Розвиток теорії та методів попередження зіткнень суден

Таблиця 2 - Перелік стратегій розходження при повних взаємодіях суден

Взаємодії	Стратегії розходження і
	і і
	і і
	і і
	і , і
	і і
	і

потім виконує ухилення курсом , якщо судно не виконує належних дій для попередження зіткнення. Для суден, інтенсивність ситуативного збурення яких рівна 2, стратегія розходження включає дві послідовні стратегії, спочатку - екстрене маневрування з курсом ухилення , а потім стратегію , при якій досягається максимум дистанції найкоротшого зближення.

У п'ятому розділі розглянуті гнучкі стратегії розходження мінімальних динамічних систем , відповідні їм маневри і способи розрахунку оптимальних значень їх параметрів.

Стратегії розходження визначають спосіб поведінки судна (цілі) в різних класах ситуацій, а маневр розходження представляє собою стратегією, що параметризується певними значеннями.

Для першої стратегії розходження у випадку >1 і =0 істинні курси ухилення судна управо та вліво розраховуються з допомогою співвідношень:

, (33)

, (34)

де , , причому і - відповідно значення пеленга і дистанції на момент початку ухилення.

У випадку <1 і =0 кожному з відносних курсів відповідають два істинних, тому:

, (35)

, (36)

, (37)

. (38)

Момент початку ухилення визначається наступним співвідношенням:

, (39)

При компенсації ситуативного збурення з інтенсивністю =1, коли >1 використовується друга стратегія , параметри якої знаходяться з виразів:

, (40)

. (41)

У випадку <1 у тій же ситуації застосовується стратегія розходження , параметри якої визначаються виразами:

, (42)

=, (43)

=. (44)

З двох виразів для курсу ухилення вибирається той, який забезпечує максимум дистанції найкоротшого зближення.

За ситуації, коли інтенсивність збурення =2 реалізується стратегія екстреного розходження, причому при >1 вона має вигляд

, (45)

де момент часу початку реалізації другого етапу визначається з формули . Якщо має місце співвідношення <1, то стратегія екстреного розходження має вигляд:

(46)

Тут приймає значення або .

Кожна з охарактеризованих стратегій розходження є оптимальною. При =0 можлива безпечне розходження суден з вірогідністю рівною 1, тому критерієм оптимальності є втрати пройденої відстані, і стратегія мінімізує їх. У випадку =1 вірогідність безпечного розходження менша одиниці, тому вона і служить критерієм оптимальності, стратегія або забезпечує її максимальне значення, гарантуючи вибір найбільшої дистанції найкоротшого зближення. І, нарешті, при =2, в разі екстремального маневрування, критерієм оптимальності вибирається час до моменту можливого небезпечного зближення, який максимізується стратегією.

, (47)

Гнучкі стратегії носять мінімаксний характер, тобто з переліку можливих стратегій розходження судна-партнера вибирається найбільш несприятлива, з тим, щоб вибрати маневр, що мінімізує загрозу зіткнення. При зміні параметрів руху судна-партнера у разі потреби повинен бути змінений маневр або навіть стратегія розходження оперуючого судна. Якщо стратегією є необхідність збереження параметрів руху, то завчасно розраховується можливий резервний варіант стратегії розходження, коли ситуація погіршає переходом суден в наступну область взаємних обов'язків (). У табл. 3 приведені гнучкі стратегії розходження для судна .

Таблиця 3 - Гнучкі стратегії розходження судна

		Гнучка стратегія	Очікувана стратегія судна	Резервна стратегія
-	-
1
1				-
2				-
2				-
3	-			-

Гнучкі стратегії розходження для судна приведені в табл. 4.

Таблиця 4 - Гнучкі стратегії розходження судна

		Гнучка стратегія	Очікувана стратегія судна	Резервна стратегія
-	-			-
1
1
2				-
2				-
3	-			-

У шостому розділі розглянутий спосіб компенсації ситуативних збурень в n-керованих динамічних системах довільної розмірності.

Для динамічних систем , розмірність (число суден) яких більше двох, що знаходяться в другому стані, сформульована вимога, згідно якій вибір судном маневру розходження не повинен створювати додаткового ситуативного збурення з новими партнерами, тобто усунення системного зв'язку існуючої взаємодії не повинне породжувати новий системний зв'язок.

В другому стані динамічної системи типовою є ситуація, коли пара взаємодіючих суден залежно від початкової позиції застосовує одну з гнучких стратегій розходження, але її реалізувати з оптимальними параметрами маневру можуть перешкодити судна, які знаходяться поряд. Їх урахування може потребувати коректури параметрів маневру розходження або вибору іншої стратегії розходження. Формування стратегії розходження, яка враховує судна, що знаходяться поряд, вимагає перевірки, чи будуть вони заважаючими при реалізації вибраного маневру ухилення щодо небезпечної цілі. Вказана перевірка передбачає визначення підмножини неприпустимих курсів ухилення щодо небезпечної цілі і підмножин неприпустимих курсів ухилення щодо суден, які можуть потенційно заважати. Потім одержані підмножини об'єднуються за допомогою запропонованої в роботі рекурентної процедури і після аналізу результуючої множини формується стратегія ухилення.

Коли n-керована динамічна система знаходиться в третьому стані з допомогою процедури формування координаційних каркасів залежно від типу векторної взаємодії синтезується відповідна гнучка стратегія і розраховуються параметри маневру розходження. Формування процедурою кожного рівня координаційного каркасу (починаючи з першого ) вимагає визначення домінуючої цілі, у якої значення часу до початку взаємодії мінімальне, і виявлення відношення пріоритету між оперуючим судном і домінуючою ціллю. За наявності на одному рівні каркасу декількох цілей, яким належить поступитися дорогою, оперуюче судно може виконати розходження, використовуючи різну кількість ухилень.

Гнучка стратегія розходження в третьому стані динамічної системи є послідовністю фрагментів стратегії числом, рівним числу рівнів координаційного каркасу. Кожен фрагмент використовує певний тип гнучкої стратегії розходження і може містити декілька ухилень.

Формування гнучкої стратегії розходження проводиться з урахуванням суден, що заважають, незалежно на кожному рівні.

Сьомий розділ присвячений урахуванню динаміки судна і навігаційних перешкод в районі маневрування при розрахунках параметрів маневру розходження судна з декількома цілями.

В загальному випадку для розрахунку поправок по урахуванню інерційних характеристик судна при виборі маневру розходження зміною курсу можна скористатися рядом динамічних моделей обертального руху судна.Для вибору адекватної моделі обертального руху, яка може бути застосована в рішенні задач розходження суден, було проведене імітаційне моделювання траєкторій повороту за допомогою експериментального матеріалу, одержаного в реальних умовах експлуатації, який послужив для розрахунку чисельних значень інерційних характеристик суден. Виявилося, що найбільш прийнятною для рішення задач розходження є математична модель поворотності судна, яка описується диференціальним рівнянням третього порядку:

, (48)

де і - постійні часу, які характеризують інерційні властивості судна; - величина, яка пропорційна куту кладки керма.

При достатній простоті вона має необхідну точність (максимальна розбіжність експериментальної і модельної траєкторій становить 25?30 м). Ця модель рекомендована для розрахунку поправки часу за інерційність судна, яка використовується при обчислені моментів часу початку повороту судна на кожний курс ухилення.

В ситуаціях, коли неможливо попередити зіткнення суден зміною курсу належить використати маневр швидкістю судна, причому необхідно переконатися, що він існує. В дисертації розроблена процедура такої перевірки і виявлення маневру, який забезпечує максимальну дистанцію найкоротшого зближення, причому таким маневром може бути або повна зупинка судна, або його рух з максимальною швидкістю. З двох маневрів вибирається той, якому відповідає найбільше значення дистанції найкоротшого зближення.

Плавання суден в стислих водах при небезпечному зближенні зв'язане з вибором безпечного маневру розходження, який ураховує обмежені можливості маневрування через наявність навігаційних перешкод. Тому формування реального каркасу і синтез гнучкої стратегії розходження вимагають урахування цієї обставини.

З позицій аналітичного опису навігаційні перешкоди можуть відноситися до одного із трьох типів. До першого типу відносяться точкові навігаційні перешкоди, розмірами яких при рішенні задачі розходження можна знехтувати. До другого типу належать розподілені лінійні навігаційні перешкоди, межа яких може бути описана прямою лінією. Третій тип навігаційних перешкод, найближчий до дійсних, - це складні розподілені навігаційні перешкоди.

Навігаційні перешкоди в районі маневрування суден описуються у вигляді навігаційних обмежень, які спільно з обмеженнями по безпечному розходженню визначають реалізацію області взаємних обов'язків і відповідну їй стратегію (як і маневр) розходження. Сумісне врахування обох згаданих обмежень веде до того, що при маневруванні в процесі розходження судно не потрапляє на мілину.

Розглянута процедура використовується на кожному рівні реального каркасу, корегуючи гнучку стратегію і параметри оптимального маневру розходження судна відповідно до навігаційних перешкод в районі його плавання.

Восьмий розділ присвячений імітаційному моделюванню теоретичних результатів дисертаційного дослідження, містить опис імітаційної моделі та аналіз результатів її застосування.

Коректність теоретичних результатів, одержаних при дослідженні мінімальних динамічних систем, визначає достовірність загального методу синтезу гнучких стратегій розходження, що обумовлює вибір мінімальних динамічних систем як об'єкта імітаційного моделювання.

Імітаційною моделлю є комп'ютерна програма, що використовує одержані в дисертації алгоритми, яка дає змогу по заданій початковій ситуації визначити наявність ситуативного збурення, тип ситуації для кожного із суден, тип взаємодії (повна або часткова), області взаємних обов'язків, типи стратегій і оптимальні параметри маневру розходження.

Перевірка коректності вибраного маневру здійснюється програванням процесу розходження з фіксацією поточних значень дистанції, курсів суден та його графічним відображенням у вибраному масштабі часу.

Порівнюючи поведінку судна і цілі з вимогами МППЗС-72 і зіставляючи задане в початковій ситуації значення гранично допустимої дистанції зі значенням мінімальної дистанції, що реалізувалось в процесі програвання маневру, можна зробити висновок про те, чи є одержані теоретичні результати коректними.

Імітаційне моделювання полягало в перевірці правильності рішення імітаційною моделлю різних ситуацій небезпечного зближення судна з ціллю. Всього було розглянуто 360 початкових ситуацій, які піддавалися аналізу. Для формування початкових ситуацій генерувалися по 10 початкових ситуацій кожного з шести типів повних взаємодій, тобто всього 60. Потім програвання процесу розходження для кожної із 60 ситуацій проводилося в шести варіантах, спочатку при хорошій видимості три варіанти: дії обох суден коректні, дії судна коректні, а цілі некоректні і, навпаки, дії цілі коректні, а судна некоректні. Аналогічні три варіанти програвалися для зниженої видимості.

В результаті імітаційного моделювання встановлено, що для всіх 360 варіантів, як для хорошої, так і для зниженої видимості, при програванні процесу попередження зіткнень імітаційна модель зробила коректний вибір гнучких стратегій розходження, причому вибиралася гнучка стратегія, яка з урахуванням динаміки судна забезпечувала максимально безпечну траєкторію розходження навіть при некоректній поведінці партнера.

В ситуаціях взаємодії суден на невеликих відстанях після успішного ухилення може виникати загроза зіткнення суден при поверненні їх на програмну траєкторію руху, що обумовлює необхідність їх узгоджених дій і на цьому етапі процесу розходження.

Програвання маневрів розходження показало, що виникають небезпечні ситуації, які не потрапляють в класифікацію МППЗС-72. Проте запропонована концепція гнучких стратегій розходження долає вказаний недолік МППЗС-72, приписуючи суднам в такій ситуації ефективні заходи попередження зіткнення.

ВИСНОВКИ

В дисертації одержане теоретичне узагальнення і нове рішення задачі вибору оптимальної гнучкої стратегії розходження судна з декількома небезпечними цілями і заважаючими суднами. При рішенні ураховуються невизначеності в поведінці навколишніх суден, нормативні вимоги МППЗС-72, динаміка судна і навігаційні перешкоди в районі маневрування.

У виконаному дисертаційному дослідженні одержані наступні основні наукові результати:

вперше розроблено теорію взаємодії декількох суден в умовах небезпечного зближення, яка заснована на теорії динамічних n-керованих систем;

вперше розроблено метод синтезу гнучких стратегій розходження, побудованих на мінімаксному підході, які не суперечать вимогам МППЗС-72 в частині маневрування;

вперше запропоновано теоретичний опис керованих систем взаємодіючих суден з позицій існування трьох системних станів, що реалізовуються залежно від типу їх взаємодії;

вперше одержана математична модель системи взаємодіючих суден як ієрархічної багаторівневої системи прийняття рішень, яка дозволяє синтезувати стратегії переходу її з небезпечних відносно зіткнення станів в безпечні;

вперше розроблена процедура визначення векторного і матричного ситуативних збурень, як кількісної характеристики ситуації небезпечного зближення і формалізації можливих типів взаємодії суден;

вперше запропоновано спосіб дослідження мінімальних динамічних систем із двох суден для отримання елементарних складових стратегій, з яких формуються гнучкі стратегії розходження в складних взаємодіях;

вперше запропоновано спосіб формування координаційного і реального каркасів, що описують складну взаємодію судна з навколишніми цілями в третьому системному стані і забезпечують формування гнучкої стратегії розходження;

вперше запропоновано спосіб екстреного розходження судна в умовах безпосередньої близькості і невизначеної поведінки небезпечної цілі з урахуванням динаміки судна;

одержала подальший розвиток складна оптимізаційна задача, що включає систему трьох оптимізаційних задач з різними критеріями, які використовуються залежно від ступеня небезпеки зближення і враховують динаміку судна, наявність навігаційних перешкод, декількох цілей і суден, що заважають;

вдосконалено спосіб вибору параметрів маневру розходження в другому стані динамічної системи з урахуванням мішаючих суден, розроблена рекурентна процедура об'єднання ряду множин неприпустимих курсів ухилення;

доповнено спосіб урахування інерційності судна при виборі маневру розходження курсом, на базі експериментального матеріалу по поворотності реальних суден та імітаційного моделювання запропонована точна і достатньо проста модель розрахунку поправок за інерційність судна.

Практична значущість проведеного дисертаційного дослідження полягає у тому, що одержаний в роботі спосіб вибору оптимальної гнучкої стратегії розходження судна з декількома небезпечними і заважають суднами, можна використати для розробки системи координації взаємодій множини суден, створеної на базі кооперативних ігрових підходів, замість МППЗС-72.

Результати дисертаційної роботи мають значну практичну цінність, яка визначається тим, що алгоритми, програми і імітаційну модель доцільно використати та упровадити при проектуванні сучасних систем попередження зіткнень суден нового покоління; при розробці експертних систем забезпечення безпечного розходження; на суднах для вибору маневрів розходження з декількома цілями; при створенні тренажерів; в учбовому процесі і при підвищенні кваліфікації судноводіїв.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Цымбал Н.Н., Бурмака ИА., Тюпиков Е.Е. Гибкие стратегии расхождения судов. - Одесса: КП ОГТ, 2007. - 424 с.

Вся книга написана автором за винятком шостого розділу, присвяченого урахуванню інерційності судна і навігаційних перешкод при виборі маневру розходження, який написаний спільно із співавторами.

Автором самостійно написані п'ять розділів - з першого по шостий. У них викладені питання системного опису взаємодії суден при розходженні, описи динамічних n-керованих систем взаємодіючих суден, розглянута теорія мінімальних динамічних керованих систем, що включають пару взаємодіючих суден. Розглянута концепція гнучких стратегій, її теоретична реалізація і розрахунок параметрів маневрів розходження з урахуванням координаційного впливу МППЗС-72. Приведено метод компенсації векторних ситуативних збурень в динамічних системах довільної розмірності. Запропоновано спосіб формування координаційного і реального каркасів і синтез відповідних складних гнучких стратегій розходження.

2. Вагущенко Л.Л., Цымбал Н.Н. Системы автоматического управления движением судна. - Одесса: Латстар, 2002. - 310 с.

3. Вагущенко Л.Л., Цымбал Н.Н. Системы автоматического управления движением судна. - Одесса: Феникс; - М: Транслит, 2007. - 376 с.

У 2-й і 3-й роботах автору належать розділ опису корпусу судна, як елементу керованої системи (розділ 3), а також розділ опису сучасних систем позицінування судна (розділ 10). Корпус судна, як об'єкт управління, знаходиться під впливом зовнішніх збурюючих сил і управляючих дій, за допомогою яких судно утримується в бажаному стані. Сучасні системи позицінування судна є системами управління параметрами руху судна на малих швидкостях за допомогою комп'ютерних систем.

4. Вагущенко Л.Л., Стафеев А.М., Цымбал Н.Н. Автоматизация судовождения. - Одесса: Одесская государственная морская академия, 1994. - 356 с.

5. Цымбал Н.Н., Северин В.В. Описание управляемого движения множества судов // Судовождение. - 2005. - № 9. - С. 104 - 109.

Автору належить ідея залучення методів динамічних систем до опису керованого руху суден, запропонована математична модель, що описує сумісне управління поточною навігаційною ситуацією взаємодіючими суднами. Як управляючі дії суден розглянуті їх поточні значення курсу і швидкості, які можуть корегуватися координатором при виникненні небезпечного зближення.

6. Цымбал Н.Н., Петриченко Е.А. Оценка риска аварии при расхождении судов в стесненных водах // Судовождение. - 2005. - № 10. - С. 93 - 96.

Методика кількісної оцінки вірогідності аварійної події при розходженні суден в районі з навігаційними перешкодами належить автору. Автор запропонував оцінку вірогідності аварійної події, виходячи з щільності двовимірного розподілу вірогідності векторіальної похибки щодо програмної траєкторії руху і похибок у визначенні елементів відносної позиції і параметрів руху. При цьому формалізовані навігаційні обмеження визначають межі інтегрування щільності двовимірного розподілу вірогідності векторіальної похибки.

7. Цымбал Н.Н. Бужбецкий Р.Ю. Учет ограничений МППСС-72 при выборе маневра расхождения судов // Судовождение. - 2006. - № 11. - С. 134 - 138.

Автору належить підхід до оцінки ефективності МППЗС-72. Ним розроблена модель МППЗС-72 в термінах теорії координації, в якій узагальнений координатор МППЗС-72 управляє взаємодією пари суден в умовах небезпечного зближення і появи загрози зіткнення, попереджаючи виникнення можливої аварійної ситуації.

8. Миюсов С.М., Цымбал Н.Н. Оценка целесообразности учета рысканий судна при отображении текущей навигационной ситуации // Судовождение. - 2006. - № 12. - С. 81 - 83.

Автором запропонована модель процесу рискання судна для оцінки величини відхилення щодо програмної траєкторії руху. Вона описує процес рискання під впливом зовнішніх сил і управляючих дій за допомогою регулярних гармонійних коливань.

9. Цымбал Н.Н. Бужбецкий Р.Ю. Формализация МППСС-72 в части координации взаимодействия судов при расхождении // Судовождение. - 2006. - № 12. - С. 124 - 129.

Спосіб опису МППЗС-72, як координатора взаємодії суден при загрозі зіткнень, належить автору. Показано, що МППЗС-72 здійснює бінарну координацію за допомогою сигналів координації і зв'язуючих сигналів, що мають три складові. Причому сигнали визначають, хто із суден має привілейоване положення, і можливість змінювати курс управо і вліво.

10. Цымбал Н.Н., Урбанский И.А. Применение методов теории динамических n-управляемых систем для формализации процесса расхождения судов // Судовождение. - 2007. - № 13. - С. 178 - 187.

Автору належить концепція опису процесу розходження суден в термінах теорії динамічних багато-керованих систем. Ситуації небезпечного зближення декількох суден запропоновано розглядати як динамічні багато-керовані системи з незалежним управлінням, яке координується узагальненим координатором МППЗС-72. Залежно від початкової ситуації можуть реалізуватися різні типи взаємодії суден, що визначає один з трьох системних станів групи суден.

11. Урбанский И.А., Цымбал Н.Н. Расчет параметров возвращения судна на заданную траекторию движения после расхождения с целью // Автоматизация судовых технических средств.- 2007. - № 12 - С. 99 - 105.

Ідея розповсюдити взаємодії суден на етап їх повернення до програмної траєкторії належить автору. Взаємодії суден призначаються на етапі ухилення їх від заданої траєкторії руху, для попередження можливого зіткнення. Після попадання суден в безпечні області взаємних обов'язків взаємодія припиняється, і судна самостійно повертаються на задані траєкторії руху. Проте при розходженні суден на малих початкових дистанціях можливе їх зіткнення, чим обумовлюється необхідність їх взаємодій на етапі виходу на програмну траєкторію.

12. Тюпиков Е.Е., Цымбал Н.Н. Зависимость момента начала маневра расхождения изменением скорости от инерционных характеристик судна // Судовождение. - 2007. - № 14 - С. 88 - 93.

Автору належить процедура оцінки додаткового інтервалу часу, зв'язаного з урахуванням інерційних характеристик судна при його гальмуванні. Для її розробки використане стандартне рівняння, що описує активне і пасивне гальмування судна, за допомогою якого одержані необхідні аналітичні вирази.

13. Цымбал Н.Н., Васьков Ю.Ю. Формирование оптимизационной задачи проведения грузовых операций навалочных судов // Судовождение. - 2004. - № 7. - С. 3 - 9.

Автору належить процедура формування оптимізаційної задачі по критерію кількості прийнятого вантажу.

14. Цымбал Н.Н., Васьков Ю.Ю. Расчет границ множества допустимых стратегий проведения грузовых операций навалочных судов // Судовож-дение. - 2004. - № 8. - С. 22 - 31.

У статті містяться аналітичні вирази, що належать автору, які описують допустимі області параметрів стратегій проведення вантажних операцій судна в загальному випадку при використовуванні довільної кількості трюмів. Запропоновані співвідношення між вимогами по забезпеченню остійності, посадки, загальної подовжньої міцності судна і його статичними моментами, виникаючих від різних навантажень.

15. Цымбал Н.Н., Васьков Ю.Ю. Выбор оптимального варианта проведения грузовых операций навалочных судов. // Автоматизация судовых технических средств. - 2004. - № 9. - С. 103 - 107.

Автору належить висновок про коректність застосування симплекс-методу для оптимізаційної задачі завантаження судна навалювальним вантажем, показано, що критерій оптимальності, обмеження по морехідній безпеці, вантажомісткості і вантажопідйомності носять лінійний характер.

16. Цымбал Н.Н., Васьков Ю.Ю. Эффективность имитационной оптимизации загрузки навалочных судов // Автоматизация судовых технических средств.- 2005. - № 10. - С. 98 - 101.

Методика імітаційного моделювання стандартних і нестандартних завантажень належить автору.

17. Голиков А.А., Цымбал Н.Н. Обоснование комплексного подхода к пылеподавлению при транспортировке серы // Судовождение. - 2004. - №7. - С. 15- 22.

Автору належить системний опис процесу пилоподавлення.

Автором викладені розділи, що стосуються керованого руху судна і теорії автоматичного управління судном по курсу за допомогою авторульових. Розглянуті різні закони управління судна авторульовими, висловлені теоретичні підходи і практична реалізація систем управління курсом судна. Приведені відомості про принципи адаптивних авторульових.

18. Цымбал Н.Н. Основные направления обеспечения безаварийного плавания судов // Материалы международной научной конференции “Интеллектуальные системы принятия решений и прикладные аспекты информационных технологий (ISDMIT' 2006)”. - том 3. - Евпатория. -2006. - С. 49-52.

19. Цымбал Н.Н. Перспективы использования современных технических средств для управления судами в стесненных условиях плавания // VМеждународная научно-техническая конференция “Гиротехнологии, навигация и управление движением”. - Сборник докладов. - Киев. - 2005. - С. 301-304.

20. Цымбал Н.Н. Применение современных информационных технологий для обеспечения мореходной безопасности судов // Материалы международной научно-теоретической конференции “Безопасность мореплавания и ее обеспечение при проектировании и постройке судов (БМС-2004)”. - Николаев. - 2004. - С. 132-133.

21. Цымбал Н.Н. Повышение безопасности перевозок груза судами // Материалы международной научно-практической конференции “Розвиток наукових досліджень 2005”. - Полтава. - 2005. - С. 90-91.

22. Цымбал Н.Н. Выбор трюмов балкера для загрузки навалочных грузов // Методи та засоби управління розвитком транспортних систем. - 2004. - №8. - С. 179-188.

23. Цымбал Н.Н. Способ формирования этапов грузовых операций навалочных судов при нестандартных загрузках // Методи та засоби управління розвитком транспортних систем. - 2005. - №9. - С. 160-168.

24. Цымбал Н.Н. Значение прогноза развития ситуации в задаче безопасного расхождения судов // Судовождение: Сб. науч. трудов / ОГМА. - Вып. 3 - Одесса: Латстар, 2001. - С. 193 - 197.

25. Цымбал Н.Н. Метод расхождения судов при чрезмерном сближении // Автоматизация судовых технических средств.- 2006. - № 11 - С. 88 - 93.

26 . Цымбал Н.Н. Метод формирования множества безопасных маневров расхождения судов // Тезисы докладов на IIIмеждународной научно-технической конференции “Живучесть корабля и безопасность на море”. - Севастополь. - 2005. - С. 91-94.

27. Цымбал Н.Н. Перспективные системы предупреждения столкновений судов и принципы их разработки // Материалы Iмеждународной научно-практической конференции “Науковийпотенціал світу ”. - том 60. - Днепропетровск. - Наука і освіта, 2004. - С. 44-45.

28. Tsymbal M. Method of synthesis of flexible strategies for preventing collisions // Advances in Marine Navigation and Safety of Sea Transportation. - 2007. - Р. 429 - 433.

АНОТАЦІЯ

Цимбал М.М. Розвиток теорії та методів попередження зіткнень суден. - Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук. Спеціальність 05.22.13 - Навігація та управління рухом. Одеська національна морська академія, Одеса, 2007 р.

Необхідною умовою досягнення ефективних морських перевезень вантажів є забезпечення навігаційної і морехідної безпеки суден. При плаванні суден однієї з найважливіших проблем безпеки судноводіння є проблема попередження зіткнень суден, рішенню різних аспектів якої присвячені численні роботи вчених різних країн, виконані в останні декілька десятків років.

Спроби швидкого рішення проблеми, пов'язаної з автоматизацією процесу розходження суден, методами теорії оптимального управління виявилися безрезультатними, оскільки глибше вивчення вирішуваної проблеми привело до розуміння того, що процес розходження за своєю природою близький до ігрової ситуації.

Поява аналітичного апарату теорії позиційних диференціальних ігор викликала формування нового підходу до розуміння і формалізації процесу розходження, заснованої на методах теорії ігор.

Для вирішення головної задачі дисертаційного дослідження за допомогою методів теорії систем була проведена її декомпозиція на дев'ять незалежних складових задач. Рішення поставлених в дисертації складових задач спонукало залучення методів: системного підходу, дослідження операцій, теорії динамічних n- керованих систем, теорії ієрархічних багаторівневих систем, теорії координації, теорії ігор, математичного програмування, теорії множин, теорії вірогідності, теорії похибок, теорії управління, імітаційного моделювання.

В результаті рішення головної наукової задачі розроблено метод вибору оптимальної гнучкої стратегії розходження судна з декількома небезпечними і заважаючими суднами, який враховує невизначеність в поведінці суден, нормативні вимоги МППЗС-72, динаміку судна і наявні навігаційні перешкоди в районі маневрування.

Ключові слова: безпека мореплавання, попередження зіткнень, гнучкі стратегії розходження, динамічні багатокеровані системи, імітаційна модель.

Цымбал Н.Н. Развитие теории и методов предупреждения столкновений судов. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Специальность 05.22.13 - Навигация и управление движением. Одесская национальная морская академия, Одесса, 2007 г.

Необходимым условием достижения эффективных морских перевозок грузов является обеспечение навигационной и мореходной безопасности судов. При плавании судов одной из наиболее важных проблем безопасности судовождения является проблема предупреждения столкновений судов, решению различных аспектов которой посвящены многочисленные работы ученых разных стран, выполненные в последние несколько десятков лет.

Предпринятые попытки быстрого решения проблемы, связанной с автоматизацией процесса расхождения судов, методами теории оптимального управления оказались безрезультатными, так как более глубокое изучение решаемой проблемы привело к пониманию того, что процесс расхождения по своей природе близок к игровой ситуации.

Появление аналитического аппарата молодой развивающейся теории позиционных дифференциальных игр вызвало формирование нового подхода к пониманию и формализации процесса расхождения, основанного на методах теории игр.

Для решения главной задачи диссертационного исследования с помощью методов теории систем была произведена ее декомпозиции на девять независимых составных частных задач. Решение поставленных в диссертации составных частных задач потребовало привлечения методов: системного подхода, исследования операций, теории динамических n-управляемых систем, теории иерархических многоуровневых систем, теории координации, теории игр, математического программирования, теории множеств, теории вероятностей, теории погрешностей, теории управления, имитационного моделирования.

В результате решения главной научной задачи разработан метод выбора оптимальной гибкой стратегии расхождения судна с несколькими опасными и мешающими судами, который учитывает неопределенность в поведении судов, нормативные требования МППСС-72, динамику судна и имеющиеся навигационные опасности в районе маневрирования.

Научную значимость работы составляют: теория взаимодействия нескольких судов в условиях опасного сближения; метод синтеза гибких стратегий расхождения, построенных на минимаксном подходе и не противоречащих требованиям МППСС-72 в части маневрирования; теоретическое описание динамических n-управляемых систем взаимодействующих судов с позиций существования трех системных состояний, реализующихся в зависимости от типа их взаимодействия; математическая модель системы взаимодействующих судов, как иерархической многоуровневой системы принятий решений; процедура определения векторного и матричного ситуационных возмущений для формализации возможных типов взаимодействия судов; способ формирования координационного и реального каркасов, описывающих сложное взаимодействие судна с окружающими целями; способ исследования минимальных динамических систем, состоящих из двух взаимодействующих судов; способ экстренного расхождения судов в условиях непосредственной близости; развитие сложной оптимизационной задачи поиска безопасного маневра расхождения; усовершенствование способа выбора параметров маневра расхождения судна с учетом мешающих судов во втором системном состоянии динамической системы взаимодействующих судов, для чего была разработана рекуррентная процедура объединения ряда множеств недопустимых курсов уклонения.

Практическая значимость решенной задачи заключается в том, что полученный в работе способ выбора оптимальной гибкой стратегии расхождения судна с несколькими опасными и мешающими судами, можно использовать для разработки системы координации взаимодействий множества судов, созданной на базе кооперативных игровых подходов, взамен МППСС-72.

Полученные в диссертации результаты: алгоритмы, программы и имитационная модель, целесообразно использовать и внедрить при проектировании современных систем предупреждения столкновений судов нового поколения; при разработке экспертных систем обеспечения безопасного расхождения; на судах для выбора маневров расхождения с несколькими целями; при создании тренажеров; в учебном процессе и при повышении квалификации судоводителей.

Ключевые слова: безопасность мореплавания, предупреждение столкновений, гибкие стратегии расхождения, динамические много управляемые системы, имитационная модель.

Tsymbal M.М. Development of the theory and methods for preventing collisions of vessels. - Manuscript.

Thesis for Doctor's degree dissertation on specialty 05.22.13 - Navigation and traffic control. Odessa National Maritime Academy. - Odessa, 2007.

In this dissertation the theoretical generalization and new solution of the optimal maneuvering for collision avoidance were obtained. This optimal maneuvering grounding on flexible strategies. Flexible strategy is the method, which allows forming a strategy of the operating vessel for avoiding collision when navigating in congested waters and the risk of collision exists even with more than one vessel. This strategy does not conflict with ColRegs requirements and take into account multy-variant approach of conduct of targets and possibility of worsening situation in time.

The methodological base for the solution of this problem is the theory of the dynamic n-guided systems. This theory is the logical evolution of the differential game theory, which is applied by many authors in the synthesis models for the search of optimum maneuvers for collision avoidance.

Conception of flexible strategies for preventing collisions of ships is examined as temporary measure of transitional character, which in further development must result in principle new optimum coordinating system of vessels conduct instead of ColRegs. A methodological base for the solution of the outlined problem remains the theory of the dynamic n-guided systems with the use of principles of external control and the choice of game cooperative principles of situational disturbance compensation.

Keywords: safety of navigation, collision preventing, flexible strategies for collision avoidance, dynamic n- guided systems, simulation model.

Размещено на Allbest.ru

...