CC BY
16
УДК 519.6
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-302-307
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА ДЛЯ ОТРАБОТКИ ОПЕРАЦИЙ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА СУДНА
A.A. Силкин, А.Н. Ивановский, М.Ю. Серебряков, В.В. Святский
Целью исследований являлось создание тренажера обеспечения данными о маневренных характеристик суда. При обучении на первой стадии необходимо сформировать начальный навык, который при практической работе на мостике превращается в устойчивый, во время многократного выполнения отдельных элементов судоводительской работы. Созданный аппаратно-программный комплекс позволяет реализовать концепцию гарантированной безопасности управления процессом маневрирования при лоцманской проводке судов за счет: совершенствования методов формирования устойчивого навыка и доведения его до уровня автоматизации с использованием банка предметных знаний и тренажера с визуализацией; внедрения новых алгоритмов контроля над процессом движения судов в зоне ответственности береговыми системами контроля и разработки рекомендаций по расхождению.
Ключевые слова: многофункциональный тренажер, обеспечения судна, данными о маневренных характеристиках судна.
В связи с отсутствием методики планирования заданного алгоритма функционирования системы управления маневрированием отсутствует как концепция решения технологических задач, так и понимание того, какие данные необходимы для выполнения такой работы. Поэтому даже при наличии кибернетических устройств и программ, которые выполняют отдельные фрагменты работы по подготовке необходимых данных, судоводитель не понимает того, каким образом устройство их вырабатывает. Целью исследований являлось создание тренажера обеспечения данными о маневренных характеристик суда. При обучении на первой стадии необходимо сформировать начальный навык, который при практической работе на мостике превращается в устойчивый, во время многократного выполнения отдельных элементов судоводительской работы.
Результаты исследований. Для формирования начального навыка по управлению процессом маневрирования у курсантов старших курсов необходимо знание того, как учитывать маневренные характеристики при формировании заданного алгоритма управления. Затем приходит понимание того, какие характеристики и в какой форме представления нужны, чтобы обеспечить гарантированную безопасность движения судна.
Первым шагом при ручном планировании поворота, является формирование навыка построения криволинейной траектории поворота. Выполнение построения траектории на повороте дает понимание того, как использовать данные о характеристиках управляемости и какие сведения необходимы. Для получения таких данных был разработан алгоритм расчетов характеристик поворотливости, приведенный на рис.1 и соответствующая программа.
Наиболее удобной для использования в ЭВМ и компактной формой представления данных о характеристиках поворотливости является табличная. Методику учета инерционно - тормозных характеристик наиболее полно можно понять при использовании инверсного метода для планирования траектории движения при постановке на якорь. Описанная процедура требует знания инерционно-тормозных характеристик и характеристик управляемости. Построение схемы маневрирования без знания указанных данных невозможно. После того, как достигнуто понимание необходимости знания маневренных характеристик и методики их использования, приступают к формированию начального навыка по определению необходимых данных. Последовательность дальнейшей работы приведено на рис.2 [1-2].
После выполнения расчетов формируют результаты в виде, который требуется нормативными документами. Предлагается составлять их в виде папки «Информация капитану о маневренных характеристиках судна», которая требует пересмотра программы испытаний. Ее содержание должно быть следующим.
Исходные данные для расчета маневренных характеристик.
Таблицы характеристик циркуляции для состояния в грузе и в балласте для углов перекладки руля через 50, с зоной неустойчивости.
Таблица времени задержки поворота, для углов перекладки руля через 50.
Таблица времени и угла одерживания поворота для углов входа в циркуляцию и обратной перекладки, для состояния в грузе и в балласте (V. 1).
Инерционно - тормозные характеристики для состояния в грузе и в балласте в форме линейных графиков ИМО.
Кривые циркуляции для углов перекладки руля 150 и 350 вправо и влево для глубокой воды и мелководья.
Таблица коэффициентов влияния мелководья на циркуляцию.
Таблица инерционно-тормозных характеристик.
Таким образом, учебный компьютерный класс позволяет сформировать практические навыки по выполнению расчетов маневренных характеристик не только для учебных целей, но и при практическом обеспечении реальных судов, поскольку точность экспериментально - расчетного метода соответствует требованиям национальных и международных нормативных документов ИМО.
Информация капитану требует пересмотра программы сдаточных испытаний, которые существенно повысят обеспечение процесса маневрирования.
Начало
3
Ттек т^екь В
к> р> р
Т
т^тек ср _ (Т тек + ттек /2
у7 тек у7 тек
ш1" = к н 57.3
ь
° к = 1
I к
т гр тек Ь ' 1 ср
аптек = 68.8/(11.61 • Ф + + 1.2 •ш™ - 4.31)
X
Я % =-р—100%
р т т>тек
ь • т
ср
Т
ф =
К
V8 р % + Л 7
N п э1 1 + тэ )/2 Р -Тэ к н • 57.3 ь
1
к = 1 5 р % = I к ь • т р р • 100 % ь • т3 ср
ф = (У и
ф V 5 р % + Лр
ф
г,! = * э / * ;г* 2 = *2/ * 2
г, = Щ / л; ;Гд, = Щэ / я-
рэр _ Лтек у . рэр _ Лтек 1р ' / ^ > 2 2р
Щр=Щек •ъ; Щр=Щек •
<р = 68.8/(11.61 • Ф + +1.24.31) X
Г* = Г, 2 = ГВт = Гщ = 1
л эр _ л тек , л эр _ л тек
* 1 = * 1р •; * 2 = * 2р
эр тек эр тек
аптек = ^р, *эр, * 2,
Щэр, Щр.
т ' У
Конец
тр
ф
Щ' = 11.61 ■-= +1.2 •ш-4.31
ур
Рис. 1. Блок-схема алгоритма расчета характеристик поворотливости
Реализация аппаратно-программного комплекса. Рассмотрим аппаратно-программный комплекс обеспечения безопасной лоцманской проводки. Анализ навигационных происшествий в Северно-Западной части Черного моря, выполненный ранее показал, что с лоцманом на борту произошло 43, без лоцмана - 115. Эти данные свидетельствуют о том, что лоцманская проводка является эффективным средством повышения навигационной безопасности. Лоцманское обслуживание судов в прибрежных водах является важнейшей составляющей в обеспечении безопасности мореплавания. Кроме того, капитан, работая в различных частях мирового океана, не может досконально знать местные особенности и условия плавания в большинстве портов, каналов и проливов. Изучение процесса информационного обеспечения лоцманской проводки и разработка методики формирования навыка производились на акватории, схема которой приведена на рис. 3. Лоцманская проводка, при которой происходят любые перемещения судна, постановка или съёмка с якоря, швартовка к причалу или отход от него, стали обязательным элементом систем управления движением в развитых странах [2-3].
Для выполнения лоцманской работы необходим высокий профессионализм судовождения, который формируется при специальной подготовке.
Кроме опыта работы на судах в должности капитана или его помощника, лоцману необходимы специальные знания и уровень навыка, доведенный до автоматизма. По этой причине процесс подготовки лоцмана из судоводителя должен содержать программы и методики, которые имеют много существенных особенностей. Рассмотрение этих особенностей актуально для совершенствования лоцманской работы и повышения качества учебного процесса в морских учебных заведениях и тренажёрных центрах Украины.
Однако во всех известных работах недостаточно раскрываются особенности и этапы формирования теоретических и практических навыков у кандидатов в лоцмана. В достаточном объёме, с детализацией не описывается характеристика системы подготовки судоводителей на всех уровнях, не содержатся
обязательные условия, при которых лоцманы могут достичь определённого квалификационного уровня. Другими словами, отсутствует систематизированная концепция структуры комплексного формирования теоретических и практических навыков у кандидатов в лоцмана [].
Для того чтобы ответить на вопрос, достаточно ли совершенны методы подготовки лоцманов, необходимо рассмотреть пути формирования навыка по выполнению элементов судоводительской работы, приведенные на рис. 3.
Рис. 3. Пути формирования навыка лоцмана
Формирование устойчивого навыка по управлению маневрами судна производить методом проб и ошибок у лоцмана не представляется возможным. По этой причине предложено формировать устойчивый навык двумя путями, через знания, полученные из банка предметных знаний; либо через знания, полученные методом проб и ошибок, на тренажере по управлению процессом маневрирования.
В последующем устойчивый навык и банк предметных знаний позволяют довести управление процессом маневрирования до уровня автоматического выполнения интеллектуальных действий лоцмана.
Для обеспечения формирования навыков у лоцманов по управлению процессом маневрирования судна разработана методология предварительной предрейсовой подготовки на тренажере с использованием ММ реального проводимого судна и адаптированного к навигационным условиям района предстоящей проводки. Она включает методику предварительного прогнозирования траектории движения и концептуальную модель информационного обеспечения; а также способ тренажерной подготовки, состоящий из аппаратно-программного комплекса учебных навигационных мостиков и ПРД.
Для прогнозирования движения судна используется разработанный автором комплекс алгоритмов формализованных моделей для получения необходимых декларативных знаний по подготовке способа управления процессом маневрирования, соответствующего навигационным условиям плавания. Кроме выполнения навигационных расчетов программы позволяют выполнять расчет инерционно - тормозных характеристик, включая расчет переходных коэффициентов.
Комплекс включает следующие программы:
программа расчета угла ветрового дрейфа ANDRIF, которая позволяет произвести определение смещение судна под действием кажущегося ветра;
программа определения скорости и курсового угла истинного ветра ANSTR, которая позволяет определить необходимые данные для расчета момента потери управляемости;
программа определения скорости и курсового угла кажущегося ветра TRUWI, которая позволяет определить необходимые данные для расчета угла ветрового дрейфа в процессе маневрирования;
программа определения угла сноса от течения ANCUR, позволяет определять смещение на траектории при маневрировании;
программа определения переходных коэффициентов KORP, предназначенных для определения переходных коэффициентов по сопротивлению, упору и поворотливости;
программа определения параметров поворотливости TURN, предназначенных для получения
значений 11312, , Оу; программа определения географических координат криволинейной траектории PATURN по параметрам циркуляции и географическим координатам точки пересечения курсов до и после поворота;
программа определения географических координат криволинейной траектории WICUR по параметрам циркуляции, географическим координатам точки пересечения курсов до и после поворота и параметрам ветра и течения;
программа определения характеристик торможения WASTO, которая позволяет получить значение пути и времени торможения при различных начальных скоростях и режимах торможения.
В качестве примера результаты маневра торможения на морской акватории с визуализацией результатов маневрирования приведены на рис.5.
Методика обучения с использованием аппаратно - программного комплекса предусматривает три способа формирования навыка:
подготовка плана маневрирования вручную для формирования навыка по учету динамических характеристик, путем проведения деловой игры;
составление лоцманского плана района проводки судна и лоцманского паспорта района предстоящего движения;
тренажерная предрейсовая подготовка лоцмана на аппаратно - программном комплексе для реальных гидрометеорологических условий плавания на ММ судна, которое предстоит проводить.
Способ формирования навыка по учету маневренных характеристик предусматривает проведение деловой игры по планированию поворота, постановки на якорь, швартовки к причалу и маневрирования при чрезмерном сближении.
Для проведения деловой игры используются данные об инерционно-тормозных характеристиках в виде таблицы, таблица данных о характеристиках поворотливости в виде отрезков, таблица коэффициентов влияния мелководья на параметры циркуляции. Для планирования поворота используется графическая схема линии пути до и после поворота. После формирования навыка по построению криволинейной траектории приступают к обучению методике построения траектории с использованием тормозных характеристик. Наиболее наглядно это можно продемонстрировать на примере построения траектории при постановке на якорь.
Уже этих двух видов маневрирования достаточно для понимания методики учета свойств судна при прогнозировании траектории движения. Построение траектории при швартовке к причалу и при чрезмерном сближении позволяют закрепить навык по планированию движения и отрабатывать задачи на тренажере. Всю информацию, которая циркулирует по каналам связи, можно разделить на организационно - распорядительную и навигационную. Приоритетной является навигационная информация. Поэтому для уменьшения напряженности в работе оператора, который управляет процессом маневрирования, необходим отдельный судоводитель, который должен обеспечивать работу каналов связи (рис.4). Для повышения информационного обеспечения и безопасности лоцманской проводки было предложено устройство для предупреждения столкновения судов, которое необходимо поместить в СУДС.
Рис. 4. Фрагмент экрана аппаратно-программного комплекса при торможении
Указанное устройство и система позволяют контролировать движение судов в береговых СНО, включая разработку рекомендаций по расхождению.
305
При формировании модели информационного обеспечения были введены два новых вида знаний - лоцманский паспорт района проводки и лоцманский план процесса проводки.
Лоцманский паспорт района проводки представляет собой адаптированную к моменту плавания навигационную информацию и сведения о параметрах гидрометеорологических условий плавания с нанесением данных на схему движения. Он существенно облегчает ориентировку лоцмана при выполнении проводки и быстрое получение необходимых сведений. Лоцманский план процесса проводки содержит кроме указанных сведений организационно - распорядительную информацию по маневрированию с нанесением характерных точек, в которых изменяется режим движения, выполняются работы с буксирами и другие интеллектуальные действия.
Методология предрейсовой подготовки лоцмана заключается в освоении на тренажере приемов и формировании навыков по управлению судном, которое подлежит проводке, в реальных гидрометеорологических условиях.
Рассмотренная методика формирования навыков по управлению процессом маневрирования позволяет создать предпосылки для обеспечения гарантированной безопасности судовождения при лоцманской проводке.
Выводы. Созданный аппаратно - программный комплекс позволяет реализовать концепцию гарантированной безопасности управления процессом маневрирования при лоцманской проводке судов за счет:
совершенствования методов формирования устойчивого навыка и доведения его до уровня автоматизации с использованием банка предметных знаний и тренажера с визуализацией;
внедрения новых алгоритмов контроля над процессом движения судов в зоне ответственности береговыми СНО и разработки рекомендаций по расхождению;
повышения уровня информационного обеспечения за счет подготовки предметных декларативных знаний и представления их в легко доступной форме для восприятия при принятии решений по маневрированию;
новых методов подготовки лоцмана к процессу проводки судна на берегу до начала ее выполнения.
Разработанная методология внедрена в учебный процесс подготовки лоцманов в учебном -тренажерном комплексе КГМТУ.
Список литературы
1. Авдеев Б.А., Вынгра А.В., Черный С.Г. Исследование работы системы управления гребного электропривода автономных подводных аппаратов // Информационные технологии и вычислительные системы. 2022. № 3. С. 108-121. DOI 10.14357/20718632220310. EDN OKCZTA.
2. Мальцев А.С, Романов Г.С., Гончаров Е.И., Вильский Г.Б. Подготовка лоцманов к управлению маневрами судна // Судовождение: Сб. научн. трудов / ОНМА. Одесса: Феникс, 2004. Вып. 8. С. 6376.
3. Багаев С.М., Медведева Е.В. Сегментация спутниковых снимков на основе сверточной нейронной сети u-net // Цифровая обработка сигналов и её применение (Ц0С-2021): Доклады 23-ей Международной конференции. Москва, 24-26 марта 2021 года. М., 2021. С. 218-222.
4. Ивановский А.Н., Черный С.Г. Перспективы применения технологий компьютерного зрения в морской отрасли // Состояние и перспективы развития современной науки по направлению «Техническое зрение и распознавание образов»: Сборник статей III научно-технической конференции, Анапа, 18 марта 2021 года. Анапа: Федеральное государственное автономное учреждение «Военный инновационный технополис «ЭРА», 2021. С. 177-181. EDN PYAHFO.
Силкин Артем Анатольевич, канд. техн. наук, главный конструктор, silkin-a-a@yandex.ru, Россия, Егорьевск. АО «НОВИК-91»,
Ивановский Алексей Николаевич, аспирант, aleksei. ivanovskii@yyandex. ru, Россия, Керчь, Керченский государственный морской технологический университет,
Михаил Юрьевич Серебряков, преподаватель, serebrykov@,gmail. com, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный морской технический университет,
Святский Виталий Владимирович, сотрудник, vetal-s25-009@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
THE USE OF ARTIFICIAL INTELLIGENCE COMPONENTS TO WORK OUT THE OPERATIONS
OF THE SHIP'S WORKFLOW
A.A. Silkin, A.N. Ivanovskii, M.Yu. Serebryakov, V.V. Svyatsky
The purpose of the research was to create a simulator for providing data on the maneuvering characteristics of the vessel. During training at the first stage, it is necessary to form an initial skill, which, during practical work on the bridge, turns into a stable one during the repeated performance of individual elements of navigational work. The created hardware-software complex makes it possible to implement the concept of guaranteed safety of managing the process of maneuvering during pilotage of ships by: improving the methods of forming a stable skill and bringing it to the level of automation using a database of subject knowledge and a simulator with visualization; introduction of new algorithms for controlling the process of vessel traffic in the area of responsibility by coastal control systems and developing recommendations for passing.
Key words: multifunctional simulator, providing the ship with data on the maneuvering characteristics of the ship.
Silkin Artem Anatolyevich, candidate of technical sciences, chief designer, silkin-a-a@yandex. ru, Russia, Yegoryevsk. NOVIK-91 JSC,
Ivanovsky Alexey Nikolaevich, postgraduate, aleksei.ivanovskii@yandex.ru, Russia, Kerch, Kerch State Marine Technological University,
Mikhail Yuryevich Serebryakov, teacher, serebrykov@gmail. com, Russia, St. Petersburg, Saint Petersburg State Maritime Technical University,
Svyatsky Vitaly Vladimirovich, employee, vetal-s25-009@mail.ru, Russia, St. Petersburg, Saint Petersburg State Maritime Technical University
УДК 528.013
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-307-313
МЕТОДИКА И КРИТЕРИИ ВЫБОРА УЧАСТКОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РЕКОГНОСЦИРОВОЧНЫХ ИЗЫСКАНИЙ
Р.А. Ситков, Н.В. Рыжий
В статье изложена методика оценивания участков при проведении рекогносцировочных изысканий по выбору мест для строительства объектов наземной космической инфраструктуры. В основу методики положен квалиметрический метод оценивания. Рассмотрены результаты оценивания участков, получаемые различными методами свёртки интегральных показателей качества участков. Предложен подход к выработке решения о выборе основного и запасного вариантов размещения объекта, на основе значения их интегральных показателей качества и дополнительных критериев принятия решения. Приведены критерии принятия решения по выбору участка.
Ключевые слова: рекогносцировочные изыскания, земельный участок, многокритериальный выбор, показатели качества, свертка показателей, критерии, квалиметрия.
Важным этапом создания объекта наземной космической инфраструктуры (ОНКИ) является выбор земельного участка (ЗУ) для его строительства, так как от этого во многом зависит качество выполнения объектом задач по предназначению, стоимость его строительства и (или) эксплуатации.
Выбор ЗУ для строительства осуществляется в процессе рекогносцировочных изысканий (РИ), для проведения которых назначается рекогносцировочная комиссия (РК). Председатель комиссии представляет лицу, принимающему решение (ЛПР) информацию о возможных вариантах размещения объекта.
Главной задачей и основным содержанием РИ является выбор участка лучшего с точки зрения его соответствия техническим и экономическим требованиям на строительство объекта. Помимо этого РК получает различного рода согласования и разрешения на строительство объекта, а также рассматривает вопросы обеспечения объекта инженерными ресурсами.
Поскольку при выборе участка рассматривается множество факторов так или иначе характеризующих его пригодность для размещения объекта, такую задачу можно отнести к многокритериальным задачам принятия решений. Отметим, что сам термин многокритериальная задача нельзя считать удачным, поскольку в нём под критериями обычно понимаются показатели отдельных (единичных) свойств объекта (в нашем случае участка). Что касается собственно критериев выработки решений, то они в указанных задачах как правило вообще никак не называются [1].
При правильной организации процесса принятия решения по выбору участка для строительства объекта должна быть реализована следующая последовательность действий:
