Метод оценки навигационных рисков при расхождении судов в море и его использование для совершенствования автоматизированных систем судовождения

Старов, Михаил Сергеевич

Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)

автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Метод оценки навигационных рисков при расхождении судов в море и его использование для совершенствования автоматизированных систем судовождения

кандидата технических наук: Старов, Михаил Сергеевич
город: Санкт-Петербург
год: 2013
специальность ВАК РФ: 05.13.06

Диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению на тему «Метод оценки навигационных рисков при расхождении судов в море и его использование для совершенствования автоматизированных систем судовождения»

Автореферат диссертации по теме "Метод оценки навигационных рисков при расхождении судов в море и его использование для совершенствования автоматизированных систем судовождения"

СТАРОВ МИХАИЛ СЕРГЕЕВИЧ

МЕТОД ОЦЕНКИ НАВИГАЦИОННЫХ РИСКОВ ПРИ РАСХОЖДЕНИИ СУДОВ В МОРЕ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ СУДОВОЖДЕНИЯ

Специальность 05.13.06

Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами

(транспорт)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005545360

Санкт-Петербург - 2013

005545360

Диссертация выполнена на кафедре «Управления судном» ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имена адмирала С.О. Макарова».

Научный руководитель:

Некрасов Сергей Николаевич, доктор технических наук, профессор.

Официальные оппоненты:

Сикарсв Игорь Александрович, доктор технических наук, профессор, кафедра комплексного обеспечения информационной безопасности ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имена адмирала С.О. Макарова».

Рудых Сергей Витальевич, кандидат технических наук, главный инженер Невско-Ладожского района водных путей и судоходства ГБУ «Волго-Балт».

Ведущая организация:

ВМИ ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия».

Защита диссертации состоится «19» декабря 2013 года в 14:00 часов в аудитории 235 на заседании диссертационного совета Д 223.009.03 в ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имена адмирала С.О. Макарова» (198035, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Двинская, д. 5/7).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имена адмирала С.О. Макарова».

Автореферат разослан «15» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного с(

/Барщевский Е.Г./

Актуальность темы исследований. Специфические факторы превратили торговое мореплавание в деятельность с повышенным уровнем риска. Даже если риск не может быть полностью исключен, он может быть снижен до приемлемого уровня путем использования принципов управления рисками.

Систему судовождения в настоящее время следует рассматривать как качественно сложную организационно-техническую систему, в которой в наибольшей степени отражаются специфические особенности процесса судовождения, стохастический характер факторов внешней среды, влияющий на процесс судовождения, способность судоводителей анализировать навигационную обстановку и принимать решения на маневр.

Процесс судовождения характеризуется вполне определенными свойствами, главными из которых является целенаправленность действий судоводителей и стохастическое влияние различных факторов, сопровождающий процесс судовождения.

Современный этап развития методов судовождения характеризуется существованием противоречий между требованиями абсолютной безопасности эксплуатации водного транспорта и наличием достаточно высокого уровня навигационных аварий и происшествий. Именно это порождает необходимость совершенствовать методы оценки навигационных рисков, а также определяет актуальность исследований задач, связанных с решением проблемы управления навигационными рисками.

Идентификация моделей навигационных рисков процесса функционирования качественно-сложной организационно-технической системы судовождения позволит получить теоретический аппарат для анализа обобщенной системы, компонентами которой являются подсистемы освещения навигационной обстановки, подсистемы навигационного оборудования района плавания, навигационно-гидрографические и гидрометеорологические условия плавания.

Актуальность этого заключается в том, что если удается универсальным образом и строгими формальными методами описать процесс судовождения, с учетом его основных характерных свойств, то появляется возможность дать численную оценки навигационных рисков и, что также может способствовать решению проблемы управления навигационными рисками.

Подготовку и принятие решений в задачах управления слабостуктированными организационно-техническими системами (СС ОТС) судовождения нужно рассматривать как сложный интеллектуальный процесс разрешения задач, для чего необходимы новые подходы к разработке формальных моделей и методов их решения.

Это направление исследования является новым и существенно способствует развитию подходов к анализу навигационной безопасности плавания как при совершенствовании береговых автоматизированных систем управления движением, так и развития специального математического обеспечения судовых навигационных комплексов и повышения качества подготовки специалистов с использованием тренажерно-обучающих систем и комплексов.

Результаты, полученные из оценки рисков, могут быть использованы для

выработки стратегий по снижению навигационных рисков.

Цель работы и задачи исследования.

Целью настоящей диссертационной работы является повышение навигационной безопасности плавания и снижение навигационных рисков при совершенствовании автоматизированных систем судовождения.

Необходимо разработать такой аппарат, который моделировал бы объективную реальность, вырабатывал бы прогностические модели поведения качественно сложных систем и способствовал рациональному использованию ресурсов для снижения рисков судовождения.

Для решения указанной задачи предлагается применить когнитивное моделирование, которое лежит в основе формальных моделей и методов оценки навигационных рисков.

Объектом исследования данной работы является процесс судовождения, и факторы, влияющие на навигационные риски столкновения судов в море.

Предметом исследования являются методы и модели оценки навигационных рисков и практические рекомендации по снижению навигационных рисков столкновения судов в море.

Для достижения целей диссертационной работы необходимо решение следующих основных научных задач:

1. Проанализировать состояние навигационной аварийности с выявлением основных причин и факторов, влияющих на уровень аварийности.

2. Обосновать метод когнитивного моделирования опасных ситуаций столкновения при расхождении судов в море.

3. Обосновать метод количественной оценки уровня риска столкновения

судов.

4. Идентифицировать модели погрешности прогноза сближения судов вплотную.

5. Выработать рекомендации по снижению навигационных рисков при столкновении судов в море.

Методологической основой исследования являются принципы и методы системного анализа и управления технологическими процессами, теории вероятности и математической статистики, булевой алгебры логики, когнитивного моделирования, теории эффективности, навигации и управления судном.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту.

Основными научными положениями диссертации, выносимыми на защиту, являются:

1 .Когнитивный метод моделирования опасных ситуаций при решении задач судовождения.

2.Рекомендации по снижению навигационных рисков и совершенствованию автоматизированных систем судовождения.

Научная новизна основных положений заключается в том, что обоснован новый метод повышения навигационной безопасности плавания, позволяющий моделировать навигационную обстановку, вырабатывать прогностические модели поведения качественно сложных систем и вырабатывать предложения по

рациональному использованию ресурсов для обеспечения эффективности работы качественно-сложной системы.

Использование логико-вероятностных методов и приложений теории байесовских сетей позволило идентифицировать обобщенные модели, учитывающие внешнюю среду, судно и судоводителя как единую целостную систему, что позволило создавать формальные модели оценки навигационных рисков при расхождении судов в море.

Методика макрокогнитивного анализа организационно-технических систем судовождения позволила построить вероятностную модель системы судовождения и обосновать способ построения многочлена вероятностной функции. Идентифицирована когнитивная модель оценки качества решения задач расхождения судов.

Практическая значимость исследований. Практическая значимость исследования заключается во внедрении научно-практических результатов по оценке навигационных рисков для решения задач судовождения в порту Усть-Луга, при оценке проектных решений строительства Ново-Адмиралтейского моста в Санкт-Петербурге, в НИР кафедры «Управления судном» ГУМРФ им. Адмирала С.О. Макарова, а также в учебном процессе кафедры «Управления судном» ГУМРФ им. Адмирала С.О. Макарова.

Реализация и внедрение результатов. Теоретическое обоснование информационно-логического метода идентификации моделей навигационных рисков внедрено в деятельность научно-исследовательский лаборатории ВМИ ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия», модели навигационных рисков судовождения внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО ГУМРФ им. Адмирала С.О. Макарова на кафедре «Управления судном» в дисциплине «Предотвращение столкновения судов».

Публикация работы. Основные результаты работы опубликованы в девяти научных изданиях, в том числе в четырех изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ. Апробация работы.

• II Межвузовская научно-практическая конференция студентов и аспирантов «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА РОССИИ», 12-13 мая 2011 года, г. Санкт-Петербург.

• 7-я Российская научно-техническая конференция «Навигация, гидрография и океанография: приоритеты развития и инновации в морской деятельности» Труды конференции «НГО-2011» 18-20 мая 2011 СПБ стр 135- 139.

• III Межвузовская научно-практическая конференция студентов и аспирантов «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА РОССИИ», 15-15 мая 2012 года, г. Санкт-Петербург.

• 11-я Международная выставка и конференция по развитию портов и судоходства. «ТРАНСТЕК», 3 октября 2012 года, г. Санкт-Петербург.

По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 4 работы опубликованы в журналах, рекомендованных системой ВАК.

Реализация результатов работы. Основные научные результаты работы реализованы:

- при работе над материалами по НИР «Байесовские модели оценки навигационной безопасности плавания на ВВП» СТТГУВК 2011г; ;

при работе над материалами по НИР «Оценка рисков плавания судов смешанного река-море плавания в особых условиях дельты р. Нева», ГУМРФ им. ? Адмирала С.О. Макарова, 2013г;

- в учебном процессе ГУМРФ им. Адмирала С.О. Макарова.

Структура и объем работы.

Диссертационное исследование состоит из введения, трех глав текста, заключения, списка опубликованных источников, 90 отечественных и 19 j зарубежных работ. Основное содержание работы изложено на 127 страницах,

включая 27 рисунков и графиков, 9 таблиц. I

) I

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ )

В первой главе рассмотрено состояние навигационной аварийности за 1

последние годы. Показаны основные причины и последствия происшествий с . судами. Показано, что в последние годы существенно сократились общие потери

судов мирового флота. Общее же количество аварийных случаев с различной ! тяжестью последствий тенденции к уменьшению не обнаруживает.

Рассмотрена статистика Союза морского страхования (The International

Union of Marine Insurance - IUMI) в отношении аварийных случаев с судами и >

полных потерь судов и данные Европейского Агентства Морской Безопасности |

(EuropeanM^ '

| \

Рис.1 Количество судов, участвующих в происшествиях по типам происшествий !

(2007-2010 годы) |

Из изученных данных следует, что тенденции к уменьшению количества столкновений пока не наблюдается. Больше того, увеличение плотности ■ судопотоков в прибрежных районах и, особенно при подходах к большим портам,

становится объективным фактором сохранения опасности столкновений. )

! 'Г

an Maritime Safety Agency):

ИИ шшшш шжш из

Затопления / затонувшие 5S 61 28 32

Столкновения / контакты 304 308 292 288

Посадка на мель 197 217 177 143 I

! Пожары / возгорания, взрывы 91 89 67 83

Прочее 115 79 62 98

: -V ■ "■_,

" ч

&S4 1555 ■;&&£ iSSS Щ& 2С30 2S&1 22J2 2303 2C0<i 20С6 2C0S 2J>27 2C-SS X2S 2632 2C't

Sukers ««»« Tankers «°™~Geflerai.Carga МогнЗзгдо ——SpecsaSisgd ........Hshing_■■— TOTAL _

Рис.2 График статистики полной потери судов по типам судов от аварий

за период 1994-20! 1 года Из анализа местных условий происшествий следует, что большинство столкновений судов происходит в районах со сложными в навигационном и гидрографическом плане условиями, т.е. в зонах с повышенной интенсивностью судоходства, на подходах к крупнейшим европейским портам-хабам, районах со значительными приливно-отливными явлениями. При этом частота столкновений в ограниченную видимость (в тумане и в темное время суток) в несколько раз выше, чем при плавании в нормальную видимость.

Объективными причинами, способствующими столкновениям, являются затрудненные условия плавания, пониженная видимость, слабая оснащенность судов необходимыми средствами наблюдения и судовождения, технические неисправности судов и их оборудования.

Среди субъективных причин столкновений главными можно считать человеческий фактор, безответственное отношение судоводителей и экипажей судов к своим обязанностям, низкую подготовку различных категорий лиц судового экипажа по кругу их задач, ряд психологических причин, в том числе неумение принимать решения в условиях неизбежного риска.

Анализ многих имевших место столкновений свидетельствует, что они часто происходят вследствие бездействия или запоздалых маневров, а это в свою очередь объясняется неправильной оценкой ситуации сближения судов.

В работе также отмечено, что на данный момент данные АИС пока не применяются для расчетов характера сближения судов и построения схем маневрирования. Данные АИС применяются только информативно, в дополнение к информации от РЛС. Параметры движения целей, получаемые от АИС информативно накладываются на общую картину ситуации на экране ЭКНИС. Дано описание основным преимуществам АИС по сравнению с РЛС и САРП. Но, тем не менее, до сих пор приоритет отдается радиолокационной информации.

Международным сообществом предпринимаются различные попытки

снижения уровня навигационной аварийности. Одним из конкретных результатов такой деятельности ИМО стал Международный кодекс по управлению безопасной эксплуатацией судов и предотвращением загрязнения (МКУБ), разработанный совместно Комитетом по безопасности на море и Комитетом по защите морской среды и принятый Резолюцией PI МО № А. 741(18) от 4 ноября 1993 г.

Проблема обеспечения безопасности судоходства требует разработки аналитических методов оценки риска для жизни человека с обязательной проверкой этих методов при расследовании конкретных аварий и последующим обобщением результатов расследований в рамках ИМО.

В настоящее время существует значительное количество методов и техник, предназначенных для анализа человеческих ошибок, как для их предупреждения, так и предотвращения их последующего повторения.

Общий подход к оценке риска заключается в следующем:

1. Выявление опасности в системе;

2. Оценка частоты происшествий каждого типа;

3. Оценка последствий происшествия;

4. Апостериорная оценка риска, такой как смерти или увечья в системе за каждый год, индивидуальные риски или частота происшествий особых видов.

Экспертами принято различать понятия анализ риска и оценка риска. Оценка риска является процессом, использующим результаты, полученные из анализа риска для повышения безопасности системы через снижение уровня риска. Это предполагает применении мер безопасности, также известными как способы управления рисками.

Принципиальная схема процессов анализа и оценки риска представлена на

рис.3.

Формализованная оценка безопасности представляет собой рациональный и систематический подходы к оценке рисков. Особенно это применимо для отраслей жизнедеятельности с высоким уровнем риска. Целью такой оценки является снижение уровня риска и оценка ресурсов, направленных на снижение рисков.

Ключевым моментом данного инструмента является возможность рассматривать потенциальные опасности еще до того, как произойдут серьезные аварии.

На данный момент ИМО предложено осуществить только пробное применение формализованной оценки общей безопасности. Накопленный опыт необходимо представлять в ИМО в соответствии со стандартной процедурой.

Временное руководство включает основную терминологию по формализованной оценке безопасности и включает следующие этапы формализованной оценки безопасности:

- идентификация опасностей;

- анализы риска;

- способы управления риском;

- оценка рациональною использования технических и экономических ресурсов для управления рисками;

- рекомендации по принятию решений.

Данный подход заключается в апостериорном прогнозе развития опасных ситуаций по данными разбора аварий и катастроф основных типов судов.

СЗ

О.

сз

Рис.3 Схема процессов анализа риска и оценки риска Риск представляется нам, как двумерная величина и в основном относится к неопределенности в еще не совершившемся событии. Математическое выражение определения риска с технологической точки зрения представляется как:

К = (1)

где: Я -риск;

V - частота / вероятность события; Р — степень тяжести последствий события.

При наличии достоверных статистических данных риск можно подсчитать количественно.

Величина риска, относящегося к определенному промежутку времени может быть определена, как сумма всех опознанных рисков, которые могут возникнуть в этот период времени:

У=1

Если же статистических данных недостаточно, то производится пошаговый анализ развития сценариев событий и каждому событию назначаются вероятности и степень тяжести последствий.

Если риск поддается определению, анализу и оценке, то также должна существовать возможность наблюдения и контроля риска и внедрения методов управления рисками.

Если риск является неприемлемым, то его степень можно уменьшить различными способами: техническими, организационными или административными.

На основе специализированного анализа статистической информации о навигационных происшествиях и авариях возможен апостериорный прогноз развития опасных ситуаций. Однако такой подход обладает некоторым запаздыванием, необходимым на сбор и систематизацию данных. Именно поэтому вопросы обоснования новых методов оценки навигационных рисков остаются актуальными.

Основой базовой деятельностной модели является представление об организационно-технической системе управления, основой которой является оператор или коллектив операторов, деятельность которых заключается в оценке обстановки, принятии решений по достижению целей функционирования всей системы и выполнению действий, способствующих достижению целей, а также судовые системы освещения навигационной обстановки.

Целостность представления деятельностной модели имеет важное значение для выполнения конечной задачи всей системы с одной стороны и способствует повышению качества подготовки специалистов флота для выполнения конкретных действий по назначению.

В науке управления традиционные методы в рамках теории рационального выбора концентрируют внимание на процессах поиска оптимальных в некотором смысле решений (с точки зрения определенного критерия, например, оптимального по точности, по быстродействию, по минимальному уклонению и т.п.) из фиксированного набора альтернативных решений для достижения четко поставленных целей.

Судоводитель, обобщая и анализируя информацию по вектору положения судна, мыслит, прежде всего, качественно. Для него поиск решений - это в первую очередь, поиск замысла решения, количественные характеристики оценок играют не самую важную роль. Именно поэтому структуры знаний в мышлении субъекта управления оказываются важнейшими элементами ситуации, неустранимыми из модели принятий решений.

Кроме того следует отметить и такую особенность процесса выработки и принятия решения по управлению слабоструктурированной организационно-технической системой судовождения, как групповую деятельность в составе вахтенной службы. Каждый участник этого процесса представляет проблемную ситуацию, исходя из «своих» внутренних представлений и знаний о ситуации. Эти представления включают в себя набор убеждений, особенностей восприятия, целостных и практических установок субъектов, которыми он руководствуется в своей деятельности и влияет на процесс проблемной ситуации.

Из сказанного следует, что подготовку и принятие решений в задачах управления СС ОТС судовождения нужно рассматривать как сложный интеллектуальный процесс разрешения проблем, для чего необходимы новые подходы к разработке формальных моделей и методов их решения.

Когнитивный подход к моделированию и управлению СС ОТС направлен на разработку формальных моделей и методов, поддерживающих интеллектуальный процесс решения проблем благодаря учету в этих моделях и методах когнитивных возможностей (восприятие, представление, познание, понимание, объяснение) субъектов управления при решении управленческих задач судовождения.

Во второй главе диссертационной работы дается теоретическое описание метода когнитивного моделирования опасных ситуаций столкновения судов.

Специфика применения средств когнитивного моделирования - в их ориентированности на конкретные условия развития ситуации. Когнитивное моделирование в задачах анализа и управления СС ОТС судовождения - это исследование функционирования и развития слабоструктурированных ОТС и ситуаций посредством построения модели СС (ситуации) на основе когнитивной карты. Среди факторов, включенных в функциональный граф когнитивной модели судовождения необходимо выделить факторы, представляющие определенный и наибольший интерес для судовождения, которые и будут целевыми графами.

Задачи анализа ситуаций на основе когнитивных карт можно разделить на два типа: статические и динамические.

Статический анализ, или анализ влияния - это анализ исследуемой ситуации

посредством изучения структуры взаимовлияний элементов когнитивной карты. Анализ влияния выделяет факторы с наиболее сильным влиянием на целевые факторы, т.е. факторы, значение которых следует изменить.

Динамический анализ лежит в основе генерации возможных сценариев развития ситуаций в мере по времени.

Для проведения обоих видов анализа используется математический аппарат теории линейных динамических систем и аппарат нечеткой математики.

Основные этапы технологии анализа и моделирования сценариев развития ситуаций в судовождении можно представить следующей схемой: Этап 1: Когнитивная структуризация знаний по СС ОТС судовождения и внешней среды на основе системного подхода:

- анализ исходной ситуации СС ОТС с выделением базисных факторов, которые характеризуют информационные, эксплуатационные, гидрометеорологические и другие процессы, которые протекают в СС ОТС судовождения и в его макроокружении, которые влияют на развитие процесса судовождения;

- определение факторов, которые характеризуют сильные и слабые стороны СС ОТС судовождения;

- определение факторов, которые характеризуют возможности и угрозы функционирования СС ОТС со стороны внешней среды;

- построение проблематики СС ОТС судовождения;

Этап 2: Построение имитационной модели развития СС ОТС судовождения:

- определение и обоснование факторов;

- установление и обоснование взаимосвязей между факторами;

- представление графовой модели. ЭтапЗ: Структурно-целевой анализ:

- анализ непротиворечивости целей в векторе целей;

- анализ непротиворечивости вектора целей и вектора управлений;

- анализ влияния вектора управления на достижимость вектора целей. Этап 4: Сценарийное исследования тенденций развития СС ОТС:

- задание сценариев исследования на основе результатов структурно-целевого анализа;

- выявление тенденций развития СС ОТС судовождения в его макроокружении в условиях саморазвития и управляемого развития;

- моделирование саморазвития ситуации в СС ОТС судовождения на основе экстраполяции начального состояния ситуации;

- моделирование управляемого развития ситуации на основе использования методов прогноза и рационального использования ресурсов;

- интерпретация результатов сценарийного исследования.

При построении когнитивной модели сложной ситуации используются результаты ее структурной детализации, т.е. представление ситуации в виде иерархии «часть-целое» (й,в).

Когнитивную модель качества решения задач судовождения при обеспечении навигационной безопасности плавания можно представить в виде

кортежа:

К -< Л/. /-' >,

(3)

где:

1) М{Мх,Мг)- ориентированный граф;

А/,- множество вершин ориентированного графа, представляющие собой основные факторы, определяющие структуру когнитивной модели

2) ^ = /ф/„А/2}- функциональные преобразования дуг.

Описание ситуаций судовождения в функциональном аспекте заключается в построении модели развития ситуации в виде ориентированного функционального графа — когнитивного функционального графа.

Каждой качественной переменной ставится в соответствие совокупность лингвистических переменных, отображающих различные состояния этой качественной переменной (например, полная уверенность в определении текущих координат места, слабая уверенность и т.п.), а каждой лингвистической переменной соответствует определенный числовой эквивалент в шкале [0,1].

Формально когнитивная модель ситуации, как и когнитивная карта, могут быть представлены графом, однако каждая дуга в этом графе представляет уже некую функциональную зависимость между соответствующими базисными факторами, т. е. когнитивная модель ситуации представляется функциональным графом.

Среди факторов, включенных в функциональный граф когнитивной модели судовождения необходимо выделить факторы, представляющие определенный и наибольший шггерес для судовождения, которые и будут целевыми графами:

Таким способом построена система событий, формирующих когнитивную модель оценки качества решения задач судовождения:

1. событие успешного применения РЛС для освещения надводной обстановки;

2. событие успешного использования визуальных средств для наблюдения за надводной обстановкой;

3. событие успешного использования АИС для освещения надводной обстановки;

4. событие правильной оценки навигационной обстановки;

5. событие оценки неопределенностей и прогноза развития навигационной ситуации;

6. событие правильного применения основных руководящих документов для обеспечения навигационной безопасности плавания;

7. событие правильного и своевременного принятия решения на маневр;

М2 - множества дуг, соединяющих вершины между собой,

8. событие успешного контроля за маневром;

9. событие успешного контроля за развитием ситуации береговыми системами (СУДС);

10. событие отсутствия потери управляемости судна;

11. событие успешного правильного использования средств освещения надводной обстановки;

12. событие успешного применения прогноза развития навигационной ситуации;

13. событие характеризующее совокупность проявления последствий успешного выбора схемы маневрирования, применения правил МППСС и принятия решения на маневр;

14. событие успешного маневрирования при разрешении навигационной ситуации;

15. событие безопасного разрешения навигационной ситуации;

16. событие разрешения опасных навигационных ситуаций с использованием береговых систем наблюдения;

17. событие, неэффективного использования средств и систем освещения обстановки;

18. событие, характеризующее низкое качество оценки навигационной обстановки или низкое качество прогноза развития ситуации;

19. событие, характеризующее низкое качество использования средств освещения навигационной обстановки или низкое качество оценки или прогнозирования навигационной ситуации;

20. событие, характеризующее низкое качество оценки обстановки или использования руководящих документов или плохое качество принятия решения;

21. событие, характеризующее развитие опасной навигационной ситуации при низком качестве оценки навигационной обстановки или неправильном использовании руководящих документов или плохого качества контроля за исполнением маневра и развитием ситуации;

22. событие, характеризующее развитие опасной навигационной ситуации из-за слабых профессиональных качеств судоводителей и потери управляемости судна;

23. событие, характеризующее нарастание опасной навигационной ситуации из-за проявления совокупности факторов низкого качества управления судном судоводителями или отказами в системах управления судном или неправильных действий операторов береговых систем управления.

Когнитивная модель будет описывать главные события, определяющие успешность решения задач судовождения. Когнитивная модель оценки качества решения задач судовождения принимает вид (рис. 3).

Для вероятностного описания связей между факторами в процессе судовождения и прогноза развития ситуации в работе применено логико-вероятностное моделирование.

Важной особенностью информационно-логического моделирования ситуаций является то, что он может оперировать стохастическими данными. Это означает, что многообразие ситуаций, сопровождающих процесс судовождения, имеют некоторую общность, проявляющуюся в однотипности и схожести

навигационных ситуаций, примерно одинаковой реакцией на разрешение типовых ситуаций и др. Такая особенность позволяет использовать при информационно-логическом моделировании вероятностный метод.

Вероятностный подход базируется на следующих положениях:

1. Числовые оценки вероятности могут быть получены только из эксперимента, а нашем случае из анализа опыта плавания.

2. Реальные аспекты предметной области универсальны, т. е. в поведении системы наблюдаются общие закономерности, которые проявляются в эксперименте, другими словами судовождение опирается на устойчивые законы и закономерности , свойственные этой предметной области.

3. Способ описания организационно-технической систем в определенной степени субъективен, т.к. отражает степень уверенности исследователя в формализации данной предметной области.

4. Описание предметной области должно опираться на принцип безразличия Лапласа - высказывания, которые являются синтаксическими и симметричными по отношению к данному свидетельству, должны рассматриваться как

равновероятные.

5. Вычисления вероятности любых высказываний опираются на интуитивную логику и на результаты любой коллекции наблюдений за организационно-технической навигационной системой.

Универсальным элементом в совместном распределении вероятностей является вероятность конъюнкций конкретных значений каждой переменной, такой как Р(х1=х] л х2л хЗл ...хп).

Расчетная вероятностная модель системы представляется в форме многочлена вероятностной функции:

= р{Ус } = р{{р, , я,}, « = 1„2.......п), (4)

В математическом смысле многочлен (4) представляет собой правило комплексирования частных параметров, т.е. композиции элементарных законов распределения р:, £/, = 1 - /?,, в общесистемную вероятностную характеристику

Р.=р{У.}-

Каждый элемент в совместном распределении представляет собой произведение соответствующих вероятностей событий.

В основе применения логико-вероятностных методов лежит ряд основополагающих положений, к которым в первую очередь следует отнести аксиоматику Колмогорова. В соответствии с ней используются три аксиомы:

1. Вероятность случайного события всегда нулевая либо равна 1

0<Р(.х<х,)<1, (5)

2. Вероятность свершения противоположного случайного события есть

0 = 1-Р(х<хк), (6)

3. Связь вероятностей свершения двух независимых конъюнктивных событий описывается выражением

Р(Л-В) = РА-Рв, (7)

4. Связь вероятностей свершения двух независимых дизъюнктивных событий описывается выражением

Р{АчВ) = Ра+Рв-Ра-Рв, (8)

Общая задача определения вероятностных функций в общем логико-вероятностном методе (ОЛВМ) может быть представлена схемой, изображенной на рис.4:

Рис.4 Схема задачи определения вероятностных функций в ОЛВМ.

К настоящему времени разработано значительно количество различных методов перехода от функции работоспособности системы (ФРС) к вероятностной

функции. Все подобные методы определения ВФ можно разделить на два относительно самостоятельных подкласса:

1) Методы непосредственного преобразования исходной ФРС в искомую вероятностную функцию;

2) Методы перехода к вероятностной функции на основе промежуточного преобразования исходной ФРС в так называемую форму перехода к замещению.

В работе дано описание и рассмотрены основные преимущества каждого из методов.

Если ФАЛ представлена в ФПЗ, то переход к ВФ осуществляется по следующим правилам:

- каждая буква в ФПЗ заменяется вероятностью ее равенства единице, причем:

/>{*1=1}=я,,р{*( = о}=р{х; = 1}=0=1-д (9)

отрицание функции заменяется разностью между единицей и вероятностью равенства этой функции единице, например

я|.Дх, ....,*,)=[(*,*, )'(*3*4 >'(*, V )')'] = 1 =1 - о - я, д2 >(1 - д3«4 )[1 - я5 а - аа я

- операции логического умножения и сложения заменяются операциями арифметического умножения и сложения.

ВФ для ФАЛ, представленной в произвольной бесповторной форме, можно найти по ее выражению в базисе конъюнкция - отрицание, которое получается путем многократного применения правил де Моргана.

В ходе работы были рассмотрены три используемые в ОЛВМ метода определения ВФ:

1). Символический метод определения многочленов ВФ. Здесь исходная логическая ФРС задается в дизъюнктивной нормальной форме (ДНФ):

Ус = АГ, V к2у...\/ К. V.....Кт = \/К1 = X, ^ (И)

где А:, - множества номеров 1 простых логических переменных х,, входящих в отдельные конъюнкции ФРС.

Случайные события, в общем случае, взаимосвязаны и взаимозависимы через общие одинаковые логические переменные.

Правила вычисления вероятностей двух, трех и более конъюнкций ДНФ основываются на том, что они представляют суммы (объединение, хотя бы одно свершение и т.п.) всех входящих в их состав простых и сложных случайных

(10)

событий.

На основе законов теории вероятности методом индукции составлена формула построения расчетного многочлена вероятностной функции для ДНФ исходной ФРС, состоящей из произвольного числа т конъюнкций:

Рс= р{гс) = = р{К,)+ р{К2) + ....-р[к,К2-... + {-\)тр{&^ (12)

Основные этапы символического метода следующие: 1. Преобразование простых логических переменных.

В исходной ФРС все простые логические переменные х, заменяются обозначениями соответствующих вероятностных параметров:

=> р,;х, =><7,. (13)

В результате этой замены исходная ФРС преобразуется в так называемую совмещенную форму ВФ, в которой одновременно присутствуют обозначения логических и арифметических операций над переменнымир,,

Далее необходимо исключить из совмещенной формы все логические операции, заменив их арифметическими. Преобразование конъюнкций:

Р,»Р„

Р^при_] = к _и_у = к

О,при_у = к_и у Фк (14

РпРк,при_]Фк

Преобразование дизъюнкций:

Р;,при_у = к _и_ у = к

Р^\гРк=>< \,при_} = к_и__¡Фк

Р1+Рк-Р;-Рк,при_]*к

(15)

Преобразование инверсий:

Все инверсии в совмещенной ВФ определяют исходы событий противоположных данному:

об)

2). Определение вероятностных функций методом ортогонализации. Ортогональной называется такая форма ДНФ, в которой все без исключения логические произведения конъюнкций равны логическому нулю: К^К = Ъ,}Фк,],к = \2,...,т (17)

Методы ортогонализации относятся к классу методов промежуточного преобразования исходной ФРС сначала в ФПЗ и затем в ВФ путем прямого замещения.

Процедура определения многочлена ВФ методом ортогонализации ДНФ производится по следующим правилам:

Исходная ФРС преобразуется в ДНФ, конъюнкции которой записываются (ранжируются) в порядке возрастания их ранга;

Ранжированная исходная ДНФ ФРС записывается в эквивалентной ортогональной форме:

Выполняются преобразования эквивалентной ФРС в ОДНФ путем раскрытия инверсий и раскрытия скобок;

Ортогональная ФРС преобразуется в многочлен вероятностной функции по правилам прямого замещения.

3). Комбинированный метод определения многочленов ВФ.

В настоящее время наиболее эффективным по быстродействию и размерности остается комбинированный (комплексный) метод (КМ) построения многочленов ВФ. КМ представляет собой рациональное объединение указанных выше двух методологических направлений и использования наиболее характерных положительных сторон каждого из них.

Алгоритмическая схема комбинированного метода построения правильных многочленов вероятностных функций изображена на рис.5.

На втором этапе комбинированного метода осуществляется так называемая квазиортогонализация исходной ФРС по одной логической переменной. Правила такой ортогонализации основываются на законах совмещения и применяются для всех пар конъюнкций К) ^исходной ФРС не в полном объеме, а ограниченно, в соответствии со следующим частным случаем:

Если К/=А-х1 и Кк = .4 ■ В, где А и В части конъюнкций, не содержащие

переменной .х,, то в соответствии с законом совмещения справедливо следующее утверждение:

К) V Кк = А ■ хг. V А ■ В = А ■ х, V .г,. ■ А ■ В (19)

Здесь все переменные А конъюнкции входят в конъюнкцию Кк, и только

одна переменная х1 в ней отсутствует. Такая пара конъюнкций всегда может быть

ортогонализирована умножением одной инверсированной переменной х1 на конъюнкцию Кк.

На третьем этапе комбинированного метода выполняется проверка ортогональности ФРС. Ели она оказывается полностью ортогональной, то ее преобразование в ВФ на четвертом этапе выполняется по правилам прямого замещения. Если ФРС ортогонализована лишь частично, то окончательное построение выполняется символическим методом.

Основной целью применения ЛВМ является получение вероятностной функции свершения произвольного события из орграфа когнитивной модели.

При этом, конечно, предполагается, что орграф когнитивной модели построен из учета того, что факторы, определяющие цель функционирования СС ОТС судовождения статистически не зависят друг от друга, т.е. когнитивная модель представляет собой функциональную сеть с ярко выраженными байесовскими свойствами.

Рис.5 Алгоритм комбинированного метода определения ВФ.

Помимо собственного алгоритма ЛВМ при когнитивном анализе модели СС ОТС судовождения были использованы системные значения значимостей, положительных и отрицательных вкладов событий (проявлений факторов), включенных в когнитивную модель.

Оценка значимости позволяет определять и ранжировать в вероятностной шкале всю совокупность факторов в целостной когнитивной модели СС ОТС судовождения.

Значимость элемента х в системе у(х1 ...,х„)есть частная производная от вероятности безотказной работы системы Д. по вероятности безотказной работы элемента Д,:

ЗР{х,= 1} зя, (20)

По физическому смыслу значимость элемента х, точно равна изменению значения общего показателя Д. при изменении й от 0 до 1 и фиксированных значениях исходных собственных параметров всех остальных элементов системы.

В работе были найдены аналитические значения вероятностей свершения событий возникновения рисков при отрицательном влиянии основных факторов и вкладов этих событий. Многочлен для определения вероятности свершения главного события наступления опасной ситуации приведен ниже:

^23 — ^4^9^10^20^21-^22^23 + А ^9 ^10 ^20 А1 ^22 ^23 £?3 ^7 ^8^9^10 ^17 ^19 ^20^22 ^23 +

+ 62 Л А ^7 ^8 А ^10^17^19 ^20 ^21^22 ^23 + 2] ^2 А А ^9 Ло ^17 9 ^20 ^21 ^22 ^23 + + бз^б^А^^Ю^пЛвЛэАо-^г! ^22-^23 + 62^3 ^8 ^9 Ло ^17 ^18 ^19-^20 ^21 ^22 ^23 + (21)

б 1^2 ^9 ^10^17^18^19^20 ^21^22 ^23 + Л А ^7 А Ло Л I -^18 ^19 ^20^2! ^12^23 +

+ Р1У°2Я1^4/)бР7/,к/,9/,ю/,15/3|8Р|9Р20/>23 + + ^9 бю ^22 ^23 + £?9^*23>

Результаты численного анализа при равнопараметрическом подходе, который заключается в присвоении всем факторам, включенным в когнитивную модель СС ОТС судовождения, одинаковых значений вероятностей их свершения приведены в таблицах 1-3, а в обобщенном виде - в таблице 4.

Результаты равнопараметрического моделирования для значений вероятностей успешного решения задачи, приведены на рисунке №6.

:1,1Хгада

' у

о.ьмш

0,9Я1>£>0 О.ЪЭООЪ 0,99990

I о.'>лнх>

0.ТТ400 045109

ОДЙЗЗРО : 0.93*00

о,««® адм.»

0,3? 130

-"Ж—-' 1 и 0А9800

Вй(ЮЯГШ13С!Ь£обыГИ« рп

Рис.6 Результаты равнопараметрического моделирования для значений вероятностей успешного решения задачи судовождения.

Результаты равнопараметрического моделирования для значений риска неуспешного решения задачи, приведены на рис №7:

О.ОРЗОР &ер<зятмюсп» са&ычяя Рп

Рис.7 Результаты равнопараметрического моделирования для значений вероятностей неуспешного решения задачи судовождения.

Анализ результатов когнитивного моделирования СС ОТС судовождения показал следующее:

1. Анализируемая система является высокорискованной системой.

2. Системная значимость всех факторов примерно одинакова и зависит от вероятностей свершения событий, относящихся к факторам, включенным в когнитивную модель.

3. Вклад, вносимый каждым элементом когнитивной модели СС ОТС, примерно одинаковый и не превышает 10% от ожидаемой успешности решения задач судовождения;

4. Это означает, что, располагая ресурсами повышения качества решения задач судовождения, можно выбрать один или несколько элементов и, повысив их успешную реализацию, снизить риски нежелательно решения главной задачи.

Основной целью анализа риска (оценки риска) является определение частоты свершения опасных событий и вычисление величины соответствующих последствий, выражающихся как ожидаемое количество смертей для каждого события.

Как известно, формализовать ожидаемый уровень потерь можно используя дерево решений. Дерево потерь при столкновении пассажирских судов имеет вид, представленный на рис.9.

ПРОИСШЕСТВИЕ ИНЦИДЕНТА

Рис.8 Связь между деревом возможных опасных событий и последствиями от наступления подобных событий. Применив теорию логико-вероятностного метода к дереву потерь построена схему функциональной целостности системы потерь при столкновении судов, которая будет включать в себя следующие события (рис.10):

1. Событие столкновения двух судов.

2. Событие появления повреждений при столкновении.

3. Событие появления повреждений на 1 (ударяемом) судне.

4. Событие разрушения корпуса судна.

5. Событие поступления воды.

6. Событие возникновения пожара.

7. Событие возникновения ситуации незначительных повреждений корпуса на судне в результате столкновения.

8. Событие возникновения ситуации значительных повреждений корпуса на судне в результате столкновения.

9. Событие возникновения ситуации, когда судно в результате поступления воды осталось на плаву.

10. Событие потери плавучести судна в результате поступления воды. 1!. Событие незначительных потерь от пожара на судне.

12. Событие значительных потерь от пожара на судне.

13. Событие полных потерь на судне от пожара.

14. Событие медленного затопления судна от поступления воды.

15. Событие стремительного опрокидывания судна.

16. Событие опрокидывания судна с потерей 40% экипажа и пассажиров. 17. Событие опрокидывания судна с потерей 80% экипажа и пассажиров.

18. Событие опрокидывания судна с потерей 100% экипажа и пассажиров.

19. Событие появления хотя бы одного из последствий столкновения: разрушения корпуса, поступления воды или пожара.

20. Событие появления каких-либо потерь из-за опрокидывания судна.

21. Событие появления каких-либо потерь в результате пожара.

22. Событие появления значительных потерь либо от разрушения корпуса судна, либо от опрокидывания.

23. Событие появления каких-либо потерь либо от пожара, либо от опрокидывания судна, либо от разрушения корпуса.

24. Событие отсутствия значительных разрушений корпуса или сохранения плавучести судна.

25. Событие отсутствия значительных разрушений корпуса или сохранения плавучести судна или повреждений от пожара. __________

мшиздАяьньгк швгеждьтн

СТОЛКНОВЕНИЕ

I ШМ№ ПОВИ-ЖД!*!*»* КОРПУСА Г—-

УДАННШОЬ СУМНО

СГОЙКЯОЙЬНИЬ

ЗНАЧИТЕГ:ЬНЫЕ РЛЗРУШЕН'ЛЯ КОРПУСА

без потере плавучести

ЗАГОПЯЕМЙЕ

МЕЗУ йгИШЬ аАЮОЯШИЬ

ПОТЕРЬ

СТРЕМИГЕЯЬНОЕ

ж% потерь

возкикиоаениЕ ГЮЖЛРА

незначительные потеем

ЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕРЯ

0.42

ПОЛНЫЕ ПОТЕРЕ 1-^ЗН^ЧУ?! ЬЛЪНЫй I ^ВРЕЖДЬКИ» КСР11УСА

ЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ РАЗРУШЕНИЯ КОРПУСА

УДАРНКйШ: СУДМС

БЕЗ ГЮТЕТО ПДАЗУЧЕСТИ

ЗАУОШЕНКЕ

МЩ ¡^й К& ЗА •' 01 и НЯНЬ

СТРЕММТЁГ-ЬНОЕ и; ¡РОКИЛЫВАМИй

53.20

зга. пош'ь 0.60

ПОТЕРЬ

НЕЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕРИ 046

ЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕРИ полные ПОТЕРИ

Рис.9 Дерево потерь при столкновении судов.

судов.

В ходе работы были проведены расчеты свершения событий катастрофических последствий столкновения затопления, опрокидывания или пожаров на судне в зависимости от ожидаемой величины вероятности столкновения судов (рисунок 11).

Из анализов результатов моделирования следует, что вероятность дизъюнктивного события разрушения корпуса судна, поступления воды или пожара изменяется на порядок при изменении на порядок вероятности столкновения.

Таким образом во второй главе рассмотрены основы теоретических подходов применения когнитивного подхода в моделировании качественно-сложных систем судовождения. Дано описание процессу построения когнитивных моделей, обоснован метод моделирования опасных ситуаций при решении задач судовождения.

Рассмотрена методика макрокогнитивного анализа организационно-технических систем судовождения. Рассчитана вероятностная модель системы с описанием формы построения многочлена вероятностной функции. Построена когнитивная модель оценки качества решения задач судовождения. Найдены аналитические значения вероятности свершения события возникновения рисков при отрицательном влиянии основных факторов. Были найдены аналитические зависимости вероятности свершения событий катастрофических последствий столкновения в зависимости от ожидаемой величины вероятности столкновения судов. Т.е. имея численную величину ожидаемого уровня риска и, располагая

маневренными и эксплуатационными характеристиками судов, мы получили возможность судить об уровне последствий наступления аварийного события.

5 ¡-о:-' : ;

О ЯН ъ.оог 0.СОО» :

' гя&ж-в* .....

г;

»./¿ы.-ж-

¡■■■■■■■«■•■•■-РЯЩ Г^ОК'ЗЕ'ОГ:

......... ' ^.КШЕ О:« -«Й

2 2!; -03 г^гщо'У

Рис.11 Значения вероятностей свершения основных событий 19-25 от ожидаемой вероятности столкновения судов.

В третьей главе рассмотрены варианты воздействия на общий уровень навигационного риска путем увеличения вкладов отдельных элементов, таких как прогноз взаимного положения судов и правильности принятия решения на маневр. Разработана модель прогноза взаимного положения судов, в которой предполагается, что из-за неопределенности вектора скорости судна возможно возникновение некой области (эллипса ошибок) относительного взаимного положения судов в прогнозируемом месте встречи. В качестве неустойчивых факторов были рассмотрены погрешности в данных, получаемых по каналам АИС.

Для решения задач расхождения судов необходима оценка ситуации по параметрам, определяющим закономерности относительного движения судов:

Ур = № + (22)

где: Ур — относительная скорость сближения судов;

Ук — скорость судна-цели;

Ъ'т- скорость судна, на котором находится наблюдатель;

Как показано в работе [5], среднее квадратическое отклонение в оценке относительной скорости сближения судов соответствует:

где: Vp - относительная скорость сближения судов; Vk - скорость судна-цели;

V„- скорость судна, на котором находится наблюдатель; аУк - погрешности в скорости судна-цели, передаваемой по АИС; <тг„- погрешности в скорости нашего судна, передаваемой по АИС; оу - погрешность в относительной скорости сближения судов В ходе работы было произведено вычисление значений оу для различных значений отношения скоростей судов и курсовых углов. Результаты полученных значений при различных величинах отношения скоростей судов приведены на рис.12.

cSVp

рйЗИОСГЬ курсов су до и Е.

Рис. 12 График зависимости погрешности в относительной скорости судов от разницы курсов для различных отношений скоростей судов.

Исследования показали, что погрешности в относительной скорости могут достигать: оу =0,28 узла, что будет сказываться и на относительной линии пути сближающихся судов.

По классической теории маневрирования судов принято считать, что Ур=сопх1. Однако, как следует из указанного выше, необходимо учитывать <х, при оценке^.

Из теории случайных функций [6] известно:

Ч =

(24)

где и - оператор математического ожидания.

Дисперсия погрешности расстояния является дисперсией интеграла стационарного случайного процесса с автокорреляционной функцией Ц. (т) определяется выражением:

DSp (О = Sp* (<) = a\f (0 = (i, r) = 2 Jk(.„ (т) ■ (i - т)dt = 2агГр jp^ (т) ■ (t - z)dz (25) ' 0 0 где: py - нормированная автокорреляционная функция относительной скорости

сближения судов. Предположим, что:

р.. =—2— = —г— = е (26)

где: Rv (т) - автокорреляционная функция, характеризующая случайный процесс, определяемая, как:

Ryp(T) = DVt-e^=^-e-^, (27)

Тогда выражение (25) примет вид:

' ., 2ст,2 (е~аЫ +са + \) DSf (0 = а\ (О = ¡е-*" ■ 0 - r)dr = - . (28)

о "

Оценивая поведении функции <rs (/) для двух ассимптоматических случаев получим:

(29)

(30)

где /- время прогноза точки встречи; Т - интервал корреляции.

Взаимная корреляционная функция будет определяться:

Rs,-U,J2) = Sp(t])-Vp(t2)=Sp(t,)-

dSp(t2) dSp(tl)Sp(t2)

dt2 dt2

dRsMA) D . 2

= Rs (r) = -a ■ as ■ e 11

(31)

dt2

Влияние ошибок <т, и crs на положение точки встречи судов будем

характеризовать размерами средних квадратических эллипсов.

В ходе работы проведены расчеты возможных значений параметров эллипса для заданных условий.

Численное моделирование задачи встречи судов при учете погрешностей оценки Vt показало:

- максимальные значения неопределенностей возникают на носовых курсовых углах;

- скорость нарастания дисперсии положения точки встречи составляет: Vd=2 -crf.e - Т = 0,Шузл.

По итогам расчетов, в соответствие с основной формулой (25) получена линейная зависимость погрешности в пройденном по линии относительного

движения расстоянии от времени прогноза. Результаты расчетов приведены на рис.13:

аъо, мили

0/1 0,3 0,2 од

„К

15 18 21 30 t пр, минуты.

Рис. 13 Прогноз погрешности в расстоянии по ЛОД. Отсюда, вычисляя параметры эллипса ошибок для каждой третьей минуты

^р, мин 1 3 6 9 12 15 18 21 3«

я8р 0,0901 0,1559 0,2205 0,27 0,3118 0,3486 0,3819 0,4125 0,493

т -6,338 -20,13 -35,57 -43,74 41,602 38,536 36,277 34,47 30,348

А 0,2816 0,2946 0,331 0,3714 0,4091 0,4431 0,4739 0,5019 0,5735

В 0,0851 0,1261 0,1321 0,1156 0,0911 0,0599 0,0182 0,058 0,0864

8 эллипса 0,0752 0,1167 0,1373 0,1349 0,117 0,0833 0,0271 0,0914 0,1557

Таким образом, удалось оценить влияние инструментальных погрешностей измерения скорости на неопределенность положения точки сближения двух судов, а также показать статистические характеристики этой неопределенности, что необходимо учитывать при заблаговременном принятии решения на маневр при расхождении.

Используя данную методику при оценке ситуации сближения двух судов можно выбрать гарантированный маневр, который обеспечит минимум навигационного риска столкновения судов в море.

Гарантированный маневр подразумевает собой изменение курса судна ( ДКс) или его скорости (ДУс). Опыт показывает, что практически во всех ситуациях маневр курсом более эффективен, чем маневр скоростью. С другой стороны, в стесненных районах плавания возможны ситуации, когда маневр может быть выполнен только изменением скорости.

Тем не менее, и изменения курса и/или изменения скорости приводит к изменению положения линии относительного движения судов (ЛОД) при построении и расчете схем взаимного положении судов-целей.

Угол ЛОД является функцией от вектора скорости судна и вектора скорости цели. Но как уже отмечалось выше, предполагается, что из-за неопределенности вектора скорости судна возможно возникновение некой области (эллипса ошибок) относительного взаимного положения судов в прогнозируемом месте встречи. Поэтому для определения угла отклонения ЛОД необходимо учитывать влияние неопределенностей и, как следствие изначально закладывать величину искомого АКр с учетом всех неопределенностей. Таким образом, угол изменения ЛОД выражается как функция от:

ДАГ,=/(А5,.»;,4Л.г) (32)

Графически гарантированный угол ДАТ,с учетом эллипса неопределенностей показан на рисунке 14.

Но положение эллипса, как и его размеры подчинены корреляционной матрице, определяющей погрешности в расстоянии по линии относительного движения из-за учета присутствия неопределенностей в скоростях. Поэтому размеры и положение эллипса непостоянны.

Использование для оценки положения эллипса погрешностей широкого применения не нашло. Для использования преимуществ оценки эллипсом пыла введена характеристика - радиальная средняя квадратическая погрешность (РСКП), которая определяется как:

М = 4А2+В2 (33)

применение для изменения угла ЛОД.

Вероятность пребывания случайной точки в круге радиуса М больше, чем в среднеквадратическом эллипсе погрешностей, зависит от соотношения В/А полуосей этого эллипса и колеблется, хотя и в незначительных размерах.

Переход от эллиптической погрешности к радиальной также важен для нас в виду удобства определения необходимого изменения угла ЛОДа для уклонения от

столкновения с целью.

Тогда необходимый угол изменения ЛОД можно представить как:

где 8 - расстояние по линии относительного движения в текущий момент времени;

М - радиальная погрешность из-за учета неопределенностей в векторах скоростей.

В ходе преобразований выражение 32 принимает вид:

'м'

АКр = аг

(

V5.

: агс1%

VА2 + В2

аг

Преобразуя выражение (35) находим зависимость:

(35)

(36)

Выражение (36) показывает аналитическую зависимость минимально допустимого угла изменения ЛОД для обеспечения заданного уровня безопасности расхождения судов с учетом прогноза влияния неопределенностей в параметрах движения с определенной долей вероятности.

Согласно с требованием ИМО для 95% вероятности необходимо умножать результаты расчетов на 2, т.е. принимать радиус СКП равным 2М.

Вероятность нахождения места судна в круге с заданным радиусом М рассчитывается с помощью интеграла:

Р. =-

2тгАВ,

ГС 1 ГА2, Д2Л

1 |ехрх м. 2

с1С±. ЛЬ. п

За область интегрирования принимается круг с радиусом:

м3 = ям = Ыа1 +в2

(37)

(38)

где М,- заданный радиус круга;

/?- нормированная радиальная погрешность (коэффициент, показывающий, во сколько раз радиус заданного круга больше среднего квадрагического радиуса М).

При использовании радиальной погрешности элементы эллипса, как правило, не рассчитываются. Для практических расчетов, связанных с анализом навигационной безопасности судовождения, удобно пользоваться формулой, выражающей закон распределения Релея:

ту 1 -м2/м2 , -к2

Р = \-е ' =1—е (39)

Расчет вероятности радиальной погрешности показал следующие значения: при Л = 1 (М3 —М— радиальная СКП) Р = 0,683 0,632; при Я = 2 (м, = 2М — удвоенная радиальная СКП) Р = 0,954 + 0,982; при й = 3 (Л/5 =ЗА/ — утроенная радиальная СКП) Р = 0,997 + 0,999. Тогда вероятность правильного решения на маневр будет определяться как вероятность успешного изменения угла ЛОД (АКр), т.е. вероятность не нахождения судна в круге радиусом М. Для решения обратной задачи, т.е. для определения минимально допустимого угла ЛОД с предельной вероятностью Р = 0,997 (М, = ЗА/ ) необходимо рассчитать угол изменения ЛОД ( АКр ) для выхода линии из круга радиусом 3М:

(40)

Также в общем виде для различных вероятностей формулу (40) можно представить в виде:

(41)

В ходе работы были вычислены углы изменения ЛОД для разных значений вероятностей (рис. 15). 1 акр

: <КШ> .

......:......;.....

М/4р |

"'^'"Н-ЧЙ 5

Рис.15 Зависимость необходимого угла изменения ЛОДа от отношения РСКП к дистанции сближения для различных степеней вероятности ненахождения судна в круге радиусом М. При построении когнитивной модели в главе 2 событие правильного решения на маневр, с учетом прогноза неопределенностей, обозначено как

событие 12, т.е. успешного применения прогноза развития навигационной ситуации.

Несомненно, что свершение события №12 (Рп -1) вносит определенный вклад в успешное свершение события №16.

В свою очередь несвершение или неправильная, неуспешная реализация события оценки и прогноза приводит к ухудшению безопасности, т.е. к увеличению риска опасного события сближения судов.

Как отмечалось выше, логика оценки рисков максимального уровня основана на дизъюнктивной модели, когда хотя бы одно из совокупности событий, включенных в когнитивную модель, будет способствовать появлению навигационного риска.

Таким образом, мы можем говорить, что уменьшение риска может быть достигнуто при повышении качества принятия решения на маневр. Т.е. если судоводитель / оператор будет принимать решение на маневр с учетом допустимого АКр, т.е допустимого АКс, то с определенной долей вероятности точка расхождения судов, т.е. место взаимного относительного положения судов будет находиться вне или внутри пределов эллипса погрешностей, исходя из поставленной задачи безопасного расхождения или сближения вплотную.

В работе отмечено, что одним из направлений существенного повышения уровня навигационной безопасности судовождения и снижения риска навигационных происшествий является комплексирование современных систем освещения навигационной обстановки, к которым относятся современные радиолокационные станции (РЛС) и автоматические идентификационные системы (АИС).

Для выполнения комплекса условий обеспечения безопасности плавания необходима правильная и своевременная оценка ситуации судоводителем-оператором. Решение проблемы оперативного сбора информации из разных информационных потоков в минимально возможные промежутки времени возможно при условии использования новых методик исследования информационного обеспечения, в частности, математической модели с использованием данных АИС.

Отличительной особенностью предлагаемой модели является то, что в качестве источника информации о кинематических параметрах движения судов используется автоматическая идентификационная система.

Этот метод позволяет проектировать траектории движения судов во избежание столкновений, расхождения в условиях ограниченной видимости и маневрирования в узкости или на ограниченной акватории.

Основные требования к взаимодействию математической модели и алгоритма расхождения судов:

1. Использование современных технических возможностей передачи параметров судоходной обстановки. Построение информационной модели сбора и передачи информации, которая использует такие инструментальные средства как АИС.

2. Руководство принципами использования АИС для организации безопасного судоходства.

3. Непрерывный анализ судоходной обстановки.

4. Прогнозирование траектории движения судна при выполнении маневра расхождения.

Из проведенных ранее анализов получены следующие выводы:

- широкое внедрение АИС на судах повышает эффективность освещения навигационной обстановки по сравнению с РЛС на 15-20%;

- комплексное применение систем АИС и РЛС приводит к увеличению эффективности освещения навигационной обстановки на 25-30% по отношению к РЛС и на 10-15% по отношению к АИС.

С появлением автоматизированных идентификационных систем (АИС) точность определения положения существенно увеличилась, что позволяет уменьшить погрешности оценки параметров сближения.

При использовании СНС возникают погрешности в первичной обработке информации, а значит и необходимость оценки их влияния на решение задачи расхождения судов.

Таким образом, необходимо прогнозирование проявлений неустойчивости факторов, влияющих на процесс наблюдения, оценки и маневрирования.

Одним из инструментов воздействия на уровень риска является контроль за развитием ситуации сближения судов береговыми системами (СУДС), для полноценного функционирования которого необходимо комплексирование современных систем освещения навигационной обстановки, к которым относятся современные радиолокационные станции (РЛС) и автоматические идентификационные системы (АИС).

Основные результаты работы

В ходе анализа данных об аварийности мирового флота выявлены основные причины аварий и серьезных происшествий с судами. Анализ многих имевших место столкновений свидетельствует, что они часто происходят вследствие бездействия или запоздалых маневров судов, а это в свою очередь, объясняется неправильной оценкой ситуации сближения судов и, в частности, недооцениванием опасности столкновения между ними. Таким образом, обоснована необходимость поиска новых методов повышения безопасности судоходства, в частности снижения уровня рисков столкновения судов при расхождении.

Разработан метод макрокогнитивного моделирования, позволивший описать качественно-сложную систему судовождения и дать численную оценку уровня навигационного риска вследствие воздействия определенных возмущающих факторов. Удалось найти аналитические зависимости значения вероятностей свершения событий возникновения рисков при отрицательном влиянии основных факторов.

Произведен анализ уровня навигационного риска, который показал следующее:

- Системная значимость всех факторов примерно одинакова и зависит от вероятностей свершения событий, включенных в когнитивную модель.

- Вклад, вносимый каждым элементом когнитивной модели, примерно одинаковый и не превышает 10% от ожидаемой успешности решения задач судовождения.

Это означает, что, располагая ресурсами повышения качества решения задач судовождения, можно выбрать один или несколько элементов и, повысив их успешную реализацию, снизить риски нежелательно решения главной задачи.

Таким образом, удалось обосновать и использовать формализованный метод получения количественных характеристик риска.

Также с применением логико-вероятностного подхода была построена схема функциональной целостности системы потерь при столкновении судов в море. В ходе работы были проведены расчеты свершения событий катастрофических последствий столкновения затопления, опрокидывания или пожаров на судне в зависимости от ожидаемой величины вероятности столкновения судов.

При рассмотрении вопросов повышения уровня навигационной безопасности судовождения удалось оценить влияние инструментальных погрешностей измерения скорости на неопределенность положения точки сближения двух судов, а также показать статистические характеристики этой неопределенности, что необходимо учитывать при заблаговременном принятии решения на маневр при расхождении. Дано описание модели погрешностей прогноза сближения судов вплотную при расхождении в море. Обоснована необходимость применения подобной модели в задачах судовождения. Удалось оценить влияние инструментальных погрешностей измерения скорости на неопределенность положения точки сближения двух судов, а также показать статистические характеристики этой неопределенности, что необходимо учитывать при заблаговременном принятии решения на маневр при расхождении. Доказана эффективность применения комплексирования современных систем освещения навигационной обстановки в интересах снижения уровня навигационного риска. Из проведенных анализов получены результаты, показывающие, что комплексное применение систем АИС и РЛС приводит к увеличению эффективности освещения навигационной обстановки на 25-30% по отношению к РЛС и на 10-15% по отношению к АИС

Заключение

Целью диссертационной работы было повышение навигационной безопасности плавания путем снижения навигационных рисков столкновения судов в море. На первичном этапе идентификации поставленной задачи было проведено исследование текущего состояния аварийности мирового. Многолетний анализ аварий судов мирового морского флота говорит о том, что преобладают чисто навигационные виды аварийности посадка на мель и столкновение. По этой причине вопросы навигационной безопасности мореплавания являются самыми актуальными.

Отмечено, что возникают потребности в поиске новых методов повышения безопасности судоходства.

В ходе работы удалось найти и описать формальные математические методы, которые позволили получить теоретический аппарат для анализа обобщенной системы судовождения. Произведено моделирование прогностической модели поведения качественно сложных систем и выдвинуты предложения по стратегии и тактике использования ресурсов для обеспечения эффективности работы качественно-сложной системы.

Для достижения указанной цели в работе применено когнитивное моделирование. Построена когнитивная модель оценки качества решения задач судовождения. Найдены аналитические значения вероятности свершения события возникновения рисков при отрицательном влиянии основных факторов. Были найдены аналитические зависимости вероятности свершения событий катастрофических последствий столкновения в зависимости от ожидаемой величины вероятности столкновения судов.

Рассмотрены пути снижения уровня навигационного риска повышением качества принятия решения на маневр. Обоснованы минимально допустимые углы изменения ЛОД в зависимости от степени прогноза, т.е. с определенной долей вероятности мы можем говорить о снижении уровня навигационного риска в зависимости от качества принятии решения на маневр судоводителем.

Выведены аналитические выражения для нахождения указанных вероятностей в зависимости от воздействующих факторов.

Основные публикации по теме диссертации В изданиях, рекомендованных «Перечнем ВАК»:

1. Некрасов С.Н., Старов М.С. Влияние погрешностей в информации автоматических идентификационных систем на навигационные риски столкновения судов в море. Журнал университета водных коммуникаций, выпуск 1 (13). - Санкт-Петербург, 2012. — стр. 136-140.

2. Некрасов С.Н., Капустин И.В., Старов М.С. Когнитивное моделирование при обеспечении навигационной безопасности плавания. Журнал университета водных коммуникаций, выпуск 1 (17). - Санкт-Петербург, 2013, —стр. 77-84.

3. Некрасов С.Н., Капустин И.В., Старов М.С. Оценка и прогнозирование опасных навигационных ситуаций. Журнал университета водных коммуникаций, выпуск 2 (18). -Санкт-Петербург, 2013. — стр. 98-100.

4. Некрасов С.Н., Капустин И.В., Старов М.С. Макрокогнитивное моделирование процессов судовождения. Вестник ГУМРФ им. адмирала С.О. Макарова, выпуск 1 (20). — Санкт-Петербург, 2013. — стр. 82-85.

В других изданиях:

5. Старов М.С. Применения АИС для решения задач расхождения судов в море / Сб. науч. трудов конференции СПГУВК «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России», 2011. - Санкт-Петербург, 2011.— стр. 167-174.

6. Некрасов С.Н., Старов М.С. Применения АИС для решения задач расхождения судов в море 7-я Российская научно-техническая конференция «Навигация, гидрография и океанография: приоритеты развития и инновации в морской деятельности» Труды конференции «НГО-2011» 18 -20 мая 20011.-Санкт-Петербург, 2011. — стр. 135-139.

7. Старов М.С. Метод прогноза взаимного положения судов в задачах расхождения. Сб. науч. трудов конференции СПГУВК «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России», 2012. — Санкт-Петербург, 2012. — стр. 182-186.

8. Старов М.С. Метод оценки рисков потерь при столкновении судов в море. Сб. науч. трудов конференции СПГУВК «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России», 2012. — Санкт-Петербург, 2012.— стр.176-181 .

9. Некрасов С.Н., Капустин И.В., Старов М.С. Когнитивное моделирование при обеспечении навигационной безопасности плавания. Сб. науч. трудов конференции ТРАНСТЕК «Развитие судоходства по внутренним водным путям России», - Санкт-Петербург, 2012. — стр. 20-29.

Подписано в печать с оригинал-макета автора 06.11.13 Сдано в производство 07.11.13 Формат 60x84 1/16 Усл.-печ. л. 2,15. Уч.-изд. л. 1,85. _Тираж 60 экз._Заказ № 140_

Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова 198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7

Отпечатано в типографии ФГБОУ ВПО ГУМГФ имени адмирала С. О. Макарова 198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, 2

Текст работы Старов, Михаил Сергеевич, диссертация по теме Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С.О. МАКАРОВА»

МЕТОД ОЦЕНКИ НАВИГАЦИОННЫХ РИСКОВ ПРИ РАСХОЖДЕНИИ СУДОВ В МОРЕ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

СУДОВОЖДЕНИЯ

Специальность 05.13.06

Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами

(транспорт)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., проф. С.Н.Некрасов

Санкт-Петербург-2013

Оглавление.

Введение............................................................................................4

ГЛАВА 1. Постановка задачи оценки навигационных рисков безопасности расхождения судов в море....................................................................8

1.1 Анализ навигационной аварийности и обоснование подходов к ее снижению. .........................................................................................................8

1.2 Обзор современных подходов к повышению навигационной безопасности плавания............................................................................................17

1.3 Предпосылки к применению формализованной оценки безопасности плавания. ........................................................................................................22

1.4 Постановка задачи речения задач судовождения в слабоструктурированных

организационно-технических системах.....................................................30

Выводы по главе 1...............................................................................34

ГЛАВА 2: Метод когнитивного моделирования опасных ситуаций столкновения при расхождении судов в море.........................................37

2.1 Обоснование когнитивного подхода в моделировании и управлении систем судовождения......................................................................................40

2.2 Метод когнитивного моделирования основных задач судовождения..........44

2.3 Применение логико-вероятностного метода в когнитивном моделировании....................................................................................51

2.4 Когнитивная модель оценки качества решения задач судовождения..........67

2.5 Оценка рисков потерь при наступлении аварийного случая......................82

Выводы по главе 2...............................................................................87

ГЛАВА 3. Обоснование рекомендаций по управлению навигационными рисками при столкновении судов.........................................................90

3.1 Идентификация модели погрешностей прогноза сближения судов вплотную' при расхождении в море........................................................................90

3.2 О принятии решения на маневр...........................................................99

3.3 Повышение эффективности решения задач расхождения судов в море при

комплексировании систем освещения навигационной обстановки.................106

Выводы по главе 3..............................................................................114

Заключение.....................................................................................115

Список используемых сокращений....................................................117

Список использованных источников...................................................118

Введение

Специфические факторы превратили торговое мореплавание в деятельность с повышенным уровнем риска. Даже если риск не может быть полностью исключен, он может быть снижен до приемлемого уровня путем использования принципов управления рисками.

Несмотря на наличие множества руководящих документов, которые регламентируют практически все стороны процесса судовождения, оснащение судов, современными техническими и радионавигационными средствами судовождения, что, конечно же, вносит большую долю определенности, нагрузка на судоводителя, как на центральное звено в этом процессе не снижается.

Целью настоящей диссертационной работы является повышение навигационной безопасности плавания и снижение навигационных рисков при

совершенствовании автоматизированных систем судовождения.

Для достижения целей диссертационной работы необходимо решение следующих основных научных задач:

2. Обосновать метод когнитивного моделирования опасных ситуаций столкновения при расхождении судов в море.

3. Обосновать метод количественной оценки уровня риска столкновения судов.

4. Идентифицировать модели погрешности прогноза сближения судов вплотную.

5. Выработать рекомендации по снижению навигационных рисков при столкновении судов в море.

Указанные задачи в данной диссертации будут решаться следующим образом.

В главе 1 следует провести исследование текущего состояния аварийности мирового флота.

Идентифицировать основные причины и последствия аварийности на море. Необходимо изучить методы и применяемые меры для снижения аварийности флота.

Рассмотреть причины неэффективности или низкой эффективности мер для повышения безопасности мореплавания, предпринимаемых в настоящее время. Обосновать предпосылки для поиска новых методов и методологий оценки навигационных рисков.

В главе 2 необходимо дать теоретическое описание метода когнитивного моделирования опасных ситуаций столкновения судов. Необходимо дать описание специфике применения средств когнитивного моделирования, представить основы теории метода ситуационного моделирования на основе байесовских сетей. Метод ситуационного моделирования успешно применяется как для оценки безопасности плавания судов в открытом море, так и в районах с многочисленными навигационными опасностями.

Следует найти и описать формальные математические методы, которые позволят получить теоретический аппарат для анализа обобщенной системы судовождения. Рассмотреть методику макрокогнитивного анализа организационно-технических систем судовождения. Следует произвести необходимые расчеты и построения когнитивных карт. Рассчитать вероятностную модель системы с описанием формы построения многочлена вероятностной функции.

Когнитивная модель будет описывать главные события, определяющие успешность решения задач судовождения. Найти аналитические значения вероятностей свершения событий возникновения рисков при отрицательном влиянии основных факторов и вкладов этих событий. Произвести анализ когнитивного моделирования.

Предложить модель построения схемы функциональной целостности системы потерь при столкновении судов.

Провести расчеты свершения событий катастрофических последствий столкновения затопления, опрокидывания или пожаров на судне в зависимости от ожидаемой величины вероятности столкновения судов.

В главе 3 рассмотреть варианты воздействия на общий уровень навигационного риска путем увеличения вкладов отдельных элементов. Разработать модель прогноза взаимного положения судов.

Рассмотреть пути снижения уровня навигационного риска повышением качества принятия решения на маневр.

Одним из инструментов воздействия на уровень риска является контроль за развитием ситуации сближения судов береговыми системами, для полноценного функционирования которого необходимо комплексирование современных систем освещения навигационной обстановки, к которым относятся современные радиолокационные станции и автоматические идентификационные системы.

ГЛАВА 1. Постановка задачи оценки навигационных рисков безопасности расхождения судов в море

1.1 Анализ навигационной аварийности и обоснование подходов к ее

снижению

Мореходная деятельность, безо всяких сомнений, является деятельностью повышенного риска, и морские бедствия, уже случившиеся несколько лет назад и те, которые неизбежно будут происходить, происходят из-за сложности судовых операций. Несмотря на то, что морской транспорт имеет относительно низкую смертность и уровень увечий - около 63 смертей в 2010, против 43000 смертей на автодорожных происшествиях, случившихся в том же году в Европейском Союзе,- последствия происшествий все же остаются внушительными. Последствия разлива нефти или громадное количество потерянных жизней на пассажирских судах могут отражаться еще в течение многих лет и являться затратными для бизнеса, небольших экономий и даже правительств государств (Европейский Совет по Транспортной Безопасности, 2006) [103].

Существует несколько основных аспектов в мореходной деятельности, которые делают ее уникальной: суда - это ограниченные и изолированные системы, автономные в плане снабжения топливом, они имеют ограниченные человеческие возможности и ресурсы, и их действия при встрече с опасностями ограничены. Эти специфические характеристики превратили торговое мореплавание в деятельность с повышенным уровнем риска, где навигационная ошибка или ошибка в обычных портовых операциях может вырасти до увечий или потери жизни, до повреждения имущества и в отдельных случаях к невосполнимому ущербу окружающей среде. Операционные риски и риски, относящиеся к окружающей среде, вызывающие рост дорогостоящих требований и претензий, в наше время, являются серьезным вопросом для судовладельцев, и оценка данных и прочих рисков является необходимым требованием для безопасности торгового судоходства.

Даже если риск, неотъемлемый от судоходной индустрии, не может быть полностью исключен (UK P&I Club, 1999; Peek and Rawson, 2000), он может быть снижен до приемлемого уровня путем использования принципов управления рисками. Тем не менее, прежде чем вводить в действие план по управлению рисками, судовладельцы должны определить, оценить и расставить приоритеты между основными существующими рискам .

Но интересы причастных к мореплаванию сторон противоречивы, а подчас и противоположны. В особенности болезненно противоречие между безопасностью и экономической эффективностью, точнее говоря соображениями неотсроченной выгоды.

История безопасности мореплавания - это история компромисса между интересами судовладельцев, грузовладельцев, моряков и государства; несбалансированность интересов приводит к ущербу для мореплавания как вида человеческой деятельности.

В соответствии с принципом обратной связи негативные проявления мореплавания - аварии, катастрофы, экологические бедствия инициируют активность в обеспечении безопасности мореплавания. Новые мероприятия по безопасности в практическом плане нацелены на усовершенствование почти полного состояния безопасности, а не на сокращение высокой доли ошибок, как это часто представляется в распространенном мнении.

В начале 2007 года Союз морского страхования (The International Union of Marine Insurance - IUMI) опубликовал статистические данные об авариях судов мирового флота с 1980 года по 2008 год (рис.1) [98].

Они указывают на то, что в прошедшую четверть века в судоходной индустрии ясно обозначилась тенденция постепенного уменьшения количества аварийных происшествий с судами вместимостью более 500 брт. Особенно это заметно в отношении полной потери (total losses) торговых судов: если в 1990 году таких случаев было 182, в 2000 г. - 140, то в 2006 году всего 67. Но даже такое количество погибших в море судов показывает, что проблема безопасности

судоходства полностью пока не решена.

Рис.1 График числа полной потери судов от аварий за период 1980-2008года.

Они указывают на то, что в прошедшую четверть века в судоходной индустрии ясно обозначилась тенденция постепенного уменьшения количества аварийных происшествий с судами вместимостью более 500 брт. Особенно это заметно в отношении полной потери (total losses) торговых судов: если в 1990 году таких случаев было 182, в 2000 г. - 140, то в 2006 году всего 67. Хотя, несомненно, и такое количество погибших в море судов показывает, что проблема безопасности судоходства пока не решена, все же есть в этом положительный аспект.

Статистика IUMI свидетельствует, что потери судов мирового флота составили около 0,5% от всего состава в 1990г., 0,3% в 1996 году и 0,1% в 2006г. Можно считать, что в этом отношении за 15 лет безопасность на море повысилась почти в 5 раз! Однако та же статистика показывает, что количество крупных аварий с судами за последний период существенно возросло (228 случаев в 1998г. и 720 в 2011г.). Данные страховщиков дают представление об основных видах аварий судов: около 35% - неисправности судовых механизмов, 25% -посадки на мель, 22% - столкновения, около 13% - пожары и взрывы на борту. Более подробные данные приведены в приложениях [99].

Ниже приведены графики статистики Союза морского страхования (The International Union of Marine Insurance - IUMI) в отношении полных потерь судов (учитываются суда валовой вместимостью более 500 per. тон):

— В ulkers — Tankers — General Cargo = =■ Non-Cargo

-Specialised -Fishing - TOTAL

Рис.2 График статистики полной потери судов по типам судов от аварий

за период 1994-2011 года

Рис.3 График статистики полной потери тоннажа общемирового флота от аварий

за период 1994-2011 года

-¡п% о^евве -т%оГСТ

Рис.4 График величины полной потери судов от аварий за период 1994-2011 года в процентах от количества судов общемирового флота

Рис.5 График распределения основных причин, повлекших полные потери судов в

% от всех потерь за период 1994-2011

Как видно из статистики последних лет, основными причинами, повлекшими к полной потере судов являются:

- погодные условия (23% всех потерь);

- посадка на мель (23% всех потерь);

- пожары и взрывы на борту (18% всех потерь);

- столкновения / встречи (15% всех потерь);

- повреждения корпуса (14% всех потерь);

- неисправности судовых механизмов(7% всех потерь);

При рассмотрении статистических данных следует отметить, что подобные статистки показывают нам лишь окончательные глобальные причины, повлекшие к потере судна. Но эти причины могли явиться также и проявлением других причин, как то столкновения или иных навигационных происшествий.

Проявление событий столкновений с судами, касания грунта, столкновения с искусственными препятствиями может привести к появлению различного рода последствий. Основными последствиями ошибок в управлении судами следует принимать появление пробоин, поступление воды внутрь корпуса судна, что может привести к потере плавучести и возникновению пожара.

В последние годы существенно сократились общие потери судов мирового флота. Если в 60-70-х годах ежегодные потери судов в среднем составляли 349 судов, то в течение десятилетия (1982-1991 гг.) потери мирового флота (суда более 500 р.т.) составляли в среднем 177 судов в год.

Общее же количество аварийных случаев с различной тяжестью последствий тенденции к уменьшению не обнаруживает.

Многолетний анализ аварий судов мирового морского флота вместимостью более 3 тыс.рег.т говорит о том, что преобладают чисто навигационные виды аварийности посадка на мель и столкновение. По этой причине вопросы навигационной безопасности мореплавания являются самыми актуальными [2].

По данным Европейского Агентства Морской Безопасности (European Maritime Safety Agency) за последние годы количество инцидентов в Европейских водах составило:

2007 2008 2009 2010

Затопления / затонувшие 55 61 28 32

Столкновения / контакты 304 308 292 288

Посадка на мель 197 217 177 143

Пожары / возгорания, взрывы 91 89 67 83

Прочее 115 79 62 98

ИТОГО: В __ _1

Рис.6 Количество судов, участвующих в происшествиях по типам происшествий

(2007-2010 годы)

Из приведенной таблицы (рис.6) следует, что тенденции к умен�

Похожие работы

Информатика, вычислительная техника и управление
05.13.00