CC BY
20
Сок 10.36724/2409-5419-2022-15-1-10-20
МЕТОД УДАЛЕННОГО МОНИТОРИНГА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СРЕДСТВ СВЯЗИ И НАВИГАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ РОСМОРРЕЧФЛОТА
АЛЛАКИН
Владимир Васильевич1 БУДКО
Никита Павлович 2 ГОЛЮНОВ
Михаил Валерьевич 3 КАРЕТНИКОВ
Владимир Владимирович 4
Сведения об авторах:
1 аспирант, ФГБОУ ВО "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова".
г. Санкт-Петербург, Россия vlaCimir@CuCuh.ru
2 аспирант, ФГБОУ ВО "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова".
г. Санкт-Петербург, Россия buCkc62@mail.ru
3 адъюнкт Военной академии связи, г. Санкт-Петербург, Россия belka1213@mail.ru
4 заведующий кафедрой судоходства на внутренних водных путях ФГБОУ ВО "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова", доктор технических наук, доцент, г. Санкт-Петербург, Россия kaf_svvp@gumrf.ru
АННОТАЦИЯ
Актуальность: наиболее действенным подходом к снижению аварийности и обеспечению безопасного судоходства на внутренних водных путях России зарекомендовал себя переход от лоцманского к инструментальному судовождению, а также внедрение в процессе управления движением судов и их удаленного мониторинга более совершенных информационно-телекоммуникационных технологий, что ведет к созданию в Росморречфлоте иерархических систем на основе ситуационных центров, отвечающих за безопасность судовождения. Цель работы: разработка метода удаленного мониторинга функционального состояния средств связи и навигационного оборудования. Используемые методы: для реализации метода удаленного мониторинга наиболее применимы средства мониторинга с использованием безэкипажных судов. Новизна: предложенный метод позволяет использовать в качестве объектов контроля и мониторинга широко используемые на берегу и на водных судах радиотехнические и радионавигационные средства, излучающие в радио или оптическом диапазоне волн, а в качестве средства мониторинга - маломерные безэкипажные водные суда различного класса, с размещением на них бортовых автоматизированных измерительных комплексов, имеющих под решаемые задачи сменное контрольно-измерительное оборудование. Полученный результат: в разработанном методе процесс мониторинга проводится по следующим этапам: предварительно для осуществления процедуры телеизмерений производят подготовку и ввод в береговой и бортовой автоматизированные измерительные комплексы исходных данных; на первом этапе на борту средства мониторинга производятся измерения доступных дистанционно параметров дальней и ближней зоны подконтрольных объектов с передачей аварийных сигналов на берег; на втором этапе - собранная измерительная информация обрабатывается береговым автоматизированным измерительным комплексом с установлением классов технического состояния объектов мониторинга; в завершении производится подготовка отчётов в интересах ситуационного центра управления движением судов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: автоматизированный измерительный комплекс, измерительная информация, мониторинг, средства радиосвязи, безэкипажное водное судно
Для цитирования: Аллакин В. В., Будко Н. П., Голюнов М. В., Каретников В. В. Метод удаленного мониторинга функционального состояния средств связи и навигационного оборудования Росморречфлота // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2023. Т. 15. № 1. С. 10-20. Сок 10.36724/2409-5419-2023-15-1-10-20
Введение
Российская Федерация в настоящее время располагает самыми протяжёнными водными (речными, озерными и морскими) границами. Протяженность доступных для судоходства внутренних водных путей (ВВП) составляет более 100 тыс. км, что является самой разветвленной сетью водных коммуникаций в мире, причем более 60 тыс. км из которых безальтернативны [1].
Из [2, 3] известно, что одним из действенных подходов к сокращению аварийных ситуаций и повышению безопасности судоходства на ВВП РФ является замена лоцманского судовождения на инструментальную проводку судов, что требует активного внедрения автоматизированных систем управления движением судов (АСУ ДС) и совершенствования процедур удаленного мониторинга на основе новых информационно-телекоммуникационных технологий.
Для реализации данной концепции в Федеральном агентстве морского и речного транспорта Минтранса РФ (Ро-сморречфлоте), на акваториях и водных коммуникациях (бассейнах рек) необходимо создание действенных иерархических систем, поддерживающих безопасность судовождения, например: речная информационная служба (РИС), корпоративная речная информационная система (КРИС), АСУ ДС и пр. В зависимости от размещения своих элементов (на берегу, на борту судна, на воде) данные системы могут реализовы-ваться с использованием различных родов связи: от проводных (волоконно-оптических), спутниковых (Гонец, Инмар-сат, Глобарстар и пр.) и сотовой связи стандарта GSM. Многообразие используемых телекоммуникационных систем и радиоканалов GMDSS (морской подвижной службы) позволяет оптимальным образом объединять бортовые, надводные и наземные радиоэлектронные средства (средства радиосвязи - СРС), а также средства навигационного оборудования (СНО) с ведомственными ситуационными центрами (СЦ) и региональными АСУ ДС на бассейнах ВВП РФ.
В последнее десятилетие все больше появляется публикаций, направленных на активное внедрение технологий робототехники и безэкипажного судовождения, а, следовательно, удаленного контроля (мониторинга) не только ТС безэкипажных водных судов (БЭВС), но и телеметрии географически распределенных береговых и бортовых СРС, а также стационарной и плавучей навигационной обстановки (СНО) в прибрежных морских районах (акваториях) и на ВВП РФ [1,4-6].
При этом для дистанционного съема измерительной информации (ИИ) с СРС и СНО наиболее подходят средства мониторинга (СРМ), с применением БЭВС и размещением на них бортовых автоматизированных измерительных комплексов (АИК) со сменными измерительными модулями под решаемые задачи мониторинга сигналов оптического либо иных радиодиапазонов волн объектов контроля (ОК). Причем, из всего многообразия электромагнитного излучения (низкочастотное, радиоволновое, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-лучи) для дистанционного контроля СРС и СНО наиболее применимы оптический и радиоволновой методы. Поэтому в данной работе этим видам мониторингауделено особое внимание.
Одним из наиболее близких по своей сущности к предлагаемому подходу для реализации удаленного мониторинга ТС ОК можно отнести способы проведения лётных проверок и настроек средств радиотехнического обеспечения (РТО) [7, 8], известные из авиационной отрасли. Однако к основному недостатку таких способов можно отнести задействование для него специального воздушного судна-лаборатории или беспилотного летательного аппарата (БПЛА) [7].
При этом отмечаются высокие затраты на проведение такого контроля выходных характеристик средств РТО и его низкая оперативность (один раз в год при проведении плановых проверок) [8]; чрезмерный расход канального ресурса (каналов воздушной радиосвязи), поскольку предполагает транслировать в направлении «борт-земля» всю получаемую по каждому параметру ОК ИИ независимо от наличия на нем аварийного режима.
Технической проблемой применимости такого подхода в интересах Росморречфлота является: неполный охват мониторингом всей географически распределенной системы стационарного и плавучего телекоммуникационного оборудования (СРС) и СНО на ВВП и в прибрежной морской зоне РФ; малая оперативность в проведении измерений, особенно в дальней зоне действия СРС и СНО; потребность в обратном канале связи «берег-борт» для настроек аварийных РЭС и СНО в ходе проведения цикла одного мониторинга в режиме on-line.
Также важно понимать, что способы контроля наземных и бортовых СРС и РТО, используемые в авиационной отрасли не всегда приемлемы для мониторинга береговых и бортовых (судовых) СРС и СНО, что связано, в том числе и с высотой подъема СРМ. В рассматриваемом случае использование БПЛА из-за высотности его применения может приводить к ошибкам при оценке пространственных параметров измерительных комплексов в условиях изменчивости высотного профиля береговой линии.
Для внедрения инструментальных методов навигации современный судоводитель должен получать навигационную информацию от нескольких надёжных и независимых источников, что будет способствовать безопасному судовождению и повышению эффективности АСУ ДС, включающей подсистему мониторинга технического состояния СРС и СНО.
Комплексное использование радиоканалов морской подвижной службы GMDSS позволит оптимизировать число используемых СРС и СНО для повышения безопасности на водном транспорте особенно в районах интенсивного движения акваторий портов, а также в «стеснённых» водах фарватеров, проливов, шлюзов, каналов, проходов и пр.
Разработка метода удаленного мониторинга функционального состояния средств связи и навигационного оборудования Росморречфлота
Предлагаемый метод удаленного мониторинга функционального состояния СРС и СНО в данной работе представлен блок-схемой алгоритма, показанным на рисунке 1.
Рис. 1. Алгоритм метода удаленного мониторинга функционального состояния средств связи и навигационного оборудования Росморречфлота
В данном алгоритме в качестве СРМ используются - маломерные БЭВС или БПЛА среднего и малого класса, на борту которых должны быть размещены АИК, имеющие под решаемые задачи сменное контрольно-измерительное оборудование.
Процесс мониторинга в данном методе осуществляется поэтапно: предварительно, для осуществления процедуры телеизмерений производят подготовку и ввод исходных данных в береговой АИК и бортовой АИК; на первом этапе, на борту СРМ осуществляют измерения доступных дистанционно
параметров дальней и ближней зоны ОК, причем на берег передают только сигналы об аварийной ситуации; на втором этапе - собранная ИИ обрабатывается береговым АИК с установлением классов технического состояния ОК; в завершении производится подготовка отчётов в интересах СЦ ведомства (АСУ ДС).
Рассмотрим более подробно предложенный метод по его алгоритму (см. рис. 1).
Предварительный этап. Перед началом цикла мониторинга выполняют следующие действия в соответствие с блок-схемой алгоритма по шагам 1-10.
На шаге 1 определяют условия проведения мониторинга путем оценки обстановки в прибрежной морской зоне или на акватории бассейна ВВП РФ. При этом определяют период навигации (по времени года), климатические факторы, время суток, внешним воздействиям на СРС и СНО, интенсивность судоходства и пр. Оценивают обстановку визуально и с помощью инструментального метода: время суток - по фотоэлементам (по часам), осадки - гигрометру, время года - термометру, уровень радиопомех - по устройствам анализа поме-ховой обстановки и пр.
На шаге 2 устанавливают необходимый объем (программу) мониторинга, при этом с помощью базы данных (БД) АСУ ДС определяют состав п подвергаемых мониторингу СРС и СНО, влияющих на безопасность судовождения на данном участке бассейна ВВП РФ, с минимальным отклонением от оси хода водного судна днем и ночью, в условиях ограниченной видимости из-за метеоусловий, с учетов возможных воздействий помех и иных дестабилизирующих факторов (ДФ). Состав контролируемых СРС и СНО предложенным способом может меняться из-за категории ВВП, сроков работы СНО и судоходных гидротехнических сооружений, а также перечней судового хода.
На шаге 3 устанавливают зону мониторинга по географическим координатам точек размещения каждого/-го (/ = 1, 2, ..., п) стационарного или плавучего СРС и СНО с учётом их зон излучения и геопространственной информации. Причем к выбору точек расположения базовых станций (БС) АИС, а также СНО привлекаются специалисты лоцманской службы портов и представители инженерно-технических служб связи и СНО. Координаты развёртывания стационарных и плавучих СРС и СНО определяются условиями судовождения, разрешается совместное использование одной позиции несколькими средствами СНО с соблюдением требований по обеспечению их электромагнитной совместимости.
Если по условиям берегового ландшафта и водному бассейну типовое размещение средств СНО невозможно, допускают отступление от типового размещения с расчётом обеспечения их устойчивой работы в секторах с наибольшей интенсивностью движения судов (в том числе на встречных курсах). Несоответствие типовому расположению СРС и СНО может быть компенсировано эквивалентными мерами, обеспечивающими безопасность судовождения на ВВП.
На шаге 4 формируют состав т эксплуатационных параметров СРС и СНО, которые определяются в соответствии с тактико-техническими характеристиками (ТТХ) на них при разных режимах функционирования (глубина мониторинга). При этом состав параметров (/ = 1, 2, ..., т), входящих в
процесс мониторинга для/-го СНО и СРС строго индивидуален. Одним из подходов при его формировании может быть использован коэффициент тяжести последствий при возникновении отказа (аварии) СРС (СНО) и «вклад» этих параметров в повышение надёжности ОК [1].
Этот коэффициент тяжести последствий будем называть коэффициентом значимости (^зн) выбранного параметра, для определения которого (при включении параметра в процедуру мониторинга СРС и СНО) из всего множества параметров нормативно-технической документации (НТД) на объекте мониторинга будет применяться общий коэффициент
значимости / контролируемого параметра в виде суммы
назначаемых весов всех принятых по лингвистической шкале оценки показателей значимости Кзн, [9, 10]. Причём данный
общий коэффициент значимости /, влияющий на применение конкретных параметров в процессе мониторинга, получают путем суммирования коэффициентов значимости Кш рассматриваемых параметров в соответствие со шкалой лингвистической оценки по формуле [9, 10]:
К- X К3.
/=1
Градацию степени значимости (ранжировку) контролируемых параметров, вошедших в программу мониторинга, производят на различных уровнях разукрупнения СРС (СНО) по узлам, агрегатам, стойкам, комплексам, на основе анализа их структурного взаимодействия. Чем выше вес коэффициента значимости элемента, тем больший вклад он вносит в обеспечение надёжности эксплуатации СРС (СНО), а также безопасного судовождения на ВВП РФ.
Формирование окончательного перечня наблюдаемых параметров по программе мониторинга проводится методом выстраивания вариационного ряда предпочтений по значениям, полученных с помощью таблицы суммы коэффициентов значимости для каждого /-го параметра наблюдаемого СРС (СНО) для последующего его включения в программу мониторинга из всего множества параметров НТД ОК по выражению:
К^, ^ К^г > К1к > К1/ > К1и > К1т,
где '/= 1, 2, ...,к, ...,/, ...,и, ..., г, ..., т-1, т-параметры СРС и СНО по НТД. Причём в состав параметров, входящих в программу мониторинга, включают имеющие максимальное значение суммы коэффициентов (см. выражение выше). Количество наблюдаемых параметров зависит как от времени проведения программы мониторинга, так и от её глубины и применяемых технологий.
На шаге 5 задают точность мониторинга путем назначения эксплуатационных и профилактических допусков с учётом нормативно-технической документации (НТД) на СРС (СНО), а также актуализированной по результатам проведения последнего инструментального контроля (технического обслуживания) базы знаний (БЗ) берегового АИК АСУ ДС. Процедура формирования эксплуатационных и профилактических допусков параметров СРС и СНО с учётом частотного
диапазона, состояния среды распространения радиосигнала и условий функционирования объекта контроля приведена в [11].
На шаге 6 предварительно, на основе анализа условий функционирования СРС и СНО (день/ночь, осадки, помехи и пр.) задают достоверность мониторинга путем определения вероятности наступления ошибок контроля: «ложная тревога» (ошибка первого рода) и «пропуск отказа» (ошибка второго рода). Для повышения достоверности процедуры мониторинга проводят минимизацию данных ошибок [12].
На шаге 7 определяют полезную нагрузку СРМ путём комплектования набора б плат измерения дц е б бортового АИК БЭВС исходя из состава контролируемых береговых и надводных СрС и СНО, а также перечня их наблюдаемых параметров.
На шаге 8 подбирают средство мониторинга исходя из полезной нагрузки, глубины мониторинга, условий его проведения (погодныхусловий): - маломерное БЭВС с бортовым АИК. Варианты СРМ приведены на рисунке 2.
На шаге 9 задают (планируют или корректируют) маршрут обхода и точки наблюдения ближней и дальней зон излучения СРС (СНО) при проведении процедур дистанционного мониторинга значений параметров их технического состояния.
На шаге 10 реплицируют (актуализируют) БЗ бортового АИК измерительной информацией с БЗ берегового АИК для обеспечения режима мониторинга в режиме времени, близком к реальному (on-line). При актуализации (переносе) ИИ баз данных могут использоваться как проводные каналы, так и беспроводные каналы связи (Wi-Fi), либо отчуждаемый носитель (USB-накопитель).
Первым этапом метода является проведение программы телеизмерений с помощью бортового АИК и трансляция этого сигнала в береговой АИК при выявлении отказа (пре-дотказного ТС) СРС (СНО). Этап описан шагами 11-22 (рис. 1).
На шаге 11 выводят СРМ (БПЛА, БЭВС) с бортовым АИК, на маршрут обхода (облёта) СРС (СНО) по заранее установленной программе мониторинга.
На шаге 12 удаленно, с помощью приёмников радионавигационных измерительных сигналов gij бортового АИК, замеряют доступные мониторингу i-e параметры радиоизлуча-ющих j-x СРС (СНО), или, используя видеокамеру высокого разрешения, распознают излучающие в оптическом диапазоне навигационные огни.
в) г)
Рис. 2. Виды средств мониторинга: а) и в) на базе БЭВС среднего класса (безэкипажный катер «Искатель»,АО «НПП «АМЭ»); б) и г) малого класса с установленным бортовым АИК и его антенно-фидерной подсистемой (проектные решения под конкретные задачи процедур мониторинга СРС и СНО на ВВП РФ)
0
Рис. 3. Последовательность применения процедуры вейвлет-анализа в методе удаленного мониторинга функционального
состояния СРС и СНО
На шаге 13 осуществляют запись значений измеренных бортовым АИК параметров в его БЗ. При этом для сокращения объёма сохраняемой ИИ, а также для повышения оперативности её обработки в дальнейшем хранят лишь вейвлет-коэффициенты измеренных параметров [13].
На рисунке 3 представлена последовательность использования процедуры вейвлет-анализа при мониторинге
навигационных огней и средств управления БЭВС различных диапазонов: высокоскоростного канала связи (ВСКС), командно-телеметрической радиолинии (КТР) и СРС декамет-ровых волн (ДКМВ).
На шаге 14 в бортовом АИК сравнивают величины измеренных параметров СРС (СНО) с записанными в БЗ номинальными их значениями с учетом эксплуатационных и
профилактических допусков на них, путём проведения вейвлет-анализа [13].
На шаге 15 осуществляют обработку ИИ /-го параметра наблюдаемого СРС (СНО) с учётом заданной достоверности экспресс-контроля, а также эксплуатационных и профилактических допусков, минимизируя ошибки контроля при определении класса ТС ОК. При этом процедура идентификации отказа, реализуемая в ходе многоуровневого контроля, описывается вероятностным графом оценки класса ТС СРС и СНО с учётом ошибок первого и второго рода (рис. 4), на котором практически реализуется программа экспресс-контроля по этапам, когда сначала бортовым АПК обнаруживают отказ СРС или СНО, а затем в береговом АИК осуществляют его распознавание с применением объектовых АИК по наземных (проводным) каналам телеизмерения-телесигнализации (ТИ-ТС).
Рис. 4. Вероятностный граф идентификации класса ТС СРС и СНО
При этом на рисунке 4 показаны следующие классы ТС СРС и СНО [14]:
класс 1 - СРС (СНО) работоспособно, обнаружен ложный отказ и не распознан;
класс 2 - отказ СРС (СНО), при этом обнаруженный отказ не распознан;
класс 3 - СРС (СНО) работоспособно, отказ обнаружен ложно и не распознан;
класс 4 - отказ СРС (СНО) обнаружен и распознан, включение резерва;
класс 5 - СРС (СНО) работоспособно и правильно идентифицировано;
класс 6 - отказ СРС (СНО), который не обнаружен подсистемой мониторинга.
На шагах 16 и 17 осуществляется проверка всех доступных измерениям т параметров на/-м средстве связи (СНО).
На шагах 18 и 19 осуществляется проверка всех п объектов мониторинга. В случае отсутствия выявления отказа (пре-дотказного ТС) на объекте мониторинга (СРС, СНО) - переход к шагу 34. В случае обнаружения отказа (предотказного ТС) СРС (СНО), когда значения наблюдаемых параметров выходят за пределы заданных эксплуатационных или профилактических допусков (см. состояние «ОТКАЗ» на рисунке 1), осуществляют переход к шагу 20.
На шаге 20 вырабатывают формализованный сигнал о наступлении отказа (аварийного, предаварийного ТС) СРС и
СНО. Причём, в отличие от методов, опубликованных в [7, 8], из бортового АИК в сторону берегового АИК передаётся только класс ТС в формализованном виде, а не вся получаемая в ходе мониторинга ИИ, чем достигается выигрыш в сокращении объёмов передаваемой информации.
С позиции повышения достоверности процедуры мониторинга наиболее предпочтительным являются подтверждённые статусы результатов измерений об исправности ОК (зоны мониторинга), что соответствует классу 5 ТС - СРС (СНО) работоспособна и признана таковой (рис. 4). При идентификации класса 4 ТС (отказ СРС (СНО), который обнаружен и распознан) подсистема мониторинга АСУ ДС должна в автоматическом режиме выдать рекомендации должностному лицу системы поддержки принятия решения (СППР) о включении резервного комплекта СРС (СНО).
Передача полученной в ходе цикла мониторинга ИИ на береговой АИК производится только при идентификации класса ТС, отличного от статуса «подтверждено» нормальное функционирование или авария, к примеру, предотказное состояние, которое характеризуется статусом «недостоверный», или «ориентирующий», или «экстраполированный» [10]. На рисунке 4 такие статусы состояния на вероятностном графе показаны как классы 1, 2, 3, 6, которые характеризуются опасным ТС объекта мониторинга и требуют вмешательства оператора СППР (подсистемы мониторинга) СНО или АСУ ДС для ситуационного управления [6].
В отдельных случаях, при идентификации аварийного ТС наблюдаемого СРС или СНО после перевода АСУ ДС его на резерв, оператор подсистемы мониторинга должен по запросу получить от АИК СРМ доступную ИИ для более тщательной диагностики места отказа объекта мониторинга, поскольку для выявления отказа и проведения регулировок и тестовых проверок СРС и СНО только формализованного сигнала с классом его ТС недостаточно.
На шаге 21 формализованный сигнал о предотказном или неработоспособном техническом состоянии кодируют алгоритмами, используемыми в радиосвязи.
На шаге 22 формализованный сигнал о неработоспособном или предотказном ТС наблюдаемого СРС (СНО) излучают в свободное пространство.
Вторым этапом метода является процедура идентификации береговым АИК отказа, обнаруженного АИК на борту СРМ. Этап соответствует шагам 23-33.
На шаге 23 формализованный сигнал о неработоспособном (предотказном) ТС ОК от бортового АИК принимают радиоприёмным устройством (РПУ) берегового АИК.
На шаге 24 декодируют сигнал о предотказном или неработоспособном ТС СРС или СНО алгоритмами, которые используются системами радиосвязи.
На шаге 25 обрабатывают принятый от бортового АИК декодированный сигнал совместно с ИИ, хранящейся в БЗ берегового АИК и с показателями инструментального контроля, получаемым по каналам ТИ-ТС от объектовых АИК аварийных СРС и СНО, а также с ИИ предыдущих процедур технического обслуживания с записью результата в БЗ берегового АИК. В [14] подробно описан процесс идентификации отказа на втором этапе предложенного метода.
Распределенная БД
Подсистема мониторинга
^ 1 S3 г Д - -ft
с е г: - а, * -ft
-О * 1 -а - -ft
р. Сю о -ш-
СрС (СНО)
а) б)
Рис. 5. Вероятностный граф функционирования распределенной автоматизированной системы мониторинга СРС и СНО при определении финальной вероятности нормального функционирования системы Рнф и финальной вероятности отказа РОТк (а) и надёжностная схема замещения вероятностного графа автоматизированной системы мониторинга СРС и СНО при определении Рнф и Рот к через ошибки
контроля первого а и второго р рода (б)
Поскольку подсистема мониторинга СНО работает как обеспечивающая подсистема распределённой АСУ ДС (т.е. в виде элемента СППР), а ошибки типа «пропуска отказа» и «ложной тревоги» могут происходить как непосредственно в АПК, так и при трансляции аварийных сигналов по каналам телеметрической системы, то процедуру определения вида ТС СРС и СНО, можно представить многоэтапным вероятностным графом, показанном на рис. 4, описывающий процесс функционирования всей АСУ ДС. При этом процедура определения финальной вероятности нормального функционирования системы Рнф и финальной вероятности отказа Р0тк поясняется на рисунке 5.
Вероятностный граф АСУ ДС с учётом дополнительного этапа принятия решения в СППР на переход к резерву (восстановление оказавшего СРС и СНО) также можно представить надёжностной схемой замещения. Процесс расчёта финальной вероятности нормального функционирования системы Рнф с учётом ошибок контроля (а и Р) на разных этапах и её оценка имеет вид:
P. =1-1 1-Р V 1-
I,{l-(l- ?о,р„ )(1-P'a,,)}][1-P4,]))(!-PV«V)
Вычисление финальной вероятности отказа СРС (СНО) проводим по формуле:
PL =N 1-Р
р,,{l-(l-РЛЪ,)(1-P)}][l- P'])(1-P)рV.
1-
При этом в ходе этапа обнаружения предотказного и неработоспособного ТС осуществляют контроль комплексного показателя СРС и СНО А(з) по установленному порогу параметра а0. При соблюдении этого условия (например, Л(а) > з0) формируют сигнал о работоспособном ТС СРС
1 2 к
(СНО). Допуски на значения параметров х0, у ,..., у0 эксплуатационных СРС и СНО, назначают на разных к уровнях их функционирования (к= 1, 2, ..., К), с учётом доступа для съёма ИИ дистанционно. Порядок определение эксплуатационных допусков на параметры СРС и СНО представлен в [15].
При несоблюдении этого условия и выходе текущего значения комплексного показателя ТС за значения установленного допуска проводят измерение параметров локального уровня ИТКС (их текущих показателей ТС) объектовым АИК (на объекте размещения СРС или СНО), которые далее также сравнивают с значением допуска на конкретный
эксплуатационный параметр Л(з) > Зо для последующей идентификации отказа. В результате такого сравнения определяют работоспособное ТС СРС (СНО) (Л/) с вероятностью Р\ = Р(Л), либо его неработоспособное (предотказное) ТС
( N)с вероятностью Рг = I- Р\ = Р( N).
Таким же образом осуществляют идентификации нарушения работоспособности системы связи и СНО - её переход в предотказное и неработоспособное ТС (аварийное) - (А) на вышестоящих уровнях управления и контроля сети связи. Переход на очередной уровень выявления отказа производят если выполнено условие обнаружения аварийного ТС на предыдущем уровне, а также если наблюдаемые метрики эксплуатационных параметров на рассматриваемом уровне превысили пределы допусков.
На шаге 26 отображают на мониторе пульта оператора или коллективном табло отображения подсистемы мониторинга (АСУ ДС) ИИ о классе ТС аварийного СРС и СНО и критичном параметре.
На шаге 27 сохраняют в виде вейвлет-коэффициентов результат измерения параметров ОК и его совместной обработки в БЗ АСУ ДС (береговом АИК) [13, 14].
На шаге 28 выносят решение на ситуационное управление (включение резерва) СРС и СНО с последующим инструментальным контролем аварийного средства связи (регулировку параметров, повышение энергетики, ориентация антенны и пр.). Если по результатам обработки всей доступной ИИ из берегового, бортового и объектового АИК отказ объекта мониторинга не определен, то переход к шагу 34.
Если по результатам обработки всей доступной ИИ из берегового, бортового и объектового АИК отказ объекта мониторинга определен, то принимается решение на ситуационное управление СРС (СНО), для чего необходимо дать команду на повторную процедуру мониторинга включённого резервного полукомплекта СРС (СНО), т. е. переход к шагу 29. И только после этого могут быть начаты процедуры диагностики (определения места отказа) на аварийном комплекте.
На шаге 29 подают команду на СРМ для проведения повторного цикла мониторинга включённого резерва ОК по программе первого этапа метода с обходом (облётом) его ближней или дальней зоны. При обратном переходе с резервного на основной комплект СНО (СРС) также формируют сигнал на СРМ для повторного обхода ОК после завершения на нем процедуры диагностики.
На шаге 30 производят кодирование команды на СРМ для повторного обхода аварийного СРС и СНО методами, используемыми системами радиосвязи.
На шаге 31 передают в свободное пространство сигнал с формализованной командой на повторный обход (облёт) СРМ аварийного СРС или СНО.
На шаге 32 осуществляют приём бортовым радиоприёмным устройством СРМ сигнала с формализованной командой на повторный обход (облёт) СРС (СНО).
На шаге 33 производят декодирование сигнала на повторный обход (облёт) СРМ аварийного СРС (СНО), после чего повторяют процедуры первого этапа, шаги 11-22.
Завершающий этап включает репликацию (актуализацию) БЗ берегового АИК подсистемы мониторинга АСУ ДС полученной ИИ бортового АИК по шагам 34-37.
На шаге 34 останавливают процедуру мониторинга и возвращают СРМ на пункт постоянной дислокации (швартуют БЭВС к причалу порта, приземляют БПЛА).
На шаге 35 реплицируют (актуализируют) БЗ берегового АИК подсистемы мониторинга АСУ ДС с учётом выполненной программы мониторинга с помощью ИИ БЗ из бортового АИК СРМ. Для актуализации (переноса) информации баз данных могут использоваться как проводные каналы, так и беспроводные каналы связи (Ш/-П), либо отчуждаемый носитель (¿/5£>-накопитель).
На шаге 36 обновляют исходные данные процедуры предварительного этапа метода удалённого мониторинга функционального состояния СРС и СНО для процедур имитационного моделирования элементов системы связи и СНО и использования в учебно-тренировочных средствах для обучения судоводителей.
На шаге 37 формируют отчёты и протоколы измерений о ТС СРС и СНО по результатам экспресс-контроля, проведённого при процедуре цикла мониторинга.
Заключение
Новизна предложенного метода удаленного мониторинга функционального состояния средств связи и навигационного оборудования Росморречфлота отличается поэтапной процедурой идентификации класса ТС СРС и СНО, когда сначала происходит обнаружение нарушения функционирования (аварийной ситуации), а в последующем - распознавание вида отказа и идентификация класса ТС ОК с применением процедуры вейвлет-анализа. Это позволяет расширить перечень наблюдаемых стационарных и плавучих СНО (СРС), а также повысить оперативность процесса оценки их ТС, доведя до режима, близкому к реальному времени.
Практическая значимость представленного метода определяется доработкой теоретических положений прикладной теории надёжности до наглядных инструментов по внедрению на АСУ ДС районов водных путей и судоходства бассейнов ВВП РФ эффективной подсистемы удалённого мониторинга.
Предлагаемый метод может быть применен:
- пр вводе средств связи и СНО в эксплуатацию;
- при периодических плановых поверках СрС и СНО и в ходе их технического обслуживания (инструментальном контроле);
- при неплановых поверках СрС и СНО, связанных с замечаниями (жалобами) капитанов судов на некорректное функционирование СНО, а также при воздействиях на систему связи и СНО искусственного и естественного характера (техногенных катастроф, ураганов и пр.);
- при разработке и испытаниях новых образцов средств связи и СНО, систем посадки и радионавигационных систем гидродромов и посадочных площадок морских буровых платформ, а также для пилотируемой и беспилотной авиации наземного и морского базирования;
- при выполнении научно-исследовательских работ в области совершенствования средств связи и СНО и повышения их эффективности функционирования;
- при повышении квалификации специалистов речного и морского флота.
Литература
1. БекряшевВА,, Каретников В.В., Ясное А,П, Система мониторинга плавучей навигационной обстановки на внутренних водных путях Российской Федерации II Морская радиоэлектроника. 2016. № 2. С. 20-23.
2. Красников В.В., Сикарев A.A. Создание современной инфраструктуры управления движением судов в Карском море с использованием автоматизированных идентификационных систем II Морская радиоэлектроника. 2014. № 4. С. 34-37.
3. Федотов A.A., ЕмелинВ.И. Обоснование сетецентрических систем радиоэлектронного мониторинга II Морская радиоэлектроника. 2018. № 1. С. 10-15.
4. Аллакин В.В., Будко Н.П, Васильев Н.В. Общий подход к построению перспективных систем мониторинга распределенных информационно-телекоммуникационных сетей II Системы управления, связи и безопасности. 2021. № 4. С. 125-227.
5. Мирошников В И, Будко ПА, Винограденко AM, Меженов AB. Комплексный подход в работе автоматизированной системы контроля в телеметрии технического состояния объектов связи морского базирования II Морская радиоэлектроника. 2018. № 4. С. 8-14.
6. Каретников В.В., Будко Н.П, Аллакин В.В. Синтез подсистемы интеллектуального мониторинга информационно-телекоммуникационной сети ведомственного ситуационного центра II Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2021. № 3. С. 64-81.
7. Войтович H.H., Жданов Б.В. Способ летных проверок наземных средств радиотехнического обеспечения полетов и устройства
для его применения // Патент на изобретение RU 2501031 С2, опубл. 10.12.2013, бюл. № 34.
8. Приказ Минтранса РФ № 1 от 18.01.2005. Об утверждении Федеральных авиационных правил «Летные проверки наземных средств радиотехнического обеспечения полетов, авиационной электросвязи и систем светосигнального оборудования аэродромов гражданской авиации» // РГ № 3733. 31.03.2005.
9. Винограденко А М, Меженов A.B., Будко Н.П. К вопросу обоснования понятийного аппарата неразрушающего экспресс-контроля технического состояния оборудования системы связи и радиотехнического обеспечения аэродрома II Наукоемкие технологии в косми-ческихисследованиях Земли. 2019. Т. 11.№ 6. С. 30-44.
10. Клюев В.В., Соснин Ф.Р. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник. М.: Машиностроение, 2005. 656 с.
11. Аллакин В.В., Голюнов М.В. Анализ научно-методического аппарата удаленного мониторинга технического состояния информационно-телекоммуникационных сетей и систем II Техника средств связи. 2020. № 4 (152). С. 17-37.
12. Будко ПА. Управление ресурсами информационно-телекоммуникационных систем. Методы оптимизации. Санкт-Петербург: ВАС, 2012. 512 с.
13. Будко ПА, Жуков ГА, Винограденко AM, Гойденко В.К. Определение аварийного состояния морского робототехнического комплекса по многоэтапной процедуре контроля на основе использования вейвлет-преобразований II Морская радиоэлектроника. 2016. № 4 (58). С. 20-23.
14. Karetnikov V.V, Allakin V.V, Budko P.N, Butsanets A.A. Monitoring of the technical state ofcommunication and navigation equipment used for the inland waterways. -DOI 10.1088/1742-6596/2032/1/012083 II Journal of Physics: Conference Series. - Novosibirsk: International Conference on IT in Business and Industry (ITBI2021) 12-14 May 2021, 2021. Vol. 2032. № 012083. Pp. 1-14.
15. Абрамов O.B. Планирование профилактических коррекций параметров технических устройств и систем II Информатика и системы управления. 2017. № 3. С. 55-66.
METHOD OF REMOTE MONITORING OF THE FUNCTIONAL STATE OF COMMUNICATIONS AND NAVIGATION EQUIPMENT OF ROSMORRECHFLOT
VLADIMIR V. ALLAKIN
St. Petersburg, Russia, vladimir@duduh.ru
NIKITA P. BUDKO
St. Petersburg, Russia, budko62@mail.ru
MIKHAIL V. GOLYUNOV
St. Petersburg, Russia, belka1213@mail.ru
VLADIMIR V. KARETNIKOV
St. Petersburg, Russia, kaf_svvp@gumrf.ru
ABSTRACT
Relevance: the most effective approach to reducing accidents and ensuring safe navigation on the inland waterways of Russia has proven to be the transition from pilotage to instrumental navigation, as well as the introduction of more advanced information and telecommunication technologies in the process of vessel traffic management and remote monitoring, which leads to the creation of hierarchical systems in Rosmorrechflot based on situational centers responsible for safety of navigation. Purpose of the work: development of a method for remote monitoring of the functional state of communications and navigation equipment. Methods used: to implement the remote monitoring method, monitoring tools using unmanned vessels are most applicable. Novelty: the proposed method makes it possible to use radio engineering and radio navigation means widely used on shore and on water vessels, emitting in the radio or optical wave range, as objects of control and monitoring, and
KEYWORDS: automated measuring complex, measuring information, monitoring, radio communications, unmanned watercraft.
as a means of monitoring - small unmanned water vessels of various classes, with the placement of on-board automated measuring complexes on them, which have replaceable equipment for the tasks to be solved control and measuring equipment. The result obtained: in the developed method, the monitoring process is carried out according to the following stages: preliminary to the implementation of the procedure of tele-measurements, preparation and input of initial data into the onshore and onboard automated measuring complexes are carried out; at the first stage, measurements of remotely accessible parameters of the far and near zone of controlled objects are carried out on board the monitoring equipment with the transmission of emergency signals to the shore; at the second stage, the collected measuring information is processed by an onshore automated measuring complex with the establishment of classes of the technical condition of monitoring objects; at the end, reports are prepared in the interests of the situational vessel traffic control center.
REFERENCES
1. V. A. Bekryashev, V. V. Karetnikov, A. P. Yasnov. Monitoring system for floating navigation conditions on the inland waterways of the Russian Federation. Marine radioelectronics. 2016. No. 2. Pp. 20-23. (in Russian)
2. V. V. Krasnikov, A. A. Sikarev. Creation of a Modern Infrastructure for Vessel Traffic Control in the Kara Sea Using Automated Identification Systems. Marine Radioelectronics. 2014. No. 4. Pp. 3437. (in Russian)
3. A. A. Fedotov, V. I. Emelin. Substantiation of network-centric systems of radio-electronic monitoring. Marine radioelectronics. 2018. No. 1. Pp. 10-15. (in Russian)
4. V. V. Allakin, N. P. Budko, N. V. Vasiliev. A general approach to the construction of advanced monitoring systems for distributed information and telecommunications networks. Systems of Control, Communication and Security, 2021, no. 4, pp. 125-227. DOI: 10.24412/2410-9916-2021-4-125-227 (in Russian)
5. V. I. Miroshnikov, P. A. Budko, A. M. Vinogradenko, A. V. Mezhenov. An integrated approach to the operation of an automated control system in the telemetry of the technical condition of sea-based communication facilities. Marine radioelectronics. 2018. No. 4. Pp. 814. (in Russian)
6. V. V. Karetnikov, N. P. Budko, V. V. Allakin. Synthesis of subsystem of intelligent monitoring of information and telecommunication network of departmental situational center. Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Management, Computer Science and Informatics. 2021, no. 3, pp. 64-81. (In Russ.) DOI: 10.24143/20729502-2021-3-64-81.
7. N. I. Voitovich, B. V. Zhdanov. The method of flight checks of ground-based means of radio-technical flight support and devices for its application. Patent for invention RU 2501031 C2, publ. 12/10/2013, bul. No. 34.
8. Order of the Ministry of Transport of the Russian Federation No. 1 dated January 18, 2005. On approval of the Federal Aviation Rules
"Flight checks of ground-based means of radio-technical flight support, aviation telecommunications and lighting systems of civil aviation airfields". RG No. 3733. 31.03.2005. (In Russian)
9. A. M. Vinogradenko, A. V. Mezhenov, N.P. Budko. To the question of substantiation of the conceptual apparatus nondestructive express control of technical condition equipment of communication system and aerodrome radio engineering support. H&ES Research. 2019. Vol. 11. No. 6. Pp. 30-44. doi: 10.24411/2409-5419-2018-10293 (In Russian)
10. V. V. Klyuev, F. R. Sosnin. Non-destructive testing and diagnostics: a reference book. Moscow. Mashinostroenie, 2005. 656 p. (In Russian)
11. V. V. Allakin, M. V. Golyunov. Analysis of the scientific and methodological apparatus for remote monitoring of the technical condition of information and telecommunication networks and systems. Means of communication equipment. 2020. No. 4 (152). C. 17-37. (In Russian)
12. P. A. Budko. Resource management of information and telecommunication systems. Optimization methods. St. Petersburg: VAS, 2012. 512 p. (In Russian)
13. P. A. Budko, G. A. Zhukov, A. M. Vinogradenko, V. K. Goydenko. Determination of the emergency state of the marine robotic complex by a multi-stage control procedure based on the use of wavelet transforms. Marine radioelectronics. 2016. No. 4 (58). Pp. 20-23. (In Russian)
14. V. V. Karetnikov, V. V. Allakin, P. N. Budko, A. A. Butsanets. Monitoring of the technical state of communication and navigation equipment used for the inland waterways. DOI 10.1088/17426596/2032/1/012083. Journal of Physics: Conference Series. Novosibirsk: International Conference on IT in Business and Industry (ITBI 2021) 12-14 May 2021, 2021. Vol. 2032. № 012083. Pp. 1-14.
15. O. V. Abramov. [Planning of preventive corrections of parameters of technical devices and systems. Informatika i sistemy upravleniya [Informatics and control systems]. 2017. No. 3. Pp. 55-66. (In Russian)
INFORMATION ABOUT AUTHORS:
Vladimir V. Allakin, postgraduate student, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Admiral S. O. Makarov State University of the Sea and River Fleet", St. Petersburg, Russia.
Nikita P. Budko, postgraduate student, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Admiral S. O. Makarov State University of the Sea and River Fleet", St. Petersburg, Russia
Mikhail V. Golyunov, Postgraduate of the Military Academy of Communications. St. Petersburg, Russia
Vladimir V. Karetnikov, Head of the Department of Navigation on Inland Waterways of the Admiral S.O. Makarov State University of Marine and River Fleet, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, St. Petersburg, Russia
For citation: Allakin V. V., Budko N. P., Golyunov M. V., Karetnikov V. V. Method of remote monitoring of the functional state of communications and navigation equipment of Rosmorrechflot. H&ES Reserch. 2023. Vol. 15. No. 1. P. 10-20. doi: 10.36724/2409-5419-2023-15-1-10-20 (In Rus)
