CC BY
37
Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/ Том 7, №3 (2015) http ://naukovedenie. ru/index.php?p=vol7-3 URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/161TVN315.pdf DOI: 10.15862/161TVN315 (http://dx.doi.org/10.15862/161TVN315)
УДК 656.61.052.4
Грищенко Александр Александрович
ФГБОУ ВПО «Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова»
Россия, Новороссийск1 Аспирант кафедры «Судовождения» E-mail: aleksand30aleks@yandex.ru
Сравнение методов расчета дрейфа свободноплавающего объекта на базе натурного эксперимента
1 353440, Россия, Анапа, ул. Трудящихся 2В, кв. 1
Аннотация. Рассмотрены методы определения элементов дрейфа объекта на море: метод, изложенный в руководстве по Международному авиационному и морскому поиску и спасанию, и метод, изложенный в Мореходных таблицах 2000 года. В основе обоих методов лежит сложение векторов дрейфа, отличие методов в математическом аппарате по расчёту элементов дрейфа. Цель априорных расчётов, в определении района поиска объекта и начальной точки. Для проверки точности предложенных методов проведены два натурных эксперимента. Результаты эксперименты обработаны с помощью математического аппарата аналитического счисления.
В качестве объектов исследования в натурных экспериментах были выбраны катера, в связи с тем, что при проведении поисково-спасательных операций на море, наибольшую сложность представляет поиск малоразмерных объектов.
Эксперименты проводились в различных погодных условиях, что позволило произвести качественное сравнение методик расчёта дрейфа свободноплавающего объекта.
Результат экспериментов показал некоторое превосходство метода приведенного в руководстве по Международному авиационному и морскому поиску и спасанию, однако для уточнения полученных результатов требуется проведение дополнительных натурных экспериментов в других условиях, и с применением методов сглаживания навигационных данных.
Ключевые слова: поиск на море; элементы дрейфа; путевой угол; скорость; расстояние; натурный эксперимент; погодные условия.
Ссылка для цитирования этой статьи:
Грищенко А.А. Сравнение методов расчета дрейфа свободноплавающего объекта на базе натурного эксперимента // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №3 (2015)
http://naukovedenie.ru/PDF/161TVN315.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ. DOI: 10.15862/161TVN315
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №3 (май - июнь 2015)
http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru
При решении задач по поиску объекта на море для принятия решения, в соответствии с требованиями Руководства по Международному авиационному и морскому поиску и спасению (IAMSAR) необходимо установить, предполагаемое место объекта поиска, т.е. точки в качестве исходной для проведения поисковых операций. Под действием внешних факторов объект поиска будет перемещаться. Существует несколько методик расчёта координат места свободно-дрейфующего объекта, приведенные в источниках [4,5,7-9], в IAMSAR, а так же в Мореходных таблицах 2000 года (МТ-2000), с учетом влияния внешних факторов - ветра, течения.
Актуальность темы исследования обусловлена сложностью проведения поисково-спасательных операций при поиске в море малоразмерных объектов.
В соответствии с методикой, приведенной в IAMSAR, для расчета района, в котором может находиться объект поиска, необходимо определить скорость и направление дрейфа, состоящий из двух компонентов - дрейф в подветренную сторону и суммарное водное течение. Данные о величине этих дрейфов, приведены в Добавлении N в IAMSAR (Таблицы и графики).
В МТ-2000 (раздел II Навигационные таблицы), приведена методика расчёта, в целом повторяющая методику, приведенную в IAMSAR, однако, математический аппарат, применяемый для расчёта величины дрейфа имеет некоторые отличия [4].
Суммарный вектор дрейфа можно получить двумя способами:
1. Графически, путём геометрического сложения векторов [3];
2. Аналитически, с использованием методики приведённой в источнике [6].
Для оценки различных методик определения положения свободно дрейфующего объекта автором проведено два эксперимента, условия выполнения которых представлены табл. 1, 2.
Расчёт элементов генерального плавания судна (путевого угла - ГенПУ и расстояния -renS) на основе результатов экспериментов производился с помощью выражений аналитического счисления [6].
^ ГенРД Ген ОТШ
tg ГенПУ =-— =-; (1)
ГенРМЧ ГенРШ
Ген S = Ген РШ ■ sec Ген ПУ; (2)
ГенРШ = ф2 -ф; (3)
^ ^ ГенОТШ ф, + ф2
ГенРД =-; фп = фт ; (4)
cos фт 2
ГенОТШ = ГенРД cos фт, (5)
где Ген РШ - генеральная разность широт, м. мили;
Ген РД - генеральная разность долгот, э. мили;
Ген ОТШ - генеральное отшествие, м. мили.
В задачи данного исследования входило:
1. Исследование методов определения элементов дрейфа объекта в море;
2. Проверка точности расчетов и проведения натурных экспериментов по поиску малоразмерных объектов;
3. Сравнительная оценка расчетных данных и результатов натурных экспериментов по поиску малоразмерных объектов.
Обработка результатов экспериментов свободного дрейфа судна осуществлялась программой GPS Utility 5.20. Результаты обработки в виде траекторий дрейфа представлены на рис.1 и 2.
"ИгэскраИэ
Рис. 1. Вид траекторий свободного дрейфа объекта натурного эксперимента №1
| SPS IWrty (5.20).
File GPS Record Vpew Tools Options Wrnrfow Help
Ыу] -LI >1 "VI N44*52,97284" Е037Ч7Ц507Б" 0.9G8 m/pixel Units -51 +J» щ и Ql XI Magnifie,
I Al 11 Spd=0,5knots,Crs=263* Info *Г ? *
3! 6,500 Е037' 6.750 Е037' 6,350 1037' 6.950 1035' 7.000 E037' 5,050 E037 15,100 2035 7.150 E037' 5.300 1035' 5,350 E035' 7.300 1037' 5,350 1035 7.4
Spd=0 5knots 263'
35 6,500 1037' 6.750 Е037' 6,350 1037' 6.950 1035' 7.000 E037' 5,050 E037 15,100 1035 7.150 E037' 5.300 1035' 5,350 E035' 7.300 1037' 5,350 1035 7.4
12 trackpoints
I
Рис. 2. Вид траекторий свободного дрейфа объекта натурного эксперимента №2
Таблица 1
Условия проведения и результаты натурного эксперимента №1 по определению дрейфа
свободноплавающего объекта
Условия проведения натурного эксперимента№1
Место проведения Чёрное море, район п. Анапа
Дата проведения 04 октября 2014 года
Объект исследования Катер Yamarin модель:5800
Время проведения 15.33 - 15.52 04.10.2014 г.
эксперимента
Обработка данных Программный продукт GPS Utility 5.20
Результаты натурного эксперимента №1
Изменяемый параметр Средство измерения Полученный результат (осредненный)
Обсервованные координаты места GARMIN координаты начала дрейфа Ш4°54,2764' Е037°18,0206'
eTrex 10 координаты завершения дрейфа Ш4°54,0638'
Е037°17,6389'
Направление и скорость ветра Чашечный анемометр АП-1-М2 направление ветра- КЕК скорость ветра - 10,4 м/с
Величина
атмосферного Барометр БАММ-1 1029 гПа
давления
Глубина моря Эхолот Humminbird Matrix 37 12,0 м.
Температура воздуха - + 20,0°С
Температура воды - + 19,0°С
Величина результирующего вектора дрейфа
ГенПУ= 231,81° Ген8 = 0,3428 мили, ГенУ=1,044уз.
Полученные результаты, натурного эксперимента с использованием выражений (1)-(5) представлены в табл. 3.
В табл. 4 приведены полученные результаты априорных расчётов свободного дрейфа по методикам, приведённым в IAMSAR и МТ-2000, в сравнении с результатами натурных экспериментов (ЛПУ, ДБ, ДУ). Данные по течениям в районе проведения экспериментов выбраны, из «Атласа поверхностных течений Черного моря» адм. № 6237. Натурные эксперименты проведены в различных погодных условиях.
Таблица 2
Условия проведения и результаты натурного эксперимента №2 по определению дрейфа
свободноплавающего объекта
Условия проведения натурного эксперимента№2
Место проведения Чёрное море, район п. Анапа
Дата проведения 30 октября 2014 года
Объект исследования Катер проект 21960
Время проведения 10.07 - 11.07 30.10.2014 г.
эксперимента
Обработка данных Программный продукт GPS Utility 5.20
Результаты натурного эксперимента №2
Изменяемый параметр Средство измерения Полученный результат (осредненный)
Обсервованные координаты места GARMIN координаты начала дрейфа Ш4°52,9502' Е037°17,3816'
eTrex 10 координаты завершения дрейфа Ш4°54,0638'
Е037°17,6389'
Направление и Чашечный анемометр направление ветра- КЫЕ
скорость ветра АП-1-М2 скорость ветра - 3,0 м/с
Величина
атмосферного Барометр БАММ-1 762 мм Рт. ст.
давления
Глубина моря Эхолот Tridata ST 60 26,9 м.
Температура воздуха - + 18,6°С
Температура воды - + 14,0°С
Величина результирующего вектора дрейфа
ГенПУ=267,6° Ген8 = 0,472 мили Ген V=0,449 уз
Таблица 3
Таблица расчёта элементов суммарного дрейфа
ПУ, ° S, мили РШ ОТШ РД
к N к S к E к W к E к W
231,81° 0,3428 - 0,21194 - 0,26943 - 0,26943
267,6° 0,472 - 0,01977 - 0,47159 - 0,47159
Таблица 4
Эксперимент Методика ГенПУрасч/ШУ Ген8расч/Л8 Ген Урасч/Л V
1 ¡АМБАЯ 244,757-12,94° 0,0325 мили/ 0,3103 мили 0,0989уз/ 0,9451 уз
1 МТ-2000 289,417-57,6° 0,2616 мили/ 0,0812 мили 0,797уз/ 0,247 уз
2 ¡АМБАЯ 253,96°/13,64° 0,694 мили/ -0,222мили 0,66уз/ -0,211уз
2 МТ-2000 297.97°/-30,37° 2,465 мили/ -1,993 мили 2,34уз/ -1,89уз
Среднее по двум экспериментам ¡АМБАЯ ЛПУ=0,35° ЛS = 0,044мили ЛV=0,367уз
Среднее по двум экспериментам МТ-2000 ЛПУ=-43,94 ° ЛS= -1,91мили ЛУ=-1, 05 уз
Как видно из табл. 4, существует некоторое различие в полученных результатах, для условий проведенных натурных экспериментов. Данный вопрос требует дальнейшего исследования, с проведением натурных экспериментов в других условиях и привлечением методик, приведенных в источниках [1,2,10].
ЛИТЕРАТУРА
1. Васьков В.А. Поэтапная аппроксимация уравнений задания траектории движения судна [Текст] / В.А. Васьков, А.А. Мироненко // Эксплуатация морского транспорта, 2010. - №3(61). - С. 21 - 26.
2. Васьков А.С. Обзор методов сглаживания навигационных данных [Текст] / А.С. Васьков, В.Г. Мельник // Вестник ГМУ им. адм. Ф.Ф. Ушакова.-2013.-№2(3). -С. 21-24.
3. Выгодский, М.Я. Справочник по высшей математике / М.Я. Выгодский. - М.: ACT: Астрель, 2006. - С. 139-141.
4. Грищенко А.А. Некоторые аспекты создания модели движения объекта на море. [Текст] / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. - 2013. - №10 (88). - С. 285-288.
5. Иванов Н.Е. О характеристиках корреляции скоростей ветра, морских течений и дрейфа льда [Текст] / Метеорология и гидрология. - 2004. - №8. - с. 61-72.
6. Каманин В.И. Штурман флота [Текст] / В.И. Каманин, А.В. Лаврентьев, Р.А. Скубко.-Воениздат, 1986. - С. 295-299.
7. Коровин А.Г. Предполагаемые направления развития системы поиска и спасания в море [Текст] / Транспортное дело России. - 2011. - №12. - С. 215-222.
8. Одинцов Л.Г. Надводные и подводные спасательные работы // Л.Г. Одинцов, Л.В. Курсаков, Е.Л. Хапалов, В.Ф. Чурсин, С.П. Чумак [Текст] / Справочник спасателя. Книга 8. - М: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 1996. - С. 42-43.
9. Селезень Я.Ю. Исследование движения объектов поиска морских поисково-спасательных операций под действием неконтролируемого дрейфа. [Текст] / Матерiали тринадцято'1 мiжнародноi науково-техшчно'1 конференцп "Вимiрювальна та обчислювальна техшка в технолопчних процесах" (ВОТТП_13_2014). - Одеса: Одеська нацюнальна академiя зв'язку iм. О.С.Попова, 2014. - С. 238-240.
10. Четыркин Е.М. Статистические методы прогнозирования [Текст]. - М.: Статистика, 1977. - 200 с.
Рецензент: Васьков Анатолий Семенович, профессор кафедры «Судовождение», ФГБОУ ВПО «Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова».
Grishchenko Alexander Alexandrovich
Federal State-Financed Educational Institution of Higher Professional Education
«Admiral Ushakov Maritime State University»
Russia, Novorossiysk E-mail: aleksand30aleks@yandex.ru
Comparison of methods for calculating the free-drift of the object on the basis of full-scale experiment
Abstract. The methods for determining the elements of the object drift to the sea: the method set out in the International Aeronautical and Maritime Search and Rescue, and the method set out in the tables seaworthiness 2000. At the heart of both methods is the vector addition of drift, unlike methods in the mathematical apparatus for calculation of elements drift. The purpose of a priori calculations in determining the search area of the object and the starting point. To check the accuracy of the proposed methods conducted two field experiments. The results of the experiments are processed using the mathematical apparatus of analytic calculation.
As objects of research in the field experiments were chosen boat, due to the fact that search and rescue operations at sea, the most difficult is the search for small objects.
The experiments were performed in different weather conditions, which allowed a qualitative comparison of methods of calculation of free-drifting object.
The experimental results showed a superiority of the method given in the International Aeronautical and Maritime Search and Rescue, but to clarify the results require additional field experiments under different conditions and using the methods of smoothing the navigation data.
Keywords: search sea; uncontrolled drift; International Aeronautical and Maritime Search and Rescue; track angle; speed; distance; full-scale experiment; the Black Sea.
REFERENCES
1. Vas'kov V.A. Poetapnaya approksimatsiya uravneniy zadaniya traektorii dvizheniya sudna [Tekst] / V.A. Vas'kov, A.A. Mironenko // Ekspluatatsiya morskogo transporta, 2010. - №3(61). - S. 21 - 26.
2. Vas'kov A.S. Obzor metodov sglazhivaniya navigatsionnykh dannykh [Tekst] / A.S. Vas'kov, V.G. Mel'nik // Vestnik GMU im. adm. F.F. Ushakova.-2013.-№2(3). - S. 21-24.
3. Vygodskiy, M.Ya. Spravochnik po vysshey matematike / M.Ya. Vygodskiy. - M.: ACT: Astrel', 2006. - S. 139-141.
4. Grishchenko A.A. Nekotorye aspekty sozdaniya modeli dvizheniya ob"ekta na more. [Tekst] / Zhurnal nauchnykh publikatsiy aspirantov i doktorantov. - 2013. - №10 (88). - S. 285-288.
5. Ivanov N.E. O kharakteristikakh korrelyatsii skorostey vetra, morskikh techeniy i dreyfa l'da [Tekst] / Meteorologiya i gidrologiya. - 2004. - №8. - s. 61-72.
6. Kamanin V.I. Shturman flota [Tekst] / V.I. Kamanin, A.V. Lavrent'ev, R.A. Skubko.-Voenizdat, 1986. - S. 295-299.
7. Korovin A.G. Predpolagaemye napravleniya razvitiya sistemy poiska i spasaniya v more [Tekst] / Transportnoe delo Rossii. - 2011. - №12. - S. 215-222.
8. Odintsov L.G. Nadvodnye i podvodnye spasatel'nye raboty // L.G. Odintsov, L.V. Kursakov, E.L. Khapalov, V.F. Chursin, S.P. Chumak [Tekst] / Spravochnik spasatelya. Kniga 8. - M: FGU VNII GOChS (FTs), 1996. - S. 42-43.
9. Selezen' Ya.Yu. Issledovanie dvizheniya ob"ektov poiska morskikh poiskovo-spasatel'nykh operatsiy pod deystviem nekontroliruemogo dreyfa. [Tekst] / Materiali trinadtsyatoi mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii "Vimiryuval'na ta obchislyuval'na tekhnika v tekhnologichnikh protsesakh" (VOTTP_13_2014). -Odesa: Odes'ka natsional'na akademiya zv'yazku im. O.S.Popova, 2014. - S. 238-240.
10. Chetyrkin E.M. Statisticheskie metody prognozirovaniya [Tekst]. - M.: Statistika, 1977. - 200 s.
