CC BY
118
УДК 656.61.08:629.5.07
С. В. Карташов, В. И. Меньшиков
ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ МОРЕПЛАВАНИЯ С УЧЕТОМ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ НАВИГАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ И ПОЛНОЙ ИНФОРМИРОВАННОСТИ СУДОВОДИТЕЛЯ
Появление и постоянное развитие глобальных навигационных спутниковых систем с дифференциальным режимом, а также технологий автоматической цифровой радиосвязи и систем наглядного отображения навигационной обстановки (систем электронной картографии) открывают огромные перспективы в обеспечении навигационной безопасности плавания судов. Для выбора механизма разрешения данной проблемы и фиксации при этом стереотипа поведения судоводителя было принято, что доминирующими при формировании этой ситуации могут быть только сообщения, поступающие на рабочие места «человеческого элемента» от автоматической идентификационной системы. При полной информированности судоводителя в стереотипе его поведения главенствующим является процесс последовательного привлечения элементов из стандартного алфавита команд, принятого в культуре управления судовой компании. При неполной информированности судоводителя главенствующим процессом в стереотипе поведения «человеческого элемента» является организация наблюдения за окружающей средой или, другими словами, контроль изменений параметров системы кругового обзора. Предложенная методика обеспечения безопасного плавания судна при дополнительном использовании автоматической идентификационной системы и полной или неполной информированности судоводителя позволяет разрешать проблемные ситуации как при последовательном, так и при параллельном появлении навигационных угроз.
Ключевые слова: навигация, навигационная информация, безопасность мореплавания, автоматическая идентификационная система.
Введение
Появление и постоянное развитие глобальных навигационных спутниковых систем с дифференциальным режимом, а также технологий автоматической цифровой радиосвязи и систем наглядного отображения навигационной обстановки (систем электронной картографии) открывают огромные перспективы в обеспечении навигационной безопасности плавания судов [1]. Революция в навигационных и информационных технологиях создала базу для разработки и внедрения систем нового поколения, способных обеспечивать безопасность мореплавания - это универсальные автоматические идентификационные системы (АИС). Как известно, одним из основных источников навигационной информации как для судов, так и для береговых служб является радиолокатор [2]. Однако при определенных условиях использования он обладает рядом недостатков: малая дальность обнаружения целей, особенно небольших по размерам; сильное влияние помех от моря или атмосферных явлений; недостаточная разрешающая способность; ограничения из-за особенностей прохождения лучей (цель не видна за препятствиями); применение алгоритмов фильтрации, затрудняющее распознавание маневров цели. Одним из перспективных путей устранения этих недостатков и является использование информации от АИС при обеспечении безопасности мореплавания.
Обеспечение безопасности мореплавания при использовании АИС и полной информированности судоводителя
Обеспечение безопасности мореплавания с привлечением навигационной информации от АИС дополняет основную навигационную информацию, поступающую к судоводителю от интегрированной системы ходового мостика [3]. Общая схема эргатической системы управления состоянием безопасности мореплавания и взаимосвязь «человеческого элемента» с датчиками навигационной информации представлены на рисунке.
Пусть в эргатической системе управления безопасностью мореплавания судна определен «человеческий элемент» - судоводитель Р, действующий в информационном пространстве своего рабочего места, которое образуется с помощью информационной системы интегрированного ходового мостика и АИС.
Схема эргатической системы управления состоянием безопасности мореплавания и взаимосвязь «человеческого элемента» с датчиками навигационной информации
В данном случае «человеческий элемент», обрабатывающий навигационную информацию, принимающий решения и подающий команды для разрешения проблемных ситуаций, можно представить как объект, заданный отображением вида
Р : А ■ и ^ X, (1)
где X - множество команд, подаваемых «человеческим элементом» в систему управления состоянием судна; и - множество сообщений от АИС и е и, поступающих к судоводителю для ознакомления и принятия решений для разрешения проблемных ситуации сгенерированных АИС; А - множество изменяющихся параметров а е А навигационных ситуаций, поступающих к судоводителю от информационной системы интегрированного ходового мостика [4].
Пусть задана целевая функция системы управления безопасностью мореплавания судна, которая определяется как выходной функцией «человеческого элемента», так и глобальной функцией безопасной эксплуатации судна вообще. Эти функции для эргатической системы управления состоянием судна могут быть записанные как
z(a, и) = Z(a, Р(а, и)), z : А ■ и ■ X ^ Л.
Кроме того, пусть известна функция допустимых требований т, которые способны перевести любую опасную ситуацию, определенную с помощью множеств А, и, в соответствие с целевой функцией Л или с формальной точки зрения способны обеспечить переходы вида
А —— Л, и —— Л.
Для выбора механизма разрешения проблемы и фиксации при этом стереотипа поведения судоводителя было принято, что доминирующими при формировании этой ситуации могут быть сообщения и е и, поступающие на рабочие места «человеческого элемента» от АИС. Тогда, решая задачу идентификации, «человеческий элемент» должен выбрать такие наиболее опасные сообщения от АИС и е и, при всех изменяющихся параметрах а е А, которые допускали бы выполнение неравенства, записанного как
z(u*, а) > т(а). (2)
Необходимо также отметить, что выбор опасного сообщения и «человеческим элементом» в виде (2), будет положительным лишь в том случае, когда значения глобальной функции безопасности существенно превзойдут заданный уровень требований т(а) при V а е А.
Разрешение проблемных ситуаций при последовательном появлении угроз
Если «человеческий элемент» (1), разрешает проблемную ситуацию путем реакции на сообщение и е и от АИС, то его действия должны обязательно учитывать состояние внешней среды, параметры которой определены на множестве А0 с А. При отсутствии неопределенности в состояниях внешней среды выбор сообщения от АИС, не создающего опасную ситуацию, можно свести к оптимизационной задаче, которая будет определяться парой z, и0 при и0 е и0 с и, где целевая функция зависит от выходной функции «человеческого элемента»
P0 : A0 • U ^ X0 и функции безопасности при эксплуатации судна
z : Ao • Uo • Xo ^ Л.
При такой постановке задачи ее решение можно записать следующим образом:
z(u0*) = min z(u0),
где u0* - сообщение от АИС, которое отвечает условию (2), и считается удовлетворительно выбранным судоводителем.
Если же при решении задачи идентификации «человеческий элемент» вынужден оперировать такими сообщениями от АИС u0 е U, при всех изменяющихся параметрах a е A, которые допускают только выполнение неравенства, записанного как
z(u0, a) < т(а), (3)
то это неравенство свидетельствует о том, что информация от АИС не включает каких-либо сообщений об угрозах безопасности мореплавания [5].
Следовательно, переходы при оценках сообщений от АИС от неравенства (2) к неравенству (3) и наоборот влекут за собой изменения в деятельности судоводителя. Так, если выполняется неравенство (2), то судоводитель обязан приступить к разрешению проблемных ситуаций, обусловленных сообщениями u0* е U от АИС. При полной информированности судоводителя в стереотипе его поведения главенствующим является процесс X0 последовательного привлечения элементов из стандартного алфавита команд, принятого в культуре управления судовой компании. В то же время, при выполнении неравенства (3), главенствующим процессом стереотипа поведения «человеческого элемента» является организация наблюдения за окружающей средой или, другими словами, контроль изменений параметров наблюдаемого множества A (рис.).
Аналогичным образом можно получить условия, при которых «человеческий элемент» в условиях полной определенности должен ориентироваться на развитие опасной ситуации, обусловленной только изменениями параметров среды. В этом случае «человеческий элемент», разрешая проблемную ситуацию, должен реагировать на изменения параметров a е A, и в его действиях обязательно следует учитывать состояние сообщений U0 с U, поступающих от АИС. Соответствующее переключение характера деятельности судоводителя, аналогично выражениям (2) и (3), следует связывать с выполнением одного из двух неравенств вида
z (a*, u) > t(u), (4)
z (a0 , u) < t(u). (5)
При полной информированности судоводителя и выполнении требований неравенства (4), процесс X0 должен представлять последовательность команд в терминах стандартного алфавита, принятого в культуре управления судовой компании. Эта последовательность отвечает такому стереотипу поведения судоводителя, который должен быть использован при разрешении проблемной ситуации, обусловленной опасными изменениями в параметрическом множестве. В то же время, при выполнении неравенства (5), процесс разрешения проблемной ситуации не организуется, а главенствующим в стереотипе поведения «человеческого элемента» (4) является процесс наблюдения за информацией, которая поступает судоводителю от информационной системы интегрированного ходового мостика и от АИС.
Разрешение проблемных ситуаций при параллельном появлении угроз
Более сложным при условии полной информированности судоводителя является разрешение проблемной ситуации, когда одновременно появляются опасно изменяющиеся параметры среды и опасные сообщения от АИС. В этом случае одновременно реализуются неравенства (2) и (4), а судоводитель должен выбрать такую альтернативу, при которой судно в меньшей степени будет подвергаться угрозе. В качестве основы для выбора стереотипа поведения судоводителя при одновременной реализуемости неравенств (2) и (4) и условия
U n A0 A0 = 0
можно рекомендовать к практическому использованию процедуру сравнения результатов разрешения проблемных ситуаций. Результат от разрешения проблемной ситуации Г1(С), появившейся в связи с угрозой, поступившей от АИС, записывается как отображение вида
11 : Хо ■ и^ Yl(G). (6)
Результат же от разрешения проблемной ситуации Y2(G), связанной с опасными изменениями в параметрическом множестве А0, будет соответствовать отображению
12 : Хо ■ Ао ^ Y2{G). (7)
Для сравнения результатов (6), (7) и выбора стереотипа поведения судоводителя при условии полной информированности можно использовать как систему отношений порядка, так и систему отношений предпочтений. Систему с отношениями порядка целесообразно привлекать в тех случаях, когда результаты разрешения являются физическими величинами. В тех же случаях, когда результаты разрешения определены на заданном интервале, наиболее приемлемым является использование систем с отношениями предпочтений.
Заключение
Полученные результаты могут быть положены в основу разработки процедур управления состоянием безопасности мореплавания, реализуемых в рамках эргатических систем, в состав которых входят несколько независимых источников информации.
Предложенные рекомендации по выбору приоритетных стереотипов поведения судоводителя при разрешении проблемных ситуаций могут быть использованы в руководствах по несению ходовой навигационной вахты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ерёмин М. М. Оптимизация социотехнических связей в структурах мореплавания / М. М. Ерёмин,
B. И. Меньшиков. Мурманск: Изд-во МГТУ, 2011. 166 с.
2. Помахо С. В. Роль корпоративной культуры безопасности при управлении персоналом компании /
C. В. Помахо, А. Ж. Смирнов, В. И. Меньшиков // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2011. № 1, С. 46-48.
3. Гладышевский М. А. Организационно-технические структуры, обеспечивающие эксплуатацию судна / М. А. Гладышевский, М. А. Рудышевский, М. А. Пасечников, К. В. Пеньковская. Мурманск: Изд-во МГТУ, 2008. 212 с.
4. Меньшиков В. И. Проблемы безопасного мореплавания в сложных навигационных условиях стеснённых вод / В. И. Меньшиков, А. Н. Суслов, В. В. Шутов. Мурманск: Изд-во МГТУ, 2013. 186 с.
5. Ключко Д. В. Надежность разрешения проблемных ситуаций при управлении состоянием безопасности судна / Д. В. Ключко, И. А. Рамков, В. И. Меньшиков // Журнал университета водных коммуникаций. 2011. Вып. 11. № 3. С. 110-112.
Статья поступила в редакцию 24.11.2014, в окончательном варианте - 18.02.2015
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Карташов Сергей Вениаминович - Россия, 183010, Мурманск; Мурманский государственный технический университет; аспирант кафедры «Судовождение»; [email protected].
Меньшиков Вячеслав Иванович - Россия, 183010, Мурманск; Мурманский государственный технический университет; д-р техн. наук, профессор; профессор кафедры «Судовождение»; [email protected].
S. V. Kartashov, V. I. Menshikov
ENSURING SAFETY OF NAVIGATION TAKING INTO ACCOUNT ADDITIONAL SOURCES OF NAVIGATION DATA AND ULTIMATE AWARENESS OF NAVIGATOR
Abstract. The emergence and continuous development of global navigation satellite systems with differential mode, as well as automatic digital radio technology and visual display systems (electronic chart systems) become promising in ensuring navigational safety of ships. To select a mechanism for resolving the problem and fixing it with a stereotype of navigator's behavior, it was agreed that only messages, received by the "human element" at his/her jobs from the Automatic Identification System can be dominant in the formation of this situation. With ultimate awareness of the navigator in the stereotype of his behavior, the process of sequential involvement of the elements from the standard alphabet of the crews, adopted in the management culture of the ship's company, is considered to be the most significant. In case if the navigator's knowledge is incomplete, the dominant process in the stereotype of behavior of the "human element" is to organize monitoring of the environment or, in other words, control the changes in the parameters of the circular view system. The proposed methodology of ensuring safe navigation of the vessel with the additional use of the Automatic Identification System and complete or incomplete knowledge of the navigator can resolve the problem situations in case of both sequential and parallel emergence of navigational hazards.
Key words: navigation, navigation information, safety of navigation, automatic identification system.
REFERENCES
1. Eremin M. M., Men'shikov V. I. Optimizatsiia sotsiotekhnicheskikh sviazei v strukturakh moreplavaniia [Optimization of sociotechnical relations in the structures of navigation]. Murmansk: Izd-vo MGTU, 2011. 166 p.
2. Pomakho S. V., Smirnov A. Zh., Men'shikov V. I. Rol' korporativnoi kul'tury bezopasnosti pri upravlenii personalom kompanii [The role of corporate culture of safety in the management personnel of the company]. Nauchnye problemy transporta Sibiri i Dal'nego Vostoka, 2011, no. 1, pp. 46-48.
3. Gladyshevskii M. A., Rudyshevskii M. A., Pasechnikov M. A., Pen'kovskaia K. V. Organizatsionno-tekhnicheskie struktury, obespechivaiushchie ekspluatatsiiu sudna [Organizational and technical structures ensu-tring the vessel exploitation]. Murmansk: Izd-vo MGTU, 2008. 212 p.
4. Men'shikov V. I., Suslov A. N., Shutov V. V. Problemy bezopasnogo moreplavaniia v slozhnykh navi-gatsionnykh usloviiakh stesnennykh vod [Problems of safe navigation in complicated navigational conditions of the constrained waters]. Murmansk: Izd-vo MGTU, 2013. 186 p.
5. Kliuchko D. V., Ramkov I. A., Men'shikov V. I. Nadezhnost' razresheniia problemnykh situatsii pri up-ravlenii sostoianiem bezopasnosti sudna [Reliability of the solution of the problem situations while controlling the safety of the ship]. Zhurnal universiteta vodnykh kommunikatsii, 2011, iss. 11, no. 3, pp. 110-112.
The article submitted to the editors 24.11.2014, in the final version - 18.02.2015
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Kartashov Sergey Veniaminovich - Russia, 183010, Murmansk; Murmansk State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Navigation"; [email protected].
Menshikov Vyacheslav Ivanovich - Russia, 183010, Murmansk; Murmansk State Technical University; Doctor of Technical Science, Professor; Professor of the Department "Navigation"; [email protected].
