автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Структурно-логический синтез информационных потоков АСУДС в условиях использования автоматической идентификационной системы

4ВО юз«

На правах рукописи

Бикулин Павел Викторович

СТРУКТУРНО-ЛОГИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ АСУДС В УСЛОВИЯХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Специальность 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими

процессами и производствами (технические системы)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2011

4851698

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Нырков Анатолий Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Вишневский Юрий Георгиевич кандидат технических наук, доцент Гулевитский Андрей Юрьевич

Ведущая организация: Военная академия тыла и транспорта

им. генерала армии A.B. Хрулева

Защита диссертации состоится «28» апреля 2011 года в 1400 в ауд. 235 на заседании диссертационного совета Д 223.009.03 в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций по адресу. 198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, д. 5/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций.

Автореферат разослан «25» марта 2011 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 223.009.03 кандидат технических наук, доцент

Барщевский Е.Г.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования обусловлена социально-экономическим развитием России и потребностью речного транспорта во внедрении наукоемких информационных технологий с целью обеспечения его конкурентоспособности и включения в международную систему мультимодальных перевозок. Российская Федерация располагает самой большой в мире сетью внутренних водных путей, используемых для транспортного судоходства. В третьем тысячелетии отмечается ежегодный рост объема перевозок по Единой глубоководной системе Европейской части внутренних водных путей России. Суда, как правило, оснащены современным навигационным оборудованием и средствами связи, соответствующими международным требованиям. Береговая инфраструктура управления судоходством также стремится соответствовать международным требованиям и обеспечивать международные стандарты безопасности.

Современное состояние и перспективы развития внутреннего водного транспорта определяются многими взаимосвязанными факторами, в ряду которых эффективное использование внутренних водных путей и совершенствование автоматизированных систем управления движения судов (АСУДС), которые являются неотъемлемой частью Государственной системы обеспечения безопасности мореплавания, создаются на акваториях морских портов и на подходах к ним, во внутренних морских водах, в территориальном море и прилежащей зоне РФ.

Совершенствование АСУДС в условиях модернизации инфраструктуры речной отрасли необходимо в условиях внедрения новых форм и видов информационного взаимодействия. На внутренних водных путях необходимы технологии оперативной связи между многими объектами транспортного процесса. Развитие и модернизация внутренних водных путей РФ должны происходить на принципах интеграции в информационное пространство транспортного комплекса РФ, в первую очередь, в существующую систему морского транспорта РФ, позиции которой определены необходимостью следования международным нормам и правилам. Появление многофункциональных информационных технологий позволяет модернизировать систему управления судоходством. Данное исследование ориентировано на совершенствовании подсистем АСУДС и обеспечения безопасности судоходства на внутренних водных путях.

Объект исследования: информационное обеспечение автоматизированных систем управления движением судов.

Предмет исследования: математические модели и алгоритмы сопровождения информационных потоков с использованием автоматической идентификационной системы в автоматизированных системах управления движением судов.

Цель исследования: повышение безопасности судоходства в условиях модернизации инфраструктуры внутренних водных путей.

Задачи исследования:

1. Разработать теоретические основы решения научно-технической задачи развития информационного обеспечения АСУДС.

2. Обосновать направления совершенствования подсистем АСУДС с ориентацией на модернизацию инфраструктуры внутренних водных путей.

3. Выявить новые возможности и закономерности взаимодействия информационных потоков в условиях использования автоматической идентификационной системы (АИС).

4. Разработать математическое и алгоритмическое обеспечение информационных потоков в АСУДС на основе использования АИС.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту:

В диссертации проведено обобщение методов анализа и синтеза информационных потоков в АСУДС, которые позволили раскрыть возможности совершенствования подсистем АСУДС для безопасности судоходства на внутренних водных путях и получить новые знания.

1. Выявлены закономерности взаимодействия информационных потоков в АСУДС на основе использования АИС.

2. Разработано математическое обеспечение информационного сопровождения АСУДС, особенностью которого является расчет параметров движения судов, идущих по контрольным точкам маршрута следования, и построение траектории относительного движения (ТОД) судна с учетом заданной дистанции.

3. Представлены алгоритмы управления движением судов, следующих по контрольным точкам маршрута, и построения ТОД судна по получаемым координатам с учетом заданной дистанции для безопасного расхождения судов.

4. Разработана модель структурно-логического синтеза информации в АСУДС для обеспечения безопасности судоходства на внутренних водных путях.

Теоретическая значимость исследования заключена:

- в разработке теоретических основ решения научно-технической задачи развития информационного обеспечения АСУДС, к которым отнесены: обоснование причин, указывающих на необходимость повышения качества связи; закономерности взаимодействия информационных потоков в условиях использования автоматической идентификационной системы и факторы повышения оперативности связи;

- в обосновании направления совершенствования подсистем АСУДС с использованием АИС;

- в разработке математического и алгоритмического обеспечения информационного сопровождения АСУДС;

- в разработке модели структурно-логического синтеза информации в АСУДС.

Практическая значимость работы состоит в том, что может использоваться:

- метод расхождения, основанный на определении местоположения судов по данным АИС, позволяющий проектировать траектории движения

судов во избежание столкновений, расхождения в условиях ограниченной видимости и маневрирования в узкости или па ограниченной акватории;

модель структурно-логического синтеза, позволяющая заблаговременно спрогнозировать безопасное прохождение затруднительных участков пути для конкретного судна и для каждого в отдельности, при наличии экстремальной ситуации их расхождения.

Практическая ценность работы также состоит в том, что сформулированные выводы и рекомендации могут быть использованы при реализации утвержденных Федеральным агентством морского и речного транспорта программ построения речных автоматизированных систем управления движением судов в разных речных бассейнах Единой глубоководной системы внутренних водных путей Российской Федерации.

Реализация научных результатов. Разработанные математические модели и алгоритмы использованы в ООО «Росречинфоком», ООО НПК «Системы и технологии», ЦАСУ Санкт-Петербургского военного института ВВ МВД России. Модель структурно-логического синтеза информации в АСУДС внедрена в учебный процесс кафедры «Технических средств судовождения и связи» Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций.

Публикации работы. Основные результаты работы опубликованы в одиннадцати научных изданиях, в том числе в четырех изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Апробация работы осуществлена на:

• XXI научно-технической конференции (межвузовская) «Военная радиоэлектроника: опыт использования и проблемы, подготовка специалистов» (ВМИРЭ имени A.C. Попова, 2010 г.);

• круглом столе «Проблемы комплексирования учебных дисциплин в военных институтах внутренних войск МВД России» (Санкт-Петербургский военный институт внутренних войск МВД России, 2010);

• X Санкт-Петербургской международной конференции «Региональная информатика-2006». 2006, Санкт-Петербург;

• научно-технической конференции молодых научных сотрудников СПГУВК (СПб, 2006).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав текста, заключения, списка опубликованных источников, содержащего 104 отечественных и зарубежпых работ. Основное содержание работы изложено на 141 страницах, включая 37 рисунков и графиков, 9 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, конкретизируются объект и предмет исследования, формулируются цель и основные исследовательские задачи, решаемые в диссертационной работе.

В первой главе содержится теоретический анализ развития информационного обеспечения АСУДС в контексте модернизации инфраструктуры внутренних водных путей. В работе отмечается, что модернизация инфраструктуры речной отрасли ориентирована на повышение качества информационных потоков. К объектам повышенного впимания в инфраструктуре внутренних водных путей относят системы навигации и АСУДС, а также устройства и оборудование, обеспечивающие транспортный процесс. Проведённый анализ позволил так же сделать вывод о том, что одним из направлений модернизации является усиление контроля над безопасностью судоходства. Современное состояние технического и информационного оснащения АСУДС рассматривается экспертами как одно из препятствий на пути к интеграции речного транспорта России в международную судоходную транспортную систему. Водные транспортные возможности - это конкурентное преимущество России, и повышение безопасности речного судоходства является государственной задачей.

Эффективность и безопасность работы речного транспорта напрямую зависит от наличия и состояния средств информационного обеспечения. Поэтому для обоснования путей повышения оперативности в обеспечении безопасности судоходства проведён анализ особенностей и недостатков распространенных видов информационных потоков АСУДС.

Таким образом, необходимость повышения качества информационных потоков в АСУДС можно обосновать двумя определяющими причинами:

• переход на комплексность развития инфраструктуры внутреннего водного транспорта;

• обеспечение безопасности и правил судоходства в требованиях международных стандартов.

Далее в главе решается исследовательская задача, связанная с обоснованием направлений совершенствования подсистем АСУДС. С этой целью вначале изучены структура и функции АСУДС и выделены важнейшие требования к функциям, суть которых заключается в ориентации на сохранение единого технологического комплекса обеспечения безопасности судоходства. На основе анализа особенностей и недостатков распространенных видов и технических средств, в речной отрасли выделены проблемы совершенствования АСУДС.

В работе отмечено, что проблем совершенствования АСУДС много. Но выделенные проблемы объединяет то, что в условиях модернизации инфраструктуры речной отрасли необходимо принципиальное изменение подхода к решению задач модернизации внутренних водных путей РФ, основанного на принципах интеграции в информационное пространство транспортного комплекса РФ.

Для раскрытия основных авторских позиций в данной работе используются, во-первых, информационное сопровождение водного транспорта с использованием АИС, во-вторых, средства реализации сопровождения, которыми располагают АСУДС.

В этой связи становится актуальной проблема информационного сопровождения при рассмотрении закономерностей взаимодействия информационных потоков в АСУДС. Поэтому объективно необходимым направлением совершенствования АСУДС является использование автоматической идентификационной системы. Совершенствованию АСУДС на принципах использования АИС способствуют выделенные в исследовании закономерности взаимодействия информационных потоков, а именно:

• установка приоритета отображения информации по судам, расположенным в радиусе действия автоматической идентификационной системы (АИС),

• создание актуальной информации в целях повышения безопасности судоходства по маломерным судам в акватории порта,

• достоверность и качество динамической информации при расхождениях судов на малых дистанциях.

Таким образом, решены исследовательские задачи, связанные с выявлением новых возможностей и закономерностей взаимодействия информационных потоков в условиях использования АИС и с обоснованием путей совершенствования подсистем АСУДС с ориентацией на модернизацию инфраструктуры речной отрасли.

Во второй главе делается акцент на суть информационного обеспечения АСУДС, заключающуюся в том, что каждый новый цикл информационного взаимодействия завершается формированием обновленной информации, значимой в данный момент. В главе раскрыты основные требования к качеству информации и её критерии, методы анализа информационного обеспечения. Методы исходят из общих характеристик информации, имеют свою область применения: одни удобны для описания информационных связей между разными объектами, другие - между группами задач, отдельными задачами и группами элементарных процедур. Наиболее полное и детальное отражение и анализ потоков информации можно получить с помощью различных моделей.

Решение проблемы оперативного сбора информации из разных информационных потоков в минимально возможные промежутки времени для обеспечения безопасности судоходства возможно при условии использования новых объединенных методик исследования информационного обеспечения, в частности, математической модели с использованием данных АИС. Это непременное условие требует тесной увязки с тем, что математические модели должны быть органически включены в систему управления безопасностью судоходством.

В модели предусмотрена возможность связи со всеми известными и разрешенными системами мониторинга (контроля) судоходства, однако использование АИС в АСУДС предполагает расширение функций мониторинга.

Особенностью модели является также преобразование формы предоставления информации и оценки опасности сближения при

определении дистанции и времени до точки кратчайшего сближения по аналогии с САРП. Для этого выделены основные информационные потоки, возникающие при переходе от устаревших систем определения и расчета расхождения судов, основанных на векторных методах определения дистанции, к современным координатным, основанным на определении местоположения по данным систем СРБ/ГЛОНАСС. Использование информации, получаемой от АИС, позволяет отойти от векторной системы определения расположения и движения судов.

Координатный метод движения судов определяется по следующим критериям. По получаемым координатам строится линия относительного движения судна - цели, причем в каждой точке, в соответствии с механизмом работы стандарта СРБ/ГЛОНАСС, записывается время прохождения судном данной координаты. Другими словами, вне зависимости от метеоусловий, радиолокационной обстановки и рельефа местности, мы получаем точное местоположение судна.

В данном случае точка О, принимаемая за место своего судна, определяется в системе координат по значениям (х,у) (рис. 1). Через полученные точки А1 и Лг по соответствующим координатам (*,,>■,) и (х2,у2) проводят ЛОД. А длина перпендикуляра ОС, опущенного из точки О, представляет дистанцию кратчайшего сближения Время сближения на кратчайшее расстояние определяется так.

(1)

ч

где Л2С - расстояние до столкновения,

Уц - скорость движения судна - цели.

При расхождении судов, идущих пересекающимися курсами, если Аф <01а,), необходимо предпринять маневр для расхождения с судном-целью. Сопоставляя 1КГ, У0, Ом, выбирается время начала маневра.

Графическая прокладка для обоснования маневра расхождения в заданной дистанции при изменении курса показана на рис. 1. Она осуществляется в следующей последовательности:

1. По предполагаемому времени маневра или по предполагаемой дистанции маневра наносится точка местоположения судна - наблюдателя в момент начала маневра расхождения.

2. Осуществляется выход судна — наблюдателя на новый курс, расположенный параллельно курсу судна - цели.

3. Осуществляется изменение координат движения и угловой скорости судна.

4. Производится построение траектории относительного движения судна - наблюдателя по получаемым координатам с учетом условий инерции судна.

5. Полученная траектория относительного движения проверяется с учетом заданной дистанции для безопасного расхождения судов.

Таким образом, к значимому результату исследования можно отнести особенности построения модели взаимодействия с использованием данных АИС.

В третьей главе разработано математическое обеспечение информационного сопровождения АСУДС и представлены алгоритмы для расчета параметров движения судов, идущих по контрольным точкам маршрута следования, и построения траектории относительного движения {ТОД) судна по получаемым координатам с учетом заданной дистанции для безопасного расхождения судов.

Предметом информационного сопровождения АСУДС являются последовательные действия по формированию необходимой и достаточной информации при расхождении судов с учетом выявленных закономерностей взаимодействия информационных потоков АСУДС в соответствии с принципами использования АИС.

Рис. 1. Маневр при расхождении судов Траектория движения судна по пройденному участку пути устанавливается по координатам ОРБ/ГЛОНАСС оборудования. Но из-за влияния внешних и внутренних сил во время движения судна, траектория движения может отличаться от маршрута следования. В результате мы получаем траекторию относительного движения, которая отображает траекторию движения судна относительно маршрута следования и вероятность выхода на следующую контрольную точку.

Необходимость корректировки курса судна во время прохождения маршрута следования зависит от попадания траектории относительного движения судна в заданную область значений контрольной точки.

На рисунке 2 представлена схема прохождения судном контрольной точки, которая определяет возможность безопасного прохождения маршрута

следования с учетом Вк т - области допустимых значений контрольной точки и 1КТ - пространства элементарных событий.

Область Окт определяет допустимое попадание значений траектории относительного движения, а 1К Т - пространство, куда попадание происходит при любом исходе прохождения контрольной точки.

Найдем вероятность попадания траектории относительного движения (ТОД) в область допустимых значений контрольной точки Окт, применив для этого геометрический подход к определению вероятности.

траектория относительного движения

контрольные точки маршрута

Рис. 2. Схема прохождения контрольной точки Вероятность попадания определяется следующей формулой:

^ = Р, (2)

и.

где 5 „ - площадь области допустимых значений контрольной точки, принимающая в зависимости от указанных выше параметров области йкт различное значение.

Б, - площадь пространства элементарных событий 1КТ на заданном участке пути.

— площадь области допустимых значений

КТ

■ площадь пространстеа элементарных событий

К.Т

Рис. 3. Схема определения вероятности попадания в диапазон значений контрольной точки для одного судна.

А вероятность попадания равномерно распределенной случайной величины на интервал (*,, х2), лежащий внутри отрезка [а,Ь], равна

Р = Р(х2)-Р(х,) = ^ (3)

Ъ-а

При этом принимаются во внимание следующие обозначения, представленные на рисунке 3.

Формулы (2) и (3) определяют вероятности попадания траектории относительного движения (ТОД) в область допустимых значений контрольной точки (1)кт). Так как на судно в результате перехода от текущей контрольной точки к следующей воздействуют различные независимые факторы, влияющие на курс судна, то можно использовать закон больших чисел. При соблюдении некоторых, не очень жестких условий нормированная сумма независимых случайных величин подчиняется приближенно стандартному нормальному закону распределения вероятностей, и тем точнее, чем большее количество величин суммируется.

Непрерывная случайная величина X имеет нормальное распределение (распределена по нормальному закону), если плотность распределения

вероятностей р{х) и функция распределения Р(х) имеют вид:

1

р(х) = —т=е 2а* , -°о<т<-н*>,<т>0 <7^2 л

оЛж :

где m — ее математическое ожидание;

о - среднее квадратическое отклонение.

Нормированной случайной величиной называют величину U ~(Х-т)/(Т. При этом она имеет стандартное нормальное распределение при m = 0 и ст = 1.

Плотностью стандартного нормального распределения является дифференциальная функция Лапласа:

1

p{x) = ç(x) = -j==e 2, (5)

а функция распределения вероятностей:

= = (6)

1 ' —

где Ф(х)=-т=!е 2di — интегральная функция Лапласа. V2 я%

Вероятность попадания в интервал (а, Ь) для нормально распределенной случайной величины равна:

г,, ^ 1ч ni "-m X-m Ь-тЛ

Р(а<Х<Ъ) = Р\-<-<- =Ф(и.)-Ф(и.) (7)

V су а а )

а~т Ъ-т где и, =-, и2 =-.

Нормально распределенная случайная величина с большой вероятностью принимает значения, близкие к своему математическому ожиданию, что называют "правилом 3 сигм":

0.6827, если к = 1,

Траектория относительного движения судна строится в результате выполнения алгоритма управления движением судна, следующего по контрольным точкам маршрута. Представленный на рисунке 4 алгоритм определяет возможность безопасного прохождения контрольной точки маршрута с учетом диапазона значений контрольной точки и ширины фарватера на данном участке пути, в результате действия которого определяется необходимость корректировки курса судна.

Применение в расчетах законов равномерного и нормального распределения определяется в зависимости от степени сложности плавания при различных гидро и метеорологических условиях. При этом судно испытывает гидро и аэродинамическое воздействия, поэтому характер поведения судна определяется влиянием внешних факторов (волнение, течение, ветер, мелководье, реки и озера, каналы и т. п.), что делает процесс маневрирования очень сложным и напряженным. В зависимости от установленных баллов волнения моря и силы ветра, а также от типа акватории плавания определяется применение законов распределения. Равномерный закон распределения применяется при автоматизированном управлении процессом движения судов по контрольным точкам маршрута для акваторий с отсутствием подводных течений, и силой баллов волнения и ветра от 0 до 1, а нормальный закон распределения применяется при более высоких показателях.

Использование современных систем информационного сопровождения, таких как АИС, позволяет изменить представление процесса прокладки траекторий при расхождении судов. Применение математических методов, прямо рассчитанных на безопасность судоходства, в частности, оценка опасности сближения дистанции до точки кратчайшего сближения, позволит моделировать процесс построения траектории движения судов, идущих пересекающимися курсами, во избежание столкновений. Имея четкое представление о координатах, скорости и времени движения судна, можно с большой точностью построить линии относительного движения и указать точку пересечения судов, время и дистанцию до пересечения. Используя данные о габаритах судна, передаваемые АИС в качестве судоходной информации, можно определить расчетным путем дистанцию безопасного движения судна Двес. Она и будет определять условие безопасного расхождения судна. На рис. 5 точка пересечения движения судов обозначена как О. Суда, идущие пересекающимися курсами, обозначены как А и В. Дистанции пересечения курсов обозначаются как АО, ВО и делятся на

0.9545, если к = 2, 0.9973, если к = 3.

(8)

равные участки, определяемые периодом времени I, в течение которого

Рис. 4. Алгоритм следования судна по контрольным точкам

Для определения траектории расхождения рассчитываем новый курс вправо на точку предполагаемого нахождения судна В (рис. 5). Для каждого нового курса судна А в точках предполагаемого нахождения рассчитываем дистанцию безопасного движения судна D sec и сравниваем с аналогичной дистанцией судна В. В качестве результата сравнения используется кратчайшее расстояние между дистанциями безопасного движения двух судов. Сравнение происходит для каждой контрольной точки. В результате получим величину кратчайшего расстояния между дистанциями безопасного движения двух судов для каждого курса и на основе вычисления наименьшего выбираем новый курс судна.

Этим курсом следуют до контрольной точки, в которой и было зафиксировано наименьшее значение, затем ложатся на первоначальный курс. На рис. 6 схематично показана точка С, в которой и осуществляется переход на первоначальный курс. Путем вычислений величина кратчайшего расстояния была определена в контрольной точке № 5а именно в этой точке и выполняется переход.

курс 2

курс 3

5-ая контрольная точка судна В

6-ая контрольная точка судна В

курс 1 *

I

I.'

/ / // ' / / »2

Отметки предполагаемого / нахождения

/ //>

г»,

А

Участок пути

* \ 'Л*

- -; > ■ : 1 ' 1 / • I; ^ //

Т\ -А

Б-ая контрольная точка судна А 5-ая контрольная точка судна А

Точка перехода судна А на прежний курс

Рис. 5. Переход судна на первоначальный курс

При переходе на новый курс движение судна осуществляется с отклоненным рулем по криволинейной траектории, которая называется циркуляцией судна. Так же называют циркуляцией траекторию, описываемую центром тяжести судна, при движении с отклоненным на постоянный угол рулём. На движение судна также оказывает влияние инерция судна, скорость движения, волнение, сила ветра, присоединенная масса воды, угловая скорость и т.д. Все эти факторы и будут определять траекторию движения.

Для построения относительной траектории движения судна мы будем использовать значения маневренных и инерционных характеристик судна, в результате чего применим идеальную траекторию движения, которая будет описывать путь АС. (рис. 6.).

Так как из-за воздействия на судно различных сил траектория относительного движения и дистанция АС будут изменяться, например, АС' и АС", то для безопасного расхождения нам необходимо определить дистанцию АС и траекторию относительного движения.

контрольная точка судна В № 5

контрольная точка судна В №5,5

контрольная точка судна В № 6

\

¿Г

X*"

* контрольная точка судна А N2 5а

- "'Чл-гГ

- >-«.......

Точка С.

Перехода судна А на прежний курс

контрольная точка судна А N2 5

'4

,с'

-:г/

н — г/:/

\

Идеалы}<ая траектория

Истинная траектория ~~

Рис. 6. Точка перехода на первоначальный курс

Задачу определения элементов криволинейного движения судна можно рассмотреть как плоскую задачу динамики. Для описания криволинейного движения введем две системы координат - неподвижную Ха Оа Уа и подвижную XСУ, которая жестко связана с судном. Координаты судна в неподвижной системе координат определяются следующими соотношениями:

= ■^ = УСозф, У„=^- = У5Ыф

Х0 = \VCnsipdl, У0=|кйлрЛ (10)

о о

Так как П = —,то Ш=\ПЛ (11) Л {

Используя вышеприведенные соотношения, можно построить траекторию движения судна и определить направление его диаметральной плоскости.

При криволинейном движении угол скорости <р изменяется в зависимости от угловой скорости судна П.

Для расчета и вычисления маневра при расхождении судов, следующих пересекающимися курсами, необходимо реализовать математическую модель движения судов, которая представляется в виде системы уравнений, позволяющей рассчитать траектории движения судов.

Отличительная особенность предлагаемой модели заключается в том, что в качестве источника информации о кинематических параметрах движения судов используется автоматическая идентификационная система.

АИС позволяет передавать и принимать необходимые для вычисления данные о координатах, скорости и скорости поворота судна.

Таким образом, расхождение судов на участке движения в этой системе определяется выражениями:

Хл=\улСмрАЛ Г^'^Яп^А ОЖСд (12)

ООО

Гй = '\\'„8т,рв<11 ЧР, = }п,А £>жсе (13)

ООО

где, ХЛ,УЛ~ координаты местоположения судна А,

Хв, У„ - координаты местоположения судна В,

Vл, Ув - скорости судов А и В, соответственно,

<рл, <рв - углы скоростей судов А и В, соответственно, , V» -углы курсов судов А и В, соответственно,

£1а , П3 -угловые скорости судов А и В, соответственно.

Алгоритм построения траектории относительного движения для выполнения маневра расхождения судов, идущих пересекающимися курсами, в заданной дистанции при изменении курса показан на рис. 7.

В четвертой главе определяется структурно-логический синтез информационных потоков АСУДС. Основное внимание в главе уделяется наглядному представлению взаимодействия условий и компонентов информационных потоков в АСУДС для обеспечения безопасности движения судов. Для этого рассмотрим структурно-логическую схему, отражающую метод расхождения, основанный на определении местоположения судов по данным АИС. Этот метод позволяет проектировать траектории движения судов во избежание столкновений, расхождения в условиях ограниченной видимости и маневрирования в узкости или на ограниченной акватории. Взаимодействие математической модели и алгоритма расхождения судов базируется на определённых требованиях, связанных с использованием АИС для безопасности речного судоходства.

Суть требований к взаимодействию математической модели и алгоритма расхождения судов:

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

2. Руководство принципами использования АИС для организации безопасного судоходства.

3. Непрерывный анализ судоходной обстановки.

4. Прогнозирование траектории движения судна при выполнении маневра расхождения.

Рис. 7. Алгоритм построения траектории относительного движения

На рис. 8 представлена схема состоящая из четырех основных компонентой, которая описывает модель структурно-логического синтеза информационных потоков в АСУДС с использованием АИС для безопасности речного судоходства в целях осуществления контроля судоходной обстановки при выполнении маневра расхождения судов.

Широкое применение информационных технологий, программного обеспечения, сетей общего пользования для передачи данных в АСУДС привело к обострению проблемы защиты информации. В связи с тем, что передача данных береговыми службами происходит с использованием телекоммуникационной среды открытых сетей как части АСУДС, что требует применения на их основе защищенных каналов. Поэтому внедрение программно-аппаратного комплекса (ПАК) защиты наиболее целесообразно осуществить в систему передачи данных АСУДС (рис.9).

Рис. 8. Схема структурно-логического синтеза информационных потоков АСУДС при расхождении судов

Основные результаты работы

Настоящая диссертационная работа посвящена новому решению актуальной научно-технической задачи, связанной с обоснованием и разработкой математического обеспечения и сопровождения информационных потоков АСУДС в условиях использования АИС для безопасности судоходства на основе системного и математического подходов с применением метода моделирования и структурно-логического синтеза.

В работе получены следующие новые научные результаты:

1. Выявлены и обоснованы возможности использования АИС для безопасности речного судоходства и развития информационного обеспечения и совершенствования подсистем АСУДС, а именно: закономерности взаимодействия информационных потоков в АСУДС на основе использования АИС; особенности построения модели взаимодействия с использованием данных АИС; математическое и алгоритмическое обеспечение информационного сопровождения АСУДС.

2. На основе методологии системного подхода в решении научной задачи получены следующие теоретические результаты: закономерности взаимодействия АИС в условиях информационных потоков АСУДС; достоинства АИС при решении задач по предупреждению столкновений судов; ограничения, которые необходимо учитывать с использованием АИС при анализе судоходной обстановки в реальном времени. Кроме этого, проведен анализ условий применения математических методов, прямо рассчитанных на безопасность судоходства.

3. Предлагаемая модель структурно-логического синтеза позволяет заблаговременно спрогнозировать безопасное прохождение затруднительных участков для конкретного судна и для каждого в отдельности, при наличии экстремальной ситуации их расхождения, поэтому её можно отнести и к практическому результату исследования.

4. Практико-ориентированным результатом исследования является разработка математического обеспечения безопасного прохождения контрольных точек маршрута в узкостях фарватера. Выявлена возможность

определения вероятности попадания траектории относительного движения в область допустимых значений контрольной точки, применив для этого геометрический подход к определению вероятности.

5. Разработаны математические модели и алгоритмы управления движением судов следующих по контрольным точкам маршрута и построения траектории относительного движения судна по получаемым координатам с учетом заданной дистанции для безопасного расхождения судов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, предусмотренных "Перечнем изданий ВАК":

1. Викулин П.В. Алгоритм безопасного движения судна по контрольным точкам маршрута. «Журнал университета водных коммуникаций», вып. 1(9) - СПб.: СПГУВК, 2011. с. 109-113.

2. Викулин П.В., Нырков А.П. Алгоритм управления движением судов, идущих пересекающимися курсами. «Журнал университета водных коммуникаций», вып.1(9) - СПб.: СПГУВК, 2011. с. 100-105.

3. Викулин П.В., Нырков А.П. Безопасность информационных потоков в АСУДС. Ж. «Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы» № 4. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. с. 78-82.

4. Викулин П.В. Выполнение манёвра расхождения с учётом заданной дистанции для обеспечения безопасного движения судна. Ж. Перспективы науки - Тамбов: Тамбовпринт. - 2010. - № 9(11). с. 33-37.

В других изданиях:

5. Викулин П.В. Построение траектории расхождения судов при использовании данных АИС. XXI научно-техническая конференция 6-7 апреля 2010 г. Военная радиоэлектроника: опыт использования и проблемы, подготовка специалистов. Часть III. // Петродворец: ВМИРЭ имени A.C. Попова, 2010. с. 40 - 46.

6. Викулин П.В. Видеоконференцсвязь как средство развития инновационного управления водным транспортом. XXI научно-техническая конференция 6 — 7 апреля 2010 г. Военная радиоэлектроника: опыт использования и проблемы, подготовка специалистов. Часть III. // Петродворец: ВМИРЭ имени A.C. Попова, 2010. с. 30-39.

7. Викулин П.В. Новый формат оперативной связи как средство развития АСУДС. Сборник статей молодых ученых. Актуальные проблемы подготовки военных кадров для ВМФ. // СПб. ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия им. Н.Г. Кузнецова», 2010. с. 103 — 111.

8. Викулин П.В. Информационное сопровождение автоматизированного управления движением судна. Сборник статей молодых ученых. Актуальные проблемы подготовки военных кадров для ВМФ. // СПб. ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия им. Н.Г. Кузнецова», 2010. с. 112-117.

9. Викулин П.В. Интеграция методов автоматизированных систем управления. Проблемы комплексировашы учебных дисциплин в военных институтах внутренних войск МВД России. Сборник научных докладов на круглом столе. Санкт-Петербург, 29 ноября 2010 года -СПб.: Санкт-Петербургский военный институт внутренних войск МВД России, 2010. с. 53-59.

10. Викулин П.В. Система полного цикла сопровождения поставщиков. Труды научно-технической конференции молодых научных сотрудников СПГУВК 1 - 7 июня 2006 г. Том I. Водные пути, гидротехнические сооружения, портовая техника, электромеханика, судостроение и судоремонт. // - СПб.: ФГОУ ВПО СПГУВК, 2006. с. 97 - 99.

11. Викулин П.В. Структура системы управления. Труды научно-технической конференции молодых научных сотрудников СПГУВК 1 -7 июня 2006 г. Том I. Водные пути, гидротехнические сооружения, портовая техника, электромеханика, судостроение и судоремонт. // -СПб.: ФГОУ ВПО СПГУВК, 2006. с. 99 - 102.

Подписано в печать 24.03.11 Сдано в производство 24.03.11 Формат 60x84 1/16 Усл.-печ. л. 1,16. Уч.-изд. л. 1. _Тираж 70 экз._Заказ №41_

Санкт-Пет ербург ский государственный университет водных коммуникаций 198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7

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

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 .ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСУДС В КОНТЕКСТЕ МОДЕРНИЗАЦИИ ИНФРАСТРУКТУРЫ ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЕЙ

1.1. Проблемы совершенствования АСУДС в системе обеспечения безопасности мореплавания

1.2. Повышение качества информационных потоков как объект модернизации инфраструктуры речной отрасли

1.3. Информационное сопровождение безопасности движения судов

1.4. Автоматическая идентификационная система как информационно-техническое средство АСУДС 33 ВЫВОДЫ

2.ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСУДС В УСЛОВИЯХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АИС

2.1. Методы анализа информационного обеспечения АСУДС

2.2. Модели взаимодействия информационных потоков данных АИС

2.3. Факторный анализ судоходных рисков в условиях информационного сопровождения 62 ВЫВОДЫ

3.МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСУДС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АИС

3.1. Математическое обеспечение информационного сопровождения АСУДС

3.1.1. Движение судов по контрольным точкам маршрута следования

3.1.2. Построение траектории относительного движения (ТОД) судна с учетом заданной дистанции

3.2. Алгоритмы автоматизированного управления движением судна

3.2.1. Алгоритм движения по контрольным точкам

3.2.2. Алгоритм построения траектории относительного движения 103 ВЫВОДЫ

4.СТРУКТУРНО-ЛОГИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ КАК ФАКТОР РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В АСУДС

4.1. Модель структурно-логического синтеза информационных потоков с использованием АИС

4.2. Обеспечение безопасности передачи данных

ВЫВОДЫ

Актуальность исследования обусловлена социально-экономическим развитием России и потребностью речного транспорта во внедрении наукоемких информационных технологий с целью обеспечения его конкурентоспособности и включения в международную систему водного транспорта. В международных транспортных коридорах используются мультимодальные технологии, отчего возникают проблемы связанные с управлением движением судов. Российская Федерация располагает самой большой в мире сетью внутренних водных путей, используемых для транспортного судоходства. Обслуживание внутренних водных путей с 1957 года осуществлялось бассейновыми управлениями пути и управлениями каналов, входившими в состав Главного управления водных путей и судоходства Министерства речного флота РСФСР. В конце прошлого столетия эти структуры были преобразованы в государственные предприятия водных путей и судоходных каналов.

В третьем тысячелетии отмечается ежегодный рост объема перевозок по Единой глубоководной системе Европейской части внутренних водных путей России. В номенклатуре перевозимых грузов значительное место занимают нефть и нефтепродукты, химические удобрения и другие опасные грузы. В основном эти грузы перевозятся судами «река-море» плавания, подпадающими под требования международных конвенций, правил и требований по обеспечению безопасного судоходства. Суда, как правило, оснащены современным навигационным оборудованием и средствами связи, соответствующим международным требованиям. Береговая инфраструктура управления судоходством также стремится соответствовать международным требованиям и обеспечивать международные стандарты безопасности.

Современное состояние и перспективы развития внутреннего водного транспорта определяются многими взаимосвязанными факторами, в ряду котоI рых приоритеты особо значимых занимают эффективное использование внутренних водных путей и совершенствование автоматизированных систем управления движением судов (АСУДС), которые являются неотъемлемой частью Государственной системы обеспечения5 безопасности мореплавания, создаются на акваториях морских портов и на подходах к ним, во внутренних морских водах, в территориальном море и прилежащей зоне РФ.

Совершенствование АСУДС в условиях модернизации инфраструктуры речной отрасли необходимо как принципиальное изменение подхода к решению задачи внедрения новых форм и видов информационного взаимодействия. Необходимы технологии оперативной связи со многими объектами, которые в совокупности обеспечиваются ещё неизученными в системе судоходства «новыми закономерностями взаимодействия информационных потоков. Развитие и модернизация внутренних водных путей РФ должна происходить на принципах интеграции в информационное пространство транспортного комплекса РФ, в первую очередь, в существующую систему морского транспорта РФ, позиции которой определены необходимостью следования международным нормам и правилам.

Появление многофункциональных информационных технологий позволяют модернизировать систему управления судоходством. В этой связи научно обусловлен выбор темы исследования.

Данное исследование ориентировано на поиск путей оперативного сбора информации из разных информационных потоков в максимально возможные короткие промежутки времени для совершенствования подсистем АСУДС и обеспечения безопасности судоходства на внутренних водных путях.

Объект исследования: информационное обеспечение автоматизированных систем управления движением судов.

Предмет исследования: математические модели и алгоритмы сопровождения информационных потоков с использованием автоматической идентификационной системы в автоматизированных системах управления движением судов.

Цель исследования: повышение безопасности судоходства в условиях модернизации инфраструктуры внутренних водных путей.

Задачи исследования:

1. Разработать теоретические основы решения научно-технической задачи, развития информационного обеспечения АСУДС.

2. Обосновать направления совершенствования подсистем АСУДС с ориентацией на модернизацию инфраструктуры внутренних водных путей.

3. Выявить новые возможности и закономерности взаимодействия информационных потоков в условиях использования автоматической идентификационной системы (АИС).

4. Разработать математическое и алгоритмическое обеспечение информационных потоков в АСУДС на основе использования АИС.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту:

В диссертации проведено обобщение методов анализа и синтеза информационных потоков в АСУДС, которые позволили раскрыть возможности совершенствования подсистем АСУДС для безопасности судоходства на внутренних водных путях и получить новые знания.

1. Выявлены закономерности взаимодействия информационных потоков в АСУДС на основе использования АИС.

2. Разработано математическое обеспечение информационного сопровождения АСУДС, особенностью которого является расчет параметров движения судов, идущих по контрольным точкам маршрута следования, и построение траектории относительного движения (ТОД) судна с учетом заданной дистанции.

3. Представлены алгоритмы управления движением судов, следующих по контрольным точкам маршрута, и построения ТОД судна по получаемым координатам с учетом заданной дистанции для безопасного расхождения судов.

4. Разработана модель структурно-логического синтеза информации в АСУДС для обеспечения безопасности судоходства на внутренних водных путях.

Теоретическая значимость исследования заключена:

- в разработке теоретических основ решения научно-технической задачи развития информационного обеспечения АСУДС, к которым отнесены: обоснование причин, указывающих на необходимость повышения качества связи; закономерности взаимодействия информационных потоков в условиях использования нового формата связи и факторы повышения оперативности связи;

- в обосновании направления совершенствования подсистем АСУДС на принципе использования АИС;

- в разработке математического и алгоритмического обеспечения информационного сопровождения АСУДС;

- в разработке модели структурно-логического синтеза информации в АСУДС.

Практическая значимость работы состоит в том, что может использоваться:

- метод расхождения, основанный на определении местоположения судов по данным АИС, позволяющий проектировать траектории движения судов во избежание столкновений, расхождения в условиях ограниченной видимости и маневрирования в узкости или на ограниченной акватории;

- модель структурно-логического синтеза, позволяющая заблаговременно спрогнозировать безопасное прохождение затруднительных участков пути для конкретного судна и для каждого в отдельности, при наличии экстремальной ситуации их расхождения.

Практическая ценность работы также состоит в том, что сформулированные выводы и рекомендации могут быть использованы при реализации утвержденных Федеральным агентством морского и речного транспорта программ построения речных автоматизированных систем управления движением судов в разных речных бассейнах Единой глубоководной системы внутренних водных путей Российской Федерации.

Реализация научных результатов. Разработанные математические модели и алгоритмы использованы в ООО «Росречинфоком», ООО НПК «Системы и технологии», ЦАСУ Санкт-Петербургского военного института ВВ МВД России. Модель структурно-логического синтеза информации в АСУДС внедрена в учебный процесс кафедры «Технических средств судовождения и связи» Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций.

Публикации работы. Основные результаты работы опубликованы в одиннадцати научных изданиях, в том числе в четырех изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Апробация работы осуществлена на:

• XXI научно-технической конференции (межвузовская) «Военная радиоэлектроника: опыт использования и проблемы, подготовка специалистов» (ВМИРЭ имени А.С. Попова, 2010 г.);

• круглом столе «Проблемы комплексирования учебных дисциплин в военных институтах внутренних войск МВД России» (Санкт-Петербургский военный институт внутренних войск МВД России, 2010);

• X Санкт-Петербургской международной конференции «Региональная информатика-2006». 2006, Санкт-Петербург;

• научно-технической конференции молодых научных сотрудников СПГУВК (СПб, 2006).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав текста, заключения, списка опубликованных источников, содержащего 104 отечественных и зарубежных работ. Основное содержание работы изложено на 141 страницах, включая 37 рисунков и графиков, 9 таблиц.

ВЫВОДЫ

В условиях изменения инфраструктуры внутренних водных путей проблема расхождения судов на основе использования данных АИС становиться все более актуальной.

В главе разработана модель структурно-логического синтеза информационных потоков в АСУДС с использованием АИС. Для решения этой задачи избран метод расхождения, основанный на определении местоположения судов по данным АИС.

Информационная система сбора и передачи информации АИС является основой контроля расхождения судов в заданной дистанции при изменении курса. Полученная в результате работы АИС база данных используется как исходная информация для введения алгоритма расхождения судов и математической модели расхождения судов.

Взаимодействие математической модели и алгоритма расхождения судов базируется на определённых требованиях,, связанных с использованием нового формата связи для безопасности судоходства.

В главе акцентируется вопрос обеспечения безопасности передаваемых, хранимых и обрабатываемых данных АИС, так как эта сфера деятельности АСУДС становится всё более уязвимой, а поэтому особо актуальной проблемой. В рамках этой проблемы рассмотрена возможность внедрения средств защиты в функциональную схему работы АИС с использованием структурно-логического синтеза информационных потоков АСУДС. Для решения этой задачи используется метод обмена информацией о судоходной обстановке. Полученная в результате работы АИС база данных используется как исходная информация для служб порта, поиска и спасения, экологического контроля и ликвидации последствий загрязнения, пограничных и таможенных властей.

С этих позиций использование средств аутентификации и криптографических средств как элементов системы защиты при обмене данными является наиболее эффективным средством обеспечения конфиденциальности, целостности и подлинности данных.

Ещё одним направлением формирования защиты информационного обеспечения АСУДС на основе структурно-логического синтеза информационных потоков в условиях использования АИС является использование телекоммуникационной среды публичных сетей. «Канал» связи между каждой парой удаленных объектов, использующих шифрование циркулирующей между ними информации, оказывается закрытым по отношению к внешней среде.

В главе рассмотрены перспективы использования других средств защиты информационного обеспечения АСУДС. В этом контексте идеи структурно-логического синтеза информационных потоков, заложенные в данном исследовании, могут иметь своё продолжение и реализацию в новых исследовательских и практико-ориентированных проектах.

На этом основании можно утверждать, что структурно-логический синтез информационных потоков является фактором развития информационного обеспечения АСУДС в условиях использования АИС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Открытие внутренних* водных путей России для» прохода иностранного флота'обусловливает повышение качества систем связи разного уровня; обеспечивающих требования международных стандартов безопасности судоходства: В соответствии Федеральному' закону «О транспортной безопасности» в инфраструктуре речной отрасли осуществляется оценка уровня безопасности судоходства и уязвимости речного транспортного процесса. В этом контексте проведенное исследование приобретает особую актуальность.

Настоящая диссертационная работа* посвящена новому решению актуальной научной задачи, связанной с обоснованием и разработкой, математического обеспечения и сопровождения информационных потоков АСУДС в условиях использования АИС для безопасности судоходства на основе системного и математического подходов с применением метода моделирования и структурно-логического синтеза.

В результате теоретического анализа особенностей и недостатков, распространенных видов связи выделена группа проблем совершенствования АСУДС:

- переход внутренних водных путей РФ на УКВ-частоты МПС;

- сложности обеспечения безопасности судоходства в устьевых и морских портах по причине роста интенсивности движения судов;

- третья проблема связана с теми особенностями маломерного флота, которые не попадают в сферу деятельности современных АСУДС и создают реальную проблему судоходству.

Выделенные проблемы объединяет то, что в условиях модернизации инфраструктуры речной отрасли необходимо принципиальное изменение подхода к решению задачи внедрения новых форм и видов информационных потоков.

В этой связи особо актуализируется новый принцип развития и модернизации внутренних водных путей РФ" - принцип интеграции в информационное пространство транспортного комплекса РФ.

Этот принцип соответствует требованиям повышения безопасности судоходства и способствует развитию новой системы информационного обслуживания, которая:

- обеспечивает объединение поступающей информации от других внешних и внутренних систем,

- предоставляет полную картину об обстановке в зоне действия в реальном времени,

- осуществляет интеллектуальную обработку разнородной информации,

- формирует исходящие информационные потоки для участников водного транспортного процесса с учетом необходимости или их запросов.

Начальный этап совершенствования информационного обслуживания АСУДС на принципе интеграции указывает на необходимость, разработки математического обеспечения и использования алгоритмов анализа количественных характеристик информационных потоков и их синтез в условиях использования АИС.

Для раскрытия основных авторских позиций в работе обеспечение понимается, во-первых, как сопровождение водного транспорта с использованием новых форматов и видов информационных потоков, во-вторых, как средства реализации сопровождения, которыми располагают АСУДС. Информационное сопровождение безопасности движения судов - это непрерывная система взаимосвязи информации поступающей от различных внешних источников АСУДС, её обработка, формирование исходящих информационных потоков для внешних потребителей с учетом их требований и получение снова обратной информации и т.д.

Требованиям информационного сопровождения безопасности движения судов удовлетворяет структурно-логический синтез информационных потоков АСУДС в условиях использования АИС.

Таким образом, в результате проведенного исследования получены конкретные научные и практические результаты, которые представлены ниже в форме выводов и положений.

1. Важными научными результатами являются выявленные и обоснованные возможности использования нового формата связи для безопасности речного судоходства и развития информационного обеспечения и совершенствования подсистем АСУДС, а именно: закономерности взаимодействия информационных потоков в АСУДС на основе использования АИС; особенности построения модели взаимодействия с использованием данных АИС; математическое обеспечение информационного сопровождения АСУДС; алгоритмы управления движением судов следующих по контрольным точкам маршрута и построения траектории относительного движения (ТОД) судна по получаемым координатам с учетом заданной дистанции £>за() для безопасного расхождения судов. Достоверность научных результатов, полученных в диссертации, подтверждаются базированием на основных положениях общей теории систем и общей теории управления. Для разработки алгоритмов автоматизированного управления использованы теоретические основы информационного обеспечения водного транспорта и теория алгоритмов. К научному результату, указывающему на личный вклад автора в развитие нового знания, относится модель структурно-логического синтеза информации, отвечающая требованиям логики взаимодействия информационных потоков в АСУДС и повышающая оперативность связи для обеспечения безопасности судоходства на внутренних водных путях.

2. Методология системного подхода в решении научной задачи получила развитие в данном исследования, целевая установка которого - разработка методов анализа последовательных действий (операций) и объективная (количественная и качественная) сравнительная оценка результатов (решений). На основе указанной методологии получены следующие теоретические результаты: закономерности взаимодействия АИС в условиях информационных потоков АСУДС; достоинства АИС при решении задач по предупреждению столкновений судов; ограничения, которые необходимо учитывать с использованием АИС при анализе судоходной обстановки в реальном времени. Кроме этого проведен анализ условий применения математических методов прямо рассчитанных на безопасность судоходства, в частности, оценка опасности сближения по дистанции и времени до точки кратчайшего сближения по аналогии с САРП. Для повышения безопасности судоходства и моделирования информационного обеспечения АСУДС в условиях использования АИС определены методы качественного и количественного анализа опасностей судоходства и информационных потоков, классификация критериев анализа, которые стали методической основой разработки математического и алгоритмического обеспечения АСУДС с использованием АИС.

К важному результату теоретического анализа функционирования АИС отнесены выявленные особенности построения модели взаимодействия с использованием данных АИС, а именно: функциональные возможности АИС;. активизация функций мониторинга (контроля) судоходства; совершенствование графической прокладки маневра расхождения судов, в заданной дистанции, на основе использования современных технологий и математических методов. Выделенные особенности построения модели взаимодействия с использованием данных АИС следует отнести к особо значимому теоретическому результату исследования, так как они позволили разработать алгоритм расхождения судов.

Для расчета и вычисления маневра при расхождении судов, следующих пересекающимися курсами, разработана математическая модель движения судов по вычисляемым траекториям согласно заданному маршруту движения.

Отличительной особенностью модели является то, что в качестве источника информации о кинематических параметрах движения судов используется АИС, позволяющая передавать и принимать необходимые для вычисления, данные о координатах, скорости и скорости поворота судна. Одновременно с вычислением координат производится вычисление расхождения судов при использовании дистанции их безопасного движения. Математическая модель служит инструментом, позволяющим оценить возможность прохождения судном затрудненного участка маршрута и выявить необходимость увеличения числа маршрутных точек на внутренних водных путях.

Для разработки структурно-логического синтеза информационных потоков АСУДС использованы теоретические основы информационного обеспечения безопасности водного транспорта, в том числе математические модели оценки и функционирования информации, алгоритмы анализа характеристик информационных потоков, чем и подтверждается достоверность полученных результатов.

3. Предлагаемая модель структурно-логического синтеза позволяет заблаговременно спрогнозировать безопасное прохождение затруднительных участков для конкретного судна и для каждого в отдельности, при наличии экстремальной ситуации их расхождения, поэтому её можно отнести и к практическому результату исследования.

В процессе исследования установлено, что наиболее полное и детальное отражение и анализ потоков информации можно получить с помощью информационных моделей. Увеличение надежности формирования информационного обеспечения переводит его на более высокий уровень - информационное сопровождение. Информационное сопровождение в контексте закономерностей новых видов и форматов оперативной связи повышает безопасность судоходства в условиях реального времени.

Практико-ориентированным результатом исследования является разработка математического обеспечения безопасного прохождения контрольных точек маршрута в узкостях фарватера. Выявлена возможность определения вероятности попадания траектории относительного движения в область допустимых значений контрольной точки, применив для этого геометрический подход к определению вероятности.

В последнее время отмечается уязвимость объектов морского и речного транспорта во многих странах мира, что обусловливает разработку и внедрение дополнительных мер по повышению безопасности объектов транспорта и транспортной инфраструктуры внутренних водных путей. В этой связи одним из перспективных направлений формирования защиты информационного обеспечения АСУДС на основе структурно-логического синтеза информационных потоков в условиях использования АИС является использование телекоммуникационной среды публичных сетей. Идеи структурно-логического синтеза информационных потоков, заложенные в данном исследовании, могут иметь своё продолжение и реализацию в новых исследовательских и практико-ориентированных проектах. Завершение данного исследования не закрывает рассматриваемую тему.

Таким образом, результаты проведенного исследования позволяют считать цель исследования достигнутой, решены поставленные исследовательские задачи, следовательно, данную работу можно считать завершенным исследованием.

1. Положение о системах управления движением судов». Введено в действие Государственной службой морского флота-Министерства транспорта РФ с 01.08.2002г.

2. Руководство МАМС по Службам движения судов». IALA VTSi Manual, 2002.Inland VTS Guidelines of the IALA.

3. TETRA: СРАВНЕНИЕ С СИСТЕМАМИ СОТОВОЙ СВЯЗИ; Московская группа пакетной радиосвязи Электронный ресурс. / Режим доступа: http://ra3apw.by.ru/tetra/vscel.html, свободный. Загл. с экрана. - Яз. рус., последнее обращение 14 декабря 2010 г.

4. Андреев A.E., Болотов A.A., Фролов А.Б. Задачи дискретной оптимизации и сложность алгоритмов. М.: МЭИ, 2000.71с.

5. Аносов В.Д., Леонов В.А. Исследование методов построения систем электронной цифровой подписи. // Безопасность информационных технологий. М. 1997. №3.- с. 16-21.

6. Бобков В:А. О НЕОБХОДИМОСТИ ПОЭТАПНОГО ПЕРЕХОДА УКВРАДИОСВЯЗИ НА ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЯХ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ В ДИАПАЗОН МОРСКОЙ ПОДВИЖНОЙ СЛУЖБЫ 156,025-162,025 МГЦ. //ИНФОРМОСТ. Радиоэлектроника и телекоммуникации. № 5 (41), 2005, с. 25 27.

7. Большая TETRA на Средней Волге, COMNEWS Электронный ресурс. / Режим доступа: http://www.comnews.ru/index.cfm?id=8952. Загл. с экрана. -Яз. рус., последнее обращение 15 декабря 2010 г.

8. Бояров A.B., Бродский Е.Л. Системы связи и навигации на водном транспорте. // Информост. Радиоэлектроника и телекоммуникации. №2 (38), 2005, С. 8-10.

9. В.А. Антонов, М.Н. Письменный Теоретические основы управления судном. МГУ им. Адм. Г.И. Невельского. 2007 г.20: Вагнер Г. Основы исследования операций: В'З т. М.: Мир, 1972-1973:

10. Викулин <П.В. Алгоритм безопасного движения судна' по контрольным точкам маршрута. «Журнал университета водных коммуникаций», вып. 1(9) -СПб.: СПГУВК, 2011. с.

11. Викулин П.В. Выполнение манёвра расхождения с учётом заданной дистанции для обеспечения безопасного движения судна. Ж. Перспективы науки -Тамбов: Тамбовпринт. 2010. - № 9(11). - С. 33-37.

12. Викулин П.В. Новый формат оперативной связи как средство развития АСУДС. Сборник статей молодых ученых. Актуальные проблемы подготовки военных кадров для ВМФ. // СПб. ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия им. Н.Г. Кузнецова», 2010. с. 103 — 111.

13. Викулин П.В., Нырков А.П. Алгоритм управления движением судов, идущих пересекающимися курсами. «Журнал университета водных коммуникаций», вып. 1(9) СПб.: СПГУВК, 2011. с.

14. Викулин П.В., Нырков А.П. Безопасность информационных потоков в АСУДС. Ж. «Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы» № 4. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. с.

15. Вихров Н.М., Нырков А.П., Модели технологических процессов на транспорте/ Под ред. Д.В. Гаскарова. СПб.: Судостроение, 2002. - 422'е., ил

16. Вихров Н.М., Гаскаров Д.В., Грищенков A.A. Управление и оптимизация производственно-технологических процессов / Под ред. Д.В. Гаскарова. — СПб.: Энергоиздат, 1995.- С. 135.

17. Волков А.Б., Каретников В.В., Сикарев A.A. Новые инфокоммуникацион-ные системы для внутреннего водного транспорта / Журнал «Морская биржа», № 1 (27).- СПб.: 2009.- с.32-33.

18. ВРЕМЕННОЕ РУКОВОДСТВО ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ (ИД ЕНТИФИКАЦИОННОЙ) СИСТЕМЫ1 (АИС) НАРСУДАХ И В БЕРЕГОВЫХ СЛУЖБАХ, Москва, 2002.

19. Временное руководство по использованию автоматической информационной (идентификационной) системы (АИС) на судах и в береговых службах.

20. Гайкович А.И. Основы теории проектирования сложных технических систем. СПб.: НИЦ (МОРИНТЕХ), 2001. - 432 с.

21. Гайкович А.И., Калмук A.C., Козлов A.C., Пегашев Г. Ю., Смирнов С.А.,Фирсов В.Б. Предэскизное автоматизированное проектирование надводных судов // Судостроение. 2002. - № 5 - с. 16-19.

22. Гаскаров Д.В. Корпоративные речные информационные системы / Материалы МНТК «Транском-2004», СПб, СПГУВК, 08-09 декабря 2004.40i Герасимович А.И. Математическая статистика. Минск: Высшая школа, 1983.-279с.

23. Головко В. Этапы и перспективы развития СУДС в РФ. Региональные системы управления движением судов. // Морской флот №6, 2006, с. 30 34.

24. Гордеев Юрий, Российская ТЕТРА на новом этапе, Мобильные телекоммуникации Электронный ресурс. / Режим доступа:http://www.mobilecomm.ru/view.php?id=1026. Загл. с экрана. - Яз. рус., последнее обращение 15 декабря 2010 г.

25. Гофман А. Д. Динамика корабля: курс лекций. СПб.: СПГУВК, 2000 -150с.

26. ЖеребишВ.'М. Информационное обеспечение АСУ. М.: Наука, 1975. 200 с.

27. ЗавьяловЮ. Л., Задачи обеспечения безопасности внутреннего водного транспорта, «ТРАНСПОРТ РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ», № 10 2007.

28. Зяблицев А:Г. Новые решения для»СПРС стандарта-TETRA. // ИНФОР-МОСТ. Радиоэлектроника и Телекоммуникации: №5, 2003, с. 37 41.

29. Информационные технологии в транспортной логистике: Сб. материа-лов/Сост. Труханов А. К. М.: КИА центр, 2000.-81 с.

30. Йин Тхун, Предэскизное автоматизированное проектирование скоростного пассажирского судна. Морской вестник. № 4(24), 2007. с. 91 93.

31. Каретников В.В., Ракитин В.Д., Сикарев A.A. «Автоматизация судовождения». СПб.: СПГУВК, 2007 - 264 с.

32. Конвенция СОЛАС, Глава 5, Правило 12 "Службы управления движением судов".

33. Коршунов Д.А., Фосс С.Г. Сборник задач и упражнений по теории вероятности: Учебное пособие. 2 изд., испр. - Новосибирск, 2003 с. 119.

34. Кошечкин С.А. Методы количественного анализа риска инвестиционных проектов, AUP Электронный ресурс. / Режим доступа:, http://www.mirrabot.com/subjects/subject2699800.html. Яз. рус., последнее обращение 24 декабря 2010 г.

35. Краевски К. Информационные системы на внутренних водных путях Европы. Служба информационной радиосвязи на Рейне (пер. с нем.) / Журнал «Информост-средства связи», № 17.- 2001. С. 37-41.

36. Крот А. Ф. ОЦЕНКА РАССТОЯНИЙ ПО РЛС И САРП ПРИ РАСХОЖДЕ

37. НИИ НА МАЛЫХ ДИСТАНЦИЯХ. СБОРНИК ДОКЛАДОВ 56-ймеждуна-родной молодежной* научно-технической конференции МОЛОДЁЖЬ-НАУКА-ИННОВ АЦИИ 26-27 ноября 2008 года. Книга 1. Типография ИПК МРУ им. адм. Г.И Невельского. 2008: С. 32 35.

38. Mí А. Маталыцкий; Т.В'.Романюк Теория вероятностей в примерах и задачах: Учеб. Пособие Гродно: ГрГУ, 2002. - 248 с.

39. Молдовян H.A., Молдовян A.A., Еремеев М.А. Криптография: От примитивов к синтезу алгоритмов. СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 448fc.: ил.

40. Носов В .А. Основы теории алгоритмов и анализа их сложности. Москва. 1992. с. 140.

41. Нырков А.П., Сикарев И.А. О некоторых аспектах комплексного обеспечения информационной безопасности автоматизированных систем на водном транспорте. Национальный журнал «Транспортная безопасность и технологии», № 2 (7).- М.: 2006. С.154-156.

42. ОБОРУДОВАНИЕ РАДИОСВЯЗИ СТАНДАРТА TETRA, Астраком Электронный ресурс. / Режим доступа: http://www.astracom.ru/pages/245/. Загл. с экрана. - Яз. рус., последнее обращение 15 декабря 2010 г.

43. Олифер В.Г., Олифер H.A., Сетевые операционные системы. СПб.: Питер, 2003. - 539 е.: ил.

44. Ope. О. Теория графов. М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. Лит., 1980, 336 стр.

45. Основные элементы СУДС, Транзас Электронный ресурс. / Режим доступа: http://www.transas.ru/products/shorebased/vts/mainelements/. Яз. рус., последнее обращение 17 декабря 2010 г.

46. Панарин П.Я. Организация работы линейного флота. М.: Транспорт, 1980. -192 с.

47. Петров A.A. Компьютерная безопасность. Криптографические методы защиты. М.: ДМК, 2000. - 448 е.: ил.

48. Положение о навигационно-гидрографическом обеспечении плавания транспортных, промысловых, специальных и других морских и речных судов в океанах, на морях и внутренних водных путях СССР. Изд. Гидрографического управления Министерства обороны, 1969г.

49. ПОЛОЖЕНИЕ О СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДОВ. Москва. 2002 г.

50. Примерный перечень таблиц и схем для ходового мостика и ГКП, Flot Электронный ресурс. / Режим доступа:http://flot.com/publications/books/shelf/conning/91.htm, свободный. Загл. с экрана. - Яз. рус., последнее обращение 21 декабря 2010 г.

51. Прокладка на маневренном планшете Электронный ресурс. / Режим доступа: http://barque.narod.ru/pl.html, свободный. Загл. с экрана. - Яз. рус., последнее обращение 12 декабря 2010 г.

52. Пугачев B.C. Теория вероятностей и математическая статистика. Наука, 1979.-496с.

53. Пьяных С. М. Основные тенденции развития речного транспорта. В сб. науч. тр. ЦНИИЭВТ: Проблемы развития речного транспорта. М., 1991, с. 324.

54. Разработка и реализация гибридного генетического алгоритма для автоматизированного проектирования маршрутов обхода геометрических объек-тов/Пушкарева Г.В1, диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук,Новосибирск-2004.

55. Ракитин В.Д., Вуколов А.Г. "Методика подготовки библиотеки маршрутов для использования на ВВП дифференциальных подсистем ГЛОНАСС/СРБ ". Тезисы доклада международной научно-технической конференции "Транском-99". СПб.: СПГУВК, 1999г.

56. Романовский И.В. Алгоритмы решения экстремальных задач // М.: Наука. 1977.

57. РУКОВОДСТВО ДЛЯ СЛУЖБ ДВИЖЕНИЯ СУДОВ. Резолюция А.857(20). Москва. 1997 г.

58. Руководство и критерии для служб движения судов на внутренних водных путях. Рекомендации МАМС У-120 (июнь 2001 г.), также документ ЕЭК ООН ТКА№8/8С.З/\\Т.З/2003/10.

59. Руководящие принципы и рекомендации для Речных информационныхслужб (РИС). Резолюция №57 от 21.10.05. Документ ЕЭК ООН TRANS/SC.3/165.

60. Сикарев И.А. Математические модели автоматической информационной системы / Сб. научных трудов «Автоматизированные системы на транспорте». СПб.: СПГУВК, 2003.- С.59-63.

61. Сикарев ИА. Методы исследование операций в обеспечении информационной безопасности транспортных систем (транспортные модели). -СПб.: СПГУВК, 200.- 60с.

62. Сикарев И.А. Управление смещением судна при расхождении / Сб. научных трудов «Автоматизированные системы на транспорте». СПб.: СПГУВК, 2003.- С.96-98.

63. Сикарев А.А. Интеграционные процессы на рубеже XX и XXI веков в глобальных и региональных информационных сетях связи и местоопределения подвижных объектов / Труды Международной академии связи. № 1 (17), 2001.- М.- с.27-29.

64. Сикарев И.А. Обеспечение безопасности телекоммуникационных систем.-СПб.: СПГУВК, 2005.- 10с.

65. Система спутниковой связи INMARSAT, Антарсат Электронный ресурс. / Режим доступа: http://www.antarsat.ru/7caticb64. Загл. с экрана. - Яз. рус., последнее обращение 11 декабря 2010 г.

66. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДОВ. ТЕХНИКО-ЭКСПЛУТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ. Москва. 2002 г.

67. Слатин К.В. "Математические основы судовождения". Учебное пособие. -СПб.: СПГУВК, 2005 100с.

68. Соболев Г. В. Управляемость корабля и автоматизация судовождения. Л.: Судостроение, 1976-477с.

69. Совершенствование координированного управления движением транспортный потоков высокой интенсивности, Advis Электронный ресурс. / Режим доступа: http://www.mirrabot.com/subjects/subject2699800.html. Яз. рус., последнее обращение 21 декабря 2010 г.

70. Солонин В. Телекоммуникации на транспорте отстают от требований времени // «CNews Analytics»http://www.cnews.ru/reviews/free/transport2007/articles/telecomtransport.shtml- 2007.

71. Стандарт для систем обнаружения и отслеживания судов внутреннего судоходства / Vessel Tracking and Tracing Standard for Inland Navigation. Документ ЕЭК ООН TRANS/SC.3/WP.3/2006/3.

72. Столлингс В. Криптография и защита сетей: принципы и практика., 2-е изд.: Пер. с англ. Изд. Дом «Вильяме», 2001. - 672с.: ил.

73. Теоретические основы управления крупнотоннажными судами по критериям Безопасности и энергосбережения, Advis Электронный ресурс. / Режим доступа: http://www.mirrabot.com/subjects/subject2699800.html. Яз. рус., последнее обращение 21 декабря 2010 г.

74. Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2020 года. Москва, утверждена Приказом Минтранса № 45 от 12 мая 2005 года.

75. Учебник судоводителя любителя. Раздел 3-й (Начало), з1агрот1от Электронный ресурс. / Режим доступа: http://www.starpomlom.com/191/, свободный. Загл. с экрана. - Яз. рус., последнее обращение 10 декабря 2010 г.

76. Федеральная целевая программа «Модернизация транспортной системы России (2002 2010 годы)» Подпрограмма «Внутренние водные пути». -М.: 2001г.