CC BY
48
УДК 656.61.052:621.396.946
КОНТРОЛЬНО-УПРАВЛЯЮЩИЕ ФУНКЦИИ ЦЕНТРА МОРСКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ПРИ РАБОТЕ С НЕФТЕНАЛИВНЫМИ ТАНКЕРАМИ НА ВЫНОСНЫХ ПРИЧАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ С УЧЕТОМ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ В КОНЦЕПЦИИ Е-НАВИГАЦИИ
Боран-Кешишьян С. Л., аспирант ФБГОУВО «ГМУ им. адм. Ф. Ф. Ушакова» Мельник П.В., аспирант ФБГОУ ВО «ГМУ им. адм. Ф. Ф. Ушакова» Попов В.В., д.т.н., профессор кафедры «Судовождение», ФБГОУ ВО « ГМУ им. адм. Ф.Ф.Ушакова»
В современном мире основным энергетическим материалом продолжает оставаться нефть. Добыча и транспортировка - основа мировой экономики. До 90% всей нефти осуществляется перевозкой с ВПУ, рейдовых причалов и плавающих накопителей. Обеспечение безопасности мореплавания в портовых и припортовых водах с помощью судовых АСУ и потоками судов в морских операционных районах АСУТП становится направлением научного осмысления, особенно в концепции развития Е-навигации. В морском сегменте исследуются инженерные аппаратные системы интегрального мостика, в береговых - это АИС и АПК ЦСУДС. Все эти системы являются принципиально эргатическими комплексами. В статье отражены исследования связной модели радиотехнических систем в плотной ЭМО работы множества радиоисточников в прибрежной зоне портов. Влияние человеческого фактора, как оператора сложных управляющих комплексов и напряженной работы судоводителя на конечной стадии судозахода при швартовых операциях на ВПУ.
Ключевые слова: радиоэлектронный контроль, ВПУ КТК-Р, гибко-шланговая система, причальный буй, кинематические параметры судна, зыбь, волнение, экологическая безопасность.
THE CONTROL AND CONTROL FUNCTIONS CENTRE FOR MARINE TECHNOLOGY OPERATIONS WHEN WORKING WITH OIL TANKERS MOORING DEVICES BASED ON THE TECHNICAL MEANS OF THE CONCEPT OF E-NAVIGATION
Boran-Keshishyan S.,the post-graduate student, FSEIHE «Admiral Ushakov Maritime State University» Melnik P.,the post-graduate student, FSEI HE «Admiral Ushakov Maritime State University» Popov V., Doctor of Technigues, Professor of the Navigation chair, FSEI HE «Admiral Ushakov Maritime State University»
In the modern world the main energy material continues to be oil. Extraction and transportation - the backbone of the global economy. Up to 90% of all oil carried by the carriage with SPM, offshore moorings and floating storage. Security of navigation in ports and port waters by ship management information system and flow of vessels in the Maritime operating areas of the process control system becomes the direction of scientific understanding, especially in the concept of development of E-navigation. In the marine engineering segment examines the hardware of the system of integral bridge, the coast is AIS and APK CSDS. All these systems are fundamentally ergatic systems. The article describes the studies of coherent models of radio systems in dense, DRAMATIC work of many radio sources in the coastal area ports. The influence of the human factor as the operator of complex control systems and hard work of the skipper at the end of the vessel during mooring operations in the VPU.
Key ords: electronic control, CPG, CPC-R, Flex-hose system, a single point mooring buoy, the kinematic parameters of the ship, the swell of excitement, environmental safety.
Рассмотрим на примере ВПУ КТК-Р прибизительную конфигурацию Центра Е-навигации и его работу. В состав предлагаемого берегового Центра Е-навигации с аппаратно-программным комплексом может войти применяемый уже сегодня набор радио- и электротехнических приборов диспетчерско-контрольного пункта управления за движением танкеров и вспомогательных плавсредств. Функционированием систем спутниковой навигации с контрольно- корректирующими станциями DGPS/ГЛОНАСС.
Большие системы связи в составе ГМССБ(б), Навтекс, АИС с системой транспондеров, УКВ-станции стационарного и мобильного исполнения.
Мобильные планшеты лоудинг- мастеров и операторов технологических постов. Связные комплекты дежурных оперативных служб и аварийно-спасательных подразделений ЛАРН.
Проанализируем инфраструктуру нефтеналивного терминала, системы радиоэлектронного контроля безопасности швартовки и стоянки танкеров у ВПУ с учётом влияния на их работу погодных и климатических условий в районе порта Новороссийск.
Морской терминал КТК-Р является нефтеналивной гибко-шланговой системой, базируемой на глубоководных плавающих ВПУ, обеспечивающих погрузку сырой нефти на танкеры с любой осадкой (т.к. глубины у ВПУ не менее 50 м). Морская часть терминала КТК-Р расположена в открытых водах вдоль российского берега Чёрного моря приблизительно в 10 милях западнее от входа в Новороссийскую бухту (с выносом ВПУ на 3 мили от берега). Береговые сооружения терминала и его гавань вспомогательных судов расположены примерно в 1 миле восточнее прибрежного поселка Южная Озереевка [3] .
На рис.1 указана также зона безопасности - район эксплуатационной ответственности (выделен шестигранником), в котором деятельность, не связанная с морскими операциями терминала, запрещена. Западный и восточный ВПУ (характеристики в таблице 1) расположены на расстоянии 2000 метров друг от друга и имеют выделенные зоны безопасной швартовки радиусом 1000 метров, в которые доступ запрещён, если там пришвартован танкер. В настоящее время работает терминал ВПУ-3 с теми же параметрами.
В пределах района эксплуатационной ответственности разрешается движение только одного танкера и запрещены якорные стоянки для крупных судов. Экспортные суда должны находиться в 15 милях от берега до тех пор, пока один из ВПУ не освободится для швартовки. ВПУ представляют собой причальные буи якорного типа, закреплённые с помощью шести самозасасывающихся в грунт якорей (рис.2).
На буй воздействуют ветровые нагрузки, волнение моря, подводные и поверхностные течения. Под воздействием внешних условий положение ВПУ может изменяться относительно исходного на 20 м в любую сторону, образуя "опасную зону неопределённости места швартовки", показанную на рис.2б кругом. При этом высота ВПУ над уровнем моря может меняться на ± 3 м. Всё это указывает на необходимость постоянного уточнения координат буя береговыми средствами системы радиоэлектронного контроля.
Особенности функционирования терминала при швартовке танкера к ВПУ. Танкеры, направляющиеся к ВПУ, должны следовать рекомендованным курсом 0° (путь №83) к месту встречи лоцмана-мастера по швартовке (рис.1). Для подхода к морскому терминалу КТК-Р рекомендуется пользоваться официальными картами и лоциями, издаваемыми ГУНиО МО Российской Федерации или равноценными Гидрографическими Агентствами других стран: карта № 32106 (Чёрное море, Кавказский берег от Анапы до Туапсе); карта № 35156 INT 3880 (Чёрное море; Кавказский берег; подходы к Новороссийску и Геленджику); лоция Чёрного моря № 1244.
37 35" Е 37 40' Е 37° 45' Е
Таблица 1. Характеристики элементов ВПУ
ВПУ Причальный буй якорного типа.
Размеры Корпус буя - диам.=12 м, выс.=6,3 м. Защитная «юбка» диаметром 16 м.
Осадка 2 метра
Вес в воздухе 260 тонн
Навигационные средства Огонь Изо (и) 30 сек, 7,3 м, 5 мор. миль (МАМС). Тифон (и) 30 сек; 0,5 мор. миль (МАМС). РЛС-отражатель.
Система швартовки Система нейлоновых канатов двойного плетения, диаметр 356 мм, допустимое усилие 500 тонн.
Максимальная нагрузка во время швартовки 400 тонн.
Шланги Двухкаркасные, за исключением окончания (реленговая часть)
Подводные - два рукава 9 секцийЧ24 дюйма конфигурации "Стип-$" - общая длина 93,1 м.
Плавучие - два рукава. Внутренний рукав - 264 м Внешний рукав - 274 м Основная линия: 21 секция х 24 дюйма ВД. Внешний конец: 4 секции х 16 дюймов ВД. Внутренний конец: 3 секции х 16 дюймов ВД. Реленговый конец: 1x16 дюймов ВД - утолщенный по краям.Общая длина рукавов: внешнего - 274 м; внутреннего - 264 м.
Якоря Самозасасывающиеся (в дно) весом 320 т каждый (в воздухе).
Швартовочные цепи Шесть натяжных симметричных якорных цепей (707 т).
Глубина воды ВПУ 1 - 56 метров; ВПУ 2 - 54 метра .
Осадка танкера Ограничений нет.
Скорость погрузки 12700 м3/час максимум для каждого ВПУ
Размер танкера до 150 тыс. тонн дедвейта.
Место встречи Лоудинг-мастера швартовки танкера имеет координаты по широте - 44°34'30"Ж и долготе - 037°38'00"£. Капитаны экспортных танкеров должны приближаться к месту встречи с большой осторожностью, непрерывно поддерживая радиосвязь со службами терминала для получения инструкций о графике швартовки и координации действий по встрече мастера швартовки. В связи с отсутствием якорных стоянок вблизи терминала, а швартовка к ВПУ сходу невозможна, танкеру дают инструкции оставаться в море до тех пор, пока он не получит дальнейшую инструкцию для встречи мастера швартовки.
Швартовные операции осуществляются круглосуточно и ограничиваются только погодными условиями и обстоятельствами, влияющими на безопасность швартовки и заливки танкеров. Временем начала швартовки считается момент закрепления первого швартовного каната. Постановка на якорь в пределах района эксплуатационной ответственности терминала строго запрещена (из-за опасности повреждения донных устройств ВПУ) [1].
После того, как танкер надёжно пришвартован и к нему пристыкованы грузовые шланги, разрабатывается письменный план погрузки между мастером по швартовке и ответственным представителем судна. Максимальная скорость погрузки терминала составляет 12700 м3/ час при начальной - 500 м3/час. Общее время грузовых операций на танкере типа «Суэц-макс» порядка 12 часов. Во время нахождения танкера у ВПУ наземными службами тщательно контролируются все изменения местоположения судна и ВПУ для предотвращения аварийных ситуаций.
Когда загрузка танкера завершена, грузовые шланги отсоединены, спущены на воду и отведены от борта танкера, начинаются операции его отшвартовки. Временем отхода считается момент, когда отдан последний швартовный канат. Танкер затем выходит из района швартовки
Рис. 2. Схема фиксации ВПУ к морскому дну самозасасывающимися якорями.
и, маневрируя к выходу из района эксплуатационной ответственности терминала, идёт по назначению.
На работу ВПУ оказывает сильное влияние ветровых и волновых нагрузок , что предопределяет исследование погодно-климатических факторов в районе расположения ВПУ и конструктивно адекватные их деструктивному действию избыточные меры усиления технического контроля всех технологических процессов погрузки нефти на танкеры. Во всех этих процессах (швартовки, загрузки нефти, отшвартовки от ВПУ и т.п.) тщательно учитываются погодно-климатические условия Новороссийского района для решения ключевых задач: охраны человеческой жизни на море, уменьшения вероятного экономического ущерба от аварий и катастроф танкеров, повышения организованности судоходства в прибрежной зоне расположения ВПУ и т.п. Незамерзающая зимой прибрежная зона (у Ю.Озереевки) характеризуется умеренно тёплым климатом со средней годовой температурой воздуха +12,80С; однако она подвержена регулярному действию сильных северо-восточных ("бора") и южных морских ветров, достигающих в обоих случаях скорости 50-70 м/сек. Схема "розы ветров" в зоне ВПУ приведена на рис.3.
Рис.3. Схема «розы ветров» в районе ВПУ у Южной Озереевки Новороссийского порта .
Технологические операции на нефтетерминале осуществляются с помощью специализированных технических средств ВПУ, частью находящихся под водой, а частью - в надводном положении. Это означает, что на техпроцесс наливки нефти оказывают влияние и течения, и волнение моря, и напор ветра. На основании литературных данных («Атлас морских течений») течения в анализируемом районе в основном возникают под действием ветра и вследствие изменений уровня воды от сгонно-нагонных осадковых явлений. Однако даже в штилевую погоду имеют место течения, как на поверхности, так и у дна.
Таким образом морские операции в районе операционной зоны ВПУ довольно сложны и требуют повышенного внимания и ответственности от всех технических служб, входящих в технологическую систему обеспечивающую работу с танкером и налив нефти.
Из анализа рельефа дна в зоне ВПУ следует, что волнение моря имеет здесь ряд гидрологических особенностей, требующих дополнительного изучения. Конфигурация дна Чёрного моря в районе Ю. Озереевки имеет резкое увеличение глубин при отходе от ВПУ на 1-2 км в сторону открытого моря (от ~50 м под ВПУ со спадом до 1500 м). Это потребовало проведения тщательного изучения гидрологических причин усиления волнения моря в районе ВПУ, возникающего от южных ветров над акваторией Чёрного моря. Анализ показал, что характерным показателем интенсивности передачи энергии волнам и процессы их роста под действием ветра является "возраст" волнв=с/и, где с- Размеры волн интенсивно растут дов~0,4/0,5, а прив>0,8 - этот рост прекращается фазовая скорость морской волны; а- скорость ветра.
Рис.4. Зависимость параметров волнения от скорости ветра: И - высота волн; Я - их длина: £ - их крутизна.
Размеры волн интенсивно растут до в~0,4/0,5, а при в>0,8 - этот ростпрекращается.
На рис.4 приведены кривые, характеризующие изменение величины отдельных элементов волн в зоне ВПУ [2]. Существенно отметить, что длина волны возрастает быстрее, чем высота волны. Как следствие такой закономерности является уменьшение крутизны волны е _ И /^ _1/0 9 •(100 + и ) по мере развития ветрового волнения (от £~0,15 до 0,05). При установившемся волнении
количество энергии, поступающей от ветра Е-, становится равным энергии, расходуемой на преодоление турбулентного трения Е , т.е. изменение энергии волны дЕ/дЕ=0. Влияние продолжительности действия ветра на процессы волнообразования описывают уравнением "разгона волн" ветром на поверхности моря:
дЕ + д(Г£Е) _ Е _ Е дt + дх ~Еи Е
(1)
Е
(где Е - энергия получаемая волнением от ветра, Е - потеря энергии волн за счёт внутреннего трения, ^ - энергия волны, приходящаяся на единицу поверхности моря); дЕ/дЕ поток энергии ветра. По времени действия ветра легко определяется соотношение изменения высоты волны от продолжительности действия ветра ? и его скорости а:
к = 0,27 - Ю-4и2^/и2)0'57 (2)
Результаты расчётов высоты волн приведены в таблице 2, а на рис. 4 приведены зависимости интервала времени, необходимого для того, чтобы высоты волн достигли своих предельных значений.
Таблица 2. Высоты (И) волн в зависимости от продолжительности действия ветра и его скорости
и, м/с ^ ч (верхняя строка); И, м (две нижние строки)
3 4 9 11 13 16 18
8-9 0,9 1,0 1,4 1,5 1,7 1,8 2,4
15 1,3 1,9 2,6 3,1 4,1 4,3 4,5
При изменении направления ветра угол между направлением распространения волнения меняется по закону
<Р = <Ро ехР (3)
где р - угол между направлением ветра и вектором распространения волн на момент времени V, Ь - коэффициент, имеющий значения 0,5; 0,6; 0,75; 0,8 для р=20, 30, 40 и 50°, соответственно. Из (3) следует, что со временем угол устремится к 0°. На рис.6 показана изменчивость ежечасных направлений ветра и волнения; видно, что совпадение направлений наступает лишь через ~12 ч.
На рост параметров волн влияет длина их разгона. Разгон Хизмеряется в направлении против ветра от расчётной точки до подветренного берега, а если ветер дует с берега - в направлении удаления от подветренной границы ветрового поля. Длина разгона имеет большое значение, т.к. при одной и той же скорости ветра параметры волн заметно растут с ростом Х. Если размеры бассейна достаточно велики и ветер дует значительное время, то при некотором разгоне Хкр, зависящем от скорости ветра, наступает состояние "энергетического насыщения амплитуды волн" и волнение достигает предела своего развития.
Изучим ряд зависимостей, связывающих параметры волн с длиной разгона и скоростью ветра, пригодных для условий Новороссийского прибрежного района около Ю.Озереевки. В частности, удовлетворительные результаты даёт следующая зависимость:
кЛШКС =0,0192 0(Х)и2 (4)
где И - максимальная высота волн, м; О(Х) - безразмерный коэффициент, зависящий от длины разгона (при Х=10 км, Б(Х)=0,30; Х=50 км, Б(Х)=0,66; Х= 200 км, 0(Х)=0,92); и - скорость ветра, м/с. Как видно, для характерных для этого участка побережья Чёрного
моря разгона Х=200 км коэффициент О(Х) близок к единице и, следовательно, при дальнейшем увеличении длины разгона высота волны будет приближаться к своим максимальным значениям. Это указывает, что в данном морском районе следует учитывать волнение от зыби. Прямые наблюдения зыби в этом прибрежном районе подтверждают этот вывод [4].
Ш k i \ * t h t - ж I
+®7 - t—э M i ^^СУДНО
<n \уъ
Рис. 5. Принцип прецизионного определения курсового угла расположения судна относительно причала (ВПУ) при швартовых
операциях
Рассмотрим алгоритм решения задачи определения кинематических параметров движения центра массы судна и независимого движения его оконечных точек, что очень важно при швартовке. Применение двухточечной системы индикации подвижности оконечных точек судна имеет очевидные достоинстваобеспечивающие избыточную безопасност.
Задача всего модуля контроля за операцией швартовки обеспечить лоцмана и/или судоводителя объективной, полной и достоверной информацией о месторасположении судна во время швартовки в реальном времени.. Укрупнённо алгоритм программного обеспечения индикаторного модуля состоит (см. рис.6) из блока формирования граничных условий (БГУ), расчётного блока (РБ) и блока отображения
БГУ РБ БОИ
Рис.6. Структура алгоритма.
В БГУ формируются линии, соединяющие точки на электронной карте, за пределы которых судно при швартовке не должно выходить. Координаты этих точек определяются, исходя из особенностей подхода к данному причалу; ввод данных координат граничных точек осуществляется специалистами капитании порта для каждого из причалов. Если граничные условия для причала меняются в зависимости от погодных условий, от типа судов, осуществляющих швартовку или от других условий, для каждого из этих условий формируеятся отдельная база данных координат граничных точек. При работе с программой лоцману и/или судовадителю необходимо лишь выбрать базу данных граничных условий.
Рис.7. Двухточечная схема визуализации швартовных операций судна у ВПУ относительно точки привязки.
Блок отображения информации формирует графическое изображение на мониторе индикаторного устройства, основываясь на информации, поступающей от расчетного блока и от БГУ. При работе с программой на экране БОИ лоцман и/или судоводитель видят расположение судна в реальном времени относительно границ зоны опасности [5].
Оценка параметров качества (электромагнитной совместимости) информационно-измерительного модуля терминала КТК Южная Озереевка. Для определения возможностей совместной работы различных радиотехнических, электронных и электротехнических средств в районе Ю.Озереевки потребовалось проведение исследования электромагнитной обстановки (ЭМО) во всём регионе порта Новороссийск. Детальное изучение всех параметров, касающихся электромагнитной совместимости (ЭМС) исследуемых средств, сопряжено с большими трудностями, т.к. требует учёта ЭМО в широком диапазоне частот. Считается достаточным рассматривать характеристики ЭМО в приближении парных взаимодействий, а ЭМС - в диапазоне частотной декады слева и справа от рабочей частоты анализируемых радиоэлектронных средств (РЭС), т.е. в полосе двух декад [6].
Рассмотрим расчётную методику, проверенную экспериментальными исследованиями. В её основу положено определение электромагнитной совместимости математических моделей всех пар взаимодействий источников и рецепторов помех, которые находятся в рассматриваемом регионе [2]. Результаты анализа конструктивно использованы (внедрены) при размещении новой аппаратуры в условиях уже сложившейся ЭМО региона и оказались достаточными для обеспечения ЭМС.
В случае ВПУ Южной Озерейки потребовалось определение ЭМС следующих РЭС, которые работают (или будут развёрнуты) в зоне КТК Ю.Озереевка:
- радиостанции ультракоротких волн (УКВ), расположенных в береговой службе управления движением судов (СУДС);
- судовых подвижных радиосредств УКВ, ведущих радиообмен с СУДС;
- транспондеров автоматизированной идентификационной системы (АИС), находящихся на берегу и судах, движущихся к ВПУ терминала КТК.
Из всего многообразия вероятного позиционирования вновь появляющихся радиосредств оценим ЭМС наиболее неблагоприятных парных взаимодействий РЭС.Критерием оценки ЭМС РЭС в зоне терминала КТК Южная Озереевка, который рассмотрим на основе анализа характеристик рецептора и источника помех, является отношение сигнал/шум. В соответствии с заданным пороговым значением этого функционального параметра оценивается ЭМС [5]. Если реальное значение сигнал/шум выше расчётного порога, то электромагнитная совместимость обеспечивается, в противном случае - нет.
Математическая модель радиосистемы включает в себя элементы:
- модель источника помехи, включая вид модуляции;
- модель диаграммы направленности антенн источника и рецептора помехи по основному и боковым лепесткам;
- модель трассы, включая, в общем случае, зону прямой видимости, зону дифракции и зону тропосферного рассеяния;
- модель рецептора помехи по основному и побочному каналам;
- модель частотной избирательности рецептора.
Применяется следующий алгоритм анализа ЭМС:
- исследуется влияние на рецептор отдельно каждого мешающего источника помех;
- определяется влияние на рецептор излучений совокупности мешающих радиоэлектронных систем;
- оценивается нелинейные эффекты в радиоприемных устройствах.
Амплитудный отбор помех (АОП). При амплитудном отборе помех модель учитывает частотную избирательность приемника таким образом, что выделяет помехи, являющиеся потенциально опасными. Проводится процедура АОП для каждого приёмника перебором всех мешающих передатчиков. Эта процедура проводится последовательно для всех имеющихся приёмников. На этапе АОП рассчитывается средний уровень помехи If) относительно чувствительности PmyGPSf) радиоприёмного устройства (РПУ) GPS, который создает каждый передатчик [2]:
I(f) = РрщО + Grnay (f) + GrnyGPs (f) -L1 (f) + d-PPny GPS ^ (5)
где I ф-дБмВт; Ppny f)- мощность передатчика в полосе частот от fmhpfl fmx, дБмВт; Gpmyf)- коэффициент усиления антенны РПУ, дБ; GpnyGps (f)- коэффициент усиления антенны РПрУ GPS, дБ; L(f) - потеря на трассе распространения, дБ/d- ослабление мешающего сигнала, дБ; PpnyGPS (f) - чувствительность РПУ GPS в полосе частот отfmin дс>/тах,дБмВт.
Для определения порога отбора учитываем, что If) - это среднее значение случайной величины с нормальным законом распределения и среднеквадратичным отклонением [2]:
~~ РПДУ °вПДРЛС
, (6)
где а. - среднеквадратичные отклонения среднего уровня: мощности побочного излучения мешающего передатчика - epny (f); чувствительности приёмника GPS-аPnyGPSf); коэффициента усиления антенны РПрУ GPS-аGPnpyGPSf); коэффициента усиления антенны источника помех -аащф/ величины потерь электромагнитного поля по трассе РРВ -aL1f). При распространении в свободном пространстве принимаем аыф = 0.
Критерием опасности помехи является превышение ею уровня чувствительности приемника с вероятностью его ошибочного исключения из анализа, как неопасного, равной рОШ:
aMAX= maXaff).
При выбранном а=аМАХ-параметр нормального закона и, задаваясь величиной вероятности превышения помехой чувствительности РПУ рОШ определяется в долях s среднее значение тслучайной величины, реализация которой превосходит чувствительность приемника с вероятностью не вышерОШ Порог определяется соотношением:
1ПОР = - Л ■ аМАХ, (7)
В котором т можно найти, решая уравнение: ф (¡л) = 0,5 - р„„,.Функцию ф (¡л) определяем из интеграла вероятности:
л/2 -iri . (8)
Если принять рОШ=0,16, то л = 1и тогда: 1ПОр = - аМАХ. При If) >1ПОР помеха остается в модели для дальнейшего анализа, а в противном случае источник помехи исключается из анализа. Применяется графический метод решения неравенства I1(f)i - аМАГ
Частотный отбор помех. Алгоритм частотного отбора помех оценивает влияние частотной избирательности приемника конкретного спектра помехи. Уровень ослабления помехи определён избирательными свойствами приемника по частоте, коэффициентом частотной коррекции. В случае, если откорректированный уровень помехи находится ниже установленного порога отбора, исследуемый источник помех исключается из числа потенциально опасных по каналам приема.
Потенциально опасные помехи, прошедшие амплитудный и частотный отборы, оцениваются путем сравнения отношения сигнал/ помеха с пороговым значением, заданным в исходных данных модели.
Развернем математические модели всех излучающих элементов системы РЭС: спектра излучения радиопередатчика; огибающей спектра мощности мешающего излучения; частотной избирательности тракта усилителя промежуточной частоты радиоприемного устройства с
i f _£1 фп (и) = [f> 2 dt
Рис. 8. Структурная схема этапа амплитудного отбора помех.
учётом интермодуляционной помехи третьего порядка; трассраспространения радиоволн. В общем случае на трассах РРВ учитывались три участка: прямой видимости; дифракции (область полутени); область тропосферного рассеяния. Для каждого участка принимают разные математические модели трассы. Анализ ЭМС радиосредств, расположенных в зоне терминала КТК, проведён для наиболее опасной зоны
dnp = 4,12(V¿^|>] + 4h2М) г i / /
прямой видимости, которая определяется выражением: "р v v , | /а/1, где /?/ и И , высо ты ус тановки передающей
и приёмной антенн. При распространении в свободном пространстве ослабление электромагнитного поля определяется формулой:
L = 32,45 + 20 • lg/ + 20 • \gd ,[дБ],[Щ (7)
где/-частота электромагнитного поля (МП/); ¿/-расстояние между приёмо-передающими антеннами по прямой трассе (км).
А = - 6 -10 lg [sin2 (—)], [дБ]
При РРВ у земной поверхности волны испытывают дополнительное ослабление на величину Я , где
Ad — (d] + d2) & величина разность хода прямого dg и отражённого лучей; последний образован суммой падающего на
поверхностьd; и отражённого от неё d2. Так как неровности земной поверхности распределены хаотично, то их влияние носит случайный характер. Среднеквадратичное отклонение потерь при связи подвижного объекта, находящегося на фарватере, с неподвижным (СУДС) рассчитывалось по формуле:
О- = 5,47 lg/- 3,22, [дБ] (9)
Нелинейные эффекты блокирования перекрёстных искажений и интермодуляции, которые возникают при воздействии мощных помех, расположенных в непосредственной близости от рецептора, требуют дополнительного анализа. Необходимость в нелинейном анализе отпадает, если уровень помехи находится значительно ниже допустимого амплитудного порога.
Далее оценим надёжность судоводителя-оператора в зависимости от загруженности и взаимодействия с разными уровнями контроля и обеспечения безопасности техпроцесса перегрузки нефти из накопителей терминала КТК-Р через ВПУ на танкеры.
Наиболее характерной чертой операторской деятельности является отражение внешнего мира и управляемого объекта сознанием человека и представление его информационной моделью. Преобразование информации на средствах её отображения, автоматизация обработки информации, лишает человека целого ряда существенных натуральных признаков объектов управления, затрудняя формирование адекватного психического образа объекта или ситуации. Передача части функций подготовки решения, и управления объектом техническим устройствам повышает значимость контроля над их работой со стороны человека.
Проблема повышения надежности оператора-судоводителя в значительной мере обусловлена сохраняющейся длительное время тенденцией аварийности на морском транспорте. Как показывает опыт, решение проблемы следует искать в первую очередь в анализе влияния человеческого фактора и основывается на положениях, разработанных в инженерной психологии, а именно в системной организации операторской деятельности, в регулирующей роли психического образа, и «человеческом» факторе, в психологической системе деятельности [3].
Ниже рассмотрен аспект определения надежности оператора-судоводителя, где за исходное положение принято то, что у здорового профессионально подготовленного, знающего, что и как делать оператора нет причин не выполнять возложенную на него задачу, если ему для этого предоставлено достаточно времени. С учётом этого вероятность достижения успеха в работе системы описывается стохастической последовательностью длительностей решения оператором различных по содержанию задач:
R (t) = Р(т i < T) = j" f (t i )dx i
0 , (10) где г. - случайная длительность решения оператором-судоводителем i-й задачи, обусловленная числом и характером допускаемых им ошибок при выполнении отдельных операций, уровнем его квалификации, быстротой реакции и другими психофизиологическими свойствами; T - располагаемое время для решения задачи, зависящее от технических характеристик комплекса при данной скорости движения судна; R(t) - вероятность решения задачи.
Затрачиваемое в процессе функционирования оператором время на решение i-й задачи включает в себя следующие составляющие: То -длительность отдыха (паузы); т^ - длительность ожидания (нахождения в готовности) на реакцию оборудования, когда оно работает
автоматически без его участия; тр - длительность решения задачи, состоящая из времени переключения внимания, восприятия информации, принятия решения и действия.
Для количественной оценки действий оператора в процессе эксплуатации вводится параметр, называемый динамической загруженностью оператора, имеющего в своём распоряжении время Т.:
ао=
rio)K + rip
(11)
RCO
.5
Рис. 9. Зависимость надежности оператора от его загруженности z.
Максимальная загруженность оператора должна ограничиваться заметным увеличением допускаемых им ошибок в выполнении опе-
я (С )
раций при решении г г задач. При существенном снижении вероятности решения возлагаемой на него задачи как раз и возникает
Я (С )
риск аварийной ситуации. При решении рассмотренных задач верхний предел критерия ^^^ в цепи операций удлинённого оператора составляет 0,24...0,46 [7].
Работа оператора АПК Е-навигации, как «человеческий фактор», оценивается моделированием вероятности правильных решений оператора от его загруженности с использованием закона гамма-распределения (с удлиненной правой ветвью), и алгоритма докумен-
р(с) с
тированного средствами Ма1ЪСаё'2000. Если вероятность правильных решений оператора, ^ - загруженность оператора; Т
- предельное время решения задачи, то алгоритм моделирования вероятности правильности решения в зависимости от загруженности оператора г имеет вид:
На его основе получена следующая зависимость вероятности принятия судоводителем-оператором правильного решения от его загруженности ^:
Рис.10. Имитированная по программе зависимость вероятности принятия судоводителем-оператором правильного решения от его
загруженности Z.
Аппроксимированная вероятность правильного решения в зависимости от загруженности оператора-судоводителя определяется выражением:
R(u) :=ехр(-123.265- и4'926
, (12) позволяющим получить зависимость вероятности правильного решения от уровня информационной загруженности оператора:
0.4 0.6 08
0.3 X , u 0.9
Рис.11. Аппроксимированная зависимость вероятности правильного решения R(u) от загруженности оператора и.
Таким образом, по измеренным средним данным времен выполнения различных операций при проводке судна и используя полученную функцию надежности оператора-судоводителя, получаем оценку надежности судоводителя, а следовательно и риски возможных аварийных ситуаций в различных фазах судозахода.
Литература:
1. Виноградов Е.М., Виноградов В.И., Харченко И.П.. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. - Л., "Судостроение" 1986;
2. Денисов В.Г. Техническая эксплуатация пилотно-навигационных комплексов. - М., Транспорт, 1992;
3. Ю.Г.Герман-Шахлы, В.В.Попов. Научный опыт создания техносферы специализированного морского порта. - М., "РосКонсульт", 2003, 544 с.;
4. Ю.Г.Герман-Шахлы, А.П.Лицкевич, С.В. Мясников. Особенности эксплуатации береговых систем радиоэлектронного контроля технологических операций перевалки нефти через ВПУ в специфических климатических условиях Новороссийского порта: - М., ВИНИТИ, 18 с., 2001.
5. Ю.Г.Герман-Шахлы, М.М.Подопригора, Г.Е.Панамарев. Расширение возможностей портовых АИС в обеспечении безопасности швартовки судов к выносным причальным устройствам: - М., ВИНИТИ, 19 с., 2001.
6. Ю.Г.Герман-Шахлы, В.В.Демьянов. Точностные характеристики спутниковой навигационной системы в зонах швартовочного маневрирования судов: - М., "Транспортное дело России", Спецвыпуск, 2003.
7. Ю.Г.Герман-Шахлы, А.П.Лицкевич. Имитационное моделирование надёжности оператора с учётом параметра загруженности: - М., "Транспортное дело России". Спецвыпуск, 2003.
