автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Математическое обеспечение оптимизации структуры автоматизированных информационных систем в речных АСУДС

На правах рукописи

- г 15

Холин Алексей Вяч вел авович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОПТИМИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ В РЕЧНЫХ - ' АСУДС

Специальность:

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2008

003454715

Работа выполнена в ФГОУ ВГТО «Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Сикарев Александр Александрович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кутузов Олег Иванович кандидат технических наук, доцент Кулибанов Михаил Юрьевич

Ведущая организация: ОАО НПФ «Меридиан»

Защита диссертации состоится 30.10.2008 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 223.009.03 при Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций по адресу: 198035, Санкт-Петербург, ул.Двинская, д 5/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 26 сентября 2008 г.

Ученый секретарь

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования.

Увеличение интенсивности судоходства на внутренних водных путях (ВВП), ставит задачи повышения безопасности плавания. В номенклатуре перевозимых грузов значительное место занимают нефть и нефтепродукты, химические удобрения и другие опасные фузы. В основном эти грузы перевозятся судами "река-море" плавания, подпадающими под требования международных конвенций, правил и требований по обеспечению безопасного судоходства. Суда, как правило, оснащены современным навигационным оборудованием и средствами связи, соответствующим международным требованиям и позволяющим работать минимальным составом экипажей. При этом подразумевается, что и береговая инфраструктура управления судоходством соответствует международным требованиям и обеспечивает международные стандарты безопасности.

На деле, в силу экономических причин последних лет, существует значительная диспропорция между уровнем оснащения флота и оснащением береговых служб, отвечающих за управление движением и обеспечением безопасности судоходства. Этот технологический разрыв имеет тенденцию к увеличению.

Известно также принципиальное намерение Правительства Российской Федерации открыть внутренние водные пути России для прохода иностранного флота, что потребует поднять на качественно новый уровень систему управления движением флота, обеспечить международные стандарты безопасности судоходства. Существующая на сегодняшний день система не отвечает таким стандартам с точки зрения технической оснащенности и применяемых технологий управления.

Содержание водных путей и управление движением флота СевероЗападного региона России обеспечивается Государственным учреждением "Волго-Балтийское государственное бассейновое управление водных путей и судоходства" (ГБУ "Волго-Балт") через свои региональные филиалы - районы водных путей и судоходства.

Данная работа призвана сформулировать модель для расчета зон действия береговых базовых станций АИС при различных рельефах.

В настоящее время как в международных организациях, так и у нас в стране заканчиваются работы по принятию нормативно-правовых документов, регламентирующих технико-эксплуатационные характеристики оборудования АИС, на внутренних водных путях (ВВП).

Цель и задачи диссертационной работы : ♦ Новое решение актуальной научной задачи повышения безопасности судоходства на внутренних водных путях на основе внедрения базовых станций АИС, как одной из важнейших структур АИС - информационных технологий;

В работе решены следующие основные задачи:

- Освещение некоторых, наиболее важных структурно-информационных особенностей АСУДС, особенно в части применения в них автоматизированных идентификационных систем (АИС).

- анализ существующего мирового и отечественного опыта;

- разработка концепции использования конкретных технологий применительно к рассматриваемому объекту исследования.

- выполнить анализ отечественного и зарубежного опыта построения АСУДС на внутренних водных путях;

- разработать принципы и структуру АСУДС и ее подсистемы АИС;

- предложить методику математического моделирования зон и дальности действия АИС;

- провести количественный анализ для оптимизации расчета зон и дальность действия базовых станций АИС.

Объектом исследования является существующая и перспективная автоматизированная идентификационная система (АИС), как составная часть управления движением судов на внутренних водных путях, позволяющая повысить безопасность и эффективность судоходства.

Предметом исследования являются системные и функциональные методы синтеза структуры АСУДС и ее подсистемой АИС.

Методы исследования. Методологической основой исследования являются постановка задач, экспертные оценки и методы системного анализа, теории АСУ, теории радиосвязи, радиолокации.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту

♦ Изучен и систематизирован современный зарубежный и отечественный опыт создания автоматизированных систем управления движением судов как одной из составляющей так наз "Речных информационных служб";

♦ Разработаны математическое и алгоритмическое обеспечение, а также способы решения многопараметрических стохастических задач, призванных минимизировать структуры системы АИС при передачи данных.

♦ Аналитический обзор современного состояния и перспектив развития АСУДС и Речных Информационных Служб на внутренних водных путях Западной Европы и России.

♦ Концепция построения и модель речной АСУДС и ее подсистемы АИС применительно к внутренним водным путям ЕГС России

♦ Математическое обеспечение расчетов зон покрытия подсистемы АИС АСУДС применительно к ЕГС с учетом статистических особенностей УКВ-каналов связи, влияния рельефа между береговыми радиостанциями и судами, а также процесса перемещения судов с транспондерами АИС относительно береговых базовых станций АИС;

Практическая ценность работы состоит в том, что сформулированные выводы и предложения могут быть использованы при реализации, утвержденных Службой Росречфлот, программ реконструкции ведомственной системы мониторинга и управления ГБУ и в том числе применение систем АИС при комплексном управления движением судов и безопасности слдоходства на внут-

ренних водных путях речных бассейнах Единой глубоководной системы ВВП РФ.

Реализация научных результатов. Отдельные положения диссертационной работы реализованы в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций, в Главном бассейновом управлении «Волго-Балт», а гак же в ООО «Волга-Нева» при модернизации информационно-диспетчерской системы информационного обслуживания.

Апробация работы. Основные положения и ожидаемые результаты диссертационной работы докладывались на Международной научно-технической конференции "ТРАНСКОМ-2004" (декабрь 2004, Санкт-Петербург ).

Публикации. По тематике диссертационной работы опубликовано 9 статей, из них 1 в издании Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка опубликованных источников, содержащего 119 отечественных и зарубежных работ, включает в себя 142 страницы текста, 34 рисунка, 5 таблиц и 13 фафиков.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ сделан анализ существующих и перспективных АСУДС в морском судоходстве и на внутренних водных путях, а также изложена концепция Речных информационных служб (РИС).

"Речные Информационные Системы (РИС) " / River Information Services (RIS)". Этот термин сформировался в качестве обобщающего понятия для любых систем связи и информатики, использующихся на ВВП: реках, каналах, озерах и устьевых портах. Концепцией РИС предусматривается гармоничное и системное сочетание служб, обеспечивающих управление движением и транспортом в процессе судоходства на ВВП, включая взаимодействие с узлами других видов транспорта. РИС является общим термином для любых отдельных информационных служб, призванных обеспечивать судоходство на ВВП.

Содержание работы.

Рис.1 Структура Речной Информационной Службы

Как видно из рис.1, в составе РИС имеются одна или несколько речных автоматизированных систем управления движением судов (АСУДС). Хотя история развития АСУДС для управления морским флотом насчитывает полтора-два десятилетия, однако АСУДС для ВВП имеют ряд характерных, специфических особенностей, вызванных необходимостью управления движением судов в жестких условиях постоянной "узкости".

На рис 2 представлена примерная структурная схема речной АСУДС, получившая, по-видимому, наибольшее распространение на европейских ВВП. Из рисунка следует, что речная АСУДС включает в себя центр управления движением судов, систему видео-наблюдения, систему УКВ- радиостанций с подсистемами сотовой и транкинговой радиосвязи, речной региональный спасательно-координационный центр (РРСКЦ), береговые радиолокационные станции (БРЛС), спутниковые информационные системы СР8/ГЛОНАСС и ООР8, а также АИС.

Центр управления движением судов

Рис.2 Типовая конфигурация АСУДС

Несомненна актуальность внедрения таких систем на ВВП России. Проведенный анализ свидетельствует о необходимости сосредоточить, в первую очередь, внимание на задачах построения подсистем радиолокационного обзора акватории, системы судовых сообщений на основе УКВ-радиосвязи и АИС (Автоматизированная Идентификационная система).

Из указанных подсистем наименее исследованной и требующей своей глубокой научной проработки является Автоматизированная Идентификационная система. Анализ и выявление ее свойств, а также вопросы оптимизации зон действия ее базовых станций и посвящены последующие главы работы

ВО ВТОРОЙ Г ЛАВЕ дана общая концепция структуры и алгоритма функционирования АИС как подсистемы рассматриваемой АСУДС.

АИС является навигационной системой, которая использует взаимный обмен на канале УКВ между судами, а также между судном и береговыми службами. Схема функционирования АИС приведена на Рис.3. АИС включает в себя следующие компоненты:

• Мобильные / универсальные транспондеры;

• Базовую станцию АИС;

• Береговые станции АИС;

• Центральный сервер АИС.

Рис. 3 Алгоритм функционирования АИС

При использовании технологии АИС на внутренних водных путях, в частности на смежных с морскими акваториях, эффективная работа и совместимость достигаются при выполнении следующих мероприятий:

1) рациональное построение сети-береговых станций АИС;

2) взаимодействие с береговыми АИС морских Администраций на сетевом уровне, обеспечение взаимообмена данными;

3) использование мобильных судовых станций (транспондеров), соответствующих требованиям ИМО Класса А, ограниченного Класса А, Класса В;

4) использование переносных лоцманских транспондеров с упрощенным протоколом МСЭ-Р МЛ 371-1, не противоречащим требованиям ИМО по передаче сигналов АИС в канале УЕ)Ь.

АИС на ВВП, делающие свои первые шаги, вероятно, переживают "медовый месяц", как и большинство других современных технологий. Но система ещё далеко не совершенна. Успех будет зависеть от того, насколько эффективным будет сотрудничество разных объектов — от тех, кто отвечает за оборудование, за обслуживание и за связь. Поэтому суда, которые не хотят сотрудничать, во внимание не принимаются - например множество мелких судов: рыбаки, рабочие катера и шлюпки, суда, предназначенные для отдыха. Навряд ли кто-то из них когда-либо позволит себе потратить несколько тысяч долларов на приобретение и оснащение современного транспондера.

Хотя для судов, не входящих в SOLAS, могут быть разработаны упрощённые модели ретрансляторов, передающие информацию практически в объёме "я здесь", их лучше рассматривать как ту часть судов, которые не будут подчиняться официальным требованиям.. АИС могли бы, наверное, выпустить систему для "обеспеченных" людей, с усовершенствованными мерами безопасности и систему для "малообеспеченных", которые при принятии таких мер всё-таки будут чувствовать себя более защищенными, чем без оных, потому что их суда, оборудованные АИС, будут выглядеть более полноценными.

Существует и проблема перегрузки. АИС разработана таким образом, что она может принимать намного больше информации по опознаванию, но современная тенденция использования системы для передачи дополнительной информации может быстро исчерпать все резервы. Если предположить, что к работе подключатся ещё и тысячи небольших судов, перспектива перегрузки неизбежна. В результате, интервалов для передачи информации нужно будет дожидаться, а если эти затяжки будут раз за разом происходить в водах с большим количеством судов, это уже может иметь неприятные последствия для безопасности.

Ближайшие годы, когда АИС будут внедряться на ВВП, дают время найти решения всем этим проблемам - и с технической стороны, и со стороны самого процесса, придумать средство от "зубной боли", которая неизбежно сопровождает появление любой радикально новой технологии и ввод её в эксплуатацию. Данные выводы нашли подтверждение в процессе опытной эксплуатации береговой АИС в ГБУ "Волго-Балт" в Санкт-Петербурге в навигацию 2003 г.

Решение указанных выше проблем в обязательном порядке предполагает прежде всего, во-первых, определения дальности действия по линии БС АИС -судовой транспондер и размеров зон действия каждой БС АИС и, во-вторых, анализ особенности топологии размещения зон действия системы БС АИС в пределах зоны действия АСУДС и зоны ответственности РИС. Исследованию этих задач и посвящены последующие главы диссертации. В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ проведен расчет требуемой вероятности ошибки, что. при решении задачи аналитического расчета зон действия береговых станций автоматизированных идентификационных систем, является необходимым условием. Это обусловлено необходимостью учета вероятностных зависимостей в каналах связи между БС и судовым транспондером, влиянием на процесс передачи сигнала заграждающего рельефа между БС и судном, а также процесса перемещения судна с транспондером относительно указанной станции.

Оптимальное значение радиуса зоны действия БС в АИС, при передаче цифровых сообщений определяется соотношением: Re4" =argl perr(R)<preq|, где preq< 10"4-;-10"6 - требуемая вероятность ошибки.

Для решения поставленных в этой главе задач использована модель А.В.Доровских — А.А Сикарева, учитывающий при расчете зон и радиусов действия PC стохастическую природу трех основных факторов, влияющих на верность передачи сообщений:

- статистические свойства УКВ-каналов радиосвязи;

- случайный характер заграждающего рельефа между береговой радиостанцией и судном-корреспондентом;

- случайный процесс перемещения судов относительно береговой радиостанции.

В таблице 1 представлены наиболее употребительные в настоящее время статистические модели для описания указанных трех вероятностных факторов.

Статистические модели описания трех вероятностных факторов_Табл. 1

- _фактор модель * - А В | С

канал связи «БС - судовой транснондер» заграждающий рельеф перемещение транспондера относительно ЕС

1 чегырехиарамстрнчсская модель модель равномерною заграждающего рельефа модель закона Макс»сл.т

2 грехпарамегрнческая модель Бекмана модель показательного икона модель закона Релея

3 .го>хпяраметрнчсская модель Рийса модель нормального закона модель разномерною закона

4 1 одногшраметрическая 1 модель Релея

5 | модель канала с ! постоянными параметрами

В работе рассмотрены основные особенности количественного описания в таких моделях.

Разработаны методика и обший алгоритм расчета дальности и зон действия БС.

Для количественного описания вероятности приема цифровых сообщений в УКВ-радиоканалах АИС широко используются методы и оценки статистической теории помехоустойчивости в дискретных (цифровых) каналах.

В частности, весьма конструктивным здесь оказывается понятие вероятности ошибки поэлементного приема цифрового сообщения. В качестве исходной обычно используют вероятность ошибки поэлементного некогерентного приема в канале с постоянными параметрами, которая имеет вид:

/> = 1/2ехр|- —I

4 , (1) где Ь2=РСТ/У2 (2) (2)

Здесь Рс - мощность принимаемого полезного сигнала в канале только с флюк-туационным шумом;

Т - длительность элементарной посылки (1 или 0); V2 - спектральная плотность флюктуационного шума. Это выражение нетрудно представить в форме:

рЛех (3)

где Я - расстояние между БС и судовым транспсндером.

В соотношении (3) через % обозначен энергетический параметр АИС-радиолинии зависящий от мощности передатчика, чувствительности приемника, высот подъема судовой и береговой антенн и от высоты заграждающего

_ Pt ■ Gl • 771 • G2 -Г}1 • Л2 ■ (h2 + /го2) • (hl2 + /го2) рельефа.: Х~ - 1Лч2 , (4)

Zrsens • XU

где Р5еп5 - минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника; hi и h2 - соответственно высоты подъема судовой и береговой антенн; Gi - коэффициент усиления антенны передатчика БС; G2 - коэффициент усиления антенны передатчика транспондера; T|i - КПД фидера, соединяющего передатчик и антенну БС; т|2 - КПД фидера, соединяющего передатчик и антенну транспондера.

При построении АИС принципиально важной является задача оптимизации размеров зон действия БС. Поскольку в АИС используются цифровые сообщения, то в качестве анализируемого на экстремум соотношения целесообразно выбрать perreq - эквивалентную вероятность ошибки в приеме кодовой комбинации АИС-сообщения, в функции от Rc - среднего радиуса зоны действия БС. Тогда оптимальный радиус зоны действия береговой станции АИС можно определить по формуле:

Rcopt =argR min perre<l(R), (5)

В дальнейшем, для упрощения, ограничимся достаточно важным для конкретных приложений случаем, когда дополнительное кодирование отсутствует.

Поскольку обычно Perreq(R) имеет монотонный характер, то задача (5) сводится к отысканию такого граничного значения радиуса зоны действия БС, когда имеет место:

Rcopt=arg|perr(R)<preq|, (6)

где Preq^lO^vlO"6 - требуемая вероятность ошибки.

При учете замираний уровней сигналов в каналах радиосвязи, заграждающего рельефа и перемещения транспондера относительно БС вероятность приема в (6) оценивается вероятностью ошибки, представляемой в форме:

/?егт(Я)= J | ¡p(h2)W(^W(H)W(R)djudHdR

G(ß)G{R)G(H)

где W(|i.) - определяется с каким-либо из соотношений для амплитудного коэффициента передачи;

W(R) - плотность вероятности перемещения транспондера судна относительно БС, определяемая равномерным Релеевским или Максвелловским законом плотности вероятности;

W(H) - плотность вероятности для высот заграждающего рельефа, определяемые формулами;

G(|i), G(R), G(H) - области, определяемые амплитудным коэффициентом ц, расстоянием R и высотой Н соответственно.

Отдельно рассмотрен алгоритм расчета дальности и зон действия АИС при Максвеловской модели случайных перемещений на линии БС - СТ.

В рамках настоящей диссертации осветим весьма важный практический пример применения Максвелловского закона плотности вероятности распределения расстояния Я между судовыми транспоцдсрами и базовыми станциями АИС. Будем также полагать, что выполняется условие - отсутствие замираний сигналов, отсутствие взаимных помех в канале между БС и транспондером АИС, а также ситуацию "ровной поверхности", когда выполняется условие Н=сош1.

Тогда вероятность ошибки при передаче элементов цифрового сигнала определяется выражением

ят

где

Ре,г= ¡1 щк

(8)

(9)

(Ю)

- вероятность ошибки поэлементного некогерентного приема при наличии только флюктуационных шумов в канале связи без замираний. Через я/ обозначен энергетический параметр АИС- радиолинии формула (4) Интегрируя в (8), получим

Реп

"V*

1

V

¡у

»

схр

или, окончательно:

зс

У

у

2а*

¿у

(П)

(12)

Также представлен алгоритм расчета дальности и зон действия речных автоматизированных идентификационных систем при релеевской модели взаимного перемещения судового транспондера относительно береговой станции.

Верность передачи цифровых сообщений от судовых транспондеров к береговым станциям (БС) и далее в центр управления движением судов - систему информационно-диспетчерской службы АСУ ДС существенно зависит от трех случайных факторов. Во-первых, от статистических свойств канала связи между транспондером и БС; во-вторых, от заграждающего рельефа между ними; в-третьих, от случайного перемещения транспондера отпоет ель но БС. В настоящей главе рассматриваются особенности влияния на дальность и характер зоны действия речных АИС модели закона Релея, которая также достаточно часто применяется на практике.

Так как для канала с постоянными параметрами \У(ц)=1, то соотношение (7) преобразуется к виду: р„,(К) = { | 1ехр[-~^т}\¥(Н)\¥(Г<)с11Ш< (13)

П4

атот" п

Тогда для релеевской модели получим соотношение:

-(—) е ^ У' йу

Регг(К)

1

4(7

(И)

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ проведено исследование по использованию законов Максвела и Релея при расчете зон действия береговых базовых станций АИС. Исследованные качественные и количественные закономерности для АИС вскрывают их специфические особенности и подтверждают весьма высокую эффективность расчета зон действия БС при Максвеловском законе для оценки возможностей систем при использовании в рамках речных региональных структур типа "Речные информационные службы", но при этом надо отметить что, для сопоставимых технических параметров транспондера и БС модель Релея предъявляет более жесткие требования к дальности действия системы.

Рассмотрим результаты расчета и анализа дальности действия БС при Реелевском законе. На рисунках 4 и 5 сплошными линиями построены зависимости Реп- от Я при следующих условиях: судовые транспондеры мощностью 1Вт и 2Вт при установке антенн на высоте 13 метров; приемники базовых станций с чувствительностью 1мкВ и 2мкВ и высотами установки антенн 48 и 60 метров; частота" излучения - 161,975 МГц; Ь0=5м - для средних условий почвы.

Регг 1 1.00Е+00 1.00Е-01 1.00Е-02 1.00&03 1.00Е-04 1,00Е-05 1,ООБОв 1.00Е-07 1.00Е-08 1.00Е-09 1.00&10 1.00Е-11

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

■ ! ! ]

;

! ! !

1 1

\ -48м -60 м

|

¥ * ! : ;

»1*1 I 1 [

1 1 ГТ'Т""1 1_и-.'...._ 1 1 ;

Рис. 4. Зависимость вероятности ошибки приема от

расстояния между корреспондентами, от чувствительности приемника транспондера АИС и от высоты антенны БС при использовании законов Релея и Максвелла.

На рис.4 представлены зоны действия АИС при мощности передатчика 2 Вт, чувствительности приемника 1 мкВ и высотах антенн БС 48 и 60м. Как

видно из рисунка, условие рсгг(К)<ргес,:=1(У 4 выполняется при Ксор1 = 10,5 и 11,9 км соответственно для двух ВС. При установке приемника с чувствительностью 2мкВ рис.5 зоны действия БС уменьшаются до 9,0 и 10,0 км.

На рис.4 для сравнения, штрихпунктирными линиями с маркерами построены кривые вероятности ошибки приема сигналов АИС для модели Максвелла. Сравнительный анализ кривых показывает, что для сопоставимых технических параметров транспондера и БС модель Релея предъявляет более жесткие требования, так как уменьшает дальность действия системы АИС. Действительно, для условия рис. 5 при максвелловском законе дальности действия составили 12,2 и 13,7 км. Таким образом, дальность действия системы при использовании закона Максвелла на 1,8 км (14 % от радиуса действия системы) больше, чем при использовании закона Релея, причем вне зависимости от высоты установки антенны БС.

Регг ! 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1.00&00 ■ 1.00Е-01 ■ 1.00Б-02 ■ 1.00Е-03 •1,ООЬ<14 1ДОЕ-П5" 1.00Е-06 1.00Е-07 1.00Е-08 1.00Е-09 1.00Е-10 -1,006-11

Рис. 5 Зависимость вероятное™ ошибки приема от расстояния между корреспондентами и от высоты антенны БС для закона Релея.

Показаны особенности использования модели закона Максвелла при расчете дал ьности и зон действия речных АИС.

При показательном законе изменения высот рельефа в соотношении (14),

= (13)

где а- параметр распределения, принимаемый обычно 0,01-0,5 Для закона Максвелла получено соотношение:

и; ии и Г)

Регг = • а | • ехр(-аН)ИГ(ЯуРГ(Н)<ВМН

(14)

На рисунке 6 сплошными линиями построены зависимости вероятности ошибки приема р^ от К при учете характеристик рельефа (характеризуемых

величиной просвета Н) для следующих условий: судовой транспондер мощностью 2Вт при установке антенны АИС на высоте 13 метров; приемник базовой станции с чувствительностью 2мкЗ и высотой установки антенны 48 и 60 метров; частота излучения - 161,975 МГц, а=0.05, отношение расстояний до препятствия и между корреспондентами принято равным 0,5-середина трассы. Методика расчетов подробно описана в 3 главе. При этом на первом рисунке величина просвета соответствует принятым в 3 главе средним условиям почвы (Ь0-5м для равномерного заграждающего рельефа). Графики для средних условий почвы построены штрихпун кл ирными линиями.

Регг 1 1.00Е+00 -р 1.00Е-01 1.00Е-02 1.00Е-03 -1.00Е-04 -1.00Е-05 -1.00Е-06 -1.00Е-07 1.00Е-08 1.00Е-09 -1,О0Е-1О -1.00Е-11 -■

Рис. 6 Вероятность ошибки приема при учете характеристик рельефа.

Принимая допустимое значение вероятности ошибки Регг = 1 ()\.. К)"4, получаем, что при использовании экспоненциального закона для модели Максвелла, дальность действия системы, согласно расчетам, оказывается примерно на 3 километра меньше, чем в аналогичных условиях, но с предположением, что рельеф ровный . Учитывая, что результаты были подтверждены на практике с точностью 10-15% в Северо-Западном регионе, можно полагать, что рассмотренная в настоящей статье модель вполне применима для районов со сложным ландшафтом.

В главе представлены зависимости дальности действия АИС от высоты антенны базовой станции и величины просвета, а также степень влияния закрытого рельефа на дальность действия станций.

Кроме того был выполнен сравнительный анализ эффективности моделей законов Максвелла и Редея при расчете зон действия речных АИС в условиях вариации высот ¡а! раздающего рельефа. При решении задач определения

2 3 4 5 в 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

равномерный заграждающий рельеф И=48м

--раномерный заграждающий рельеф 11=60м

-|1=48м открытая местность Н=5м

—'X—(1=60 м открытая трасса Н=5 м

эффективного радиуса и зон действия АИС необходимо тщательное изучение местности, на которой планируется внедрение системы. Па ВВП Европейской части России горные хребты с резкими склонами, близкие по форме к клиновидным препятствиям, встречаются сравнительно редко. Чаще вершины реальных препятствий имеют довольно большие радиусы кривизны. В третьей главе был произведен анализ влияния характеристик рельефа на дальность действия системы АИС при использовании релеевской модели взаимного перемещения транспондеров. В частности, производился расчет множителя ослабления для случаев, когда препятс твие находится на различном удалении от базовой станции и от судового транспондера АИС.

1,00Е+<Ю 1.00Е-01 1.00Е-02 1.00Е-03 1.00Е-04 1.00Е-05 1,ООЕ-О6 1 ,00Е-07 1.00Е-08 1.00Е-09 1,00Е-10 1.00Е-11

• Модель Максвелла - - - - Модель Релея

Рис. 7 Влияние степени вариации рельефа на вероятность ошибки приема сигнала БС судовым трансповдером АИС

I - ■ ' .

Результаты расчетов с . использованием прикладного программного обеспечения представлены на рисунках 7 и 8. Расчеты произведены для следующих условий: судовой транспондер мощностью 2Вт при установке антенны АИС на высоте 13 метров; приемник базовой станции с чувствительностью 2мкВ и высотой установки антенны 60 метров; частота излучения - 161,975 МГц. Величина просвет принята равной 5 метров для случая, когда препятствие находится на равном удалении от БС и судового транспондера АИС.

Анализируя рис.9 можно заметить, что влияние вариаций заграждающего рельефа сказывается для обеих моделей перемещения транспондера. При малых значениях коэффициента а расхождение между результатами, полученными для ровной местности (сплошные линии с маркерами) и при использовании показательного закона максимально.

На рис.8 приведены графики для случая, когда а имеет максимальное значение. Видно, что результаты полученные для модели Релея как при использовании показательного закона изменения рельефа, так и для ровной местности полностью совпадают. Значения полученные для закона Максвелла при использовании показательного закона изменения рельефа местности для а -0.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

; : : . : ; _: : :: : : : : : I

■ . - - . - - - г.. г. .7-—"

_ _ .1—. - г ж- -Ж' X ч' —*Ж д ■Ж : ----- Д ---------- л А

д

д

• д - --—! .-

также близки к модели Релея( при использовании модели Максвелла расчетная дальность действия системы всего на 0.5 км больше). Таким образом, из рис.10 можно сделать важный вывод о том, что при использовании коэффициента распределения а для описания вариаций рельефа наблюдается уменьшение влияния вида используемой модели на расчетную дальность системы. Т.е. при различных расчетных методиках, но при равных условиях получены близкие результаты.

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

— — максвелл показ а 1=0.5

- релей показ а!=0.5 —И - релей равном рельеф —л— модель закона Максвелла-равном рельеф

Рис. 8 Н=5ш Р5СП5=2 Ь=60т

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ предложена топологическая структура зон действия БС АИС, которая создает сплошное информационное поле АИС. на всем участке реки Невы в зоне ответственности НЛРВП и С. и устраняющая недостатки в существующем поле разрыва. Расчеты непрерывности информационного поля проведены для двух законов плотности вероятности описывающих перемещение судов относительно БС в виде закона Максвелла и Релея.

Как видно на рис. 9 и подтверждается расчетами, для внедрения технологии АИС в бассейне реки Невы, желательно установить дополнительные БС АИС и довести их число до шести, а не четырех как планируется. Причем это необходимое условие для обоих приведенных законов. Эти дополнительные БС позволят использовать АИС, как полноценную подсистему контроля движения судов в системе АСУДС и даст возможность избежать возможной «потери» цели и более раннего обнаружения. Одновременно с этим нельзя не отметить, что на данный момент диспетчера ГБУ могут наблюдать суда посредством

АИС до Ивановских порогов. Данный факт указывает на необходимость дополнительной практической проверки необходимости дополнительных БС. Практическую проверку можно будет провести после завершения работ сначала в Петрокрепости и затем в Отрадном.

Расчеты также подтверждают, что для внедрения технологии АИС на Неве, возможно использование шести базовых станций и мобильных лоцманских транспондеров с выходной мощностью 2Вт, что делает данную задачу вполне реальной как с организационно-технической, так и с экономической точки зрения.

Также проведено описание применения технологии АИС для решения задач контроля за местоположением судов в акватории реки Невы при проводке судов в разводные пролеты мостов рис.10. Последние несколько лет использование АИС при мониторинге караванов и одиночных судов при движении по Неве в районе разводных мостов стало неотъемлемым способом контроля флота. Возможность четко определить местоположения судов позволила избежать невынужденных задержек и давать капитанам судов более четкие инструкции о необходимой скорости движения.

Кроме того проведен сравнительный анализ применения АИС и РЛС. Сравнение продемонстрировало явное преимущество использования системы АИС в структуре АСУДС, но в то же время подтвердило не только принципиальную возможность дальнейшего мониторинга судов посредству РЛС, но и необходимость сопряжения двух систем на базе ЭКДИС. Проведен анализ ошибок мониторинга при использовании АИС и ЭКДИС при использовании различных апромакционных моделей карт береговой базовой станцией АИС. Анализ показал, что на данном этапе внедрения вышеупомянутых систем на Невско-Ладожском районе водных путей и судоходства ошибок данного характера удалось избежать. Анализ также показал необходимость более широкого внедрения АИС И ЭКДИС на судах и для береговых диспетчерских и лоцманских служб.

'В^пр'оел'-

$РИНОЕКА;

ПДРГОЯОВ»

■!.- --¿г.

тЙ^ЕРк^к - I, МУДЕДЬНАЙ "(ч ,

¿Л' Ы

йоГе-дерЕэн-^ И1 ¡1

вр|щйржк

.КОНИЛЙ Л/ЧХТА

»^АДЧЕЩ!

•МЩ^Шгь

»ДАРСКИМ

__ .¿¡¡НАЗИЯ З'К^новская .

' ,. .. ffliiAnVA.4C.l1H АИ-ООБ.СКАЯ'

а; СОЯОГУБОВКА

аУь.ОЙТОПОЕ;^

ДмоЖАмекий

ОС

Рис. 9 Дополнительные БС АИС на Неве при Максвеелловском и

Релеевском законах.

ез.обУда'г^оГ л'одкл." в ГмйчяГай".....йдайшв1

Рис.10 Проход каравана через разводный мосты

Основные результаты работы.

В настоящей диссертационной работе представлено новое решение актуальной научной задачи повышения эффективности функционирования и безопасности судоходства на внутренних водных путях на основе разработки концептуальной модели построения АСУДС и ее одной из основных подсистем -АИС

На этом пути получены следующие новые научные результаты:

1. Выполнен анализ существующего мирового и отечественного опыта создания АСУДС на морских акваториях и внутренних водных путях. Отмечено отсутствие в настоящее время таких систем на ВВП России.

2. Изложена концепция Речных Информационных Служб как обобщающего • понятия для любых систем связи и информатики, использующихся на ВВП, как общий термин для любых отдельных информационных служб, призванных обеспечивать судоходство на ВВП.

3. Предложено математическое и алгоритмическое обеспечение, а также методика решения многопараметрических стохастических задач, оптимизирующих структуры систем передачи информации. Применительно к объекту исследования рассмотрены задачи оптимизации зон действия береговых базовых станций АИС. Для решения поставленных задач использована модель А.В.Доровских - А.А Сикарева, учитывающий при расчете стохастическую природу трех основных факторов, влияющих на верность передачи сообщений:

- статистические свойства УКВ-каналов радиосвязи;

- случайный характер заграждающего рельефа между береговой радиостанцией и судном-корреспондентом;

- случайный процесс перемещения судов относительно береговой радиостанции.

4. Для подсистемы АИС, внедрение которой на ВВП получило пока незначительное распространение, рассмотрено применение этой технологии для решения задач контроля за местоположением судов в речных акваториях в"целом и в акватории реки Невы при проводке судов в разводные пролеты мостов в частности. Найдено аналитическое решение для определения оптимального радиуса действия береговой базовой станции АИС. Исследована зависимость этого радиуса от параметров радиоканала и основных эксплуатационно-технических характеристик стандартных радиосредств АИС.

5. Найдено решение задачи расчета оптимального значение радиуса зоны действия БС в ЛИС при передаче цифровых сообщений, которое определяется соотношением: Кс"р1 =а^1 регг(К)<рГМ]|, где ргсч<10"4+1(Г6 - требуемая вероятность ошибки.

6. Показано, что модель Релея предъявляет более жесткие требования, так как уменьшает дальность действия системы АИС - дальность действия системы при использовании закона Максвелла на 1,8 км (14 % от радиуса действия системы) больше, чем при использовании закона Релея, причем вне зависимости от высоты установки антенны БС.

7 Предложена топологическая сфуктура зон действия БС ЛИС создающая сплошное информационное поле ЛИС на всем участке реки Невы в зоне ответственности НЛРВП и С л устраняющая недостатки поля в существующем поле разрыва. Расчеты непрерывности информационного поля проведены для двух законов плотности вероятности описывающих перемещение судов относительно БС в виде закона Максвелла и Релея

8. Показана целесообразность дальнейшего развития и внедрения системы АИС И ЭКДИС, а также необходимость сопряжения с БРЛС, что позволит значительно повысить качество мониторинга. Также показаны основные ошибки при работе каждой из указанных систем отдельно.

9. Полученные результаты имеют практическое значение при проведении работ по реконструкции и модернизации ведомственной системы связи ГБУ "Волго-Балт" конкретно и ЕГС в целом и созданию СУДС па внутренних водных путях России. В то же время эти результаты будут, несомненно, полезны при разработке АСУДС в других бассейновых управлениях Государ- • ственной Службы речного флота Российской Федерации

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Холин А.В Рациональная топологическая структура зон действия базовых станций автоматизированных идентификационных систем в Невско-Ладожском районе водных путей и судоходства Научно-технический журнал «Морская радиоэлектроника». JVh 3(21), СПб, 2007, с. 46-47 (рекомендован ВАК).

2 Бродский Е Л., Сикарев А А., Холин A.B. Современные аспекты развития автоматизированных идентификационных систем в речных АСУДС. Межвузовский сборник научных трудов «Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях». Под ред. д.т.н. проф. A.A. Сикарева. -Вып. 4,- СПб.: СПГУВК, 2003, с. 43-48

3. Бродский Е.Л-., Сикарев А.А:, Холин A.B. Методика расчета зон действия береговых станций АИС на ВВП, Ж. «Информост. Радиоэлектроника и телекоммуникации». № 4(34). М.,2004, с.43-45.

4. Холин A.B. Оценка зон действия береговых станций АИС на ВВП при ре-левской модели процесса перемещения транспондера относительно базовой станции. - Материалы Международной научно-технической конференции "Транском-2004". СПб, СПГУВК, 2004, с. 195-196

5. Красников В.В., Сикарев А А., Холин A.B. О расчете дальности и зон действия речных авшматизированных идентификационных систем при релсев-ской модели взаимного перемещения судового транспондера относительно береговой станции. Межвузовский сборник научных трудов «Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях». Под ред д.т н. проф. A.A. Сикарева. -Вып. 6 - СПб.: СПГУВК, 2006 - с 106108.

6 Красников В.В , Сикарев А.А , Холин ABO расчете дальности и юн действия речных автоматизированных идентификационных систем при релеев-ской модели взаимного перемещения с\довою шапепон len-i опюстел.но

береговой станции. Межвузовский сборник научных трудов «Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях». Под ред. д.т.н. проф. Л.Л. Сикарева.-Вып.б.- СПб.: СПГУВК, 2006.C.108-112.

7. Красников В.В., Сикарев A.A., Холин A.B. О приближенном вычислении дальности и зон действия речных АИС при релеевской модели взаимного перемещения судового транспондера относительно береговой станции. Межвузовский сборник научных трудов «Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях». Под ред. д.т.н. проф A.A. Сикарева. -Вып. 6,- СПб.: СПГУВК, 2006. с.112-116.

8. Красников В.В., Петухов Ю.В, Сикарев A.A., Холин A.B. Особенности использования модели закона Максвелла при расчете дальности и зон действия речных АИС. Международный межвузовский сборник научных трудов «Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях». Под ред. д.т.н. проф. A.A. Сикарева.-Вып. 7,- СПб.: «Судостроение», 2006, с.89-94.

9. Красников В.В., Петухов Ю.В, Сикарев A.A., Холин A.B. Сравнительный анализ эффективности моделей законов Максвелла и Релея при расчете зон действия речных AMC в условиях вариации высот заграждающего рельефа. Международный межвузовский сборник научных трудов «Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях»-Вып. 7,- СПб.: «Судостроение», 2006, с. 95-99.

Печатается в авторской редакции

Подписано в печать 17.09.08. Сдано в производство 17.09.08.

Лицензия № 000283 от 19.10.98. Формат 60x84 1/16 Усл.-печ. л. 1,27 Уч.-изд. л. 1,54. Тираж 60 экз. Заказ № 117

Отпечатано в типографии Ф ГОУ ВПО СПГУВК 198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, 2

Перечень используемых сокращений Введение

Глава

Анализ современного состояния и перспектив развития автоматизированных систем управления движением судов

1.1 Системы управления движением судов в судоходстве

12 Обзор СУДС на внутренних водных путях России.

13 Современное состояние научных исследований АСУДСиАИС.

1 4 Современное состояние исследований и разработок стандартов АСУДС и АИС. Выводы по Главе

Глава 2 ^

Структура и алгоритмы функционирования речных АИС

2.1 Назначение и структура АИС

2.2.1 Организация береговой сети АИС

2.2.2 Использование мобильных судовых станций (транспондеров) АИС

2.2.3 Предложения по использованию транспондеров АИС ограниченного Класса А и Класса В.

2.2.4 Предложения по использованию переносных (лоцманских) транспондеров АИС.

2.3 Основные производители и системы АИС.

Выводы по Главе

Глава

Разработка оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов расчета зон действия базовых станций АИС. 3 1 Методика расчета зон действия береговых станций автоматизированных идентификационных систем на внутренних водных путях.

3.1.1 Модели информационных каналов связи.

3.1.2 Модели для описания заграждающего рельефа.

3.1.3 Модели описания случайных перемещений судового транспондера (СТ) относительно базовой станции.

3.1.4 Методика и общий алгоритм расчета дальности и зон действия БС.

3.2 Алгоритм расчета дальности и зон действия АИС при Максвеловской модели случайных перемещений на линии БС — СТ.

3 3 Алгоритм расчета дальности и зон действия речных автоматизированных идентификационных систем при релеевской модели взаимного перемещения судового транспондера относительно береговой станции.

Выводы по Главе

Глава

Методика расчета и сопоставительный анализ оптимальных и квазиоптимальный зон действия базовых станций АИС

4 1 Расчет и анализ дальности и зон действия БС при Максвелловском законе.

4 2 Расчет и анализ дальности действия БС при

Реелевском законе.

4.3 Приближенное вычисление дальности и зон действия речных АИС при релеевской модели взаимного перемещения судового транспондера относительно береговой станции

4.4 Особенности использования модели закона Максвелла при расчете дальности и зон действия речных АИС.

4.5 Сравнительный анализ эффективности моделей законов Максвелла и Релея при расчете зон действия речных АИС в условиях вариации высот заграждающего рельефа.

Выводы по Главе

Глава

Разработка предложений по совершенствованию мониторинга и управления движением судов в НЛРВП и С . Ю

5 1 Разработка предложений по рациональной топологической структуре зон действия БС АИС в Невско-Ладожском районе водных путей и судоходства. . Ю

5.2 Анализ возможностей совершенствования организации мониторинга и движения судов в

Невско-Ладожском районе водных путей и судоходства с использованием предложений топологической структуры АИС.

5.2.1 Особенности мониторинга каравана и одиночных судов при движении по Неве в районе разводных мостов с использованием

АИС. . ИЗ

5.2.2 Особенности мониторинга каравана и одиночных судов при движении по Неве в районе разводных мостов с использованием

БРЛС. . И

5 2.3 Ошибки при мониторинге при использовании АИС и ЭКДИС при использовании различных апромакционных моделей карт.

Актуальность темы исследования.

Увеличение интенсивности судоходства на внутренних водных путях (ВВП), ставит задачи повышения безопасности плавания. В номенклатуре перевозимых грузов значительное место занимают нефть и нефтепродукты, химические удобрения и другие опасные грузы. В основном эти грузы перевозятся судами "река-море" плавания, подпадающими под требования международных конвенций, правил и требований по обеспечению безопасного судоходства. Суда, как правило, оснащены современным навигационным оборудованием и средствами связи, соответствующим международным требованиям и позволяющим работать минимальным составом экипажей. При этом подразумевается, что и береговая инфраструктура управления судоходством соответствует международным требованиям и обеспечивает международные стандарты безопасности.

На деле, в силу экономических причин последних лет, существует значительная диспропорция между уровнем оснащения флота и оснащением береговых служб, отвечающих за управление движением и обеспечением безопасности судоходства. Этот технологический разрыв имеет тенденцию к увеличению.

Известно также принципиальное намерение Правительства Российской Федерации открыть внутренние водные пути России для прохода иностранного флота, что потребует поднять на качественно новый уровень систему управления движением флота, обеспечить международные стандарты безопасности судоходства. Существующая на сегодняшний день система не отвечает таким стандартам с точки зрения технической оснащенности и применяемых технологий управления.

Содержание водных путей и управление движением флота СевероЗападного региона России обеспечивается Государственным учреждением "Волго-Балтийское государственное бассейновое управление водных путей и судоходства" (ГБУ "Волго-Балт") через свои региональные филиалы — районы водных путей и судоходства.

Данная работа призвана сформулировать модель для расчета зон действия береговых базовых станций АИС при различных рельефах.

В настоящее время как в международных организациях, так и у нас в стране заканчиваются работы по принятию нормативно-правовых документов, регламентирующих технико-эксплуатационные характеристики оборудования АИС, на внутренних водных путях (ВВП).

Целью диссертационной работы является:

Освещение некоторых, наиболее важных структурно-информационных особенностей АСУДС, особенно в части применения в них автоматизированных идентификационных систем (АИС). новое решение актуальной научной задачи повышения безопасности судоходства на внутренних водных путях на основе внедрения базовых станций АИС, как одной из важнейших структур АИС - информационных технологий; анализ существующего мирового и отечественного опыта; разработка концепции использования конкретных технологий применительно к рассматриваемому объекту исследования.

С этой целью:

- выполнить анализ отечественного и зарубежного опыта построения АСУДС на внутренних водных путях;

- разработать принципы и структуру АСУДС и ее подсистемы АИС;

- предложить методику математического моделирования зон и дальности действия АИС;

- провести количественный анализ для оптимизации расчета зон и дальности действия базовых станций АИС.

Объектом исследования является существующая и перспективная автоматизированная идентификационная система (АИС), как составная часть управления движением судов на внутренних водных путях, позволяющая повысить безопасность и эффективность судоходства.

Предметом исследования являются системные и функциональные методы синтеза структуры АСУДС и ее подсистемой АИС.

Методы исследования. Методологической основой исследования являются постановка задач, экспертные оценки и методы их обработки, теории АСУ, теории радиосвязи, радиолокации.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

Изучен и систематизирован современный зарубежный и отечественный опыт создания автоматизированных систем управления движением судов как одной из составляющей так наз. "Речных информационных служб";

Разработаны математическое и алгоритмическое обеспечение, а также методики решения многопараметрических стохастических задач, призванных минимизировать структуры системы АИС при передачи данных.

Положения, выносимые на защиту:

1. Аналитический обзор современного состояния и перспектив развития АСУДС и Речных Информационных Служб на внутренних водных путях Западной Европы и России.

2. Концепция построения и модель речной АСУДС и ее подсистемы АИС применительно к внутренним водным путям ЕГС России.

3. Математическое обеспечение расчетов зон покрытия подсистемы АИС АСУДС применительно к ЕГС с учетом статистических особенностей УКВ-каналов связи, влияния рельефа между береговыми радиостанциями и судами, а также процесса перемещения судов с транспондерами АИС относительно береговых базовых станций АИС;

Практическая ценность работы состоит в том, что сформулированные выводы и предложения могут быть использованы при реализации, утвержденных Службой Росречфлот, программ реконструкции ведомственной системы мониторинга и управления ГБУ и в том числе применение систем АИС при комплексном управления движением судов и безопасности судоходства на внутренних водных путях речных бассейнах Единой глубоководной системы ВВП РФ.

Реализация научных результатов. Отдельные положения диссертационной работы реализованы в Санкт-Петербургском Государственном университете водных коммуникаций, в ООО «Волга-Нева» при модернизации информационно-диспетчерской системы информационного обслуживания.

Апробация работы. Основные положения и ожидаемые результаты диссертационной работы докладывались на Международной научно-технической конференции "ТРАНСКОМ-2004" (декабрь 2004, Санкт-Петербург).

Публикации. По тематике диссертационной работы опубликовано 9 статей, из них 1 в издании Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка опубликованных источников, содержащего 119 отечественных и зарубежных работ, включает в себя 142 страниц текста, 34 рисунка, 5 таблиц и 13 графиков.

ВЫВОДЫ по ГЛАВЕ 5.

В настоящей главе предложена топологическая структура зон действия БС АИС создающая сплошное информационное поле АИС на всем участке реки Невы в зоне ответственности НЛРВП и С. и устраняющая недостатки поля в существующем поле разрыва. Расчеты непрерывности информационного поля проведены для двух законов плотности вероятности описывающих перемещение судов относительно БС в виде закона Максвелла и Релея.

Проведено описание применения технологии АИС для решения задач контроля за местоположением судов в акватории реки Невы при проводке судов в разводные пролеты мостов. Проведен сравнительный анализ применения АИС и РЛС. Сравнение продемонстрировало явное преимущество использования системы АИС в структуре АСУДС, но в то же время подтвердило не только принципиальную возможность дальнейшего мониторинга судов посредству РЛС, но и необходимость сопряжения двух систем на базе ЭКДИС. Проведен анализ ошибок мониторинга при использовании АИС и ЭКДИС при использовании различных апромакционных моделей карт береговой базовой станцией АИС. Анализ показал, что, на данном этапе внедрения вышеупомянутых систем на Невско-Ладожском районе водных путей и судоходства, ошибок данного характера удалось избежать. Анализ также показал необходимость более широкого внедрения АИС И ЭКДИС на судах и для береговых диспетчерских и лоцманских служб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В настоящей диссертационной работе представлено новое решение актуальной научной задачи повышения эффективности функционирования и безопасности судоходства на внутренних водных путях на основе разработки концептуальной модели построения АСУДС и ее одной из основных подсистем — АИС.

На этом пути получены следующие новые научные результаты:

1. Выполнен анализ существующего мирового и отечественного опыта создания АСУДС на морских акваториях и внутренних водных путях. Отмечено отсутствие в настоящее время таких систем на ВВП России.

2. Изложена концепция Речных Информационных Служб как обобщающего понятия для любых систем связи и информатики, использующихся на ВВП, как общий термин для любых отдельных информационных служб, призванных обеспечивать судоходство на ВВП.

3. Предложено математическое и алгоритмическое обеспечение, а также методика решения многопараметрических стохастических задач, оптимизирующих структуры систем передачи информации. Применительно к объекту исследования рассмотрены задачи оптимизации зон действия береговых базовых станций АИС. Для решения поставленных задач использована модель А.В.Доровских — А.А Сикарева, учитывающий при расчете стохастическую природу трех основных факторов, влияющих на верность передачи сообщений:

- статистические свойства УКВ-каналов радиосвязи;

- случайный характер заграждающего рельефа между береговой радиостанцией и судном-корреспондентом;

- случайный процесс перемещения судов относительно береговой радиостанции.

4. Для подсистемы АИС, внедрение которой на ВВП получило пока незначительное распространение, рассмотрено применение этой технологии для решения задач контроля за местоположением судов в речных акваториях в целом и в акватории реки Невы при проводке судов в разводные пролеты мостов в частности. Найдено аналитическое решение для определения оптимального радиуса действия береговой базовой станции АИС. Исследована зависимость этого радиуса от параметров радиоканала и основных эксплуатационно-технических характеристик стандартных радиосредств АИС.

5. Найдено решения задачи расчета оптимального значение радиуса зоны действия БС в АИС, при передаче цифровых сообщений, который определяется соотношением: Кс°р1 =аг^ регг(к)<ргеч1, где р^^КТ^Ю"6 -требуемая вероятность ошибки.

6. Показано, что модель Релея предъявляет более жесткие требования, так как уменьшает дальность действия системы АИС - дальность действия системы при использовании закона Максвелла на 1,8 км (14 % от радиуса действия системы) больше, чем при использовании закона Релея, причем вне зависимости от высоты установки антенны БС.

7. Предложена топологическая структура зон действия БС АИС создающая сплошное информационное поле АИС на всем участке реки Невы в зоне ответственности НЛРВП и С. и устраняющая недостатки поля в существующем поле разрыва. Расчеты непрерывности информационного поля проведены для двух законов плотности вероятности описывающих перемещение судов относительно БС в виде закона Максвелла и Релея.

8. Показана целесообразность дальнейшего развития и внедрения системы АИС И ЭКДИС, а также необходимость сопряжения с БРЛС, что позволит значительно повысить качество мониторинга. Также показаны основные ошибки при работе каждой из указанных систем отдельно.

9. Полученные результаты имеют практическое значение при проведении работ по реконструкции и модернизации ведомственной системы связи ГБУ "Волго-Балт" конкретно и ЕГС в целом и созданию СУДС на внутренних водных путях России. В то же время эти результаты будут, несомненно, полезны при разработке АСУДС в других бассейновых управлениях Государственной Службы речного флота Российской Федерации.

1. Бродский Е.Л. Информационные системы на внутренних водных путях Европы. М., Информост- средства связи №2 (15), с.63-65, 2001

2. Бродский Е.Л. Реконструкция ведомственной сети связи ГБУ "Волго-Балт". — Тезисы докладов научно-методической конференции,посвященной 190-летию транспортного образования. СПб, СПГУВК, 267с., 1999

3. Сикарев A.A. Интеграционные процессы на рубеже XX и XXI веков в глобальных и региональных информационных сетях связи и местоопределения подвижных объектов. Труды Международной академии связи, №1 ( 17), 2001, М 186 с.

4. Резолюция IMO MSC.74(69), приложение 3. Рекомендации по эксплуатационным требованиям к универсальной судовой системе автоматического опознавания (АИС). Информационные материалы ЦНИИМФ, СПб, 2001г.

5. З.Шахов А.Ю. Испытания Автоматизированной Информационной Системы (АИС) в ГБУ "Волго-Балт". "Информост-средства связи", №17 2001, с.12-14.

6. Бродский E.JI. Испытания береговой радиолокационной системы контроля акватории "Плес" в ГБУ "Волго-Балт". -Материалы межвузовской научно-методической конференции "Современные информационные технологии обучения", СПб, СПГУВК, 181с., 2000.

7. Бродский E.JL, Сикарев A.A. Проблемы безопасности судоходства на р.Неве: Программа "Нева-2000". — Информационные проблемы транспортных систем ( Сборник научных трудов под редакцией проф. Бутова A.C. ) , СПб, 161с., 2000

8. Бродский E.JI.,. Сикарев A.A., Холин A.B. «Методика расчета зон действия береговых станций. АИС на ВВП», ж. «Информост. Радиоэлектроника и телекоммуникации». № 4(34). М.,2004, с.43-45.

9. Парфентьев О.В, Причкин О.Б. Системы управления движением судов и их роль в современном судоходстве.- "Морские вести России" №13-14, 2001

10. Головко В. И. "Состояние и перспективы развития Систем управления движением судов в Российской Федерации". Доклад на научно-техническом семинаре по проблемам СУДС в Санкт-Петербурге, сентябрь 2000 г.

11. Причкин О.Б. "Современное состояние, проблемы и перспективы развития Региональной СУДС в заливе Петра Великого". Доклад на научно-техническом семинаре по проблемам СУДС в Санкт-Петербурге, сентябрь 2000 г.

12. Vessel traffic and transport management in the inland waterways and modern information systems. Документ Международной Ассоциацииг

13. Судоходства ( PIANC, 24-th working group ). Брюссель, сентябрь 2001 г.

14. RIS Guidelines 2002. Там же.23 .Inland VTS Guidelines of the IALA. Документ Международной Ассоциации Маячных Служб ( МАМС )

15. Указания по организации и ведению радиосвязи с судами при плавании по внутренним водным путям Европейской части Российиской Федерации. Изд-во Министерства транспорта РФ, М.,1999, 64с.

16. Указания по организации радиосвязи с судами смешанного "река-море" плавания при эксплуатации их в Европейских речных бассейнах. Изд-во Министерства транспорта РФ, М.,1999, 30с.

17. Правила радиосвязи на внутренних водных путях РФ. Изд-во Министерства транспорта РФ, М.,1995, 48с.

18. Правила радиосвязи морской подвижной службы и морской подвижной спутниковой службы РФ. Изд-во Министерства транспорта РФ, М., 2001, 64с.

19. Руководство по радиосвязи морской подвижной службы и морской подвижной спутниковой службы. Изд-во В/О "Мортехинформреклама", М., 1991, 586с.

20. Регламент радиосвязи, в 2-х томах. "Радио и связь", М., 1984.

21. Конвенция COJIAC, Глава 5, Правило 12 "Службы управления движением судов";

22. Резолюция ИМО А.857(20) "Руководство по СУДС" от 27.11.1997 г.

23. Технико-эксплуатационные требования к СУДС № МФ-29/53-48;

24. Сикарев A.A., Фалько А.И. Оптимальный прием дискретных сообщений. М., Связь, 1978 г. 328 с.

25. Доровских A.B., Сикарев A.A. Сети связи с подвижными объектами. Киев, Техника 1989 г. 158 с.

26. Г.Г.Абезгауз и др. Справочник по вероятностным расчетам. М, Воениздат, 1970, 536с.

27. Г.Корн и Т.Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., "Наука", 1973, 832с.

28. М.Я.Выгодский. Справочник по высшей математике. М., "Наука", 1969, 872с.

29. Л.М.Милн-Томсон, Л.Дж.Комри. Четырехзначные математические таблицы. М., "Наука", 1964, 248с.

30. Справочник по специальным функциям. Пер.с англ.под ред. В.А.Титкина и Л.А.Кармазиной. М., "Наука", 1979, 832с.

31. Янке Е., Эмде Ф, Леш Э. Специальные функции. М., "Наука", 1964, 344с.

32. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М., Госиздат физматлитературы, 1963, 1100с.

33. Справочник по теоретическим основам радиоэлектроники, т.1. Под общ. ред. проф. д.т.н. Куликовского A.A. Изд. «Энергия», 1977, 504 с.

34. Сейнберг Е.Л. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности. Изд.2-е. М., «Наука. Физматлит», 1999, 496 с.

35. Калинин А.И., Черенкова Е.Л. Распространение радиоволн и работа радиолиний. М."Связь", 1971, 440с.

36. Грудинская Г.П. Распространение коротких и ультракоротких волн. М. "Радио и связь", 1981, 80с.

37. Системы и средства радиосвязи морской подвижной службы. Справочник под ред. К.К.Венскаускаса. Л., "Судостроение", 1986, 432с.

38. Бобков В.А., Крестьянинов В.В., Щепотин В.И. Береговые средства связи в морской подвижной службе. Справочник. М. "Транспорт", 1989, 192с.48,Обрезумов П.А. Судовые средства связи и электрорадионавигации. Справочник. М., "Транспорт", 1977, 240с.

39. Ульянов Б.И. Антенны. Л., "Судпромгиз", 1957, 232с.

40. Вершков М.В. Судовые антенны. Л. "Судостроение", 1979, 272с.

41. АЙЗИНОВ М.М., Байрашевский А.М. Радиотехника и радионавигационные приборы. М., "Транспорт", 1975, 432с.

42. Радиопередающие устройства. Под ред. Г.А. Зейтленка. М., "Связь", 1969, 542с.

43. Радиоприемные устройства. Под ред. В.И.Сифорова. М., "Советское радио", 1974,560с.

44. Бочаров М.К. Методы математической статистики в географии. М., "Мысль", 1971, 347с.

45. Шарапов И.П. Функция распределения высот рельефа. / "Рельеф Земли и математика. М., "Мысль", 1967, С.72.-79 .

46. Андрианов В.И., Соколов А.В. Средства мобильной связи. Собрание BHY-SPB, 1998, 256с.

47. Технические средства судовождения и связи на внутренних судоходных и морских путях . Сборник научных трудов, СПб, СПГУВК, 1998.

48. Маевский Б.Б., Аршанский М.Б., Слодкевич Е.Я. Антенные системы береговых (базовых) станций сетей УКВ радиосвязи внутренних водных путей России. «Информост-средства связи», №1 2002 г. М., 82 с.

49. Базовое антенно-фидерное оборудование. Каталог оборудования ООО «Радиал». М., 2001 г. 120 с.

50. Разработка основных системно-технических решений по реконструкции сети бассейновой связи ГБУ "Волго-Балт". Системный проект. ЗАО "ФОРТЭКС-ИНТЕЛТЕХ", в 3-х томах. СПб, 1998 г.

51. Материалы испытаний системы управления движением судов "Плес-Ш" в районе Кошкинского фарватера (г.Шлиссельбург). СПб, 2000.

52. Черняев Р.Н. Радиолокационные системы контроля и управления движеним судов на акваториях порта и в узкостях. Технико-экономическая информация Серия "Судовождение и связь", вып.6(41) СПб.ЦНИИМФ, 1971,18с.

53. Universal Shipborne Automatic Identification System (AIS) Transponder, US Coast Guard Information Paper December 1998.

54. AIS Transponders Benny Pettersson, Captain/Pilot, Swedish Maritime Administration, July 1997.

55. AIS/4S Transponder — European Experience and International Implementation, Larry Helstrom, GP & С Sweden AB, XVth IALA Conference Papers, Hamburg, 1998.

56. AIS and its Application to VTS and Ships, GP & С Sweden AB Information Paper, 1998.

57. IMO Documents various from sessions ofNAV36 -NAV45, MSC63 -MSC71, COMSAR3.

58. IMO Resolutions (various) including A.825(19), A.857(20), MSC.68(68), MSC.74(69).

59. Reports of IALA Special Working Group of AIS, Proposal by Australia on Long Range Mode, Input to 4th session (March 1999), and 5th session (September 1999).

60. Revision of SOLAS. Chapter V, IMO Paper NAV 45/5, 12 January 1999 and Working Papers from NAV45 (September 1999).

61. AIS Test Project, Final Report, (Canadian Consortium) British Columbia, 1998.75 . The Development and Application of the Universal Automatic Identification

62. System (UAIS), John Macdonald, Navigational Services, Australian Maritime Safety Authority, January 1999.

63. Сборник "Руководящие документы по безопасности плавания судов на внутренних водных путях РСФСР". М., "Транспорт", 1987, 245с.

64. Лобенский О.С., Ярков А.Н. Радиооборудование речных судов. М., "Транспорт", 1979,176с.

65. Радиостанция "Кама-РМ". Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

66. Радиостанция "Рейд-1". Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

67. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС. Справочное пособие под ред.В.Н.Харисова, А.И.Перова, В.А.Болдина. М., ИПРЖР, 1998,400с.

68. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. М., ЭКО-Трендз, 2000, 268с.

69. Brand D, Stuurman P. Risk management for the transport of hazardoes substances and the importance of inland VTS in the Netherlands. Proceedings of the 29-th PLANC International Navigation Congress. 6-11 Sept 1998, The Hague, The Netherlands.

70. К.Краевски и др. Информационные системы на внутренних водных путях Европы. Служба информационной радиосвязи на Рейне ( пер.с немецкого). "Информост-средства связи", №17 2001, стр.37-41.

71. Г.Хаберкамп. Наблюдение горного участка Рейна с помощью радиолокатора (пер.с немецкого) ). "Информост-средства связи", №18 2001, стр.42-45.

72. Лоция Ладожского озера. Изд.Гидрографического Управления УМС РККА, Ленинград, 1937, 139с

73. Сборник резолюций ИМО, касающихся Глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности (ГМССБ). СПб, ЦНИИ Морского флота, 1993, 250с.

74. Резолюция IMO MSC.74(69), приложение 3. Рекомендации по эксплуатационным требованиям к универсальной судовой системе автоматического опознавания (АИС). Информационные материалы ЦНИИМФ, СПб, 2001г.

75. Стандарт IEC 61993-2 на испытания оборудования АИС ( в стадии утверждения ). Информационные материалы ЦНИИМФ, СПб, 2001г.

76. Бродский E.JI. Перспективы использования технологии автоматических идентификационных систем (АИС) а ГБУ "Волго-Балт"// Материалы межвузовской научно-методической конференции "Современные информационные технологии обучения", СПб, СПГУВК, 2000. С. 181.

77. RIS Guidelines 2002. Документ Постоянной Международной Ассоциации Конгрессов Судоходства (TIMAKC/PIANC). Брюссель, сентябрь 2001 г.

78. Причкин О.Б. Морская автоматическая идентификационная система (АИС): Учебное пособие. Владивосток: Морской государственный университет им. адмирала Г.И. Невельского, 2002.

79. Холин А.В. Оценка зон действия береговых станций АИС на ВВП при Релеевской модели прцесса перемещения транспондера относительнобазовой станции. — Материалы Международной научно-технической конференции "Транском-2004". СПб, СПГУВК, 195с., 2004

80. Красников В.В., Петухов Ю.В, Сикарев A.A., Холин A.B. Сравнительный анализ эффективности моделей законов Максвелла и

81. Варакин JI.E. Теория систем сигналов. М., "Советское радио", 1978, 304с.

82. Варакин JI.E. Система связи с шумоподобными сигналами. М., "Радио и связь", 1985,288с.

83. Пантикян Р.Т., Шорин O.A. Проектирование систем подвижной радиосвязи. М., МЭИС, 1987, 40с.

84. Niemans Brandt. Advanced telecommunications on the inland waterways. Bulletin of PIANC- 1989/63, № 66, p.102-109.

85. Brunschwig P., Barthelemi R. Automation of the VHF maritime and inland waterways service in France. Telecommunication journal, 1986/53, №6, p.327-331.

86. Дежурный И.И., Евженков A.C. Использование цифровых каналов в системах сухопутной подвижной радиосвязи. М., "Средства связи", 1988, №3, с.18-27.

87. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. М., "Связь", 1972, 336с.

88. Каллер М.Я., Фомин А.Ф. Теоретические основы транспортной связи. М., "Транспорт", 1989, 383с.

89. Пасечник Г.С., Могилевич Д.И. Управление связью в сетях связи с подвижными объектами. Киев, "Техника", 1989, 65с.

90. Сикарев A.A. Статистическая модель для оптимизации размеров сотовых зон в сетях оперативной связи и передачи данных. Сборник научных трудов "Технические средства судовождения и связи на внутренних судоходных и морских путях" , JL, ЛИВТ, 1990.

91. Сикарев A.A., Соболев B.B. Функционально устойчивые демодуляторы сложных сигналов. М., "Радио и связь", 1988, 224с.

92. Бояров А. В. «Исследование информационного обеспечения систем диспетчерской службы речных автоматизированных систем управления движением судов» диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, СПб.: СПГУВК, 2005 195 с.

93. Дьяконов В.Н. MathCad 8/2000: специальный справочник. СПб, "Питер", 2001, 592 с.

94. Программный пакет «Maple 10.0». с. Dynamite Software Group, 2005

95. Microsoft Word-97. Практическое пособие. M., "ЭКОМ", 1997, 304 с.

96. Microsoft Excel-97. Практическое пособие М., "ЭКОМ", 1997, 448 с.

97. Местные правила плавания по судоходным путям Северо-Западного бассейна. Изд.Минтранса РФ, СПб, 2001.