Влияние погрешностей в информации автоматических идентификационных систем на навигационные риски столкновения судов в море Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ности неустойчивых на курсе объектов — менять свою динамику с изменением состояния внешней среды достоверность этого показателя низкая.

Таким образом, можно сделать вывод.

что целесообразно принимать промежуточное решение о подстройке параметров авторулевого К1, К2 по каждому частному показателю, а окончательное решение — с учетом обобщенных показателей.

Список литературы

1. Поселенов Е. Н. Обоснование показателя качества управления, используемого для адаптации параметров авторулевого / Е. Н. Поселенов // Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России: материалы межвуз. науч.-практ. конф. студ. и асп. — СПб.: СПГУВК, 2010.

УДК 656.052.484 С. Н. Некрасов,

д-р техн. наук, профессор, СПГУВК;

М. С. Старов,

аспирант,

СПГУВК

ВЛИЯНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ В ИНФОРМАЦИИ АВТОМАТИЧЕСКИХ ИДЕНТИФИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА НАВИГАЦИОННЫЕ РИСКИ СТОЛКНОВЕНИЯ СУДОВ В МОРЕ

m

136]

INFORMATION ERRORS EFFECT OF AUTOMATIC IDENTIFICATION SYSTEMS ON THE NAVIGATIONAL RISKS OF VESSELS COLISIONS AT SEA

Поставлена задача оценить проявление неопределенностей в информации, передаваемой Автоматической идентификационной системой (АИС) на риски столкновения судов. Следуя этому, точка взаимного расположения судов может быть определена в некой области неопределенностей.

The aim of the paper is to make an assessment of occurrence the indefiniteness which could be observed in Automatic Identification System (AIS) information and to find out how this indefiniteness could affect the risks of collisions the vessels at sea. Due to this the relative position of vessels could be found inside some area — area of uncertainties.

Ключевые слова: вектор скорости, влияние погрешности, эллипс ошибок, прогноз ситуации.

Key words: velocity vector, error effect, error ellipse, situation forecast.

АЗВИТИЕ международной торгов- обеспечения безопасности плавания необ-

ли и судоходства влечет сокраще- ходима правильная и своевременная оценка

ние времени обработки информа- ситуации судоводителем-оператором. Рабо-

ции и, как следствие, комплексную автома- та большинства современных навигацион-

тизацию процессов, связанных с судовожде- ных систем базируется на использовании

нием. Для выполнения комплекса условий данных спутниковых навигационных сис-

Рис. 1. Относительное движение судов и возможные отклонения ЛОД из-за отклонений в скорости судна

тем (далее — СНС). Но при использовании СНС возникают погрешности в первичной обработке информации, а значит, и необходимость оценки их влияния на решение задачи расхождения судов.

При рассмотрении схемы маневрирования за исходные данные следует брать векторы скоростей сближающихся судов. Метод расхождения, основанный на определении параметров движения судов по данным АИС, позволяет спрогнозировать траектории движения судов в условиях ограниченной видимости, при маневрирования в узостях и в районах с интенсивным судоходством. Для правильной оценки ситуации и дальнейшего прогноза необходимо дать оценку характера проявления погрешностей в значениях скорости судов, передаваемой по АИС. Предполагается, что из-за неопределенности вектора скорости судна возможно возникновение некой области (эллипса ошибок) относительного взаимного положения судов в месте встречи.

Как показано в работе [5, с. 135-139], среднее квадратическое отклонение в оценке относительной скорости сближения судов соответствует

dvр_

ydVkJ

*JL

ydVm;

ха

Vm

(1)

где V — относительная скорость сближения судов;

Vk — скорость судна-цели;

Vm — скорость судна, на котором находится наблюдатель;

oVk — погрешности в скорости судна-цели, передаваемой по АИС;

о„ — погрешности в скорости нашего

Vm

судна, передаваемой по АИС;

о„ — погрешность в относительной

VP

скорости сближения судов

В соответствии с эксплуатационными характеристиками АИС значения погрешности в скорости, передаваемой по АИС, не превышают 0,2 узла.

В ходе работы было произведено вычисление значений о„ для различных значе-

vp

ний отношения скоростей судов и курсовых углов.

Результаты полученных значений при различных величинах отношения скоростей судов приведены на графиках (рис. 2).

Исследования показали, что погрешности в относительной скорости могут дости-^12~1_ гать: oV = 0,28 узла, что будет сказываться и на относительной линии пути сближающихся судов.

По классической теории маневрирования судов принято считать, что V = const. Од-

Выпуск 1

Рис. 2. График зависимости погрешности в относительной скорости судов от разницы курсов

для различных отношений скоростей судов

нако, как следует из указанного выше, необходимо учитывать а, при оценке 8р.

Из теории случайных функций [6] из-

вестно:

4=Мгр]!*

(2)

где М — оператор математического ожидания.

Дисперсия погрешности расстояния является дисперсией интеграла стационарного случайного процесса с автокорреляционной функцией Я, (т) — определяется выражением

т

138]

я* (0 = £р2 (0 = (0 = До (г, 0 =

г

= 21 Яу (т) • (/ - =

о

t

= 2 | р (т) • (/ - т)Л,

(3)

где р„ — нормированная автокорреляционная функция относительной скорости сближения судов.

Предположим, что

Ку (т) (т) -

Ру =—-—=—2—= е

^ ЯЛО)

(4)

где Я, (т) — автокорреляционная функция,

ч>

характеризующая случайный процесс, определяемая как:

Яг(т) = ^ (5)

гр Ур Ур

Тогда выражение (3) примет вид

(0 = (0 = 2°кр |• (* - т)«/т =

о

2а^ (е'аН + а? +1)

а

(6)

Оценивая поведение функции о„ (О для

ЛР

двух ассимптоматических случаев, получим

(7)

(8)

где ^ — время прогноза точки встречи; Т — интервал корреляции.

-2-Оу -*2,

=2-а2г -Т^

Взаимная корреляционная функция будет определяться как

^0г0 (к’ ^2) — *^0(^1) ‘ ^>(/2) —

= ЗД)

^р (^2 ) ^р (А )^р (/2 )

</£>

<1и

аК8р(*М

^9

= Д5 '(т) = -а-су5 •е_а‘Н. (9)

Влияние ошибок о, и о„ на положение

ур Лр

точки встречи судов будем характеризовать размерами средних квадратических эллипсов. Основными характеристиками эллипса рассеивания являются большая и малая полуоси и угол отклонения осей от первоначальной системы координат, вычисляемые по известным формулам.

Расчеты возможных значений параметров эллипса, проведенные для условий:

— отношения скоростей судов:

V. / V = 0,5 - 1,5;

к т ’ 7 '

— разница в курсах сближающихся:

£ = 160 - 190 град.

При таком значении (острые курсовые углы) проявление погрешности будет максимальным;

— значения погрешности в скорости, передаваемой по АИС для скорости судна-цели и для нашего судна соответственно

о, = 0,2 узл., о, = 0,2 узл.,

т

показали, что погрешность в относительной скорости сближения судов по формуле (1) принимает максимальное значение, равное

о, = 0,28 узл.

,р

Численное моделирование задачи встречи судов при учете погрешностей оценки ,к средствами АИС показало:

— максимальные значения неопределенностей возникают на носовых курсовых углах;

— скорость нарастания дисперсии положения точки встречи составляет

Рис. 3. Зависимость погрешности в расстоянии по ЛОД в зависимости от времени прогноза

Выпуск 1

У0 = 2-о2Гр - Г = 0,486 узл.

По итогам расчетов в соответствии с основной формулой (2) получена линейная зависимость погрешности в пройденном по линии относительного движения расстоянии от времени прогноза.

Отсюда, вычисляя параметры эллипса ошибок, к примеру, прогнозируя на ^ = 9 мин, получим следующие значения:

— угол отклонения большой полуоси от первоначальной системы координат: о = 7,73°;

— расстояние по большой полуоси: А = 0,28 мили;

— расстояние по малой полуоси: В = 0,098 мили.

Итогом данной работы является понимание факта присутствия погрешностей в первичной обработке информации и, как следствие, влияния этих погрешностей при расчетах расхождения судов.

Таким образом, удалось оценить влияние инструментальных погрешностей АИС на неопределенность положения точки встречи, а также показать статистические характеристики этой точки, что необходимо учитывать при заблаговременном принятии решения на маневр при расхождении.

Используя данную методику при оценке ситуации, как на судне, так и в береговом диспетчерском посту, повышается степень точности и, как следствие, минимизируются риски столкновения судов.

Список литературы

1. Амбросовский В. М. Интегрированные системы управления технических средств транспорта: учеб. изд. / В. М. Амбросовский, О. В. Белый, Д. А. Скороходов. — СПб.: Элмор, 2001. — 288 с.

2. Бурмака И. А. Применение численных методов для расчета времени начала уклонения судна при расхождении / И. А. Бурмака // Судовождение: сб. науч. тр. / ОНМА. — Одесса: ФЕН1КС, 2003. — Вып. 6. — С. 27-31.

3. Вагущенко Л. Л. Частное решение задачи расхождения с судами / Л. Л. Вагущенко, А. Л. Вагущенко // Судовождение: сб. науч. тр. / ОНМА. — Одесса: ИздатИнформ, 2007. — Вып. 13. — С. 38-45.

4. Мальцев А. С. Способ оценки опасности столкновения в системах управления движением судов / А. С. Мальцев // Судовождение: сб. науч. тр. / ОНМА. — Одесса: ИздатИнформ, 2009. — Вып. 16. — С. 97-104.

5. Некрасов С. Н. Применения АИС для решения задач расхождения судов в море / С. Н. Некрасов, М. С. Старов // Судовождение: сб. науч. тр. / ГНИНГИ, НГО-2011. — СПб., 2011.

6. Луконин В. П. Теория обработки навигационной информации / В. П. Луконин. — СПб.: ВУНЦ ВМФ, 2010. — 295 с.

7. Скворцов М. И. Основы маневрирования кораблей / М. И. Скворцов, И. В. Юхов, Б. И. Зем-лянов. — М.: МО, 1966. — 270 с.

1

к

су

п

ы

В