CC BY
42
___________________________________ © Н.И. Федунец, Хла Мо Аунг,
2010
Н.И. Федунец, Хла Мо Аунг
МЕТОДЫ АНАЛИЗА ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ И СИТУАЦИЙ В ПОРТУ ЯНГОН
Моделируется работа системы транспортировки нефти в порту Янгон для оптимальной загрузки нефтехранилищ решается научная и практическая задача повышения качества процесса транспортировки нефти танкерами. Решение основано на применении современных методов компьютерного моделирования, поддержки принятия решений. Результаты используются для теоретического построения математическое теории , как и для методы анализа транспортных потоков и ситуаций в порту Янгон.
Ключевые слова: вероятность; пропускная способность; время ожидания; скорость; транспортный поток.
f~W нгон порт — морской и речной порт в дельте реки Янгон,
Л примерно в 27 км к юго-западу от города Янгона Союза Мьянма. В работе [6] описано моделирование работы системы транспортировки нефти в порту Янгон для оптимальной загрузки нефтехранилищ и построения математическое теории.
При движении судна по каналу или фарватеру оно подвергается действию ветра, течения или их совместному действию. В результате судно при движении занимает полосу определенной ширины B'.
B = L ■ sin(a + 3) + B ■ cos(a + 3) + v ■ t ■ sin Y , где L - максимальная длина судна, м; а - угол ветрового дрейфа; В -ширина судна, м; в - угол сноса от течения; V - скорость движения судна, м/сек; t - время рыскания, сек; Y - угол рыскания.
При определенных скоростях движения судна по каналу V , параметрах рыскания t и Y, ширина полосы движения B' будет зависеть для конкретного судна от углов а и р.
Для определения допустимых значений ветра и течения необходимо построить графики B' =f (VC, rB, VT, rT ) для конкретного судна, где VC, rB, VT, rT скорости а курсовые углы кажущегося ветра и течения.
Сравнивая ширину полосы B с шириной фарватера или входных ворот можно определить значения ветра, течения л их направ-
ления, являющиеся предельными для прохождения судна по каналу.
Наибольшие значения углов а и в будут при курсовых углах ветра и течения, близких к траверзным. В общем случае направление ветра не совпадает с направлением течения. Скорость течения связана со скоростью ветра при определенных условиях по формуле Экмана [1], но в условиях порта Янгон, где ограничивающим вход фактором является ширина входных ворот, это зависимость нереальна. Непосредственно у ворот скорость течения достигает значительных величин, о чем свидетельствует интенсивная зано-симость канала в районе входных ворот.
В таких условиях целесообразным является расчет ширины полосы движения при наиболее неблагоприятных направлениях ветра и течения, при определенней скорости течения Ут..
Для анализа влияния ветра и течения на ограничение судопо-тока в порт Янгон все суда разделены на 4 группы по водоизмещение и для судна каждой группы рассчитаны графики
В' = f (г£, УВ ) при скорости движения судна 5 узлов, скорости течения 2 узла и его направлении поперек канала (здесь гВ и УВ
направление и скорость истинного ветра).
Углы дрейфа а рассчитывались методом С.И. Демина [2] и затем пересчитывались для истинного направлений и вкоростей ветра по формулам [3]
У2 + У2 - У2
гп = г + а + соэ- п к с
2УУ
Уп = У? + Ус2У-2Ук 0С8(/ +а),
где Уп - скорость истинного ветра; Ук - скорость кажущегося ветра; Ус- скорость хода судна; гк - угол дрейфа судна; гВ - угол кажущегося ветра; гВ - угол истинного ветра.
Анализ продолжительности погоды со скоростью ветра W м/с в порт Янгон
Как было показано в (3) погодные условия оказывают существенное влияние на возможность прохода судами входного канала. Вследствие различных погодных условий пропускная способность канала в различные месяцы будет неодинакова. Для воз-
можности оценки влияния погодных условий была проанализирована продолжительность погоды в п. Янгон с определенной силой ветра за 11 лет с 1995 года по 2005 год включительно по каждому месяцу отдельно [ 4 ] .
В качестве граничных принимались значения Wl = 8 м/с, W2= 10 м/с, W3 = 15 м/с. Для каждого месяца определялись характеристики распределения продолжительности погода со скоростью ветра W<W1, и W>W^ По выбранным значениям Т;^< W1) и Т (W>W1)для каждого месяца построены гистограммы, определены математические ожидания Т и средние квадратические отклонения от. Близость значений Т и от, а также вид гистограмм показывают, что распределение продолжительности погоды с ограниченной скоростью ветра близко к экспоненциальному. Для проверки гипотезы о возможности описания продолжительности T1(W< W1) и Т1 (W>W1) экспоненциальным законом распределения был использован критерий а2 Пирсона.
Проверка на экспоненциальный закон распределения Общее число случаев за 11 лет N= 96, —
_ Л N
В данном случае величина х2 имеет 4 степени свободы и соот-
об очень хорошем совпадении экспериментальных данных с теоретическим распределением. Таким образом, можно принять, что в январе месяце продолжительность погоды со скоростью ветра более 8 м/сек подчиняется усеченному экспоненциальному распределению с параметрами
X =----= 2,88 • 10-1 1/час и Т0= 2 час. (нижняя граница, равная ми-
Среднее квадратическое отклонение оТ = 33,4Т , N = 96,
ветствует вероятности Р(X2 !>х р) * 0,8 [5]. Это свидетельствует
тТ
нимальной продолжительности интервала).
315
Разряды i Интервал Количество случаев в разряде п Высота гистограмы и - п Теоретяческая вероятность попадания в разряды Р, N • р £ § 1 <
Тц час Т21 час
N (4 - т)
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2,4 7,2 13,5 2,93^ 10-2 0,129 12,4 9,76^ 10-2
2 7,2 14,4 17,5 2,53^ 10-2 0,164 15,7 2,06-10-1
3 14,4 24,0 17 1,8410-2 0,171 16,4 2,1910-2
4 24,0 36,0 16,5 1,43^ 10-2 0,157 15,1 1,29^10-1
5 36,0 60,0 1,5 0,59^ 10-2 0,189 18,1 1,17
6 60,0 165,6 18 0,1810-2 0,190 18,3 4,92^10-3
Таблица 2
Вероятность и продолжительности ветра со скоростью 13,8 м/с
Месяц P 13,8 T 13,8 час. Месяц P 13,8 T 13,8 час.
1 2 3 1 2 3
январь 0,137 23,33 июль 0,041 13,35
февраль 0,076 23,33 август 0,078 30,21
март 0,043 12,84 сентябрь 0,07? 19,35
апрель 0,042 17,24 октябрь 0,09? 18,70
май 0,038 13,70 ноябрь 0,094 20,38
июнь 0,038 16,35 декабрь 0,119 12,24
за год 0,074 19,36
Таким же образом обработаны остальные 11 месяцев. Результаты обработки сведены в табл. 2.
f (T) = Л exp Л(Т0 - T), где Л = —
mT
За 11 месяцев наблюдалось 96 случаев погода с W > 8 м/с общей продолжительностью 3329,3 ч. Средняя продолжвтельность TS = 3329,3/96 = 34,68 ч.
Учитывая, что общая продолжительность рассматриваемого периода равна 8150 ч, найдем вероятность наличия в данный момент погода с W > 8 м/с.
3329 3
= 33293 = о.4о8
S 8150
Вероятность того, что W < 8 м/с, равна 1 - Ps ,
Аналогично для 69 случаев с W> 10 м/с общей продолжительностью 2248,8 ч и 37 случаев с W> 15 м/с общей продолжительностью 754,8 ч найдем.
2248.8 2248.8
Р0 =-------= 0.276, р0 =-------------= 32.59 ч,
10 8150 10 96
754.8 754.8
р5 =-------= 0.093 , р5 =--------= 20.40 ч.
15 8150 15 37
Анализ продолжительности погоды с различной скоростью ветра W показывает, что для 10<W< 15 м/с значения Pw и Tw могут быть получены линейной интерполяцией
15 - Ж 15 - Ж
Р. = Р + —^(Ро -Р15); Т. = Т15 + (Тю -Г15)
Учитывая, что портовые перегрузочные средства прекращают работу при ветре около 7 б, определим Р и Т для W = 13,8 м/с. (табл. 2)
Определение пропускной способности канала порт Янгон
Важной характеристикой подходного канала является его пропускная способность - количество судов, которое может безопасно пройти по нему за единицу времени. Пропускная способность зависит от установленной скорости движения, типов судов, их водоизмещения инерционных свойств, принятой очередности выхода и входа, гидрометеоусловий.
Расчет безопасных расстояний между судами в потоке
В зависимости от водоизмещения судов и рода перевозного груза все суда перспективного судооборота порт Янгон условно разделены на 8 групп: 4 группы судов с нефтеналивными и химическими наливными грузами, 3 группы сухогрузных судов и I группа судов МРХ. Для каждой группы выбрано типовое судно, для которых, в дальнейшем проведен анализ пропускной способности подходного канала, данные по группам судов и расчетному количеству судоиоходов приведены в табл. 3.
Для обеспечения безопасности плавания в канале необходи-мо,чтобы дистанция до впереди идущего судна было не менее;
AS > Б+А(У , (1)
где ЛS - расстояние до впереди идущего судна, М; V - скорость движения, м/сек; St _ - тормозной путь судна на скорости V, М; Л1 -время, достаточное для обнаружения уменьшения расстояния до внезапно остановившегося впереди идущего судна.
Рассмотрение тормозных характеристик различных судов показывает, что скорость при активном торможении падает практически линейно и в первом приближения можно считать аУ2, (2)
где а - параметр, характеризующий тормозные свойства судна,
2 -1 сек м .
Таблица 3
№ Типы судов, входящих каличество заходов
ГРУп- в группу 2000 год 2005 -2009 годы
па вариант I вариант II вариант III вариант IV вариант V
1 "KyanTineAung" - - - - 45
2 "Yangyiaung" 1б7 182 232 234 177
з "Myit Kyi Nar" 9б8 1037 818 87б 747
4 "Irrawaddy" б78 702 811 935 938
5 "MSFL" 15 15 1б 1б 1б
б "G-Ster" 73 73 85 85 85
7 "Yangon" 3б0 3б0 295 295 295
8 Тр. Типа остров (суда МРХ) 43 43 70 70 70
2304 2412 2327 2511 2370
Таблица 4
Осредненные значемя параметре "а" для судов каждой группы
Номера групп 1 2 3 4 5 6 7 8
Длина судна L , м 270 230 18б 110 215 187 140 150
а в грузу 72 55 30 1б 55 30 21 21
сек2м1 в балласте 35 22 18 10 - - - -
В табл. 4. приведены осредненные значения параметра а для судов каждой группы, определенные по данным натурных испытаний тяги и подобных им судов.
Время А( в дальнейшем анализе пропускной способности канала принималось равным 120с для наливных судов и 60 с для сухогрузных судов. Рассчитанные по формуле (1) безопасные расстояния до впереди идущего судна для судов различных групп в зависимости от скорости приведены на рис 1).
Методика расчет предельной пропускной способности канала в порту Янгон
Рассмотрим прямолинейный канал длиной по которому следуют суда длиной L , имеющие тормозной путь «=аУ2.
Пусть в общем случае вначале пропускается т судов в одном направлении, а затем через некоторое время А tzan , обеспечивающее безопасность, движения, пропускается т судов в обратном направления, В этом случае 2 т судов пройдут через канал за время
Рис. 1. Расстояние между судами в канале (1 - номер группы)
+ mL + (т-1)аУ2 , .
і = 2(---------у----------+ (т - 1) А + &а„) , (3)
За время Т по каналу пройдет п судов:
ТтУ
п =--------------------2---------------------- , (4)
S + тЬ + (т - 1)аУ + (т - 1)УДі + УДї2ап
Оптимальной скоростью(с точки зрения пропускной способности) будет скорость УопЬ при которой за время Т по каналу пройдет максимальное количество судов.
У =
опі
S + тЬ
(т - 1)а
Скорость движедения (м/с)
Рис 2 пропускная способность канала порт Янгон для судов типа “Yangon” (m-количество судов, пропускаеных одновременно в одном направлении)
Для подходного канала порт Янгон наиболее напряженным является участок от развилки подходных фарватеров до поворота в аванпорт. Длину этого участка, который используют все суда, посещающие порт Янгон, можно принять в 10 кб., т.е. S= 1852 м. Результаты расчета предельной пропускной способности этого участ-
ка при различных т и V за Т = 1 час приведены на графиках (рис. 2). При расчете принималось ^гап= 300 с.
Результаты расчета показывают, что при одиночном проходе судов через канал (т = 1) пропускная способность канала практически не зависит от типов проводимых судов. В случае т > 2 пропускная способность существенно зависит от типов судов, уменьшаясь с увеличением водоизмещения судов. Пропускная способность канала была рассчитана для среднестатистического судна судопо-тока порта Янгон:
Здесь pi, Li, ai - вероятность появления, длина и значение параметра, характеризующего инерционные свойства судна i-й группы.
Рассчитанные значения пропускной способности для среднестатистического судна практически совпадают с пропускной способностью судов типа "Yangon" и могут быть сняты с графика (рис.
Методика расчёта пропускной способности канала порт Янгон для судов
В (4) показано, что продолжительность периода времени с ограниченной скоростью ветра может считаться подчинящейся показательному закону с параметром . Как известно, для по-
казательного закона на характеристики распределения не влияет, совпадает ли начало отсчета с началом интервала: если промежуток времени, распределенный по показательному закону, уже длился некоторое время Т ,то это никак не влияет на закон распределения оставшейся части промежутка: он будет таким же, как и закон распределения всего промежутка Т.
Поэтому для входящих в порт судов (или выходящих) среднее время ожидания погоды может быть найдено, как произведение вероятности попадания в плохую погоду Pw на среднее время периода плохой погоды Т^
n
n
2).
Таблица 5
№ групп Время ожидания погоды входящими судами , X п , СУ,
2000 год 2005 - 2008 г.г.
Вариант I Вариант II Вармант I Вараакт II вариант III
I. - - - - 345,8
2. 784,5 855,0 1039,8 1099,2 Е528.3
3. 3398,4 2557,1 2212,8 3 399,3 1053,2
4. 960,5 994,5 1143,9 1324,3 1324,6
5. 70,4 70,4 75,2 75,2 75,2
6. 521,3 521,3 515,7 515,7 Ы5.7
7. 510,0 510,0 417,9 417,9 4-17,9
8. 61,0 61,0 99,2 99,2 99,2
танкера 4143,4 4406,6 4451,5 4823,6 4057,4
Сухогрузы 1082,7 1083,7 1108,0 1108.0 1103,0
где j - номер месяца, i - номер группы, к которой принадлежит судно; в соответствии с этим номером выбирается предельная скорость ветра W .
Суммарное время
Тш = К • (7)
?
где - количество судозаходов судов i -й группы.
К этому времени следует добавить время простоя вследствие перерыва в работе порта
Г = ц ■ К ■ Р ■ (365 X 24) , (8)
где Рк - средняя вероятность плохой погоды за год (Рк = 0,074), ц - количество причалов, обслуживавших суда i -ой группы; К -
коэффициент занятости причала (в дальнейшем принимаем К = 0,7).
Расчеты по формулам (6 - 8) для наливных судов за прошедшие годы дают следующие величины
2005 г. Тп = 1663,6 сч , Т'п = 2722.6 сч ,
Суммарное время ожидания погоды.
ТОП = Тп + Т'п = 4386 сч (по данным отчета Янгон порт 6343,2 сч) ,
2006 г. Тп =1857,6 сч , Т = 2722.6 сч ,
ТОП= 4580 сч (по данным отчета порт Янгон - 5409,4 сч) ,
В табл. 5 приведены данные расчета по формулам (6, 7) для расчетного судооборота порт Янгон. При этом для судов I группы принималось W = 8 м/с, для судов 2 и 5 групп - W = 10 м/с, для остальных группы W = 13,8 м/с.
Поскольку расчетный судооборот имеет предел только для отечественных судов, в соответствие со статистикой фактических судозаходов принято при расчете: заход иностранных танкеров -0,4 от отечественных (все отнесены к 3-й группе), сухогрузных судов - 0,6 от отечественных (все отнесены к 6-й группе).
К приведенным числам следует добавить рассчитанные по формуле (8) значения ^ отдельно для сухогрузов и танкеров.
-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дренлпг В.В., Пифрин Л.С. Навигационная гидрометеорология, М.,"Транспорт", 1970. стр. 296
2. Деинн С.И. Зависимость ветрового дрейфа судна от формы корпуса. Труды ЦНИИМФ, вып.190,Л., "Транспорт", 1974. стр. 27-34.
3. Воиткунтский Я.И. и др. Справочник по теории корабля, Л., "Судостроение", 1973. стр. 512.
4. Материалы метеонаблюдений ГМС порта Янгон.
5. Крамер Г. Математические методы статистики. М., "Мир", 1975. стр. 648.
6. Хла Мо Аунг. Ситуационный подход к управлению в порту Янгон. // Гор-
ный информационно-аналитический бюллетень, «Информатизация и управление-2», ОВ 11.-2008, стр. 329-339. ЕШ '
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------
Федунец Н.И. - доктор технических наук, профессор, зав кафедрой АСУ.
Хла Мо Аунг - аспирант кафедра АСУ,
Московский государственный горный университет.
Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
