автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Качество радиоэлектронных систем безопасности с учетом "человеческого фактора" на нефтетерминалах с выносными причальными устройствами

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИИ НОВОРОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ

УДК 629.7.019.3:62

На правах рукописи

Герман-Шахлы Юрий Гасанович

Качество радиоэлектронных систем безопасности с учётом "человеческого фактора" на нефтетерми-налах с выносными причальными устройствами

{на примере систем безопасности мореплавания е регионе порта Новороссийск )

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций 05.22.19 - Эксплуатация водного транспорта, судовождение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новороссийск - 2003

Работа выполнена в учреждении "Черноморская компания по обслуживанию судоходных предприятий" с консультативным участием кафедры "Радиосвязь на морском флоте" Новороссийской государственной морской академии

Научный руководитель: д.т.н., профессор Научный консультант: д.т.н., профессор

Попов В .В.

Демьянов В.В.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук (г. Новороссийск)

Левченко Е.Л.

кандидат технических наук, (г. Новороссийск)

Долматов Б.М.

Ведущая организация: ГПИНИИМТ "Союзморниипроект" (г. Москва)

Защита состоится " 5 " ноября 2003 года в 1430 часов на заседании диссертационного совета Д 223.007.01 Новороссийской государственной морской академии в ауд. Б4 (г. Новороссийск).

Отзывы на диссертацию или её авторефераг присылать в двух экземплярах, заверенных печатью организации, направлять учёному секретарю диссертационного совета Д 223.007.01 по адресу: 253918. г. Новороссийск, пр. Ленина 93, НГМА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новороссийской государственной морской академии по адресу: 253918. г. Новороссийск, пр. Ленина 93 (в учебном корпусе НГМА).

Автореферат разослан " 3 " октября 2003 года.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 223.007.01,

д.т.н., профессор

Бачище А.В.

го? 63^2

Оглавление

Перечень принятых сокращений................................................3

Общая характеристика работы....................................................4

Защищаемые положения...........................................................6

Содержание работы по главам....................................................6

Итоги внедрения работы.............................................................21

Заключение и выводы..............................................................22

Список публикаций.................................................................22

Аннотация............................................................................23

Перечень принятых сокращений

АИС - автоматизированная идентификационная система

АОП - амплитудный отбор помех

Б ГУ - блок граничных условий

БОИ - блок отображения информации

ВПУ - выносное причальное устройство (как буй)

ВПС - выносная причальная система (как система причальных устройств)

ГЦУ - главный центр управления

GPS - Глобальная навигационная спутниковая система

ГМССБ - Глобальная морская служба связи при бедствии и для обеспечения безопасности

Д1 НСС - Дифференциальная подсистема глобальной навигационной спутниковой системы

DGPS - Дифференциальная подсистема глобальной навигационной спутниковой системы ИМО - Международная морская организация ИП - источник помех

КБМ - Комитет по безопасности мореплавания ИМО

МЛМС - Международная ассоциация маячных служб

МАПН - Морская администрация порта Новороссийск

PJIC - радиолокационная станция

РПУ- радиопередающее устройство

РПрУ - радиоприёмное устройство

РРВ - распространение радиоволн

РЭС - радиоэлектронные средства

УКВ - ультракороткие волны

ССТ - судно сопровождения танкера к ВПУ

СУДС - служба управления движением судов

ЦИВ - цифровой избирательный вызов

ЧОП - частотный отбор помех

ЭМС - электромагнитная совместимость

РОС I • Г.Щ.

J;

тЬр к

ИЛЬНАЯ

"•'НЕМ

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. В последние 40-50 лет межконтинентальная транспортировка нефти танкерами росла почти синхронно с кубическим ростом её валовой добычи. Сосредоточение более 90% мировой добычи нефти на континентах вдали от морских портов привело к строительству системы трубопроводов к береговым её накопителям, с которых и ведётся её перевалка на танкеры через стационарные (береговые) и выносные (свайные и плавающие) причальные устройства.

Такое расширение приморской и морской перевалки нефти на супертанкеры вызвало интенсивный рост научных исследований в области обеспечения безопасности технологических операций, а также безопасности движения судов в припортовых водах, проливах, каналах, реках и т.п. с помощью автоматизированных систем управления судном. Почти во всех крупных портах мира стали действовать Системы управления движением судов (СУДС), сети Глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности (ГМССБ), а с 2002 года стали разворачиваться Автоматизированые идентификационные системы (АИС). Все перечисленные системы являются по сути эргатическими, поскольку содержат человека-оператора в составе основного управляющего звена. Обобщение опьгга обеспечения надёжности технологических операций и безопасности мореплавания на ближних подступах к плавающим причальным раздатчикам накопленной на берегу нефти с учётом "человеческого фактора" весьма актуально именно сейчас - в период интенсивного роста объёмов перевалки нефти через Новороссийский порт.

Объект исследования - береговой комплекс эрготехнических средств контроля (с наземными сооружениями), объединенных в морском терминале КТК-Р с глубоководными нефтеналивными плавающими выносными причальными устройствами (ВПУ).

Предмет исследования — качественные показатели систем: а) обеспечения безопасности мореплавания при входе к границам района дислокации ВПУ; б) контроля за швартовкой судов к ВПУ и отшвартовки от ВПУ; в) информационного контроля за обстановкой на акватории расположения ВПУ; г) обеспечения ЭМС РЭС морского терминала КТК-Р относительно РЭС остального порта.

Цель исследования-.

- обобщение опыта технической эксплуатации морских ВПУ в других странах для специфического его использования в Черноморском бассейне РФ;

- обоснование необходимой избыточности технических средств обеспечения безопасности мореплавания и усиленного контроля технологических операций и оперативных действий персонала для ослабления роли "человеческого фактора" в технических процессах на ВПУ, чтобы резко снизить вероятность аварийных ситуаций в прибрежной зоне порта Новороссийск,

- разработка модели надёжности технологического процесса загрузки нефти на танкеры с ВПУ, учитывающей погодно-климатические условия и гидрографические условия региона;

- обеспечение качества ЭМС средств радионавигации, связи и электронного контроля безопасности швартовки судов к ВПУ морского терминала КТК-Р;

- реализация (внедрение) подсистем безопасности мореплавания в зоне ВПУ в едином информационном комплексе, обслуживающем Новороссийский порт и примыкающие к нему морские районы.

Научная новизна защищаемых соискателем положений характеризуется следующими достижениями:

1. Разработан комплекс безопасности мореплавания судов в зоне ВПУ на основе системного усиления слабых звеньев, связанных с отсутствием контроля за "человеческим фактором".

2. Построена математическая модель эксплуатационного процесса ВПУ, учитывающая эрготехническую специфику действующей в порту Новороссийск системы обеспечения безопасности мореплавания.

3. Дан анализ качества и надёжности радиоэлектронных средств обеспечения безопасности мореплавания в условиях региона.

4. Предложена модель надёжности оператора радиоэлектронной системы проводки судна к ВПУ и дана оценка эффективности его работы.

5. Выполнено научное исследование розы рефракции в черноморском морском районе А| от Анапы до Туапсе для оценки надёжности функционирования УКВ-средств радиосвязи и контроля безопасности швартовки судов к ВПУ в экстремальных условиях эксплуатации.

6. Изучена ЭМО и обеспечено ЭМС средств радиосвязи и РЛС-контроля безопасной швартовки судов к ВПУ с действующими в порту РЭС.

7. Научно обоснованы меры повышения системной безопасности выполнения швартовки судов к ВПУ и их отшваровки от ВПУ за счёт введения средств радиоэлектронного контроля за ходом швартовых операций в зоне ВПУ.

Практическая значимость полученных соискателем научных результатов состоит в том, что её результаты способствовали:

1. Строительству и сдаче в эксплуатацию в 2000 году (впервые в стране) системы дополнительного технического контроля безопасности мореплавания, маневрирования и причаливания к ВПУ в морском районе А| порта Новороссийск (система работает успешно уже более полутора лет).

2. Повышению надёжности действующей региональной системы безопасности мореплавания и погрузки нефти с ВПУ на танкер за счёт дополнительного наращивания средств технического контроля судопроводки и техпроцесса шланговой заливки на ВПУ и "эргономической модернизации" отношений в системе "человеческого фактора".

Апробация диссертации. Обоснованные научные положения и результаты докладывались на:

- Третьей региональной научно-технической конференции "Проблемы технической и коммерческой эксплуатации и модернизации морского транспорта", г. Новороссийск, 26-28.09. 2002;

- Международной научно-технической конференции "Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса Юга РФ", г. Ростов н/Д , 18-19.05.2001;

- Второй региональной научно-технической конференции "Проблемы технической и коммерческой эксплуатации и модернизации транспорта", г. Новороссийск (НГМА), 14 - 16.06. 2001.

- Международном конгрессе "Мехтриботранс", г. Ростов н/Д , РГУПС, 2003.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 15 публикациях, в числе которых две книги (одна в соавторстве) и пять статей в изданиях, список которых утверждён ВАК.

Личный вклад соискателя. Основные научные и практические результаты, защищаемые в диссертации, наработаны автором в течение последних 15 лет решения проблем водного транспорта и получены лично.

На защиту выносятся'.

1. Эрготехнический комплекс обеспечения безопасности мореплавания супертанкеров в зоне ВПУ с избыточно дублированной информационной системой контроля безопасности перевалки нефти в экологически чувствительной заповедной прибрежной зоне Новороссийского порта.

2. Методика количественного анализа эксплуатационного процесса комплексного контроля безопасности наливки нефти от ВПУ, учитывающая эрготехническую специфику действующей в порту Новороссийск системы обеспечения безопасности мореплавания.

3. Метод оценки эффективности и качества эксплуатации системы технического контроля нефтетерминальных портовых операций радиоэлектронными средствами обеспечения безопасности мореплавания.

4. Надёжностная модель работы оператора радиоэлектронного комплекса контроля судопроводки танкера к ВПУ.

5. Внедрение научных результатов в техпроцесс компании по наливке нефти в супертанкеры от ВПУ в порту Новороссийск.

Содержание работы по главам

В первой главе рассмотрены история развития и современные проблемы морской транспортировки нефти из России через Чёрное море в Европу. Это направление экспорта нефти получило заметное развитие во второй половине 20-го века, начавшись с единиц миллионов тонн в год и достигнув объёмов около 50 млн. тонн в год. К концу 1990-х годов более половины этсго объёма транспортировалась через порт Новороссийск. В 2001 году вводится в строй ещё один нефтеперевалочный терминал в Новороссийском портовом районе (Ю.Озерейка), принадлежащий Каспийскому трубопроводному консорциуму (КТК-Р). Нефтеналив танкеров осуществляется через выносные причальные устройства, связанные специальными подводными шлангами с оконечными накопителями нефтепровода. Первая его очередь рассчитана на перевалку 20-30 млн. тонн нефти в год, а к концу 2010 года его мощность должна достигнуть 100 млн. тонн нефти в год. Очевидно, что это эквивалентно утроению (примерно за 10 лет) экспорта нефти через Новороссийский порт и потребует адекватного развития систем безопасности мореплавания проливов Босфор и Дарданеллы для увеличения их пропускной способности танкеров.

Для Новороссийского порта технологии налива нефти в танкеры через выносные причальные устройства являются новыми. При создании такого нефтетерминала на северо-западе Новороссийского района (около Ю.Озерейки) потребовались не только новые технические решения, но и пересмотр правил, определяющих порядок выполнения морских операций, производимых вблизи заповедно-курортной прибрежной зоны Юга России. В соответствии с этим возникает актуальная задача разработки системы усиленного радиоэлектронного контроля операций наливки танкеров от ВПУ. Она должна органично взаимодействовать со Службой управления движением судов (СУДС), задачей которой является многоплановый контроль за всеми процессами подхода-заправки-отхода судна (у ВПУ).

Вместе с тем, именно на морском и внутриконтинентальном водном транспорте, как нигде в других транспортных системах, повсеместно сохраняется весьма несовершенное (по современным критериям оценки надёжности) звено в управлении судами и портовыми системами - это человек-судоводитель (на судах) и оператор СУДС (в системах берегового управления судопотоками). Достигнутый сегодня уровень надёжности работы РЭС, используемых круглосуточно для навигации в судовождении (по узким фарватерам, руслам рек, каналам, фиордам и т.п.) и в работе средств П4ССБ, соответствует частоте отказов 1(Г8-Н(Г9 сек'1 (один отказ за десятилетие). Происшествия же на судах "случаются" гораздо чаще (~ КГ6 сек '), умножая примерно на два порядка статистическую частоту происшествий, аварий и катастроф (до нескольких случаев в год). Единственным фактором такой низкой надёжности работы систем управления судами в портах и на акваториях с ограничениями маневров остаётся человек, как посредствующий элемент между судовыми системами управления и береговыми средствами навигации и радиосвязи. Именно в связи с этой особенностью технологий СУДС и средств судовой радиосвязи в настоящей работе рассмотрены дополнительные меры обеспечения автоматизированного контроля в "ближней зоне" безопасного движения судна [1].

Вторая глава посвящена анализу инфраструктуры нефтеналивного терминала, системы радиоэлектронного контроля безопасности швартовки и стоянки танкеров у ВПУ с учётом влияния на их работу погодных и климатических условий в районе порта Новороссийск. Показано, что морской терминал КТК-Р является нефтеналивной гибко-шланговой системой, базируемой на глубоководных плавающих ВПУ, обеспечивающих погрузку сырой нефти на танкеры с любой осадкой (т.к. глубины у ВПУ не менее 50 м). Морская часть терминала КТК-Р расположена в открытых водах вдоль российского берега Чёрного моря приблизительно в 10 милях западнее от входа в Новороссийскую бухту (с выносом ВПУ на 3 мили от берега). Береговые сооружения терминала и его гавань вспомогательных судов расположены примерно в 1 миле восточнее прибрежного поселка Южная Озерейка (рис 1).

На рис.1 указана также зона безопасности - район эксплуатационной ответственности (выделен шестигранником), в котором деятельность, не связанная с морскими операциями терминала, запрещена. Западный и восточный ВПУ (характеристики в таблице 1) расположены на расстоянии 2000 метров

друг от друга и имеют выделенные зоны безопасной швартовки радиусом 1000 метров, в которые доступ запрещён, если там пришвартован танкер.

I

"" * " ^ •"""*"•♦>- | - . . | """ гт ЗУ Е )ТМ£ 5Г «5 Е

Рис.1. Расположение радиоэлектронных средств обеспечения контроля безопасности мореплавания

Таблица 1. Характеристики элементов ВПУ

ВПУ Причальный буй якорного типа.

Размеры Корпус буя - диам.=12 м, выс.=6,3 м Защитная «юбка» диаметром 16 м

Осадка 2 метра

Вес в воздухе 260 тонн

Навигационные средства Огонь Изо (и) 30 сек. 7,3 м, 5 мор минь (МАМС). Тифон (Ц) 30 сек, 0,5 мор мшь (МАМС). РЛС-отражатель.

Система швартовки Система нейлоновых канатов двойного плетения, диаметр 356 мм, допустимое усилие 500 тонн.

Максимальная нагрузка во время швартовки 400 тонн.

Шланги Двухкаркасныс, за исключением окончания (реленговая часть)

Подводные - два рукава 9 секций*24 дюйма конфигурации "Стип-Б" - общая длина 93,1 м

Плавучие - два рукава. Внутренний рукав - 264 и Внешний рукав - 274 « Основная линия 21 секция * 24 дюйма ВД Внешний конец' 4 секции * 16 дюймов В Д. Внутренний конец' 3 секции * 16 дюймов ВД Реленговый коней 1х16(^оймовВД-утолше1шыйпокраям Общая длина рукавов: внешнего - 274 м; внутреннего - 264 «

Якоря Самозасасывающиеся (в дно) весом 320 т каждый (в воздухе)

Швартовочные цепи Шесть натяжных симметричных якорных цепей (707 т)

Глубина воды ВПУ 1 - 56 метров; ВПУ 2-54 метра.

Осадка танкера Ограничений нет

Скорость погрузки 12700 м'/час максимум для каждого ВПУ.

Размер танкера до 150 тыс тонн дедвейта.

В пределах района эксплуатационной ответственности разрешается движение только одного танкера и запрещены якорные стоянки для крупных судов. Экспортные суда должны находиться в 15 милях от берега до тех пор, пока один из ВПУ не освободится для швартовки. ВПУ представляют собой причальные буи якорного типа, закреплённые с помощью шести самозасасывающихся в грунт якорей (рис.2).

На буй воздействуют ветровые нагрузки, волнение моря, подводные и поверхностные течения. Под воздействием внешних условий положение ВПУ может изменяться относительно исходного на 20 м в любую сторону, образуя

"опасную зону неопределённости места швартовки", показанную на рис.2<б) кругом. При этом высота ВПУ над уровнем моря может меняться на ± 3 м. Всё это указывает на необходимость постоянного уточнения координат буя береговыми средствами системы радиоэлектронного контроля.

Особенности функционирования терминала при швартовке танкера к ВПУ. Танкеры, направляющиеся к ВПУ, должны следовать рекомендованным курсом 0° (путь №83) к месту встречи лоцмана-мастера по швартовке (рис.1). Для подхода к морскому терминалу КТК-Р рекомендуется пользоваться официальными картами и лоциями, издаваемыми ГУНиО МО Российской Федерации или равноценными Гидрографическими Агентствами других стран: карта № 32106 (Чёрное море, Кавказский берег от Анапы до Туапсе); карта № 35156 INT 3880 (Чёрное море; Кавказский берег; подходы к Новороссийску и Геленджику); лоция Чёрного моря № 1244.

Рис.2. Схема фиксации ВПУ к морскому дну самозасасывающимися якорями

Место встречи мастера швартовки танкера имеет координаты по широте -44°34'30'7У и долготе - 037°38'00"£. Капитаны экспортных танкеров должны приближаться к месту встречи с большой осторожностью, непрерывно поддерживая радиосвязь со службами терминала д ля получения инструкций о графике швартовки и координации действий по встрече мастера швартовки. В связи с отсутствием якорных стоянок вблизи терминала, а швартовка к ВПУ сходу невозможна, танкеру дают инструкции оставаться в море до тех пор, пока он не получит дальнейшую инструкцию для встречи мастера швартовки.

Швартовные операции осуществляются круглосуточно и ограничиваются только погодными условиями и обстоятельствами, влияющими на безопасность швартовки и заливки танкеров. Временем начала швартовки считается момент закрепления первого швартовного каната. Постановка на якорь в пределах района эксплуатационной ответственности терминала строго запрещена (из-за опасности повреждения донных устройств ВПУ).

После того, как танкер надёжно пришвартован и к нему пристыкованы грузовые шланги, разрабатывается письменный план погрузки между мастером по

швартовке и ответственным представителем судна. Максимальная скорость погрузки терминала составляет 12700 м!час при начальной - 500 л?/час. Общее время грузовых операций на танкере порядка 12 часов. Во время нахождения танкера у ВПУ наземными службами тщательно контролируются все изменения местоположения судна и ВПУ для предотвращения аварийных ситуаций.

Когда загрузка танкера завершена, грузовые шланги отсоединены, спущены на воду и отведены от борта танкера, начинаются операции его отшвартовки. Временем отхода считается момент, когда отдан последний швартовный канат. Танкер затем выходит из района швартовки и, маневрируя к выходу из района эксплуатационной ответственности терминала, идёт по назначению.

В третьей главе проведено исследование погодно-климатических факторов в районе расположения ВПУ и намечены адекватные их деструктивному действию избыточные меры усиления технического контроля всех технологических процессов погрузки нефти на танкеры. Во всех этих процессах (швартовки, загрузки нефти, отшвартовки от ВПУ и т.п.) тщательно учитываются погодно-климатические условия Новороссийского района для решения ключевых задач: охраны человеческой жизни на море, уменьшения вероятного экономического ущерба от аварий и катастроф танкеров, повышения организованности судоходства в прибрежной зоне расположения ВПУ и т.п. Незамерзающая зимой прибрежная зона (у Ю.Озерейки) характеризуется умеренно тёплым климатом со средней годовой температурой воздуха +12,8°С; однако она подвержена регулярному действию сильных северо-восточных ("бора") и южных морских ветров, достигающих в обоих случаях скорости 50-70 м/сек. Схема "розы ветров" в зоне ВПУ приведена на рис.3.

Рис.3. Схема «розы ветров» в районе ВПУ у Южной Озерейки Новороссийского порта.

Технологические операции на нефтетерминале осуществляются с помощью специализированных технических средств ВПУ, часть которых находится под водой, а часть - в надводном положении. Это означает, что на техпроцесс наливки нефти оказывают влияние и течения, и волнение моря, и напор ветра.

На основании литературных данных («Атлас морских течений») течения в анализируемом районе в основном возникают под действием ветра и вследствие изменений уровня воды от сгонно-нагонных осадковых явлений. Однако даже в штилевую погоду имеют место течения, как на поверхности, так и у дна.

Из анализа рельефа дна в зоне ВПУ следует, что волнение моря имеет здесь ряд гидрологических особенностей, требующих дополнительного изучения. Конфигурация дна Чёрного моря в районе Ю. Озерейки имеет резкое увеличение глубин при отходе от ВПУ на 1-2 км в сторону открытого моря (от ~50 м под ВПУ со спадом до 1500 м). Это потребовало проведения тщательного изучения гидрологических причин усиления волнения моря в районе ВПУ, возникающего от южных ветров над акваторией Чёрного моря.

Анализ показал, что характерным показателем интенсивности передачи энергии волнам и процессы их роста под действием ветра является "возраст" волн Р=с/и, где с - фазовая скорость морской волны; и -скорость ветра. Размеры волн интенсивно растут до /£-0,4-^-0,5, а при /?>0,8 - этот рост прекращается. На рис.4 приведены кривые, характеризующие изменение величины отдельных элементов волн в зоне ВПУ.

Существенно отметить, что длина волны возрастает быстрее, чем высота волны. Как следствие такой закономерности является уменьшение крутизны волны £ = И/Я = 1/0.9 (100 + и2) по мере развития ветрового волнения (от е~0,15 до 0,05). При установившемся волнении количество энергии £„, поступающей от ветра, становится равным энергии, расходуемой на преодоление турбулентного трения Ет т.е. изменение энергии волны сЕ/<%=0. Влияние продолжительности действия ветра на процессы волнообразования описывают уравнением "разгона волн" ветром на поверхности моря:

(1)

Рис.4. Зависимость параметров волнения от скорости ветра Л-высота волн, Х-их длина, е-их кругшна

дЕ д(УсЕ)

(где Еи - энергия получаемая волнением от ветра, ЕИ - потеря энергии волн за счёт внутреннего трения, Е- энергия волны, приходящаяся на единицу поверхности моря); Ж/ск - поток энергии ветра. По времени действия ветра легко определяется соотношение изменения высоты волны от продолжительности действия ветра I и его скорости и:

/7=0,27-10 Аи2(&/и2у

(2)

Результаты расчётов высоты волн приведены в таблице 2, а на рис.5 приведены зависимости интервала времени, необходимого для того, чтобы высоты волн достигли своих предельных значений.

и, м/с /, ч (верхняя строка); Л, м (две нижние строки)

3 4 9 и 13 16 18

8-9 0,9 1,0 1,4 1,5 1,7 1,8 2,4

15 и 1,9 2,6 3,1 4,1 4,3 4,5

При изменении направления ветра угрл между направлением распространения волнения меняется по закону

<р=<ра ехр(-*,/) , (3)

где <р — угол между направлением ветра и вектором распространения волн на момент времени г, к9 ~ коэффициент, имеющий значения 0,5; 0,6; 0,75; 0,8 для (р=20,30,40 и 50°, соответственно. Из (3) следует, что со временем угол устремится к 0°. На рис.6 показана изменчивость ежечасных направлений ветра и волнения; видно, что совпадение направлений наступает лишь через —12 ч.

На рост параметров волн влияет длина их разгона. Разгон X измеряется в направлении против ветра от расчётной точки до подветренного берега, а если ветер дует с берега - в направлении удаления от подветренной границы ветрового поля. Длина разгона имеет большое значение, т.к. при одной и той же скорости ветра параметры волн заметно растут с ростом X. Если размеры бассейна достаточно велики и ветер дует значительное время, то при некотором разгоне Х^ зависящем от скорости ветра, наступает состояние "энергетического насыщения амплитуды волн" и волнение достигает предела своего развития.

В работе получен ряд зависимостей, связывающих параметры волн с длиной разгона и скоростью ветра, пригодных для условий Новороссийского прибрежного района около Ю.Озерейки. В частности, удовлетворительные результаты даёт следующая зависимость:

ишш=о,ото(Х)и\ (4)

где Ажжг - максимальная высота волн, м\ 0(Х) - безразмерный коэффициент, зависящий от длины разгона (при Х=\0 км, £>£ф=0,30; Х=50 км, В(Х) =0,66; Х= 200 км, 0(Х)=0,92); и - скорость ветра, м/с. Как видно, для характерных для этого участка побережья Чёрного моря разгона ^=200 км коэффициент Б(Х) близок к единице и, следовательно, при дальнейшем увеличении длины разгона высота волны будет приближаться к своим максимальным значениям. Это указывает, что в данном морском районе следует учитывать волнение от зыби. Прямые наблюдения зыби в этом прибрежном районе подтверждают этот вывод.

Зыбью называется волнение, которое существует за счёт накопленной энергии Е волны и наблюдается на акваториях, на которых передача энергии ветра к волнам прекращается (Ео=0). Зыбь, таким образом, есть фактор либо

I,- Г-

«•I-

5»1-

-1—1

10 15 2и 35

Рис 5 Время, развития предельного по высоте волнения при скорост ветра и (м/с)

Рис 6 Изменчивость ежечасных направлений ветра I и волнения 2; К„ н А'д -направление ветра и волнения

последействия ветровой стихии над поверхностью моря, либо инерционного распространения волн из ветреных зон в зоны безветрия. В морях встречаются следующие случаи формирования зыби.

1. Возникновение зыби непосредственно в зоне шторма. Анализ показал, что в зоне ВПУ в общем случае с увеличением скорости и продолжительности действия южного ветра всё большее число волн начинает пере-

ходить в зыбь. Если при (3=0,5 ветровые волны составляют 97%, а зыбь -3%, то при 0=1,0 соотношение ветровых волн и зыби уже достигает 50%.

2. При приближении циклона, в котором скорость ветра велика, выходящие из облает шторма волны превращаются в зыбь. Многочисленные наблюдения показывают, что при выходе из зоны шторма скорость, длина и период зыби возрастают примерно в 1,5-^2 раза.

По данным гидрометеослужбы, число дней (неблагоприятное для технологических операций у ВПУ), при которых скорость ветра имеет значение близкое к критическому, составляет 142 дня (таблица 3).

Таблица 3 Число дней с сильным ветром (>10 м/с)

Месяцы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II 12 год

Среднее S 9 7 4 4 2 4 5 6 S 7 10 69

Мах 11 15 20 9 5 4 7 13 10 13 19 16 142

Мш 6 7 3 2 I 1 1 1 2 4 0 7 35

При этом максимальная высота волн, составляющая 4-5 метров, может наблюдаться в течение 6 месяцев. Особенно опасны ветры (как видно из таблицы 4) южного направления, которые разгоняют волну длиной до 100л< на пространстве разгона 300-400 км.

Таблица 4. Средняя и максимальная высота волн по месяцам (м)

Месяцы 1 2 3 4 5 6 7 S 9 10 И 12 год

Среднее 0,7 0,9 0,7 0,6 0,4 0,4 0,4 0,3 0,5 0,5 0,7 0,9 0,6

Мах 3,5 4 5 5 2,5 2 2 2,5 3 3,5 4 4 5

Направление ЮЗ ЮЗ юв ЮЗ СВ ю ЮЗ Ю ЮВ ю Ю Ю

Таким образом, при создании системы радиоэлектронного контроля техпроцессов, связанных со стоянкой и загрузкой танкеров у ВПУ, вся выявленная совокупность сложности погодных и климатических условий в районе Ю.Озерейки требует для обеспечения необходимого уровня безопасности как дополнительных мер избыточного контроля за техническим состоянием техники, так и за сферой деятельности операторов техпроцессов. В диссертации рассмотрен такой вариант усиления системы технического контроля безопасности техпроцессов налива нефти от ВПУ.

Четвёртая глава диссертации посвящена исследованию границ применимости различных радиотехнических систем навигационного контроля относительного местоположения танкеров в разных фазах подхода к ВПУ и в зоне дрейфа вокруг ВПУ при погрузке нефга. Сделан вывод о необходимости избыточного дублирования разных технических средств контроля требуемо! о уровеня безопасности техпроцесса у ВПУ (достаточного для предотвращения его вредного действия на экологию заповедно-курортной прибрежной зоны Юга РФ).

Именно это обстоятельство стало причиной того большого внимания, которое в работе уделено разработке системных мер технического контроля процессов судопроводки, швартовки, стоянки под погрузкой, отшвартовки судов в зоне ВПУ. Приоритетная роль отводится радиолокационному контролю. Наблюдение (с помощью береговых радиолокационных средств) за судоходством в этом районе входит в компетенцию службы управления движением судов (СУДС) морской администрации порта Новороссийск (МАПН), которая с 2002

года системно включаются в региональную портовую автоматизированную идентификационную систему (АИС) с единым центром сбора и обработки информации. Кроме фактического положения судов, СУДС по радиоканалам уточняет их классификацию, название, принадлежность и определяет другие необходимые элементы движения судна (курс, скорость), координаты настоящего и прогнозируемого положения, вырабатывает рекомендации по регулированию безопасного движения.

В силу большой ответственности перед регионом за экологическую безопасность перевалки нефти через плавающие ВПУ в районе Ю.Озерейки рекомендовано многократное дублирование систем технического контроля. Это и навигационное ориентирование судна в пассивном режиме, когда оно нуждается в помощи береговой радиолокационной станции, и активная радиолокационная проводка с передачей по радиоканалам на судно не только сведений о его положении на фарватере, но и рекомендаций в части выбора курса, скорости движения и контрольных сроков прохода определённых участков судоходного пути, и режим полного автоматизированного управления движением судов, предполагающий замыкание всех береговых РЛС на командно-диспетчерский пункт, на который ложится ответственность за безопасность плавания в зоне ответственности ВПУ, и техпроцессы загрузки танкера нефтью у ВПУ.

Привязка информационно-измерительного модуля системы АИС к операциям последней фазы судозахода. В поле зрения мониторов и дисплеев береговых центров АИС могут находиться только те плавающие или стационарные объекты, которые имеют на борту специальные транспондеры, излучающие и принимающие идентификационные сигналы. АИС-транспондер должен бьггь выполнен в соответствии с резолюцией ИМО М8С.74(69) АЫМЕХЗ и с учётом рекомендацией ГГО-И М.1 371. Он является главным системно-образующим элементом универсальной АИС и с незначительными изменениями может устанавливаться как на береговые станции АИС, так и на все суда, подлежащие контролю со стороны этих береговых станций. Естественно, транспондерами может быть обустроена любая сеть стационарных портовых объектов как на акватории (зоны безопасности, фарватерные буи, маяки и т.п.), так и на берегу (молы, пристани, пирсы и т.п.). Использование глобальной системы точного (субметрового) определения месторасположения точки, в которой установлена антенна транспондера АИС, позволяет создать модуль автоматизированной системы контроля операций швартовки.

Модуль автоматизированной системы по контролю за операцией швартовки к ВПУ. Швартовные операции могут проводиться с использованием данных о координатах судна от двух транспондеров АИС, как при швартовке малотоннажных, так и крупнотоннажных судов при любых условиях швартовки (левым или правым бортом, с отдачей якорей или без и при любом направлении ветра относительно причала и направления швартовки).

Для каждого варианта швартовки составляется своя программа, которая вводится в ноутбук лоцмана при постановке ему задачи на швартовку. При этом могут использоваться стандартные программы для определённого типа судов, конкретных причалов и типичных условий швартовки. Точность определения ориентации диаметральной плоскости судна относительно причала пропорциональна отношению с1/Х и уже при базе между антеннами с/=20 м и длине волны спутника - 20 см получается -0,6°. При швартовке крупнотоннажных судов база может быть увеличена до 200 и более

метров, что обеспечивает точность курсовой ориентации в единицы минут. Ниже (рис.8) приводится вариант швартовки судна к ВПУ.

В диссертации рассмотрен алгоритм решения задачи определения кинематических параметров движения центра массы судна и независимого движения его оконечных точек, что очень важно при швартовке. Применение двухточечной системы индикации подвижности оконечных точек судна имеет очевидные достоинства, рассмотренные в диссертации подробно.

Задача всего модуля контроля за операцией швартовки обеспечить лоцмана и/или судоводителя объективной, полной и достоверной информацией о месторасположении судна во время швартовки в реальном времени. Укрупнённо алгоритм программного обеспечения индикаторного модуля состоит (см. рис.7) из блока формирования граничных условий (БГУ), расчётного блока (РБ) и блока отображения информации (БОИ)

БГУ РБ БОИ

Р

Рис 7. Структура алгоритма

В БГУ формируются линии, соединяющие точки на электронной карте, за пределы которых судно при швартовке не должно выходить (исходя из особенностей подхода к данному причалу, см. рис.8); ввод данных координат граничных точек осуществляется специалистами капитании порта для каждого из причалов. Если граничные условия для причала меняются в зависимости от погодных условий, от типа судна и ряда других условий, для каждого такой совокупности условий формируеятся своя база данных координат граничных точек. При работе с программой лоцману и/или судовадителю необходимо лишь выбрать базу данных граничных условий.

Блок отображения информации формирует графическое изображение на мониторе индикаторного устройства, основываясь на информации, поступающей от расчетного блока и от БГУ. При работе с программой на

15

экране БОИ лоцман и/или судоводитель видят расположение судна в реальном времени относительно границ зоны опасности, как показано на рис.8.

Оценка параметров качества (электромагнитной совместимости) информационно-измерительного модуля терминала КТК Южная Озерейка. Для определения возможностей совместной работы различных радиотехнических, электронных и электротехнических средств в районе Ю.Озерейки потребовалось проведение исследования электромагнитной обстановки (ЭМО) во всём регионе порта Новороссийск. Детальное изучение всех параметров, касающихся электромагнитной совместимости (ЭМС) исследуемых средств, сопряжено с большими трудностями, т.к. требует учёта ЭМО в широком диапазоне частот. Считается достаточным рассматривать характеристики ЭМО в приближении парных взаимодействий, а ЭМС - в диапазоне частотной декады слева и справа от рабочей частоты анализируемых радиоэлектронных средств (РЭС), т.е. в полосе двух декад.

Мы воспользуемся расчётной методикой, надёжно проверенной экспериментальными исследованиями. В её основу положено определение электромагнитной совместимости математических моделей всех пар взаимодействий источников и рецепторов помех, которые находятся в рассматриваемом регионе [2]. Результаты анализа конструктивно использованы (внедрены) при размещении новой аппаратуры в условиях уже сложившейся ЭМО региона и оказались достаточными для обеспечения ЭМС.

В нашем случае потребовалось определение ЭМС следующих РЭС, которые работают (или будут развёрнуты) в зоне КТК Ю.Озерейка:

- радиостанции ультракоротких волн (УКВ), расположенных в береговой службе управления движением судов (СУДС);

- судовых подвижных радиосредств УКВ, ведущих радиообмен с СУДС;

- транспондеров автоматизированной идентификационной системы (АИС), находящихся на берегу и судах, движущихся к ВПУ терминала КТК.

Из всего многообразия вероятного позиционирования вновь появляющихся радиосредств мы будем оценивать ЭМС наиболее неблагоприятных парных взаимодействий РЭС. Критерием оценки ЭМС РЭС в зоне терминала КТК Южная Озерейка, который мы разрабатываем на основе анализа характеристик рецептора и источника помех, является отношение сигиал/шум. В соответствии с заданным пороговым значением этого функционального параметра оценивается ЭМС. Если реальное значение сигнал/шум выше расчётного порога, то электромагнитная совместимость обеспечивается, в противном случае - нет.

Математическая модель радиосистемы включает в себя следующие элементы:

- модель источника помехи, включая вид модуляции;

- модель диаграммы направленности антенн источника и рецептора помехи по основному и боковым лепесткам;

- модель трассы, включая, в общем случае, зону прямой видимости, зону дифракции и зону тропосферного рассеяния;

- модель рецептора помехи по основному и побочному каналам;

- модель частотной избирательности рецептора.

Применяется следующий алгоритм анализа ЭМС:

- по влиянию на рецептор отдельно каждого мешающего источника помех;

- по влиянию на рецептор совокупности мешающих излучений;

- по вкладу нелинейных эффектов в трактах радиоприемных устройств.

Амплитудный отбор помех (АОП). При амплитудном отборе помех модель учитывает частотную избирательность приемника таким образом, что выделяет помехи, являющиеся потенциально опасными. Проводится процедура АОП для каждого приёмника перебором всех мешающих передатчиков. Эта процедура проводится последовательно для всех имеющихся приёмников. На этапе АОП рассчитывается средний уровень помехи 1(f) относительно чувствительности радиоприёмного устройства (РГТУ) GPS PpnyGPsff)> который создаёт каждый передатчик [2]:

1(f) = РрпдуФ + СРПДу ф + Gpnyaps ф -L, ф + S-PpnyGPs ф, (5)

где I ф - дБмВт; Ррпду ф - мощность передатчика в полосе частот от^, до дБмВт; йрпдуф - коэффициент усиления антенны Р1ТУ, дБ; GpnyCps ф - коэффициент усиления антенны РПрУ GPS, дБ; Ь\ф - потеря на трассе распространения, дБ; 5 - ослабление мешающего сигнала, дБ; Рpayors ф - чувствительность РПУ GPS в полосе частот от fmm до f^,дБмВт. Структурная схема алгоритма ЧОП приведена на рис.9.

С^_____ l i пч ал о ____

Т

К «»Ну ЧОП

Рис 9 Структурная схема этапа амплитудного отбора помех

Для определения порога отбора учитываем, что 1(f) - это среднее значение случайной величины с нормальным законом распределения и среднеквадратичным отклонением [2]:

(/) = v°гаяу(/) + ^оидрлс.(/) + agpnyaps(/) + сгп(/) + °тюк(г) > (6)

где о; — среднеквадратичные отклонения среднего уровня: мощности побочного излучения мешающего передатчика — <уРПУ (/); чувствительности приёмника GPS - crpnyGrs(f); коэффициента усиления антенны РПрУ GPS -

осрпрусрзФ', коэффициента усиления антенны источника помех -оопдф: величины потерь электромагнитного поля по трассе РРВ - &иф- При распространении в свободном пространстве принимаем стцф = 0.

Критерием опасности помехи является превышение ею уровня чувствительности приемника с вероятностью его ошибочного исключения из анализа, как неопасного, равной рош'

Оаш-= тах^ф.

При выбранном су =<ушх - параметр нормального закона и, задаваясь величиной вероятности превышения помехой чувствительности РПУ рош> определяется в долях а среднее значение [л случайной величины, реализация которой превосходит чувствительность приемника с вероятностью не выше рощ. Порог определяется соотношением:

1пор = - н&млх,

В котором р можно найти, решая уравнение: Фа (/л) 0,5 р0ш. Функцию Ф0 (р) определяем из интеграла вероятности:

1 * '' Фо(р) = [е"га ■ ург7^ I

Если принять рош"0,16, то и тогда: 1Пор = - ашх При 1ф > 1ПОр помеха остается в модели для дальнейшего анализа, а в противном случае источник помехи исключается из анализа. Применяется графический метод решения неравенства ¡¡ф>~ а мах .

Частотный отбор помех. Алгоритм частотного отбора помех оценивает влияние частотной избирательности приёмника конкретного спектра помехи. Уровень ослабления помехи определяют коэффициентом частотной коррекции. В случае, если откорректированный уровень помехи находится ниже установленного порога отбора, исследуемый источник помех исключается из числа потенциально опасных по каналам приема.

Потенциально опасные помехи, прошедшие амплитудный и частотный отборы, оцениваются путем сравнения отношения сигнал/помеха с пороговым значением, заданным в исходных данных модели. В диссертации описаны математические модели всех излучающих элементов системы РЭС: спектра излучения радиопередатчика; огибающей спектра мощности мешающего излучения; частотной избирательности тракта усилителя промежуточной частоты радиоприемного устройства с учётом интермодуляционной помехи третьего порядка; трасс распространения радиоволн. В общем случае на трассах РРВ учитывались три участка: прямой видимости; дифракции (область полутени); область тропосферного рассеяния. Для каждого участка принимают разные математические модели трассы. Анализ ЭМС радиосредств, расположенных в зоне терминала КТК, проведён для наиболее опасной зоны прямой видимости, которая определяется выражением: </ -=4,12(ДМ+АМ), [«х], где Л/ и И2 - высоты установки передающей и приёмной антенн. При распространении в свободном пространстве ослабление электромагнитного поля определяется формулой:

¿ = 32,45+20-18/+20-1§«/,/<>£7, (7)

где /- частота электромагнитного поля (МГц); с1- расстояние между приё-мо-передающими антеннами по прямой трассе (км).

При РРВ у земной поверхности волны испытывают дополнительное ослабление на величинугдеА</ = +Ы2) - <1а, а величина

Ас! - разность хода прямого 40 и отражённого лучей, последний образован суммой падающего на поверхность и отражённого от неё д??. Так как неровности земной поверхности распределены хаотично, то их влияние носит случайный характер. Среднеквадратичное отклонение потерь при связи подвижного объекта, находящегося на фарватере, с неподвижным (СУДС) рассчитывалось по

формуле: а = 5,47 А%/-3,22, [¿Б].

Нелинейные эффекты блокирования перекрёстных искажений и интермодуляции, которые возникают при воздействии мощных помех, расположенных в непосредственной близости от рецептора, требуют дополнительного анализа. В нашем случае необходимость в нелинейном анализе отпадает, т.к. уровень помехи находится значительно ниже допустимого амплитудного порога.

В пятой главе приведена оценка надёжности судоводителя-оператора в зависимости от загруженности и взаимодействия с разными уровнями контроля и обеспечения безопасности техпроцесса перегрузки нефти из накопителей терминала КТК-Р через ВПУ на танкеры.

Наиболее характерной чертой операторской деятельности является отражение внешнего мира и управляемого объекта сознанием человека и представление его информационной моделью. Преобразование информации на средствах её отображения, автоматизация обработки информации лишают человека целого ряда существенных натуральных признаков объектов управления, затрудняя формирование адекватного психического образа объекта или ситуации. Передача части функций подготовки решения и управления объектом техническим устройствам повышает значимость гон-троля над их работой со стороны человека.

Актуальность повышения надёжности оператора-судоводителя обусловлена сохранением большого вклада "человеческого фактора" в аварийность на морском транспорте. Как показывает опыт, решение проблемы следует искать средствами инженерной психологии: в системной организации операторской деятельности, в оптимизации роли психического образа в проявлениях "человеческого фактора", в систематизации психологической деятельности [3].

В работе рассмотрен аспект определения надёжности оператора-судоводителя, где за исходное положение принято то, что у здорового профессионально подготовленного, знающего, что и как делать оператора нет причин не выполнять возложенную на него задачу, если ему для этого предоставлено достаточно времени. С учётом этого вероятность достижения успеха в работе системы описывается стохастической последовательностью длительностей решения оператором различных по содержанию задач:

К(!) = Р{т, <!Г,) = /Дг,)</г,, (8)

о

где г, — случайная длительность решения оператором-судоводителем г'-й задачи, обусловленная числом и характером допускаемых им ошибок при выполнении отдельных операций, уровнем его квалификации, быстротой реакции и другими психофизиологическими свойствами; Т — располагаемое время для

решения задачи, зависящее от технических характеристик комплекса при данной скорости движения судна; Rfi) - вероятность решения задачи.

Затрачиваемое в процессе функционирования оператором время на решение i-Vi задачи включает в себя следующие составляющие: г„ -длительность отдыха (паузы); Го* - длительность ожидания (нахождения в готовности) на реакцию оборудования, когда оно работает автоматически без его участия; тр -длительность решения задачи, состоящая из времени переключения внимания, восприятия информации, принятия решения и действия.

Для количественной оценки действий оператора в процессе эксплуатации вводится параметр, называемый динамической загруженностью оператора, имеющего в своём распоряжении время Г,:

(С)-—^- (?)

с

Рис.10. Зависимость надёжности оператора от его загруженности С,.

Максимальная загруженность оператора должна ограничиваться заметным увеличением допускаемых им ошибок в выполнении операций при решении ЩС) задач. При существенном снижении вероятности решения возлагаемой на него задачи как раз и возникает риск аварийной ситуации. При решении рассмотренных задач верхний предел критерия ЛХО в цепи операций удлинённого оператора составляет 0,24-И),46.

В работе произведено оценочное моделирование вероятности правильных решений оператора от его загруженности с использованием закона гамма-распределения (с удлиненной правой ветвью), и алгоритма документированного средствами МаЛСас1'2000. Если Р(£) — вероятность правильных решений оператора, С, ~ загруженность оператора; Т- предельное время решения задачи, то алгоритм моделирования вероятности Р(£) правильности решения в зависимости от загруженности оператора С, имеет вид:

Не) .=

Т 70 п «_ 1000

WI [gamma <n + 1, 10) W2 «- rgamma (n + 1,15)

W <- W! + W2 Гот i с 0 л

(«п

£ ч

к - О

( 035

04 045

05

055

06

0 65

07 0 75

08

0 504 \ 0253 0094 0.031

•ю-3

10

о-3 о о

О /

На его основе получена следующая зависимость вероятности принятия судоводителем-оператором правильного решения от его загруженности С,:

Р«> 0.5

0.3 С 0-9

Рис. 11 Имитированная по программе зависимость вероятности принятия судоводителем-оператором правильного решения от его загруженности С,.

Аппроксимированная вероятность правильного решения в зависимости от загруженности оператора-судоводителя определяется выражением:

11(и) :=ехр(-123.265 и4'926) позволяющим получить зависимость вероятности правильного решения от уровня информационной загруженности оператора:

У

1< ( и ) 05

03 X . о 09

Рис.12. Аппроксимированная зависимость вероятности правильного решения Щи) от загруженности оператора и.

Таким образом, по измеренным средним данным времён выполнения операций проводки судна, используя полученную функцию надёжности оператора-судоводителя, получаем оценку надёжности судоводителя, а, следовательно, и рисков возможных аварийных ситуаций в разных фазах судозахода.

Общие выводы и заключение

1. Выполнен анализ естественных и сложившихся инфраструктурных условий и правил плавания в морских районах порта Новороссийск, вскрывающий основные проблемы обеспечения безопасности судопровод-ки танкеров к выносным причальным устройствам (ВПУ) налива нефти из накопителей Каспийского трубопроводного консорциума, расположенных в районе Южной Озерейки на юго-западной части порта Новороссийск.

2. Новый результат защищаемого исследования состоит в том, что доказана необходимость избыточного технического контроля безопасности мореплавания (дополнительно к той, что обеспечивается капитаном и лоц-

маном) особенно для впервые внедряемой в'РФ технологии перегрузки нефти из трубопровода через ВПУ на супертанкер.

3. Приведенные в диссертационной работе результаты позволяют сделать выводы о том, что современные технические средства наблюдения и контроля положения судна на акватории порта обеспечивают гораздо более высокую (на два порядка выше) надёжность безаварийной проводки и швартовки судов к пирсам и ВПУ портовых терминалов, чем это обеспечивается в настоящее время по данным статистики морских происшествий.

Этот главный вывод указывает на неполное использование возможностей средств технического контроля на флоте. При сохранении приоритета в контроле зон безопасности плавания каждого конкретного судна и принятии решений за лоцманом или капитаном следует дублировать (в ряде случаев, многократно) эти же функции контроля с помощью технических средств.

4. Сделан вывод о необходимости повышения надёжности и действенности средств технического контроля за проводкой танкеров как из зоны морского района А| к пункту посадки лоцманов, так, в особенности, и зонах лоцманской проводки и швартовки танкеров к ВПУ; показано, что параллельное (с действиями лоцмана и капитана судна) действие средств технического контроля проводки танкеров даже при сохранении приоритета в принятии решений за человеком способно повысить надёжность судопроводки до уровня, сравнимого с надёжностью работы технических средств.

5. Предложен вариант перспективной системы контроля за безопасностью плавания на акватории порта, действующей на основе внедряемой ИМО (с 2002 года) Автоматизированной идентификационной системы (AIS) обеспечения безопасной судопроводки и постановки на якорные стоянки портов, модифицированной в так называемом двухточечном варианте трансгюндерного контроля как субметрово-точного положения оконечных точек судна на акватории порта, так и его основных характеристик движения относительно ВПУ при швартовке.

Литература:

- цитированная в автореферате ■

1. Долматов Б.П., Попов В.В. Научные аспекты создания автоматизированных информационно-идентификационных систем безопасности мореплавания в портах южного бассейна России. - М.: "РосКонсульт", 2001,496 е.;

2. Виноградов Е.М., Виноградов В.И., Харченко И.П. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. - Л.: "Судостроение" 1986;

3. Автоматизированные обучающие системы профессиональной подготовки операторов летательных аппаратов / Под ред. В.Е. Шукшунова. - М.: "Машиностроение", 1986, 240 е.;

4. Денисов В.Г. Техническая эксплуатация пилотно-навигационных комплексов. - М.: "Транспорт", 1992;

- отражающая основное содержание диссертации:

1. Герман-Шахлы Ю.Г. Современные методы технического контроля безопасности перевалки нефти на морской транспорт. - М, "Р-Консульт", 2002,304 е.;

2. Герман-Шахлы Ю.Г., Попов В.В. Научный опыт создания техносферы специализированного морского порта. - М., "Р-Консульт", 2003,544 е.;

3. Герман-Шахлы Ю.Г., Попов ВВ. "Двойной стандарт" Турции для судов различных стран при проходе проливов Босфор и Д арданеллы: - Материалы II региональной НТК "Проблемы технической и коммерческой эксплуатации и модернизации транспорта", Новороссийск, НГМА, 2001. - с. 79;

4. Попов В.В., Герман-Шахлы ЮТ. Некоторые аспекты создания выносного морского нефтяного терминала в Новороссийске: - Материалы II региональной НТК "Проблемы технической и коммерческой эксплуатации и модернизации транспорта", Новороссийск, НГМА, 2001. с. 122;

5. Попов В.В., Герман-Шахлы Ю.Г. Некоторые аспекты добычи и транспортировки энергоносителей в Кавказско-Каспийском регионе: - Материалы П региональной НТК "Проблемы технической и коммерческой эксплуатации и модернизации транспорта", Новороссийск, НГМА, 2001. с. 126;

6. Герман-Шахлы Ю.Г., Демьянов В.В. Проблемы наращивания перевалки нефти через Черное море. - М.: ВИНИТИ, 14 е., 2001;

7. Герман-Шахлы Ю.Г., Лицкевич А.П., СВ. Мясников. Особенности эксплуатации береговых систем радиоэлектронного контроля технологических операций перевалки нефти через ВПУ в специфических климатических условиях Новороссийского порта. - М.: ВИНИТИ, 18 е., 2001;

8. Герман-Шахлы Ю.Г., Подопригора М.М., Панамарев Г.Е. Расширение возможностей портовых АИС в обеспечении безопасности швартовки судов к выносным причальным устройствам. - М.: ВИНИТИ 19 е., 2001;

9. Юсупов Л.Н., Герман-Шахлы Ю.Г., Демьянов В.В. Система радиолокационного контроля маневрирующего судна на подходах в зоне безопасности ВПУ. - М.: ВИНИТИ, 21 е., 2001;

10. Герман-Шахлы Ю.Г., Лицкевич АП. Риски и вероятность безопасной проводки судов с распределениями с удлинениями: - Материалы ГП региональной НТК "Проблемы безопасности морского судоходства, технической и коммерческой эксплуатации морского транспорта", Новороссийск, НГМА, 2002, с. 122;

11. Герман-Шахлы Ю.Г., Демьянов В.В. Проблемы безопасности функционирования больших эргатических систем. В сб. докладов на Международном конгрессе "Мехтриботранс-2003". - Ростов-на Дону, РГУПС, 2003, с.276;

опубликованная в изданиях списка ВАК:

12. Герман-Шахлы Ю.Г., Демьянов В.В. Точностные характеристики спутниковой навигационной системы в зонах швартовочного маневрирования судов. - М.: "Транспортное дело России", Спецвыпуск, 2003, с. 18-22,

13. Герман-Шахлы Ю.Г., Попов В.В., Демьянов В.В. Международно-правовой режим Азово-Черно-Средиземноморских бассейнов в части свободы судоходства. - Ростов н/Д: Изв. ВУЗов. Сев.-Кавк. регион. Технические науки, Спецвыпуск, 2003, с.21-26;

14. Герман-Шахлы Ю.Г., Лицкевич А.П. Имитационное моделирование надёжности оператора с учётом параметра загруженности. - Ростов н/Д: Изв. ВУЗов. Сев.-Кавк. регион. Технические науки, Спецвыпуск, 2003, с.119-123.

РНБ Русский фонд

2005-4 46591

Формат 60x84 1/16. Бумага для множ. апп. Тираж 100. Заказ 474.

Редакционно-издательский отдел Новороссийской государственной морской академии 353918, г.Новороссийск, пр. Ленина, 93

28 ОН! т

Введение. Общая характеристика работы.

Глава 1. Современные проблемы перевалки нефти из России через

Чёрное море в Европу.

Глава 2. Инфраструктура нефтеналивного терминала с системой обеспечения безопасности загрузки танкеров на ВПУ.

Глава 3. Анализ погодно-климатических условий и их влияния на надёжность систем загрузки танкеров от ВПУ.

Глава 4. Границы применимости различных радиоэлектронных систем обеспечения безопасности по районам их действия.

Глава 5. Влияние человеческого фактора на надёжность функционирования нефтетерминала и ВПУ.

Актуальность проблемы. В последние 40-50 лет объёмы межконтинентальной транспортировки нефти танкерами росла во времени пропорционально кубической зависимости (см. пояснения к формуле 1.1). Сосредоточение более 90% мировой добычи нефти на континентах вдали от морских портов привело к строительству системы трубопроводов к береговым её накопителям, с которых и ведётся её перевалка на танкеры через стационарные (береговые) и выносные (свайные и плавающие) причальные устройства.

Такое расширение приморской и морской перевалки нефти на супертанкеры вызвало интенсивный рост научных исследований в области обеспечения безопасности технологических операций, а также безопасности движения судов в припортовых водах, в проливах, каналах, реках и т.п. с помощью автоматизированных систем управления движением судов. Почти во всех крупных портах мира стали действовать Системы управления движением судов (СУДС), сети Глобальной морской системы связи по безопасности и при бедствии (ГМССБ), а с 2002 года разворачиваются Автоматизированные идентификационные системы (АИС), которые постепенно превращают портовые и морские информационные и навигационные сети в "большие кибернетические системы", причём, "большие" и в географическом, и в интеллектуально-техническом отношениях. Все перечисленные системы являются по сути эргатическими, поскольку содержат человека-оператора в составе основного управляющего звена. Обобщение опыта повышения надёжности технологических операций перегрузки нефти с береговых нефте-терминалов на танкеры и обеспечения безопасности мореплавания на ближних подступах к плавающим выносным причальным устройствам (ВПУ) с учётом "человеческого фактора" весьма актуально именно сейчас - в период интенсивного роста объёмов перевалки нефти через Новороссийский порт.

В качестве объекта исследования нами избран береговой комплекс эрго-технических средств контроля (с наземными сооружениями), объединенных в морском терминале Каспийского трубопроводного консорциума (КТК-Р) с глубоководными нефтеналивными плавающими ВПУ. Предметом же исследования стали качественные показатели систем: а) обеспечения безопасности мореплавания при входе к границам района дислокации ВПУ; б) контроля за швартовкой судов к ВПУ и отшвартовки от ВПУ; в) информационного контроля за обстановкой на акватории расположения ВПУ; г) обеспечения ЭМС РЭС морского терминала КТК-Р и остального порта.

Целью диссертационного исследования стало: обобщение опыта технической эксплуатации морских ВПУ в других странах для специфического использования в Черноморском бассейне РФ; обоснование необходимой избыточности технических средств обеспечения безопасности мореплавания и усиленного контроля технологических операций для ослабления роли "человеческого фактора" в технических процессах на ВПУ, чтобы резко снизить вероятность аварийных ситуаций в прибрежной зоне порта Новороссийск; разработка модели надёжности технологического процесса загрузки нефти на танкеры с ВПУ, учитывающей погодно-климатические условия и гидрографические особенности региона; обеспечение качества ЭМС средств радионавигации, связи и электронного контроля безопасности швартовки судов к ВПУ морского терминала КТК-Р; реализация (внедрение) подсистем безопасности мореплавания в зоне ВПУ в едином информационном комплексе, обслуживающем Новороссийский порт и примыкающие к нему морские районы.

В диссертации достигнута научная новизна защищаемых положений в: разработке комплекса безопасности мореплавания судов в зоне ВПУ на основе системного усиления слабых звеньев, связанных с "человеческим фактором"; построении математической модели эксплуатационного процесса ВПУ, учитывающей эрготех-ническую специфику действующей в порту Новороссийск системы безопасности мореплавания; анализе качества и надёжности радиоэлектронных средств безопасности мореплавания в конкретных условиях ЭМО региона; исследовании розы рефракции в черноморском районе Ai от Анапы до Геленджика (с акцентом внимания на зоне ВПУ у Ю.Озерейки) для оценки надёжности функционирования УКВ-средств радиосвязи и контроля безопасности швартовки судов к ВПУ в экстремальных условиях эксплуатации; обеспечении ЭМС средств радиосвязи и PJIC-контроля безопасной швартовки судов к ВПУ с действующими в порту РЭС.

Диссертационная работа имеет практическое внедрение. Практическая значимость полученных соискателем научных результатов состоит в том, что они способствовали: строительству и сдаче в эксплуатацию в 2000 году (впервые в стране) системы дополнительного технического контроля безопасности мореплавания, маневрирования и причаливания к ВПУ в морском районе Ai порта Новороссийск (система работает успешно уже более двух лет); повышению надёжности действующей системы региональной экологической безопасности за счёт избыточного технического контроля точности техпроцесса заливки нефти от ВПУ и "эргономической модернизации" её технического обслуживания.

Результаты диссертационной работы основательно апробированы в научных средах специалистов-транспортников. Основные научные положения и результаты докладывались на: Третьей региональной научно-технической конференции "Проблемы технической и коммерческой эксплуатации и модернизации морского транспорта", г. Новороссийск, 26-28.09. 2002; Международной научно-технической конференции "Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса Юга России", г. Ростов-на-Дону, 18-19.05. 2001; Второй региональной научно-технической конференции "Проблемы технической и коммерческой эксплуатации и модернизации транспорта", г.Новороссийск (НГМА), 14-И 6.06.2001; Международном конгрессе "Трибология транспортных систем", в г. Ростове-на-Дону, 12-И 4.09, 2003. Кроме того, материалы диссертации опубликованы в 14 публикациях, в числе которых две книги (одна с соавтором) и четыре статьи в центральных изданиях, соответствующих списку ВАК. Основные научные и практические результаты, защищаемые в диссертации, накоплены автором в течение последних 15 лет решения проблем водного транспорта и получены лично.

В итоге на защиту выносятся следующие основные положения:

1. Эрготехнический комплекс обеспечения безопасности мореплавания супертанкеров в зоне ВПУ с избыточно дублированной информационной системой контроля безопасности перевалки нефти в экологически чувствительной заповедной прибрежной зоне Новороссийского порта.

2. Методика обеспечения избыточного контроля безопасности наливки нефти от ВПУ, учитывающая эрготехническую специфику действующей в порту Новороссийск системы обеспечения безопасности мореплавания.

3. Метод оценки эффективности и качества эксплуатации системы технического контроля нефтетерминальных портовых операций радиоэлектронными средствами обеспечения безопасности мореплавания.

• 4. Надёжностная модель работы оператора радиоэлектронного комплекса контроля техпроцессов судопроводки танкера к ВПУ и заливки в него нефти.

5. Внедрение научных результатов в технологический процесс компании-оператора по наливке нефти в супертанкеры от ВПУ в порту Новороссийск.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выполнен анализ естественных и сложившихся инфраструктурных условий и правил плавания в морских районах порта Новороссийск, вскрывающий основные проблемы обеспечения безопасности судопровод-ки танкеров к выносным причальным устройствам (ВПУ) налива нефти из накопителей Каспийского трубопроводного консорциума, расположенных в районе Южной Озереевки на юго-западной части порта.

2. Новый результат защищаемого исследования состоит в том, что выработаны системно-эргатические принципы обеспечения безопасности мореплавания для впервые внедряемой в РФ технологии перегрузки нефти из трубопровода через ВПУ на супертанкер.

3. Приведенные в диссертационной работе результаты позволяют сделать выводы о том, что современные технические средства наблюдения и контроля положения судна на акватории порта обеспечивают гораздо более высокую (на два порядка выше) надёжность работы (при оценке их вклада в безаварийную проводку и швартовку судов к пирсам и ВПУ портовых терминалов), чем это обеспечивается в настоящее время операторами су-допроводки по данным статистики морских происшествий.

Этот главный вывод настоящего научного исследования указывает на то, что в судовой практике и в технологиях оперативного контроля состояния судов на акватории портов (со стороны СУДС) весьма неполно используются возможности средств технического контроля. Сделан вывод о том, что при сохранении приоритета в контроле зон безопасности плавания каждого конкретного судна и принятии решений по управлению судном за лоцманом и капитаном следует избыточно дублировать (в ряде случаев, многократно) эти же функции контроля с помощью технических средств пассивного контура непрерывного наблюдения за зонами безопасности каждого судна, которые бы информировали лоцмана или капитана о критических ситуациях с судами в зонах безопасности (опасность навала, столкновения и т.п.) при их швартовке или маневрировании.

4. Сделан вывод о необходимости повышения надёжности и действенности средств технического контроля за проводкой танкеров как из зоны морского района А\ к пункту посадки лоцманов, так, в особенности, и в зонах лоцманской проводки танкеров и швартовки к ВПУ; показано, что параллельное (с действиями лоцмана и капитана судна) действие средств технического контроля проводки танкеров (даже при сохранении приоритета в принятии решений за человеком) способно повысить надёжность су-допроводки до уровня, сравнимого с надёжностью работы технических средств контроля зоны безопасного плавания судна.

5. Предложен вариант перспективной системы контроля безопасности плавания на акватории порта, действующей на основе внедряемой ИМО (с 2002 года) Автоматизированной информационно-идентификационной системы (АИС) обеспечения безопасности судопроводки и постановки на якорные стоянки портов, модифицированной в так называемом двухточечном варианте транспондер-ного контроля как субметрово-точного положения оконечных точек судна на акватории порта, так и его основных характеристик движения относительно ВПУ при швартовке (скорости, пространственных координатах, его курсе, положении его кормы и носа относительно границ зон безопасности окрест судна и т.п.).

1. Демьянов В.В. Эвалектика ноосферы, ч.З. - Новороссийск: 2001, 880 с.

2. Герман-Шахлы Ю.Г., Попов В.В. Научный опыт создания техносферы специализированного морского порта. М.: "РосКонсульт", 2003,544 с.

3. Герман-Шахлы Ю.Г. Современные методы технического контроля безопасности перевалки нефти на морской транспорт. М.: "РосКонсульт", 2002,304 с.

4. Герман-Шахлы Ю.Г., Демьянов В.В. Точностные характеристики спутниковой навигационной системы в зонах швартовочного маневрирования судов: М.: "Транспортное дело России", Спецвыпуск, 2003, с. 18-22.

5. Долматов Б.М., Попов В.В. Научные аспекты создания Автоматизированных информационных систем безопасности мореплавания в портах южного бассейна России. М.: "РосКонсульт", 2001.

6. Демьянов В.В., Попов В.В. Научное осмысление опыта создания информационной сети ГМССБ на Юге Росиии., Ростов-на Дону (PAT РФ), Новороссийск (НГМА), 1999,640 с.

7. Герман-Шахлы Ю.Г., Демьянов В.В. Проблемы наращивания перевалки нефти через Чёрное море. М.: ВИНИТИ, 2001,14 с.

8. Герман-Шахлы Ю.Г., Лицкевич А.П., Мясников С.В. Особенности эксплуатации береговых систем радиоэлектронного контроля технологических операций перевалки нефти через ВПУ в специфических климатических условиях Новороссийского порта. М.: ВИНИТИ, 2001,18с.

9. Герман-Шахлы Ю.Г., Подопригора М.М., Панамарев Г.Е. Расширение возможностей портовых АИС в обеспечении безопасности швартовки судов к выносным причальным устройствам. М.: ВИНИТИ, 2001,19 с.

10. Черняев Р.Н., Зурабов Ю.Г. Особенности внедрения и применения автоматической информационной системы. Морской транспорт. Серия "Судовождение, связь и безопасность мореплавания". Экспресс-информация. Выпуск 9(376). М.: "Мортехинформреклама", 2000.

11. Корнараки В.А. Справочник лоцмана. М.: "Транспорт", 1983.

12. Правила техники безопасности при производстве работ на судах портового и служебно-вспомогательного флота. М.: "Рекламинформбюро ММФ", 1977.

13. Рекомендации по швартовным и грузовым операциям в открытом море. — М.: "Рекламбюро ММФ", 1973.

14. Обязательные постановления СУДС по портам Новороссийск (с приписным портовым пунктом Анапа) и Геленджик. — Новороссийск, 2001.

15. Баскин А.С., Москвин Г.И. Береговые системы управления движением судов. М.: "Транспорт", 1986,159 с.

16. Чернякова А.П. Северо-восточные шторма на Чёрном и Азовском морях при перемещении циклонов с Малой Азии на юго-восток Чёрного моря. Труды Укр. НИГМИ, №12,1958.

17. Лоция Чёрного моря (№ 1244), ГУНиО МО, 1987 с дополнением №2,2002.

18. Атлас поверхностных течений Чёрного моря. — Л.: ГУНиО МО, 1983.

19. Гордиенко А.И., Дремлюг В.В. Гидрометеорологические обеспечения судовождения.-М.: "Транспорт", 1989.

20. Морская радиолокация. Под редакцией Виноградова Е.М. и Виноградова В .И. Л.: "Транспорт", 1986.

21. Васин В.В., Степанов Б.М. Справочник задачник по радиолокации. М.: "Советское радио", 1987.

22. Грудинская Г.П. Распространение радиоволн. — М.: "Высшая школа", 1975.

23. Юсупов Л.Н., Герман-Шахлы Ю.Г., Демьянов В.В. Система радиолокационного контроля маневрирующего судна на подходах в зоне безопасности ВПУ. М.: ВИНИТИ, 2001,21 с.

24. Игнатов В.А. Оптимизация обслуживания радиоэлектронных устройств. — Киев: "Техника", 1969.

25. Дружинин Г.В. Надёжность автоматизированных производственных систем. "Энергоатомиздат", 1989.

26. Герман-Шахлы Ю.Г., Попов В.В., Демьянов В.В. Международно-правовой режим Средиземно-Азово-Черноморских бассейнов в части свободы судоходства. Ростов н/Д: "Изв. ВУЗов, Сев.-Кавк. регион", Технические науки, Спецвыпуск, 2003.

27. Чумаков Н.М., Серебряный Е.И. Оценка эффективности сложных технических устройств. -М.: "Советское радио", 1980.

28. Волкович В.Л. Методы принятия решений по множеству критериев оптимальности (обзор). Труды семинара "Сложные системы управления". — Киев: "Наукова думка", 1968, вып. 1, с. 100-112.

29. Жербин К.С., Первозванский А.А. Об оценке эффективности восстанавливаемых систем управления. "Техническая кибернетика", 1967, №2, с. 38-42.

30. Солодовников В.В. Некоторые вопросы теории и принципы построения аналитических самонастраивающихся систем. В кн. Аналитические самонастраивающиеся системы автоматического управления. — М.: "Машиностроение", 1965, с. 9-32.

31. Бурцев В.К., Свечарник Д.В. О надёжности и эффективности систем автоматического контроля и регулирования. — "Приборостроение", 1963, № 6, с.10-14.

32. ЗЗ.Чинаев П.И. Основные принципы построения самонастраивающихся систем. В кн. Теория и применение самонастраивающихся систем. — Киев: "Техника", 1968,328 с.

33. Ушаков И.А., Коненков Ю.К. Оценка эффективности функциональной сложной ветвящейся системы с учетом надёжности. В кн. Кибернетику на службу коммунизма. — М.: "Энергия", 1964, с. 205-212.

34. Васильев Б.В., Козлов Б.А., Ткаченко Л.Г. Надёжность и эффективность радиоэлектронных устройств. — М.: "Советское радио" 1964, 368 с.

35. Пугачев B.C. Определение оптимальной системы по произвольному критерию. "Автоматика и телемеханика", 1958, т. 19, №6, с. 519-539.

36. Ивахненко А.Г. "Техническая кибернетика". М.: ГИТТЛ, 1959,422 с.

37. Кочубиевский И.Д. Эффективность систем автоматического управления. "Техническая кибернетика", 1964, № 3, с. 134-140.41.3айченко Ю.П. Метод оценки числовых параметров конструкций. "Автоматика", 1967, №6, с. 23-27.

38. Чернецкий В.И. О технико-экономическом подходе к выбору основных параметров новых технических средств автоматического управления. "Техническая кибернетика", 1963, с. 44-55.

39. Чернецкий В.И. Анализ точности нелинейных систем управления. — М.: "Машиностроение", 1968,247 с.

40. Чумаков Н.М. Общие вопросы оптимизации автоматических систем летательных аппаратов. Труды НТК КВИАВУ. Киев: 1968, с. 12-18.

41. Чумаков Н.М. Вопросы синтеза практически оптимальных систем управления. — Сб. докладов науч.-техн. конф. — Киев: 1966, с. 14-21.

42. Красовский А.А., Поспелов Г.С. Основы автоматики и технической кибернетики. M.-JL: "Госэнергоиздат", 1962,600 с.

43. Волкович В.Л., Ишняк В.Ф. Оценка вариантов сложной системы управления на этапе предварительного проектирования по заданной степени выполнения основной задачи. Труды семинара "Сложные системы управления".-Киев: "Наукова думка", 1969, вып.1, с. 77-94.

44. Гуткин Л.С. Оптимизация радиоэлектронных устройств по совокупности показателей качества. -М.: "Советское радио", 1975,368 с.

45. Емельянов С.В., Борисов В.И., Малевич А.А., Черкашин A.M. Модели и методы векторной оптимизации. "Техническая кибернетика", 1973, № 5, с. 386-448.

46. Макаров И.М., Озерной В.М., Ястребов А.П. Принятие решения о выборе варианта сложной системы автоматического управления. "Автоматика и телемеханика", 1971, № 3, с. 84-90.

47. Бусленко Н.П., Соболь И.М., Срагович В.Г. и др. Метод статистических испытаний (Метод Монте-Карло). -М.: "Физматгиз", 1962, 331 с.

48. Салуквадзе М.Е. Об оптимизации векторных функционалов. "Автоматика и телемеханика", 1971, № 8, с. 5-15; № 9, с. 5-15.

49. Шапот Д.В. О построении критериев качества технических объектов. "Техническая кибернетика", 1971, № 6, с. 53-59.

50. Виноградов Е.М., Виноградов В.И., Харченко И.П. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. Л.: "Судостроение" 1986.

51. Богданович В.А., Сорочинский В.А., Якшевич Е.В. Спутниковые системы морской навигации. М.: "Транспорт", 1987.

52. Глобальная спутниковая радионавигационная система. Под ред. Харисова В.Н. Изд.2. М.: ИПРЖР, 1999.

53. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: "Высшая школа", 1977.

54. Денисов В.Г., Козарук В.В., Новиков B.C. и др. Техническая эксплуатация пштотажно-навигационных комплексов.-М.: "Транспорт", 1992.

55. Зараковский Г.М., Павлов В.В. Закономерности функционирования эрга-тических систем. М.: "Радио и связь", 1987, 266 с.

56. Душков Б.А., Королёв А.В., Смирнов Б.А. Основы инженерной психологии (Учебник для студентов ВУЗов). М.: Академический проект/Екатеринбург: Деловая книга, 2002, 198 с.

57. Котик М.А., Емельянов А.М. Природа ошибок человека-оператора. М.: "Транспорт", 1993, 208 с.

58. Зайцев B.C. Системный анализ операторской деятельности. М.: "Радио и связь", 1990.

59. Герман-Шахлы Ю.Г., Лицкевич А.П. Имитационное моделирование надёжности оператора с учётом параметра загруженности: Ростов н/Д: Изв. ВУЗов. Сев.-Кавк. регион. Технические науки, Спецвыпуск, 2003, с. 119-123.

60. Закрытое Акционерное Общество Каспийский Трубопроводный Консорциум-Р1. Морской терминал1. Утверждаю:

61. Заместитель Регионального менеджера по морским операциям1. Ю.И. Пужаев353900, Россия, г. Новороссийск, ул. Карла Маркса 1 тел. (+ 7 8617) 642552* факс (+7 8617) 642571