Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Применение автоматизированной информационно-идентификационной системы и навигационных систем для оптимизации маневрирования крупнотоннажных морских судов

Диссертация: Применение автоматизированной информационно-идентификационной системы и навигационных систем для оптимизации маневрирования крупнотоннажных морских судов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Для достижения поставленных целей решены следующие задачи: разработан способ управления движением судна с использованием АИИСпроизведены натурные исследования и обобщен опыт маневрирования крупнотоннажных морских судовопределены возможности и преимущества АИИС и навигационных систем для обеспечения безопасности при маневрировании крупнотоннажных морских судовопределена аппроксимация траектории… Читать ещё >

Применение автоматизированной информационно-идентификационной системы и навигационных систем для оптимизации маневрирования крупнотоннажных морских судов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Список сокращений

Глава 1. Современный подход к обеспечению безопасности при маневрировании крупнотоннажных морских судов.

1.1. Совершенствование управления безопасностью с учетом АИИС.

1.2. Построение систем управления движением судна с использованием АИИС.

1.3. Использование АИИС и диффподсистем БСРБ, ДГЛОНАСС для обеспечения безопасности при маневрировании судов.

1.4. Использование навигационных систем для определения маневренных качеств судна.

1.5. Использование гидроакустических лагов для определения маневренных качеств судна.

Глава 2. Совершенствование управления при маневрировании крупнотоннажных судов.

2.1. Общая теория оптимального управления.

2.2. Оптимизация маневрирования на коротких переходах.

2.3. Натурные исследования на коротких переходах.

2.4. Сравнение теоретических расчетов с натурными исследованиями, рекомендации для практического использования.

Глава 3. Методы вариационного исчисления к задаче о коротком переходе.

3.1. Формализация задачи о коротком переходе ф

3.2. Изопериметрическая задача

3.3. Сравнение методов вариационного исчисления и терминального управления.

Глава 4. Оптимизация маневрирования крупнотоннажных судов на поворотах.

4.1. Совершенствование предварительной прокладки на поворотах.

4.2. Натурные исследования на крутых поворотах.

4.3. Сравнение теоретических расчётов с натурными исследованиями, рекомендации для практического использования.

Глава 5. Оптимизация маневрирования крупнотоннажных судов на переходе при наличии течения.

5.1. Задача перехода с линейно меняющейся скоростью течения

5.2. Задача перехода с учётом картины течений

5.3. Программное обеспечение расчёта оптимальной траектории движения на течении.

Актуальность проблемы. Одной из важнейших проблем морского судовождения остаётся обеспечение безопасности плавания. При этом около 80% аварий крупнотоннажных судов происходит в результате ошибок, допускаемых судоводителями при выполнении маневров.

Возросшие требования безопасности плавания на море выдвигают две проблемы: проблему оптимизации маневрирования — с одной стороны и с другой — её реализацию на базе применения автоматизированной информационно-идентификационной системы (АИИС) и навигационных систем.

Проведённые исследования показали, что при маневрировании на рейдах и портовых акваториях производится неоправданно большое количество изменений режимов работы главных двигателей и перекладок руля, это снижает надёжность машин и механизмов. По существу, в основе маневрирования лежит метод «проб и ошибок», являющийся основным источником навигационных аварий.

В ближайшее время предполагается интегрирование навигационных систем в единую АИИС, предоставляющую информацию как о местоположении объекта средствами высокоточной навигации, так и о многих других данных, связанных с безопасностью судовождения. Составной частью создаваемой АИИС являются дифференциальные подсистемы спутниковых навигационных систем СРБ/ГЛОНАСС, которые обеспечивают субметровую точность определения места судна.

Таким образом, использование АИИС и навигационных систем в сочетании с оптимальными методами управления позволяет поднять на качественно новый уровень безопасности, надежности и экономической эффективности наиболее сложную часть процесса судовождения — маневрирование судна.

Цель работы. Целью диссертационной работы является совершенствование способов управления движением судна и разработка методов, оптимизирующих маневрирование с использованием АИИС и навигационных систем.

Для достижения поставленных целей решены следующие задачи: разработан способ управления движением судна с использованием АИИСпроизведены натурные исследования и обобщен опыт маневрирования крупнотоннажных морских судовопределены возможности и преимущества АИИС и навигационных систем для обеспечения безопасности при маневрировании крупнотоннажных морских судовопределена аппроксимация траектории движения судна на повороте клотоидой по данным натурных испытанийразработана математическая модель, характеризующая динамику движения крупнотоннажных судов при маневрах, с корректировкой их результатами натурных испытанийразработана методика оптимального маневрирования на коротком переходеразработан способ расчета оптимальной траектории движения на переходе при наличии течения и его программное обеспечение.

Методы исследования. Для выполнения теоретической части работы в основу был положен метод планирования эксперимента с последующей аналитической обработкой результатов исследований на основе адекватных моделей с использованием методов дифференциального, интегрального и вариационного исчисления, аналитической геометрии, ПК и элементов теории оптимального управления.

Экспериментальная часть работы заключалась в проведении натурных испытаний крупнотоннажных судов с использованием при маневрах приёмоиндикаторов спутниковых навигационных систем и технических средств судовождения. Производилось сравнение и анализ расчётных и фактических результатов.

Научная новизна представлена следующими результатами: предложено использование АИИС и навигационных систем для совершенствования управления и контроля движения судна при маневрированиипредложено использование дифференциальных подсистем ОСРБ/ДГЛОНАСС для проверки расчетов по обеспечению оптимального маневрирования крупнотоннажных судовпредложен способ, совершенствующий планирование процесса маневрирования крупнотоннажного судна на крутых поворотахразработана методика, оптимизирующая маневрирование на коротких переходах на основе теории оптимального управления и методов вариационного исчисленияпредложен способ расчёта оптимальной траектории движения на переходе при наличии течении и его программное обеспечение. Основные положения, выносимые на защиту: способ управления движением судна с использованием АИИСметодика, оптимизирующая маневрирование на коротком переходевозможности АИИС и диффподсистем ОСР8/ДГЛОНАСС для обеспечения безопасности при маневрировании крупнотоннажных судоврешение изопериметрической задачи с использованием метода вариационного исчисленияспособ, совершенствующий планирование предварительной прокладки на крутых поворотахразработка программного обеспечения расчета наивыгоднейших путей следования в районах с течением.

Практическая ценность. Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при управлении крупнотоннажными судами, а также могут быть использованы при создании перспективных судовых автоматизированных систем.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях НГМА в 1998;2002 годах.

Реализация результатов работы. Рекомендации капитанам по совершенствованию маневрирования и управления крупнотоннажных судов одобрены ОАО «Новошип». Результаты работы использованы также в учебном процессе судоводительского факультета НГМА при подготовке инженеров-судоводителей и курсах повышения квалификации командного состава.

Публикации. Основные результаты работы отражены в 5 печатных трудах.

Структура и объём работы. Общий объём диссертации — 125 страниц включает: оглавление — 2 страницы, список сокращений — 1 страница, введение -5 страниц, пять глав — 105 страниц, заключение — 2 страницы, список литературы, включающий 113 наименований — 10 страниц. Работа содержит 22 таблицы и 51 иллюстрацию.

Результаты работы используются судоходной компанией «НОВОШИП» и внедрены в учебный процесс НГМА.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Существующая проблема повышения безопасности плавания при маневрировании крупнотоннажных морских судов проработана в диссертации в направлении оптимизации процесса маневрирования с использованием АИИС и навигационных систем.

В диссертационной работе предложено использовать АИИС и навигационные системы в сочетании с результатами предварительных расчётов маневров, которые являются оптимальными для данной конкретной задачи маневрирования.

Натурные испытания производились автором на ходовых вахтах в процессе фактической работы в должности вахтенного помощника капитана на крупнотоннажных судах компаний: «НОВОШИП», «UNICOM», «ACOMAR.IT», «BGI».

Основными научными результатами диссертационной работы являются:

1. Предложен способ управления и контроля состояния судна в процессе маневрирования в акватории порта с учётом возможностей интеграции АИИС и навигационных систем.

2. Предложен способ использования спутниковых навигационных систем для определения маневренных характеристик крупнотоннажных судов. Получены расчётные формулы для нахождения элементов маневра поворота, разгона и торможения.

3. Разработана методика маневрирования (метод терминального управления) на коротком переходе (перевод судна с якоря к причалу, с внешнего рейда на внутренний и др.), которая позволяет определить скорость разгона, режим работы главного двигателя судна, время перехода.

4. Предложено использование дифференциальных подсистем DGPS, ДГЛОНАСС для проверки расчётов по обеспечению оптимального маневрирования крупнотоннажных судов.

5. Получено решение задачи (короткий переход) путём применения метода вариационного исчисления. Доказано, что применение метода терминального управления с выбором искомой величины в виде многочлена степени не ниже 1 приводит к точному решению в виде линейной функции.

6. Метод планирования маневра поворота путём введения аппроксимирующей кривой — клотоиды и таблиц поправок для конкретного угла поворота. Получены расчётные формулы для составления таблиц поправок.

7. Предложен способ расчёта оптимальной траектории движения на переходе при наличии течения и его программное обеспечение. Программа позволяет получить графическое изображение оптимальной траектории. Специальный файл содержит подробную запись изменения параметров оптимальной траектории со временем.

8. Приведены результаты практических исследований, проведённых автором на крупнотоннажных судах, на ходовых вахтах и представлены практические рекомендации штурманскому составу по реализации разработанных методов, оптимизирующих маневрирование.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Р.Я., Афремов А. Ш. Влияние падения скорости хода на элементы эволюционного движения судна. Труды НТО СП, 1959. — 212с.
  2. Н.Ф. Безопасность маневрирования речных судов и составов. М.: Транспорт, 1960. — 216с.
  3. И.М., Формин C.B. Вариационное исчисление. М.: Физматгиз, 1961.-115с.
  4. В.Г. Математические методы оптимального управления. М., Наука", 1966. 212с.
  5. Р. Курс дифференциального и интегрального исчисления. М.: Наука, 1967.-Т. 1.704с.- 1970, Т.2.671с.
  6. В.И. Теория оптимального управления судном и другими подвижными объектами. JI.: Судостроение, 1968. — 377с.
  7. H.H. Теория управления движением. М.: Наука, 1968.- 356с.
  8. В.В. Разработка и внедрение методов плавания в океанах наивыгоднейшими путями. М.: Технико-экономическая информация ЦБНТИ ММФ, 7 (15), серия «Судовождение и связь», 1968. — 35с.
  9. A.B., Дидык А. Д. Управление судном и его техническая эксплуатация. М.: Транспорт, 1969. — 464с.
  10. А.И. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Статистика, 1970. — 344с.
  11. М.А. Торможение судов при движении по криволинейной траектории. Труды ЦНИИМФа, вып. 153. М.: Транспорт, 1971. — 12с.
  12. H.H. Численные методы в теории оптимальных систем. М.: Наука, 1971.-310с.
  13. Э. Численные методы оптимизации. Единый подход. М.: Мир, 1971.-271С.
  14. А. Программное обеспечение. М.: Мир, 1971. — 175с.
  15. Управление космическими аппаратами и кораблями- Труды II Международного симпозиума ИФАК по автоматическому управлению в мирном использовании космического пространства (Австрия, Вена, сен. 1967 г.). М.: Наука, 1972. — 68с.
  16. Д.М., Лукомский В. А. Управление морскими подвижными объектами. Л.:Судостроение, 1972.- 478с.
  17. А., Хо Ю Ши. Прикладная теория оптимального управления М., «Мир», 1972.-554с.
  18. Ли Э.Б., Маркус Л. Основы теории оптимального управления. М.: Наука, 1972. — 305с.
  19. В.А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1972.-324с.
  20. В.Д. Кораблевождение, практическое пособие для штурманов. МО СССР ГУНиО, 1972. — 649с.
  21. В.Г. Принцип максимума для систем с дискретным временем.-М.: «Знание», 1973. С. 166−170.
  22. В.В. Методы оптимизации Изд. ЛГУ, 1973. 228с.
  23. Ф.Л., Баничук Н. В. Вариационные задачи механики и управления. М.: Наука, 1973.-148с.
  24. В.Ф., Гурман В. И. Методы и задачи оптимального управления. М.: Наука, 1973.-253с.
  25. Основы автоматического управления/ Под ред. В. С. Пугачёва. М.: Наука, 1974. 144с.
  26. П.Ф. Вариационное исчисление и задачи управления. — М.: Рекламинформбюро ММФ, 1974. 124с.
  27. В.И. Курс высшей математики. М.: Наука, 1974. Т.4. — С. 198 307.
  28. JI. Математический анализ. М.: Высшая школа, 1975.-Т.1.519с.- Т.2.544с.
  29. С.Г. Швартовка крупнотоннажных судов. М.: Транспорт, 1975. -176с.
  30. Н.Г. Оптимизация процессов и систем управления в судовой автоматике. JL: Судостроение, 1976. — 256с.
  31. И.И., Мацкевич И. П. Руководство к решению задач по высшей математике, теории вероятностей и математической статистике. Минск: Вышэйшая школа, 1976.- 456с.
  32. Э., Меле Дж. Теория оценивания и применение ее в связи и управлении. Связь, М., 1976. -496с.
  33. X., Сиван Р. Линейные оптимальные системы управления: Пер. с англ. М.: Мир, 1977. 650с.
  34. A.M. Ходкость и управляемость судов. М.: Транспорт, 1977.-456с.
  35. А.П. Об одном способе терминального управления судном: Труды ЦННИМФ «Автоматизация морских судов». Л.: Транспорт, 1977.-Вып.271. -С.43−49.
  36. С.Г. Безопасность плавания в портовых водах. М.: Транспорт, 1977.- 136с.
  37. А.Ф., Сизиков B.C. Методы решения интегральных уравнений с программированием для ЭВМ. Киев.: «Наукова Думка», 1978. — 292с.
  38. В.И. Единая математическая модель маневрирующих судов НТО им. акад. А. Н. Крылова.- Л.: Судостроение, 1978. С. 15−21.
  39. К., Браун Р., Гудвин Дж. Теория управления. М.:Мир, 1978. — 248с.
  40. А.Д. Теория и расчёт поворотливости судов внутреннего плавания.-Л.: Судостроение, 1978.-278с.
  41. М.П., Тумашик А. П. К расчёту маневра обгона крупнотоннажного судна. Сб. НТО им. А. Н. Крылова, вып.272, 1978. — 240с.
  42. С. Оптимизация перевозочного процесса. М.: Транспорт, 1979.-176с.
  43. В.Г. Маневренные качества речных судов. М.: Транспорт, 1979.-184с.
  44. В.И., Ольшамовский С. Б., Ворощук H.A. Учёт гидрометеоусловий при выборе наивыгоднейшего пути судна. М.: ЦРИА, Морфлот, 1979. -20с.
  45. Ю.И. Методы оптимизации. М.: Сов. радио, 1980. — 272с.
  46. С.Б., Миронов A.B. Маневренность крупнотоннажных судов.- М.:Морской флот, 3, 1980.-С.21−22.
  47. М.М., Баранов Ю. К., Гаврюк М. И. Навигация. М.: Транспорт, 1980. — 344с.
  48. В.П. Судовождение в стеснённых районах. М.: Транспорт, 1980.- 128с.
  49. В.Г., Ольшамовский С. Б., Шишкин Е. А. Оптимальное торможение супертанкеров. М.: ЦРИА «МОРФЛОТ», 1981.-29с.
  50. Ю.М. Управляемость промысловых судов. М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1981.-232с.
  51. К. Автоматизация решения задач управления. М.:Мир, 1982.-472с.
  52. Ю.А., Бородай Н. К. Мореходность судов. Л.: Судостроение, 1982. 288с.
  53. Э., Уайт Ч. Оптимальное управление системами. Радио и связь, М., 1982.-392с.
  54. Я.Б., Яглом И. М. Высшая математика для начинающих физиков и техников. М.: Наука, 1982. — 512с.
  55. В.Г., Ольшамовский С. Б. Анализ аварий танкеров и их предупреждение. М.:Мортехинформреклама, 1983.-36с.
  56. P.A., Соболев Л. Г., Волков A.A. Автоматизация морских судов. -Л.:Судостроение, 1983.-78с.
  57. С.Б., Перекрестов А.Н Особенности расхождений крупнотоннажных судов в море при маневре скоростью ЦБНТИ ММФ, серия «Безопасность мореплавания», вып.2(174), 1983.- С.9−15.
  58. Р.Я. Управляемость и управление судном. Л.:Судостроение, 1983.-272с.
  59. В.А., Шанчуров П.Н Управление судами и составами. М.: Транспорт, 1983.-296с.
  60. В.А. Управление и научно-технический прогресс. М.:Наука, 1983.-224с.
  61. С.Б., Усачёв П. Г. Методика определения маневренных элементов крупнотоннажных судов с помощью системы гидроакустических лагов «Онега». (Морской транспорт, серия «Безопасность мореплавания», вып.11(195)), 1986.-С.6−17.
  62. В.А. Оптимизация маневрирования воздушных судов. М.:Транспорт, 1986. 207с.
  63. В.И., Массанюк И. Ф., Матевосян В. Г., Ольшамовский С. Б. Управление крупнотоннажными судами. -М.: Транспорт, 1986. -229с.
  64. A.C., Болнокин В. Е. и др. Системы адаптивного управления летательными аппаратами. Машиностроение, М., 1987, с. 88, 207, 210.
  65. С.Б., Владимиров В. В., Маричев И. В., Перекрестов А. Н. Алгоритмы решения задачи прогноза динамики расхождения судов на микроЭВМ // Навигация и управление судном / Сб. Науч. Тр. Л.: Транспорт, 1988.С.37−42.
  66. Практическое кораблевождение. Под ред. А. П. Михайловского. Кн.1.Л.: ГУНиО МО, 1988.-896с.
  67. Ю.А., Чугунов B.C. Системы управления морскими подвижными объектами. Л.?Судостроение, 1988. — 272с.
  68. A.B. Управляемость судов. JL: Судостроение, 1989. — 320с.
  69. Н.М. Оценка точности морского судовождения. М.: Транспорт, 1989.- 191с.
  70. В.Т. Определение места судна. М.: Транспорт, 1989. — 230с.
  71. Марчук Г. И Методы вычислительной математики. М.: Наука, 1989. -608с.
  72. Н.М., Скубко P.A., Илларионов В. П. Микрокалькулятор в кораблевождении. М.:Воениздат, 1990. — 304с.
  73. А.П., Зурабов Ю. Г. Комментарии к МППСС-72.-М.:Транспорт, 1990.-479с.
  74. Рекомендации по организации штурманской службы на судах Минморфлота СССР (РШС-89).-М.:В/0 «Мортехинформреклама», 1990.-64с.
  75. A.B. Проектирование судов. Л.:Судостроение, 1991. — 320с.
  76. И.В. Основы судовождения. М.:Транспорт, 1991. — 237с.
  77. С.Б., Кондратьев С. И. Совершенствование маневрирования крупнотоннажными судами на рейдах и акваториях портов: Тезисы докл. на научно-практ. конф.: Повышение безопасности судовождения. Новороссийск, 1991. 10с.
  78. К.П. Планирование и осуществление программной траектории движения судна при плавании в стеснённых водах: Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н. СПб: ГМА, 1992. — 22с.
  79. А.И., Сазонов А. Е. Автоматизация судовождения. М.: Транспорт, 1992.—192с.
  80. С.И. Применение вычислительной техники при решении задач маневрирования крупнотоннажными судами: Тезисы докл. на научно-метод. конф. сотруд. НГМА. Новороссийск, 1993. — С. 1−5.
  81. В.И., Конопелько Г. И., Васильева В. Б. Безопасность мореплавания. М.: Транспорт, 1994. — 274с.
  82. Резолюция ИМОА.815 (19) от 23.11.1995 г.
  83. Международная конвенция ПДМНВ 78 (International STCW convention, 1978.). — СПб.: ЦНИИМФ, 1996. — 552с.
  84. Ю.К., Гаврюк М. И., ЛогиновскийВ.А., Песков Ю. А. Навигация. -СПб.: Лань, 1997.-512с.
  85. А.С., Мироненко А. А. Анализ и выбор методов автоматизированного поиска оптимального маршрута в навигационных комплексах/ СБ. Науч. Тр. НГМА, 1997. Вып.2. — С. 103−119.
  86. В.В. Анализ точности и содержание метода определения маневренных качеств судна по GPS (Морской транспорт. Сер. «Судовождение, связь и безопасность мореплавания»): Экспресс-информация. М.:Мортехинформреклама, 1998. — Вып.12(355).
  87. С.Б. Повышение безопасности мореплавания. Новороссийск: НГМА, 1998. 456с.
  88. Рекомендации МСЭ-Р М.1371 «Технические характеристики универсальной судовой АИС, использующей метод TDMA в УКВ-диапазоне морской подвижной службы». М.1998
  89. А.Ф., Николайчук O.A. Моделирование процесса исследования безопасности сложных технических систем. М/.МЧС России, ВНИИ ГОЧС, N81, 1999. — 248с.
  90. В.В., Маричев И. В. Навигационное использование приёмоиндикатора NT 200 псевдодальномерной спутниковой навигационной системы «Навстар»: Учебное пособие. — Новороссийск: НГМА, 1999.
  91. Автоматизированная информационная система (АИС). Концепция внедрения на морском флоте. ЦНИИМФ, Санкт-Птербург, 1999.
  92. В.В., Попов В. В. Научное осмысление опыта создания информационной сети ГМССБ на Юге России. РИО НГМА, Новороссийск, 1999, с.16−18.
  93. Технико-экономическое обоснование дифференциальной подсистемы глобальных спутниковых систем DGPS/ГЛОНАСС и автоматической информационной системы (АИС) для обеспечения безопасности мореплавания на подходах к порту Новороссийск. ЦНИИМФ, 1999.
  94. К.А., Фалдин Н. В., Егупов Н. Д. Методы синтеза оптимальных систем автоматического управления. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000.-521с.
  95. Ю.А. «Системы управления безопасностью» в международном судоходстве. Новороссийск, 2000. — 322с.
  96. Руководство по планированию рейса: Резолюция ИМО А.893 (21)/ Сборник № 14. СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2000, — С.200−213.
  97. Формирование модели района плавания и построение оптимального маршрута судна методом графов/ Мироненко A.A.- НГМА. Новороссийск, 2000. — 43с. Ил. — Библиогр. 27 назв. — Рус. — Деп. в ВИНИТИ. № 38-В00.
  98. В.М. Численные методы (математический анализ и обыкновенные дифференциальные уравнения). М.: Высш. Шк., 2001. — 382с.
  99. В.И. СУДС, ГМССБ и АИС инструмент повышения надёжности и безопасности мореплавания в морских портах и на подходах к ним. Тезисы доклада на 2-ом Всероссийском совещании капитанов морских торговых портов. — МАПН, Новороссийск, 2002.
  100. Green W.G. Logarifmic navigation for nrecise guidance of Space Vehicles «JRE Truns». VANES, N21.-59 p., 1961.
  101. Kalman R.E. Contributions to the theory of optimal control. Boletin de la Sociedad Mathematica Mexicana. — 102p., 1962.
  102. Singer R. Estimating optimal tracking filter perfomance for manned maneuvering targets/ TAES. Vol. AES-6, 1970, p. 473−483.
  103. Tobias Leonard. «Automated aircraft Sheduling methods in the near terminal areas» J. Aircraft. 212p., 1972.
  104. Analysis of routenings covering a period of 12 month. London: Metroute Meteorological Office, 1991.
  105. Swift A.G. Bridge Team Management: A Practical Guide. London: MNI. -80p., 1993.
  106. Bridge Procedures Guide. London: Marisec Publication, 1998.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!