Поскольку в журналах учета капитанами портов не всегда указывалось время происшествия, для детального анализа было принято только 92 аварийных случая. Распределение по вахтам в 1978-2008 г.г. выглядит следующим образом: старших помощников капитана - 34,8 %; вторых помощников капитана - 21,7 %; третьих помощников капитана - 43,5 %. Происшествия на вахтах третьих помощников говорит о недостаточном контроле над их работой со стороны капитанов судов.

Без учета аварийных случаев по техническим причинам, к анализу принято всего158 морских происшествий, из них с лоцманом на борту произошло 43, без лоцмана - 115. Эти данные свидетельствуют о том, что лоцманская проводка является эффективным средством повышения навигационной безопасности.

Анализируя происшествия, необходимо отметить, что посадка на грунт, столкновения и навалы происходили из-за потери ориентации, ошибочного маневрирования в стесненных акваториях - портах и каналах, как правило, в сложных навигационных условиях плавания.

Основной обобщенной причиной таких аварий является отсутствие типовых алгоритмов деятельности судоводителя при плавании в стесненных условиях, а также пренебрежение подготовкой к лоцманской проводке, как элементу навигационного планирования перехода судна с целью улучшения ориентировки при управлении, а также недостаточное использование услуг лоцмана.

С точки зрения деятельности оператора ошибки возникают в процессе приема зрительной информации, из-за необходимости ее обработки. Этот этап сбоев в управлении характеризуется потерей ориентировки, на долю которых приходится 31,8% из 173-х принятых к анализу случаев. Для их устранения необходимо обрабатывать информацию и представлять ее оператору в виде процедурных рекомендаций, которые однозначно им воспринимаются.

Если оператору необходимо производить обработку поступающей декларативной информации по контролю над параметрами процесса управления для корректировки плановой траектории из-за того, что произошло изменение внешних воздействий и переменных ограничений, это приводит к ошибкам в управлении процессом маневрирования, на долю которого приходится 23,1%. Для повышения безопасности необходимо разрабатывать кибернетическую систему поддержки принятия решения.

Задержки в интеллектуальной деятельности оператора влияют на скорость и надежность принятия решения и контроля над его реализацией. Этот этап приводит к ошибкам в соблюдении правил плавания, на долю которых приходится 17.5% из всех случаев происшествий.

Антропометрические характеристики оператора определяют условия функционирования его физиологических систем, и выявить их по результатам анализа не удается из-за отсутствия соответствующих сведений. Однако, как известно, они непосредственно влияют на процесс управления и требуют отдельного исследования.

Безопасность маневрирования в рассматриваемых случаях не обеспечивалась из-за отсутствия сведений о маневренных характеристиках судна, как объекта управления и данных о его текущем состоянии, которые должны обеспечить средства судовождения для контроля над процессом движения.

Посадки на грунт произошли в 46.8% из 173-х случаев, принятых к анализу. Из-за недостаточного информационного обеспечения процесса судовождения, как на самом судне, так и извне, отсутствие методов и способов контроля со стороны береговых СНО не позволило предупредить посадки на грунт (47%) и навалы на береговую черту и знаки ограждения(17%).

Недостаточным оказалось и информационное обеспечение текущих параметров движения и положения судна, отсутствие методики предварительного планирования управления, систем поддержки принятия решения и алгоритмов действий оператора при управлении маневрированием, что не позволило предупредить столкновения в 15,0%, посадку на мель в 47% и навалы в 17%.

Выполненный анализ показал различие в требованиях к оператору при маневрировании в море и в стесненных условиях. В первом случае преобладает использование технических устройств, а обзорно - сравнительный метод используется только на заключительной стадии. В стесненных условиях преобладает использование глазомерных способов оценки маневрирования, что существенно увеличивает нагрузку на психофизиологические параметры оператора.

При решении задачи расхождения повышаются требования к быстродействию работы оператора и увеличивается нагрузка на память и мышление, что требует устного решения задачи, без использования технических средств.

Концепция безопасного управления, предполагает согласование факторов маневрирования и характеристик оператора и создание алгоритмов интеллектуальной деятельности, путем:

- структурирования тактических и оперативных задач и разработки алгоритмов интеллектуальных действий оператора при управлении движением;

- разработки алгоритмов текущего контроля расхождения и способов корректировки первоначального плана;

- разработки алгоритмов текущего контроля параметров движения и положения, включая криволинейное движение, и визуализацию текущей ситуации расхождения;

- организация дополнительной вахты для контроля серединной линии по обратным створам на мостике морских судов;

специальный контроль времени и номера латеральных знаков, которые установлены на бровке канала, что позволить предупредить потерю ориентации и четко контролировать прохождение судна по линии намеченного пути.

1.2 Управление движением судов в канале

При движении судна в канале происходит перераспределение зон давления и в результате в районе носа образуется зона повышенного давления, а в районе кормы - зона пониженного давления. Это приводит к тому, что при приближении носа судна к бровке канала происходит его отталкивание, а кормы - притягивание.

При рассмотрении движения судна определяющими будут следующие параметры канала: ширина канала; глубина канала; радиус округления на поворотах; ширина канала на поворотах.

При рассмотрении движения судна определяющими будут следующие параметры судна: длина между перпендикулярами ; ширина судна ; точность оценки места судна радиальная СКП -; ширина маневренного смещения ; максимальная осадка .

Существующими нормативными документами по БДЛК введено ограничение судов, которые могут проходить по каналу по длине - 215 метров, и по осадке 10,3 м.

При рассмотрении безопасности плавания будем использовать четыре основных геометрических характеристики корпуса судна: максимальная длина ; длина между перпендикулярами L??; ширина судна ; максимальная осадка . При этом значение L?? будем использовать при рассмотрении ширины полосы занимаемой судном при движении и оценке ее соотношения с шириной канала и безопасного прохода, а значение при маневрировании в стесненных условиях и швартовке у причала.

При самостоятельном движении судна по каналу ограничениями при движении являются три фактора: глубина на канале; ширина маневренного смещения при движении; радиус закругления поворотов.

Глубина на канале ограничивает осадку судна, которая определяется величиной навигационного запаса под килем. Это вызывает необходимость устанавливать предельную осадку при загрузке.

Ширина маневренного смещения и точность оценки места судна влияют на допустимую длину судна, которое может пройти через данный участок.

Для уточнения используемых понятий и обоснования разрабатываемых рекомендаций приведем определение основных параметров, характеризующих движение судна при рыскании относительно линии заданного курса.

Представим судно в виде прямоугольника с шириной и длиной между перпендикулярами с характерными точками: центр тяжести G, который при рассмотрении вопросов управления принимают находящимся на мидель шпангоуте; центр управления ЦУ - точка на судне в которой находится лицо производящее глазомерное определение положения судна и управляющее маневрированием; крайние точки ватерлинии по носу Нл и Нп; крайние точки ватерлинии по корме Кл и Кп.

Под шириной полосы, занимаемой судном при маневрировании, будем подразумевать величину проекции крайних точек характерного линейного размера

на линию, перпендикулярную вектору перемещения судна:

(1)

где С - суммарный угол сноса.

Ширину маневренного смещения Ум определяют по формуле:

Ум = 2 Уо + Вп (2)

где Уо - боковое отклонение ЦТ от линии намеченного пути за счет рыскания. Его можно определить из выражения:

Уо = V t3 sin (t), (3)

где t3 - время запаздывания в обработке информации в системе управления;

Рисунок 1.1 Вероятная ширина полосы при рыскания

Вероятную ширину полосы маневренного смещения определяют путем линейного сложения Ум и среднеквадратической погрешности определения места судна Мо:

Умв = Ум + 2Мо (4)

Необходимым и достаточным условием безопасного прохождения одиночного судна через опасный район стесненных вод является выполнение требования, чтобы допустимая ширина безопасной полосы движения Умд, снимаемая с карты, была больше вероятной ширины полосы Умв т.е. Умд > Умв. Из этого неравенства можно определить требования к точности определения места для обеспечения безопасного прохода опасного района стесненных вод, с учетом максимального значения угла сноса С = 90° - arctg (В/L), когда ширина полосы, занимаемой судном, максимальна и равна Lx:

Mo < 0,5 Умв - Уо - 0,5 Lx. (5)

Проектная глубина акватории причалов порта отсчитывается от расчетного (низкого) судоходного уровня воды. В соответствии с существующей классификацией портов по категориям отметка (высота) расчетного судоходного уровня воды должна иметь обеспеченность, равную для портов 1-й и 2-й категории-- 99%-3-й категории - 97%; 4-й --95--97%. Акватория причала Нибуллон может быть отнесена к 3 - й категории и необходимо иметь обеспеченность 97%.

Для портов, расположенных на естественных водных путях, отметка расчетного уровня не должна быть выше отметки проектного уровня воды, а для портов на водохранилищах - не ниже отметки уровня его навигационной сработки.

Запас воды под килем состоит из следующих составляющих:

- проседание судна от движения Нпр;

- запас воды на ошибку промера ;

- запас воды на заиливание ;

- запас на ошибку от определения осадки ;

- запас на крен ;

- запас воды на волнение моря .

Для каналов проседание рассчитывается по формуле Барраса:

(6)

где - - скорость движения судна в м/с;

- коэффициент полноты подводной части корпуса судна.

Запас воды на ошибку промера при объявленной глубине 11,2 м составляет 0,15 м.

Запас воды на заиливание составляет 0,1 м.

Запас на ошибку от определения осадки можно принять равным 0,05 м.

Запас на крен при маневрировании со скоростью около 5 узлов практически в расчет принимать не следует.

Запас воды на волнение моря обычно принимают равным до 10% от осадки, однако учитывая, что акватория защищена от действия волнения, этот запас можно принять равным 0,1 м.

Учитывая объявленную глубину на канале равной 11,2 м и суммарный запас воды под килем, с учетом всех поправок, равный 0,8 м, загрузку в портах, использующих БДЛК, можно производить до максимальной осадки 10,4 м.

Судоходная обстановка колена должна обеспечивать безопасное и бесперебойное судоходство по каналу днем, ночью и при ограниченной видимости.

Такие условия создаются путем рационального размещения береговых и плавучих знаков навигационного ограждения, а также соблюдение правил их технической эксплуатации и своевременного оповещения судоводителей об изменении условий плавания.

По плотности движения судов первое колено Николаевского порта можно отнести водному пути с интенсивным судоходством. Это определяет требования к составу и количеству береговых и плавучих знаков навигационного ограждения судового хода.

На БДЛК по условиям плавания необходима установка двух групп знаков - ходовые о оградительные. К ходовым знакам относятся створные знаки, которые обозначают направление судового хода. Оградительные знаки обозначают границы судового хода или отдельные препятствия.

Поскольку при обеспечении плавания основным способом оценки места относительно знаков навигационного ограждения является глазомерный обзорно - сравнительный, то дальность видимости знаков и точность маневрирования будет зависеть от остроты зрения судоводителя.

Для характеристики способности глаза видеть предметы применяют параметр - острота зрения. Под остротой зрения понимают минимальное угловое расстояние между двумя точками, когда глаз видит их раздельно. Условно принято за величину нормальной остроты зрения считать одну угловую мин.

Чувствительность глаза человека характеризуют порогом контрастной чувствительности. Судоводитель может увидеть предмет тогда, когда его яркость будет больше порога контрастной чувствительности.

В связи с этим дальность видимости знаков обстановки подразделяют на геометрическую (географическую) и оптическую.

Геометрическая дальность видимости определяется сферичностью земной поверхности и может быть определена по известному выражению

, (7)

где - высота знака над уровнем воды, м;

- высота глаза наблюдателя над уровнем воды, м.

Оптическая видимость представляет собой дальность видимости предметов с учетом прозрачности атмосферы.

Для обеспечения безопасности плавания на БДЛК преобладают линейные створные знаки, которые указывают только ось судового хода. Подробная характеристика створов приведена в паспорте БДЛК. Из всех основных характеристик наибольший практический интерес для судоводителя представляют:

- дальность действия створа - представляет собой расстояние от переднего знака до конечной точки створной линии, км;

- боковое уклонение - представляет собой расстояние по нормали к оси створа, на которое допустимо уклонения судна в момент обнаружения выхода с линии створа, м;

- разнос знаков - представляет собой расстояние между створными знаками по оси створной линии, км.

Расчет дальности действия створа можно определить по известной формуле

. (8)

Если угол между двумя створными знаками равен нулю, то его стороны для судоводителя на плоскости сливаются в прямую линию (створ), используемую для плавания на прямолинейных участках фарватера.

Расчет бокового уклонения можно определить по формуле

. (9)

Для всех створов обычно выставляется требование, чтобы величина допустимого уклонения была бы меньше половины ширины фарватера, т.е. . Однако для анализа створов БДЛК необходимо, чтобы величина бокового уклонения на наиболее удаленной точке колена, которую обслуживает данный створ, была бы меньше чем допустимая. Значение .

Плавучие знаки судоходной обстановки на БДЛК представлены в виде буев, выставленных на кромке фарватера.

В составе судоходной обстановки основными являются береговые знаки, как более надежные в действии и удобные в эксплуатации. Плавучие знаки дополняют береговую обстановку на тех участках, где кроме направления судового хода, необходимо контролировать маневрирование судов.

Другой особенностью канала является тот факт, что по нему плавают речные и морские суда и суда смешанного плавания. Обычно речные и смешанного плавания суда имеет ходовой мостик и рулевую рубку, приспособленные для кругового обзора. Поэтому они подготовлены для контроля места судна по прямым и обратным створам.

На морских судах рулевая рубка обычно устроена так, что для обзора обстановки с кормовых румбов необходимо выходить на крыло или подниматься на верхний мостик. По этой причине для контроля положения судна на серединной линии приходится выставлять специального наблюдателя, либо довольствоваться информацией только плавучих знаков. Именно по этой причине происходят аварийные происшествия, связанные с потерей ориентировки и посадкой на мель и касания бровки.

1.3 Оценка навигационной обстановки

Схема БДЛК приведена, навигационная обстановка в БДЛК в таблице. Элементы современной трасы канала, которые предстоит пройти судну приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.5 Элементы трасы перехода к причалу ООО «Нибуллон»

Для анализа навигационной обстановки произведем сравнительный анализ характеристик створов, установленных на БДЛК, который позволит установить точность оценки места и удержания судна на серединной линии.

Основным параметром, который представляет интерес для управления маневрированием, является чувствительность створов. Поскольку она непосредственно влияет на точность визуальной оценки места и вероятной ширины маневренного смещения, то оценку будем производить по предельному расстоянию от створов. Если точность достаточна и вероятная ширина полосы меньше предельной то будем считать, что створы можно использовать на протяжении всего колена. В противном случае необходимо использовать только плавучие знаки ограждения.

 Сводная таблица данных створов БДЛК, согласно существующего паспорта, приведена в таблице 1.6.

Для оценки возможности прохождения судна по данному колену необходимо определить максимальное боковое отклонение на начало использования данного створа , которое примем за радиальную среднеквадратическую погрешность оценки места судна . Для наглядного представления изобразим судно в виде окружности, диаметр которой равен длине судна между перпендикулярами L, как приведено на .

Рисунок 1.2 Рыскание судна на канале в тихую погоду

Условием безопасного прохождения судном канала по ширине маневренного смещения является выполнение условия

(10)

Значение максимального угла рыскания, которое может быть допущено при самостоятельном следовании судна можно определить из выражения

. (11)

Разрешив уравнение (24) относительно получим

. (12)

При точности оценки места судна на канале и смещении, значение . Это означает, что при прохождении канала шириной 100 м и судне шириной В = 47,2 м. и длиной = 300 м необходимо следовать со скоростью более 5 узлов при самостоятельном движении и скорости ветра до 10 м/с. Если рыскание при прохождении канала будет больше то проход такого судна по каналу невозможен и необходимо принимать меры для уменьшения угла рыскания путем увеличения скорости или использования буксиров.

При движении по каналу в штормовых условиях ширина вероятной полосы маневренного смещения будет увеличиваться за счет введения поправки в курс на величину угла сноса С. Для удержания судна на серединной линии возможное отклонение влево будет ограничено значением цмах- с, а вправо цмах + с.

При оценке возможности захода судна с максимальными размерами в порт по каналу заданной ширины необходимо ограничивать либо погодные условия, либо предусматривать меры для уменьшения рыскания. Такими мерами могут быть: использование буксиров; повышение точности определения места глазомерными или инструментальными способами.

Исходные данные для расчета максимального бокового отклонения и результаты расчета приведены в табл.1.7. Там же приведены значения бокового отклонения, взятые из паспорта БДЛК.

Расчетная формула для оценки бокового смещения может быть получена из формулы (23) после несложного преобразования

, (13)

где - боковое смещение, м; - расстояние от переднего створного знака, до места нахождения судна, для каждого створа будем рассчитывать точку, в которой судно выходит на створ, км; - расстояние между знаками, км.

Таблица 1.6 Сводная таблица данных створных знаков БДЛК

Таблица 1.7 Сводная таблица расстояний от переднего знака и величины бокового уклонения

Для того чтобы оценить качество створов для прохождения судна типа СН - 70 по БДЛК произведем расчет ширины полосы, занимаемой судном при ветре до 15 м/с

При скорости 6 узлов ( 3.09 м/с), времени запаздывания равном 15 секунд и угле рыскания 50, величина маневренного смещения составит .

С учетом ширины канала 100 метров и зависимости (24) , требуемая точность определения серединной линии по створам равна

Таким образом, створные знаки обеспечивают необходимую точность оценки места судна визуальным способом, за исключением первого, пятого, восьмого, одиннадцатого (прямого и обратного) колена канала.

При ветре до 10 м/с

Таким образом, створные знаки обеспечивают необходимую точность оценки места судна при ветре до 10 м/с, за исключением первого и одиннадцатого обратного створа канала.

1.4 Особенности навигации по БДЛК в ночное время

Анализ навигационных происшествий, которые произошли на канале в ночное время, показывает, что основной причиной происшествий является потеря ориентировки при отсутствии лоцмана на борту.

С точки зрения способности человека, оценивать положение судна на серединной линии по створам ночью, она даже выше, чем в дневное время. Это обусловлено тем, что глаз оценивает положение по точечному источнику света, что делает створ более чувствительным.

Кроме того плавание ночью требует более тщательной подготовки к прохождению канала со стороны штурманского состава. Несмотря на то, что проводку осуществляет лоцман, на капитане сохраняется ответственность за безопасность плавания.

Сущность информации, необходимой для управления судном при плавании по фарватеру заключается в следующем.

В открытом море контроль за перемещением судна осуществляется с помощью прокладки пути на карте и периодических обсерваций. При этом судоводителя вполне удовлетворяет регистрация места судна в географических координатах.

При плавании в узкостях, особенно по фарватерам и каналам, судно должно двигаться по строго определенному пути и судоводитель, прежде всего, заинтересован в знании места относительно этого пути. Поэтому полученное в результате обсервации место оценивается в первую очередь для выявления величины смещения судна с заданного маршрута, а также для выявления ошибки в пройденном расстоянии. Величина смещения дает возможность судить об опасности выхода за бровку фарватера, знание ошибки в плавании важно при необходимости правильного выполнения поворота с одного колена фарватера на другое. Более того, изменение окружающей обстановки при плавании в узкостях происходит настолько быстро, что возможность непрерывной регистрации места судна на карте вручную во многих случаях очень ограничена. Чаще всего правильность движения судна по фарватеру оценивается путем глазомерного наблюдения его положения относительно навигационных ориентиров или знаков ограждения.

Способ глазомерной проводки применяется повседневно при лоцманской работе. Ориентируясь, например, по ведущему створу, лоцман тем самым контролирует положение судна относительно осевой линии фарватера, не превышая допустимого уклонения, границей которого служит линия вех или буев. Аналогично, по наблюдению навигационных ориентиров контролируется и продольное положение судна на фарватере относительно какой-либо опорной точки (точка поворота, точка начала фарватера, середина прохода между молами в гавань порта и т.п.).

Если проводка осуществляется в тумане, то установление величины смещения судна с оси фарватера и ошибки в пройденном расстоянии становится главной задачей судоводителя. Поэтому любая навигационная система, предназначенная для обеспечения плавания в узкости в плохую видимость, должна выдавать такую информацию, которая позволила бы установить положение судна относительно оси фарватера именно в виде величин смещения и ошибки в плавании.

Другая особенность плавания в узкостях - это необходимость быстрого использования информации для управления судном. Поэтому вторым требованием к информации для обеспечения плавания по каналам является минимальный срок преобразования результатов обсервации в данные для коррекции движения. Следовательно, наиболее приемлемой навигационной системой будет такая система, информация от которой может быть использована непосредственно, без преобразования, для получения данных о смещении и ошибки в плавании, а еще лучше - прямо для управления судном.

И, наконец, еще одной важной особенностью глазомерной проводки является то, что уверенное управление судном достигается за счет возможности своевременного обнаружения тенденции смещения судна. Следовательно, навигационная система должна иметь такую разрешающую способность, чтобы информация от этой системы позволяла судить также и о тенденции смещения судна с оси канала.

Эти три основные положения (информация о величинах смещения и ошибки в плавании, получение этих данных с максимальной быстротой непосредственно из обсерваций, необходимость знания тенденции смещения судна с оси фарватера) и определяют сущность информации, необходимой для управления судном на фарватере.

При плавании по узким огражденным фарватерам в хорошую видимость маршрутные координаты с достаточной точностью оцениваются на глаз по положению судна относительно ведущих и секущих створов и ограждающих и поворотных буев; лоцманская проводка почти полностью базируется на непрерывных и последовательных определениях маршрутных координат.

Однако все эти погрешности могут быть сведены до минимума, если:

- линии положения пересекаются под прямыми углами;

- углы между линиями положения и осью фарватера постоянны;

- градиенты измеряемых величин сами являются постоянными величинами;

- одна из линий положения совпадает с осевой линией фарватера, а другая перпендикулярна ей.

Выполнение этих условий обеспечивает значительное упрощение, необходимую быстроту и минимальную погрешность вычисления маршрутных координат. Эти же условия являются решающими для обеспечения обстоятельств, имеющих важное значение для плавания в узкостях. Действительно, обсервации места судна становятся наглядными и хорошо восприимчивыми. Уже сам факт наличия в результате обсервации величин смещения от оси и прохождение траверза известного плавучего знака, позволяет оценить как величину смещения судна с линии заданного пути и накопившуюся ошибку в пройденном расстоянии. При этом величины смещения и ошибки в плавании пропорциональны измеренным величинам. Наглядность результата обсерваций обусловливает возможность быстрого использования его для управления судном при необходимос...