Размещено на http://www.allbest.ru/

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

1. Загальна характеристика роботи

маневрування корабель інформаційний програмний

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 2000 р. відбулося 469 випадків піратства у всіх регіонах світового океану, що на 56% більше в порівнянні з 1999 р. і в 4,5 рази вище рівня 1991 р.).

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, 2003-2005 р.), 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, 2004-2005 р.), на розширеному науково-технічному семінарі кафедри теоретичної електротехніки та електронних систем ІАЕ НУК (2005 р.) і на міжкафедральних наукових семінарах професорсько-викладацького складу кафедри "Інформаційних технологій" Херсонського національного технічного університету (м. Херсон, 2004-2005 р.).

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.

2. 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. 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.

Наведено загальний випадок зближення впритул з його аналітичним рішенням:

Км = Пмц ± qМО; (1)

(“+”, якщо qМО лівого борту; “-”, якщо qМО правого борту),

, (2)

, (3)

, (4)

де Kм - 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. Дискретизація простору навігації і маневрування вирішена за допомогою осередків.

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.

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.

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. 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.

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

Місяці Елементи	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	Рік
Вітер	Напр.	N-WN	N	N-WN	E-ES	ES-W	W-WS	W-WS	W-WN	W-WN	WN-N	WN-N	N	-
	Vср.	3.4	3.3	3.3	3.4	3.1	3.0	3.2	2.8	2.9	3.1	3.7	3.6	3.2
	Vx	19	18	18	20	25	19	27	20	28	40	35	18	40
Температур повітря	Tср.	22.5	23.0	24.7	26.3	28.2	28.9	29.0	28.7	27.5	26.0	24.6	23.1	26.0
	Tx	25.1	25.9	27.8	29.9	32.0	33.4	32.8	32.9	31.1	28.6	27.1	25.5	42.1
	Tm	20.0	20.5	21.7	23.5	25.0	25.8	25.6	25.4	24.5	23.4	22.4	20.9	11.0
Вологість повітря	q	86	84	84	85	78	76	76	76	82	85	86	85	82
	qm	63	63	64	59	53	53	53	53	60	67	68	67	12
Опади	R	91	47	37	48	61	56	58	84	295	447	378	195	1782
	n	12	6	4	4	6	6	6	8	14	19	18	16	119
	Rx	266	167	163	89	184	208	215	208	709	1058	1223	598	3084
	Rm	7	1	1	0	0	1	3	4	63	66	89	20	677
Тумани (днів)	0.3	0.4	0.8	0.4	0	0	0	0	0	0	0.1	0.1	2.1
Великий вітер (днів)	0	0.1	0.5	2.4	7.7	6.4	4.8	5.1	7.2	2.2	0.3	0	36.9
Хвилювання	Напр.	N	EN	EN	EN	WS	WS	WS	WS	WS	ES	ES	ES	-
	H	1.0	0.95	0.90	0.85	0.90	0.95	0.95	0.95	0.95	0.85	0.90	0.90	0.92
	Hx	3.5	3.5	3.5	3.3	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.3	3.5	3.5	4.0
Температура води	Tср.	24.5	23.4	25.8	28.5	29.6	28.8	28.4	28.6	29.2	27.8	26.7	26.2	27.3
	Tx	26.7	27.9	2.2	31.3	32.2	32.0	31.8	32.0	32.1	30.6	29.5	29.1	34.3
	Tm	18.2	17.7	20.1	25.5	26.6	26.2	25.8	26.1	26.1	25.5	24.7	23.2	15.5
Плин	Напр.	S	S	S	S	N	N	N	N	S	S	S	S	-
	V	1.0-2.0	1.0-3.0	0.8-2.0	0.3-1.2	0.4-0.8	0.6-1.0	0.8-1.5	0.4-1.0	0.5-1.4	1.0-2.0	1.0-2.0	1.0-2.5	-

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:

S_i = min {u_g + s_id} = min_i; (7)

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

У випадку простої берегової лінії виконується наступний ітераційний алгоритм:

u_min = u₃+ u₅+ u₄+ u_2; (8)

u_min = u₃+ u₅+ min{u₃ + s_34; u₅ + s₅₄ }+ min{u₁+ s₁₂; u₄+ s₄₂ }; (9)

Якщо берегова лінія порізана, то маємо:

u_min = u₃+ u₄+ u₅+ u₆ +u₇ + u_2;(10)

u_min =(u₁ + s₁₃)+(u₃ + s₃₄₎+(u₃ + s₃₅₎+ min{u₄ + s_46; u₅ + s₅₆ }+

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

У випадку протоки можна записати:

u_min = u₃+ u₄+ u₅+ u₆ +u₇ + u_2; (12)

u_min =(u₁ + s₁₃)+(u₃ + s₃₄₎+(u₃ + s₃₅₎+ min{u₄ + s_46; u₅ + s₅₆ }+

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

Для острова:

u_min = u₃+ u₅+ u₄+ u_2; (14)

u_min =(u₁ + s₁₃)+(u₃ + s₃₅₎+ min{u₃ + s_34; u₅ + s₅₄ +

min{u₄ + s_42; 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(x_1,...,x_n) або знайдені рішення системи рівнянь виду:

F_i (x_1, x_2,..., x_n) = 0, i = 1,..., n (16)

Рішення даної системи еквівалентно відшуканню рівного нулю мінімуму функції:

(17)

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

(18)

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

Всі похідні обчислюються при x_i = x_i ^(j). Ітераційний процес триває доти, доки не буде задовольнятися умова |x_i ^{(j+1) -}x_i^(j)|<e(i=1,...,n)або всі похідні d/dx_k 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/dx_i; DF2 (i, j: integer; x: array [1...n] of real): real - похідні d ²F/dx_i dx_j.

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• K_б + b• K_L + c• K_n + d• K_ns; (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 K_б характеризує, наскільки об'єкт маневру схильний, на даний момент, повертатися на ту чи іншу гілку навігаційного графу, виходячи з її поточного курсу. Вона (K_б) 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 K_L 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 K_L у залежності від відносних величин найкоротших шляхів від вузла до кінцевої мети. Для вузла з мінімальним шляхом серед вузлів першого рівня певного вузла графу K_L рівняється значенню цієї ж оцінки для верхнього за ієрархією вузла. Для вузла з максимальним серед його сусідів шляхом K_L = 0.

Оцінка розміру дерева K_n. 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 K_n.

Оцінка середньої відстані K_ns. 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 K_ns 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 K_n, об'єкт маневру все одно обирає нижній шлях, коли K_n 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", 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 "Coast Guard_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.

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.

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.

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.

Размещено на Allbest.ru

...