CC BY-NC
34
DOI: 10.24937/2542-2324-2019-2-S-I-248-253 УДК 656.61.08+629.54
А.В, Баляев
ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта», Нижний Новгород, Россия
О РАЗРАБОТКЕ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ УГРОЗЕ ЗАТОПЛЕНИЯ РЕЧНОГО ВОДОИЗМЕЩАЮЩЕГО СУДНА
Рассмотрены проблемы создания системы поддержки принятия капитаном речного водоизмещаюгцего судна решения о готовности к использованию штатных технических средств спасения пассажиров и экипажа при угрозе скоротечного затопления судна.
Ключевые слова: водоизмегцаюгцее судно, безопасность плавания, упреждающий мониторинг, скоротечная авария, поддержка принятия решений.
Автор заявляет об отсутствии возможных конфликтов интересов.
DOI: 10.24937/2542-2324-2019-2-S-I-248-253 ('IX' 656.61.08+629.54
A. Valyaev
Volga State University of Water Transport, Nizhny Novgorod, Russia
ON DEVELOPMENT OF FLOODING RESPONSE SUPPORT SYSTEM FOR RIVER-GOING DISPLACEMENT VESSEL
This paper discusses the challenges in development of decision-making support system for shipmaster of a river-going displacement vessel about the readiness to employ standard rescue tools for passengers and crew in case of fulminant flooding threat. Keywords: displacement ship, navigation safety, foresight monitoring, fulminant emergency, decision support system. Author declares lack of the possible conflicts ofinterest.
Введение
Introduction
Обеспечение безопасности судоходства на внутренних водных путях приобретает все большую значимость в связи с развитием внутреннего туризма и оптимизацией расходов на перевозки грузов. Аварии на водном транспорте приводят к повреждениям судов, потере грузов, кораблекрушениям и, в худших случаях, к человеческим жертвам. Значительная часть аварий речных во-доизмещающий судов, приводящих к серьезным повреждениям судна (или к его гибели) и человеческим жертвам, происходит по причине скоро-
течного затопления судна; по данным исследований доля таких аварий составляет 95,2 % [1] (рис. 1). В качестве примеров можно привести следующие крушения:
■ теплоход «Булгария», 10.07.2011, Куйбышевское водохранилище, р. Волга (Россия). 122 жертвы, 79 пострадавших [2];
■ паром «Шариатпур-1», 13.03.2012, р. Мегхна (Бангладеш). 142 жертвы, 60 пострадавших [3];
■ паром, 30.04.2012, р. Брахмапутра (Индия). 100 жертв, 150 пропавших без вести, 80 пострадавших [3];
■ теплоход «Дунфанчжисин», 01.06.2015. р. Янцзы (Китай). 442 жертвы. 12 пострадавших [4].
Дяя цитирования: Валяев А.В. О разработке системы поддержки принятия решений при угрозе затопления речного водоизмещаюгцего судна. Труды Крыловского государственного научного центра. 2019; Специальный выпуск 2: 248-253.
For citations: Valyaev A. On development of Hooding response support system for river-going displacement vessel. Transactions of the Krylov State Research Center. 2019; Special Edition 2: 248-253 (да Russian).
Очевидно, что обеспечение безопасности плавания судов является непреходящей актуальной задачей. Оборудование судов радионавигационными системами, средствами радиолокации, глобальными интегрированными навигационными комплексами, электронными картографическими навигационно-информационными системами способствовало существенному повышению уровня автоматизации и качественному изменению методов судовождения, но вместе с тем пока не привело к заметному улучшению ситуации с обеспечением безопасности пассажиров и членов экипажа при скоротечных затоплениях судов.
Как определено международными и отечественными нормативными актами по организации безопасного судоходства, при аварийном происшествии или кораблекрушении судно можно оставить лишь тогда, когда ему «грозит неминуемая гибель», и только капитан имеет право определить, в соответствии с фактически складывающейся ситуацией, момент оставления судна и отдать распоряжения об эвакуации пассажиров и членов экипажа, а также порядке ее реализации. Вместе с тем, как показывают материалы расследований аварийных происшествий и кораблекрушений, возникающая на судне в таких экстремальных ситуациях паника не способствует принятию капитаном своевременных и оптимальных решений по эвакуации пассажиров и членов экипажа.
В целях сокращения времени принятия решений капитаном судна при аварийном происшествии, снижения уровня влияния субъективного фактора, повышения эффективности реализации спасательных операций рассматривается задача разработки цифровой системы поддержки принятия решений об использовании средств спасения при угрозе скоротечного затопления речного водоиз-мещающего судна (далее - СППР). Программно-аппаратная реализация СППР обеспечит упреждающий мониторинг состояния речного водоизмеща-ющего судна как объекта, функционирующего в условиях потенциального риска затопления. Осуществляя в режиме online сбор и анализ информации о событиях в наблюдаемых судовых системах и сервисах, а также контроль значений ключевых параметров, СППР позволит своевременно выявлять закономерности и корреляции в событиях и таким образом предоставлять вахтенному начальнику обобщенную картину текущего состояния судна, выявлять тенденции его нежелательных изменений и отображать на дисплее содержание информационных сообщений.
Ш
Ш Затоплениен
^ Повреждение корпуса
□ Повреждение машин и механизтов
Ш Повреждение устройств
H Пожары и взрывы
Рис. 1. Процентное соотношение аварий речных водоизмещающих судов, повлекших за собой человеческие жертвы
Fig. 1. Percentage of emergencies with river-going displacement vessels that led to human casualties
Об аппаратной реализации средств спасения при угрозе скоротечного затопления речного водоизмещающего судна
Hardware implementation of fulminant flooding response tools
Структурная схема СППР включает в себя следующие три уровня:
■ уровень датчиков, с которых снимаются значения параметров, характеризующих текущее состояние судна;
■ серверный уровень, в котором производится обработка поступающей информации и хранение ее результатов;
■ пользовательский уровень, позволяющий капитану (вахтенному начальнику) видеть обобщенную картину актуального состояния судна (рис. 2).
В качестве датчиков-измерителей осадки судна (рис. 3) предполагается использование гидростатических уровнемеров, которые врезаются в корпус судна на носу, корме, а также на миделе с правого и левого бортов. Данные датчики позволят в режиме реального времени отслеживать осадку судна по величине давления создаваемого водяным столбом. Также их можно использовать для контроля показаний гироскопа, при определении крена и дифферента судна.
В качестве датчиков-измерителей уровня жидкости во всех цистернах (танках) судна,
A.B. Валяев. О разработке системы поддержки принятия решений при угрозе затопления речного водоизмещающего судна
Индикация информации о текущем значении угла крена Индикация состояния люковых закрытий, крышек водонепроницаемых отсеков, иллюминаторов Индикация сигнала о нахождении судна в штатном режиме
Индикация информации о текущем значении угла дифферента Индикация сигнала готовности к использованию штатных технических спасательных средств
Индикация информации о текущем значении осадки судна Индикация сигнала о покидании судна пассажирами и экипажем
Рис. 2. Схема информационного табло средств спасения при угрозе скоротечного затопления речного водоизмещающего судна
Fig. 2. Layout of information display for rescue tools aboard a river-going displacement vessel for combating fulminant flooding threat
Рис. 3. Расположение датчиков средств спасения при угрозе скоротечного затопления речного водоизмещающего судна
Fig. 3. Locations of rescue tool sensors for fulminant flooding response aboard river-going displacement ship
- Датчики, измерители уровня жидкости в отсеках трюма судна
— Датчики, измерители осадки с^^на
° — Датчик, измеритель крена/дифферента судна
164 154
130 126 99 81 65 45
а также в отсеках трюма (на случай затопления), предполагается использовать кондуктометриче-ские, а также поплавковые датчики. Это обеспечит своевременный контроль уровня свободной поверхности жидкости, а также позволит учитывать влияние момента инерции, создаваемого жидкостями, на судно.
В качестве датчиков-измерителей крена и дифферента судна предполагается использовать модуль цифрового гироскопакселерометра. Данный датчик устанавливается в диаметральной плоскости судна.
В качестве датчиков, позволяющих проверить на предмет закрытия иллюминаторы, люковые закрытия, крышки водонепроницаемых отсеков, предполагается использовать герконы.
Также для полноценного выполнения функций СППР на судне должна быть установлена метеостанция, позволяющая замерять как ветровые характеристики, так и характеристики волнения.
Об алгоритмах функционирования средств спасения при угрозе скоротечного затопления речного водоизмещающего судна
Software algorithms of fulminant flooding response tools
Для принятия решений и последующих мер в условиях дефицита времени и психологического стресса, при переизбытке одной части и недостатке другой части информации, а также ее противоречивости капитан судна должен безошибочно и незамедлительно получить ответ на вопрос: каков временной предел эффективности принимаемых мер, а в особо опасных случаях - каким временем располагает капитан для спасения людей [5]? Ответ на данный во-
прос осложнен многообразием ситуационных условий, а в целом задача прогнозирования динамики процесса и времени начала спасательной операции даже в статической постановке сегодня остается проблемной. К основным трудностям при ее решении следует отнести условность действующих критериев предельного состояния аварийного судна и отсутствие на судах средств отслеживания (мониторинга) параметров текущего состояния посадки и остойчивости аварийного судна, скорости их изменения.
Автором разрабатывается алгоритм упреждающего мониторинга потенциальной гибели речных водоизмещающих судов при скоротечной аварии. На данный момент создается подсистема расчета предельно допустимого момента и определяется способ прогнозирования значения угла крена речного водоизмещающего судна.
О подсистеме расчета предельно допустимого момента
По статистическим данным основной причиной гибели судов является потеря остойчивости [6]. Аварии по времени гибели судна от потери остойчивости можно разделить на следующие виды:
■ внезапное опрокидывание судна;
■ медленное накренение судна без затопления;
■ затопление судна с креном.
Считается, что при внезапном опрокидывании время до наступления гибели судна настолько мало, что какие-либо меры экипажа по предотвращению гибели судна выполнить невозможно. В этом случае снизить риск гибели судна могут только профилактические меры, в том числе контроль состояния судна в течение рейса, преобразующиеся в современных условиях в упреждающий мониторинг [7].
В случае медленного накренения судна с возможным затоплением анализ ситуации и возможность ее контроля обеспечит своевременность и правильность действий в борьбе за живучесть судна.
Контроль посадки и остойчивости аварийного судна заключается в фиксации и прогнозировании их допустимых величин.
В настоящее время на речных водоизмещающих судах расчеты параметров посадки и остойчивости судна выполняются на основе данных по обследованию аварийных отсеков (размер и расположение пробоины, значение коэффициента проницаемости груза и отсека) и по основным элементам остойчивости судна. Расчеты ведутся с использованием «Информации об остойчивости
и непотопляемости» [8] приближенными методами, допустимыми Правилами Российского Речного Регистра (РРР). Быстрота приближенного решения задачи стоит в приоритете по сравнению с ее точностью из-за изменяющихся условий. В результате расчетов определяются крайние (предельно допустимые для данного случая нагрузки) значения параметров посадки и остойчивости, и принимаются решения о порядке и содержании действий [7].
Согласно Правилам РРР. остойчивость судна определяется величиной предельно допустимого момента. Поэтому СППР должна быть обеспечена подсистемой расчета предельно допустимого момента с возможно более широким учетом всех внешних условий, влияющих как на кренящий, так и на предельно допустимый момент.
Предельно допустимый момент определяется по диаграммам остойчивости. Диаграммы статической и динамической остойчивости с таблицей кренящих и опрокидывающих моментов и углов крена для определенных случаев нагрузки входят в перечень технической документации, представляемой на рассмотрение РРР. Эта информация является исходной, соответствующей некоторым случаям нагрузки судна.
В основу исходных данных для алгоритма расчета в режиме реального времени предельно допустимого момента речного водоизмещающего судна должны быть положены сведения, входящие и в «Информацию об остойчивости и непотопляемости»:
■ общие данные по судну, включая результаты опыта кренования;
■ схема размещения цистерн запасов и балласта с указанием массы и координат центра тяжести для расчетов положения центра тяжести судна при текущем случае загрузки, а также поправок на влияние свободной поверхности жидких грузов;
■ схема расположения отсеков и помещений судна.
В расчетах нагрузки предполагается, что судовые запасы расходуются пропорционально уменьшению основного топлива. Однако на практике эта закономерность не всегда соблюдается. Особенно трудным является учет объема цистерн общесудовых систем пассажирского судна. Учет этого обстоятельства призвана решить система датчиков, контролирующих фактическую загрузку цистерн и автоматически передающих эту информацию на вход подсистемы расчета фактической нагрузки, от
A.B. Валяев, О разработке системы поддержки принятия решений при угрозе затопления речного водоизмещающего судна
Время, необходимое для оставления судна Time needed to abandon the ship
Тип судна Длина судна, м Проектное количество пассажиров и экипажа, чел. Время выхода людей на палубу, с
Туристическое судно, пр. 302 129,1 440 = 170
Пассажирское судно, пр. 785 80,2 259 с верхней палубы = 89; из трюма ~ 160
которой зависят характеристики диаграммы статической остойчивости.
Математическая модель расчета предельно допустимого момента речного водоизмещающего судна строится на известных расчетных зависимостях теории корабля [9].
После сбора исходной информации по нагрузке рассчитываются текущие параметры посадки судна. Изменение же посадки влечет за собой изменение положения центра тяжести судна. Расчет повторяется с учетом текущего угла крена. Для каждого цикла полученная предыдущая посадка принимается за исходную. Таким образом, в расчете предельно допустимого момента учитывается не только реальное положение метацентра, влияющее на значение плеч диаграммы статической остойчивости, но и возможный статический угол крена. Он опасн тем, что в совокупности с моментом от динамически приложенного давления ветра с подветренного борта уменьшает значение предельно допустимого момента.
Величина предельно допустимого момента, согласно Правилам РРР для судов внутреннего плавания класса «О» и выше, определяется с учетом угла бортовой качки. В разрабатываемой подсистеме предполагается учитывать его по данным датчиков, регистрирующих бортовые колебания судна в режиме реального времени. При этом система, регистрирующая бортовые колебания, сама определяет их пиковые значения.
О прогнозировании значения угла крена
Благодаря разрабатываемой подсистеме расчета предельно допустимого момента речного водоизмещающего судна возможно определение в режиме реального времени предельно допустимого угла крена, в качестве которого принимается угол опрокидывания судна или угол заливания (в зависимости от того, что меньше). Угол опрокидывания определяется в подсистеме расчетом по диа-
грамме статической остойчивости для текущего состояния нагрузки с учетом угла бортовой качки. При оценке угла заливания в режиме реального времени предполагается ввести в систему дополнительный контроль закрытия отверстий, которые должны быть закрыты согласно пункту 1.1.10 части II Правил классификации и постройки судов РРР [8].
Текущее значение угла крена сопоставляется с данными прогноза. Интервал упреждения должен быть не менее, чем время, затраченное на надевание спасательного жилета, и время выхода людей на палубу. Время надевания жилета по нормам требований и правил [8] составляет 1 мин. Используя результаты замеров скорости передвижения людей в натурных условиях, с учетом поправок на возраст и разные участки пути [6], выполнена оценка времени передвижения людей из самых отдаленных мест на открытую палубу для некоторых типов речных судов (таблица).
Работа выполняется при поддержке гранта Правительства Нижегородской области в сфере науки, технологий и техники № 12 от 14.12.2018.
Библиографический список
1. Егоров Г.В., Егоров А.Г. Исследование надежности ириска эксплуатации отечественных речных пассажирских судов // Вестник Одесского национального морского университета. 2013. № (1)37. С. 5-32.
2. Крушение теплохода «Бувгария». Хроника и расследование дела [Электрон, ресурс] ./ Г.женедель-ник «Аргументы и факты». URL: http://www.aif.rii/ dontknows/file/krushenie_teplohoda_bulgariya_hroni ka_i_rassledov anie_dela (дата обращения: 10.05.2019).
3. Крупные аварии на пассажирских судах и паромах в мире (2008-2013) [Электрон, ресурс] / РИА «Новости». URL: http://ria.ru/spmvka/20130816/956847167.htail (дата обращения: 10.05.2019).
4. Китайские спасатели нашли тело последнего погибшего при крушении теплохода на Янцзы [Электрон.
ресурс] / ТАСС. URL: http://tass.ru/proisshestviya/ 2039033 (дата обращения: 10.05.2019).
5. Бондарь О.В. О роли и формах проявления фактора времени в проблеме сохранения непотопляемости судна // Вестник Одесского национального морского университета. 2008. № 27. С. 27-35.
6. Александров М.Н. Безопасность человека на море. JL: Судостроение, 1983.
7. Карпенко А.Г., Глухое А.Ф., Дмитриев В.И. Рекомендации по действиям в аварийных ситуациях (РДАС-99). СПб., 1999.
8. Правила РРР [Электрон, ресурс] / Российский Речной Регистр. URL: http://ssl.rivreg.ru/publication/pravila/ (дата обращения: 10.05.2019).
9. Сизов В.Г. Теория корабля. Одесса: Феникс, 2008.
References
1. (I. Yegorov, A. Yegorov. Operational reliability and risks of Russian river-going passenger ships // Transactions of Odessa National Marine University, 2013, No. 1(37), pp. 98-123 (in Russian).
2. Bulgaria disaster: chronicles and investigation / Web-site of Argumenty i Fakty newspaper, URL: http://www.aifru/ dontknows/file/krushenie_teplohoda_bulgariya_hronika_i_ra ssledov anie_dela (accessed on 10.05.2019), in Russian.
3. Major emergencies with passenger ships and ferries over the world: 2008-20131 Web-site of RIA Novosti news agency, URL: http://ria.ru/spravka/20130816/956847167.html (accessed on 10.05.2019), in Russian.
4. Yangtze cruise ship disaster: last body recovered by Chinese rescue teams // Web-site of TASS news agency, URL: http://tass.ru/proisshestviya/2039033 (accessed on 10.05.2019), in Russian.
5. O. Bondar. On role and forms of time factor in ship flooding resistance 11 Transactions of Odessa National Marine University, 2008. No. 27 pp. 27-35 (in Russian).
6. M, Aleksandrov. Human safety at sea. Leningrad, Su-dostroyeniye, 1983 (in Russian).
7. A. Karpenko, A. Glukhov, V. Dmitriev. Emergency response recommendations RDAS-99. St. Petersburg, 1999 (in Russian).
8. Rules of Russian River Register, available at http://ssl.rivreg.ru/publication/pravila/ (accessed on 10.05.2019)
9. V. Sizov. Ship theory. Odessa, Feniks, 2008 {in Russian).
Сведения об авторе
Валяев Александр Владимирович, аспирант ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта». Адрес: 603950, Россия, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5. Тел.: 8 (904) 057-57-48. E-mail: wav-dk и mail.га.
About the author
Valyaev, Alexandr V., Post-Graduate, Volga State University of Water Transport, address: 5, Nesterova st., Nizhny Novgorod, Russia, post code 603950, tel.: +7 (904) 057-57-48. E-mail: wav-dk(a)mail.ru.
Поступила / Received: 08.07.19 Принята в печать / Accepted: 30.08.19 © Валяев A.B., 2019
