CC BY
83. Получены выражения для формализации границ области недопустимых значений курсов и скоростей судна комбинированного маневра при снижении скорости пассивным торможением.
4. Приведен численный пример формирования области недопустимых параметров комбинированного маневра расхождения судна снижением скорости пассивным торможением.
Список литературы:
1. Бурмака И.А. Управление судами в ситуации опасного сближения / И.А Бурмака., Э.Н Пятаков., А.Ю. Булгаков - LAP LAMBERT Academic Publishing, - Саарбрюккен (Германия), - 2016. - 585 с.
2. Цымбал Н.Н. Гибкие стратегии расхождения судов / Н.Н. Цымбал, И.А. Бурмака, Е.Е. Тюпиков. - Одесса: КП ОГТ, 2007. - 424 с.
3. Пятаков Э.Н. Взаимодействие судов при расхождении для предупреждения столкновения / Пятаков Э.Н., Бужбецкий Р.Ю., Бурмака И.А., Булгаков А.Ю. - Херсон: Гринь Д.С., 2015. - 312 с.
4. Бурмака И.А. Экстренная стратегия расхождения при чрезмерном сближении судов / Бурмака И.А., Бурмака А. И., Бужбецкий Р.Ю. - LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014. - 202 с.
5. Вагущенко Л.Л. Расхождение с судами смещением на параллельную линию пути / Л.Л. Вагущенко. - Одесса: Фешкс, 2013. - 180 с.
6. Бурмака И.А. Маневр расхождения трех судов изменением курсов/ И.А. Бурмака, А.Ю. Булгаков // Автоматизация судовых технических средств: науч. -техн. сб. - 2014. - Вып. 20. Одесса: ОНМА. - С. 18 -23.
7. Kao Sheng-Long. A fuzzy logic method for collision avoidance in vessel traffic service / Kao Sheng-Long, Lee Kuo-Tien, Chang Ki-Yin, Ко Min-Der// J. Navig. 2007. 60, № 1, p. 17-31.
8. Statheros Thomas. Autonomous ship collision avoidance navigation concepts, technologies and techniques / Statheros Thomas, Howells Gareth, McDon-ald-Maier Klaus. // J. Navig. 2008. 61, № 1, p. 129-142.
9. Imazu H. Evaluation Method of Collision Risk by Using True Motion / Imazu H.// TransNav, the International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation. 2017, Vol. 11, No. 1, p. 65-70.
10. Бурмака И.А. Предупреждение столкновений судов методами внешнего управления процессом расхождения / Бурмака И.А., Калиниченко Г.Е., Кулаков М.А. // Science and Education a New Dimension. Natural and Technical Sciences, V(14), Issue: 132, 2017.- С. 56 - 60.
11. Бурмака И.А. Применение областей недопустимых значений параметров для предупреждения столкновений судов при их внешнем управлении./ Бурмака И. А.,Кулаков М.А.,Пасечнюк С. С.// East European Scientific Journal, №11 (27), 2017, part 1.- С. 40-48.
Pasechnyuk S.S.
PhD student,
National University «Odessa Maritime Academy» Пасечнюк Сергей Сергеевич
аспирант,
Национальный университет "Одесская морская академия "
USE OF MANOEUVRE OF DECLINE OF SPEED OF ONE OF SHIPS AT EXTERNAL PROCESS CONTROL OF DIVERGENCE
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАНЕВРА СНИЖЕНИЯ СКОРОСТИ ОДНОГО ИЗ СУДОВ ПРИ ВНЕШНЕМ УПРАВЛЕНИИ ПРОЦЕССОМ РАСХОЖДЕНИЯ
Summary: The method of forming of region of impermissible values of course of one of ships and speed of other ship taking into account his inertia-brake descriptions at the external process control of their divergence is offered. Depending on the parameters of situation of dangerous rapprochement and mode of braking of ship analytical expressions for the calculation of scopes of region of impermissible values of course and speed of the drawn together vessels are got.
The results of application of the computer program are represented for forming of region of dangerous courses of one ship and speeds of the second ship with account inertia - brake descriptions of ship reducing speed. The examples of choice of safe strategy of divergence of vessels taking into account the active and passive braking are shown.
Key words: safety of navigation, divergence of vessels at dangerous rapprochement, external process control of divergence, region of dangerous parameters of motion.
Аннотация: Предложен способ формирования области недопустимых значений курса одного из судов и скорости другого судна с учетом его инерционно-тормозных характеристик при внешнем управлении процессом их расхождения. В зависимости от параметров ситуации опасного сближения и режима торможения судна получены аналитические выражения для расчета границ области недопустимых значений курса и скорости сближающихся судов
Представлены результаты применения компьютерной программы для формирования области опасных курсов одного судна и скоростей второго судна с учетом инерционно - тормозных характеристик
судна, снижающего скорость. Показаны примеры выбора безопасной стратегии расхождения судов с учетом активного и пассивного торможения.
Ключевые слова: безопасность судовождения, расхождение судов при опасном сближении, внешнее управление процессом расхождения, области опасных параметров движения.
Постановка проблемы.
В стесненных районах плавания с особенно интенсивным движением устанавливаются станции управления движением судов, предназначенные для контроля процесса судовождения и управления движением опасно сближающихся судов. Этим обуславливается актуальность и перспективность разработки способов внешнего управления опасно сближающимися судами для предупреждения их столкновений, чему посвящена данная статья.
Анализ последних достижений и публикаций.
В работе [1] отмечается, что столкновения судов или возникновение ситуаций их опасного сближения часто вызваны человеческой ошибкой из-за неполной или доминирующей информации. На принципах полного внешнего управления процессом расхождения судов рассмотрены основанные подходы формирования безопасных траекторий движения судов с помощью экспертных знаний. В статье предлагается процедура планирования траекторий движения судов с использованием специализированных алгоритмов их согласования путем предварительных договоренностей и поиска решения, приемлемого для всех судов.
В работах [2, 3] рассмотрен процесс расхождения судов в ситуации опасного сближения с применением области опасных курсов и области опасных скоростей, которые позволяют также оценить опасность ситуации сближения пары судов.
В публикации [4] указывается, что СУДС, как правило, не имеет технических возможностей контролировать движение судов на участках их скопления и для уклонения от столкновения в статье предложен новый фуззи-метод, который, используя аналитическую модель морской системы GIS точно прогнозирует время столкновения и позиции. Предложенный метод дает оператору СУДС возможность принятия решений по предупреждению столкновения судов.
В работе [5] предложена формализация МППСС-72, а также обобщено понятие взаимодействия судов при возникновении угрозы столкновения.
Метод предупреждения столкновения судов путем смещения на параллельную линию пути приведен в монографии [6], в которой также освещены особенности расхождения судов в море.
Выделение нерешенных ранее частей общей проблемы.
Как правило, выбор стратегии расхождения судна в рассмотренных работах производится в рамках локально-независимого принципа управления процессом расхождения, который определяет их взаимное поведение в процессе расхождения.
Однако при управлении процессом расхождения судов с помощью СУДС исчезает необходимость во взаимном согласовании маневров судов, так как реализуется принцип полного внешнего управления процессом расхождения, для реализации которого целесообразно применение методов формирования областей недопустимых значений параметров движения пары сближающихся судов [7]. Дальнейшие исследования в этом направлении являются актуальными и перспективными, чем и обусловлена тематика данной статьи.
Цель статьи.
Цель статьи заключается в разработке метода формирования области опасных курсов одного судна и скоростей второго судна, при сочетании которых дистанция кратчайшего сближения с учетом инерционно - тормозных характеристик второго судна меньше предельно-допустимой дистанции для обеспечения их безопасного расхождения.
Изложение основного материала.
При внешнем управлении процессом расхождения опасно сближающихся судов маневр расхождения может выполняться изменением курсов судов [8] или их скоростей [9].
Возможен еще один способ безопасного расхождения, при котором одно из судов изменяет курс, сохраняя неизменной скорость, а второе судно на постоянном курсе снижает свою скорость. При этом необходимо учитывать инерционно - тормозные характеристики судна, снижающего скорость. В данном случае целесообразно рассмотреть область опасных курсов одного судна и скоростей второго судна, при сочетании которых дистанция кратчайшего сближения с учетом инерционно -тормозных характеристик второго судна меньше предельно-допустимой дистанции, т. е. сближение судов является опасным. Рассмотрим принцип формирования такой области, которую обозначим
^КУ). Очевидно, что границу области ^КУ) на
плоскости К х У составляют точки (К^, У~2), удовлетворяющие условию ) =
. Расчет границы области Оку) с учетом инерционно - тормозных характеристик второго судна производится с помощью следующего алгоритма.
Для каждого из курсов уклонения первого
судна вправо К , принадлежащего интервалу [К! + 30,К! + 70], т. е.
К(у е [К1 + 30, К1 + 70], определяется возможность безопасного расхождения остановкой второго судна активным или пассивным торможением. Для этого предполагается, что торможение
второго судна начинается в нулевой момент времени, как и следование первого судна курсом укло-
нения
K(s)
K1y .
Для начальной скорости второго судна V2 и режима торможения (активного или пассивного) рассчитывается выбег судна S и интервал времени Т до остановки судна. Координаты первого Xi,
Y и второго X2, Y судов на момент времени остановки второго судна принимают значения:
X2 = SsinK2, Y2 = ScosK2, X1 = D sin a - V1 TsinK1, Y = Dcos a - V1xcosK1,
где a и D - начальные пеленг и дистанция между судами.
На момент времени остановки второго судна
дистанция между судами Df определяется выражением:
Df = V(Xi - X2)2 + (Yi - Y2)2 .
Сравниваем полученную дистанцию Df с предельно- допустимой дистанцией сближения Dd. Если Df < D' то расхождение остановкой второго судна невозможно, и точка границы области ^KVj с координатами (K(^) V2) не существует. В противном случае (Df > D¿) рассчитываем дистанцию кратчайшего сближения первого судна с остановившимся вторым судном D
minf
D
minf
Df sin[af - K(y)]
где а^- - пеленг на второе судно в момент его остановки.
Если От^ > , то возможно расхождение снижением скорости второго судна до определен-
ного значения V венство:
2у , при котором выполняется ра-
Отп£^2у) = .
Значение скорости У2у рассчитывается методом последовательных приближений, в котором скорость торможения второго судна принимается равной У2у = V _ 0,11 на каждом i - м цикле вычислений. Продолжительность переходного про-
цесса т(^2у ) и пройденное за это время расстояние 8(У2у ) для активного торможения рассчитываются с помощью следующих выражений:
х(У2у) = ^^ [ахс^ У2) -ахс^ У2у)],
S(V2y) =
(1 + k)m
2ц
ln
VI P + — ц
P + — ц
где (1 + к)т - масса второго судна с присоединенными массами воды; Р - упор его винта; ^ - коэффициент сопротивления.
В случае пассивного торможения:
<V2y) =
(1+k)m v2 V
(тт^ -1),
2y
SCV*) = (1+k)m ln
y 2ц
V
2y
Процесс вычислений продолжается до тех пор, пока не наступает справедливость равенства:
Отп£(У2у) = . Таким образом производится расчет точек гра-ТИ8)
ницы для всех курсов К^у уклонения первого
судна к(у} е [К1 + 30, К1 + 70]. Аналогично
рассчитывается граница области ^КУ) для курсов уклонения судна влево.
Для формирования области ^КУ) опасных
курсов одного судна и скоростей второго судна с учетом инерционно - тормозных характеристик второго судна была разработана компьютерная программа, реализующая предложенный в статье алгоритм расчета границы области.
В качестве примера была рассмотрена ситуация опасного сближения судов с параметрами: а
= 130°, D=3 мили, К =130°, У =22 узла, К2
=315°, У2 =18 узлов, =1 миля, графическое
изображение которой представлено на рис. 1. Прогнозируемое значение дистанции кратчайшего
сближения равно Отп = 0,1 мили, что свидетельствует об опасном сближении судов.
2
Рис. 1. Ситуация опасного сближения судов
Для приведенной ситуации опасного сближе- На рис. 2 выбрана стратегия расхождения судов с
ния судов на рис. 2 показана область Оку при параметрами К{®) =163° и У2у =15,6 узла (точка снижении скорости второго судна пассивным тор-
границы показана концентрическими окружно-можением. Сочетание параметров расхождения су- стями), которые обеспечивают кратчайшую ди-
дов К^У* и У2у на границе области обеспечивает станцию расхождения =1,01
мили.
дистанцию кратчайшего сближения =1 миля.
Рис. 2. Область Оку| при пассивном торможении второго судна
При уклонении первого судна вправо на 33° для безопасного расхождения вторым судном потребовалось снизить скорость пассивным торможением на 6,4 узла.
V2
Для той же ситуации опасного сближения программой была сформирована область ^ку| при
активном торможении второго судна, показанная на рис. 3.
34 32 30 28 26 24 22 20
16 14 12 10
0
(Ш)
■
о
о
о
с
О
К1 = 35 V2=18,4 Kot= 351 Lm=1,00
220 250 280 31 0 340 1 0 40 70 1 00 1 30 1 60 1 90 220 250 280 31 0 340 1 0 40 К1
Рис. 3. Область O^yj при активном торможении второго судна На границе области O^yj выбрана точка со-
ответствующая параметрам стратегии расхождения судов =85° и У2у =18,4 узла, при которых
достигается =1,00 мили.
В данном случае при уклонении первого судна влево на 35° для безопасного расхождения вторым судном потребовалось снизить скорость активным торможением всего на 3,6 узла.
Выводы и предложения.
1. Предложен способ формирования области недопустимых значений курса одного из судов и скорости другого судна с учетом его инерционно-тормозных характеристик при внешнем управлении процессом их расхождения.
2. Для расчета границ области недопустимых значений курса и скорости сближающихся судов получены аналитические выражения в зависимости от параметров ситуации опасного сближения и режима торможения судна.
3. Представлены результаты применения компьютерной программы для формирования области опасных курсов одного судна и скоростей второго судна с учетом инерционно - тормозных характеристик второго судна. Показаны примеры выбора безопасной стратегии расхождения судов с учетом режима торможения.
Список литературы:
1. Hornauer S. Trajectory Planning with Negotiation for Maritime Collision Avoidance / Hornauer S.,
Hahn A., Blaich M., Reuter J. TransNav, the International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation, Vol. 9, No. 3, 2015, page 335-341.
2. Бурмака И.А. Управление парой судов в ситуации опасного сближения/ Бурмака И.А., Кали-ниченко Г. Е., Кулаков М. А.// Вестник Государственного университета морского и речного флота им.адмирала С. О. Макарова. Санкт-Петербург.-2016. - выпуск 3 (37). - С. 64 - 71.
3. Бурмака И.А. Использование областей опасных курсов и опасных скоростей для выбора маневра расхождения/Бурмака И.А., Пасечнюк С. С., Кулаков М. А.// Эксплуатация, безопасность и экономика водного транспорта. Вестник Государственного морского университета им.адмирала Ф. Ф. Ушакова. Новороссийск.- 2017. - выпуск 2 (83). - С. 76 - 80.
4. Kao Sheng-Long. A fuzzy logic method for collision avoidance in vessel traffic service / Kao Sheng-Long, Lee Kuo-Tien, Chang Ki-Yin, Ко Min-Der// J. Navig. 2007. 60, № 1, p. 17-31.
5. Пятаков Э.Н. Взаимодействие судов при расхождении для предупреждения столкновения /
Э.Н. Пятаков, Р.Ю. Бужбецкий, И.А. Бурмака, А.Ю. Булгаков - Херсон: Гринь Д.С., 2015.- 312 с.
6. Вагущенко Л.Л. Расхождение с судами смещением на параллельную линию пути / Л.Л. Вагущенко. - Одесса: Фешкс, 2013. - 180 с.
7. Бурмака И.А. Управление судами в ситуации опасного сближения / И.А Бурмака., Э.Н Пятаков., А.Ю. Булгаков - LAP LAMBERT Academic Publishing, - Саарбрюккен (Германия), - 2016. - 585 с.
8. Бурмака И.А. Предупреждение столкновений судов методами внешнего управления процессом расхождения / Бурмака И.А., Калиниченко Г.Е., Кулаков М.А. // Science and Education a New Dimension. Natural and Technical Sciences, V(14), Issue: 132, 2017.- С. 56 - 60.
9. Бурмака И.А. Применение областей недопустимых значений параметров для предупреждения столкновений судов при их внешнем управлении./ Бурмака И.А.,Кулаков М.А.,Пасечнюк С.С.// East European Scientific Journal, №11 (27), 2017, part 1.-С. 40-48.
Vorokhobin I.I.
PhD, associate professor, National University «Odessa Maritime Academy»
Ворохобин Игорь Игоревич
кандидат технических наук, декан факультета МПиТ, Национальный университет "Одесская морская академия "
INFLUENCE OF LAW OF DISTRIBUTING OF ERROR OF LATERAL DECLINATION ON PROBABILITY OF SAFE PASSING BY SHIP OF THE STRAITENED ROUTE
ВЛИЯНИЕ ЗАКОНА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ БОКОВОГО ОТКЛОНЕНИЯ НА ВЕРОЯТНОСТЬ БЕЗОПАСНОГО ПРОХОЖДЕНИЯ СУДНОМ СТЕСНЕННОГО МАРШРУТА
Summary: Analytical expression of numeral estimation of probability of the safe wiring of ship is resulted by the set straitened route. For the law of Gauss and mixed laws of distributing of the first and second type dependence of probability of the safe wiring of ship is explored by the set straitened route from the parameters of law of distributing of error of lateral declination of ship in relation to the programmatic trajectory of motion.
The numeral example of estimation of probability of the safe passing by the ship of the set straitened route is considered at distributing of error of lateral declination with unchanging dispersion by law of Gauss and to the mixed laws of distributing of the first and second type with different substantial parameters. Collected dependence of probability from the values of substantial parameter of the mixed laws. For the receipt of results of research the computer program was developed and applied.
Key words: navigation safety, laws of distributing of random error terms, probability of the safe wiring of ship, sailing in the straitened waters.
Аннотация: Приведено аналитическое выражение численной оценки вероятности безопасной проводки судна заданным стесненным маршрутом. Для закона Гаусса и смешанных законов распределения первого и второго типа исследована зависимость вероятности безопасной проводки судна заданным стесненным маршрутом от параметров закона распределения погрешности бокового отклонения судна относительно программной траектории движения.
Рассмотрен численный пример оценки вероятности безопасного прохождения судном заданного стесненного маршрута при распределении погрешности бокового отклонения с неизменной дисперсией по закону Гаусса и смешанным законам распределения первого и второго типа с различными существенными параметрами. Получена зависимость вероятности от значений существенного параметра смешанных законов. Для получения результатов исследования была разработана и применена компьютерная программа.
Ключевые слова: навигационная безопасность, законы распределения случайных погрешностей, вероятность безопасной проводки судна, плавание в стесненных водах.
