходять, і напрямами (рис.). В цьому випадку довільна границя навігаційної небезпеки представляється кінцевим числом лінійних ділянок (r1r4 на приведеному рисунку), кожну з яких можна розглядати як лінійну навігаційну розподілену небезпеку. Вибір конкретної ділянки лінійної апроксимації для урахування при розходженні як лінійної навігаційної небезпеки залежить від значення можливо-го курсу ухилення судна. У загальному випадку, коли в районі плавання
,
, r1
,
r2
r3 ,
r4
,
Рис. Складна розподілена навігаційна небезпека
судна є розподілена навігаційна небезпека, представлена n лінійними ділянками, то обмеження по навігаційних небезпеках записуватимуться залежно від вибра-ного курсу ухилення таким чином:
, якщо ;
, якщо ;
……………………………………………………………
, якщо .
У приведених виразах через позначені підмножини курсів ухилення, що відносяться до відповідних ділянок границі навігаційної небезпеки, причому =[, ].
Четвертий розділ дисертації присвячений сумісному урахуванню цілі і навігаційних небезпек при виконанні маневру розходження.
За наявності точкової небезпеки в районі розбіжності судна з ціллю сумісне урахування обмежень по безпеці розходження і навігаційного обмеження по точковій небезпеці виражається наступними нерівностями:
lsin (K- ) , lsin (K- ) ,
де і - гранично допустимі дистанції найкоротшого зближення з ціллю і
навігаційною небезпекою;
l, і l, - дистанції і пеленги відповідно цілі і навігаційної небезпе-
ки у момент початку ухилення;
і - характеристики абсолютного і відносного ухилення судна від заданої
траєкторії руху.
Причому =1, при ухиленні судна вправо і =-1 - вліво. Відносне ухилення =1 при збільшенні відносного курсу і =-1 - при його зменшенні.
У випадку 1, де =/, неприпустима підмножина курсів ухилення судна для розходження з ціллю М=[К,K] характеризується наступними границями:
К= K+,
K= K+ ,
де відносні курси K і K визначаються виразами:
K= + arcsin(/ l), K= - arcsin(/ l).
Якщо <1, то існує дві неприпустимі підмножини курсів ухилення М=[К, K] і М=[К, K], причому:
К = K + ,
K= K + ,
К= K+ - ,
К = K+ - .
Підмножина неприпустимих курсів ухилення, що лімітується навігаційною точковою небезпекою М=[K,K], характеризується границями:
K = + arcsin(/ l),
K = - arcsin(/ l).
Для сумісного урахування обмеження по безпеці розходження і наявність навігаційної точкової небезпеки необхідно провести аналіз відповідних підмножин неприпустимих курсів ухилення М і М у випадку 1, або М, М і М, якщо < 1. Для цього слід виконати перетин підмножини неприпустимих курсів ухилення відповідного обмеженням по безпечному розходженню з підмножиною курсів М. У разі, коли 1 знаходимо перетин підмножин М і М, тобто М=ММ. Якщо підмножина М непорожня, то достатньо об'єднати підмножини М і М, тобто М=ММ. В цьому випадку граничними значеннями курсу ухилення, з урахуванням обох обмежень, є зовнішні граничні курси, які відділяють непри-пустиму підмножину М від підмножини допустимих курсів.
Якщо ж підмножина М є порожня, то навігаційна небезпека не заважає виконати маневр розходження.
У разі, коли швидкість цілі більша швидкості судна, тобто <1, то спочатку необхідно перевірити чи перетинаються підмножини М і М, а потім підмножини М і М, після чого для кожного з варіантів виконувати дії аналогічно попередньому випадку.
В роботі указується, що якщо обмеження по безпеці розходження з ціллю, що небезпечно зближується, накладають верхню і нижню границі на можливі значення курсу ухилення судна К, а також обмежують нижнє значення часу виходу t, то навігаційні обмеження у разі лінійної розподіленої навігаційної небезпеки накладає тільки верхню границю на час повороту судна t до виходу на програмну траєкторію руху.
Сумісний же облік обох обмежень веде до додаткових обмежень і на курси ухилення і виходу. Додаткові обмеження виникають для тих курсів ухилення і виходу, при яких нижня границя часу виходу перевершує верхню, тобто має місце нерівність tt. У такій ситуації судно до закінчення етапу ухилення потрапляє на мілину, не встигаючи повернути на етап виходу.
Вираз для верхньої границі t, як показано в дисертації, має вигляд:
.
У роботі показано, то відносна траєкторія розходження залежно від знаків першого і другого відносних відхилень може мати одну з чотирьох мож-ливих форм:
Т1 –при =- і =-1, Т2 - при =- і =1.
Т3 - при = і =-1, Т4 - при = і =1.
Вираз для нижньої границі t, як показано в дисертації, у разі реалізації відносної траєкторії з формою Т1 або Т2 має вигляд:
t =t+ .
Залежно від величина К вибирається таким чином. Якщо =-1, то К =К, якщо ж =1, то К =К*.
При реалізації форм і відносної траєкторії розходження вираз для нижньої границі часу виходу :
.
У дисертації одержані умови існування допустимих стратегій розходження, які мають різний аналітичний вигляд для різних форм відносної траєкторії розбіжності. Так, у разі форми Т1(2) відносної траєкторії розходження інтервал між верхньою і нижньою границями визначається із співвідношення:
де
Умова існування допустимих стратегій розходження t> 0, як показано в роботі, еквівалентна нерівності:
W ==> 0,
де і - відповідно приведені амплітуда і фаза, причому:
і
.
Найбільше значення W по змінній К визначається виразом:
де К - найближча до + /2 границя по курсу ухилення.
У свою чергу, зміна W по курсу виходу має вигляд:
де
Тут часткові похідні , і :
,
,
= .
За допомогою одержаних виразів обчислюються значення для граничних курсів К і знаходиться maxW, знак якого і вирішує питання існування допустимої множини стратегій розходження.
Вираз характеристики існування непорожньої множини допустимих маневрів розбіжності W для випадку, коли відносні траєкторії характеризуються форма-ми Т3 або Т4, має наступний вигляд:
де і - приведені амплітуда і фаза:
,
причому ;
; .
Якщо W0 хоча б для однієї крапки (К,К) області S, то множина допустимих маневрів розходження непорожня.
Максимальне значення характеристики W по змінній К залежно від належ-ності лінії +/2 області S по аналогії з попереднім випадком визначається наступним виразом:
Вираз для похідної має вигляд:
в іншому випадку.
Як і у попередньому випадку, обчислюються значення для граничних курсів К і знаходиться величина maxW, по знаку якої і визнача-ється факт існування допустимої множини маневрів.
Розрахунок граничних параметрів маневру розходження проводиться, виходячи з таких міркувань. Якщо позначити допустимі межі області S по курсу ухилення через К, К, а по курсу виходу –через К, К, то допустимі параметри множини стратегій розходження за наявності єдиної ділянки границі навігаційної небезпеки визначається з наступних співвідношень:
, ,
де граничні значення курсів ухилення К, К і нижня границя курсів виходу визначаються наступними виразами:
, ,
у яких ,
, у області S,
,
у області S.
Одержані результати узагальнені на випадок границі складної розподіленої навігаційної небезпеки, що містить n прямолінійних ділянок з координатами точок зламу , , через які вони проходять, і напрямами .
При ухиленні судна управо границя навігаційної небезпеки орієнтована у бік, протилежну напряму руху судна, тому для кожної з ділянок R границі навіга-ційної небезпеки позначено ==+ і йому відповідає підмножина курсів ухилення MM судна, причому M=[,], яке складає підмножи-ну U. Об'єднання підмножин U дає шукану множину допустимих стратегій розходження U, одночасно задовольняючих вимогам обмежень по безпеці роз-ходження і навігаційних обмежень.
Аналогічно відбувається пошук множини допустимих стратегій розходження U при ухиленні судна вліво. Відмінність складає лише те, що напрями окремих ділянок границі навігаційної небезпеки залишаються незмінними, тобто до них не додається 180 .
Коли судна, що зближуються, знаходяться в першій області взаємних обов'язків (Правило 17 МППЗС-72), в якій одне з суден поступається дорогою, а інше повинне зберігати незмінними параметри свого руху, як критерій оптимальності рекомендується вибрати втрати пройденої відстані. Мінімум цього критерію оптимальності досягається на нижній межі всіх параметрів маневру розходження, тобто при t, K, t і K.
Якщо ж небезпечне зближення суден відбувається в другій області взаємних обов'язків, то критерієм оптимальності вибирається вірогідність безпечного розходження. При цьому оптимальний маневр характеризується наступними параметрами: нижня межа часу ухилення t, курс ухилення K вибирається так, щоб забезпечити максимальне значення дистанції найкоротшого зближен-ня, а параметри виходу на задану траєкторію - t і K.
П'ятий розділ дисертаційної роботи містить результати імітаційного моделювання процесу розходження з урахуванням навігаційних небезпек. У ньому приводиться алгоритм вибору маневру розходження в обмежених умовах, який використаний для розробки імітаційної моделі, що є комп'ютерною програмою. Вона дає можливість оцінити втрати ходового часу при виконанні заданого маневру розходження, зробити перевірку існування непорожньої множини безпечних маневрів розходження, здійснити вибір оптимального маневру розходження і програти його.
Для ряду заданих ситуацій небезпечного зближення проводилася перевірка правильності вибору оптимального маневру розходження, і по результатам перевірки, приведених в роботі в шести таблицях, був зроблений висновок, що імітаційна модель дійсно вибирає оптимальний безпечний маневр розходження з урахуванням лінійних навігаційних небезпек, при якому втрати пройденої відстані є мінімальними. Цим підтверджується ефективність і коректність запропонованого в роботі способу розрахунку оптимальних параметрів маневру розходження.
Імітаційна модель також дозволила виявити коректність виконання оптимальних маневрів розходження в процесі їх програвання для 100 ситуацій небезпечного зближення судна з ціллю за наявності заважаючої лінійної навігаційної небезпеки. У табл. представлені результати моделювання у вигляді
Таблиця.
Результати моделювання
|
|
< |
|
L (%) |
N |
L (%) |
N |
|
0 – 0,3 |
20 |
0 –,3 |
22 |
|
0,3 –,6 |
14 |
0,3 –,6 |
13 |
|
0,6 –,9 |
8 |
0,6 –,9 |
7 |
|
0,9 –,5 |
8 |
0,9 –,5 |
8 |
розподілу похибок L (в процентах), причому N –число маневрів, похибки яких попадають у відповідний інтервал.
ВИСНОВОК
У дисертації одержане теоретичне узагальнення і нове рішення задачі зниження аварійності суден від зіткнень при плаванні в стислих водах. Це рішення полягає в розробці методу вибору оптимального маневру розходження суден з урахуванням навігаційних небезпек в районі маневрування, який залежно від початкової позиції суден, що небезпечно зближуються, і розташування навігаційних небезпек дозволяє розрахувати параметри безпечного маневру розходження, що мінімізує втрати ходового часу судна.
В результаті проведеного дисертаційного дослідження одержані наступні основні наукові результати:
1. Вперше встановлено, що існує три типи навігаційних небезпек: точкові, лінійні і складні розподілені, які мають різні аналітичні вирази в задачі вибору безпечного маневру розходження.
2. Одержала подальший розвиток математична модель, що дозволяє сформулювати умову існування множини допустимих маневрів розходження, за рахунок урахування навігаційних небезпек в районі плавання судна.
3. Вдосконалений спосіб розрахунку оптимального безпечного маневру розходження в районі з навігаційними небезпеками.
Практична значущість виконаної роботи визначається тим, що одержаний в дисертації спосіб урахування навігаційних небезпек в обмежених водах може бути використаний не тільки для розходження суден, але і для управління іншими рухомими об'єктами в умовах обмеженого безпечного простору.
Результати дисертаційної роботи мають значну практичну цінність. Розроблені в роботі алгоритми, програми і імітаційна модель можуть бути упроваджені на суднах для урахування стислих умов плавання, використані при проектуванні нових поколінь ЗАРП і розробці експертних систем розходження суден, в учбовому процесі і при підвищенні кваліфікації судноводіїв.
Основні результати дисертаційної роботи опубліковані в статтях:
1. Петриченко Е.А. Описание навигационных опасностей в задаче расхождения судов // Судовождение. - 2002. –№ 5. –С. 89 –.
. Петриченко Е.А. Вывод условия существования множества допустимых маневров расхождения с учетом навигационных опасностей // Судовождение. –3. - № 6. –С. 103-107.
. Петриченко Е.А. Учет линейной навигационной опасности при расхождении судов // Автоматизация судовых технических средств. –. –№ 8. –С. 72-76.
АННОТАЦИЯ
Петриченко Е.А. Оптимизация процесса расхождения судов с учетом навига-ционных опасностей. - Рукопись. Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук. Специальность 05.22.16 –Судовождение. Одесская национальная морская академия, Одесса, 2005 г.
Диссертационная работа посвящена актуальной проблеме обеспечения безо-пасности судовождения путем снижения аварийности от столкновения судов при плавании в стесненных водах. Одним из существенных факторов, опреде-ляющих безопасность маневра расхождения, являются навигационные опаснос-ти в районе маневрирования судна, формальный учет которых в существующих математических моделях описания процесса расхождения либо вообще отсутст-вует, либо недопустимо упрощен. Поэтому в диссертационной работе рассмот-рена разработка способа учета навигационных опасностей при выборе безопас-ного маневра расхождения.
Для этого в работе предложена классификация навигационных опасностей на три основных типа: точечные, линейные распределенные и сложные распреде-ленные. Для каждого из типов получено аналитическое описание в виде навига-ционных ограничений, которые учитываются в оптимизационной задаче синте-за оптимального маневра расхождения судов.
В работе получено условие существования множества безопасных маневров расхождения для случая совместного учета приближающейся цели и навигаци-онных опасностей различных типов. Если множество безопасных маневров расхождения не является пустым, то имеет смысл выбора оптимального маневра.
С этой целью разработана процедуры выбора оптимального маневра расхож-дения с учетом навигационных опасностей. Причем в зависимости от начальной ситуации, учитывающей положение сближающихся судов и навигационных опасностей, в качестве критерия оптимальности могут быть выбраны потери ходового времени или безопасность расхождения.
Для решения поставленной в диссертации задачи применялись методы иссле-дования операций при декомпозиции главной задачи диссертационного исследования на составные; математического программирования в части постановки оптимизационных задач выбора безопасного маневра расхождения судов; теории управления для формализации процесса расхождения судов.
Основным теоретическим результатом диссертации является способ расчета параметров безопасного маневра, который отличается тем, что позволяет учи-тывать одновременно расхождение с целью в заданной дистанции кратчайшего сближения и навигационные опасности в районе маневрирования судна.
Для проверки корректности полученного теоретического результата было проведено имитационное моделирование процесса расхождения судов с учетом навигационных опасностей. Был разработан алгоритм выбора маневра расхождения в стесненных условиях, который использован для разработки имитационной модели, представляющей собой компьютерную программу. Она позволяет оценить потери ходового времени по заданному маневру расхож-дения, произвести проверку существования непустого множества безопасных маневров расхождения, осуществить выбор оптимального маневра расхождения и проиграть его.
Для ряда заданных ситуаций опасного сближения производилась проверка правильности выбора оптимального маневра расхождения, и по результатам проверки был сделан вывод, что имитационная модель действительно выбирает оптимальный безопасный маневр расхождения с учетом линейных навигации-онных опасностей, при котором потери пройденного расстояния являются минимальными. Этим подтверждается эффективность и корректность предло-женного в работе способа расчета оптимальных параметров маневра расхож-дения.
Ключевые слова: безопасность судовождения, предупреждение столкновений, оптимальный маневр расхождения, навигационные опасности, имитационная модель.
АНОТАЦІЯ
Петріченко Є.А. Оптимізація процесу розходження суден з урахуванням навігаційних небезпек. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. Спеціальність 05.22.16 –Судноводіння. Одеська національна морська академія, Одеса, 2005 р.
Дисертаційна робота присвячена актуальній проблемі забезпечення безпеки судноводіння шляхом зниження аварійності від зіткнення суден при плаванні в стислих водах за рахунок розробки способу урахування навігаційних небезпек при розходженні суден.
У роботі запропоноване розділення навігаційних небезпек на три основні типи: точкові, лінійні розподілені і складні розподілені, а також одержано їх аналітичний опис для оптимізаційної задачі синтезу оптимального маневру розходження суден. Також одержані умова існування множини безпечних маневрів розходження для випадку сумісного урахування цілі і навігаційних небезпек і процедура вибору оптимального маневру розходження по одному з двох критеріїв.
Для перевірки ефективності теоретичного результату дисертації було прове-дене імітаційне моделювання процесу розходження суден з урахуванням наві-гаційних небезпек, яке підтвердило коректність запропонованого способу вибо-ру оптимального маневру розходження.
Ключові слова: безпека судноводіння, попередження зіткнень, оптимальний маневр розходження, навігаційні небезпеки, імітаційна модель.
THE SUMMARY
Petrichenko E.A. Optimization of process of divergence of vessels taking into consideration navigation dangers. The dissertation is the manuscript. The dissertation for a scientific degree of Cand. Tech. Sci. A speciality 05.22.16 - Navigation. Odessa national maritime academy, Odessa, 2005.
Dissertation work is devoted to the issue of the day of providing of safety of navigator by the decline of accident rate from the collision of vessels at sailing in the straitened waters due to development of method of consideration of navigation dangers at divergence of vessels.
The division of navigation dangers on three basic types is offered in work: point, linear distributed and difficult distributed, and also their analytical description for the optimization task of synthesis of optimum maneuver of divergence of vessels is got. Also got condition of existence of great number of safe maneuvers of divergence for the case of joint consideration of target and navigation dangers and procedure of choice of optimum maneuver of divergence on one of two criteria.
For verification of efficiency of the got theoretical result the imitation design of process of divergence of vessels taking into consideration navigation dangers was conducted, which confirmed correctness of the offered method of choice of optimum maneuver of divergence.
Keywords: safety of navigation, warning of collisions, optimum maneuver of divergence, navigation dangers, simulation model.