автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Исследование информационных аспектов навигационных измерений при плавании в стесненных водах

ВВЕДЕНИЕ 4-

1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ 8-18 НАВИГАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ: ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ

1.1. Аналитический обзор методов обработки 8 навигационной информации

1.2. Постановка задачи

1.3. Выводы

2. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ В 19-30 СУДОВОЖДЕНИИ

2.1. Абстрактная информация по Шеннону, получаемая при 19 движении судна, и определение ее количества

2.2. Связь избыточности навигационных измерений и 24 количества информации

2.3. Выводы

3. ВЛИЯНИЕ СООТНОШЕНИЯ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ 31-68 И СЛУЧАЙНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ЙЗМЕРЕНИЙ

НА ИДЕНТИФИКАЦИЮ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ СУДНА

3.1. Геометрические характеристики единичных 31 траекторий

3.2. Сплайн-аппроксимация единичных траекторий

3.3. Восстановление криволинейных траекторий движения 35 судна

Актуальность темы. Решение проблемы обеспечения безопасности мореплавания, особенно в районах со сложной навигационнои обстановкой, является важнейшей задачей современного судоходства. Несмотря на развитие навигационной техники и технологии обработки измерительной информации, аварийность на флоте продолжает оставаться на высоком уровне, что подтверждается исследованиями, содержащимися в работах [ 6,59 ] . Это связано, как с объективными, так и с субъективными факторами. Фундаментальной теорией , в терминах которой можно трактовать причину аварийности, является теория информации. Отсутствие достаточного количества информации, необходимой для выполнения той или иной процедуры, связанной с безопасностью судовождения, может быть одной из основных причин навигационной аварийности. Оценка необходимого количества абстрактной информации для удержания судна на заданной траектории - принципиально новый подход к проблеме безопасности судовождения. Целесообразность исследования информационного подхода подтверждается результатами изложенными в данной работе.

Целью диссертационной работы является:

1. Разработка редактора траекторий движения судна на основе кубических полиномов .

2. Исследование процедуры сплайн-восстановления траекторий движения судна по их дискретному представлению информационными точками.

3. Определение необходимого количества информации для восстановления траекторий движения судна с заданной точностью и имеющих различную форму.

4. Исследование необходимого количества информации по Шеннону для обеспечения безопасного движения судна в конкретных узкостях.

Методы и математическая основа исследования. Для решения поставленной задачи в диссертационной работе используется следующий математический аппарат: линейная алгебра, основы теории сплайн - аппроксимации, основы теории информации. В качестве метода исследования и анализа полученных результатов используется компьютерное моделирование на базе алгоритмического языка VISUAL BASIC.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые в качестве причины навигационной аварийности исследована недостаточность абстрактной информации о траектории движения судна.

2. Разработаны информационные аспекты восстановления траекторий движения судна, имеющие различную форму. На базе полученных результатов определена зависимость между количеством информации и соотношением случайных и систематических погрешностей навигационных измерений.

3. Показан феномен появления «скачка» восстанавливаемой траектории при уменьшении количества информации, когда систематические погрешности навигационных измерений близки к случайным флуктуациям измерений.

4. Показана связь между топологией траектории и количеством необходимой информации для её восстановления.

Практическая значимость:

1. Разработан редактор траекторий, позволяющий конструировать и исследовать траекторию движения судна в конкретной узкости с позиций теории информации.

2. Показано влияние систематических погрешностей измерений на топологические характеристики (форму, длину) восстанавливаемой по измерениям траектории движения судна.

3. Результаты исследования, касающиеся информативности навигационных измерений, напрямую связаны с безопасностью мореплавания и могут быть использованы в качестве дополнения к Резолюции IMO А.529 (13) "Стандарты точности судовождения".

Реализация и апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы внедрены в учебный процесс для подготовки инженеров-судоводителей по курсу «Математические основы судовождения» и «Навигация» в ГМА им. адм. С.О.Макарова, а также на кафедрах Кораблевождения, Математики и Методов математического моделирования Морского корпуса Петра Великого - Санкт-Петербургского Военно-Морского Института. Результаты диссертационной работы докладывались в ГМА им. адм. С.О.Макарова на Научно-технических Конференциях профессорско-преподавательского состава в 1999 и 2001 годах и на 4-ом Международном семинаре «Субстандартное судоходство — проблемы и пути их решения через сотрудничество. Внедрение требований - ключевой фактор безопасности на море и предотвращения загрязнения» в 2001 году. Результаты диссертационной работы использованы в научно-исследовательской работе Государственного научно-исследовательского навигационно-гидрографического института МО РФ по закрытой теме «0птимист-2002». Практические результаты и выводы внедрены в разработку программного обеспечения навигационного тренажера Navi-Trainer Professional 4000 в ЗАО TRANSAS MARINE LTD.

Внедрение результатов диссертации подтверждено соответствующими актами.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Общий объем диссертации 100 страниц включает: содержание 2 страницы, введение 4 страницы, 4 главы 77 страниц, заключение 4 страницы, список литературы из 62 наименований 6 страниц, 6 приложений 6 страниц, 34 иллюстрации и 12 таблиц.

выход

Jsj*!

УБРАТЬ координаты распечатка показать траекторию с закругл. картинга" аакрутяени й. сплайн сист.погр=0 сплайн сист.погр не=0 отстояния график по сист.погр»0 узловым отстояния узловые сист.погр точки не=0 циркуляции точки инверсий начала и концы циркцляций отметить нач и кон показать радиусы треугольники картинка заждо

JjSJ*i убрать траектория с последним сп чанном

•сллэииы разных сист погр

РОССИЙС.ЧАЧ

ГОСУДАРСТВУ; ЛА^ ЕШШШТЙИЛ 1ФЙ91 - Ч - О2

1. Александров П.С. Аналитическая геометрия., М., Наука, 1968,911с.

2. Александров П.С. Лекции по аналитической геометрии, М., Наука, ГРФМЛ, 1968, 911с.

3. Алимов Ю.И. Альтернатива методу математической статистики, серия Математика-Кибернетика, 1980, М., Знание, 64 с.

4. Ахиезер Н.И. Лекции по теории аппроксимации, 2 изд., М., Мир, 1965, 50 с.

5. Бахшиян Б.ц., Назиров P.P., Эльясберг П.Е. Определение и коррекция движения (гарантирующий подход), М., Наука, 1980, 360с.

6. Безопасность мореплавания. Экспресс-информация, вьш.5 (145), М., ЦБНТИ ММФ, 1982, 27 с.

7. Бернштейн Н. О наилучшем приближении непрерывных функций посредством многочленов данной степени (1912), М., Мир, 1952, Собр. Соч., т.1, с.11-104.

8. Бронштейн И.Н., Селезнев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов, 13-е изд., испр., М., Наука, 1986, 544 с.

9. Вагущенко Л.Л. Обработка навигационных данных на ЭВМ, М., Транспорт, 1985, 145 с.

10. Выбор и оценка информации, выдаваемой штурману АПК. Отчет по НИР по содружеству с ВВ ВИМУ, ГДР, N г.р.11870002498, Л., ЛВИМУ, 1989, 40 с.

11. Walker R.Monge's Theorem in many Dimentions, Mathematical Gazette, October, 1976, p.185-188.

12. Гилмор P. Прикладная теория катастроф, М., Мир, 1984, т.1 - 282 с , т2 - 344 с.

13. Гильбо Е.П., Челпанов И.Б. Обработка сигналов на основе упорядоченного выбора, М., Советское Радио, 1975, 344 с.

14. Груздев Н.М. Оценка точности морского судовождения, М., Транспорт, 1989, 191 с.

15. Гуттер Р.С., Кудрявцев Л.Д., Левитан Б.М. Элементы теории функций, М., Мир, 1963, с. 98-106.

16. Дауговет И.К. Введение в теорию приближения функций, М., Транспорт, 1977, 64 с.

17. Дзядык В.К. Введение в теорию равномерного приближения функций полиномами, М., Мир, 1977, 320 с.

18. Калман Р.Е. Идентификация систем с шумами, УМН, т.40, N4(244), 1985, с.27-36.

19. Кемниц Ю.В. Математическая обработка зависимых результатов измерений, М., Недра, 1970, 189 с.

20. Кожухов В.П., Григорьев В.В., Лукин СМ. Математические основы судовождения, М., Транспорт, 1987, 208 с.

21. Кондрашихин В.Т. Определение места судна, М., Транспорт, 1989, 229 с.

22. Кондрашихин В.Т. Теория ошибок и ее применение к задачам судовождения, М., Транспорт, 1969, 256 с.

23. Корнейчук Н.П., Лигун А.А., Доронин В.Г. Аппроксимация с ограничениями, М., Мир, 1982, 68 с.

24. Корнейчук Н.П. Экстремальные задачи теории приближения, М., Мир, 1976, 395 с.

25. Коровкин П.П. Линейные операторы и теория приближений, М.,Мир, 1959, 58 с.

26. Лесков М.М., Баранов Ю.К., Гаврюк М.И. Навигация, М., Транспорт, 1986, 360 с.

27. Лесков М.М., Гаврюк М.И. Ошибки навигационных измерений, М., Транспорт, 1964, 135 с.

28. Логиновский В.А. Детерминированный подход к анализу и обработке навигационной информации. Проблемы безопасности мореплавания, в сб. трудов ЛВИМУ им. Адм. СО. Макарова, М., в/о «Мортехинформреклама», 1990, с.10-16.

29. Loginovsky V.A., Kuzmin V.E. Application of the bifurcation theory to the quality analysis of measurements data Pr. of the 1st Int. Conference, of control of oscillations and chaos, V.2, 27-29.08.97, SPB, Russia ,p. 311-312.

30. Логиновский В.А. Об особенностях использования сверхдлинноволновых РНС типа "Омега" в морской навигации. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Л., ЛВИМУ им. адм. О.Макарова, 1991, 127 с.

31. Loginovsky V.A. Similarity transformation and Shannon information for safe and precise navigation , Pr. of the 4th International Conference on Integrated Navigation 26-28.05.97,SPB, Russia, p.122-130.

32. Логиновский B.A., Смоленцев СВ. Комплексная обработка навигационных измерений, М., в/о «Мортехинформреклама», 1989, 37 с.

33. Лукашин Ю.П. Адаптивные методы краткосрочного прогнозирования, М., Статистика, 1979, 254 с.

34. Макаров Г.В. Оповторяющихся и систематических ошибках, Судовождение, Вып. 15, М., Рекламинформбюро ММФ, 1974,с.188-189.

35. Макаров Г.В. Определение места судна по зависимым высотам светил. Судовождение, Вып. 14, М., Рекламинформбюро ММФ, 1974, с.128-140.

36. Макаров Г.В. Теоретические основы технологии обработки навигационной информации с учетом квалиметрических требований. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Л., ЛВИМУ им. Адм. СО. Макарова, 1985, 45 с.

37. Никольский СМ. Приближение функций многих переменных и теоремы вложения, 2 изд., М., Мир., 1977, 86 с.

38. Ольшамовский СБ., Земляновский Д.К., Шепетов И.А. Организация безопасности плавания судов, М., Транспорт, 1972,212 с.

39. Понтрягин Л.С Основы комбинаторной топологии, М., Наука, ГРФМЛ, 1986, 118 с.

40. Постои Т., Стюарт И. Теория катастроф и ее приложения, М.,Мир, 1980,608 с.

41. Ракитин В.И., Первушин В.Е. Практическое руководство по методам вычислений, М., Высшая школа, 1998, 384 с.

42. Resolution А.529 (13), Accuracy Standarts for Navigation, IMO, 1983, 6 p.

43. Робастные методы статистического анализа навигационной информации. Л., ЦНИИ «Румб», 1985, 203 с.

44. Сазонов А.Е., Смоленцев СВ. Навигационный фильтр Калмана, адаптивный к неопределенностям в погрешностях счисления и измерений. Навигация и управление судном. ЛБИМУ им. Адм. СО. Макарова, М., в/о «Мортехинформреклама», 1989, с.8-12.

45. Стечкин СБ., Субботин Ю.Н. Сплайны в вычислительной математике, М., Мир, 1976, 54 с.

46. Стренг Г. Линейная алгебра и ее применения, М., Мир, 1980, 456 с.

47. Тиман А.Ф. Теория приближения функций действительного переменного, М., Мир, 1960, 124 с.

48. Тихомиров В.М. Некоторые вопросы теории приближений, М.,Мир, 1976,246 с.

49. Хакен Г. Синергетика, М., Мир, 1980, 408 с.

50. Хакен Г. Синергетика. Иерархии неустойчивостей в самоорганизуюш;ихся системах и устройствах, М., Мир, 1985,423 с.

51. Хампель Ф., Рончетти Э., Рауссеу П., Штаэль В. Робастность в статистике. Подход на основе функций влияния, М., Мир, 1989,512 с.

52. Хармут X. Применение методов теории информации в физике, М., Мир, 1989, 344 с.

53. Хирш М. Дифференциальная топология, М.,Мир, 1979,280с.

54. Хьюбер П. Робастность в статистике. М., Мир, 1984, 303 с.

55. Черная Е.А. Информационные аспекты плавания судна по заданной траектории, СПб, Специальные транспортные технологии и инфраструктура: Межвузовский сборник научных трудов, Вып.4, 2000, с. 33-40.

56. Черная Е.А. Влияние систематических погрешностей на информативность навигационных измерений, деп. № 1311-мф, М., в/о «Мортехинформреклама», 2001.

57. Черная Е.А. Информативность навигационных измерений. Научно-техническая конференция. Тезисы докладов. ГМА им. адм. О.Макарова. СНб, 2001, стр. 8-10.

58. Черная Е.А. Информативность навигационных измерений при плавании судна по заданной траектории. Сборник научных трудов Петровской Академии Наук и Искусств. Выпуск 10. ИПО «Базис», ИК "Синтез", СПб, 2001, стр. 14-21.

59. Черная Е.А., Логиновский В.А. Информационные аспекты навигации в узкостях. Научно-техническая конференция. Тезисы докладов. ГМА им. адм. О.Макарова. СПб, 1999, стр. 5-6.

60. Черная Е.А. Закрытая тема «Оптимист-2002». НИР ГНИНГИ МО РФ. СПб, 2002.

61. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике, М.,ИЛ., 1963,829 с.

62. Юдович А.Б. Предотвращение навигационных аварий морских судов, М., Транспорт, 1982, 223 с.