Отображение виртуальной области цели в случае превосходства ее скорости над скоростью судна

Reflection of virtual region of target in the case of superiority of its speed above speed of ship

Summary

The features of reflection of virtual region of target are considered, when its speed more of speed of ship. Procedure of reflection of virtual region is resulted on an electronic card and it is shown that in the situation of superiority of speed of target above speed of ship a virtual region consists of two regions, a form and location of which depend on mutual position of ship and target, and also parameters of their motion. The examples of reflection of virtual region on an electronic chart for different situations of dangerous rapprochement are resulted.

Key words: safety of navigation, preventing of collision of vessels, virtual region, features of reflection of virtual region.

Аннотация

Рассмотрены особенности отображения виртуальной области цели, когда ее скорость больше скорости судна.Приведена процедура отображения виртуальной области на электронной карте и показано, что в ситуации превосходства скорости цели над скоростью судна виртуальная область состоит из двух подобластей, форма и расположение которых зависят от взаимной позиции судна и цели, а также параметров их движения.Приведены примеры отображения виртуальной области на электронной карте для разных ситуаций опасного сближения.

Ключевые слова: безопасность судовождения, предупреждение столкновения судов, виртуальная область, особенности отображения виртуальной области.

Постановка проблемы

Морские суда в процессе эксплуатации регулярно пребывают в стесненных районах, где ширина свободного прохода ограничена навигационными опасностями, или интенсивным судоходством.Плавание в проливах, реках, вблизи побережья и т. д. относится к плаванию в таких районах.Поэтому в стесненных водах требуются особенно высокая точность, четкость, безошибочность, быстродействие всей системы управления движением судна. скорость виртуальный безопасность судовождения

При опасном сближении судов в стесненных водах выбор судном маневра расхождения вместе с опасной целью должен учитывать окружающие суда и навигационные опасности.Решение задачи одновременного учета опасных целей и навигационных опасностей в настоящее время возможно аналитическим путем и достигается громоздкими и малоэффективными способами.Поэтому актуальной является необходимость разработки оперативных и наглядных методов предупреждения столкновений судов при плавании в стесненных водах, основанных на применении современных компьютерных информационных технологий.

Анализ последних достижений и публикаций

Основные направления многочисленных исследований по проблеме предупреждения столкновений судов кратко характеризуются результатами работ [1-10].

В работе [1] рассмотрены принципы локально-независимого и внешнего управления процессом расхождения опасно сближающихся судов, причем приведен анализ методов их реализации.

В работе [2] рассмотрены взаимодействие судов в ситуации опасного сближения и выбор стратегии расхождения для предупреждения их столкновения, а в работе [3] для описания процесса расхождения используются методы теории оптимальных дискретных процессов.

В работе [4] приведено подробное исследование методов локально-независимого управления и предложен метод формирования гибких стратегий расхождения, а формализация процесса расхождения методом нелинейной интегральной инвариантности предлагается в работе [5].

В работах [6, 7] освещены вопросы учета навигационных опасностей и инерционности судна при выборе стратегии расхождения судна.Процедура выбора оптимального стандартного маневра расхождения пары судов рассмотрена в работе [8], а экстренная стратегия расхождения в ситуации чрезмерного сближении судов предложена в работе [9].

В работе [10] излагается теоретическое обоснование автономной судовой системы уклонения от столкновения. Также рассматриваются требования к автономной навигации, учитывающие факторы, которые влияют на процесс уклонения от столкновения. Отмечается, что исследования по автоматизации управления судном могут быть представлены компьютерной технологией, которая использует искусственный интеллект.

Выделение нерешенных ранее частей общей проблемы

Из-за быстротечности навигационной ситуации в стесненных районах являются востребованными разработки оперативных методов определения безопасного маневра расхождения, так как учет навигационных опасностей при выборе маневра расхождения является сложной процедурой, требующей использования базы данных по навигационным опасностям.Если отображать виртуальные области опасных целей на электронной карте, то проблема учета навигационных опасностей теряет свою актуальность.Однако такой подход требует тщательного исследования особенностей виртуальных областей, которые имеют место в ситуации, когда скорость цели больше скорости оперирующего судна.

Цель статьи

Целью настоящей статьи является исследование особенностей виртуальных областей в ситуации, когда скорость цели больше скорости оперирующего судна.

Изложение основного материала

В работе [11] показано, что при р = ^<1

^vcотображение множества относительных направлений а в множество истинных направлений Яне является однозначным и каждому относительному направлению а, кроме экстремальных, соответствует два значения Я1и Я2 истинных направлений, причем справедливы соотношения:

Яx= а + arcsin [р-1sin(Kc-- а)], Я2= а + п --arcsin [р-1sin(Kc-- а)].

Вторым существенным обстоятельством в ситуацииp< 1 является то, что относительный курс K_otизменяется в пределах от значения K_otminдо значения K_otmax(K_otЕ [Kotmax_otmin), которые определяются выражениями:

Ксarcsin(otmin, Ксarcsin(otmax.

Поэтому множество относительных направлений а ограничивается множеством(Kot) возможных относительных курсов

[Kotmaxotmin.

Рис. 1. Ситуация полного отображения виртуальных областей

В дальнейшем рассмотрим виртуальные области, которые состоят из двух подобластей.С этой целью была разработана компьютерная имитационная программа, позволяющая формировать перечисленные безопасные области в пространстве относительного движения и отображать их в виртуальные области пространства истинного движения.

С учетом того, что при скоростях судна меньших скорости цели, т.е. в случае р < 1, безопасная область судна отображается двумя виртуальными областями для встречных и имеют общую границу и сливаются, образуя одну область.

Ситуация ограниченной сверху безопасной области показана на рис. 2, когда реализуется множество относительных направлений МЈ₂. В этом случае безопасная область отображается в пространство истинного движения виртуальными областями которые попутных курсов, поэтому каждой безопасной области соответствует виртуальная область встречных курсов и виртуальная область попутных курсов.

На рис. 1 показана ситуация реализации множества относительных направлений когда безопасная область Д^(м:> полностью отображается виртуальными областями Причем сектор опасных относительных направлений находится в секторе относительных курсов.

Общая граница между виртуальными областями является отображением в пространство истинного движения минимального относительного курса К_0):т1_П.

Рис. 2. Ситуация отображения ограниченной области 0(КсГ)* сливающимися виртуальными областями

На рис. 3 показана ситуация реализации множества относительных направлений МЈ₃, при которой возникает ограниченная снизу безопасная область, отображающаяся в пространство истинного движения двумя виртуальными областями 5_У⁽^ и.

Как и в предыдущем случае, виртуальные области имеют общую границу и сливаются в одну виртуальную область. Следует отметить, что граница между виртуальными областями соответствует отображению в пространство истинногодвижениямаксимального относительного курса К_0{тах.

Рис. 3. Ситуация отображения ограниченной области сливающимися виртуальными областями при дистанции 3,5 мили

В данной ситуации форма сливающейся виртуальной области зависит от величины дистанции между судном и целью.Так, на рис. 3 сливающаяся виртуальная область показана для дистанции 3,5 мили, а сектор безопасных курсов судна заключен от курса 272° до 140°. С уменьшением дистанции между судном и целью до 2,5 мили при таких же остальных параметрах ситуации сближения сливающаяся виртуальная область приобретает замыкающуюся относительно судна форму, как показано на рис. 4. При этом сектор безопасных курсов судна сокращается от курса 340° до курса 38°.

Рис. 4. Ситуация отображения ограниченной области сливающимися виртуальными областями при дистанции 2,5 мили

В случае, когда реализуется множество относительных направлений МЈ₄ и безопасная область Д^^й)* оказывается ограниченной сверху и снизу (рис. 5), виртуальные области 5,^и 5_Л^^:) замыкаются вокруг судна, причем внешняя граница общей области в отличие от внутренней границы не имеет разрывов.

В рассматриваемом случае множество безопасных курсов судна является пустым, т.е. при любом курсе судна при неизменных параметрах движения цели дистанция кратчайшего сближения будет меньше предельно-допустимой дистанции, достигая максимального значения при курсах судна соответствующих минимальному и максимальному относительным курсам.

При дальнейшем уменьшении дистанции между судном и цеью виртуальная область приобретает вид охватывающего судно кольца, как показано на рис.6 для дистанции между судном и целью равной 2 милям.

Рис. 5. Ситуация отображения ограниченной сверху и снизу области О областью при дистанции 2,5 мили

При этом максимальные значения дистанции кратчайшего сближения, тем не менее, не превышающие величину предельно-допустимой дистанции, достигаются при тех же, что и в предыдущем случае, курсах судна.

Рис. 6. Ситуация отображения ограниченной сверху и снизу области охватывающей виртуальной областью при дистанции 2 мили

Следует отметить, что в случае р < 1 форма и ориентация виртуальных областейи зависит от величины отношения скоростей судна и цели. Будем полагать, что скорость неизменна и равна 24 узлам, а скорость судна не превосходит скорости цели и может принимать различные значения от 10 узлов и больше.

На рис. 7 скорость судна равна 10 узлов, т. е. почти в 2,5 раза меньше скорости цели. Виртуальные области 5,^ и охватывают судно, а множество безопасных курсов судна пустое. В данной ситуации безопасная область ограничена сверху и снизу и является областью

Г)(М)*

^иъ**

С увеличением скорости судна и возрастанием отношения р общая виртуальная область теряет охватывающую форму и размыкается относительно судна.На рис.8 скорость судна равна 15 узлам при тех же параметрах ситуации сближения.Как видно из рисунка, виртуальная область разомкнута, и множество безопасных курсов ограничено значениями от 337° до 36°. При любом курсе судна из указанного множества дистанция кратчайшего сближения превосходит по величине предельно - допустимую дистанцию.

В данной ситуации безопасная область ^^Яа) ограничена снизу, поэтому виртуальные области (яа) (яа) 5у_Г и 5 имеют общую границу по курсу судна, соответствующему максимальному относительному курсу.

Рис. 6. Ситуация отображения ограниченной сверху и снизу области охватывающей виртуальной областью при дистанции 2 мили

Если же скорость судна равна 20 узлов, как показано на рис. 9, то в приводимом примере безопасная область Д^(м:> полностью отображается в пространство истинного движения в виде раздельных виртуальных областейи 5^'⁾ соответственно на встречных и попутных курсах.

В этом случае множество безопасных курсов состоит из двух непересекающихся подмножеств от 224° до 301°, а также от 320° до 58°.

Рис. 9. Ситуация отображения безопасной области при У0 = 20 узлов

На рис.10 показана ситуация равенства скоростей судна и цели при скорости судна равной 24 узла. В этом случае имеет место однозначное и полное отображение безопасной области ,0^(М) из пространства относительного движения в пространство истинного движения. Множество безопасных курсов судна является непрерывным и оно заключено между курсами судна от 213° до 65°.

Рисунок 10

На данных курсах судно обеспечивает дистанцию кратчайшего сближения не меньше предельно-допустимой дистанции. Максимальное значение дистанции кратчайшего сближения равно начальной дистанции 2,5 мили, если судно будет следовать курсом, обратным пеленгу на цель.

Таким образом, количество, ориентация и форма виртуальных областей при отображении безопасной области из пространства относительного движения в пространство истинного движения определяющим образом зависит от величины отношения скорости судна к скорости цели.С ростом этого отношения увеличивается множество безопасных курсов судна, позволяющее судну разойтись с целью на кратчайшей дистанции большей предельно - допустимую дистанцию.

Выводы и предложения

1. Для случая когда скорость цели больше скорости судна, рассмотрены особенности отображения ее виртуальной области.

2. Показано, что для ситуации превосходства скорости цели над скоростью судна ее виртуальная область состоит из двух подобластей, форма и расположение которых зависят от взаимной позиции судна и цели, а также параметров их движения.

3. Приведены многочисленные примеры отображения виртуальной области на электронной карте для разных ситуаций сближения судна с целью.

Список литературы:

1. Бурмака И.А. Управление судами в ситуации опасного сближения / И.А Бурмака., Э.Н Пятаков., А.Ю. Булгаков - LAPLAMBERT

Academic Publishing, - Саарбрюккен (Германия), - 2016. - 585 с.

2. Пятаков Э.Н. Взаимодействие судов при расхождении для предупреждения столкновения / Пятаков Э.Н., Бужбецкий Р.Ю., Бурмака И.А., Булгаков А.Ю. - Херсон: Гринь Д.С., 2015. - 312 с.

3. Куликов А. М. Оптимальное управление расхождением судов / А. М. Куликов, В. В. Поддубный // Судостроение. - 1984. - № 12. - С. 22-24.

4. Цымбал Н.Н. Гибкие стратегии расхождения судов / Н.Н. Цымбал, И.А. Бурмака, Е.Е. Тюпиков. - Одесса: КП ОГТ, 2007. - 424 с.

5. Павлов В.В.Некоторыевопросы

алгоритмизации выбора маневра в ситуациях расхождения судов/ В.В. Павлов, Н.И. Сеньшин // Кибернетика и вычислительная техника. - 1985. - № 68. - C. 43-45.

6. Петриченко Е.А.Выводусловия

существования множества допустимых маневров расхождения с учетом навигационных опасностей / Петриченко Е.А. // Судовождение. - 2003. - №.6. - С. 103 - 107.

7. Бурмака И.А. Результаты имитационного

моделирования процесса расхождения судов с учетомих динамики/БурмакаИ.А. //

Судовождение. - 2005.- №10. - С. 21 - 25.

8. Сафин И.В Выбор оптимального маневра расхождения / И.В. Сафин // Автоматизация судовых технических средств. - №7. - 2002. - С. 115-120.

9. Бурмака И.А. Экстренная стратегия расхождения при чрезмерном сближении судов / Бурмака И.А., Бурмака А. И., Бужбецкий Р.Ю. - LAPLAMBERTAcademicPublishing, 2014. - 202 с.

10. Statheros Thomas. Autonomous ship collision avoidance navigation concepts, technologies and techniques / Statheros Thomas, Howells Gareth,

McDonald-Maier Klaus.// J. Navig. 2008. 61, № 1, p. 129-142.

Волков А.Н. Формирование процесса расхождения судна в ситуации опасного сближения методом виртуальных областей / Волков А.Н., Булгаков А.Ю., Голиков А.А. //EastEuropeanScientificJournal, №11 (27), 2017, part 1.-С. 4 - 13

Размещено на Allbest.ru