автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Совершенствование системы ограждения судового хода на внутренних водных путях

005014иоі

Никулин Артем Назарович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОГРАЖДЕНИЯ СУДОВОГО ХОДА НА ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЯХ

Специальность 05.22.19 «Эксплуатация водного транспорта, судовождение»

1 5 МДР 2012

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Н.Новгород-2012

005014061

Работа выполнена в ФБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта» на кафедре «Водных путей и гидротехнических сооружений».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ведущая организация - ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта».

Защита состоится27ма2012 г. в ^ часов (а. 231) на заседании диссертационного совбтаД. 223.001.01 при Волжской государственной академии водного транспорта по адресу:603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5\

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волжской

государственной академии водного транспорта

Сазонов Александр Александрович

Малышкин Александр Георгиевич

кандидат технических наук, доцент Ничипорук Олег Игнатьевич

Автореферат разослан «2£ », 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

9

юв

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Успешная интеграция ВВП России в международную транспортную систему в значительной степени зависит от технического состояния водных путей и степени развития всей инфраструктуры речного транспорта. Однако выделяемое государственное финансирование в последние годы не создает условий для модернизации внутренних водных путей и объектов инфраструктур, в том числе навигационного оборудования судового хода.

В то же время в последние годы на ВВП значительно изменились методы судовождения. В частности, получают широкое применение инструментальные методы проводки судов, а так же находят широкое распространение электронные навигационные карты (ЭНК), которые в значительной степени облегчают судовождение и ориентировку судоводителя на местности. В то же время исследования в направлении возможности применения этих методов судовождения на ВВП практически отсутствуют.

На научно-практической конференции «Современное состояние и содержание внутренних водных путей Российской Федерации», состоявшейся 7-9 августа 2007 г. в г. Иркутске, отмечается, что «Состав и правила расстановки навигационного ограждения судовых ходов на реках и водохранилищах не соответствует современным условиям, которые в последние 15-20 лет существенно изменились» и не способствуют повышению безопасности плавания. Кроме того, было отмечено также что изменилась структура водных перевозок и состав флота с увеличением доли крупнотоннажных судов оснащенных новой навигационной аппаратурой. Для повышения безопасности плавания широко внедряются электронные навигационные карты (ЭНК ВВП) для спутниковой навигации. Отмечается так же, что ГОСТ 26600-98 и временная Инструкция содержания навигационного оборудования не соответствуют изменившимся условиям.

Таким образом, изменившиеся условия работы флота требуют решения целого ряда вопросов повышения безопасности эксплуатации судов, в том числе совершенствования системы ограждения судового хода. Тем самым выбранное направление исследований является актуальным.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка рекомендаций по совершенствованию системы ограждения судового хода внутренних водных путей в изменившихся условиях эксплуатации судов. Для достижения поставленной цели необходимо решкть следующие основные задачи: на базе анализа научных исследований вопросов видимости объекта в атмосфере требуется обосновать и предложить методы расчета дальности видимости силуэтов плавучих навигационных знаков и сигнальных навигационных огней; разработать метод обоснования расстояния между плавучими навигационными знаками; провести натурные исследования дневной и ночной дальности видимости навигационных знаков; разработать рекомендации по совершенствованию навигационного оборудования судового хода.

Методология исследований. Методологическую и информационную основу диссертационной работы составляют новейшие отечественные и зарубежные теоретические и практические достижения в области дальности видимости объекта в атмосфере, использование новых светодиодных источников света, обладающих повышенной яркостью и надежностью работы по сравнению с лампами накаливания, а так же отечественного и зарубежного опыта в области теории видимости.

Научная новизна исследования состоит в следующем:

- разработаны методы определения дальности видимости плавучих навигационных знаков в дневное и ночное время основывающиеся на общей теории видимости объекта;

- впервые разработаны методы определения дальности видимости сигнальных огней навигационных знаков со светодиодным источником света;

- впервые разработан метод обоснования оптимизации насыщенности участков водного пути навигационными знаками, исходя из условий минимума суммарных затрат по флоту и навигационному оборудованию судового хода;

- разработан метод проведения исследования дальности видимости силуэта навигационного знака и световых сигнальных огней со светодиодным источником света при помощи СР8-навигатора.

Объектом исследования являются внутренние водные пути Единой глубоководной системы Европейской части России.

Практическая ценность работы.

Практическая ценность работы заключается в том, что применение разработанных методов расчета дневной дальности видимости плавучих навигационных знаков и сигнальных огней со светодиодными источниками света, а так же метода обоснования расстояния между плавучими навигационными знаками позволяют обоснованно решать вопросы схемы расстановки плавучих навигационных знаков на различных участках водного пути, что соответствует существующей «Инструкции по содержанию навигационного оборудования внутренних судоходных путей». Кроме того, разработанные в диссертационной работе рекомендации по совершенствованию навигационного оборудования ВВП, должны способствовать повышению безопасности плавания"судов за счет изменения схем расстановки плавучих знаков и исключения из ГОСТа 2660098 мало эффективных, а в некоторых случаях и опасных навигационных знаков.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГАВТ (2009-2010г); научно-практической конференции Санкт-Петербургского университета водных коммуникаций (2010г); Нижегородской сессии молодых ученых (2010г); международных форумах «Великие реки» (2009-201 Ог).

Публикации. Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 9 различных изданиях, в том числе 2 в реферируемых изданиях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 118 страниц основного текста, в том числе 27 таблиц, 35 рисунков. Список литературы содержит 146 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении сформулирована актуальность темы диссертационной работы, цель и задачи исследований, дана краткая характеристика направлений работы.

В первой главе приводится общая характеристика состояния внутренних водных путей Европейской части России, результаты исследований насыщенности навигационными знаками различных участков Единой глубоководной системы (ЕГС).

В соответствии с «Инструкцией по содержанию навигационного оборудования ВВП» в качестве основополагающих, при расстановке навигационного оборудования, заложены два основных критерия: ширина и радиус кривизны судового хода на криволинейном участке.

Исследованиям подвергались речные и озерные участки реки Волги от Твери до Астрахани, входящие в состав ЕГС. Разделение участков по длине проводилось по двум параметрам: ширины судового хода и кривизны судового хода (коэффициента извилистости). При этом участки с К„ до 1,2 и шириной судового хода более 200м были отнесены к озерным или приравнены к ним (озерно-речные), остальные участки рассматривались как речные. Исходя из этого в одну и ту же группу вошли участки с примерно равными характеристиками.

По результатам этих исследования построены графические зависимости взаимосвязи этих факторов и получены экспоненциальные уравнения.

Для оценки межфакторной взаимосвязи производился расчет коэффициента парной корреляции по формуле:

+ В? ^

где: п - число опытов в одной серии;

7 - номер рассчитываемого фактора; х - значение фактора;

М - математическое ожидание; О - дисперсия.

Графические зависимости насыщенности речных участков пути плавучими навигационными знаками (Н) от ширины судового хода (Вс/х) приведены на рис. 1, а от коэффициента извилистости (К„) на рис. 2; для озерных участков зависимости Н от ширины судового хода для плавучих знаков - на рис. 3, а для береговых - на рис. 4.

2 2Л

X

5 1.00

х , .. и ^ 1.8бЗо-0і'ІІ>:'

0.90

0,.¡о

100,0 200,0 300.0 -100.0 Вс/х, м

Рисунок 1. Зависимость Н=Ґ(Вс/х)

5 1.30 > 1.60

*140 II изос00""" 1.20

1.00 —-----

0.30 ~ ~———

0,60

150.0 250.0 350.0 450,0 550,0 Вс/х,м

Рисунок 3 - Зависимость Н={'(ВС/Х) для плавучих знаков

II-0.260^

Ки

Рисунок 2. Зависимость Н=Г(Ки)

ъ 0.55

х

^ 0,45

0.35 ---------

0.25 Н 0.4890^««'• 0.15

150.0 250.0 350.0 450.0 550.0 Вс/х, м

Рисунок 4 - Зависимость Н=Г(ВС/Х) для береговых знаков

1.00 0,с,0

По результатам проведенных исследований было установлено, что на речном участке насыщенность водного пути навигационными знаками напрямую зависит от извилистости и ширины судового хода участка. При этом, чем больше извилистость судового хода, тем выше насыщенность плавучими навигационными знаками, а доля береговых знаков изменяется незначительно.

Была так же установлена ярко выраженная обратная зависимость насыщенности как плавучими, так и береговыми навигационными знаками речного участка водного пути от ширины судового хода при всех значениях коэффициента извилистости.

Рассматривая подобные зависимости для озерных участков можно отметать, что извилистость судового хода при его большой ширине, мало влияет на насыщенность участка водного пути как плавучими, так и береговыми навигационными знаками. Причем, при увеличении ширины судового хода от 200 до 400м общая насыщенность навигационными знаками практически остается неизменной, а преобладающим типом навигационных знаков являются плавучие.

Коэффициент корреляции взаимосвязи исследуемых факторов на речных участках водных путей, как для береговых, так и для плавучих навигационных знаков находится в пределах от 0,27 до 0,53 при коэффициенте извилистости (Ки) до 1,3 и лишь при Ки более 1,3 корреляционная связь укрепляется и соответствует 0,56 -для береговых знаков и 0,71 - для плавучих знаков.

Из этого следует, что на перекатных участках, имеющих, как правило, высокую извилистость судового хода, в большей степени преобладают типовые схемы расстановки плавучих навигационных знаков. Расстановка береговых знаков зависит от индивидуальной особенности участка.

Расчетные значения коэффициентов корреляции исследуемых факторов на озерных участках, для береговых, и для плавучих навигационных знаков находится в пределах от 0,2 до 0,48, что говорит об отсутствии корреляционной связи между рассматриваемыми факторами. Это означает, что единообразной схемы расстановки как плавучих, так и береговых навигационных знаков даже на однотипных участках практически не существует, за исключением осевой системы расстановки буев.

В этой главе также отмечается, что на внутренних водных путях России произошли существенные изменения: изменилась структура водных перевозок; идет переоснащение судов навигационным оборудованием: увеличивается количество современных РЛС, систем идентификации судов (АИС) и др. Вместе с тем ведется активное внедрение электронных навигационных карт (ЭНК ВВП) для спутниковой навигации.

В то же время следует отметить, что работы по модернизации навигационного оборудования не проводились уже достаточно долгий промежуток времени. До сих пор применяются устаревшие конструкции некоторых знаков навигационного оборудования и светосигнальной аппаратуры. Дальность действия светосигнального оборудования недостаточна, а продолжительность автономной работы мала.

Во второй главе выполнен краткий анализ исследований по вопросам безопасности плавания судов внутреннего плавания и решения вопросов повышения эффективности работы навигационного оборудования.

Было установлено, что вопросами повышения безопасности судоходства занимались многие ученые, в том числе: Ваганов Г.И., Голубев А.И., Дудоладов A.A., Добровольский B.C., Клементьев А.Н., Рыжов Л.М., Сазонов A.A., Соларев Н.Ф., Токарев П.Н., Шмелев Г.М., Честнов Е.И. и многие другие.

Однако лишь незначительная часть ученых связывают свои исследования с навигационным оборудованием судового хода. К их числу можно отнести работа Голубева А.И., занимавшегося вопросами обеспечения радиолокационной видимости навигационных знаков с помощью пассивных и активных отражателей. Добровольский B.C. исследовал надежность ориентировки судоводителей в темное время суток; исследовал точность ориентировки по световым сигналам знаков навигационной обстановки.

Имеется ряд других работ, которые в той или иной степени связаны с видимостью навигационных знаков и судоходными условиями водного пути. Отдельные вопросы, связанные с навигационным оборудованием судового хода, рассматривали в своих работах Сазонов A.A. и Хохлов В. А.

Целый ряд исследований в 80-90х годах по вопросам повышения эффективности работы навигационного оборудования, были выполнены различными ВУЗами отрасли, в том числе Санкт - Петербургским университетом водных коммуникаций, Московской государственной академией водного транспорта.

Однако, вопросы оптимизации схем расстановки навигационного оборудования судового хода, обоснования дальности их действия и совершенствование светосигнального оборудования до сих пор до конца не исследованы и требуют своего решения.

Учение о видимости связано в основном с метеорологией и оптической видимостью объекта. Вопросам видимости объекта посвящено достаточно много исследований различных ученых. Наибольший интерес вызывает работа В. А. Гаврилова, в которой изложены современные проблемы видимости объекта в атмосфере. Однако все предложенные им методы определения видимости объекта не могут быть применимы для решения задачи видимости навигационных знаков и их сигнальных огней, поэтому требуют своего решения.

Целесообразно также разработать типовые схемы расстановки

плавучих навигационных знаков для различных участков ВВП и

9

оптимизировать их насыщенность навигационными знаками с использованием на них световых сигнальных устройств со светодиодными источниками света, имеющими большую дальность видимости.

На основании сказанного были сформулированы цель и основные направления исследований диссертационной работы.

В третьей главе диссертационной работы произведено обоснование методов расчета дальности видимости плавучих навигационных знаков и светосигнальных огней.

Под дальностью видимости понимают то расстояние, на котором судоводитель впервые обнаруживает сигнал, а под дальностью различимости - расстояние, на котором судоводитель определяет все отличительные признаки данного сигнала.

Дальность видимости световых сигналов и сигнальных фигур зависит как от геометрических факторов, так и от состояния атмосферы. В связи с этим видимость делят на геометрическую и оптическую, а расстояние до объекта наблюдения, называют соответственно геометрической и оптической дальностями видимости.

Геометрическую дальность видимости принято называть дальностью открытия. Численное значение дальности открытия с учетом явления рефракции земной атмосферы определяется выражением:

£> = 3850(4Н +4к) , м (2)

где: Н ц И - высота расположения рассматриваемого предмета и глаза наблюдателя над поверхностью земли или воды соответственно, м.

Факторы, определяющие видимость сигналов, обычно разделяют на три группы: свойства наблюдаемого объекта и фона, свойства атмосферы и свойства человеческого глаза. В наземных светоотражающих объектах к свойствам наблюдаемого объекта и фона относятся: цвет, форма, угловые размеры объекта и контраст между объектом и фоном. Для сигнальных огней, которые являются важнейшим объектом наблюдения в темное время суток, наиболее существенными являются сила света и цвет.

Дальность видимости объектов связана с порогом зрительных восприятий. Грубо говоря, пороговые восприятия - это восприятия

очень плохо видимых, едва различимых глазом объектов. Тем самым пороги контрастной чувствительности зрения подразделяется на порог обнаружения и порог исчезновения.

Порог обнаружения характеризует минимально различимый пороговый контраст яркостей, когда яркости объекта и фона близки между собой, но глаз замечает различие между ними. Порог исчезновения характеризует неразличимый пороговый контраст, при котором яркости объекта и фона настолько близки между собой, что глаз не замечает различия между ними.

В соответствии с современной теорией видимости, дальность видимости объекта сводится к расчету контраста яркости между объектом и фоном. При этом решение задачи по определению дальности видимости объектов в атмосфере сводиться к установлению закономерности изменения яркости слоя атмосферной дымки по мере увеличения расстояния между объектом и наблюдателем, которая описывается так называемым световоздушным уравнением. При выводе этого уравнения, предполагается, что на всем протяжении своей длины слой L оптически однороден.

Таким образом, в соответствии со световоздушным уравнением

яркость (dß) слоя dx будет пропорциональна освещенности Е этого слоя и интенсивности рассеяния света piß), то есть

dß'=p(6)Edx (3)

где: р{9) ~ функция, зависящая от количества и размеров аэрозолей, взвешенных в слое dx, и от направления визирования на этот слой.

Световой поток по длине слоя L будет ослабляться за счет рассеяния в среде и действительная яркость слоя будет меньше, чем полученная по уравнению (3). Ослабление светового потока на отрезке пути подчиняется закону Бугера, на основании которого действительная яркость слоя dx будет равна:

dß = p{ß)Eemdx (4)

где: а - показатель ослабления атмосферы.

Полную яркость слоя L получим путем интегрирования в пределах всего слоя:

ßL =\Lodß^p{e)E\Loe-dx=^-{ 1-е~л) (5)

пд р{в)Е дг

иоозначив-= N, окончательно получим:

о:

ßL=N{ 1-е~л) (6)

Выражение (6) является световоздушным уравнением, характеризующим изменение яркости атмосферной дымки в зависимости

от протяженности L слоя. Выражение ^^^ в физическом смыс-

а

ле характеризует состояние яркостного «насыщения» слоя L.

При значительном помутнении атмосферы яркость приземного слоя в горизонтальном направлении, как показывает опыт, на протяжении нескольких километров действительно достигает состояния насыщении и при дальнейшем увеличении слоя практически остается постоянной.

Вывод уравнения дальности видимости навигационного знака производится на основе разработанной ранее общей теории дальности видимости В.В. Шаронова, A.A. Гершунова иВ.А. Гаврилова с использованием выражений (4)-(6).

Истинная, т. е. не искаженная дымкой, яркость В0 объекта, наблюдаемая па близком расстоянии, сразу же начнет изменяться, как только будет удаляться от объекта.

Таким образом, если на близком расстоянии наблюдаемый объект имеет истинную, не искаженную дымкой яркость В0, то на достаточно большом расстоянии L яркость объекта Вои (кажущаяся яркость) вследствие рассеивания света и вуалирующего эффекта атмосферной дымки будет отличаться от В0 и примет значение

Вм=В0е-л+Щ 1-е"*-) (7)

Тогда выражение для наблюдаемой яркости фона Вфн любого реального объекта будет равна:

Вфя=Вфе-л+Щ 1-е'л) (8)

Если наблюдаемый навигационный знак, имеющий яркость Во, проецируется на каком-либо фоне и имеет яркость Вф, то уравнение контраста (К), для условия, когда яркость фона больше яркости наблюдаемого навигационного знака, будет иметь вид:

при = = (9)

Подставляя выражения (7) и (8) в уравнение (9) и выполнив соответствующие преобразования при К = £>юр получим:

V

где: К - неискаженный контраст между фоном и объектом, ° наблюдаемый в непосредственной близости к объекту; £ пороговый контраст чувствительности зрения принимаемый равным 2% ( епор = 0,02 ).

В соответствии с ГОСТом 26600-98 навигационный знак выбирается таким образом, чтобы обеспечивался максимальный контраст между этим знаком и фоном местности. При таком условии контраст между наблюдаемым навигационным знаком и фоном

местности близок к единице, т.е. К0 = 0,9 -1,0.

Тогда формула (10) примет следующий вид:

Ьр=- 1п а

¿пор

(П)

где: а - коэффициент ослабления светового потока на единицу расстояния до наблюдаемого объекта, который

3,91

выраженный через МДВ равен а = ——;

Вф - коэффициент светлоты фона, который зависит от ус-

Ь = -— ловий освещения. N

Вывод формулы (11) основывается на световоздушном уравнении, при выводе которого заложено условие оптической однородности слоя атмосферы на всей длине его наблюдения, что не соответствует реальности. В реальных условиях слой атмосферы неоднороден, что оказывает влияние на дальность видимости навигационного знака. Поэтому, для повышения точности расчетов в формулу (11) вводятся поправочные коэффициенты на дальность видимости буев правой и левой кромок (Кпр ; К , ), зависящие от метеорологической

дальности видимости (МДВ), значение которых получены по данным натурных исследований и равны соответственно: - для силуэта буя правой кромки:

-0,011

К^ = 0,6366-Бя - дня силуэтов знака левой кромки: К. = 0,6446-Я °'04В

(12)

(13)

Подставляя значения Кпр ,КД и а в формулу (11) и выполнив

необходимые преобразования, получим в окончательном виде формулы для определения дальности видимости навигационных знаков:

буя правой кромки:

Д

пр

0,1628-Я0'989 1п

1 + 6(-

1

пор

■1)

(14)

буя левой кромки:

Ь =0,1649-5

1.0413

1п

1+&(-

пор

-1)

(15)

Видимость световых сигнальных огней навигационных знаков также определяется величиной контраста между наблюдаемым огнем и лежащим за ним фоном.

Наблюдаемый уединенный огонь, имеющий силу света 1о на расстоянии Ь, на котором угловые размеры источника меньше порога остроты зрения, воспринимается как точечный. В атмосфере световой поток ослабляется по закону Бугера, поэтому действительная освещенность на зрачке наблюдателя будет равна:

Е = ^е'л (16)

Ь2

На некотором расстоянии 1х, называемом дальностью видимости сигнального огня, освещенность достигает своего минимума, т.е. Епор, которая для дальности видимости Ьс сигнального огня будет равна:

ЕпоР =-уте'а1" (17)

А:

Из выражения (17) следует, что световой сигнал виден наблюдателю, если его сила света будет не менее:

1 = Е„орЬУ^ 10б (18)

где: I - сила света светосигнального устройства, кд;

£ - расчетная величина пороговой освещенности, лк;

£ - дальность видимости сигнального огня, км.

Дальность видимости световых сигнальных огней зависит от силы света, состояния атмосферы, пороговой освещенности. При расчетах дальности видимости проблесковых огней принимается не действительная сила света (Г), а эффективная (1эфф), определяемая по формуле Блонделя - Рея:

/_ (19)

эФФ в г >

пр

где: I — испшная сила света, кд;

с - длительность проблеска, с;

- постоянная, зависящая от уровня освещенности на зрачке наблюдателя; принимаемая равной 0,1с.

Таким образом, на основе основных законов теории видимости, получены зависимости для определения дальности видимости навигационных знаков и световых сигнальных огней.

Четвертая глава посвящена разработке рекомендаций по совершенствованию навигационного оборудования судового хода на ВВП. Для этого вначале был разработан метод обоснования расстояния между плавучими навигационными знаками. Сущность этого метода заключается в теоретико-игровом подходе принятия решения, т.е. отыскание рационального решения в условиях неоп-

15

ределенного характера ситуации, с использованием расчетной матрицы.

Расчетная матрица.

Удельное число транспортных происшествий •Л/^Д . и их вероятность Р: Коэффициент насыщенности участка ВВП навигационными знаками К„ . и] Э ,-Э м

КН2 к*> Кнп

N э„ Эи Эг. Э* 1 -Э*;о 1

N "ТП 2 Рг ■^21 э э2п Э*2-Э*л2

N Эп Эт 3*1-3**,

N 1УТП т рт Эи2 ^тп Э* — 1*■

м< % % Э- я А

Данная матрица включает в себя суммарные затраты (Э1;.) по

навигационному оборудованию и транспортным происшествиям при определенной насыщенности участка пути навигационными знаками В качестве минимизируемой величины, при реше-

нии этой задачи принимаются эти суммарные затраты. Затраты по флоту определятся следующим образом:

где: эр -^са&няш стоимость содержание судна, р/ч;

^тп ~ сРедаее время простоя одного судна при транспортном происшествии, ч;

16

дг - среднее удельное число транспортных происшест-777 вий, принимается на основе обработки данных ТП за предыдущие навигации (не менее 5) на рассматриваемом участке; N - плановый навигационный судопоток на рассматриваемом участке водного пути.

Стоимость навигационного оборудования на рассматриваемом участке пути за навигацию определяется по следующему выражению:

ЭЛ£> +ЭС0д+АЭ3„)*пзн,р/нав (21) где: э - стоимость содержания одного навигационного

сод

знака за навигацию, руб; Эио ~ распределенные затраты за навигацию на приобретение навигационных знаков, руб.; ДЭ - изменение стоимости содержания одного знака за навигацию, р/нав; пзн — число знаков на рассматриваемом участке.

Средняя величина погрешности принимаемого решения, обусловленная вероятностным характером принимаемого решения будет равна:

4 = ¿(Э/ — ЭЛ,- )Р, или ц = 100% (22)

МЛ

Для выявления достоверности предложенных в диссертационной работе методов расчета дальности видимости навигационных знаков и светосигнальных огней в течение 2009-2011 гг. были проведены натурные исследования дальности видимости плавучих навигационных знаков 5го и бго типоразмеров и светодиодных сигнальных огней проблескового режима при различной МДВ.

Результаты этих исследований в виде графических зависимостей приведены на рис. 5-7. Исследования показали, что дальность видимости буев красного цвета (как речных, так и озерных) при одной и той же МДВ в среднем 10-20% больше белого цвета.

Было также установлено, что видимость световых сигнальных огней со светодиодным источником света исследуемых навигационных знаков намного выше, чем дневная видимость как речных, так и озерных, буев. Так, видимость белого проблескового огня в 1,4-1,5 раза больше, чем силуэт буев правой и левой кромок

В целом можно сделать вывод, что установленная ГОСТом 26600-98 видимость навигационных знаков явно занижена. Применение сберегающих светодиодных источников света значительно увеличивает дальность видимости сигнальных огней и срок службы, улучшает ориентировку судоводителей и тем самым повышает безопасность плавания.

I

1.0 0.0

О 2 А 6 8 10

Метеорологическая дальность видимости, км

Рисунок 5 - Зависимость дальности видимости плавучих навигационных знаков шестого типоразмера (озерные буи) от метеорологической дальности видимости

КрЛС. ПЛ. .11! ,5 г. р. Бол. пч.зн

2 4 О 3 Ю 12

Метеорологическля дальность видимости, км

Л «*.ь

^ А.О

ЯЛ»

?.о

1.0

0.5 О.О

Рисунок 6— Зависимость дальности видимости плавучих навигационных знаков пятого типоразмера (речные буи) от метеорологической дальности видимости

810.0 3 0.0

2.0 1.0 о.и

1 i Ъ > о 11

Метеорологическая дальность оидимости, км

Рисунок 7 - Зависимость дальности видимости проблескового сигнального огня плавучего навигационного знака от метеорологической дальности видимости

По результатам этих исследований получены расчетные формулы для определения реальной дневной дальности видимости кромочных буев красного и белого цветов (Ьф6,к; Ьфб'Е; ¿<р5'1{; Ьф5,Б) в зависимости от метеорологической дальности видимости (Би) при ее значениях от 2 до 10 км:

- для красного плавучего знака 6-го типоразмера:

¿фб,к = -0,02635^2 + 0,8623£м + ОД 25 (23)

- для белого плавучего знака 6-го типоразмера:

1ф6Е = -0,0138^/ + 0,701+0,0831 (24)

- для красного плавучего знака 5-го типоразмера:

1ф5,к = -0,02185^ 2 + 0,6196£м + 0,0172 (25)

- для белого плавучего знака 5-го типоразмера:

¿ф5'Б = -0,00168мъ + 0,00235;/ + 0,4634£м + 0,0463 (26)

Для определения дальности видимости навигационных сигнальных огней плавучих знаков со светодиодным источником света предложены следующие расчетные формулы:

- для проблескового навигационного огня белого цвета:

1?ю = 0,3021-/0°'43"(-0,0023^3 +0,0752^ + 1.23495,, +0,2136)

здесь: / - сила света светодиодного источника света, кд.

- для проблескового навигационного огня красного цвета: 4 = 0,3582-С3366 (-0,003+ 0,099+1Д6575Л/ +0,213) (28)

По результатам выполненных автором исследований разработаны рекомендации по совершенствованию навигационного оборудования судового хода на ВВП, в число основных из которых входят следующие.

С целью повышения безопасности плавания на наиболее ответственных речных и озерных участках водных путей целесообразно изменить схему расстановки плавучих навигационных знаков с обычной (беспорядочной) на попарную расстановку буев.

Попарная схема расстановку буев впервые была опробована, по нашим предложениям, в Камском бассейне на Нижнекамском водохранилище и получила положительное заключение, что подтверждается соответствующим документом. На основании сказанного, считаем такой принцип расстановки плавучих навигационных знаков целесообразно распространять и на другие участки водных путей ЕГС.

Без снижения безопасности плавания на участках с малой кривизной судового хода, т е на озерных участках, можно увеличить расстояние между плавучими навигационными знаками примерно на 20-30%, что подтверждалось натурными исследованиями.

В соответствии с изменившимися условиями содержания внутренних водных путей и реальной ситуацией назрела необходимость некоторой корректировки ГОСТа 26600-98. В частности, целесообразно исключить из него: кромочные створные знаки - как малоэффективные и нигде неприменяемые в настоящее время; щелевые створные знаки - как морально и физически устаревшие, и требующих на модернизацию значительных финансовых затрат.

В действующем ГОСТе 26600-98 береговой, знак «Ориентир» имеет две одинаковые формы как для правого, так и для левого берегов, что может вызвать дезориентацию.

Для исключения этого предлагается форму знака, «Ориентир» для каждого берега оставить одну: для правого берега - прямоугольную; для левого берега - трапецеидальную. В качестве навигационного огня предлагается на правом берегу красный, на левом - зеленый, режим огня прежний - двухпроблесковый.

Все это вместе взятое, по нашему мнению, позволит упорядочить систему расстановки навигационных знаков на ВВП и повысить безопасность плавания судов и составов. В то же время это так же позволит ускорить интеграционные процессы в общеевропейскую транспортную систему.

В заключении диссертационной работы приведены результаты выполненных исследований, основными из которых являются:

1. Проведены исследования насыщенности навигационными знаками различных по судоходным условиям участков водных путей Единой глубоководной системы Европейской части России.

2. Обоснован алгоритм расчета дневной и ночной дальности видимости плавучих навигационных знаков, основывающийся на общей теории видимости объекта.

3. Впервые разработан метод расчета дальности видимости световых сигнальных огней плавучих навигационных знаков, со светодиодным источником света.

4. Впервые разработан метод обоснования рационального расстояния между плавучими навигационными знаками.

5. Проведены натурные исследования дневной дальности видимости речных и озерных буев, а также светосигнальных огней со светодиодным источником света буев правой и левой кромок судового хода.

6. Разработаны рекомендации по совершенствованию системы ограждения судового хода ВВП и корректировке ГОСТа 26600-98

Работы, опубликованные по теме диссертации

Публикации в рецензируемых изданиях

1. Никулин А.Н. Теоретические основы дальности видимости объекта в атмосфере / А. Н. Никулин // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №2 - 2010. -С. 165 - 169

2. Никулин А.Н. Теоретико-игровой метод оптимизации насыщенности участка водного пути навигационными знаками / А. Н. Никулин // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1-2011.-С. 146-151.

Публикации в других изданиях

1. Никулин А.Н. Современное состояние навигационного оборудования на внутренних водных путях ЕГС европейской части России / А. Н. Никулин // Вестник / ВГАВТ. - Вып.26,- 2009 -С. 106-108.

2. Никулин А.Н. К вопросу о совершенствовании навигационного оборудования на внутренних водных путях / А. Н. Никулин, A.A. Сазонов // сборник «Великие реки» - 2009 -С.50 -51.

3. Никулин А.Н. О совершенствовании системы ограждения судовых ходов на внутренних водных путях / А. Н. Никулин // Сборник Международной научно-практической конференции «Водные пути России: строительство, эксплуатация, управление» в СПГУВК. 2009г.-С. 17-20.

4. Никулин А.Н. «Современное состояние навигационного оборудования на внутренних водных путях / А. Н. Никулин // Сборник «14-й Нижегородской сессии молодых ученых-2009. С. -106-107.

5. Никулин А.Н. Теория видимости объекта в атмосфере и ее влияние на изменение схемы расстановки плавучих навигационных знаков / А.Н. Никулин // Сборник «Великие реки» - 2010. С. 58 - 59

6. Никулин А.Н. «Перспективы развития светосигнального оборудования навигационных знаков ВВП / А.Н. Никулин, A.A. Сазонов, В. А. Хохлов // Сборник «Великие реки» - 2010. С. 74 - 75

7. Никулин А.Н. Насыщенность водных путей навигационными знаками / А. Н. Никулин // Сборник 15-й нижегородской сессии молодых ученых Технические науки. -2010. С. 65 - 66

Формат 60x84 У20. Гарнитура «Тайме». Ризография. Усл. псч. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ 013.

Издатеяьско-полиграфический комплекс ФБОУ ВПО «ВГАВТ»

603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а