147891 (Розробка методу формування зони безпечного руху судна), страница 3

де , а коефіцієнт ефективності рулювання.

Для цього випадку одержана залежність дистанції від кута ш, що має вигляд:

, при ,

де - радіус циркуляції судна, причому .

На рис. 6 показана безпечна суднова зона, одержана описаним способом при повороті судна праворуч.

Рис. 6. Суднова зона при повороті судна праворуч в залежності від курсового кута Ш

В дисертації показаний підхід більш точного урахування інерційності судна при повороті за допомогою математичної моделі його обертального руху, яка представлена диференційним рівнянням третього порядку зміни курсу.

В деяких випадках виникає необхідність застосовувати гальмування судна, що обумовлює урахування даного маневру в описі безпечної суднової зони. Оскільки формування безпечної суднової зони проводиться в припущенні використовування найефективніших маневрів, то в роботі розглянуте активне гальмування. Причому основною характеристикою для формування безпечної зони є відстань, необхідна для повної зупинки судна.

Ця відстань, як показано в роботі, розраховується по формулі:

.

У приведеному виразі - швидкість, яка виникає від упору гвинта на задній хід, - початкова швидкість судна, а - мінімально можлива (близька до нуля) швидкість в режимі активного гальмування.

Розрахована відстань характеризує запас дистанції судна на одному напрямі: прямо по носу, і залежить від інерційно-гальмівної характеристики, яка виражається відношенням .

За визначенням, для попередження навігаційних аварій безпечна суднова зона при плаванні судна повинна бути вільна від будь-яких рухомих і нерухомих об'єктів. Тому принцип управління судном з урахуванням безпечної суднової зони передбачає вибір такої траєкторії руху судна, щоб в зону не потрапляли навігаційні перешкоди і розходження з небезпечною ціллю здійснювалося без їх попадання в зону . Слід зазначити, що при маневруванні по розходженню з небезпечною ціллю зона повинна задаватися в просторі відносного руху, а для нерухомих об'єктів, зона задається в просторі істинного руху.

Оскільки при використанні зон безпеки (окрім круга) значення гранично-допустимої дистанції найкоротшого зближення між судном і ціллю є змінним, яке залежить від відносного положення суден, то існуюча оцінка виявлення

небезпеки зближення шляхом порівняння найкоротшої і гранично-допустимої відстаней стає некоректною. В даному випадку замість гранично-допустимої дистанції потрібно оперувати поняттями граничних пеленгів на зону безпеки судна, які обмежують сектор неприпустимих відносних курсів, що ведуть до попадання цілі в зону безпеки судна. Тому необхідно розглянути метод розрахунку граничних пеленгів до зони безпеки цілі для випадків, коли її форма не є кругом.

Найскладнішим є випадок, коли безпечна суднова зона представлена еліпсом зі зміщеним центром (рис. 7), тому розрахунок граничних пеленгів розглянуто саме для цього випадку.

При розрахунку екстремальних значень пеленгів і спочатку обчислюються значення чотирьох пеленгів, , , і за допомогою наступних виразів:

= ,

= ,

= ,

= ,

де значення і знаходяться за допомогою виразів:

,

.

Тут прийняті позначення:

, .

Екстремальні значення пеленгів знаходяться за допомогою виразів:

= min{ , , , }, = max{ , , , }.

Слід зазначити, що вибір безпечних курсів, за наявності нерухомих навігаційних перешкод, що заважають, проводиться аналогічно. При цьому слід враховувати, що задача розглядається в просторі істинного руху, і замість допустимих відносних розраховуються істинні курси.

Таким чином, визначено вплив інерційних характеристик судна на площу суднової безпечної зони в просторах відносного і істинного руху при активному і пасивному гальмуванні і використання зони безпечного руху судна при плаванні в стислих водах.

В п'ятому розділі вирішена головна задача дисертаційного дослідження – розроблено алгоритм формування безпечної суднової зони на базі рішень складових задач с використанням методу розробки моделей при створенні імітаційної моделі та здійснено імітаційне моделювання.

Для перевірки коректності одержаних процедур формування безпечної суднової зони (області ) і вибору безпечних курсів ухилення при небезпечному зближенні з рухомою ціллю і нерухомими навігаційними перешкодами в дисертаційній роботі розроблена імітаційна модель, що є комп'ютерною програмою, написаною на мові високого рівня (Delphi).

Програма складається з декількох модулів, що дозволяють зробити перевірку достовірності і коректності одержаних математичних моделей, а також в графічному вигляді провести формування областей , , , і загальну область , як для простору відносного, так і простору істинного руху. У імітаційній моделі передбачена процедура визначення безпечних курсів ухилення при небезпечному зближенні, як при відносному, так і при істинному русі. При цьому використана можливість графічного представлення безпечної суднової області і ліній, що відображають відносні і істинні курси.

Перший модуль імітаційної програми моделює формування областей і залежно від двовимірної щільності векторіальної похибки, габаритів судна і його курсу. Здійснюється графічний показ зон і згідно параметрам, що вводяться.

Другий модуль програми призначений для перетворення області урахування інерційності судна в просторі відносного руху в область в просторі істинного руху. Модуль забезпечує графічну індикацію областей і залежно від введених початкових даних.

Формування області виконується третім модулем, причому передбачені три типи області , як для відносного, так і для істинного руху. Здійснюється графічна ілюстрація області , за допомогою якої можна визначити безпечні істинні курси судна, що враховують попередження зіткнення судна з рухомим або нерухомим об'єктом.

На рис. 8 приведена область у вигляді кривої поворотності для відносного (жовтий колір) та істинного руху.

В загальному випадку для імітаційного моделювання розглянуто три варіанти завдання границі області, що враховує інерційність судна: у вигляді круга, центр якого співпадає з центром судна; у вигляді еліпса, центр якого зміщений в ніс судна; у вигляді кривої, яка враховує радіус циркуляції судна. Кожний з трьох варіантів дозволяє аналітично задати границю області в прямокутних або полярних координатах.

У імітаційній моделі також передбачена процедура визначення безпечних курсів ухилення при небезпечному зближенні, як при істинному (рис.9), так і при відносному русі (рис. 10).

Імітаційне моделювання за допомогою описаної програми показало коректність і ефективність одержаних теоретичних результатів і їх практичної реалізації, які стосуються формування безпечної суднової зони і способу визначення безпечних курсів ухилення, незалежно від її форми.

При імітаційному моделюванні виявлено, що при контролі місця судна за допомогою сучасних супутникових навігаційних систем складова області, яка обумовлена точністю визначення місця судна, не перевищує габарити судна і може не братися до уваги. Цього не можна рекомендувати при інших менш точних способах обсервації судна.

Імітаційне моделювання показало, що скорочення стохастичної складової безпечної суднової зони складає в середньому 15% - 35% .

Таким чином вирішена головна задача дослідження - синтезу алгоритму, що дозволяє формувати зону безпечного руху судна при плаванні в стислих умовах.

ВИСНОВКИ

У дисертації одержано теоретичне узагальнення і нове рішення задачі розробки способу розрахунку параметрів зони безпечного руху судна, яке полягає в урахуванні двовимірної щільності вірогідностей розподілу місця судна, його габаритів, інерційно-гальмівних характеристик і параметрів навігаційної ситуації, що дозволяє оцінити поточну безпеку плавання судна і визначити істинні курси ухилення судна при зближенні з рухомою ціллю і нерухомими навігаційними перешкодами.

Головні наукові результати роботи:

- .підтверджена гіпотеза про те, що сукупність істотних параметрів навігаційної ситуації та інерційно-гальмівні характеристики судна можуть бути представлені у вигляді зони безпечного руху судна, яка характеризує поточну безпеку плавання.

- вперше одержано спосіб розрахунку параметрів і формування зони безпечного руху судна для різних ситуацій зближення судна з рухомою ціллю і нерухомими навігаційними перешкодами, причому ураховуються характеристики точності визначення місця судна, його динамічні властивості та габарити. Для одержання параметрів у явному вигляді приймається нормальний закон розподілу похибок навігаційних вимірів;