Система підтримки прийняття рішень для керування маневруванням кораблів і суден берегової охорони у складних навігаційних умовах

Аналіз стану і функціонування сучасних автоматичних систем управління маневруванням на судах. Розробка інтегрованої системи орієнтації і навігації і системи підтримки прийняття рішень. Граф процесу керування маневруванням кораблями берегової охорони.

Рубрика Транспорт
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 05.08.2014
Размер файла 107,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Система підтримки прийняття рішень для керування маневруванням кораблів і суден берегової охорони у складних навігаційних умовах

НГУЕН ВАН ТАМ

Херсон - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті кораблебудування імені адмірала Макарова Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: Доктор технічних наук, професор

Рябенький Володимир Михайлович,

Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, завідувач кафедри теоретичної електротехніки та електронних систем.

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук, професор

Фісун Микола Тихонович,

Миколаївський державний гуманітарний університет імені Петра Могили, завідувач кафедри інформаційних технологій.

Доктор технічних наук, професор

Бідюк Петро Іванович,

Інститут прикладного системного аналізу при Національному технічному університеті України (КПІ), професор кафедри математичних методів системного аналізу.

Провідна установа: Харківський національний університет радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України, м. Харків.

Захист відбудеться " 09 " грудня 2005 р. о 15.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.01 Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон-8, Бериславське шосе 24, корпус 1, ауд. 223.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон-8, Бериславське шосе 24.

Автореферат розісланий " 26 " жовтня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Костін В.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Територія В'єтнаму вузькою смугою простягнулася на 1750 км уздовж східного узбережжя півострова Індокитаю, який омивається Південно-Китайським морем. Майже половину довжини загального кордону країни займає морський кордон. Це означає, що морські комунікації і морська економіка займає важливе місце в розвитку країни.

Крім того, В'єтнам не може зневажати явищам прибережного піратства і разом з тим контрабанди і браконьєрства в Південно-Китайському морі і у Малаккській протоці між Сінгапуром і Індонезією. (По даним Міжнародної морської організації (ИМО) в 2000р. відбулося 469 випадків піратства у всіх регіонах світового океану, що на 56% більше в порівнянні з 1999р. і в 4,5 рази вище рівня 1991р.).

Зі сказаного стає зрозумілим прагнення здійснювати надійний морський суверенітет держави. Тому проблема берегової охорони держави вимагає розвитку її сил, що передбачає поповнення кораблями і судами спеціального призначення. Причому це поповнення передбачається здійснювати сучасними і перспективними типами кораблів і суден, здатних не тільки безпечно патрулювати, але й швидко і ефективно виконувати тактичні маневри з метою перешкоди проникненню і виконанню порушниками нелегальних операцій в зоні охорони та успішному їхньому переслідуванні і затримки.

З іншого боку, збільшення числа надводних об'єктів, що маневрують, і швидкостей їхнього руху у водних акваторіях Земної кулі вимагає прискорення процесу прийняття рішення по маневруванню, а в деяких випадках екстреного виконання маневру. У зв'язку із цим до особи, що приймає рішення (ЛПР) по керуванню об'єктом, пред'являються високі вимоги відносно уваги, тактичного і стратегічного мислення. Можна сказати, що в сучасних умовах мореплавання навіть висококваліфіковані навігатори, що управляють надводними об'єктами, що маневрують, не можуть забезпечити обробку наявної інформації в максимально стислий термін. Це привело в останні роки до використання в процесі інформатизації керування маневруванням суден (у тому числі кораблів і суден берегової охорони - КБО) спеціалізованих електронних обчислювальних машин.

З вищесказаного, видно, що розробка сучасних методів і засобів, спрямованих на скорочення часу прийняття рішення в процесі маневрування, тобто розробка інформаційних технологій для систем підтримки прийняття рішення (СППР) по керуванню маневруванням кораблів і суден залишається актуальним питанням наукового дослідження.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами підтверджується державними програмами "Розвитку океанської економіки і будівництва суден В'єтнаму", "Створення і розвиток Державної морської поліції В'єтнаму" і в рамках "Програми розвитку кораблів і суден берегової охорони В'єтнаму", які передбачають проектування і будівництво значної групи суден різного призначення, а також удосконалення їхнього оснащення.

Дисертаційна робота є складовою частиною вищесказаних програм і відповідає напрямкам досліджень державної компанії "ХІТАКО" В'єтнаму, в яких автор приймав участь як виконавець (тема дисертації рекомендована компанією в листі про напрямок дослідження здобувача). У виконані роботи роль автора полягала в удосконаленні відомих та розробці нових методів, моделей і алгоритмів СППР по керуванню маневруванням КБО.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка СППР керування маневруванням кораблів і суден берегової охорони в складних навігаційних умовах.

Для досягнення поставленої мети вирішені наступні задачі:

1. На основі аналізу сучасних АСУ маневруванням кораблів і суден берегової охорони (зокрема КБО В'єтнаму) необхідно розробити концепцію підвищення швидкодії і точності керування маневруванням КБО шляхом створення СППР керування маневруванням у складних навігаційних умовах на основі застосування методів і алгоритмів штучного інтелекту;

2. Формалізувати процеси маневрування і конкретизувати характерні задачі маневрування для КБО;

3. На основі системного підходу до аналізу моделей і алгоритмів рішення задач маневрування дослідити їхні основні характеристики, розробити граф процесу керування маневруванням;

4. На основі аналізу моделей і алгоритмів пошуку оптимального шляху розробити моделі процесу керування маневруванням суден у складних навігаційних умовах;

5. Розробити структурну схему запропонованої СППР;

6. Зробити перевірку працездатності розроблених моделей у СППР за допомогою створеного програмного забезпечення.

Об'єктом дослідження є процес маневрування морських надводних об'єктів.

Предмет дослідження - маневрування при зближенні КБО в складних навігаційних умовах.

Методи дослідження. Для рішення поставлених задач у роботі використовуються методи математичної статистики (аналіз умов навігації й маневрування), метод імітаційного моделювання, методи дослідження операцій, а також метод, що базується на теорії і ідеях штучного інтелекту (розробка моделей і алгоритмів пошуку оптимального шляху при маневруванні).

Наукова новизна одержаних результатів. У результаті проведених досліджень були отримані наступні наукові результати:

1. Вперше з позиції системного підходу проведене дослідження моделей і алгоритмів штучного інтелекту для пошуку шляху на карті з метою застосування їх для вирішення задачі маневрування КБО;

2. Запропоновано модель обліку навігаційних перешкод (у вигляді цільової функції знаходження оптимального шляху) і розроблено дискретну модель вибору оптимального шляху (у вигляді навігаційного графу ), що дозволяє аналізувати ситуацію для наступного прийняття рішень;

3. Визначені і оптимізовані коефіцієнти евристичної функції h(x) для А*-алгоритму пошуку шляху;

4. Вперше запропоновано структуру СППР на основі навігаційного графу і А*-алгоритму пошуку оптимального шляху;

5. Перевірено працездатність і ефективність роботи розроблених моделей вибору шляху і вироблення рекомендації для керування маневруванням на реальних даних за допомогою пакета прикладної програми (ППП).

Наукова новизна отриманих результатів підтверджується практично повною відсутністю літератури і наукових праць, присвячених створенню СППР керування маневруванням і використанню методів теорії штучного інтелекту в моделях функціонування і проектування АСУ для КБО.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані автором результати мають як наукове, так і практичне значення. Наукове значення результатів дисертаційної роботи полягає в тому, що задача пошуку найкоротшого шляху між двома об'єктами (крапками) є актуальною для широкого кола народногосподарських задач. До них можна віднести задачі трасування друкованих плат, задачі прокладки кабельних комунікацій, трубопроводів, навігаційні задачі і т.п. У кожному конкретному випадку ці задачі доповнюються вихідною інформацією, однак загальний алгоритм їхнього рішення залишається незмінним. Практичне значення результатів дисертаційної роботи полягає в застосуванні при розробку СППР методів і алгоритмів штучного інтелекту і дискретної моделі процесу маневрування суден. Прикладне значення результатів також полягає в створенні програмних засобів для автоматизованого керування КБО при виконанні властивих їм задач. Застосування даних засобів дає можливість істотно поліпшити ефективність експлуатації і функціонування КБО.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці і обґрунтуванні задачі та мети дослідження. Автором проведений аналіз науково-технічної літератури, на основі якого запропоновано створити адаптовану до задач маневрування КБО СППР із застосуванням сучасних інформаційних технологій. При цьому сформульовані вимоги до програмного забезпечення і проведене узагальнення отриманих при дослідженнях результатів.

Наукові положення, висновки, рекомендації, практичні результати належать авторові і не містять результатів, які належать співавторам, разом з якими опубліковані наукові праці.

Результати обговорювалися і аналізувалися співавторами спільно.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідалися і обговорювалися на V, VI і VII науково-практичних міжнародних конференціях "Інформаційні технології в освіті та управлінні" (м. Нова Каховка, 2003-2005р.), на I і II "Міжнародній науково-технічній конференції студентів, аспірантів і молодих наукових робітників" Інституту автоматики і електротехніки (ІАЕ) Національного університету кораблебудування (НУК) (м. Миколаїв, 2004-2005р.), на розширеному науково-технічному семінарі кафедри теоретичної електротехніки та електронних систем ІАЕ НУК (2005р.) і на міжкафедральних наукових семінарах професорсько-викладацького складу кафедри "Інформаційних технологій" Херсонського національного технічного університету (м. Херсон, 2004-2005р.).

Публікації. Основні результати виконаної роботи відображені в 5-ти друкованих наукових працях фахових видань, які входять у перелік ВАК України і в 1 тезі доповіді на конференції.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновку, списку використаних джерел та п'яти додатків. Дисертація містить 156 сторінок тексту, 58 рисунків і 5 таблиць, 116 найменувань літературних джерел. Обсяг додатків - 40 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, розкритий стан наукової задачі, теоретичне і практичне значення дисертації, сформульовані мета і основні задачі досліджень, показана наукова новизна роботи.

У першому розділі проведений аналіз стану і функціонування сучасних АСУ маневруванням на кораблях і судах (зокрема на кораблях і судах берегової охорони) і перспективи їхнього розвитку. На основі цього аналізу запропонована структурна схема АСУ для КБО, що включає в себе інтегровану систему орієнтації і навігації (ІСОН) і систему підтримки прийняття рішень (рис.1). Поставлена задача дослідження.

Другий розділ присвячений моделям і алгоритмам рішення задач маневрування суден. Зроблено узагальнення і формулювання задач процесу маневрування, рішення характерних для КБО задач функціонування. Проведено аналіз моделей і алгоритмів рішення задачі маневрування при зближенні об'єктів.

На основі системного підходу до аналізу моделей і алгоритмів рішення задачі маневрування запропонований граф процесу керування маневруванням КБО.

На рисунку вершини (позиції) графу мають наступне функціонально-змістове значення:

1 - первинна обробка інформації;

2 - вторинна обробка інформації;

3 - аналіз надводної ситуації;

4 - прийняття рішення;

5 - вивід команд керування;

6 - оцінка точності маневру;

7 - корекція маневру.

(СППР/ЭКНИС) - Операторська станція

Наведено загальний випадок зближення впритул (рис. 4) з його аналітичним рішенням:

Км = Пмц ± qМО;(1)

("+", якщо qМО лівого борту; "-", якщо qМО правого борту),

, (2)

, (3)

, (4)

де - курс маневруючого; Пмц - пеленг "маневруючий - ціль";

q і qЦ - поточні курсові кути маневруючого і цілі відповідно;

qMO і qЦО - початкові курсові кути маневруючого і цілі відповідно;

VM і VЦ - швидкості маневруючого і цілі відповідно.

Проаналізована проблема безперервного простору навігації і запропонований шлях її рішення в задачах маневрування (рис. 5). Дискретизація простору навігації і маневрування вирішена за допомогою осередків (варіант 5,б).

Обґрунтовано підхід до рішення задачі маневрування. Після ретельного аналізу методів і алгоритмів пошуку шляху, часто використаних в інтелектуальних системах, обрані найбільш коректно працюючі алгоритми пошуку шляху на карті для подальшого порівняння. Створено підпрограми на основі цих алгоритмів. Результати їхньої роботи добре відображені на рисунку 6.

Дано порівняльні параметри роботи алгоритмів (табл. 1).

Таблиця 1 Порівняльні параметри роботи алгоритмів

Параметри

випадковий

у глибину

у ширину

пошук з А*

Клітки

1908

1908

1908

1908

Прохідні

438

438

438

438

Непрохідні

1470

1470

1470

1470

Глибина пошуку

100000

100000

100000

100000

Список Open

96

96

26

30

Список Closed

290

290

238

262

Довжина шляху

44,999547632

39,313708498

24,041630560

19,899494936

Виходячи із цього, був обраний алгоритм А* (Найбільш відомий з них метод, розроблений Хартом, Нільсоном і Рафаелем на основі загального методу градієнтів - докладно описаний у роботах Бондарева В.Н., Аді Ф.Г. "Штучний інтелект" і Лорьера Ж.Л. "Системи штучного інтелекту") для рішення задачі маневрування (вибору оптимального шляху). Він виражений формулою:

,(5)

де g(S) - реальна поточна вартість ситуації S, h(S) - евристична функція, що оцінює вартість найкращої послідовності дій, що починається з S і закінчується рішенням задачі маневрування. Отже, f(S) є мірою вартості рішень, "підлеглих" ситуації S, тобто рішень, що включають ту ж підмножину вихідних дій, що і S.

Визначення евристичної складової h*(S) залежить від безлічі параметрів, що описують відносне положення маневруючого об'єкта і об'єкта маневру, таких як координати об'єктів, відстань, швидкості і напрямки руху об'єктів, пеленги і т.д.

Конкретизація застосування А*-алгоритму та опис блок-схеми його роботи для рішення задачі маневрування - вибору оптимального шляху показані на рисунку 7.

Розроблено метод оптимізації обраного А*-алгоритмом шляху для застосування в судновій навігації і маневруванні (процедура зрізання і спрощення).

Пропонований А*-алгоритмом шлях для використання стосовно до безперервного водного простору в навігаційних і маневрових цілях виглядає неоптимальним, як показано ламаною лінією №1 на рисунку 8. Для подолання цього, після побудови шляху за допомогою А*-алгоритму необхідно проводити обробку. Ця процедура є клітинним автоматом - аналогом машини Тьюринга для двомірного дискретного простору. Кінцевий результат обробки цілком задовольняє реальності навігації і керування (лінія №2 на рисунку 8).

Третій розділ присвячений розробці моделей процесу керування маневруванням. Для обліку умов маневрування були вивчені у розділі 3 гідрографічна і гідрометеорологічна характеристики району плавання. На основі цього виведена можлива зона дії КБО (вони будуть виконувати специфікаційні задачі тільки в прибережній зоні і зоні відкритого моря). Також була створена база даних за середнім значенням кліматичних і гідрологічних елементів району (табл. 2) і наведений спосіб обліку факторів, що обурюють (вітрового дрейфу і плину).

Таблиця 2 Статистика середніх значень гідрометеорологічних елементів району плавання

Розроблено модель обліку навігаційних перешкод у вигляді цільової функції знаходження оптимального шляху на основі аналізу традиційного способу пошуку навігатором шляху зближення. Цільова функція (функціонал) може бути записана в такому виді:

; (6)

Умови задачі (обмеження) виражені:

;

; r0 - припустимий радіус;

;

h0 - припустима глибина.

Метод рішення задачі: знаходження найкоротшого шляху на мережі (на замкнутому графі). Для цього спочатку ми повинні розраховувати найкоротшу відстань до попереднього вузла i плюс відстань між поточним вузлом d і попереднім вузлом i , тобто:

Si = min {ug + sid} = mini ; (7)

Після цього розраховувати функцію в цілому по формулі (6).

У випадку простої берегової лінії виконується наступний ітераційний алгоритм:

umin = u3+ u5+ u4+ u2 ; (8)

umin = u3+ u5+ min{u3 + s34 ; u5 + s54 }+ min{u1+ s12; u4+ s42 };(9)

Якщо берегова лінія порізана, то маємо:

umin = u3+ u4+ u5+ u6 +u7 + u2 ; (10)

umin =( u1 + s13)+(u3 + s34 )+(u3 + s35 )+ min{u4 + s46 ; u5 + s56 }+

min{u5+ s57; u6+ s67 }+(u7+ s72); (11)

У випадку протоки можна записати:

umin = u3+ u4+ u5+ u6 +u7 + u2 ; (12)

umin =( u1 + s13)+(u3 + s34 )+(u3 + s35 )+ min{u4 + s46 ; u5 + s56 }+

min{u5+ s57; u6+ s67 }+(u7+ s72); (13)

Для острова:

umin = u3+ u5+ u4+ u2 ; (14)

umin =(u1 + s13)+(u3 + s35 )+ min{u3 + s34 ; u5 + s54 +

min{u4 + s42 ; u7 + s72 }; (15)

Проведений аналіз методів моделювання показав, що найбільш ефективними в нашому випадку є імітаційне моделювання, що і було прийнято в даній роботі для рішення поставлених задач.

Проаналізувавши процес маневрування КБО на основі матеріалів попереднього розділу і на основі досвіду їхнього функціонування і експлуатації запропонована дискретна модель процесу керування маневруванням КБО у вигляді навігаційного графу.

Для пошуку крапки перехоплення був запропонований метод Ньютона. Суть цього методу в тім, що ним може бути знайдений мінімум функції n змінних F(x1 ,...,xn ) або знайдені рішення системи рівнянь виду:

Fi (x1 , x2 , ..., xn ) = 0, i = 1, ..., n (16)

Рішення даної системи еквівалентно відшуканню рівного нулю мінімуму функції: (17)

Для знаходження мінімуму F задаємо деяке початкове наближення xi (0) (i=1,...,n) і будуємо наступні наближення по формулі:

(18)

де напрямки vi (j) і величина кроку на j-ом кроці відповідно рівні:

Всі похідні обчислюються при xi = xi (j). Ітераційний процес триває доти, доки не буде задовольнятися умова |xi (j+1) -xi(j)|<e(i=1,...,n)або всі похідні d/dxk не стануть дорівнювати нулю.

У процедурі використовуються функції:

- F(x: array [1...n] of real): real - мінімізіруєма функція ;

- DF (i: integer; x: array [1...n] of real): real - похідні d/dxi ; DF2 (i, j: integer; x: array [1...n] of real): real - похідні d 2F/dxi dxj.

Блок-схема роботи методу Ньютона наведена на рисунку 10.

Також запропонований метод евристичних оцінок стосовно процесу маневрування. Прогнозування можливого маршруту об'єкта маневру буде відбуватися, опираючись на евристичні оцінки кожної із крапок навігаційного графу. Для кожного з вузлів цього графу розраховується значення евристичної функції h(x), що характеризує, наскільки ймовірно те, що об'єкт маневру у своєму шляху пройде біля цієї крапки (області карти). Ця функція складається з декількох складових і має наступний загальний вид:

h(x) = a Kб + b KL + c Kn + d Kns ; (19)

Кожна із цих складових розраховується виходячи із емпіричних міркувань щодо можливого поводження об'єкта маневру в цій ситуації, і вплив кожної з них нівелюється за допомогою коефіцієнтів.

Курсова оцінка Kб характеризує, наскільки об'єкт маневру схильний, на даний момент, повертатися на ту чи іншу гілку навігаційного графу, виходячи з її поточного курсу. Вона (Kб) розраховується в залежності від відносних величин кутів між гілками першого рівня навігаційного графу та поточним курсом об'єкта маневру. Для вузлів наступних рівнів, вона буде такою ж. Оцінка найкоротшої відстані KL визначає, наскільки коротким може бути шлях від цього вузла до кінцевої мети переміщення. Логічно взяти до уваги, що об'єкт маневру схильний обрати більш короткий шлях до своєї мети. Розраховується KL у залежності від відносних величин найкоротших шляхів від вузла до кінцевої мети. Для вузла з мінімальним шляхом серед вузлів першого рівня певного вузла графу KL рівняється значенню цієї ж оцінки для верхнього за ієрархією вузла. Для вузла з максимальним серед його сусідів шляхом KL = 0.

Оцінка розміру дерева Kn. Якщо припустити, що об'єкт маневру обирає шлях до кінцевої мети рівноймовірно з будь-яких інших, незалежно від їхньої довжини чи інших факторів, то чим більше шляхів проходить через вузол, тим вірогіднішим буде те, що він обере гілку, що веде до цього вузла. Саме цю ймовірність і відображає оцінка Kn.

Оцінка середньої відстані Kns. Аналогічно до попередньої оцінки, об'єкт маневру може обрати шлях, що приведе до кінцевої мети по самому найкоротшому шляху, або по одному з коротких шляхів. Оцінка Kns дозволяє проявляти такі гілки графу, які приводять у середньому до менш довгих шляхів. Ця оцінка обернено пропорційна відносним величинам середньої довжини шляхів від цього вузла до мети. На відміну від оцінки Kn, об'єкт маневру все одно обирає нижній шлях, коли Kn рекомендує верхній, і робить це незалежно від того, чи є пристань наприкінці верхнього шляху чи ні, оскільки суб'єктивно, нижнім шляхом до берега ближче.

Після підрахування складові функції h(x) і значення самої функції для кожного з вузлів навігаційного графу, ми отримаємо евристичні оцінки "перспективності" кожного з вузлів і гілок графу, які будуть зважені, як і серед сусідніх вузлів того ж рівня графу, так і вздовж кожної гілки графу.

На основі цих оцінок будуються оптимальний шлях переміщення суден і шлях перехоплення.

Четвертий розділ роботи присвячений питанню розробки СППР за допомогою обраного алгоритму і розробленої моделі. Запропоновано структуру СППР. Внутрішня структура побудови програми реалізує етапи рішення задачі у вигляді окремого автономного модуля. Вона складається з модуля генератора маршрутів (на основі А*-алгоритму), модуля сховища маршрутів, модуля навігаційного графу, модуля евристичної оцінки, і модуля висновку результатів для прийняття рішень (разом з розрахунком маршруту перехоплення).

У таблиці 3 показані порівняльні результати рішення задачі маневрування по декількох характеристиках (традиційним способом і за допомогою ППП СППР відповідно).

Таблиця 3 Порівняння способів рішення задачі маневрування

Способи

рішення

Параметри

Час виконання

Точність виконання

Оптимальність виконання

Можливі помилки

Штурман

20-30 хв.

- за курсом:

2-3 градуси;

- за часом:

до хвилини;

не завжди

так

Система

? 5 хв.

- за курсом: секунди;

- за часом: секунди;

завжди

немає

На основі проведеної роботи був розроблений пакет прикладної програми (ППП) "CoastGuard_Navigator" (рис. 13), за допомогою якого проведена перевірка працездатності, адекватності і чутливості розробленої моделі, результати яких наведені у четвертому розділі дисертації.

У додатках наведені: лістинги і блок-схеми роботи алгоритмів пошуку шляху, список растрових ЭМНК у створеній базі даних для використання в "CoastGuard_Navigator", описи і інструкція з використання цього ППП, лістинги основних кодів модулів програмної реалізації, документ державної компанії В'єтнаму "ХІТАКО" про напрямок дослідження здобувача.

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота присвячена рішенню актуальної задачі - ефективно і результативно експлуатувати КБО при виконанні спеціфікаційних їм задач охорони морського суверенітету держави. Як показує багаторічна практика експлуатації існуючих КБО, через недостатнє оснащення АСУ маневруванням, судноводій не завжди може виконувати розрахунки маневру в дуже короткий строк часу, чого часто вимагає ситуація. Задача інформатизації процесу керування маневруванням є актуальною і вирішується шляхом розробки СППР, побудованої на основі застосування алгоритмів і методів пошуку оптимального шляху в області штучного інтелекту.

Головні наукові і практичні результати роботи: У результаті проведених досліджень здобувачем вперше були отримані наступні результати:

1. Удосконалення інформаційно-керуючих систем КБО шляхом розробки додаткові функції в АСУ за допомогою СППР є перспективним. При цьому можливо об'єднання цих функцій з іншими функціями в ЭКНИС або виконання в СППР окремо.

2. Застосовано системний підхід до аналізу моделей і алгоритмів рішення задачі маневрування суден. На основі аналізу і порівняння найбільш підходящих методів і алгоритмів був обраний А*- алгоритм в області штучного інтелекту для рішення задачі пошуку оптимального шляху.

Для рішення проблеми безперервного простору маневрування обраний спосіб дискретизації району плавання на карті осередками при реалізації А*-алгоритму для пошуку оптимального шляху зближення.

3. Розроблено метод оптимізації пропонованого А*-алгоритмом шляху відповідно до вимоги практики суднової навігації і маневрування, що дуже важливо при побудові моделі обліку стиснутих навігаційних умов і моделі маневрування для зближення КБО.

4. Визначені і оптимізовані коефіцієнти евристичної функції h(x) для А*-алгоритму пошуку оптимального шляху.

5. Виконано аналіз навігаційно-гідрометеорологічних характеристик районів плавання. На цій основі виведені обмеження для поставленої задачі дослідження відносно умов навігації і маневрування.

6. Запропонована модель обліку навігаційних перешкод у вигляді цільової функції знаходження оптимального шляху і розроблена дискретна модель процесу маневрування, що називається навігаційним графом. На основі цієї дискретної моделі розроблені алгоритми пошуку оптимального шляху зближення і перехоплення.

7. Розроблено структуру СППР для керування маневруванням КБО.

8. Створено первісну базу даних по ЭМНК прибережного району В'єтнаму для використання в програмному забезпеченні.

9. Розроблена СППР для КБО у вигляді ППП "CoastGuard_Navigator" відповідає вимогам процесу керування їхнім маневруванням.

При керуванні судном із застосуванням розробленого ППП СППР, час виконання розрахунків скорочено у 6-10 разів, а точність вироблених даних для керування на десятки разів вище, ніж звичайним способом. Це підтверджує працездатність і ефективність розробленої системи.

10. Застосування розроблених моделей і алгоритмів дає можливість вирішувати питання керування, пов'язані із прийняттям рішень, наприклад: приймати той або інший варіант маневру в даній ситуації навігації і маневрування.

Достовірність наукових, практичних результатів і висновків дисертаційної роботи забезпечується коректною постановкою задачі, використанням для її рішення теорії штучного інтелекту, теорії імітаційного моделювання і лінійного програмування, порівнянням і близькістю результатів, отриманих автором за запропонованою методикою, з аналогічними даними по існуючих розрахунках вручну навігатором.

Рекомендації щодо використання результатів роботи. Найбільш ефективне застосування отриманих наукових результатів, розробленої моделі процесу керування маневруванням і програмного забезпечення СППР може бути експериментальним на КБО, а також в учбово-тренувальних цілях. Разом з ЭКНИС, пакет прикладної програми системи підтримки прийняття рішень буде підвищувати ефективність виконання задач навігації і маневрування в різних умовах дії КБО.

Рекомендації щодо подальшого розвитку проблеми. На особисту думку здобувача, подальший розвиток розглянутої в дисертації задачі (мета подальшої роботи здобувача) доцільно проводити у двох напрямках. Перший напрямок - це оптимізація алгоритмів і методів, що дасть можливість вироблення рекомендації щодо навігації і маневрування не тільки в умовах дії одиночного корабля берегової охорони, але і в умовах спільного виконання задач у процесі функціонування КБО. Другий напрямок - використання сучасних досягнень науки і комп'ютерних технологій в області експертних систем і штучного інтелекту для вдосконалювання створеної прикладної системи СППР. Можливим розвитком такої системи є система реального часу, що сполучається із РЛС і іншими навігаційними приладами (курсовказівником, GPS, лагом, ехолотом, авторулевым...) і автоматично враховує радіолокаційні і навігаційні дані в процесі пошуку оптимального шляху і висновку рекомендацій у динамічному режимі.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Нгуен Ван Там. Оптимизация выбранного А*-алгоритмом пути для целей судовой навигации и дискретная модель маневрирования для сближения судов // Збірник наукових праць НУК. - Миколаїв: НУК, 2005. - №2 (401). - С. 119-127.

2. Нгуен Ван Там. Модель учета стесненных навигационных условий при информатизации процесса выбора оптимального пути // Вестник Херсонского национального технического университета. - 2005. - №1(21). - С. 280-286.

3. Рябенький В.М., Нгуен Ван Там, Гожий А.П.. Автоматизация управления маневрированием надводных объектов в сложных навигационных условиях // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2003. - №2(18). - С. 386-389.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці і обґрунтуванні задачі і мети дослідження. Автором проведений аналіз науково-технічної літератури, на основі якого запропоноване створити адаптовану до задач маневрування кораблів і суден берегової охорони системи підтримки прийняття рішень із застосуванням сучасних інформаційних технологій.

4. Рябенький В.М., Нгуен Ван Там. Информатизация процесса управления маневрированием надводных объектов с применением алгоритма А* // Збірник наукових праць Національного університету кораблебудування. - Миколаїв, 2004. - №5 (380).- С.131-139.

Особисто здобувачем здійснено формалізацію задачі інформатизації процесу керування маневруванням суден, аналіз використання А*-алгоритма. При цьому сформульовані вимоги до програмного забезпечення і її функціонування.

5. Рябенький В.М., Нгуен Ван Там. Особенности разработки и использования электронных картографических навигационно-информационных систем в задачах судовой навигации // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2004. - №1(19). - С.212-217.

Особисто здобувачем на основі літературних джерел і нормативних документів здійснено аналіз особливості розробки, використання і міжнародних вимог до електронних картографічних навігаційно-інформаційних систем у задачах суднової навігації, а також запропоновані основні принципи побудови та додаткові функції в ЕКНІС і шляху їх розв'язання відповідно до конвенційних принципів ІМО.

6. Нгуен Ван Там. Система поддержки принятия решений при маневрировании судна // Матеріали I міжнародної науково-технічної конференції студентів, аспірантів і молодих наукових робітників (06-07 квітня 2004р.). - Миколаїв: Інституту автоматики і електротехніки Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова, 2004. - С. 84-87.

АНОТАЦІЯ

Нгуен Ван Там. Система підтримки прийняття рішень для керування маневруванням кораблів і суден берегової охорони в складних навігаційних умовах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. Херсонський національний технічний університет. Херсон, 2005.

Метою дисертаційної роботи є розробка СППР керування маневруванням кораблів і суден берегової охорони в складних навігаційних умовах для забезпечення надійної берегової охорони.

Сформульована задача інформатизації процесу керування маневруванням КБО в складних навігаційних умовах.

Застосовано системний підхід до аналізу моделей і алгоритмів рішення задачі маневрування суден.

Визначені і оптимізовані коефіцієнти евристичної функції h(x) для А*-алгоритму пошуку шляху.

Розроблено метод оптимізації пропонованого А*-алгоритмом шляху. Запропоновано модель обліку навігаційних перешкод у вигляді цільової функції знаходження оптимального шляху і розроблена дискретна модель процесу маневрування, що називається навігаційним графом.

Розроблено структуру СППР для керування маневруванням КБО.

Програмна реалізація СППР для керування маневруванням КБО в складних умовах виконано мовою C у середовищі Microsoft Visual C++ 6.0.

Ключові слова: Кораблі і судна берегової охорони, евристична оцінка, автоматизована система керування, процес керування маневруванням, алгоритм, характеристики, цільова функція, навігаційний граф, дискретна модель, система підтримки прийняття рішень.

АННОТАЦИЯ

маневрування навігація корабель охорона

Нгуен Ван Там. Система поддержки принятия решений для управления маневрированием кораблей и судов береговой охраны в сложных навигационных условиях. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. Херсонский национальный технический университет. Херсон, 2005.

Диссертация посвящена разработке СППР управления маневрированием кораблей и судов береговой охраны в сложных навигационных условиях для обеспечения надежной береговой охраны.

Усовершенствование информационно-управленческих систем КБО путем разработки дополнительных функции в автоматизированных системах управления (АСУ) с помощью СППР является перспективным. При этом возможно объединение этих функций с другими функциями в ЭКНИС или выполнение в СППР отдельно.

Проведен обзор существующих автоматизированных систем управления маневрированием и навигации кораблей и судов. Дана перспектива развития АСУ КБО. Сформулирована задача информатизации процесса управления маневрированием КБО в сложных навигационных условиях.

Применен системный подход к анализу моделей и алгоритмов решения задачи маневрирования судов. На основе анализа и сравнения наиболее подходящих методов и алгоритмов был выбран А*-алгоритм в области искусственного интеллекта для решения задачи поиска оптимального пути.

Для решения проблемы непрерывного пространства навигации и маневрирования выбран способ дискретизации района плавания на морской карте с помощью ячеек при реализации А*-алгоритма для поиска оптимального пути сближения.

Разработан метод оптимизации предлагаемого А*-алгоритмом пути в соответствии с требованием практики судовой навигации и маневрирования, что очень важно при построении модели учета стесненных навигационных условий и модели маневрирования для сближения КБО.

Определены и оптимизированы коэффициенты эвристической функции h(x) для А*-алгоритма поиска пути.

Выполнен анализ навигационно-гидрометеорологических характеристик районов плавания. На этой основе выведены ограничения для поставленной задачи исследования в отношении условий навигации и маневрирования.

Предложена модель учета навигационных препятствий в виде целевой функции нахождения оптимального пути и разработана дискретная модель процесса маневрирования, называемая навигационным графом.

Разработана структура СППР для управления маневрированием КБО.

Создана первоначальная база данных по ЭМНК прибрежного района Вьетнама для использования в программном обеспечении.

Для проверки возможностей разработанной СППР по выдаче рекомендации ЛПР было проведено численное моделирование задач управления маневрированием судов: поиск оптимального пути сближения на карте, расчет и вывод рекомендованных вариантов выбора курса перехвата цели - объекта маневра. Результаты проверки показали, что при управлении судном с применением разработанного ППП СППР, время выполнения расчетов сокращено в 6-10 раз, а точность выработанных данных для управления на десятки раз выше, чем обычным способом. Это подтверждает работоспособность и эффективность разработанной системы.

Программная реализация системы поддержки принятия решений для управления маневрированием кораблей и судов береговой охраны в сложных условиях выполнено на языке C в среде Microsoft Visual C++ 6.0.

Ключевые слова: Корабли и суда береговой охраны, эвристическая оценка, автоматизированная система управления, процесс управления маневрированием, алгоритм, характеристики, целевая функция, навигационный граф, дискретная модель, система поддержки принятия решений.

SUMMARY

маневрування навігація корабель охорона

Nguyen Van Tam. The Decision support system for maneuvering control of coast guard boats and craft in complex navigational additions. - Manuscript.

The dissertation for competition of a scientific degree of the technical sciences candidate on a specialty 05.13.06 - Automated control system and progressive information technologies. The Kherson national technical university, Ukraine. Kherson, 2005.

The purpose of dissertation work is a development decision support system (DSS) for maneuvering control of coast guard boats and craft (CGBC) in complex navigational additions for ensuring reliable coast guard.

The analysis of the problem was organized on stage of the designing. Were studied existing facilities and was designed own approach to decision of the problem to automating the maneuvering control process of CGBC in complex navigational additions. Were analyzed existing models and algorithm of searching for of the optimum way in maneuvering. Determined and optimized factors to heuristic function h(x) for A*-algorithm of searching for of the way. The Designed method to optimization proposed by A*-algorithm of the way.Were designed model of the account navigational obstacle in form of target function to finding the optimum way and discrete model of the maneuvering process, named by navigational graph. Was offered structure DSS for CGBC. Were formed requirements for software and its operation. The realization of DSS software for CGBC developed by language C in ambience Microsoft Visual C++ 6.0.

Keywords: coast guard boats and craft, heuristic estimation, automated control system, maneuvering control process, algorithm, features, target function, navigational graph, discrete model, decision support system.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Призначення та класифікація систем керування. Система оптимізації режимів функціонування кондиціонера. Антиблокувальна та протиугонна система (імобілайзер). Система керування коробкою передач. Класифікація датчиків вимірювальної інформації автомобіля.

    реферат [45,3 K], добавлен 06.10.2010

  • Аналіз методів розробки систем керування електроприводом дизель-потягу. Розробка моделі блоку "синхронний генератор-випрямлювач" електропередачі з використанням нейронних мереж. Моделювання тягових двигунів. Дослідження регуляторів системи керування.

    дипломная работа [2,5 M], добавлен 15.07.2009

  • Загальна будова та принцип дії рульового керування ВАЗ-2107. Технічна характеристика автомобіля. Причини несправності, ремонт та методи відновлення деталей. Дані з охорони навколишнього середовища, охорони праці, менеджменту та маркетингу на підприємстві.

    курсовая работа [971,4 K], добавлен 23.04.2011

  • Конструкція і кінематика електровозу. Розрахунок механічних і енергетичних характеристик і потужності електропривода, параметрів регуляторів. Розробка алгоритмів мікропроцесорної системи керування транспортним засобом. Широтно-імпульсний перетворювач.

    дипломная работа [2,5 M], добавлен 03.09.2015

  • Загальні відомості про системи керування дизельними двигунами внутрішнього згорання, їх порівняльна характеристика з бензиновими двигунами з експлуатаційних показників. Склад і елементи системи. Принцип дії, влаштування та призначення її датчиків.

    реферат [26,8 K], добавлен 11.10.2010

  • Огляд існуючих систем керування підвіскою. Динамічна система підресорювання БТР. Розробка математичної моделі руху колісної машини по нерівностях. Структурна та функціональна схеми керування підвіскою. Датчик швидкості руху на основі ефекту Хола.

    дипломная работа [4,6 M], добавлен 10.06.2011

  • Застосування електроприводу на літаках. Авіаційні електродвигуни постійного струму. Двигун з керуванням по ланцюгу збудження. Дослідження розімкнутої та замкнутої системи. Механізми для керування літаком, дистанційного управління радіотехнічними засобами.

    курсовая работа [595,1 K], добавлен 15.04.2012

  • Методологічні принципи аналізу, формування та функціонування логістичних систем вантажних перевезень. Розробка алгоритму процесу проектування логістичної системи підприємства. Аналіз логістичної системи АТП "Меркурій Транс". Схема доставки вантажів.

    курсовая работа [148,0 K], добавлен 21.01.2014

  • Розрахунок виробничої програми в трудових показниках. Умови роботи систем керування двигуна, несправності. Розробка технологічної карти на ремонт автосигналізації. Амортизація обладнання, витрати на електроенергію. Заходи по забезпеченню техніки безпеки.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 31.01.2015

  • Етапи розвитку системи паливоподачі: застосування електромагнітного клапану економайзера примусового неробочого ходу, впровадження мікропроцесорних систем, відмова від карбюратора. Характеристика переваг використання системи упорскування палива.

    контрольная работа [41,0 K], добавлен 03.10.2010

  • Характеристика бензинового двигуна ВАЗ 2101, аналіз системи впорскування "L-Jetronic", її функціонування при різних режимах роботи двигуна. Вибір типу системи впорскування бензину для подальшої заміни карбюраторної системи живлення в умовах експлуатації.

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 10.10.2014

  • Характеристика технічного стану легкових автомобілів, які перебувають в експлуатації та мають відповідати правилам, нормативам і стандартам, затвердженим у встановленому порядку. Норми гальмівної системи, рульового керування, зовнішніх світлових приладів.

    контрольная работа [17,6 K], добавлен 30.01.2010

  • Використання приводів внутрішнього згоряння на мобільних машинах для підвищення їх маневреності та підготовки до роботи. Види електричних, гідравлічних та пневматичних приводів. Системи керування механізмами та характеристика ходового устаткування.

    реферат [4,0 M], добавлен 22.09.2010

  • Характеристика призначення, будови та роботи рульового керування автомобіля ГАЗ-53А – сукупності механізмів автомобіля, які забезпечують його рух по заданому водієм напрямку, шляхом повороту керованих коліс. Ознаки несправностей рульового керування.

    реферат [2,7 M], добавлен 17.09.2010

  • Вірна посадка водія в автомобілі, регулювання сидіння, ременів безпеки, дзеркал заднього виду. Послідовність дій органами керування на початку руху, при збільшенні швидкості і гальмуванні. Аналіз типових помилок водія під час зміни напрямку руху.

    реферат [13,2 M], добавлен 13.02.2010

  • Аналіз типових систем технічного обслуговування автомобілів, визначення їх періодичності. Розробка математичної моделі та алгоритму діагностування агрегатів і систем автомобіля. Оцінка фактичного рівня технічного стану та надійності конструкцій підвісок.

    дипломная работа [1,0 M], добавлен 21.04.2015

  • Будова рульового керування автомобілів КамАЗ. Види рульових механізмів. Конструкція рульового керування, основні типи підвісок керованих коліс. Кутовий редуктор, рульовий механізм із вбудованим гідропідсилювачем. Технічне обслуговування та регулювання.

    реферат [6,2 M], добавлен 17.09.2010

  • Аналіз стану системи поводження з відходами. Дослідження методик визначення маршрутів перевезення твердих побутових відходів. Вибір оптимального перевізника. Розробка раціонального маршруту, аналіз та оцінка його ефективності, економічне обґрунтування.

    дипломная работа [4,0 M], добавлен 08.09.2014

  • Призначення та застосування системи запалювання від магнето, загальні відомості, будова. Діагностування і технічне обслуговування пускових двигунів. Параметри та методи діагностування контактів. Інструкція з охорони праці для машиніста бульдозера.

    реферат [2,5 M], добавлен 26.06.2010

  • Огляд сучасних засобів АНТ різного функціонального спрямування, опис навантажувальної-розвантажувальної техніки. Розгляд питань, пов'язаних з технологіями використання спецмашин у сучасних аеропортах при наземному обслуговуванні повітряних суден.

    контрольная работа [5,2 M], добавлен 21.05.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.