У статті розглядається процес розходження суден, що йдуть пересічними курсами. визначаються параметри руху судна для побудови траєкторії відносного руху при виконанні маневру розбіжності. Пропонується використовувати розроблений алгоритм для побудови траєкторії руху.

Анотація наукової статті з механіки і машинобудування, автор наукової роботи - Нирків А. П., Викулин П. В.


The article discusses the process of divergence of ships when the courses of ships intersect. The parameters of the ship's movement at construction of the trajectory of relative movement to perform maneuver discrepancies are determined. The author suggests using the algorithm developed to construct the ship trajectory.


Область наук:
  • Механіка і машинобудування
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Вісник державного університету морського і річкового флоту ім. адмірала С.О. Макарова
    Наукова стаття на тему 'Алгоритм управління рухом суден, що йдуть пересічними курсами'

    Текст наукової роботи на тему «Алгоритм управління рухом суден, що йдуть пересічними курсами»

    ??випуск 1

    вання роботи АСУ ТВФ, який складається з поста інформаційно-диспетчерської служби (ІДС), особи, що приймає рішення (ОПР), і бази даних;

    - систему взаємодії з АСУ ДС і РІС з використанням оперативної гучномовного зв'язку, телефонного та факсимільного зв'язку, електронно-картографічних навігаційних інформаційних систем (ЕКНІС).

    У структурній схемі АСУ ТВФ необхідно виділити важливу з точки зору

    підвищення рівня безпеки ланцюжок: система моніторингу знаків навігаційного обладнання - берегові і плавучі знаки навігаційного обладнання - обстановочную флот, яка при використанні АІС і диференціальних підсистем ДГЛОНАСС / БОР8 дозволить безперервно відстежувати стан знаків навігаційного обладнання і в разі потреби оперативно відновлювати пошкоджені або зміщені СНО.

    Список літератури

    1. Петухов Ю. В. Інформаційне та математичне забезпечення побудови берегової мережі автоматизованих ідентифікаційних систем для моніторингу та управління судноплавством на внутрішніх водних шляхах ЕГС європейської частини Росії: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - СПб .: СПГУВК, 2008. - 20 с.

    2. Федеральна цільова програма «Розвиток транспортної системи Росії (2010-2015 роки) в редакції Постанови Уряду Російської Федерації від 20 травня 2008 року № 377.

    УДК 681.3.07: 656.6 А. П. Нирків,

    д-р техн. наук, професор, СПГУВК;

    П. В. Викулин,

    СПГУВК

    АЛГОРИТМ УПРАВЛІННЯ РУХОМ СУДІВ,

    Ті, що йдуть пересічних курсах

    ALGORITHM OF MANAGEMENT OF THE SHIPS MOVEMENT,

    WHEN ITS COURSES INTERSECT

    У статті розглядається процес розходження суден, що йдуть пересічними курсами. Визначаються параметри руху судна для побудови траєкторії відносного руху при виконанні маневру розбіжності. Пропонується використовувати розроблений алгоритм для побудови траєкторії руху.

    The article discusses the process of divergence of ships when the courses of ships intersect. The parameters of the ship's movement at construction of the trajectory of relative movement to perform maneuver discrepancies are determined. The author suggests using the algorithm developed to construct the ship trajectory.

    Ключові слова: АІС, контрольна точка, дистанція найкоротшого зближення, маневр розбіжності, параметри руху судна, алгоритм автоматизованого управління.

    Key words: AIS, the control point, distance of closest approach, maneuver of discrepancies, parameters of the vessel, algorithm for automated control.

    СВІТОВИЙ практиці особливий інтерес для дослідження представляє рішення задачі побудови траєкторії відносного руху відповідно до інерцією і криволінійним рухом судна. Застосування математичних методів, прямо розрахованих на безпеку судноплавства, зокрема оцінки небезпеки зближення дистанції до точки найкоротшого зближення, дозволить моделювати процес побудови траєкторії руху суден, що йдуть пересічними курсами, щоб уникнути зіткнень.

    Відповідно до Правила 15 МППСС судно, зобов'язане дати дорогу, може вдатися до зміни курсу і швидкості (курсу або швидкості). Для цього змінюють курс вправо на величину, що перевищує значення пеленга П на кормову край іншого судна. Цим курсом йдуть до проходу судна, що користується перевагою при розбіжності, за траверс, потім лягають на початковий курс. Величина одвороту від пеленга на інше судно визначається значенням курсового кута на нього, дистанцією розбіжності і ставленням швидкостей розходяться судів.

    Зменшення швидкості повинно бути виконано на величину не менше 1-2 ступенів ходу. В цьому випадку спробу судна, зобов'язаного поступитися дорогу, пройти по носі іншого судна на дистанції менше 20 кабельтових слід вважати небезпечною дією, яка може стати причиною зіткнення. У свою чергу судно, яке користується перевагою при розбіжності, має по можливості зберігати первинні курс і швидкість, контролюючи, наскільки своєчасно і чітко інше судно виконує покладені на неї дії [1].

    Характерними ознаками успішного виконання маневру при розходженні суден, що прямують пересічними курсами, є швидка зміна пеленга на корму і збіль-

    личение дистанції між судами.

    Використання сучасних систем інформаційного супроводу, таких як автоматична ідентифікаційна система (АІС), дозволить змінити уявлення процесу прокладки траєкторій при розходженні суден.

    Маючи чітке уявлення про координатах, швидкості і часу руху судна, можна з великою точністю побудувати лінії відносного руху і вказати точку перетину судів, час і дистанцію до перетину. Використовуючи дані про габарити судна, що передаються АІС як судноплавної інформації, можна визначити розрахунковим шляхом дистанцію безпечного руху судна .Dsec. Вона і буде визначати умова безпечного розходження судна.

    На рис. 1 точка перетину руху суден позначена як O. Судна, що йдуть пересічними курсами, - A і B. Дистанції перетину курсів - AO і BO діляться на рівні ділянки, які визначаються періодом часу?, Протягом якого надходять координати руху. Використовуючи в якості відправних точок швидкість руху судна, поточні координати і період часу, ми прокладатися-

    курс 2

    курс 3

    Мал. 1. Перехід судна на початковий курс

    випуск 1,

    | Випуск 1

    ваем лінії відносного руху суден з тимчасовими позначками ділянок шляху для визначення передбачуваного знаходження суден.

    Для визначення траєкторії розбіжності здійснюється розрахунок нового курсу вправо для кожної величини пеленга на судно B, рівній якій точці передбачуваного знаходження (рис. 1). Для кожного нового курсу судна A в точках передбачуваного знаходження розраховують дистанцію безпечного руху судна .Dsec і порівнюють з аналогічною дистанцією судна B. Як результат порівняння використовується найкоротша відстань між дистанціями безпечного руху двох судів. Наприклад, -Dsec при положенні

    судна B в контрольній точці № 5 порівнюється з -Dsec при положенні судна А в контрольній точці № 5. Порівняння відбувається для кожної контрольної точки. В результаті ми отримуємо величину найкоротшої відстані між дистанціями безпечного руху двох судів для кожного курсу і на основі обчислення найменшого вибираємо новий курс судна. Цим курсом йдуть до контрольної точки, в якій і було зафіксовано найменше значення, потім лягають на початковий курс.

    На рис 2 схематично показана точка ^ в якій і здійснюється перехід на початковий курс. Шляхом обчислень величина найкоротшого відстані була визначена в

    Мал. 2. Точка переходу на початковий курс

    контрольній точці № 5,5; саме тут і виконується перехід.

    При переході на новий курс рух судна здійснюється з відхиленим кермом по криволінійній траєкторії, яка називається циркуляцією судна. Циркуляцією також називають траєкторію, описувану центром тяжіння судна при русі з відхиленим на постійний кут кермом. На рух судна також впливають інерція судна, швидкість руху, хвилювання, сила вітру, приєднана маса води, кутова швидкість і т. Д. Всі ці фактори і будуть визначати траєкторію руху.

    Для побудови відносної траєкторії руху судна ми будемо використовувати значення маневрених і інерційних характеристик судна, в результаті чого застосуємо ідеальну траєкторію руху, яка буде описувати шлях АС (рис. 2).

    Так як через вплив на судно різних сил траєкторія відносного руху і дистанція АС будуть змінюватися (наприклад, АС 'і АС "), то для безпечного розходження необхідно визначити дистанцію АС і траєкторію відносного руху.

    Завдання визначення елементів криволінійного руху судна можна розглянути як плоску задачу динаміки.

    Для опису криволінійного руху вводимо дві системи координат - нерухому Х0О0У0 і рухливу ХОУ, яка жорстко пов'язана з судном (див. Рис. 3). Напрямок осей нерухомої системи координат вибирається таким чином, щоб в початковий момент вона збігалася з рухомою [2].

    Кут, утворений перетином осі Х0 з діаметральної площиною Ч, називається кутом курсу судна. Кут в називається центральним кутом дрейфу і вимірюється між миттєвим вектором швидкості центра ваги судна і діаметральної площиною. Кут ф називається кутом швидкості, він вимірюється між вектором швидкості і віссю Х0.

    Рух судна задано проекціями швидкості центра ваги судна на рухливі осі, кутовий швидкістю і системою кінематичних параметрів - модулем швидкості центра ваги судна | V |, кутом дрейфу в і кутовий швидкістю ^. Обидві системи зв'язані між собою наступними співвідношеннями [2]:

    Ух = усоз р,? У = гашр

    І = № + г; '

    Якщо в результаті натурного експерименту або розрахунку нам відомі кінематичні параметри криволінійного руху судна і їх зміна в часі, то можна отримати положення судна в плані на будь-який довільний момент часу. Координати судна в нерухомій системі координат визначаються наступними співвідношеннями:

    (1)

    ух0 =

    ах,

    &

    0. _

    ГСакр,

    у? 0 =

    = Р5'шср; (2)

    Так як? =

    то

    I

    у = | про ^.

    (3)

    (4)

    Мал. 3. Параметри криволінійного руху судна

    Використовуючи вищенаведені співвідношення, можна побудувати траєкторію руху судна і визначити напрямок його діаметральної площині.

    При криволінійному русі кут швидкості ф змінюється в залежності від кутової швидкості судна ^.

    Для розрахунку і обчислення маневру при розходженні суден, що прямують пересічними курсами, необхідно реалізувати математичну модель руху суден по обчислюваним траєкторіях згідно заданому маршруту руху. В процесі реалізації складається система рівнянь, що дозволяє розрахувати траєкторії руху суден.

    випуск 1,

    | Випуск 1

    Відмітна особливість пропонованої моделі полягає в тому, що в якості джерела інформації про кінематичні параметри руху суден використовується АІС, яка дозволяє передавати і приймати необхідні для обчислення дані про координати, швидкості і швидкості повороту судна.

    Таким чином, розходження суден на ділянці руху в цій системі визначає-

    ся виразами:

    *

    Ха = \ УаСоя (РАЛ

    0

    1

    4 ^ = 1 упав в

    про

    г

    Хв = | уд С05фд

    ?а = \ уа®ЩлЖ

    ЕЕСА '

    (5)

    ?>

    ?ЄС У '

    (6)

    де: ХА, Т - координати місця розташування судна А; VA - швидкість судна А; Фа - кут швидкості судна А; ЧА - кут курсу судна А;

    0, А - кутова швидкість судна А; Хв, Ув - координати місця розташування судна В; Vв - швидкість судна В; ФВ - кут швидкості судна В; ЧВ - кут курсу судна В; 0, в - кутова швидкість судна У.

    При визначенні місця розташування судна в нерухомій системі координат відбувається відхилення від заданого маршруту при появі зміщення від початкового курсу. Одночасно з обчисленням координат виробляється обчислення розходження суден при використанні дистанції безпечного руху судна ^ ес.

    Алгоритм побудови траєкторії відносного руху для виконання маневру розходження суден, що йдуть пересічними курсами, в заданій дистанції при зміні курсу показаний на рис. 4. Він здійснюється в наступній послідовності.

    Послідовність дій при виконанні алгоритму побудови траєкторії відносного руху

    1104 ^

    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

    Визначення точки перетину Для суден, які слідують з незмінними курсом, кутовий швидкістю і швидкістю руху, виконується розрахунок точки перетину траєкторій руху суден

    Визначення контрольних точок руху суден За тимчасовим відрізкам визначаються і встановлюються значення контрольних точок

    Обчислення нового курсу Відбувається обчислення нового курсу судна щодо контрольної точки

    Визначення положення судів за значеннями контрольних точок при проходженні дистанції Виконується визначення положень судів за значеннями контрольних точок при проходженні дистанції

    Побудова ^ 8ес для положень судів за значеннями контрольних точок Виконується побудова у вигляді кола для визначення безпечного руху судна

    Розрахунок відстані між, 0 ^ двох судів Виконується розрахунок відстані між двох суден для забезпечення виконання маневру розбіжності

    Розрахунок траєкторії руху і виконання маневру За отриманими параметрами руху відбувається побудова траєкторії руху судна і виконується маневр розбіжності

    Мал. 4. Алгоритм побудови траєкторії відносного руху

    Список літератури

    1. Смирнов Н. Г. Теорія і пристрій судна: Підручник для річкових училищ і технікумів. -

    М .: Транспорт, 1992. - 248 с.

    2. Антонов В. А., Письмовий М. Н. Теоретичні основи управління судном. - М .:

    МДУ ім. адм. Г. І. Невельського, 2007.

    випуск 1,


    Ключові слова: АІС / КОНТРОЛЬНА ТОЧКА / ДИСТАНЦІЯ найкоротшого зближення / МАНЕВР РОЗБІЖНОСТІ / ПАРАМЕТРИ РУХУ СУДНА / АЛГОРИТМ АВТОМАТИЗОВАНОГО УПРАВЛІННЯ / AIS / THE CONTROL POINT / DISTANCE OF CLOSEST APPROACH / MANEUVER OF DISCREPANCIES / PARAMETERS OF THE VESSEL / ALGORITHM FOR AUTOMATED CONTROL

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити