автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Расширение возможностей информационного обеспечения швартовки с использованием системы лазерного контроля

ОЫ460206? На правах РУК0ПИСИ

Росторгуева Наталья Юрьевна

РАСШИРЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ШВАРТОВКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИСТЕМЫ ЛАЗЕРНОГО КОНТРОЛЯ

(на примере нефтегаваии «Шесхарис» порта Новороссийск)

Специальность: 05.22.19 - Эксплуатация водного транспорта, судовождение

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 3-МАй 2010

Новороссийск - 2010

004602067

Работа выполнена в ФГОУ ВПО "МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова"

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Демьянов В.В.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук, профессор

Савельев В.Г.

Студеникин А.И.

Ведущая организация: ФГУ «Администрация морского порта

Новороссийск»

Зашита состоится «21» мая 2010 г. на заседании диссертационного совета Д 223.007.01 при ФГОУ ВПО "МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" в аудитории Б-1 по адресу: 353918. г. Новороссийск, пр. Ленина, 93.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО "МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" (г. Новороссийск, пр. Ленина, 93).

Автореферат разослан и/Р» апреля 2010 года.

Отзывы на автореферат присылать в двух экземплярах, заверенных печатью организации, и адресовать учёному секретарю диссертационного совета

Учёный секретарь диссертаци доктор технических наук, доц

ХекертЕ.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Процесс швартовных операций судов - один из самых опасных процессов в их плавании. В последние десятилетия прогресс в безопасности швартовки судов достигался дополнением традиционных способов подготовки высококвалифицированных морских специалистов швартовных операций новыми техническими средствами, например, лазерными системами контроля швартовки крупнотоннажных судов. На причалах нефтетерминала «Шесхарис» уже накоплен определённый опыт работы таких систем. Статистика свидетельствует, что использование лазерной системы швартовки не исключает полностью опасных ситуаций. Анализ причин этого показывает, что основной резерв совершенствования данной технологии связан с дальнейшим углублением интеллектуально-информационного взаимодействия операторов швартовных операций с предупреждающими средствами лазерной системы. Необходимость повышения безопасности определяется все большим увеличением сложности современных танкеров. Эта актуальная проблема на современном этапе решается внедрением таких технических систем, которые вырабатывают рекомендации в ситуациях с нечетко выраженными параметрам!, предоставляя 1« судоводителю. Перспективы применения таких систем открывают на морском транспорте, где в структуре мер обеспечения безопасности человеческий элемент играет существенную роль, новые информационные возможности для совершенствования процессов судовождения.

Объект исследования - лазерная система контроля швартовки.

Предмет исследования - расширение информационных возможностей лазерной системы контроля швартовки.

Цель исследования - формирование рекомендаций судоводителю (лоцману) интеллектуальной поддержки его решений при швартовке танкеров с помощью индикатора.

Для достижения поставленной цели:

- изучены характерные циклы замедления-ускорения оконечностей танкера относительно причала при швартовке;

- обработаны тысячи данных пространственно-скоростных параметров швартовки танкеров нефтегавани «Шесхарис», формируемых специализированной программой «ООСКМЛ5ТЕ1Ъ>;

- разработана математическая модель прогноза завершения циклов регулирования скорости сближения судна с причалом;

- предложена методика формирования базы значений времён циклов регулирования скорости сближения судна с причалом, используемая при оценке безопасности принимаемых при швартовке решений;

- разработана методика определения резервного времени и прогнозной дистанции при швартовке;

- предложена система, расширяющая поддержку судоводителя в принятии решения в ситуациях с нечетко выраженными параметрами.

Научная новизна защищаемых соискателем положений характеризуется следующими результатами:

- разработан алгоритм формирования базы значений времён циклов регулирования скорости сближения танкера с причалом;

- разработана математическая модель прогноза завершения циклов регулирования скорости сближения судна с причалом;

- разработана методика определения резервного времени и прогнозной дистанции при швартовке;

- предложена система, расширяющая поддержку судоводителя в принятии решения в ситуациях с нечетко выраженными параметрами.

Научная достоверность и обоснованность результатов. Научная достоверность и обоснованность результатов, защищаемых в настоящей работе, состоит в том, что все теоретические исследования и практические реализации основаны на использовании известных методических принципов современной науки (теорем, законов, методов): системного анализа, теории вероятностей, теории графов, теории математической статистики, численных методов, методов инженерной психологии.

Практическая значимость полученных результатов состоит в том, что на основе прогнозов математической модели, учитывающей среднестатистический опыт действия возникающих возмущений при сближении судна с причалом, расширен спектр оценок реализуемости или нереализуемости принимаемых судоводителем маневренных решений. Эти оценки выводятся на мониторы руководителей швартовки и рекомендованы к внедрению в практику ФГУ «АДМИНИСТРАЦИЯ МОРСКОГО ПОРТА НОВОРОССИЙСК»; они используются так же в учебном процессе, дипломном проектировании и аспирантской работе в ФГОУ ВПО «Морская Государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» на кафедре «Автоматика и вычислительная техника» в дисциплине «Автоматизация судовождения», «Информационные технологии на транспорте», «Информационные системы на транспорте».

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научно-технических конференциях и семинарах в ФГОУ ВПО «Морская Государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» в 2003-2009 гг., на международной научной конференции в г. Ростов-на- Дону в 2006 г., а так же в 12-и публикациях по теме диссертации.

Объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Содержит 151 страницу, включая 51 рисунок, 28 таблиц. Список литературы включает 104 наименования библиографических источников.

Публикации. Представленная совокупность научных результатов и технических решений опубликована автором в 12 работах Сборника научных трудов НГМА (г. Новороссийск) и Материалах XIV Международной научной конференции, проходившей в Ростове-на-Дону; две работы опубликованы в центральном журнале «Известия вузов», серия "Технические науки" (список ВАК).

На защиту выносятся:

1. Математическая модель прогноза завершения циклов регулирования скорости сближения судна с причалом.

2. Методики:

- формирования статистической базы оценок, складывающихся времён циклов регулирования скорости безопасного или опасного сближения судна с причалом;

- определения текущих резервного времени и прогнозной дистанции при швартовке, как мер безопасного или опасного сближения носа или кормы танкера с причалом.

3. Система, расширяющая поддержку судоводителя в принятии того или иного решения в ситуациях с неявно выраженными параметрами возмущения среднестатистического тренда сближения судна с причалом.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе процесс швартовных операций условно разделён на этапы: 1) подход судна на требуемое расстояние к причалу с разворотом в нужном направлении; 2) подвод судна с помощью буксиров в определенное положение по отношению к причалу и удержание в этом положении на время подачи швартовов; 3) подтягивание судна к причалу с помощью специальных устройств [1]. Каждый из этих этапов процесса швартовки имеет свои особенности.

Показано, что основной особенностью второго этапа швартовки является сближение танкера с причалом. При швартовке часто неизбежен контакт судна с причалом с ненулевой скоростью, который принято именовать навалом. Классифицируют навалы как преднамеренные, так и случайные, возникающие при контакте судна с причалом, иным неподвижным объектом, или с другим судном, находящимся на ходу или стоянке [1]. Поскольку размеры судна фиксированы, единственным путем избежать навала судна на причал является тщательное соизмерение скорости сближения судна и расстояния до причала. Постановка судна к причалу, как правило, проводится с помощью буксиров [1, 2] . С начала этапа сближения они разворачивают судно нужным бортом параллельно к причалу. В задачу буксиров входит подводка судна вплотную к причалу и удерживание его в этом положении до тех пор, пока не будут заведены и обтянуты швартовы. Постановка судна к причалу является опасной технологической операцией, требующей квалифицированных и своевременных действий судоводителя, управляющего с помощью технических средств судовождения и буксиров сближением танкера с причалом [1, 2]. Обзор работ в области рассматриваемой проблемы показал, что недостаточно точности визуального определения параметров швартовки судов с мостика в силу стеснённости многих акваторий портов и крупногабаритно-сти судов [3]. Для решения этого вопроса в 2002 г. в Новороссийском порту на причалы нефтерайона «Шесхарис» была внедрена в эксплуатацию система лазерной швартовки крупнотоннажных судов (ЛСШКС), существенно повысившая точность измерения расстояний от борта швартуемого судна до причала [3].

В диссертационной работе проведён анализ особенностей лазерной

дальнометрии, который показал, что эксплуатация дальномеров на причалах № 1, № 2, № 6, №7 нефтетерминала «Шесхарис» выявила их надёжность, удобство в эксплуатации, минимум технического обслуживания. Однако эта система не решила всех проблем нарушения правил, установленных администрацией порта при швартовке танкеров. Поэтому возникла необходимость глубже рассмотреть возможности информационного обеспечения процесса швартовки. Их анализ показал, что не весь информационный потенциал этой системы используется судоводителями для обеспечения безопасности швартовки танкеров. Оказалось, что формируемые программным обеспечением лазерной системы базы пространственно-скоростных параметров швартовки позволяют расширить информационное обеспечение процесса швартовки.

Таким образом, предлагаемое в диссертационной работе расширение возможностей системы лазерного контроля вырабатывает новое информационное обеспечение процесса швартовки танкеров, ограждая судоводителя от принятия тех решений по сближению судна с причалом, которые приводили, по статистической базе этой системы, к критическим ситуациям, навалам и т.д.

Во второй главе разработана вероятностная модель прогноза завершения циклов регулирования скорости в условиях дестабилизирующих возмущений. Рассмотрена модель, в которой судно сближается с причалом со скоростью V. Анализ информационной базы данных записей швартовных операций с применением лазерных дальномеров, установленных на причалах нефтеггерминала Шесхарис, фиксирующих скорость и дистанцию судна до причала, показал, что практически при каждой швартовке судно движется к причалу с непостоянной скоростью. Это относится и к носу, и к корме судна. Судоводителю же необходимо выдерживать параллельность судна к причалу, что достигается действиями буксиров, прилагающих по его командам силовое воздействие на нос и корму швартуемого судна. Поэтому изменения скорости будем считать возмущением или отклонением от нормы, а действие судоводителя по их компенсации - регулированием этого параметра. Основные временные компоненты, входящие в процедуру регулирования скорости показаны на рисунке 2.

V

' всям

Рис.2. Временные соотношения при сближении судна с причалом

В соответствии с обозначениями на рис. 2 сигнал о дестабилизирующем возмущении появится на соответствующих индикаторах с некоторым опозданием /0, обусловленным инерционностью технической системы; к этому времени скорость судна уже увеличится до значения Утз!М- Для восприятия и переработки полученной информации судоводителю требуется время ; за этот интервал времени скорость увеличится до значения Утш/. В интервале времени 12 происходит устранение возникшего отклонения с помощью буксиров или иных средств, компенсирующих возмущение, причем устранение происходит не сразу, поэтому в течение времени Г;/ скорость ещё увеличивается до значения Уты „а, а затем в интервале времени 122 отклонение полностью устраняется. Известно, что технические элементы системы по своему быстродействию, как правило, превосходят человека. Время фиксации приборами возмущения составляет, как правило, доли секунды. Для восприятия и обработки информации человеку требуется значительно больше времени - секунды, а, порой и минуты; на устранение же возникшего возмущения, например для танкера, требуется уже время порядка единиц и даже десятков минут [4]. Поэтому время цикла регулирования обусловлено, главным образом, временем деятельности судоводителя по компенсации возникшего возмущения, т.е. 12 »Оо + Ь).

Период полного прохождения сигнала по звеньям системы управления, то есть время прохождения осведомительной информации о положении объекта (судна) к оператору и от него через регулятор к объекту управления, называется временем цикла регулирования Т^ = /„ + /, +12 [4].

Принимая во внимание жёсткие и переменчивые морские условия эксплуатации технических средств контроля швартовки и, как следует из теории вероятности, времена /0, , ¡2 являются случайными величинами. Поэтому время цикла регулирования является также случайной величиной что предполагает его исследование вероятностными методами.

В каждый фиксируемый ;-й момент времени лазерной системой определяются текущие (см. рис.2) дистанция £>, и скорость К; сближения судна с причалом. По этим данным вычисляется 1-ое время до касания танкера причала:

При Тцр < Топ сближение судна безопасно, т.к. судоводитель при этом условии успеет завершить цикл регулирования до момента касания танкера причала, а при Т,р >Т0„ не удается скомпенсировать дестабилизирующее возмущение, поскольку судоводителю не хватит времени для осуществления цикла регулирования при возмущающем отклонении, и происходит неизбежное столкновение судна с причалом со скоростью, превышающей допустимое значение, установленной администрацией порта. Итак, анализируемая система выполняет свои функции только при условии: Tm > T,w. Если это неравенство соблюдается, то оператор, управляя системой, располагает избыточным, или, другими словами, резервнъш временем tpn:

^Тш-Т* (2)

Принято считать, что резервным временем системы, находящейся под воздействием возмущения, является избыток времени (над минимально необходимым Т,1Р), которым располагает оператор для предотвращения отклонений ее параметров за допустимые пределы и приведения их в заданное состояние [4].

В процессе швартовки уменьшается время сближения судна с причалом и, как следствие, резервное время, определяемое длительностью цикла регулирования и рассчитываемое по формуле:

« (т ' (3)

/*» ЧР \у ) V .

С учетом введенных выше определений в работе рассмотрена такая модель системы швартовки, в которой оператор, получив, информацию о возмущении отреагировал на неё не сразу, (например, посчитав не существенной, либо затратил достаточно много времени на выбор решения), т.е. какое-то время наблюдал за процессом, но не принимал активных действий. Эта стуация и проанализирована на математической модели (рис.2). Для решения задачи анализа возникновения отклонений параметров швартовки танкера рассмотрена статистика выборок результатов швартовки, осуществленных с помощью лазерных дальномеров и рассчитана интенсивность возмущений А, отклоняющих судно относительно заданного плана его перемещения.

Вероятность того, что за время ? в системе возникнет возмущение, рассчитывается по формуле [4].:

ДО = 1-«"*- №

Каждому возмущению, возникающему в системе, соответствует определенное резервное время Тт-Т . Тогда вероятность того, что за время! с момента начала сближения судна успеет возникнуть возмущение и истечь резервное время, будет.

~ чр). (5)

ЧР)

Поскольку возмущения определяются большим количеством независимых факторов, то они, как будет показано далее, распределены по нормальному закону. Для проверки этой гипотезы статистическая выборка была подвергнута исследованию с помощью критерия согласия. В диссертационной работе для подтверждения закона распределения был использован критерий Пирсона. Время цикла регулирования так же, как и рассмотренные выше параметры, является случайной величиной. В таком случае вероятность появления ¿-го значения времени цикла регулирования можно рассчитать по формуле:

(и-г )2 ЧР ср >

+ 1 , 2а 2

Л(г .)= I -—г=е ЧР А, (6)

чр1 ТЪ,

где Тцр ср - среднее значение времени цикла регулирования, ацр- среднее квадратическое отклонение случайной величины, рассчитанные по статистическим данным исследуемых процессов швартовок.

Случайные события появления возмущения за время I и появления » -го значения времени цикла регулирования независимы, поэтому вероятность того, что < - й цикл регулирования в системе будет завершен во временном промежутке /, определяется произведением рассмотренных выше вероятностей:

(и-Г Г

ЧР ср'

1-е

• Л --

\у

1-ТЧр

Тцр

1 + 1

I

ТЧР:

ЧР

ачр]

du '

(7)

Вероятность же завершения циклов регулирования всей системы управления швартовкой P(t,D), определяется суммой парциальных вероятностей:

P(UD)= I 1 = 1

1-е

{f—J

(и-Т у ЧР ср'

J -

ТЧР, с

/2л-

du

(8)

где к— количество вариант случайных возмущений.

Ситуация, в которой у оператора не хватит времени для устранения, какого-либо из возмущений и циклы регулирования не завершится до момента первого касания фендерной линии, расценивается как отказ системы, т.е. невыполнение поставленной задачи швартовки, ведущей к возможному превышению скорости танкера, и рассчитывается по формуле:

Q(t,D) = l-P(t,D). (9)

Для количественной оценки времени цикла регулирования проведен анализ экспериментальных данных, полученных на нефтегавани «Шесхарис» в процессе наблюдения за сближением танкеров с причалом и хронометража радиообмена информацией между судоводителем, береговыми службами и буксирами. В результате анализа методами сетевого планирования рассчитано среднее время цикла регулирования, которое составляет Тцр = 149 секунд.

В третьей главе на основе документированной информации параметров сближения судна с причалом проведен анализ процесса швартовки. Исследована накопленная база данных швартовки судов за период с 2003 года по настоящее время к причалу №1 нефтегавани «Шесхарис». Причал №1 выбран не случайно: к нему швартуются самые крупные суда и, следовательно, последствия от удара танкера о причал, превысившего установленные администрацией порта нормативы, могут повлечь за собой серьёзные технические убытки. Следует отметить, что информационные потоки от лазерных дальномеров, установленных на причалах, а также от гидрометеостанции нефтерайона «Шесхарис» обрабатываются специализированной программой «DOCKMASTER». Ниже представлен типовой фрагмент электронной таблицы хронологии сближения крупнотоннажного судна «Lucky Sailor», производившего швартовку 04.02.2003 г. к причалу №1, записанной и подготовленной к распечатке этой программой (см. табл.). В диссертационной работе исследованы сотни тысяч подобных пространственно-скоростных параметров.

Таблица 1

Фрагмент хронологии параметров сближения судна с причалом, формируемых программой

«DOCKMASTER»

Time Aft Fore

Status Speed cm/sec Distance, m Status Speed, cm/sec Distance, m

21:39:45 Tracking 8,80 33,05 Tracking 8,60 43,33

21:40:00 Tracking 5,40 32,27 WARNING 10,90 41,72

21:40:15 Tracking 3,50 31,78 ALARM 11,60 39,84

21:40:20 Tracking 3,20 31,66 ALARM 11,30 39,35

21:40:30 Tracking 2,90 31,27 WARNING 10,60 37,74

21:43:15 Tracking 5,80 26,54 WARNING 9,30 22,12

21:43:30 Tracking 8,30 25,34 Tracking 8,70 20,79

21:43:45 ALARM 11,20 24,00 Tracking 7,20 19,80

В первой колонке таблицы (Time) содержится информация о времени (с начала суток); момент начала формирования данных определяется попаданием носа и кормы судна в зону действия соответствующих лазерных дальномеров. Необходимый дискрет времени (от 1 до 15 секунд) определяется специалистами нефтерайона, вносится в программу и в дальнейшем отслеживается автоматически.

Поскольку на каждом причале расположены по два автономно работающих лазерных дальномера, то записи для кормы (Aft) и носа (Fore) швартуемого судна в электронной таблице ведутся отдельно.

В колонке (Status) отображается информация о реальном поведении судна в текущий момент времени. Так, запись (Tracking) обозначает безопасное сближение судна. Если сближение с причалом происходит достаточно быстро, то в электронной таблице появляется запись о предупреждении об опасности - (Warning); если же судно имеет параметры сближения, превышающие допустимые по нормативным документам, то в этот момент времени появляется запись об опасности — (Alarm). В соответствии с нормативным документом «Сборник обязательных распоряжений по морскому торговому порту Новороссийск (с приписным портопупк-том Анапа) и морскому торговому порту Геленджик» «... скорость сближения судна с причалом не должна превышать ... 0,08 м'сек при водоизмещении судов ... до 200 тыс. тонн»[5].

В силу высокой значимости этой информации, ячейки данных, соответствующие категории (Warning) выделены желтым цветом, а категории (Alarm) -красным. В колонках (Speed) и (Distance) содержатся значения скорости сближения (в см'сек) и дистанции до причала (в метрах) в каждый фиксируемый момент времени, начиная с попадания лазерного луча дальномера в область носа или кормы швартуемого судна и до окончания процесса швартовки.

Предварительный качественный анализ экспериментальных данных показал, что в ходе швартовки скорость сближения с причалом практически всегда колеблется вокруг некоторого значения с той или иной амплитудой. Если на большом удалешш от причала увеличение скорости относительно рекомендованного Администрацией порта значения практически не опасно, то вблизи причала это может привести к касанию танкера с причалом со скоростью выше допустимой нормы.

Изменения скорости считаются возмущающими факторами в технологическом процессе сближения судна с причалом и, исходя из этого, определяется, насколько они опасны.

Накопленная информационная база данных швартовок преобразована с помощью разработанных специальных программ в современных прикладных математических пакетах и в результате чего сформированы посекунднме базы значений дистанции, скорости судна при швартовке.

В диссертационной работе проведен анализ полученной информации о параметрах сближения судна с причалом на примере графического представления электронной базы данных крупнотоннажного судна «Lucky Sailor». Разработаны методика и алгоритм обработки параметров швартовки, рассчитана линия тренда скорости танкера (см. рис.3). В результате вычислений формируется информационная база времён циклов регулирования объемом в 1500 вариант, необходимая для дальнейшего исследования системы швартовки (см. рис.3 и табл. 2).

скорость судна,

реальная скорсллъ судна, см/сск треадскормтсудна ^СК

Рис. 3. Зависимость скорости сближения носа танкера «Lucky Sailor« от времени с рассчитанной линией тренда, аппроксимированной полиномиальным законом, и формирование времён циклов регулирования Тцр

В результате статистических исследований сделан вывод о том, что накопленная репрезентативная выборка отвечает критериям: несмещённости, эффективности и состоятельности оценки. А также выборка, заложенная в генеральной совокупности статистических данных, в полной мере отражает закономерности и параметры реального процесса швартовки. Числовые значения, при

Таблица 2

Параметры описательной статистики

ведённые в таблице 2, дают количественную оценку вектору возможных значений времени цикла регулирования Тчр, однако не отвечают на вопрос об их законе распределения, знание которого требуется для оценки вероятности завершения циклов регулирования скорости сближения танкера с причалом. Условия формирования различных значений времён циклов регулирования отвечают требованиям центральной предельной теоремы A.M. Ляпунова, поэтому проверена гипотеза о нормальном распределении значений Тцр. Наглядным представлением закона распределения, позволяющего в первом приближении оценить сходство реального закона с нормальным, является гистограмма выборочной совокупности (для сравнительно небольших объёмов выборки) или графическая зависимость (для больших объёмов), связывающая варианты и частоты их появления.

Как видно из рис. 4, статистическое распределение близко к нормальному. Для количественной же оценки степени совпадения экспериментальных оценок с тем юта иным законом распределения, применяют критерии согласия.

Плотность распре л« ленпя

Частота

1.1

Среднее время цикла регулирования 142,40

Стандартная ошибка 1,82

Среднее квадратическое отклонение 70,52

Дисперсия выборки 4974,15

Эксцесс -0,29

Асимметричность 0,28

Наименьшее время цикла регулирования 5

Наибольшее время цикла регулирования 388

Объём выборки 1500

10 30 50 70 90 110 1 30 150 170 5 90 210 230 250 270 290 310 ЗЭО 350 370 390 410 Количество вар конто и

I—)Гистофаюь«а статистических данных "-"Кривая нормального распределения

Рис.4. Гистограмма статистических данных и кривая нормального распределения

Для проверки гипотезы о законе распределения был использован критерий Пирсона, позволяющий сделать вывод о том что, справедлива гипотеза о нормальном распределении выборочной совокупности значений времени цикла регулирования.

В четвертой главе проведён анализ возникновения отклонений параметров швартовки с помощью компьютерного моделирования. Разработана программа, с помощью которой получена оценка вероятности превышения скорости судна в момент контакта с причалом в зависимости от времени г, в течение которого судоводитель наблюдал за процессом швартовки, но не принимал активных действий и дистанции до причала О в условиях дестабилизирующих возмущений (см. рис. 5). Для большей наглядности в диссертационной работе произведены сечения полученной фигуры фиксированными значениями времени и дистанции до причала. Сделан вывод, что от правильности действий судоводителя, его опыта, быстроты реакции и других факторов зависит безопасность постановки судна к причалу. Проведенный анализ количественно доказывает, чем больше дистанция до причала, тем больше времени у судоводителя на устранение всех возникающих отклонений, и меньше вероятность того, что судоводитель не успеет погасить скорость до допустимого значения.

Рис.5. Зависимость вероятности превышения скорости танкера 0(1,0)от времени, в течение которого судоводитель наблюдал за процессом швартовки, но не принимал активных действий и дистанции до причала

В сборнике обязательных распоряжений по морскому торговому порту Новороссийск определено условие: «...сближение судна с причалом следует осуществлять с помощью буксиров, параллельно причалу, чтобы судно «легло» на все четыре пала одновременно...» [5]. Вследствие этого выполнен анализ временных и скоростных параметров оконечностей судна в момент

контакта с причалом, который показал, что не всегда удается достигнуть одновременного касания причала носовой и кормовой оконечностей танкера и со скоростью удовлетворяющей значениям портовых нормативов. Поэтому были рассмотрены различные ситуации касания оконечностей танкера причала (рис.6):

1. Скорости обеих оконечностей судна ниже допустимой V, < 8 см/сек и К3 < 8 см/сек, и одновременное касание кормовой и носовой оконечностей судна с причалом А при разных скоростях;

2. Скорость одной части судна выше допустимой скорости V/ >8 см/сек, а другой оконечности судна - ниже допустимой Уг < 8 см/сек;

3. Скорость одной части судна при касании причала ниже допустимой

V) < 8 см/сек, скорость другой оконечности судна - выше допустимой скорости У2 > 8 см!сек\

4. Скорости кормовой и носовой оконечностей судна выше допустимой скорости 1'1 >8 см/сек, У2 >8 см/сек.

Анализ скоростных параметров швартовок

12 3 4

номер ситуации

Рис.6 Классификация скоростных параметров процессов швартовок по ситуациям

Из рисунка 6 следует, что ситуации 1 соответствует 37,5% швартовок, когда скорости оконечностей судна ниже допустимой. Здесь же показана ситуация, при которой оконечности судна касаются с причалом одновременно, имея разные скорости ниже 8 см /сек, их процентное соотношение составляет 6,25% от общего числа проанализированных швартовок. Желтым цветом окрашены столбики, соответствующие апуациям 2 и 3. В этом случае одна из око-

нечносгей судна соударяется с причалом со скоростью выше рекомендованной, а другая ниже. Наиболее опасной является ситуация 3, в которой первой коснулась причала оконечность, со скоростью ниже 8 см/сек, в этом случае судоводитель мог не обратить особого внимания на другую оконечность судна, которая ударилась о причал со скоростью выше допустимой. И красным цветом на диаграмме окрашен столбик гистограммы в ситуации, когда обе оконечности судна имеют скорости выше 8 см/сек, т.е. происходит нарушение условий, описанных в нормативном документе [5]. Для обоснования влияния оконечностей танкера в момент контакта с причалом был проведён дисперсионный анализ, в результате которого сделан вывод: средние значения времён циклов регулирования носовой и кормовой частей судна статистически достоверно различаются в процессе каждой швартовки на уровне значимости р < 0,001. Из чего можно сделать вывод: судоводителя следует предупредить заранее, например, в нескольких метрах до первого контакта с причалом, о том, что корма или нос сближается с причалом со скоростью выше допустимой.

Существенными параметрами, определяющими безопасность соприкосновения судна с причалом, являются временные параметры: фактическое время до причала время компенсации возмущения, в течение которого необходимо отрегулировать скорость сближения судна так, чтобы она не превышала 8 см/сек, резервное время, а так же прогноз дистанции до причала, на которой завершатся все циклы регулирования, т.е. судно погасит скорость до допустимого значения.

В диссертационной работе для определения временных параметров проведем статистический анализ и выделим промежуток времени в каждом процессе швартовной операции, в течение которого скорость судна отклоняется от допустимого значения. На рисунке 7 приведена запись реального процесса швартовки, в котором показан интервал времени, необходимый для устранения возникших отклонений к моменту первого касания нричала.

ск'.рпст. кармы судш Ук, сы/сек скорость судна В см/сек - - - скорость нос» судн« Ун. си/сек

Рис. 7 Зависимость скорости кормы Ук (0 и носа Ун (I) судна реального процесса швартовки от текущего времени

Вертикальными линиями (рис. 7) выделен промежуток времени с 390 секунды от начала швартовки и до момента первого касания кормы танкера причала. Он составляет 600 секунд. Красной линией отмечена скорость судна, рекомендованная нормативными документами. Как показал статистический анализ, наиболее информативным является временной промежуток, составляющий десять минут т.к. в каждом процессе швартовки имеется указанный промежуток времени до первого касания судна с причалом. Кроме того, именно в этом промежутке времени судно находится на небольших дистанциях от причала, где очень важно успеть погасить нарастающую скорость до рекомендованного значения и ниже, имея запас во времени, т.е. резервное время, до соприкосновения судна с причалом. Если вовремя не устранить возникшие возмущения в этом интервале времени, то для завершения цикла регулирования времени не хватит. В такой ситуации судно коснется причала со скоростью превышающей нормативное значение - 8 см/сек.

Лазерная система швартовки информирует судоводителя о дистанции и скорости сближения судна с причалом через фиксируемый дискрет времени 5, 10, 15 секунд. На основе этой информации можно определить начало возникновения возмущения, и момент его компенсации. Рассмотрим на примере реального процесса швартовки (рис.8) методику определения времени цикла регулирования и резервного времени.

Определение временны* параметров сближения судна с причалом

вероятность завершения Тцр

| ** «К «я 4 МЫ"

1 р*? 1

1

1

1 |

1

I

Х- 1 ч

1

1 1

■ ПАЮ * /, сек

— допустимая скорость, сы/еек

- "липейнаа экстраполяция скирисга судна, см/сек"

— погашение скорости судна, см/сек

- вероятность завершения Т нр

Рис.8. К определению времени цикла регулирования и резервного времени

Из рисунка 8 видно, что на 512 секунде от начала возникновения возмущения лазерная система швартовки зафиксировала скорость кормы судна ¥к/ - 9,5 см/сек. Через 15 секунд корма судна погасила скорость до значения

Укг = 9,2 см/сек. Это говорит о том, что происходит компенсация возмущения и возникает задача определения времени, в течение которого скорость кормы судна достигла бы рекомендованного значения, т.е. 8 см/сек. Эту задачу будем решать различными способами. На рисунке 8 видно, что началом отсчета является время < = 512 сек, соответствующее скорости кормы судна Ук 1 = 9,5 см/сек.

Первый способ заключается в следующем: имея информацию о скорости судна в текущий момент времени, например Ук / = 9,5 см/сек и в следующий момент времени Ук г - 9,2 см/сек, проведём линейную экстраполяцию скорости судна до значения, рекомендованного нормативным документом. Критерием линейной экстраполяции скорости судна является дискрет скорости ЛУ между двумя соседними измерениями Ук; и У/с 2 ■ На рисунке 8 время 3 = 76 секунд с начала отсчета, это говорит о том, что если скорость судна будет изменяться линейно, то через 76 секунд достигнет значения рекомендованной скорости, т.е. устранит возникшее отклонение скорости судна. Такой способ определения времени цикла регулирования имеет достоинство в том, что судоводителю не нужно иметь другой информации, кроме текущей скорости судна и ее предшествующего значения. Однако недостатком этого способа является то, что он не учитывает случайных факторов (ветер, течение...). Поэтому целесообразно рассмотреть другой способ определения времени цикла регулирования. Он является вероятностным и учитывает случайные факторы, которые могут существенным образом повлиять на время цикла регулирования.

Для решения этой задачи, в качестве исходных данных, была собрана статистическая база длительностей циклов регулирования, в десятиминутном интервате времени исследованных процессов швартовок, рассчитана средняя интенсивность Я появления возмущений и разработана программа определения времени цикла регулирования. Критерием того, что скорость кормы судна достигнет рекомендованной скорости, является равенство единице вероятности завершения цикла регулирования. В рассматриваемом примере на рисунке 8 время, в течение которого завершится цикл регулирования, составляет Т ,,р = 201 секунду. Фактическое время до причала 1„р определяется по

формуле: <„,, 173 секунды, /,„= 1ра =1„г-Т,№ = -28секунд.

1ф

При определении резервного времени знак « - » указывает на то, что фактическое время сближения судна с причалом меньше, чем время, затраченное на устранение возмущения и приведение скорости кормы судна к рекомендованному значению, т.е. не выполняются условия, определённые нами во второй главе. Другими словами можно сказать, что в такой ситуации времени для завершения цикла регулирования у судоводителя нет, и корма судна соприкоснётся с причальным сооружением со скоростью превышающей допустимое значение. Это в свою очередь может привести к порче или разрушению амортизирующих устройств, причальных сооружений, повреждению самого судна и других объектов, влекущих за собой материальные потери.

В работе показано, что кроме временных параметров судоводитель может получить информацию о предполагаемой дистанции, на которой могут завершиться все циклы регулирования скорости сближения судна с причалом, определённой нами как прогнозируемая дистанция. Для её оценки допустим, что лазерная система зафиксировала текущее значение скорости судна К= 10 см/сек на дистанции О = 1469 см. По приведенной выше методике определим временные параметры швартовки для рассматриваемых условий: суммарное время возможных циклов регулирования ЕТЩ = 126 сек, время до соприкосновения судна с причалом 1„р - 146,9 сек, резервное время 1Рез = 20,9 сек. По статистическим данным исследуемых процессов швартовок определим дистанцию, которую судно пройдет за время всех циклов регулирования, в рассматриваемом примере ЕТцр =126 сек, рассчитаем её среднее значение Тср = 735,5 сек и определим доверительный интервал для полученных значений Д = 112,74 (см. табл.3). В работе представлены результаты расчета прогнозных дистанций для дистанций О = 15 м, О = 10 м, Б = 5 м.

Таблица 3

Исходные данные и расчет погрешности прогнозируемой дистанции для судна, находящегося в 15 метрах от причала

Исходные далшые

й,см V,см/сек ЕГ „„, сек СвК 1рез, сек

1469,00 10,00 126 146,9 20,9

Расчет средней прогнозируемой дистанции по статистическим данным процессов швартовки

Дата швартовки 1 н реальн, сек Ос реальн, сек О н, см О кон, см

19.04.2009 16:00:35 16:02:40 1532 964

24.04.2009 10:51:00 10:53:05 1522 656

25.04.2009 14:34:30 14:36:35 1519 1195

04.05.2009 1:04:50 1:06:55 1510 1008

02.06.2009 14:58:30 15:00:35 1504 681

04.06.2009 2:23:00 6:25:05 1567 430

05.06.2009 20:02:45 20:04:50 1566 619

19.06.2009 22:15:30 22:17:35 1531 180

24.06.2009 11:13:45 11:15:50 1531 979

24.06.2009 12:55:55 12:58:00 1478 138

29.06.2009 20:32:45 20:34:50 1517 559

05.07.2009 10:52:00 10:54:05 1526 813

ср.знач. 735,5

Расчет погрешности

Коэфф. Стьюлента 2,059

ДО= | 112,7440651

В прогноз = 735,5 + 112,74 735,5-112,74

На рисунке 9 представлена зависимость прогнозируемой дистанции с доверительными интервалами от реального местонахождения судна.

I) прогноз, см

йреальн, см

Рис. 9 Зависимость прогнозируемой дистанции с доверительными интервалами от реального местонаховдения судна

Таким образом, прогнозирование параметров сближения судна с причалом дает заранее судоводителю информацию о том, успеет ли скорость судна достигнуть допустимого значения, на какой дистанции это может произойти, обеспечивая тем самым безопасность постановки судна к причалу.

Анализ швартовных операций на нефтетерминале «Шесхарис» порта Новороссийск показывает, что принимаемые меры хотя и снижают уровень аварийности, но вопрос безопасности по-прежнему остаётся актуальным. Это обусловлено многими факторами, в том числе, слабой информированностью судоводителя о текущих параметрах швартовки.

Для совершенствования управления и правильного принятия решения судоводителю необходимы специальные технические средства швартовки, оперирующие данными измерений реальных параметров местоположения швартуемого судна с помощью системы, получающей и обрабатывающей текущую информацию об изменении этих параметров, выдающую оператору-судоводителю в наглядном виде назревание опасной ситуации и сигнализирующую звуковым, цветовым сигналом об этом.

Техническим вариантом такого решения может быть система анализа швартовки и контроля сближения судна с причалом с предупреждающей индикацией текущей обстановки - индикатор безопасности, например, представляющий собой техническое средство, которое производит приём, обработку и хранение информации, необходимой для безопасности швартовки

танкера. В соответствии с разработанной прогнозной математической моделью и программным обеспечением это устройство отображает на экране индикатора результаты обработки данных как в виде вероятностной картины сближения танкера с причалом, так и в качестве рекомендаций судоводителю в виде резервного времени и прогнозной дистанции. На рисунке 10 представлена схема возможной системы контроля швартовки.

Рис.10. Схема системы контроля швартовки

Информационные потоки данных о параметрах сближения судна с причалом, измеряемые лазерной системой швартовки крупнотоннажных судов (ЛСИЖС), передаются на телеметрическое устройство посредством интерфейсного модуля, предназначенного для совмещения этих технических средств. Через приёмо-передающие антенны текущая информация поступает в радиоприемное устройство, расположенное на судне. Преобразованная для дальнейшей обработки информация через интерфейс поступает в вычислитель, где производится расчет параметров во время всей швартовки танкера. В индикаторе предусмотрены следующие режимы визуализации: 1. Отображение рассчитываемой вероятности превышения скорости судна в момент контакта с причалом. 2. Хронология скорости сближения судна с причалом. 3. Совмещенный режим отображения реальной скорости судна и вероятности превышения скорости в момент контакта с причалом. 4. Автоматический режим включения анализа текущей ситуации с прогнозными оценками сближения судна с причалом. Наиболее информативным является автоматический режим включения анализа текущей ситуации с прогнозными оценками сближения судна с причалом, позволяющий заранее предупредить судоводителя о том, как может сложиться обстановка к моменту первого касания судна с причалом. Ниже представлен алгоритм анализа сближения судна с причалом.

Рис. 11. Алгоритм анализа и отображения на дисплее индикатора безопасности возможных ситуаций

Переход к таким системам анализа и контроля швартовки, которые наглядно отображают рабочий процесс, а так же своевременно сигнализируют об опасности, на наш взгляд сегодня очень необходим. Это особенно важно по мере сближения судна с причалом, т.к. резервное время на совершение противоаварийных маневров катастрофически уменьшается, и знание момента его обнуления позволит судоводителю правильно оценить текущую ситуацию.

Таким образом, предложенные возможности в информационном обеспечении швартовки позволяют: 1. Снизить риск превышения скорости судна за счет уменьшения влияния человеческого фактора при швартовке. 2. Снизить влияние субъективной оценки текущей ситуации сближения судна с причалом, и переключить внимание судоводителя на наблюдение за окружающей обстановкой. 3. Избирательно выбирать режимы и наглядно отображать рабочий процесс по складывающейся ситуации, повышая тем самым эффективность системы в целом. 4. Контролировать безопасность сближения судна с причалом, расширяя возможности лазерной системы швартовки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В работе представлены исследования возможностей системы лазерного контроля путём включения неиспользованной информационной базы пространственно-скоростных параметров сближения судна с причалом для повышения безопасности швартовки. Проведенные исследования показали, что расширение возможностей информационного обеспечения швартовки, с применением системы, выдающей рекомендации в виде резервного времени и прогнозируемой дистанции снижает вероятность ошибок за счет уменьшения влияния человеческого фактора.

В итоге безопасность процесса швартовки повышается.

В результате научного исследования вынесенной на защиту темы при непосредственном участии соискателя:

- изучены характерные циклы замедления-ускорения оконечностей танкера при швартовке и введено понятие времени цикла регулирования, характерного для данного типа судна;

- обработана и преобразована база пространственно-скоростных параметров швартовки, сформированных специализированной программой «DOCKMASTER»;

- разработана математическая модель прогноза завершения циклов регулирования при касании судна причала без нарушения портовых нормативов;

- предложена методика формирования, и алгоритм анализа базы значений времён циклов регулирования скорости сближения судна с причалом;

- разработана методика определения резервного времени и прогнозной дистанции при швартовке;

- предложена система, расширяющая поддержку судоводителя в принятии решения в ситуациях с неявно выраженными параметрами.

Цитируемая литература:

1. Погосов С.Г. Швартовка крупнотоннажных судов. М.: Транспорт, 1975. 176 с.

2. Оганов A.M., Цурбан А.И. Швартовые операции морских судов. М.: Транспорт, 1987.176 с.

3. Ерыгин В.В. Радиоэлектронные средства обеспечения безопасности швартовки крупнотоннажных судов в задаче снижения роли человеческого фактора (канд. дисс.). Новороссийск, РИО МГА, 2005.156 с.

4. Котик М.А. Краткий курс инженерной психологии. Учебное пособие. Таллинн: Изд. «Валгус», 1971.308 с.

5. Сборник обязательных распоряжений по морскому торговому порту Новороссийск (с приписным портопунктом Анапа) и морскому торговому порту Геленджик. Морская Администрация порта Новороссийск, 2005.

СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ (отражает основное содержание диссертации)

1. Лицкевич АЛ., Росторгуева Н.Ю. Надежность системы управления движением судов с резервом времени// Известия высших учебных заведений СевероКавказский Регион. Технические науки. Проблемы водного транспорта. Ч.1.-Ростов-на-Дону. РГУ, 2004,- С. 118-120.

2. Росторгуева Н.Ю., Юсупов Л.Н., Демьянов В.В. Система интеллектуальной поддержки решений лоцмана в задаче безаварийной швартовки судна// Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки, 2008.-С. 110-113.

Другие публикации

3. Росторгуева Н.Ю, Демьянов В.В. Методика проведения экспериментально статистического анализа данных о характеристиках человека-оператора при стационарном режиме работы СЧМ.// Сборник научных трудов НГМА, выпуск 11.- Новороссийск: НГМД, 2006 - С. 149-152.

4. Росторгуева Н.Ю, Демьянов В.В. Методика проведения экспериментально статистического анализа данных о характеристиках человека-оператора для нестационарном режиме работы СЧМ.// Сборник научных трудов НГМА, выпуск 11- Новороссийск: НГМА, 2006 .- С. 152-153..

5. Росторгуева Н.Ю, Демьянов В.В. Статистический анализ поведения человека в сложных эргатических системах// Труды. XIV Международной конференции «Математика. Экономика. Образование», IV международного симпозиума «Ряды Фурье и их приложения». - Ростов н/Д: изд-во «ЦВВР», 2006.-С. 145-151.

6. Росторгуева Н.Ю. Методика определения времени решения операторских задач в компьютеризированных системах // Сборник научных трудов НГМА НГМА, выпуск П.- Новороссийск: НГМА, 2006 - С. 155-157.

7. Росторгуева Н.Ю., Юсупов Л.Н., Демьянов В.В. Вероятностная модель функциональной надёжности эргатической системы швартовки судна с учётом дестабилизирующих возмущений// Материалы Международной научно-технической конференции«Стратегия развития транспортно-логистической системы Азово-Черноморского бассейна» совместно с секционными заседаниями VI региональной НТК «Проблемы безопасности морского судоходства, технической и коммерческой эксплуатации морского транспорта». - Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2007.-С. 172-175.

8. Росторгуева Н.Ю., Юсупов Л.Н., Демьянов В.В. Статистическая база для оценки влияния человеческого фактора при швартовке судна к причалу// Международной научно-технической конференции «Стратегия развития транспортно-логистической системы Азово-Черноморского бассейна» совместно с секционными заседаниями VI региональной НТК «Проблемы безопасности морского судоходства, технической и коммерческой эксплуатации морского транспорта».-Новороссийск: МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, 2007-С. 175-177.

71/

Г !

9. Росторгуева Н.Ю., Юсупов Л.Н., Демьянов В.В. Синтез вектора возмущения скорости швартовки судна полиномиальной аппроксимацией её тренда // Сборник научных трудов, выпуск 12,- Новороссийск: МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, 2007 - С. 97-100.

Ю.Росторгуева Н.Ю. Анализ и количественные оценки статистической базы параметров швартовки лазерной системы дальнометрии // Сборник научных трудов, выпуск 12- Новороссийск: МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, 2007. - С. 100-104.

11.Росторгуева Н.Ю. Статистическое исследование распределения временной базы циклов регулирования скорости швартовки вероятностной модели отказа системы «человек-машина» // Сборник научных трудов, выпуск 12- Новороссийск: МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, 2007-С. 94 - 97.

12.Росторгуева Н.Ю., Юсупов Л.Н., Демьянов В.В. Компьютерное моделирование аварийной ситуации при швартовке судна в условиях дестабилизирующих возмущений. II Сборник научных трудов, выпуск 12 - Новороссийск: МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, 2007,- С. 92- 94.

Формат 60x84 1/16. Тираж 100. Заказ 1822. Отпечатано в редакционно-издательском отделе ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова» 353918, г. Новороссийск, пр. Ленина, 93

Введение Общая характеристика работы.

Глава 1. Особенности процесса швартовки и анализ информаци- ^ онных возможностей лазерной системы контроля.

1.1. Особенности процесса швартовных операций в стесненных условиях.

1.2. Особенности лазерной дальнометрии.

1.3. Анализ информационных возможностей лазерной системы швартовки танкеров.

1.4. Возможности программного обеспечения системы лазерного ^ контроля.

Краткие выводы по главе

Глава 2. Математическая модель прогноза завершения циклов ре- 27 гулирования скорости сближения танкера с причалом

2.1. Определение и анализ временных параметров процесса 27 швартовки в условиях мешающих отклонений.

2.2. Синтез вероятностной модели и оценка возникновения отклонений параметров швартовки танкеров от портовых 32 нормативов.

2.3. Оценка времени компенсации дестабилизирующих возмущений методом сетевого планирования.

Краткие выводы.

Глава 3. Обработка статистической информационной базы пара- 44 метров лазерной системы контроля.

3.1. Статистическая база оценки влияния человеческого элемента при сближении судна с причалом.

3.2. Синтез вектора возмущения скорости швартовки судна 52 полиномиальной аппроксимацией её тренда.

3.3 Анализ и количественные оценки статистической базы параметров швартовки лазерной системы дальнометрии.

3.4. Статистические исследования временной базы циклов ре- ^ гулирования.

Краткие выводы.

Глава 4. Компьютерное моделирование процесса сближения тан- 85 кера с причалом.

4.1. Определение вероятности отклонения параметров швартовки от портовых нормативов.

4.2. Особенности сближения с причалом носа и кормы судна.

4.3. Модель однофакторного дисперсионного анализа сближения оконечностей судна с причалом.

4.4. Методика прогнозирования параметров сближения судна с причалом.

4.5. Система контроля и анализа сближения судна с прича

Краткие выводы.

Современный этап развития систем безопасности мореплавания характеризуется существенными достижениями науки и техники в разработке, создании, массовом производстве высоконадёжной техники судовой навигации, радиосвязи, автоматизации и информатизации судовождения и судопроводки в сложных условиях инфраструктуры акваторий портов, проливов, каналов, и т.п. С введением в действие спутниковых систем морской навигации: американской GPS. российской ГЛОНАСС, системы управления движением судов (СУДС), системы обеспечения безопасности мореплавания (ГМССБ) была достигнута глобальность охвата ими всего мирового океана. С последними разработками подсистем дифференциальных поправок DGPS и ДГЛОНАСС морские системы навигации получили субметровую точность определения местоположения любых морских объектов, оснащенных соответствующим транспондером автоматизированной информационно - идентификационной системы (АИС).

Проблема безопасности, как известно, обуславливается как минимум двумя основными факторами: действиями экипажа (человеческий элемент) и надежностью функционирования техники (технический элемент). В идеальном варианте правильные действия экипажа и хорошее техническое состояние судна сводят на нет возможность ситуаций, требующих особого внимания.

Исторически международное морское сообщество подходило к вопросу безопасности на море, имея в виду, в основном, техническую сторону. Традиционным считалось применение технических и технологических решений в целях повышения безопасности и сведения к минимуму инцидентов на море. Суда оснащались современными техническими средствами навигации и связи, радиолокационными станциями и средствами автоматической радиолокационной прокладки, электронными картографическими и навигационно-информационными системами и т.п. Однако, как отмечается в документах ИМО, «несмотря на технические новшества, серьезные аварии и инциденты продолжают происходить» [1].Статистика инцидентов на море, произошедших в последнее время, вынудил международное морское сообщество постепенно отойти от одностороннего подхода, сфокусированного на технических требованиях к конструкции и оборудованию судна, и обратить внимание на роль человеческого элемента в безопасности на море. Было выявлено, что в условиях участия человека во всех аспектах деятельности на море, включая проектирование, изготовление, управление, эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт, почти во все инциденты на море вовлечен человеческий элемент. Число таких случаев, связанных с человеческим элементом, стабильно удерживается на уровне 70-80% [1, 8, 9, 74, 75- 81, 97, 98].

Следует отметить, что на морском и речном транспорте, как и на других видах транспорта, большая роль отводится человеку-оператору, осуществляющему управленческие действия (оператор-судоводитель, оператор СУДС и т.д.) и оказывающему существенное влияние на безопасность судоходства, т.е. человеческому элементу. Понятие человеческого элемента включает в себя: психофизиологические свойства человека, зависимость характеристик деятельности человека от особенностей используемого технического оборудования, и т.д. В целом, психологический анализ особенностей операторской деятельности представлен в ряде фундаментальных работ Зараковского Г.М., Стрелкова Ю.К., Бодрова В.А., В .Я. Орлова, Котика М.А., Голикова Ю.А., Костина

A.Н. и др.

Применительно к задаче безопасности швартовки в работах Демьянова

B.В., Попова В.В., Ерыгина В.В., Долматова Б.М., и др. сделаны выводы о том, что сантиметровая точность измерений расстояний недоступна ни человеку, при визуальном определении расстояний, ни техническим средствам навигации с помощью РЛС или оптических средств. Сантиметровая точность определения положения центра тяжести и концевых точек судна на ограниченной акватории в процессе швартовных операций доступна специальным портовым лазерным системам, действующим только в зоне каждого отдельного причала. Поскольку последние начали внедряться в портах мира с 2002-го года, и их распространение займёт некоторый период времени, то внедрение лазерных систем швартовки, в Новороссийске такая система уже развёрнута у причалов нефтетерминалов "Шесхарис", будет одним из факторов снижения субъективного воздействия человеческого фактора и повышения безопасности при выполнении операций швартовки больших морских судов в портах. Так же в работах акцентируется внимание на недоступности человеку высокой точности измерений, ограниченности временных реакций, проявляющихся в условиях его взаимодействия с объектом управления. В силу большой информационной нагрузки при непрерывном слежении за постоянно меняющейся ситуацией, обработки большого количества информации, принятие решений и, как следствие, возникающей усталости оператор-судоводитель может допускать ошибки, приводящие к возникновению аварийных ситуаций и авариям. Все эти факторы информационной перегрузки операторов оказываются в опасной зоне значений для безопасности судопроводки по акваториям больших портов, каким, например, является порт Новороссийск. Исследования в области рассматриваемой проблематики показывают, что технические системы высокоточного определения и надежного контроля местоположения судна в районах плавания с высокой интенсивностью судоходства, и особенно на заключительном этапе судозахода, при швартовке, приобретают все большее значение.

Необходимость повышения безопасности определяется все большим увеличением сложности современных танкеров. Эта проблема наиболее актуальна на современном этапе, решаемая внедрением таких технических систем, которые на основе выработанных рекомендаций предоставляют поддержку в принятии решения судоводителям в ситуациях с неявно выраженными параметрами. Перспективы применения таких систем открывают на морском транспорте, где человеческий элемент играет существенную роль, новые информационные возможности, для совершенствования процессов судовождения.

В соответствии с этим актуальной задачей информационного обеспечения процесса швартовки является исследование неиспользованной базы пространственно-скоростных параметров, сформированных лазерной системой контроля путём расширения её возможностей.

Для решения этой задачи необходимо: б обработать и преобразовать статистическую информационную базу дистанций до причала и скоростей судна при швартовке, сформированную специализированной программой

ЭОСКМАЗТЕЯ»; разработать математическую модель прогноза завершения циклов регулирования при сближении судна с причалом; разработать методику и алгоритм формирования значений времён циклов регулирования скорости сближения судна с причалом; разработать методику определения резервного времени и прогнозной дистанции в процессе швартовки; предложить систему, расширяющую поддержку судоводителя в принятии решения в ситуациях с неявно выраженными параметрами, в виде индикатора безопасности.

Заключение и выводы

В работе представлены исследования возможностей системы лазерного контроля путём включения неиспользованной информационной базы пространственно-скоростных параметров сближения судна с причалом для повышения безопасности швартовки. Проведенные исследования показали, что расширение возможностей информационного обеспечения швартовки, с применением системы, выдающей рекомендации в виде резервного времени и прогнозируемой дистанции снижает вероятность ошибок за счет уменьшения влияния человеческого фактора В итоге безопасность процесса швартовки повышается.

В результате научного исследования вынесенной на защиту темы при непосредственном участии соискателя:

- изучены характерные циклы замедления-ускорения оконечностей танкера при швартовке и введено понятие времени цикла регулирования, характерного для данного типа судна;

- обработана и преобразована база пространственно-скоростных параметров швартовки, сформированных специализированной программой «БОСКМАЭТЕК»;

- разработана математическая модель прогноза завершения циклов регулирования сближения судна с причалом;

- предложена методика формирования, и алгоритм анализа базы значений времён циклов регулирования скорости сближения судна с причалом;

- разработана методика определения резервного времени и прогнозной дистанции при швартовке;

- предложена система, расширяющая поддержку судоводителя в принятии решения в ситуациях с неявно выраженными параметрами.

1. Дмитриев В.И. Обеспечение безопасности плавания: Учеб.пособие для вузов водного транспорта. М.: ИКЦ «Академкнига», 2005.

2. Герман-Шахлы Ю.Г. Современные методы технического контроля безопасности перевалки нефти на морской транспорт. Учеб. Пособие.-М.: РКонсультант, 2003.

3. Оганов A.M., Цурбан А.И. Швартовые операции морских судов. М.: Транспорт, 1987.

4. Васьков A.C. Управление движением судна и конфигурацией зоны навигационной безопасности. Новороссийск, НГМА, 1996.

5. Погосов С.Г. Швартовка крупнотоннажных судов. М.: Транспорт, 1975.

6. Погосов С.Г. Безопасность плавания в портовых водах. М.: Транспорт, 1977.

7. Лазерная система швартовки крупнотоннажных судов (ЛСШКС). Временные технико-эксплуатационные требования, № МФ-02-22/848-64, Москва, 2002.

8. Карбовец Н.В. Надежность морской телекоммуникационной эрготех-нической системы управления швартовкой. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Новороссийск 2006.

9. Ерыгин В.В. Радиоэлектронные средства обеспечения безопасности швартовки крупнотоннажных судов в задаче снижения роли человеческого фактора (канд. дисс.). Новороссийск, РИО МГА, 2005.

10. Ю.Резолюция ИМО А.529(13). Стандарты точности судовождения.

11. Котик М.А., Емельянов A.M. Природа ошибок человека-оператора. М.: Транспорт, 1993.

12. Общие правила плавания и стоянки судов в морских портах Российской Федерации и на подходах к ним. Изд.З. Издание главного Управления навигации и океанографии Министерства обороны Российской Федерации, 1993.

13. Сборник обязательных распоряжений по морскому торговому порту Новороссийск (с приписным портопунктом Анапа) и морскому торговому порту Геленджик. Морская Администрация порта Новороссийск, 2005.

14. Демьянов В.В, Лицкевич А.П., Карбовец Н.В. Интеллектуальное дополнение человеческого элемента эргатической системы швартовки судна. Статья, Спецвыпуск «Проблемы водного транспорта».Ч.1, 2006.

15. Вагущенко JI.JL Судовые навигационно-информационные системы. Одесса, Фенкс 2004.

16. Лукомский Ю.А., Пешехонов В.Г., Скороходов Д.А. Навигация и управление движением судов. Санкт-Петербург, «Элмор», 2002.

17. Смирнов Е.Л., Яловенко A.B., Перфильев В.К., Воронов В.В., Сизов В.В. Технические средства судовождения. Том 2. Учебник для вузов.-СПб.: 2Элмор», 2000.

18. Гасов В.М., Меньков A.B., Соломонов Л.А., Шиган A.B. Организация взаимодействия человека с техническими средствами АСУ. Книга 7. Системное проектирование взаимодействия человека с техническими средствами, М.: Высшая школа, 1991.

19. Котик М.А. Краткий курс инженерной психологии. Учебное пособие. Таллинн: Изд. «Валгус», 1971.

20. Юдович А.Б. Предотвращение навигационных аварий морских судов.— 2-е изд., доп-М.: Транспорт, 1988.

21. Бурименко Ю.Б., Попов Ю.Б. Портовая буксировка. Технология и безопасность. -М.: Транспорт, 1991.

22. Белов П.Г. Системный анализ и моделирование опасных процессов в техносфере. Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений — М.: Издательский центр «Академия», 2003.

23. Автоматизированные системы управления / В.Д. Скугарев, A.A. Феду-лов, О.В. Щербаков-М.: Воениздат, 1981.

24. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М., Наука, 1968 г.

25. Мотышина М.С. Исследование систем управления. Учебное пособие. -СПб.: Изд-во Михайлова В.А., 2006.

26. Душков Б.А., Королев A.B., Смирнов Б.А. — Основы инженерной психологии. Учебник для студентов вузов. М.: Академический Проект; Екатеринбург: Деловая книга, 2002.

27. Инженерно-психологическое проектирование АСУ / Под.ред. А.И. Прохорова. Киев: Будивельник, 1973.

28. Венда В.Ф. Инженерная психология и синтез систем отображения информации. М.: Машиностроение, 1982.

29. Рыльский Г.И. Анализ и оптимизация систем управления пилотируемых летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1981.

30. Широков A.M., Козубовский В.М. Введение в инженерную психологию. Минск: МВИЗРУ, 1970.

31. Фокин Ю.Г., Пухов В.А., Степанов В.Н. Эргономика управления в ан-тропотехнических системах. М.: МО СССР, 1979.

32. Фокин Ю.Г. Оператор технические средства: Обеспечение надежности. М.: Воениздат, 1985.

33. Венда В.Ф., Нафтульев А.И., Рубахин В.Ф. Организация труда операторов: инженерно психологические проблемы. М.: Экономика, 1978.

34. Эргономика в определениях / Под ред. В.М. Мунипова. М.: ВНИИТЭ, 1980.

35. Зайцев B.C. Системный анализ операторской деятельности. Москва «Радио и связь» 1990.

36. Маныпин Г.Г., Барзилович Е.Ю., Воскобоев В.Ф. Методы профилактического обслуживания эргатических систем. Под ред. П.И. Ящерицина, Минск «Наука и техника» 1983.

37. Душков Б.А., Смирнов Б.А., Терехов В.А. Инженерно-психологические основы конструкторской деятельности.Москва «Высшая школа» 1990.

38. Росторгуева Н.Ю, Демьянов В.В. Методика проведения экспериментально статистического анализа данных о характеристиках человека-оператора при стационарном режиме работы СЧМ. // Сборник научных трудов НГМА выпуск 10.

39. Росторгуева Н.Ю, Демьянов В.В. Методика проведения экспериментально статистического анализа данных о характеристиках человека-оператора для нестационарного режима работы СЧМ. // Сборник научных трудов НГМА выпуск 10.

40. Боровиков В.П. Программа STATISTICA для студентов и инженеров.— 2-е изд. М.: КомпьютерПресс, 2001.

41. Просветов Г.И. Математические методы в экономике. Учебно-методическое пособие. М.: Изд-во РДЛ 2004.

42. Росторгуева Н.Ю. Методика определения времени решения операторских задач в компьютеризированных системах. // Сборник научных трудов НГМА выпуск 9.

43. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. Пособие для вузов. Изд.б-е, стер. — М.: Высш.шк., 1998 г.

44. Котик М.А. Емельянов A.M. Природа ошибок человека — оператора. М.; Транспорт, 1993.

45. Дьяконов В.П. МАТЬАВ. Изд. ПИТЕР, Санкт-Петербург, 2001.

46. Росторгуева Н.Ю., Юсупов Л.Н., Демьянов В.В. Синтез вектора возмущения скорости швартовки судна полиномиальной аппроксимацией её тренда. Сборник научных трудов ФГОУ ВПО «МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» выпуск 12.

47. Ерыгин В.В. Обеспечение безопасности мореплавания и порядка в порту: Тезисы доклада на 2-м Всероссийском совещании капитанов морских торговых портов.

48. Росторгуева Н.Ю. Анализ и количественные оценки статистической базы параметров швартовки лазерной системы дальнометрии. // Сборник научных трудов ФГОУ ВПО «МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» выпуск 12.

49. Стрелков Ю.К. Инженерная и профессиональная психология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. — М.: Издательский центр «Академия»; Высшая школа. 2001.

50. Бодров В.А., Орлов В.Я. Психология и надежность: человек в системах управления техникой. М.: «ИПРАН», 1998.

51. Смирнов Б.А. Инженерная психология., Киев. Головное издательство издательского объединения «Вища школа» 1979.

52. Инженерная психология. / под ред. Г.К. Середы, Киев. Головное издательство издательского объединения «Вища школа» 1976.

53. Чебаненко П.П., Шалаев Ю.Н. Эргономические приемы выявления резервов эффективности судовых систем. — Севастополь: ВСНТО, 1988 г.

54. Росторгуева Н.Ю. Статистическое исследование распределения временной базы циклов регулирования скорости швартовки вероятностной модели отказа системы «человек-машина». // Сборник научных трудов ФГОУ ВПО «МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» выпуск 12.

55. Вентцель Е.С.,Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. — Учеб. Пособие для втузов.— 2-е изд., стер. — М.: Высш.шк. 2000.

56. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике: Учеб.пособие для студентов втузов — 3-е изд., перераб. И доп. — Высш.школа,1979.

57. Росторгуева Н.Ю., Юсупов Л.Н., Демьянов В.В. Компьютерное моделирование аварийной ситуации при швартовке судна в условиях дестабилизирующих возмущений. // Сборник научных трудов ФГОУ ВПО «МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» выпуск 12.

58. Наследов А.Д. Математические методы психологического исследования. Анализ и интерпретация данных. Учебное пособие. — СПб.: Речь, 2004.

59. Гурский Д., Турбина Е. МаЙтсас! для студентов. Популярный самоучитель. СПб.: Питер, 2005.

60. В.В. Демьянов, А.П. Лицкевич, Н.В. Карбовец. Интеллектуальное дополнение человеческого элемента эргатической системы швартовки судна. Статья, Спецвыпуск «Проблемы водного транспорта». Ч. 1, 2006.

61. Проблемы психологической поддержки человека-оператора / Под ред. Ю.М. Забродина. Саратов: СГУ, 1983.

62. Васьков В.А., Мироненко A.A. Некоторые принципы системы поддержки принятия решения в судовождении. Статья, Спецвыпуск «Проблемы водного транспорта». 4.1, 2006.67.«Искусственный интеллект» и психология, /под ред. О.К.Тихомирова. М.: Наука 1976.

63. Васьков В.А., Мироненко A.A. Интеллектуальный интерфейс системы поддержки принятия решений судоводителем. Статья, Спецвыпуск «Проблемы водного транспорта». 4.1, 2006.

64. Ярош К.С., Сныткин А.Г. Опыт классификации форм отображения информации на экранах дисплеев // Тезисы докладов всесоюзной конференции «Диалог человек ЭВМ». Л.:ЛИАП, 1982.

65. Анохин П.К. Философский смысл соотношения естественного и искусственного интеллекта. «Вопросы философии» выпуск 6, 1973.

66. Винер Н. Кибернетика. М.,1968.

67. Вербицкий A.A. Активное обучение в высшей школе: контекстный подход. М.: «Высшая школа» 1991.73 .Леонтьев А.Н. Автоматизация и человек. «Психологические исследования», вып. 2, М.,1970.

68. Плонская Т.В., Плонский А.Ф. Человеческий элемент первопричина морских катастроф. Статья, Спецвыпуск «Проблемы водного транспорта». 4.1, 2006.

69. Кацман Ф, Баскаков С. Роль и место аварийного планирования в системе комплексной безопасности морской транспортировки СПГ. Статья. Морской флот № 6, 2006.

70. Срубас А. Для предотвращения аварий необходимо техническое наблюдение за судами. Статья. Морской флот № 8,1997.

71. Сарицкий С. 82-я сессия КБМ ИМО: безопасность на море. Статья., Морские вести России № 1-2, 2007.

72. Попов В., Главное снижение аварийности. Статья, Морские вести России № 1-2,2007.

73. Астрейн В.В. Анализ аварийности флота и развития СУБ. Сборник научных трудов НГМА, вып. 10, Проблемы безопасности морского судоходства, технической и коммерческой эксплуатации морского транспорта, Новороссийск 2005.

74. Аварии и катастрофы: предупреждение и ликвидация последствий / В.А. Котляревский и др. М.: Изд-во «Ассоциация строительных вузов», 1995.

75. Предупреждение крупных аварий. Практическое руководство: Пер. с англ. -М.:«Рарог», 1992.

76. Белов П.Г. Моделирование опасных процессов в техносфере. М.: Изд-во АГЗ МЧС, 1999.

77. Мастерских М.А. О защите морских судов от боры в Новороссийском порту. Гидрометиздат, М. 1996.

78. Системный анализ и принятие решений: словарь- справочник. Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.Н.Волковой, В.Н. Козлова. М.: Высш. школа, 2004.

79. Волкова В.Н., Денисов A.A. Основы теории систем и системного анализа. СПб.: Изд-во СП6ГТУ,2003.

80. Долятовский В.А., Долятовская В.Н. Исследование систем управления. Учебно-практическое пособие. -М.: ИКЦ «МарТ», 2003.

81. Мильнер Б.З. и др. Системный подход в организации управления. М.: Экономика, 1983.

82. Системный анализ как направление исследований / Е.П. Голубков. М.: Наука, 1977.

83. Харари Ф. Теория графов. М.: Мир, 1973.

84. Хомяков Д.М., Хомяков П.М. Основы системного анализа —М.: Изд-во МГУ, 1996.

85. Черняев Р.Н., Зурабов Ю.Г. Особенности внедрения и применения автоматической информационной системы. Морской транспорт. Серия «Судовождение, связь и безопасность мореплавания». Экспресс-информация. Выпуск 9(376). Москва. Мортехинформреклама.

86. Деружинский В.Е. Выбор и обоснование инвестиций и новой техники. Новороссийск, 1996.

87. Дацюк Н.И., Николаева Л.Л. Сборник задач по экономике морских перевозок: Учеб. Пособие.- Одесса: Фешкс, 2005.

88. Охрана судов и портовых средств в рамках Международного кодекса ОСПС: учеб.пособие /О.Т. Зуйков, С.Н. Ярышев, В.В. Перевозов, В.А. Миронов.- Новороссийск: НГМА, 2004.

89. Краев В.И., Пантина Т.А.Экономическая оценка инвестиций на водномтранспорте /Под. ред. проф. В.И. Краева. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003.

90. Узловые вопросы внедрения системотехники в практику научно-производственных объединений / А.Г. Скоробогатов, М.В. Макаров. материалы IV Всесоюзного симпозиума. Л.: Судостроение, 1980.

91. К оценки эффективности многокритериальных систем /В.М. Брук, В.И. Николаев.- Изв. АН СССР. Техническая кибернетика, № 4, 1979.

92. Сыроежин И.М. Совершенствование системы показателей эффективности и качества. М.: Экономика, 1980.

93. ЮЗ.Лицкевич А.П., Росторгуева Н.Ю. Надежность системы управления движением судов с резервом времени. Известия высших учебных заведений Северо-Кавказский Регион. Технические науки. Спец. выпуск Проблемы водного транспорта. 4.1. Ростов-на-Дону. РГУ 2004.

94. Обработка результатов наблюдений. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В., «Наука», Главная редакция физ.- мат. литературы 1970.