CC BY
52
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. Кораблестроение
DOI.org/10.5281/zenodo.808896
УДК 629.5.018.75: 624.396.932.1: 629.783
Ю.А. Комаровский
КОМАРОВСКИЙ ЮРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ - к.т.н., ведущий научный сотрудник, e-mail: [email protected]
Морской государственный университет им. адмирала Г.И. Невельского Верхнепортовая ул., 50А, Владивосток, 690059
Повышение точности определения скорости в спутниковых системах швартовки судов
Аннотация: Показано преимущество судового GPS-приёмника над геодезическим приёмником в спутниковых системах швартовки. Предложен способ повышения точности определения GPS-приёмником близких к нулю скоростей судна при сближении с причалом. Получены регрессионные модели зависимости параметров COG от абсолютной скорости судна. Даны рекомендации по дальнейшему совершенствованию судовых спутниковых приёмников. Ключевые слова: приёмник Global Positioning System, регрессионный анализ, среднее квадра-тическое отклонение, путевой угол, разность Course Over Ground, Speed Over Ground, Real Time Kinematic.
Введение
Швартовные операции выполняются на одном из самых сложных и ответственных этапов рейса каждого судна. С увеличением водоизмещения судна швартовки становятся сложнее. Возрастает риск повреждения корпуса судна, причальных сооружений, порчи груза и возникающих вследствие этого возможных загрязнений моря. До появления специализированного судового и берегового оборудования, облегчающего принятие решений по управлению судном в ходе маневрирования при подходе к причалу и отходе от него, швартовными операциями руководили опытные капитаны или лоцманы. До сих пор для ряда категорий судов присутствие лоцмана при швартовке обязательно. Для успешного причаливания и отхода от причала на ходовой мостик судна должна непрерывно поступать информация о векторах линейной скорости движения носовой и кормовой оконечностях и о расстояниях от них до причала. Традиционно на судах о расстояниях до причала сообщают по УКВ-радиостанциям помощники капитана, стоящие на корме и на баке во время швартовок. Расстояния определяются ими глазомерно. Рост водоизмещения судов вызвал необходимость более точного автоматического определения параметров сближения судна с причалом и создания систем представления этой информации в наиболее удобном виде.
Первые подобные системы создавались на базе многолучевых эхолотов. Их антенны устанавливались на днище в носовой и кормовой части судна. Обработка гидроакустической информации позволяла определять модули и направления скорости перемещения оконечностей судна. Швартовка крупнотоннажных судов с помощью таких сложных гидроакустических приборов заметно облегчилась, но только в части определения скорости. Точность отдельных образцов оборудования достигала 0,01 уз (0,0051 м/с). К сожалению, расстояние до
© Комаровский Ю.А., 2017
О статье: поступила: 03.05.2017; принята к публикации: 31.05.2017; финансирование: бюджет МГУ им. адм. Г.И. Невельского.
причала они не определяли, из-за чего подобные системы приходилось дополнять специальными носовыми и кормовыми радиолокаторами [1]. Появление таких радиолокаторов увеличило надёжность и точность измерения скорости с помощью оценки доплеровских сдвигов частоты отражённых сигналов. Однако надёжность измерения малых расстояний до причальных сооружений у них оказалась довольно низкой. Поэтому системы швартовок судов стали дополняться телевизионной аппаратурой, способной работать в инфракрасном диапазоне.
Системы швартовок продолжали усложняться. Туда уже включались буксиры, управляемые с берега или со швартуемого судна, средства радиосвязи для передачи цифровой информации и размещаемые на причалах информационные панели для отображения параметров движения судна. Неизбежно на повестку дня встала проблема повышения эффективности человека-оператора в создаваемых эргатических системах [2, 3]. После успешного применения при швартовках в 1989 г. лазерной дальномерной техники сформировались два подхода к технологии швартовки судов [9]. В первом подходе швартовные операции выполняются на основе анализа данных, поступающих только от судовых датчиков. Такой подход условно можно назвать автономным. Он не зависит от береговой аппаратуры, обеспечивающей информацией капитана и лоцмана швартуемого судна. Другой подход предполагает измерение параметров сближения судна с причалом с помощью береговой аппаратуры. Эта технология швартовки применяется только в портах, где есть оборудованные соответствующим образом причалы, предназначенные для стоянки крупнотоннажных судов.
В последние десятилетия в качестве судовых датчиков абсолютной скорости используются бортовые приёмники спутниковых радионавигационных систем (СРНС). Размещение антенн таких приёмников на носу и на корме судна обеспечивает получение информации о перемещении оконечностей судна во время швартовки. Наличие на судне цифровой карты позволяет вычислять в любой момент времени расстояния от оконечностей до причала. Для швартовки крупнотоннажных судов требуется определять координаты с дециметровой точностью, а скорость - с точностью 0,01 уз. Такая точность достижима либо с помощью судовых СРНС-приёмников вблизи дифференциальных станций Глонасс/GPS, либо с помощью дорогостоящей геодезической аппаратуры, частично устанавливаемой на судне, частично -на берегу.
В разрабатываемой в наши дни концепции вождения судов без экипажей исследуются обе технологии швартовок [5, 7]. Созданы и успешно испытаны системы такого вождения, в которых неотъемлемой частью служат высокоточные спутниковые системы автоматической швартовки на базе геодезической аппаратуры [8]. Автоматическое вождение крупнотоннажных судов, а особенно танкеров, пока рассматривается в качестве отдалённой перспективы. Пока предпочтение отдаётся автономному подходу, так как он предполагает массовое применение. Но его реализацию сдерживает низкая точность работы судовых СРНС-приёмников в отсутствие дифференциальных поправок. Поэтому цель данной работы состоит в разработке метода повышения точности определения скорости в спутниковых системах швартовок вдали от дифференциальных станций.
Проблема измерения скорости судна на швартовке
Безопасность выполнения операции швартовки достигается при необходимом условии точного определения скорости сближения к причалу и расстояния до причала. Достаточным условием служит способность принятия своевременного и правильного решения по управлению винто-рулевой группой судна, его подруливающих устройств, швартовных устройств и по управлению действиями буксирных судов. В состав современных судовых систем, обеспечивающих швартовные операции, входят судовые или геодезические СРНС-приёмники. Считается, что геодезические приёмники обладают более высокой точностью определения координат и скорости по сравнению с судовыми. Чтобы оценить это превосходство, следует воспользоваться данными, полученными автором в ходе экспериментальных наблюдений 5 сентября 2008 г. в порту Владивосток за работой геодезического приёмника
GPS 1220GG компании Leica. Буквы GG указывают на способность данного приёмника одновременно работать по сигналам СРНС GPS и Глонасс. Приёмник GPS 1220GG был временно установлен на пароме «Бригадир Ришко». Паром не был ошвартован, и его двигатели работали на упор к причалу. Поэтому паром совершал колебательные перемещения, которые в нашем случае можно принять как медленные перемещения швартующегося судна. Характер изменения абсолютной скорости парома, измеряемой геодезическим приёмником, представлен на рис. 1.
501 1001 1501 2001 2501 3001 3501 4001 4501 5001
Номер измерения Рис. 1. Ход скорости приёмника GPS 1220GG во Владивостоке.
Анализ рис. 1 позволяет сделать вывод о высокой дисперсии величин абсолютной скорости, измеряемой геодезическим приёмником, при незначительном перемещении судна. Видно, что присутствуют явные сбои измерений. Следовательно, не стоит ожидать высокой точности и надёжности определения геодезическим приёмником скорости судна во время швартовки.
Абсолютную скорость перемещения антенны СРНС-приёмника можно вычислять по последовательным разностям обсервованных координат. Оценим характер изменения широты и долготы приёмника GPS 1220GG в эксперименте по графикам рисунков 2 и 3.
На основании сравнения графиков рис. 2 и рис. 3 можно сделать следующие заключения. В процессе определения координат подвижным геодезическим приёмником имеют место сбои. Чаще наблюдаются сбои в обсервованной широте. На рис. 2 видно, как в результате очередного сбоя происходит значительное смещение величины широты. Сбоям в меньшей степени подвергалась измеряемая долгота. Сбои широты и долготы происходили синхронно. Сбои измеряемой скорости на рис. 1 не совпадают во времени со сбоями координат. Происходит это из-за того, что в геодезическом приёмнике скорость определяется по доплеровским сдвигам принимаемой несущих частот спутниковых сигналов, а координаты -по псевдодальностям, получаемым в ходе фазовых измерений сигналов спутников. Поэтому идея рассчитывать абсолютную скорость по приращениям обсервованных координат (ПОК) представляется малоперспективной. Примером тому служат графики рис. 4, полученные по результатам обработки данных от приёмника GPS 1220GG во время рейса из Владивостока на о. Попова.
измерения
Рис. 2. Ход широты приёмника GPS 1220GG во Владивостоке.
Номер измерения Рис. 3. Ход долготы приёмника GPS 1220GG во Владивостоке.
Рис. 4. Скорость парома по приращениям координат (слева) и по отсчётам SOG.
На графике левой панели рис. 4 видны значительные отклонения величин скорости, рассчитанной по приращениям за одну секунду обсервованных координат геодезического приёмника Leica GPS 1220GG. На графике изменения секундной абсолютной скорости SOG (Speed Over Ground), полученной по доплеровским сдвигам частоты принимаемых сигналов, (правая панель), таких отклонений нет. Следовательно, нерационально использовать очень дорогие геодезические СРНС-приёмники только для определения скорости швартуемого судна на первых этапах сближения с причалом.
Для повышения точности работы подвижных геодезических СРНС-приёмников применяют технологию RTK (Real Time Kinematic - кинематика реального времени). При этой технологии один геодезический приёмник временно устанавливается в точке с известными координатами. Такой приёмник называется базовым. Он генерирует поправки, которые транслируются по радиоканалу для одного или нескольких подвижных приёмников. Подвижные приёмники устанавливаются на судне. Максимальная дальность действия режима RTK не превышает 30 км. К сожалению, в доступных источниках отсутствуют сведения о точности определения абсолютной скорости подвижных приёмников, устанавливаемых на судах.
На судах редко можно встретить GPS-приёмник, выводящий на дисплей SOG с разрядностью 0,01 уз. Примером такого приёмника является NavTrack XL американской компании Trimble Navigation, который отображал абсолютную скорость с разрядностью 0,01 уз в режиме приёма дифференциальных поправок. Наиболее распространены судовые СРНС-приёмники, измеряющие и отображающие величины SOG с разрядностью 0,1 уз (0,0514 м/с). Кроме того, в зонах действия дифференциальных станций GPS увеличивается точность определения координат судовыми приёмниками. По результатам экспериментальных наблюдений, предпринятых автором в октябре 2012 г. на расстоянии 2,5 мили от дифференциальной станции мыса Поворотного, средние квадратические отклонения (СКО) определения широты и долготы неподвижного приёмника GP-37 составили ±0,875 и ±0,664 м соответственно [4]. По мере удаления от станции точность ухудшается. Во Владивостоке СКО дифференциального режима работы GP-37 уже не отличается от СКП автономного режима его работы. К сожалению, сведения о повышении точности определения скорости судовыми СРНС-приёмниками в зонах действия морских дифференциальных станций отсутствуют. Нельзя забывать о высокой чувствительности к промышленным помехам канала приёма дифференциальных поправок. Наблюдаются сбои приёма дифференциальных поправок в ночное время. Поэтому работа морских дифференциальных станций не может полностью решить проблему точного определения скорости и расстояния до причала в системах швартовки.
В отличие от геодезических спутниковых приёмников судовые СРНС-приёмники во много раз дешевле. В них реализуется кодовый режим определения псевдодальностей, который в гораздо меньшей степени подвержен сбоям. Отсюда возникает заинтересованность в разработке способа, с помощью которого можно повысить точность определения SOG на малых скоростях обычными судовыми GPS-приёмниками без привлечения дифференциальных поправок.
Метод повышения точности определения малых скоростей
В работе [6] описано явление изменения параметров эмпирической плотности распределения путевого угла (COG - Course Over Ground) при уменьшении скорости судна. Там же было предложено использовать характер изменения COG для косвенной оценки текущей скорости судна, когда она приближается к нулю. Для этого необходимо разработать математическую модель, отражающую зависимость величины малой скорости судна от параметров распределения текущего COG.
К сожалению, в открытой печати не обнаружены теоретические исследования, дающие прямые указания на пути создания желаемой модели. Поэтому автор исходил из общих предпосылок того, что в судовых СРНС-приёмниках величины SOG и COG определяются с помощью обработки доплеровских сдвигов несущих частот радиовидимых спутников. Исходя из принципов измерения доплеровских сдвигов принимаемых несущих частот спутников, следует ожидать увеличения значения меры стохастической составляющей погрешности SOG и COG по мере уменьшения скорости судна. Заслуживает также внимания предположение о том, что характер статистической связи между COG и SOG будет уникален для каждого типа GPS-приёмника.
Для достижения поставленной цели был использован статистический материал, собранный автором с 11 июля по 5 сентября 2008 г. на грузо-пассажирском пароме «Бригадир Ришко» во время его рейсов от 36-го причала бухты Золотой Рог до причалов о. Русского и бухты Западная острова Попова. Для проведения экспериментов на пароме временно устанавливался судовой GPS-приёмник GP-37, изготовленный компанией Furuno. Выход приёмника подсоединялся к ноутбуку, на жёсткий диск которого каждую секунду на протяжении всех рейсов записывались данные в формате NMEA 0183. Приёмник GP-37 каждую секунду генерировал и транслировал в ноутбук следующий пакет предложений: $GPRMC, $GPGLL, $GPVTG и $GPZDA. В предложении $GPRMC приёмник GP-37 формировал плановые координаты с разрядностью 0,0001 угловой минуты, путевой угол (COG) - с разрядностью 0,1° и модуль абсолютной скорости (SOG) - с разрядностью 0,1 уз. Так как достижение цели работы связано с оценкой статистической связи между параметрами распределения погрешностей COG и малыми величинами SOG, то из всего собранного экспериментального материала для анализа были взяты данные, соответствующие подходу и отходу парома от причалов. Тогда паром двигался практически неизменными курсами со скоростями менее 1 уз.
Обозначим через 5 абсолютную разность между предыдущим значением COG и текущим. Такую разность в судовождении принято рассматривать величиной, не превышающей 180°, поэтому
_ Jlöl, если |COG, j - COG, | < 180°, ~ [360° -15|, если |COG,_j - COG, | > 180°.
Величины 5 будем считать реализациями непрерывной случайной величины абсолютной разности последовательных путевых углов. Дальнейшая обработка отобранного экспериментального материала сводилась к вычислению точечных оценок математических ожиданий, СКО, размахов варьирования, асимметрий и эксцессов величины 5. Для расчётов применялся метод моментов.
Если считать разность 5 непрерывной случайной величиной, то её математическое ожидание Md определится начальным моментом первого порядка:
180°
М5=|б/ (5)d5, (1)
0
где f(5) - плотность вероятности распределения случайной величины разности последовательных путевых углов.
Чтобы получить точечную оценку математического ожидания разности путевых углов, были подсчитаны частоты щ (i = 1, 2, 3, ..., k), с которыми i-е значение разности 5i встречалось в выборке, соответствующей данному значению абсолютной скорости SOG. С учётом известных щ точечная оценка математического ожидания разности 5ср вычислялась
с помощью следующих формул:
к к
5ср = - Yj5n' Ж =ZП • (2)
i =1 г=1
Дисперсия случайной величины D5 является центральным моментом второго порядка:
180°
Д= J (5-M5 f/(5)d5 . (3)
0
На практике в качестве меры точности применяется точечная оценка среднего квадра-тического отклонения 55, которая представляет собой корень квадратный из точечной оценки дисперсии S5,
1 k
, S = -£(5, -бСр)2и,. (4)
/=1
Формула (4) нуждается в уточнении. В формулах прикладной математической статистики обычно деление выполняется на N-1. На практике при выборках более 1000 деление выполняется на N без потерь точности.
Важной характеристикой распределения случайной величины является асимметрия Л§. Асимметрия есть ни что иное, как центральный момент третьего порядка, отнесённый к кубу корня квадратного из дисперсии. 180°
(5- M5 )2 f (5)d 5
f
А =--з-• (5)
В процессе обработки полученных экспериментальных данных оценка асимметрии вычислялась по формуле (6)
1 к
- £ (8;-8СР )3 щ
^ =---5-• (6)
8 (д? ()
Наряду с асимметрией при обработке полученного материала вычислялся эксцесс распределения разностей. Эксцесс необходим для предварительной проверки близости распределения случайной величины к распределению Гаусса. Эксцесс Е5 является отношением центрального момента четвёртого порядка к квадрату дисперсии, уменьшенным на 3,
1 йп i
(8- М 8 )4/ (8)^ 8
Е8=~-^--3. (7)
Чем ближе величина эксцесса к 0, тем выше вероятность того, что исследуемая случайная величина 5 распределена по закону Гаусса. В данном анализе оценка эксцесса еф вычислялась по следующей формуле:
N £ (8-8СР )4 щ
--3. (8)
^5 =
N ■
1=1
S2
Помимо дисперсии для оценки рассеивания случайной величины 5 в статистических исследованиях используется размах варьирования Д5 как разность по абсолютной величине между максимальным и минимальным значениями.
На первом этапе обработки полученных данных были построены графики, отражающие распределение разностей путевых углов в зависимости от абсолютной скорости парома. Такой график для судового приёмника ОР-37 представлен на рис. 5.
Анализ рис. 5 позволяет установить рост размахов варьирования разностей путевых углов по мере уменьшения абсолютной скорости парома. При абсолютных скоростях парома от 0,2 м/с и выше размахи варьирования разностей путевых углов практически не изменяются. На рис. 5 можно наблюдать закономерное уменьшение вероятности появления большого значения разности с уменьшением абсолютной скорости.
Рис. 5. Распределение абсолютных разностей COG приёмника GP-37.
На следующем этапе обработки для каждого значения абсолютной скорости, не превышающего 0,3 м/с, были сформированы массивы величин 5. Затем по формулам (1)-(8) рассчитывались их основные статистические характеристики распределения. Результаты вычислений помещены в табл. 1.
Таблица 1
Характеристики распределения разностей путевых углов приёмника ОР-37
Скорость, уз Скорость, м/с 8СР СКО Smax Асимметрия Эксцесс
0 0 42,92 38,66 177,7 1,53 2,16
0,1 0,05144 16,43 18,28 102,7 2,39 6,75
0,2 0,10288 7,19 5,37 25,0 1,66 4,98
0,3 0,15433 3,24 2,09 7,5 0,33 -0,79
0,4 0,20577 2,79 2,12 8,7 0,93 0,45
0,5 0,25722 1,75 1,29 4,8 0,47 -0,87
Как следует из табл. 1, случайная составляющая погрешности определения путевого угла нелинейно увеличивается с уменьшением абсолютной скорости парома. Также нелинейно увеличивается среднее значение разности путевых углов по мере уменьшения абсолютной скорости. В диапазоне скоростей, близких к нулю, размах варьирования абсолютной разности путевых углов достигает максимального значения 177,7°. Увеличение скорости парома до 0,5 уз (0,25722 м/с) приводит к уменьшению размаха варьирования разностей путевого угла 4,8°. С ростом абсолютной скорости парома асимметрия уменьшается и уменьшается эксцесс, что позволяет предположить сближение вида функции распределения разности путевых углов к Гауссовскому.
Модель зависимости разности путевых углов и скорости
Чтобы реализовать предлагаемый метод, необходимо получить математические зависимости, связывающие параметры распределения разностей путевых углов и абсолютной скорости судна.
На рис. 6 изображён график статистической зависимости средней абсолютной разности COG (5ср) от абсолютной скорости парома, полученной в ходе регрессионного анализа собранного экспериментального материала.
Рис. 6. Зависимость средней разности COG от скорости приёмника GP-37.
Абсолютная скорость
На рис. 6 можно видеть, что в диапазоне от 0 до 0,1 м/с регрессионная модель обладает высокой чувствительностью к изменению абсолютной скорости носителя ОРБ-приёмника. При скоростях более 0,15 м/с чувствительность предлагаемого метода будет низкой. Аналитическое выражение полученной регрессионной модели зависимости, в которой коэффициенты аппроксимирующего полинома вычислены методом наименьших квадратов, представлены выражением (9):
5СР = 42,872 - 745,53V + 5483.7V2 -18497V3 + 23454V4, (9)
где V- абсолютная скорость (SOG) носителя GPS-приёмника GP-37 в м/с в диапазоне от 0 до 0,3 м/с (от 0 до 0,5 уз).
График регрессионной зависимости СКО разности 5 от абсолютной скорости приёмника GP-37 представлен на рис. 7.
Регрессионным выражением зависимости среднего квадратического отклонения разности путевого угла S5 от абсолютной скорости приёмника GP-37 является формула (10):
ss = 38,93-541,34V + 2598V2 -4119,1V3.
(10)
Схожесть видов закономерностей изменения средних разностей путевого угла и СКО их разностей, изображённых на рис. 6 и рис. 7, позволяет выдвинуть предположение о линейной корреляции. График этой зависимости можно видеть на рис. 8.
Обнаруженную зависимость рис. 8 описывает регрессионная линейная модель (11): 58 = 0,9278ср- 0,1079. (11)
Близость коэффициента при 5ср в эмпирической формуле (11) к единице следует рассматривать как признак прямой пропорциональной зависимости среднего квадратического отклонения разности путевых углов от средней разности путевых углов.
Анализ величин асимметрий и эксцессов табл. 1 позволяет сделать вывод о том, что по мере уменьшения скорости носителя приёмника ОР-37 эмпирическая плотность распределения вероятности разности путевых углов становится более островершинной с увеличивающейся левосторонней скошенностью. Для построения гистограммы эмпирической плотности распределения были взяты данные разностей путевых углов, соответствующие абсолютной скорости приёмника ОР-37, равной 0,05144 м/с. Вычисленные значения относительных частот для интервалов разностей шириной 10° гистограммы помещены в табл. 2.
Рис. 7. Зависимости СКО разности путевого угла от скорости приёмника ОР-37.
Средняя разность
Рис. 8. Зависимость СКО разности путевых углов от их средней разности.
Таблица 2
Относительные частоты эмпирической плотности распределения разностей COG приёмника GP-37 для скорости 0,05144 м/с
Середина Относительная Середина Относительная
интервала, град. частота интервала, град. частота
10 0,509091 70 0
20 0,236364 80 0,009091
30 0,109091 90 0,018182
40 0,063636 100 0
50 0,027273 110 0,009091
60 0,018182 120 0
Построенная по данным табл. 2 гистограмма эмпирической плотности распределения разностей COG показана на рис. 9.
—
,11,1 1 , ■ 1 ,1—■-^ , ■=■--
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Разность путевого угла, градусы
Рис. 9. Гистограмма разностей COG приёмника GP-37 при скорости 0,1 уз.
В табл. 3 сведены рассчитанные относительные частоты разностей путевых углов приёмника GP-37 для интервалов шириной 10° при абсолютной скорости перемещения парома, близкой к 0 м/с.
Таблица 3
Относительные частоты эмпирической плотности распределения разностей COG
приёмника GP-37 для скорости 0 м/с
Середина Относительная Середина Относительная
интервала, град. частота интервала, град. частота
10 0,201794 100 0,026906
20 0,107623 110 0,017937
30 0,156951 120 0,013453
40 0,116592 130 0,004484
50 0,098655 140 0,013453
60 0,103139 150 0,004484
70 0,067265 160 0,022422
80 0,013453 170 0,008969
90 0,013453 180 0,008969
Гистограмму распределения разностей путевых углов приёмника ОР-37 при скорости
парома, близкой к 0 м/с, см. на рис. 10.
Разность путевого угла, градусы
Рис. 10. Гистограмма разностей COG приёмника GP-37 при скорости 0 уз.
Сравнение рис. 9 и рис. 10 подтверждает высказанное выше предположение о большей близости эмпирической плотности распределения разностей путевых углов приёмника GP-37 к равномерному закону по мере уменьшения скорости носителя. Видно, что при SOG, близкой к 0 уз, размах варьирования стал близок к 180°. Вид гистограмм рис. 9 и рис. 10 не позволяет рассматривать функцию распределения разностей путевых углов приёмника GP-37, близкую к закону Гаусса.
Выводы и предложения
В завершение следует прокомментировать полученные результаты.
1. Работа дорогих геодезических спутниковых приёмников даже при малых скоростях перемещения судна сопровождается сбоями в определении текущих координат. Работа судовых СРНС-приёмников более надёжна.
2. Возможность включения судовых СРНС-приёмников в состав систем швартовки вызывает необходимость увеличения разрядности вывода на экран индикатора и на внешние устройства отсчётов абсолютной скорости с 0,1 уз до 0,01 уз.
3. В судовых СРНС-приёмниках определяемую ими скорость принято выводить в км/ч, в милях/ч и в узлах (в морских милях/час). Для удобства швартовок необходимо изготовителям аппаратуры добавить к ним системную единицу м/с.
4. Современные судовые спутниковые приёмники обычно выводят на экран и на внешние устройства информацию каждую секунду. Предложенный метод повышения точности будет наиболее эффективен, если SOG и COG выводить на внешние устройства через 0,1 с.
5. С помощью полученных математических зависимостей можно разрабатывать алгоритмы, которые легко реализуются либо в новых типах судовых СРНС-приёмниках, либо в современной вычислительной технике, подключаемой к приёмникам на время швартовок.
6. Разработанный метод можно применять не только в системах швартовок, но и для решения задач динамического позиционирования, а также для контроля стоянки судна на якоре на открытых рейдах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Давыдов В.С., Богомья В.И. и др. Пути повышения эффективности обеспечения безопасности плавания крупнотоннажных судов в сложных навигационных условиях // Водный транспорт. 2014. № 1(19). С. 66-70.
2. Ерыгин В.В. Радиоэлектронные средства обеспечения безопасности швартовки крупнотоннажных судов в задаче снижения роли человеческого фактора: дис. ... канд. техн. наук. [Место защиты: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова]. Новороссийск, РИО МГА. 2005. 156 с.
3. Карбовец Н.В. Надёжность морской телекоммуникационной эрготехнической системы управления швартовкой крупнотоннажных судов: на примере Новороссийского порта: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. [Место защиты: МГА им. адм. Ф. Ф. Ушакова]. Новороссийск, 2006. 24 с.
4. Кац В.А., Комаровский Ю.А. Сходимость оценок точности плановых координат приёмника GP-37 вблизи дифференциальной станции // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2014. № 4. С. 115-119.
5. Клячко Л.М., Острецов Г.Э. Проектирование высоконадёжных систем автоматического управления движением корабля. М.: Физматлит, 2010. 136 с.
6. Комаровский Ю.А. Диагностика остановки носителя GPS-приёмника компании Furuno // Вестник Морского гос. ун-та. 2010. Вып. 43. (Сер. Автоматическое управление, математическое моделирование и информационные технологии). С. 94-99.
7. Острецов Г.Э., Клячко Л.М. Методы автоматизации управления движением корабля. М.: Физматлит, 2009. 120 с.
8. Отчёт о проведении натурных испытаний автономной системы позиционирования на базе ГЛОНАСС/GPS для обеспечения автоматизированной швартовки крупнотоннажных судов. 2013. 35 с. URL: http://www.3dsatnav.ru/gallery/131.pdf (дата обращения: 26.01.2017).
9. Расторгуева Н.Ю. Расширение возможностей информационного обеспечения швартовки с использованием системы лазерного контроля: автореф. дис. ... канд. техн. наук. [Место защиты: ФГОУ ВПО МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова]. Новороссийск, 2010. 24 с.
Shipbuilding
DOI.org/10.5281/zenodo.808896
Komarovskiy Yu.
YURI KOMAROVSKIY, Candidate of Engineering Sciences, Leading Researcher,
e-mail: [email protected]
Maritime State University named after Adm. G.I. Nevel'skoy
50A Verkhneportovaya St., Vladivostok, Russia, 690059
Improving the accuracy of velocity determination using vessel mooring satellite systems
Abstract: The paper demonstrates the advantage of the vessel-mounted GPS receiver over the geodetic one used in mooring satellite systems. A method is proposed to improve the accuracy of the GPS receivers in determining near-zero velocities of the vessels approaching the quay. Obtained are regression models of the dependence of COG parameters on the vessel's absolute velocity. Recommendations are given for further improvement of the satellite receivers of vessels. Key words: Global Positioning System receiver, regression analysis, standard deviation, Course Over Ground, difference of Course Over Ground, Speed Over Ground, Real Time Kinematic.
REFERENCES
1. Davydov V.S., Bogomya V.I. et al. Ways to improve the efficiency of ensuring the safety of navigation of large-capacity vessels in difficult navigational conditions. Water transport. 2014;1: 66-70.
2. Erygin V.V. Radio-electronic means of ensuring the safety of mooring of large-capacity vessels in the task of reducing the role of the human factor: diss. ... cand. Tech. Sciences. [Place of defense: MGA named. Adm. F.F. Ushakov]. Novorossiysk, RIO MGA, 2005, 156 p.
3. Karbovets N.V. Reliability of the sea telecommunication ergotechnical control system for mooring large vessels: the example of the Novorossiysk port: the author's abstract: Diss. ... cand. Tech. Sciences. [Place of defense: MGA named. Adm. F.F. Ushakov]. Novorossiysk, 2006, 24 pp.
4. Katz V.A., Komarovsky Yu.A. Convergence of estimates of accuracy of planned coordinates of the receiver GP-37 near the differential station. Scientific problems of transport in Siberia and the Far East. 2014;4:115-119.
5. Klyachko L.M., Ostretsov G.E. Designing of highly reliable systems for automatic control of ship movement. M., Fizmatlit, 2010, 136 p.
6. Komarovsky Yu.A. Diagnostics of stopping the carrier of the GPS receiver Furuno. Bulletin of the Sea State Univ. 2010;43:94-99. Ser. Automatic control, mathematical modeling and information technology.
7. Ostretsov G.E,. Klyachko L.M. Methods of automating the control of the movement of the ship. M., Fizmatlit, 2009, 120 p.
8. Report on the full-scale testing of an autonomous positioning system based on GLONASS / GPS for providing automated mooring of large-capacity vessels, 2013, 35 p. URL: http://www.3dsatnav.ru/gallery/131.pdf - January 26, 2017.
9. Rastorgueva N.Yu. Expanding the possibilities of information support for mooring using the laser control system: author's abstract. Diss. ... cand. Tech. Sciences. [Place of defense: Moscow State Aviation Administration. Adm. F.F. Ushakov]. Novorossiysk, 2010, 24 p.
