Автореферат (Контроль и управление безопасным движением пассажирских воздушных судов при пересечении их маршрутов и речных судов при их сближении)

На правах рукописиЗо Мин ТайкКОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ БЕЗОПАСНЫМ ДВИЖЕНИЕМПАССАЖИРСКИХ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ПРИ ПЕРЕСЕЧЕНИИ ИХМАРШРУТОВ И РЕЧНЫХ СУДОВ ПРИ ИХ СБЛИЖЕНИИСпециальность 05.13.01 –«Системный анализ, управление и обработка информации»(информатика, управление и вычислительная техника)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2014Работа выполнена на кафедре «Системы автоматического и интеллектуальногоуправления» Московского авиационного института (национального исследовательскогоуниверситета) «МАИ».Научный руководитель:доктортехническихнаук,профессор,заслуженный деятель науки РФЛебедев Георгий НиколаевичОфициальные оппоненты:Слепцов Владимир Владимирович - доктортехнических наук, профессор, ФГБОУ ВПО«Московский государственный университетприборостроения и информатики», проректор,заведующий кафедрой.Мышляев Юрий Игоревич - кандидаттехнических наук, доцент, Калужский филиалФГБОУ ВПО «Московский государственныйтехнический университет имени Н.Э.

Баумана»,доцент.Ведущая организация:Федеральноегосударственноепредприятие«Государственныйисследовательскийинститутунитарноенаучно-авиационныхсистем»Защита диссертации состоится « 12»февраля2015г. на заседаниидиссертационного совета Д 212.125.11 при Московском авиационном институте(национальном исследовательском университете) «МАИ» по адресу: 125993, г. Москва,А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4., зал заседаний Ученого Совета МАИ.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Московскогоавиационного института (национального исследовательского университета),http://mai.ru/events/defence/index.php?ELEMENT_ID=52988Автореферат разослан «___»___________ 2015 г.Учёный секретарьдиссертационного совета Д 212.125.11к.

т. н., доцент____________ Горбачев Ю.В.ВведениеАктуальность работы. Вопросы безопасности движения воздушных судов припересечении их траекторий остро стоят на практике при организации прилета и вылетана наиболее загруженные аэродромы, к которым относится Московский аэроузел,включающий в себя аэропорты Внуково, Домодедово и Шереметьево. Внезапноеизменение или неустойчивое направление ветра может привести к изменениюпосадочного курса, что вносит существенные изменения структуры маршрутов полета,которые могут пересекаться.Аналогичные ситуации часто возникают в акватории крупных морских и речныхпортов при оживленном движении судов. Сложность перечисленных ситуаций требуетв помощь человеку автоматизации принятия ответственных решений по изменениюрежима движения для исключения опасного сближения судов.

Поэтому тема даннойдиссертационной работы, посвященная разработке алгоритмов автоматическогоконтроля и управления безопасным движением судов различного класса при ихсближении, является актуальной.Целью диссертационной работы является повышение безопасности движениявоздушных или речных судов на пересекающихся курсах под произвольным углом.Объектом исследования являются системы управления боковым движением искоростьюсудов,гарантирующиебезопасностьих сближения.Предметомисследования являются алгоритмы автоматического контроля и управления безопаснымдвижением судов на пересекающихся курсах и их совместного взаимодействия, чтобыизбежать столкновение.На защиту выносятся следующие основные научные положения:1. Метод классификации типов сближения судов и автоматического определенияпредупредительных мер избежания их столкновения.2.

Алгоритм двухступенчатой оценки прогнозируемого риска опасного сближения судовдля формирования сигналов предупредительной и аварийной тревоги.3. Алгоритмы оптимального управления боковым движением двух сближающихся судовпри уклонении от опасной точки встречи.34. Результаты моделирования на ЭВМ, подтвердившие эффективность предложенногоподхода, использующего средства автоматического управления и контроля.Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:1. Поперечное движение имеет два типа - левое и правое, для каждого из которыхдействует своё правило: если встречное слева судно не достигает прогнозируемойточки встречи, то оба судна маневрируют вправо, в противном случае – оба влево.

Есливстречное справа судно не достигает прогнозируемой точки встречи, то оба суднаманеврируют влево, в противном случае – вправо. Таким образом, правиломаневрирования в отличие от известного зависит не только от направления движениясудов, но и от знака прогнозируемой минимальной дистанции между ними.2. При оценке риска опасного сближения судов предложено вычислять две оценки: формирование сигнала предупредительной тревоги с помощью вычисленияминимальной дистанции между судами при гипотезе о их прямолинейном движении позаданным курсам.

При этом автоматически среди всех судов выявляется одно наиболееопасное судно, от встречи с которым нужно уклониться; формирование функции риска с помощью правой части уравнения Беллмана пригипотезе об оптимальном управлении уклонением судов от точки встречи. Припревышении этой функции заданного порога формируется второй сигнал аварийнойтревоги для экстренного торможения.3. Найденный с помощью динамического программирования закон управления боковымдвижением каждого из двух судов учитывает текущее состояние как “своих”координат, так и координат положения, скорости и курса встречного судна при любойразнице в курсах, не превышающей по модулю 90.Практическая ценность работы состоит в следующем.

Полученные алгоритмыобеспечивают автоматический контроль и управление движением на борту судна, чтоисключает влияние человеческого фактора. Главное – формирование двухступенчатойоценки прогнозируемого риска позволяет своевременно вмешаться в процессуправления и резко повысить безопасность движения в сложной динамическойобстановке.4Кроме того, полученные результаты были использованы в учебном процессекафедры 301 МАИ в виде лабораторной работы при магистерской подготовке понаправлению “Управление и информационные технологии в технических системах”,что подтверждено актом о внедрении.Достоверность полученных результатов подтверждена математическиммоделированием на ЭВМ системы контроля и управления безопасным поперечнымдвижением судов, использованием при синтезе оптимального управления научно обоснованного метода динамического программирования.Значимость для науки и практики работы состоит в том, что предложенныйпуть автоматизации оценки опасности текущей ситуации и принятия решений оспособе управления весьма эффективен в отличие от ручного управления и пригодендля различных видов транспорта – самолетов, речных и морских судов, автомобилей ит.д.Личный вклад автора состоит в проведении анализа известных способовуправленых речных и воздушных судов; разработке алгоритмов контроля безопасностии управления боковым и продольным движением; личном участии в моделировании наЭВМ и подготовке основных публикаций.Публикации и апробация работы.

По теме диссертации опубликовано 8 работ,из них 5 – в изданиях, рекомендованных ВАК. Научные и прикладные результатыдокладывались и обсуждались на международном научно – техническом семинаре«Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработкиинформации» г. Алушта в 2012, 2013 и 2014 годах.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,заключения и библиографического списка. Основное содержание диссертацииизложено на 126 страницах и содержит 43 рисунка. Список использованныхисточников включает 59 ссылок на научную библиографию по теме проводимыхисследований в диссертационной работе.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении дается краткая характеристика работы, её актуальность, научная ипрактическая значимость.5Первая глава посвящена анализу функционирования известных системуправления речными и воздушными судами и делается вывод о сложности принятиярешений при их поперечном движении на пересекающихся курсах.

Для повышениябезопасностидвиженияставитсязадачаавтоматическогоконтроляикоординированного управления боковым движением двух сближающихся объектов приследующей постановке.Постановка задачи. Дано:1. Задана группа подвижных управляемых объектов (воздушных или речных судов) сизвестными в текущий момент времени земными координатами местоположения изаданным курсовым углом ψi движения с заданной постоянной попутной скоростью V .2.