Автоматизация работ на СВП с использованием спутниковой системы связи ГЛОНАСС (на примере СВП «Баргузин»)

Таким образом, будут решены задачи, связанные с выявлением новых возможностей в оптимизации движения судов по фарватеру и закономерностей взаимодействия информационных потоков в условиях использования АИДС с ориентацией на модернизацию инфраструктуры речной отрасли.

6. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

К объектам повышенного внимания в инфраструктуре внутренних водных путей относят системы навигации и АСУДС, а также устройства и оборудование, обеспечивающие транспортный процесс. Проведённый анализ позволил так же сделать вывод о том, что одним из направлений модернизации является усиление контроля над безопасностью судоходства.

1. Постановка задачи

Особенностью выбранной модели является преобразование формы предоставления информации и оценки опасности сближения судов при определении дистанции и времени до точки кратчайшего сближения, которые основаны на определении местоположения по данным систем GPS/ГЛОНАСС.

Координатный метод движения судов определяется по следующим  критериям. По получаемым координатам  строится линия относительного движения судна – цели, причем в каждой точке, в соответствии с механизмом работы стандарта GPS/ГЛОНАСС, записывается время прохождения судном данной координаты. Другими словами, вне зависимости от метеоусловий, радиолокационной обстановки и рельефа местности, четко прослеживается точное местоположение судна.

В данном случае точка  , принимаемая за место конкретного судна, определяется в системе координат по значениям (рис. 12.). Через полученные точки и по соответствующим координатам и проводят ЛОД. А длина перпендикуляра , опущенного из точки , представляет дистанцию кратчайшего сближения D_кр. Время сближения на кратчайшее расстояние определяется так.

     (1)

где     – расстояние до столкновения,

 – скорость движения судна  – цели.

При расхождении судов, идущих пересекающимися курсами, если , необходимо предпринять маневр для расхождения с судном-целью. Сопоставляя , выбирается время начала маневра [1].

Графический путь для обоснования маневра расхождения в заданной дистанции при изменении курса показан на рис. 12. Он осуществляется в следующей последовательности:

1. По предполагаемому времени маневра или по предполагаемой дистанции маневра наносится точка местоположения судна – наблюдателя в момент начала маневра расхождения.
2. Осуществляется выход судна – наблюдателя на новый курс, расположенный параллельно курсу судна – цели.
3. Осуществляется изменение координат движения и угловой скорости судна.
4. Производится построение траектории относительного движения судна – наблюдателя по получаемым координатам с учетом условий инерции судна.
5. Полученная траектория относительного движения проверяется с учетом заданной дистанции  для безопасного расхождения судов.

Таким образом, построение модели взаимодействия выполняется с использованием данных АИДС.

Частично разработано математическое обеспечение информационного сопровождения АСУДС и представлены алгоритмы для расчета параметров движения судов, идущих по контрольным точкам маршрута следования, и построения траектории относительного движения (ТОД) судна по получаемым координатам с учетом заданной дистанции для безопасного расхождения судов.

Предметом информационного  сопровождения АСУДС являются последовательные действия по формированию необходимой и достаточной информации при расхождении судов с учетом выявленных закономерностей взаимодействия информационных потоков АСУДС в соответствии с принципами использования АИДС.

Рис 12. Маневр при расхождении судов

Траектория движения судна  по пройденному участку пути устанавливается по координатам GPS/ГЛОНАСС оборудования. Но из-за влияния внешних и внутренних сил во время движения судна, траектория движения может отличаться от маршрута следования. В результате получается траектория относительного движения, которая отображает траекторию движения судна относительно маршрута следования и вероятность выхода на следующую контрольную точку.

Необходимость корректировки  курса судна во время прохождения  маршрута следования зависит от попадания  траектории относительного движения судна в заданную область значений контрольной точки.

На рис.13. представлена схема прохождения судном контрольной точки, которая определяет возможность безопасного прохождения маршрута следования с учетом - области допустимых значений контрольной точки и - пространства элементарных событий.

Область определяет допустимое попадание значений траектории относительного движения, а - пространство, куда попадание происходит при любом исходе прохождения контрольной точки.

Вероятность попадания траектории относительного движения (ТОД) в область допустимых значений контрольной точки рассчитывается применением геометрического подхода к определению вероятности.

Вероятность попадания определяется следующей формулой:

,     (2)

где – площадь области допустимых значений контрольной точки, принимающая в зависимости от указанных выше параметров области различное значение.

 – площадь пространства  элементарных событий  на заданном участке пути.

А вероятность попадания  равномерно распределенной случайной  величины на интервал , лежащий внутри отрезка , равна

   (3)

При этом принимаются во внимание следующие обозначения, представленные на рис.14.

 

 

Рис. 13. Схема прохождения контрольной точки

 

 

Рис. 14. Схема определения вероятности попадания в диапазон значений контрольной точки для одного судна.

 

Формулы (2) и (3) определяют вероятности  попадания траектории относительного движения в область допустимых значений контрольной точки ( ). Так как на судно в результате перехода от текущей контрольной точки к следующей воздействуют различные независимые факторы, влияющие на курс судна, то можно использовать приближенно стандартный нормальный закон распределения вероятностей.

Непрерывная случайная величина имеет нормальное распределение (распределена по нормальному закону), если плотность распределения вероятностей и функция распределения имеют вид:

 (4)

где     m – ее математическое ожидание;

σ –  среднее квадратическое отклонение судна.

Нормированной случайной  величиной называют величину . При этом она имеет стандартное нормальное распределение при и .

Плотностью стандартного нормального распределения является дифференциальная функция Лапласа:

   (5)

а функция распределения вероятностей:

   (6)

где – интегральная функция Лапласа.

Вероятность попадания в  интервал для нормально распределенной случайной величины равна:

 (7)

где , .

Нормально распределенная случайная  величина с большой вероятностью принимает значения, близкие к своему математическому ожиданию:

 (8)

Траектория относительного движения судна строится в результате выполнения алгоритма управления движением судна, следующего по контрольным точкам маршрута. Представленный на рис. 15. алгоритм определяет возможность безопасного прохождения контрольной точки маршрута с учетом диапазона значений контрольной точки и ширины фарватера на данном участке пути, в результате действия которого определяется необходимость корректировки курса судна.

Применение в расчетах законов равномерного и нормального  распределения определяется в зависимости от степени сложности плавания при различных гидро и метеорологических условиях. При этом судно испытывает гидро и аэродинамическое воздействия, поэтому характер поведения судна определяется влиянием внешних факторов (волнение, течение, ветер, мелководье, реки и озера, каналы и т. п.), что делает процесс маневрирования очень сложным и напряженным. В зависимости от установленных баллов волнения моря и силы ветра, а также от типа акватории плавания определяется применение законов распределения. Равномерный закон распределения применяется при автоматизированном управлении процессом движения судов по контрольным точкам маршрута для акваторий с отсутствием подводных течений, и силой баллов волнения и ветра от 0 до 1, а нормальный закон распределения применяется при более высоких показателях.