У статті розглядається процес руху суден, що прямують по контрольних точках маршруту. Визначається можливість скорочення коригування курсу судна при здійсненні виходу на контрольну точку. Автор пропонує використовувати розроблений алгоритм для побудови траєкторії руху.

Анотація наукової статті з будівництва та архітектури, автор наукової роботи - Викулин П. В.


The article discusses the process of ship movement along control points of the route. Determined by the possibility of reducing the ship's course correction when the ship moves through the control point. The author suggests using the algorithm developed to construct the ship trajectory.


Область наук:
  • Будівництво та архітектура
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Вісник державного університету морського і річкового флоту ім. адмірала С.О. Макарова
    Наукова стаття на тему 'Алгоритм безпечного руху судна по контрольним точкам маршруту'

    Текст наукової роботи на тему «Алгоритм безпечного руху судна по контрольним точкам маршруту»

    ?університету ^ ІІІ водних дДДДтдр комунікації

    УДК 681.3.07: 656.6 П. В. Викулин,

    СПГУВК

    АЛГОРИТМ СТАНУ БЕЗПЕКИ РУХУ СУДНА за контрольними

    точки маршруту

    ALGORITHM OF SAFE SHIP MOVEMENT ALONG CONTROL POINTS

    OF THE ROUTE

    У статті розглядається процес руху суден, що прямують по контрольним точкам маршруту. Визначається можливість скорочення коригування курсу судна при здійсненні виходу на контрольну точку. Автор пропонує використовувати розроблений алгоритм для побудови траєкторії руху.

    The article discusses the process of ship movement along control points of the route. Determined by the possibility of reducing the ship's course correction when the ship moves through the control point. The author suggests using the algorithm developed to construct the ship trajectory.

    Ключові слова: маршрут прямування, контрольна точка, ймовірність попадання, випадкова величина, діапазон значень, алгоритм автоматизованого управління.

    Key words: route of the ship, the control point, the probability of the hit, random quantity, range, algorithm for automated control.

    СПРАВЖНІЙ момент проходження судна по маршруту визначається на підставі проходження контрольних точок - точок координат систем GPS / ГЛОНАСС, які встановлюються по всій протяжності маршруту руху.

    Траєкторія руху судна з пройденого ділянці шляху встановлюється за координатами GPS / ГЛОНАСС-обладнання. Але через вплив зовнішніх і внутрішніх сил під час руху судна траєкторія руху може відрізнятися від маршруту прямування. В результаті ми отримуємо траєкторію відносного руху, яка показує траєкторію руху судна щодо маршруту та ймовірність виходу на наступну контрольну

    точку (рис. 1). Побудова траєкторії відносного руху судна встановлюється по розкиду значень одержуваних координат від систем GPS / ГЛОНАСС-обладнання.

    Залежно від інтервалу часу відзначається кількість точок на пройденому відрізку руху судна, характеристики же одержуваної координати залежать від роботи GPS / ГЛОНАСС-обладнання.

    Точність побудови траєкторії відносного руху визначається відхиленням значення прийнятих координат GPS / ГЛОНАСС-обладнання від траєкторії руху судна по контрольним точкам маршруту.

    Результатом побудови траєкторії відносного руху судна являє-

    Мал. 1. Траєкторія відносного руху

    університету ^ ІІІ водних комунікації

    ся визначення передбачуваного виходу на контрольну точку. Точність проходження контрольних точок і відповідність траєкторії відносного руху і траєкторії маршруту важливі при проходженні небезпечних ділянок шляху.

    Про точність проходження контрольних точок можна судити по вероятностному проходженню контрольної точки в зазначеному для неї діапазоні значень (рис. 2).

    діапазон значень

    Мал. 2. Діапазон значень контрольної точки

    Попадання в установлений діапазон дозволить скоротити кількість коригувань курсу судна, так як при русі судна виконується коригування курсу з пройденого ділянці шляху для здійснення виходу на контрольну точку. При цьому проходження контрольної точки залежить від діапазону значень, який і допускає безпечне відхилення траєкторії руху від наміченого маршруту. Облік вищевказаних чинників і їх математичний аналіз дозволять прогнозувати небезпечні ситуації

    руху і ситуації зіткнення з небезпечним об'єктом при проходженні контрольних точок.

    Проблемою вивчення є поведінка траєкторії відносного руху при зміні курсу судна і потрапляння в заданий діапазон контрольної точки. При обчисленні середнього значення і великій кількості точок зміна курсу судна буде відрізнятися з траєкторією відносного руху. Зміна траєкторії буде проходити повільніше, ніж зміна курсу судна. Відповідно, рішення про коригування курсу буде прийматися з запізненням і з'явиться можливість неточності в проходженні контрольної точки. Тому ми повинні визначитися з вибором кількості точок, через які відбуватиметься побудова траєкторії відносного руху. За основу беремо три послідовні координати і за середнім значенням виконуємо побудову траєкторії відносного руху.

    Розглянемо проходження судном контрольної точки (рис. 3).

    Представлена ​​на малюнку схема визначає можливість безпечного проходження контрольної точки маршруту з урахуванням діапазону значень контрольної точки і ширини фарватеру на даній ділянці шляху.

    ширина фарватеру

    Б;

    маршрут судна

    судно А

    \ "

    \

    траєкторія відносного руху

    л са

    то]

    контрольні точки маршруту

    координати руху судна

    Мал. 3. Схема проходження контрольної точки

    Для визначення точки перетину траєкторії безпечного руху і діапазону значень контрольної точки DKT будемо використовувати аналітичні рівняння прямої та кола або еліпса: L (х) = G (х), (1)

    де: L (х) - рівняння прямої лінії;

    G (х) - рівняння кола або еліпса.

    Для знаходження ймовірності попадання траєкторії відносного руху (ТОД) в діапазон значень контрольної точки DKT використовуємо геометричну ймовірність і закон рівномірного розподілу слу чайної величини.

    Згідно з визначенням, геометрична ймовірність - це деяка область Q, що має міру ц (^) (довжину, площу, обсяг і т. Д.) Таку, що

    0 < ц (О) < (2)

    Скажімо, що точка рівномірним чином потрапляє в Q (реалізується принцип геометричної ймовірності), якщо ймовірність P (A) попадання її в кожну область А, що є підобластю Q, пропорційна мірі цій галузі ц (А) або в силу аксіоми нормированности [1]: li (A)

    Р {А) =

    ц (О)

    (3)

    У нашому першому випадку ймовірність попадання (рис. 4) буде визначатися відповідно до такої формули:

    , (4)

    де: Жовтня - діапазон значень контрольної точки, що приймає в залежності від розмірів судна різну форму (круг, еліпс і т. д.);

    університету водних комунікацій

    Еф - величина площі фарватеру на заданій ділянці шляху.

    Б (Еф) - площа фарватеру

    S (DK т) - площа діапазону значень контрольної точки

    Мал. 4. Схема ймовірності попадання в діапазон значень контрольної точки для одного судна

    Згідно з визначенням, безперервна випадкова величина X підпорядкована рівномірному закону розподілу на відрізку [а, Ь], якщо її функція щільності ймовірності р (х) постійна на цьому відрізку і дорівнює нулю поза ним, т. Е. [2]:

    (5)

    О, якщо х<а й х>Ь.

    Функція розподілу ймовірностей в цьому випадку визначається виразом

    О, якщо х < а,

    х-а

    F (x) =

    якщо а <х <ред,

    (6)

    Ь-а '

    1, якщо х > ред.

    Графіки щільності розподілу р (х) і функції розподілу Е (х) наведені на рис. 5.

    Ймовірність влучення рівномірно розподіленої випадкової величини в інтервал (хр х2), що лежить всередині відрізка [а, Ь]:

    P = F (X2) -F (XI) =

    (7)

    1

    b ~ a

    0 а Ь х

    j

    m

    i

    /

    0 а Ь X

    п ж

    Мал. 5. Графіки щільності розподілу p (x) і функції розподілу F (х)

    університету водних комунікацій

    до XI

    I 0

    Х2

    8 (Росії) - площа фарватеру

    в (Л к т) - площа діапазону значень контрольної точки

    Мал. 6. Схема значень інтервалу для рівномірно розподіленої випадкової величини

    Ймовірність влучення буде обчислюватися за виразом (7), при цьому беруться до уваги позначення, представлені на рис. 6.

    Формули (4), (7) показали нам поведінку рівномірно розподіленої випадкової величини при обчисленні ймовірності попадання траєкторії відносного руху (ТОД) в діапазон значень контрольної точки ОКХ .

    Побудова траєкторії відносного руху суд-

    л са

    Мал. 7. Алгоритм проходження судна по контрольним точкам

    на відбувається в результаті виконання алгоритму управління рухом судна, наступного за контрольними точками маршруту [3].

    Для розробки алгоритму автоматизованого управління використовуються теоретичні основи інформаційного забезпечення водного транспорту і теорія алгоритмів.

    університету сичи водних дДДДтдр комунікації

    Представлений на рис. 7 алгоритм визначає можливість безпечного проходження контрольної точки маршруту з урахуванням діапазону значень контрольної точки і ширини фарватеру на даній ділянці шляху.

    В результаті дії алгоритму визначається необхідність коригування курсу судна і виконується наступна послідовність дій:

    Послідовність дій алгоритму руху по контрольним точкам

    Отримання даних з датчиків і АІС В результаті роботи АІС відбувається отримання навігаційних даних від інших учасників руху, а також отримання даних з датчиків, встановлених на судні

    Розрахунок траєкторії судна За отриманими параметрами руху відбувається побудова лінії передбачуваного руху судна. Лінія будується по поточним координатам судна і визначає проходження судна щодо контрольної точки маршруту

    Визначення ймовірності попадання Визначається ймовірність попадання траєкторії судна в діапазон значень контрольної точки

    Перевірка перетину траєкторії і контрольної точки Відбувається побудова системи рівнянь для визначення точки перетину лінії відносного руху і окружності діапазону контрольних точок

    Побудова траєкторії руху Будується траєкторія руху судна

    Список літератури

    1. Бочаров П. П., Печінкін А. В. Теорія ймовірностей. Математична статистика. - 2-е изд., М .: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - С. 37.

    2. Маталицкій М. А., Романюк Т. В. Теорія ймовірностей у прикладах і завданнях: Учеб. посібник. - Гродно: ГрГУ, 2002. - 248 с.

    3. Антонов В. А., ПісьменнийМ. Н. Теоретичні основи управління судном. МДУ ім. адм. Г. І. Невельського. 2007.

    Гт |


    Ключові слова: МАРШРУТ СЛІДУВАННЯ / КОНТРОЛЬНА ТОЧКА / ЙМОВІРНІСТЬ ПОПАДАННЯ / ВИПАДКОВА ВЕЛИЧИНА / ДІАПАЗОН ЗНАЧЕНЬ / АЛГОРИТМ АВТОМАТИЗОВАНОГО УПРАВЛІННЯ / ROUTE OF THE SHIP / THE CONTROL POINT / THE PROBABILITY OF THE HIT / RANDOM QUANTITY / RANGE / ALGORITHM FOR AUTOMATED CONTROL

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити