автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Повышение надежности выработки навигационных параметров за счет объединения информации комплекса "АПИ СРНС - САРП - АИС"

Тульчинский Вадим И]

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ВЫРАБОТКИ НАВИГАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗА СЧЕТ ОБЪЕДИНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ КОМПЛЕКСА "АПИ СРНС - САРП - АИС"

Специальность: 05.22.19 - Эксплуатация водного транспорта, судовождение

АВТОРЕФЕРАТ 5 НОЯ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новороссийск - 2009

003482493

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова»

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор Песков Юрий Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Савельев Виталий Гаврилович

кандидат технических наук, доцент Сенченко Виктор Григорьевич

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций

Защита состоится "24" ноября 2009 г. в 13.00 часов на заседании Диссертационного Совета Д 223.007.01 при ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» по адресу: 353918, г. Новороссийск, пр. Ленина 93.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова» (г. Новороссийск, пр. Ленина 93).

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. За последние годы большинство транспортных судов оборудованы современными электронными средствами навигации и предупреждения столкновений - автоматическими приемоиндикаторами спутниковых радионавигационных систем (АПИ СРНС), средствами автоматической радиолокационной прокладки (САРП), автоматическими идентификационными системами (АИС), которые повысили объем выдаваемой судоводителям цифровой и графической информации, степень контроля за местоположением и движением, как своего судна, так и других судов в окружающем пространстве. Однако судоводители сразу же столкнулись с проблемой оптимального объединения информации, получаемой от различных электронных систем, с учетом их точносгаых характеристик и ограничений (особенно - в процессе маневрирования судов). В заключениях по некоторым аварийным случаям прямо указывалось, что одна из причин аварии - избыточное доверие к единственному электронному средству (например, - к АИС).

В реальной ситуации требуется обеспечивать квалифицированное объединение и анализ данных, получаемых от целого комплекса навигационных датчиков (САРП, АИС, АПИ РНС), с учетом их ограничений, особенностей и характеристик информационных потоков.

Диссертация посвящена исследованию характеристик и разработке методологии совместного использования в судовождении информации от современных технических средств - автоматического приемоиндикатора спутниковой РНС, конвенционной САРП и АИС - с учетом их возможностей и ограничений, особенностей обработки и объединения навигационной информации. Результаты работы нацелены на повышение уровня безопасности и точности судовождения, на снижение негативного влияния "человеческого фактора".

Целью диссертационной работы является исследование характеристик судового бортового комплекса "АПИ СРНС-САРП-АИС" для разработки основных методов и рекомендаций по совместному использованию данных от

систем с разными информационными характеристиками в практике судовождения с целью повышения надежности предупреждения столкновений судов. Для достижения цели работы решаются следующие задачи:

1. Теоретическое исследование комплекса "АПИ - САРП - АИС".

2. Создание математической модели компонентов и комплекса в целом.

3. Сбор и анализ экспериментальных данных для проверки адекватности созданной математической модели системы.

4. Экспериментальное и математическое моделирование ситуаций расхождения судов, используя данные от разных источников информации, и анализ полученных данных.

5. Разработка рекомендаций по использованию комплекса "АПИ -САРП-АИС".

Объект исследования - АПИ СРНС, САРП, АИС.

Предмет исследования - модели и алгоритмы повышения надежности выработки навигационных параметров за счет объединения информации комплекса "АПИ СРНС-САРП-АИС".

Методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертационной работе используются теоретические основы РНС/СРНС, САРП, АИС, основы автоматизации судовождения, теория информации, методы математической статистики и совместной обработки навигационной информации, идентификации, моделирования и расчетов на ЭВМ с применением современных программ и приложений.

Основные научные результаты, выносимые на защиту:

- Математическая модель комплекса систем АПИ СРНС, САРП, АИС.

- Методика совместного использования компонентов комплекса "АПИ

СРНС - САРП - АИС".

- Методика оценки и коррекции поправки компаса.

Научная новизна работы:

- Разработана впервые математическая модель комплекса "АПИ СРНС-САРП - АИС", которая позволяет рассчитывать параметры расхождения судов,

используя данные от трех различных навигационных систем с учетом характеристик и особенностей выдаваемой ими информации.

- Впервые предложена методика совместного использования комплекса "АПИ СРНС - САРП - АИС" для получения параметров расхождения судов и оценки точности их определения. Основным моментом явилось обоснование использования гирокомпасного курса судна при маневрировании для решения задачи расхождения путем передачи данных с помощью АИС и разработка алгоритма перехода к таким расчетам, что позволяет повысить достоверность и оперативность вырабатываемой информации.

- Разработана оригинальная методика оценки и коррекции поправки компаса, заложенная в основу решения задач при совместном использовании компонентов комплекса "ДЛИ СРНС - САРП - АИС".

Достоверность и обоснованность результатов. Достоверность и обоснованность результатов, защищаемых в данной работе, состоит в том, что все теоретические исследования, разработки, практические реализации и внедрения основаны на использовании известных методических принципов современной науки и традиционных экспериментальных средствах теории информации, методов математической статистики, совместной обработки навигационной информации и моделирования.

Практическая ценность. Результаты диссертационной работы имеют практическое применение на морских судах при решении задач навигации с применением современных технических средств, при различных навигационных условиях и режимах плавания. Внедрение предложенного алгоритма в системы управления движения судов также может найти свое практическое применение при определении параметров расхождения маневрирующих судов, а также могут быть использованы при создании перспективных судовых автоматизированных систем.

Внедрение результатов исследования. Основные положения диссертационной работы внедрены в учебный процесс для подготовки инженеров-судоводителей ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова» по курсу "Управление судном", "Навигация и лоция",

"Технические средства судовождения", при курсовом и дипломном проектировании. Программные модули использованы в учебном процессе для наглядной демонстрации работы компонентов комплекса и отработки задач их совместного использования для получения параметров расхождения.

Результаты исследований, по определению динамических характеристик и ограничений комплекса "АПИ-САРП-АИС" внедрены в ОАО "НОВОШИП" для практического использования при решении задач навигации и управления судном. Методы совместного использования данных от разных систем нашли применение в методических указаниях по использованию технических средств судовождения в ОАО "НОВОШИП".

Полученный в диссертационной работе алгоритм перехода к альтернативным источникам информации при расчетах параметров расхождения комплекса «АПИ СРНС - САРП - АИС» использован в научно-исследовательских, опытно-конструкторских разработках по созданию перспективных средств автоматической радиолокационной прокладки в ОАО «Горизонт».

Апробация и публикация результатов работы. Основные результаты работы были доложены и одобрены на седьмой региональной научно-технической конференции «Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовки кадров на юге России». По теме диссертационной работы издано 11 публикаций, из них по перечню ВАК Минобрнауки РФ и подобных 6 наименований. Результаты исследования отражены четырьмя свидетельствами государственной регистрации на программы (№ 2005612111, № 2005612112, № 2005612113, № 2005612114).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из двух томов. Общий объем первого тома диссертации (131 страница) включает содержание (1 страница), перечень принятых сокращений (1 страница), введение (3 страницы), пять глав (116 страниц), заключение (2 страницы), список литературы из 101 наименования (6 страниц). Объем второго тома диссертации (32 страницы) включает 6 Приложений. Оба тома диссертации включают 23 таблицы и 61 иллюстрацию.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во Введении обосновывается актуальность работы, научная новизна, практическая ценность, раскрывается ее цель, приводятся методы исследования. Производится ознакомление с основными результатами, выносимыми на защиту. Приводится информация по внедрению результатов исследования.

В первой главе детализируется постановка задачи и цели диссертационной работы, выделяется сущность проблемы.

Рассмотрены вопросы внедрения АИС, объединившей в себе не только технологии высокоточных ОМС, используя АПИ СРНС и САРП, но и ряд данных от первичных источников информации о движении судна, таких как гирокомпас и лаг. Отмечается появление возможности решать многие навигационные задачи, такие как определение элементов движения целей и параметров расхождения с ними, используя данные, получаемые посредством АИС. Как следствие, возникает необходимость исследования точности и надежности получаемых данных и сопоставления их с другимиданными, полученными от иных источников информации, как, например, САРП. Наравне с этим рассматриваются вопросы проверки совместимости систем с разными информационными характеристиками. Делается вывод, что анализ этих данных поможет выявить и компенсировать слабые места системы.

В работе показано, что правильный выбор и анализ информации, получаемой от различных источников, безусловно, лежит на судоводителях, а анализ этих информационных потоков при выборе решения о динамике судна и выборе маневра является одним из основных факторов в обеспечении безопасности мореплавания.

В соответствии с изложенным, ставятся задачи, выносимые на защиту, как это указано на стр.4 автореферата (пункт «Цель диссертационной работы»).

Рассматриваются основы использования АИС в целях предупреждения столкновений, которые во многом аналогичны принципам использования РЛС и САРП, но в то же время - и существенно отличны от них.

Во второй главе обобщаются теоретические основы исследования комплекса. Схематично комплекс представлен как совокупность аппаратных средств, соединенных между собой для обмена и интеграции необходимой информации на центральном блоке управления (рис. 1).

Рис. 1 Блок-схема комплекса с периферийными устройствами

В работе рассматривается информационная совместимость аппаратуры комплекса, методика обмена данными между отдельными частями системы. Приводятся примеры форматов предложений и основные идентификаторы форматов.

Произведен анализ характеристик и ограничений основных датчиков комплекса - АПИ, САРП, АИС. Особое внимание уделено анализу выходных характеристик датчиков с точки зрения их информативности и значимости при различных условиях плавания. Рассмотрены информационные потоки принимаемых и передаваемых данных комплекса.

Рассмотрены методы ввода вектора скорости своего судна У„ в САРП, в зависимости от типа САРП, состава и особенностей технических средств счисления на судне, задействованных вариантов сопряжения их с САРП, условий

плавания и решаемых задач, т.к. режим ввода У„ играет важную роль в оценке параметров расхождения.

Рассмотрены технические и математические основы использования данных АИС для определения параметров расхождения. Обозначив координаты судна-цели индексом «гр>, координаты нашего судна оставим без индекса. Тогда в момент /, дистанция между судами и пеленг с собственного судна на цель запишется в следующем:

D.'fa-x.y+fy-y,)1 . (1)

ll,=arctgbiZA. (2)

Нахождение d,p = d(i = /,,)= Oram является экстремальной задачей. Необходимым условием экстремума (min или max) является равенство:

D'(f) L„ = o, (3)

причем минимуму дистанции соответствуют условия:

signD'(t<t^)=-l\

signD'(t> +lj (4)

Дифференцируя (1) по t и приравнивая к нулю производную, получим уравнение:

WO, -*«)][*'(0, -*'(')]+LK'), - >>«][>'(0, -у'(')] = 0. (5).

Решив (5) относительно t и произведя анализ на знаки (4), получим значение t = tKp. Подстановкой tv в (1) находится значение Dv.

Поскольку АИС и САРП являются взаимодействующими средствами предупреждения столкновений судов в море, произведен сравнительный анализ АИС и САРП, выделены достоинства, ограничения и недостатки обеих систем. Отмечается, что поскольку в сообщении АИС передается текущий (гироком-пасный) курс судна-цели, то его отображение на экране с признаками направления маневра предоставляет возможность судоводителю своего судна своевременно принять адекватные меры. Маневр судна-цели легко обнаруживается как по изменению гирокомпасного курса, так и путем передачи скорости поворота ROT в сообщении АИС. В табл. 1 представлен обобщенный анализ использования САРП и АИС как средств предупреждения столкновений судов.

Таблица 1

Обобщенный анализ использования САРП и АИС как средств предупреждения _ столкновений судов _

Критерии САРП АИС

Автономность Да Нет Зависит от судна-цели

Зависимость от других датчиков информации Нет. Даже при неработающем лаге и гирокомпасе получим параметры расхождения (ориентация «курс»). Да

Непрерывность получения данных (частота обновления) Непрерывно В зависимости от статуса и скорости судна-цели

Время первоначальной обработки данных До 3-х минут Не требуется, необходимо только выбрать судно-цель.

Влияние формы и размеров объекта на показания Да Нет

Влияние положения цели Да Возможна потеря цели на кормовых курсовых углах Нет

Ограничения по дальности Да В незначительной мере

Влияние внешних факторов Да Нет

Влияние судов находящихся вблизи судна-цели Да Возможен переброс на другое судно-цель или объект Нет

Влияние теневых зон Да Нет

Определение ЭДЦ Влияет выбранный способ вода скорости собственного судна Зависит только от корректности данных на судне-цели

Влияние маневра цели Да Возможен сброс, 3 мин после окончания маневра Влияет только задержка в расчетах COG и SOG. Требуется детальное исследование вопроса.

Определение начала маневра цели Требуется время в приделах 2-3 минут Легко обнаруживается по изменению ГКК.

Информационная модель комплекса представлена как совокупность информационных потоков данных от его составляющих датчиков информации. Вся получаемая информация делится на группы по назначению, целям и важности в данных конкретных обстоятельствах и условиях плавания. В зависимости от комплектации, сопряжения и выбора источников первичной информации комплекса целевая направленность тех или иных данных, получаемых с мониторов системы, может также меняться. Характер движения судна (его динамика) также оказывают серьезное влияние на информативность комплекса в целом. До сих пор нигде не упоминалось о методах ввода курса судна и о методике выбора

курсоуказателя при расчетах параметров расхождения, хотя это может стать важным элементом повышения надежности и быстродействия комплекса.

Третья глава посвящена математическому моделированию выходных параметров комплекса.

Вначале была создана математическая модель параметров движения судна по некоторой траектории с изменениями курса и скорости в процессе движения, вводом случайных погрешностей курса, скорости и получаемых координат (рис.2).

При прямолинейном движении моделируемые курс и скорость судна от-, носительно грунта с учетом действия вектора суммарного сноса определяются по формулам:

^лшед

cos TlOf^+v, COST,

(6)

^aikfod — yiKiiMod

sin+vc sinrcf +(УЛмЛ cosFKK^ +vc cosrcf , (7)

Траектория, построенная по моделируемым координатам ЛПИ СРНС

Моделируемая истинная траектория движения судна

(Оклуч

Линия заданного

путиПУ»д

Рис. 2 Моделирование траекторий движения судна

Для случая маневрирования значение заданного курса в момент маневра определим по формуле:

ПУшш = (Sin(ii ~Т„- 90)Р+1) а/2+17 У ^ (8)

где ft- коэффициент, определяющий продолжительность маневра: 180

(9)

t..

где ¡мш, - период выполнения маневра. В данной модели используется эмпирическая зависимость, определенная следующей функцией:

а* /х + к а*т]+р

где а - угол отворота, ц, к, т|, р - коэффициенты, определяющиеся экспериментально для каждого отдельного случая.

В этой модели используются следующие значения коэффициентов для курса: ц = 5, к = 1, г) = 0,0025, р = 1.

Текущее значение ПУ-шд определим по следующему алгоритму: Если /, < Т0, то ПУш = ПУшд;

Если г, >= Т„ и Ь <=(Т„+1М^, то ПУ1зад - Т0 - 90)0+1) а/2+ПУ Если и > ( Т0-1.чап), то ПУШ = ПУхд+а

Текущее значение определим по следующему алгоритму: Если /, < Т0, то: Утд =

Если /,■ >= Т0 и Г, <=(Т0+1мая1), то: Ушд =(5ш(?,- То-90)р,+1) а/2+Ушд; Если I, >=(ГвИш1) и Ь<^(Тв+1ман1+1ш„2), то: У,]ад=(8т(1ГТо+90)Рг+1)а/2+Ух,ш Если ¡1 > (То+1ма„1+ ¡манд' ТО: Уы = Узад.

Значения коэффициентов для скорости:

И1 = 3, К1 = 1, = 0,0025, р] = 1; ц2 = 2, к2 = 1, т]2 = 0,0025, р2 = 0,35. Обсервованные моделируемые координаты судна по АПИ СРНС найдем из следующих равенств:

М,спус - случайная ошибка ОМС в момент времени /,•; К,С1уч - направление вектора этой ошибки.

Для получения расчетного значения COGj и SOGj применили уравнение локсодромии и аналитического счисления на плоскости:

(П)

где

(12)

Лляи

п '4 .......' 4 .......г ' '

где п - количество точек, между которыми производятся измерения.

Результаты для сравнительного анализа погрешностей вычислений СОСхг, и БОО^ для случаев моделирования при разных коэффициентах осреднения п и к представлены в работе в виде графиков (на рис. 3 представлен пример лишь одного из них), где цифрами показаны типы движения судна при разных пик.

Рис. 3 СКП курса при маневрировании

На основе проведенного анализа сделан вывод, что для уменьшения погрешностей курса и скорости при разных видах движения судна необходимо использовать разные коэффициенты сглаживания и осреднения. Для удовлетворения условий минимума погрешности для случая смешанного движения необходимо использовать нижнюю границу значений коэффициентов при маневрировании и верхнюю при равномерном движении. В этом случае п=20-30 и к= 10 (рис. 4).

Для САРП моделированные значения 0Ыод и РЛП1мод с учетом случайных погрешностей обработки радиолокационной информации АП1 и Ай, примут вид: РЛП^=РЛП1+АП,] 01тд=0,+Щ }'

(15)

рлп, = агсщ

А = д/(рч/ -<Рш} + ((Л,, -Л,/)СОв^,))2 ,

(16)

(17)

Относительные параметры движения цели моделируются формулами:

(18)

1 Щи^^РЩ,^

-О^С05РЛП!мод)2 +

" V з1п - зш РЛП^ У

Кы = агаё

С05 РЛП0+л)мод - соз РЛЯ^

(19)

Формулы для вычисления моделированных значений дистанции и времени кратчайшего сближения получены из геометрических соотношений (рис.5). Окр1=\Ошод*т(Кы-РЛП,мод)[

(20)

Рис. 5 ЭД двух судов при сближении 14

Математическое моделирование ЭДЦ представлено в разделе 3.4 диссертации с проведением статистического анализа результатов моделирования (на рис. 6 приведен один из итоговых графиков в качестве примера).

Рис. 6 СКО АИф при различных видах движения в САРП

Математическое моделирование выходных характеристик АИС выполнено на аналогичных принципах и в подобной последовательности. Моделирование основано на использовании уже имеющихся данных о скорости и курсе нашего судна и судна-цели. В данном случае это курс и скорость относительно грунта, на основе которых рассчитываются относительные параметры движения (на рис. 7 и 8 в качестве примера приведены два итоговых графика погрешностей АВкт).

Рис. 7 СКО ЛОкр, при различных видах движения для АИС.

Из графиков видно, что значение погрешности вычисляемого АИС параметра возрастает при маневрировании судна-цели так же, как и при работе САРП. Это происходит вследствие применения алгоритмов сглаживания и осреднения и, соответственно, запаздывания информации при вычислении элементов движения судов в электронных системах.

Рис. 8 Погрешность ЛП^ при различных видах движения для АИС

Как видно из результатов моделирования, слабым местом для всех систем является именно расчет параметров расхождения при маневрировании.

На основе объединения математических моделей компонентов комплекса была разработана комплексная модель всей системы "АПИ - САРП -АИС", позволяющая проводить более детальный и наглядный анализ точностных характеристик системы в целом. Компьютерная модель системы "АПИ - САРП -АИС" представляет собой программу, рассчитывающую параметры движения и расхождения по каждой из имеющихся трех целей. В программу внедрено графическое отображение положения, векторов скорости от разных источников для нашего судна и судов-целей (рис. 9).

Рис. 9 Внешний вид программы "MODEL" 16

Полученная модель системы отличается достаточной гибкостью, позволяя проигрывать ситуации расхождения с судами не только при различных характерах движения судов, но и при различных условиях плавания и точности СРНС, изменяя коэффициенты случайных величин обработки навигационных параметров, а также величины сглаживания и осреднения.

Четвертая глава посвящена экспериментальной части работы.

Основное внимание при проведении экспериментальной части работы уделялось точности проводимых экспериментов, их достоверности и охвату основных случаев движения и маневрирования судна. Экспериментальные исследования проводились на судах ОАО «НОВОШИП» типа «Суэцмакс» (дедвейтом 150 тыс.тонн) и типа «Афрамакс» (дедвейтом 105-110 тыс.тонн) в период с начала 2004 г. по 2007 год. Общий объем экспериментальных данных - порядка 150 тысяч отсчетов исследуемых параметров.

Основным направлением экспериментальных исследований было сопоставление математической модели движения судна, заложенной для расчетов данных в компьютерных моделях, и реальных данных, снятых с датчиков информации судна в процессе маневрирования. При анализе экспериментальных данных, результаты разделены на две основные группы.

Первая группа - это прямолинейное равномерное движение с постоянной скоростью. Обработка экспериментов показала, что функции распределения данных экспериментов и математического моделирования схожи, что подтверждено статистической оценкой (рис. 10).

Рис. 10 Диаграммы дифференциальной функции распределения экспериментальных и моделированных данных при равномерном движении для COG

На основе критерия согласия после вычислений получили значение функции, равное 0,99 для COG и 0,94 для SOG. Поскольку полученная вероятность соответствия экспериментальных данных (р - 0,99 и 0,94) много больше, чем уровень значимости (а = 0,01 и 0,06) соответственно, то можно утверждать, что нулевая гипотеза не может быть опровергнута и, следовательно, математическая модель адекватна для данного вида движения. Вторая группа -движение судна с отворотом на значительный угол и с падением скорости на повороте. Для оценки экспериментальных и моделированных данных производился статистический анализ с нахождением корреляционной связи между экспериментальными и моделируемыми (табл. 2,3).

Таблица 2

Результаты статистического анализа экспериментальных данных, полученных на танкере «Кузбасс»

Наименование параметра Коэффициент корреляции Критерий Пирсона

ГКК моп — гкк эксл 0,9996872 0,9996872

VjlAr МОП - Vjwr ЭКСП 0,9682862 0,9682862

Широта моя - Широта ЭКСп 0.9998104 0,9998104

Долгота мол - Долгота жп 0,9999983 0,9999983

COG мод - COG эксп 0,9979966 0,9979966

SOG мод - SOG эксп 0,9555110 0,9555110

Таблица 3

Результаты статистического анализа экспериментальных данных, полученных на танкере «Kazan»

Наименование параметра Коэффициент корреляции Критерий Пирсона

Широтамоп - Широтаэксп 0,9999778942 0,9999778942

Долгота^-Долготаэксп 0,9999606487 0,9999606487

COGnion - C0G3Kcn 0,9955180415 0,9955180415

SOGHOA - SOGsitcn 0,8879946226 0,8879946226

Из результатов таблиц 2 и 3 видно, что значения коэффициента корреляции и Критерия Пирсона стремятся к 1. На этом основании можно сделать вывод о том, что все коэффициенты функций в математической модели подобраны точно и она достоверно описывает движение судна при маневрировании.

Следует добавить, что на основе анализа экспериментальных данных был изменен алгоритм моделирования уменьшения и увеличения скорости на повороте.

Пятая глава посвящена разработке рекомендаций по использованию комплекса "АПИ - САРП - АИС" в судовождении.

Для дальнейшего исследования комплекса использовалась созданная и апробированная математическая модель комплекса. Для исключения инерционной составляющей в модели комплекса был введен алгоритм перехода к альтернативным источникам данных, свободных от инерционных характеристик. За основу моделирования алгоритма приняты формулы и методика, представленные в третьем разделе. В качестве альтернативного источника курса судна принят гирокомпасный курс. ^

Пусть КА1гга - курс судна принимаемый к расчетам параметров расхождения по заданному алгоритму. Критерием выбора ввода курса служит скорость поворота судна 1ЮТ,. Тогда значения параметров расхождения примут вид:

Я*

Д sin

arctg

SOG4i sin (КлиЮ¥)- SOGHl sin( KAVT0J SOG4i cos {KAUT0^-SOGui cos {KAUroJ

-П..

Z), cos fare tgi

yj(SOGfl cos{Ki!1TOtll)-SOGu Qas(KAvrojf+(SOG„ ¡т(Кли101,)-300„ sin{Клтм)У

(21)

(22)

(23)

kauto, = COG,,если ROT < ROTm KAUTOi = ГКК„если ROT > ROT3ad}

где ROT-JlK) - заданное значение скорости угла поворота, являющееся критерием при выборе способа ввода курса.

Схематично алгоритм обработки информации комплекса представлен на (рис. 11). В случае обнаружения маневра по заданному критерию (23) происходит проверка данных от гирокомпаса и датчика угла поворота на достоверность. Если проверка на достоверность пройдена успешно, то для расчета параметров расхождения маневрирующего судна используется гирокомпасный курс. В случае недостоверности данных расчет параметров расхождения выполняется по информации АИС. Далее происходит сопоставление параметров расхождения и ЭДЦ, полученных САРП и полученных по данным АИС или АИС и ГКК (этот вопрос рассмотрен в Главе 2.5 диссертационной работы).

Рис. 11 Алгоритм обработки информации комплекса

Для такого варианта обработки информации рассматривались два варианта моделирования ситуации расхождения:

1. Прямолинейное движение одного судна с маневром другого;

2. Маневрирование обоих судов.

По результатам статистического анализа моделирования йкр. и ¡кр получили графики и гистограммы, отражающие зависимость СКП дистанции и времени кратчайшего сближения от вида движения и способа расчета (рис. 12,13).

Рис. 12 Гистограмма, отражающая зависимость СКП дистанции кратчайшего сближения от вида движения и способа расчета

-—Отворотна___г ______________________г„______________

-Отворот на 30^1,6уза Маневрирование обоих судов ДОкрАИС

-Отворот на ЗОфМ.бузл, Маневрирование обоих судов ДОкрАЦТО

-Отворот на 60гр/3,2узл, Маневрирование обоих судоа ДОфСАРП

-Отворот на 60гр/3,2узл, Маневрирование обоих судов ЛЗшАИС

-Отворот на 60гр^3,2узл, Маневрирование обоих судов ДОфАЦТО

Отворот на 90гр/4.8узп, Маневрирование обоих судов ДОкрСАРП — Отворот на 90грЧ8узл, Маневрирование обоих судов ДОкр*АИС -Отворот на 90гр/4,8узл. Маневрирование обоих судов ДОкр(А1ЯО

Рис. 13 Графики изменения погрешности дистанции кратчайшего сближения при маневрировании обоих судов и различных способах расчета

По результатам экспериментального моделирования сделаны следующие выводы:

1. Как видно из графиков и гистограмм, наибольшие значения погрешностей Пкр. и 1кр соответствуют расчету параметров расхождения по САРП.

2. Разница между СКП ДДсрАИС и АВкрЛит0 возрастает с увеличением угла отворота как при маневрировании одного судна, так и при маневрировании обоих судов.

3. Разница между СКП Д/^, ¿¡¡с и At^ лито незначительна, а сами значения СКП увеличиваются при маневре обоих судов для всех случаев расчета и при увеличении угла отворота.

4. Математическое ожидание определяет систематическую погрешность вычислений. Как и СКП, систематическая погрешность уменьшается при использовании алгоритма для АД,, и не имеет значительной разницы для AíKp.

5. Абсолютные значения погрешностей имеют систематический характер, что обусловлено влиянием задержки в вычислениях.

Алгоритм обработки входных навигационных данных для получения параметров расхождения приобретает действенность и эффективен при маневрировании как одного, так и обоих судов. Изменяя значение ROT^ для режима AUTO, можно менять чувствительность алгоритма в зависимости от состояния моря. Так, на тихой воде он может иметь значение в приделах 3-5 гр/мин. При сильном волнении моря, а значит при высокой рыскливости судна, его значение не должно быть меньше средней скорости поворота при рыскании. Во всех случаях алгоритм не ухудшает точностных характеристик параметров расхождения даже при самых неблагоприятных условиях.

. Разработана так же методика использования комплекса для определения поправки компаса и мониторинга работоспособности курсоуказателя на основе сравнения, анализа и вычисления разности между радиолокационным пеленгом на цель и пеленгом, полученным на основе данных АИС. Для судоводителя это обеспечивает:

1. постоянный мониторинг для выявления дрейфа, внезапных, грубых ошибок курсоуказателя, выхода последнего из строя или каких-либо системных ошибок передачи данных;

2. целевое определение поправки курсоуказателя при видимой разности пеленгов.

В первом случае речь идет о потенциально опасной ситуации, когда запоздалое обнаружение неисправности или выхода гирокомпаса из меридиана может сыграть роковую роль для безопасности как нашего судна, так и судов поблизости. Предлагаемый метод дает мгновенное представление о рассогласовании истинного курса со значением на курсоуказателе. В случая обнаружения рассогласования необходимо определить поправ^ компаса, ввести компас в меридиан, либо перейти на резервный источник данных о курсе судна, каким является магнитный компас. Выполненный анализ показывает, что погрешность определения поправки компаса не превысит 1,2-1,5 градуса.

В Заключении констатируется, что в результате проведенных исследований достигнута основная цель работы - произведен анализ характеристик судового бортового комплекса "АПИ СРНС-САРП-АИС" с точки зрения безопасности мореплавания и разработаны основные методы и рекомендации по совместному использованию данных от систем с разными информационными характеристиками.

Достигнута и практическая цель работы: разработанная реальная компьютерная модель комплекса представляет эффективный инструмент определения вариантов совместного использования данных от разных систем.

Главные теоретические и практические результаты, полученные в работе, можно сформулировать следующим образом:

1. Произведено теоретическое исследование и анализ характеристик и ограничений составляющих комплекса.

2. Разработаны математические модели компонентов системы.

3. На основе компьютерного моделирования созданы компьютерные модули частей и комплекса в целом.

4. Доказана состоятельность и адекватность разработанной математической модели движения судна и выходных рассчитываемых данных комплекса на основе статистического анализа экспериментальных данных, полученных в реальных условиях на крупнотоннажных судах.

5. На основе компьютерного моделирования совместного использования выходных данных систем с разными характеристиками разработаны рекомендации по использованию комплекса "АПИ - САРП - АИС" в судовождении.

Исследования, проведенные в работе, доказали, что совместное использование выходных параметров комплекса по определенным алгоритмам может значительно повысить надежность, точность и быстроту определения параметров расхождения судов при маневрировании.

Включение этого метода в алгоритмы расчета параметров расхождения в современных СПС позволит без существенных дополнительных затрат уменьшить погрешность таких расчетов.

щ

Список публикаций по теме диссертации

Публикации в научных журналах и изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ:

1. Тулъчинский В.И. Внедрение и использование АИС в системе мирового судоходства с точки зрения безопасности мореплавания //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки,- 2004. Ч. 1 - С. 41.

2. Тулъчинский В.И. Программа "ARPA" для ЭВМ, Свидетельство №2005612111 //1ШОБПБТ №4(53) 2005.

3. Тульчинский В.И. Программа "AIS" для ЭВМ, Свидетельство №2005612112 // ТШОБПБТ №4(53) 2005.

4. Тулъчинский В.И. Программа "MODEL" для ЭВМ, Свидетельство №2005612113 //1ШОБПБТ №4(53) 2005.

5. Тульчинский В.И. Программа "GPS" для ЭВМ, Свидетельство №2005612114 // RU ОБПБТ №4(53) 2005.

6. Тулъчинский В.И. Рекомендации по совместному использованию данных судового бортового комплекса "АПИ СРНС-САРП-АИС" для повышения безопасности мореплавания //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. Вып.№4. Новочеркасск, 2009 - С.60-67.

Доклады и публикации в печатных изданиях:

7. Тульчинский В.И. Анализ использования АИС в составе СУДС с точки зрения безопасности мореплавания /Сборник научных трудов НГМА. Выпуск 8. -Новороссийск: НГМА, 2003. - С.49-51.

8. Тульчинский В.И. Анализ комплекса «АПИ СРНС - АИС - САРП» с точки зрения безопасности мореплавания. НГМА. Деп. в Фирме «Мортехинформ-реклама». № МФ1322. - Новороссийск, 2003. - 54 с.

9. Тулъчинский В.И. Использование комплекса САРП - АИС для определения и коррекции поправки компаса// Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовки кадров на юге России: Мат. конф. В 2 ч./ седьмая научно-техническая конференция, 29-30 сентября 2008 г.; Часть 1. - Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2008. - С.37-39.

10. Тульчинский В.И. Комплексная модель системы "АПИ - САРП - АИС" с внедрением алгоритма использования альтернативных источников информации // Сб. научных трудов МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова. Выпуск 13. - Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2009. - 12 с.

11. Тулъчинский В.И. Проблемы использования автоматизированных информационных систем в судовождении. - Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2009. - 72 с.

Формат 60x84 1/16. Тираж 100. Заказ 1698. Отпечатано в редакционно-издательском отделе ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова» 353918, г. Новороссийск, пр. Ленина, 93

Перечень принятых сокращений

Введение.

1. Постановка задачи и цель диссертационной работы.

1.1 Сущность проблемы

1.2 Обзор существующих аналогов

1.3 Постановка задачи

1.4 Цель диссертационной работы

2. Теоретическое исследование комплекса "АПИ - САРП - АИС".

2.1 Общая характеристика комплекса "АПИ-САРП-АИС".

2.2 Анализ характеристик и ограничений АПИ.

2.3 Анализ характеристик и ограничений САРП.

2.4 Анализ характеристик и ограничений АИС.

2.5 Информационная модель комплекса.

3. Математическое моделирование выходных параметров комплекса.

3.1 Постановка задачи, методология.

3.2 Математическое моделирование параметров движения судна.

3.3 Математическое моделирование выходных параметров АПИ.

3.4 Математическое моделирование выходных параметров САРП.

3.5 Математическое моделирование выходных параметров АИС.

3.6 Разработка комплексной модели системы "АПИ — САРП -АИС".

4. Экспериментальное исследование комплекса "АПИ-САРП-АИС".

4.1 Методика организации экспериментов и применяемые технические средства.

4.2 Методика определения адекватности математической модели движения судна.

5. Разработка рекомендаций по использованию комплекса "АПИ — САРП — АИС" в судовождении.

5.1 Моделирование алгоритма перехода к альтернативным источникам данных комплекса.

5.2 Компьютерное моделирование.

5.3 Рекомендации по использованию комплекса "АПИ — САРП — АИС" в судовождении.

Актуальность темы

За последние годы большинство транспортных судов оборудованы современными электронными средствами навигации и предупреждения столкновений - автоматическими приемоиндикаторами спутниковых радионавигационных систем (АПИ СРНС), средствами автоматической радиолокационной прокладки (САРП), автоматическими идентификационными системами (АИС), которые повысили объем выдаваемой судоводителям цифровой и графической информации, степень контроля за местоположением и движением как своего судна, так и других судов в окружающем пространстве. Однако судоводители сразу же столкнулись с проблемой оптимального объединения информации, получаемой от различных электронных систем, с учетом их точностных характеристик и ограничений (особенно - в процессе маневрирования судов). В заключениях по некоторым аварийным случаям прямо указывалось, что одна из причин аварии — избыточное доверие к единственному электронному средству (например, - к АИС).

Вфеальной ситуации требуется обеспечивать квалифицированное объединение и анализ данных, получаемых от целого комплекса навигационных датчиков (САРП, АИС, АПИ РНС), с учетом их ограничений, особенностей и характеристик информационных потоков.

Диссертация посвящена исследованию»характеристики разработке методологии совместного использования в судовождении информации от современных технических средств - АПИ СРНС, конвенционной САРП и АИС - с учетом их возможностей и ограничений, особенностей обработки и объединения навигационной информации. Результаты работы нацелены на повышение уровня безопасности и точности судовождения, на снижение негативного влияния "человеческого фактора".

Методы исследования

Для решения поставленных задач в диссертационной работе используются теоретические основы РНС/СРНС, САРП, АИС, теория информации, методы математической статистики, идентификации, моделирования и расчетов на ЭВМ с применением современных программ и приложений, основы автоматизации судовождения и совместной обработки навигационной информации.

Основные результаты, выносимые на защиту

1. Исследование характеристик и ограничений АПИ, САРП и АИС.

2. Математическое моделирование выходных динамических характеристик АПИ, САРП и АИС.

3. Разработка комплексной модели системы "АПИ-САРП-АИС".

4. Экспериментальное исследование комплекса "АПИ-САРП-АИС".

5. Разработка рекомендаций по использованию комплекса "АПИ-САРП-АИС" в судовождении.

Основные научные результаты, выносимые на защиту:

Математическая модель комплекса систем АПИ СРНС, САРП, АИС;

Методика совместного использования компонентов комплекса "АПИ СРНС - САРП - АИС";

- Методика оценки и коррекции поправки компаса.

Научная новизна работы:

- Впервые разработана математическая модель комплекса "АПИ СРНС-САРП - АИС", которая позволяет рассчитывать параметры расхождения судов, используя данные от трех различных навигационных систем с учетом характеристик и особенностей выдаваемой ими информации;

- Впервые предложена методика совместного использования комплекса "АЛИ СРНС - САРП - АИС" для получения параметров расхождения судов и оценки точности их определения. Основным моментом явилось обоснование использования гирокомпасного курса судна при маневрировании для решения задачи расхождения путем передачи данных с помощью АИС и разработка алгоритма перехода к таким расчетам, что позволяет повысить достоверность и оперативность вырабатываемой информации;

Разработана оригинальная методика оценки и коррекции поправки компаса, заложенная в основу решения задач при совместном использовании компонентов комплекса "АПИ СРНС - САРП - АИС".

Практическая ценность

Результаты диссертационной работы имеют практическое применение на морских судах при решении задач навигации с применением современных технических средств, при различных навигационных условиях и режимах плавания. Внедрение предложенного алгоритма в системы управления движения судов также может найти свое практическое применение при определении параметров расхождения маневрирующих судов.

Внедрение результатов исследования

Основные положения диссертационной работы внедрены в учебный процесс для подготовки инженеров-судоводителей ФГОУ ВПО МГА имени адмирала Ф.Ф.Ушакова по курсу "Управление судном", "Навигация и лоция", "Технические средства судовождения", при курсовом и дипломном проектировании. Программные модули использованы в учебном процессе для наглядной демонстрации работы компонентов комплекса и отработки задач их совместного использования для получения параметров расхождения.

Результаты исследований по определению характеристик и ограничений комплекса "АПИ-САРП-АИС" внедрены в ОАО "НОВОШИП" для практического использования при решении задач навигации и управления судном. Методы совместного использования данных от разных систем нашли применение в методических указаниях по использованию технических средств судовождения в ОАО "НОВОШИП".

Полученный в диссертационной работе алгоритм перехода к альтернативным источникам информации при расчетах параметров расхождения комплекса «АПИ СРНС - САРП — АИС» использован в научно-исследовательских, опытно-конструкторских разработках по созданию перспективных средств автоматической радиолокационной прокладки в ОАО «Горизонт».

Публикации результатов работы.

По теме диссертационной работы опубликовано семь научных статей из них определенных ВАК Минобрнауки РФ в двух печатных изданиях. Результаты исследования отражены четырьмя свидетельствами на программы.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из двух томов. Общий объем первого тома диссертации (131 страница) включает содержание (1 страница), перечень принятых сокращений (1 страница), введение (3 страницы), пять глав (116 страниц), заключение (2 страницы), список литературы из 101 наименования (6 страниц). Объем второго тома диссертации (32 страницы) включает 6 Приложений. Оба тома диссертации включают 23 таблицы и 61 иллюстрацию.

Выводы по главе.

При анализе данных, полученных при экспериментальных исследованиях движения судов разного водоизмещения, результаты разделены на две основных группы. Первая - прямолинейное равномерное движение с постоянной скоростью. Обработка данных показала, что функции распределения данных схожи, что подтверждено статистической оценкой.

Вторая группа - движение судна с отворотом на значительный угол и с падением скорости на повороте. В данном случае использовалось сравнение рядов экспериментальных и моделированных данных, построенных на основе эксперимента. Критерии сравнения, используемые для анализа, показали высокую вероятность сходимости рядов. На этом основании делаем вывод об адекватности созданной математической модели движения судна с заданным углом отворота и падением скорости на отвороте.

Дальнейшее исследование комплекса проводились, используя полученную математическую модель. Коэффициенты модели оставлены соответствующими движению крупнотоннажного судна дедвейтом 100-115 т.тон.

5. Разработка рекомендаций по использованию комплекса "АПИ - САРП — АИС" в судовождении.

Для исследования комплекса используем созданную математическую модель. Рассматривая комплекс с точки зрения безопасности мореплавания, остановимся на таких критериях безопасного расхождения двух судов, как дистанция и время кратчайшего сближения. Созданная модель позволяет воспроизвести движение судов разного характера. При расхождении судов нас интересует точность этих навигационных параметров. В модели предусмотрен расчет этих данных на основе разных источников информации о курсе и скорости нашего судна и судна-цели. Модель позволяет рассчитать отклонение моделированных данных от эталонных, соответствующих движению судна без действия случайных погрешностей, внешних возмущений и инерционных составляющих расчетов (вследствие осреднения и сглаживания). Следует отметить, что инерционные составляющие имеют большую долю в составляющей конечной погрешности. Для исключения инерционной составляющей в модели комплекса был введен алгоритм перехода к альтернативным источникам данных, свободных от инерционных характеристик. Таким источником был выбран курс от гирокомпаса. Ниже рассмотрим зависимость величины отклонения параметров расхождения от эталонных при различных вариантах ввода данных и алгоритмах расчета этих навигационных параметров.

5.1 Моделирование алгоритма перехода к альтернативным источникам данных комплекса.

За основу моделирования примем формулы и методику, представленную в Главе 3.5.3. Альтернативным источником курса судна примем гирокомпасный курс. Его значение для нашего судна получим от гирокомпаса, а для судна-цели по средствам передачи данных от АИС. Пусть KAUToi - курс судна принимаемый к расчетам параметров расхождения по заданному алгоритму. Критерием выбора служит скорость поворота судна ROTt, получаемая так же, как и гирокомпасный курс непосредственно от гирокомпаса и АИС, либо рассчитываемая по изменению имеющегося гирокомпасного курса. Тогда значения параметров расхождения примут вид:

Kpi г

D. sin arc tg Л sin( KAUTOl.) - SOGHi sin (KAUT0J SOGlfi cos(KAUTOl!l)-SOGHi cos(KAUTOJ J

D, cos V f / arctg

Я. pl

SOG,,, sin(KAUTOiii)-SQG„, sin(K

AUTOHI )

SOG,,, cos(КЛ[1ТОч,) - SOGm соs(KAUTOhi ) л Я, У

5.1.1)

5.1.2)

5.1.3)

J(SOG,„ cos(KAUTO,„)-SOGHi cos(KAUTOJ)2 + (SOG„, sin(KAUTOll,) - SOG,,, sin(KAUT0J)2 kauto, = COG,, если ROT < ROT3ad 1 KAUTOl = ГКК„если ROT > ROT3ad J ' где ROT3ad — заданное значение скорости угла поворота, являющееся критерием при выборе способа ввода курса.

Для точного анализа функций необходимо произвести исследование полной формулы по входящим в нее переменным. Полный дифференциал запишется в виде:

-DkpXKAl/TOJ*dKAUTOm +—-Dyp,{KAlrr(hnr кр1 р-тт AUTOhi' AUTOHI r

АШОп A UTOii

5.1.4) где частные дифференциалы определятся как (5.1.5) и (5.5.6): дк

D.JKAma,„) = A COS f SOG sin(KA[/mill) - SOG„, sin(KAurOHI) 4 Л autOh arctg

KSOG4l cos(KA!m)w) - SOG,,, cos(KA[/roJ

-П.

-SOG,,, соs(KAU7VJ

SOG„ sin(KAUmJ-SOG,„ sin(KAU70J

SOGnt cos(KAUmii,)-SOGm соs(KAUroJ cos<jKAUTOv)-SQGHI cos{KAUmJj | (SOG4, sin(Km,) - SOGHI sin(KAUJVh, )f (SOG„, cos(KAUTa<l) - SOGHl cos(KAUTOn ))'

5.1.5)

- * SOGHl sm(KAuro ) dK Dt cos лигаi arctg

Г SOG,,, sin(KA[mhi,)-SOGHI sin(КАигш) N N ySOG„, cos(KAU70ll,)-SOGHi cos(KAl/roJ

-n,

SOG, cos(KAUTOll,)

SOG, sin(KA[/ro,„)-SOGHl sin(KAUIOm)

SOG,,, cos(KAumil)-SOGHl cos(KAuroJ (SQGW cos{КАШОч1)~ SOGm со$(КА!ЛШ)) t | [SOG,,, sin(KAUTOlll) -SOGm sin(KAUT0M ))2 (SOG„, cos(KAumill)-SOGH, cos(KAum,u)f

5.1.6)

Hi \ AUTOhi / * QrM- „'„tV \

-77 S0Gm ™{KAirro,n )

Жф — 1крАК-Аиго„,)* dKAirr0lll+ tKpl ( КA т0щ ) * dKA ШОц) ■>

-А1ГГОн АЦГОц где частные дифференциалы определятся как (5.1.8) и (5.1.9): иг л » ■■•■Г.( SOG^siniK^-SOG^siniK^j) V sin arctg - —П. *

Р SOG„,cos(A („TOJ-SOG,cos(A„™J С/и ( ^ mo,) * uro^j ■■

8K,

5.1.7)

SOGHt sin(A,r/7№,) - SOG„ sin(A

AUTOm)

SOG4l cos(KAUTOlll)-SOGnl cos(A',„,TO„f)

SOG,, cos(A„TOJSOG„ sin( A, 6TO J-SOG^, sin(A,„,70J „

77"-;— -77; г—;-гт ,3ULrKi ьш<-Лл

SOGvl cos(KJUT04l)-SOG, cos(KAlmM) (sOGv cos(A16TOl,,)-.VOG„, cos(A1(/70„,))

1+ cos (Kiun)4i) x/(S0G„ sin( A ) - SOG„, sin( A,OTO„,))' + (sOG4, cas(KMmv) - SOG, cos(KAW„jf D cos 2 arc tg tUTOnl) y SOG4l cos(A.16TO„ ) - SOG„ cos(A

-Я,

J((S0Gv sin(KAumJ-SOG„ sm(KILmj)2 +(SOG4, cos{KAunv)-SOG^ cos(KAmoj)l]j (2 SOG„ sin( A^, )(S0G„ cos(A,(TO„) - SOG, cos(A,LTO„,)) - 2SOGH, cos (KAmoj{SOG, sin (A^,) - SOG„ sin(Ail(;TOj))

5.1.8) за:, si" arc tg

SOG„; sin(A.ILTO4,)-SOG„, sin(A,(mJ

•/ /

VSOG4) cos(A,„TO„)-SOGM. cos(A SOG„cos(/rionw) SOG4l sin(KA!m)J-SOGm sin(A,,fcTOJ

SOG^os(KALTU4l) - SOGB( cosCA^^,.) ^yOG^, cos(KAW„4,)-SOG„,cos( AJ(/TOj)

SOG„sin(A,„0„) sin(ATlt/ro4/> (S0G„ cos(A„,TO,f )-50Gw cos(KAL40j) yj(SOG4, sin(KAhTOl/l) - SOG, sin(KAfmj)2 +(SOG4! cos(Kalt^) - SOG:i: cos(A„,tow))2

-/J cos arc tg

SOG„, sin(A„jTO4,)-SOGm sin(A1L70Bl) SOG„ cos(KAlfr0ql)-SOGul cos(KAVTOul)

-n,

J((S0G„ s\n(K„n04,)-SOGui sm{KAVTtJf +(SGG„ cos(KAura<l)-SOGu, cos{KAumj)*") *{-2SOG4, sm{KAUI0j{sOGt Cos(Klur04l)-SOG„ cos(^OTO„,))-250GI(, sin(*'ylimv)-SOGM sin^.,„«,,)))

5.1.9)

Численные значения зависят от переменных, входящих в состав формулы, которые определяют характер движения судов и их взаимное расположение.

Схематично алгоритм обработки информации комплекса можно представить в следующем виде рис. (5.1). Поясним схему алгоритма. Пусть судно-цель сопровождается по данным АИС и САРП. В случае обнаружения маневра по заданному критерию (5.1.3) происходит проверка данных от гирокомпаса и датчика угла поворота на достоверность. Причиной недостоверности данных может быть:

- рассогласование гирокомпасного курса при передаче от гирокомпаса к

АИС;

- большой угол суммарного сноса;

- отсутствие или прерывание сигнала от датчика угла поворота;

- увеличение дискретности передачи данных АИС до заданного уровня.

Если проверка на достоверность пройдена успешно, то для расчета параметров расхождения маневрирующего судна используется гирокомпасный курс. Следует отметить, что современные суда оснащаются системой передачи данных от магнитного компаса ко всем потребителям гирокомпасного курса (авторулевой, РЛС/САРП, спутниковые станции и т.д.). Это значение компасного курса уже исправлено поправками за девиацию и магнитное склонение, что позволяет использовать курс от магнитного компаса наравне с гирокомпас-ным в случае выхода из строя гирокомпаса.

В случае недостоверности данных расчет параметров расхождения выполняется, как и при равномерном движении, по информации АИС.

Далее происходит сопоставление параметров расхождения и ЭДЦ, полученных САРП и полученных по данным АИС или данным АИС и ГКК. Этот вопрос рассмотрен в Главе 2.5. В случае совпадения всех критериев происходит отображение в графическом и цифровом виде данных только по АИС цели.

Величина суммарного сноса, как для нашего судна, так и для судна-цели, может оказать влияние на проверку достоверности данных. Это связано прежде всего с ракурсом расположения судов к вектору сноса, причем в процессе маневрирования этот ракурс может меняться в значительной мере.

В следующем параграфе проведем исследование точностных характеристик комплекса при использовании предложенного алгоритма. Исследования проведем на созданной модели комплекса.

Рис. 5.1 Алгоритм обработки информации комплекса.

5.2 Компьютерное моделирование.

Рассмотрим два варианта компьютерного моделирования ситуации расхождения:

1. Прямолинейное движение одного судна с маневром другого;

2. Маневрирование обоих судов.

Пусть имеется множество данных, полученных моделированием дистанций и времени кратчайшего сближения. Для нашего судна и судна-цели соответственно каждое г-е значение обозначим как:

DKp True i и 1кр гше i— эталонные значения;

DKp сарп i и tKp сарп ~ значения для САРП;

DKpAMCi и tKp аис i значения для АИС;

DKp auto i и tKp auto i~ значения для комплекса с использованием ввода ГКК как альтернативы.

Тогда ошибки для каждого из случаев примут вид:

АДф САРП i = Аср True i ~ DKp САРП i ADKpAMCi = DKp True i ~ DxpAHCi ; ADKp Л иго i — DKp True i ~ DKp a UTO i >

A tKp САРП i ~ tKp True i ~ tKp САРП i >' (5.2.1)

A?Kp АИС i ^кр True i ~ tкр АИС i у A?Kp A UTO i ~ tKp True i ~ tKp A UTO i ■

В табл. 5.2.1 приведены начальные данные для моделирования.

Заключение

В результате проведенных исследований достигнута основная цель работы — произведен анализ характеристик судового бортового комплекса "АПИ СРНС-САРП-АИС" с точки зрения безопасности мореплавания и разработаны основные методы и рекомендации по совместному использованию данных от систем с разными информационными характеристиками.

Достигнута и практическая цель работы: разработанная реальная компьютерная модель комплекса представляет средство по определению вариантов совместного использования данных от разных систем.

В ходе выполнения работы, в результате теоретических и экспериментальных исследований решены следующие задачи:

1. Произведено теоретическое исследование и анализ характеристик и ограничений составляющих комплекса.

2. Разработаны математические модели компонентов системы.

3. На основе компьютерного моделирования созданы компьютерные модули частей и комплекса в целом.

4. Доказана состоятельность и адекватность разработанной математической модели движения судна и выходных рассчитываемых данных комплекса на основе статистического анализа экспериментальных данных, полученных в реальных условиях на крупнотоннажных судах.

5. На основе компьютерного моделирования совместного использования выходных данных систем с разными характеристиками разработаны рекомендации по использованию комплекса "АПИ - САРП - АИС" в судовождении.

Исследования, проведенные в работе, доказали, что совместное использование выходных параметров комплекса по определенным алгоритмам может значительно повысить точность определения параметров расхождения судов при маневрировании.

Включение этого метода в алгоритмы расчета параметров расхождения в современных СПС позволит без существенных дополнительных затрат уменьшить погрешность таких расчетов. Однако следует отметить, что ограничения, накладываемые АИС, на данном этапе внедрения ее в систему международного судоходства и правовые аспекты этого вопроса составляют слабое звено в вопросах безопасности мореплавания с точки зрения автономности и достоверности передачи данных, используемых при расчетах.

1. Айзинов С.Д. Белавинский А.Ю. Солодовниченко М.Б. Комплексная оценка надежности судовых радиоэлектронных средств. Эксплуатация морского транспорта. Выпуск 44. - СПб.: Наука, 2005. - с. 242.

2. Андреев Л.И., Курысь В.А., Белов С.В. Опыт эксплуатации средств автоматической радиолокационной прокладки "RACAL-DECCA" на т/х «Ильич». М: Судовождение, связь и безопасность мореплавания. «Морте-хинформреклама», 1985, Вып 8(183). с 1-14.

3. Белый О. В., Сазонов А. Е. Информационные системы технических средств. СПб.: Элмор, 2001.

4. Болдырев B.C. Методы математической статистики в гидрографии и кораблевождении. Л.: ВМОЛУА, 1974. - 208 с.

5. Вагущенко Л.Л. Интегрированные системы ходового мостика. — Одесса: Латстар, 2003. 170 с.

6. Вагущенко Л.Л. Судовые навигационно-информационные системы. Оде-са: Феникс, 2004. - 302 с.

7. Вагущенко Л.Л., Вагущенко А.Л. Бортовые автоматизированные системы контроля мореходности Одеса: Феникс, 2005. - 274 с.

8. Ван дер Варден Б.А. Математическая статистика. М.: ИЛ 1960.

9. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. - 576 с.

10. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. Учеб. пособие для втузов. — 2-е изд. стер. М.: Высш. шк., 2000. - 480 с.

11. Виленкин С .Я. Статистическая обработка результатов исследования случайных функций. М.: Энергия, 1979. - 320 с.

12. Виноградова И.А., Олехник С.Н., Садовничий В.А. Задачи и упражнения по математическому анализу. Учебное пособие для университетов, пед. вузов. В 2-х кн. М.: Высшая школа. 2000.

13. Владимиров В.В. Алгоритм кватернионного преобразования и его вычислительные возможности. /Многопроцессорные вычислительные структуры. Вып. 9. Таганрог: ТРТИ, 1987.

14. Владимиров В. В. Расчет текущих параметров движения судна по траек-торным данным СНС: Учебное пособие. Новороссийск: НГМА, 2002.

15. Владимиров В.В. Звягинцев Н. С. Решение задач автопрокладки по данным СНС аппаратом линейной алгебры./Сборник научных трудов НГМА. Выпуск 8. Новороссийск: НГМА, 2003.

16. Владимиров В.В. Звягинцев Н. С. Решение задач автосопровождения по спутниковым обсервациям./Сборник научных трудов НГМА. Выпуск З. Новороссийск: НГМА, 2003.17