Информационно-логический метод идентификации моделей навигационных рисков при управлении судоходством в морской зоне Республики Камерун

Современное состояние и развитие морского транспорта, цели и задачи морской деятельности характеризуются значительным расширением направлений деятельности. Они связанных с традиционными направлениями такими, как перевозка грузов, пассажиров, добыча полезных ископаемых, экономическое освоение морских зон и т. п. 79,98,116].

При этом судоходство, как основной элемент деятельности на море * характеризуется новым этапом развития, связанным с внедрением принципиально новых электронных информационных систем.

К ним в первую очередь следует отнести электронные картографкческ-ие навигационные информационные системы (ЭКНИС), которые способствовали автоматизации практически всех типовых задач судовождения: счисление пути, опреде тение координат судна в море и оценка точности определения места, организация расчетов по предварительной прокладки пути судна, автоматический обмен информации с радионавигационными системами, спутниковыми навигационными системами и т. п. [120,121,122 ].

Другими словами, картографическое обеспечение судовождения в настоящее время практически полностью автоматизировано.

Появление на судах систем автоматической идентификации судов в большей степени повысило качество освещения навигационной обстановки [ 94,99]. Учитывая особое значение подходов к морским портам, плавание в прибрежных. водах,' необходимость обеспечения навигационной безопасности плавания в стесненных районах, были созданы и широко внедрены в практику системы управления движением судов, позволяющие осуществлять непрерывный контроль за положением судов, характеристиками судопотоков и т. п. [98].

• .

Однако необходимо отметить, что процесс судовождения характеризуется вполне определенными свойствами, главными из которых является целенаправленность действий судоводителей и стохастическое влияние различных факторов, сопровождающий процесс судовождения.

К. таким факторам следует отнести влияние навигационно-гидрографрческих и гидрометеорологических условий, влияние человеческого фактора и т. п. [8,43].

Систему судовождения в настоящее время следует рассматривать как качественно сложную организационно-техническую систему, в которой в наибольшей степени 'отражаются специфические особенности процесса судовождения, стохастический характер факторов внешней среды, влияющий на процесс судовождения, способность судоводителей анализировать навигационную. обстановку и принимать решения на маневр.

Безопасность ' функционирования качественно-сложной организационно-технической системы судовождения является основным критерием усиленной и эффективной работы такой системы.

Вопросам обеспечения навигационной безопасности плавания в л настоящее время уделяется особое внимание[110,114,И5].

На международном уровне принят целый ряд определяющих документов, к которым в первую очередь следует отнести Конвенцию.

СОЛАС:[44,45,-41,112,124]. л.

Однако, несмотря на усилия сообщества решительно изменить ситуацию с обеспечением навигационной безопасности мореплавания не удалось.

Так, анализ статистических данных по аварийности на флоте показывает, что уровень аварийности по-прежнему остается достаточно л высоким. Примерно (20−22)% случаев с авариями кораблей и судов относятся к посадкам на мель, касанию грунта и столкновениям.

Основными причинами навигационных аварий являются следующие[3,6]:

— / низкий уровень профессиональной ¦ и психологической.

I, подготовленности судоводителей;

— ' безответственность судоводителей;

— неудовлетворительный контроль за навигационной обстановкой;

— нарушение правил плавания и управления судном и т. п. Поэтому 'объективно существуют противоречия между высокими требованиями к обеспечению навигационной безопасности судовождения и реальным состоянием навигационной аварийности на флоте.

Решение теоретических и практических вопросов обеспечения навигационной безопасности плавания посвящены работы таких ученых как Груздев Н. М. [23,24], СнопковВ. И[28], Некрасов С. Щ58,59], Абчук А. А [1,2], Нах&тович Л. А[119], Фрадкин В. Щ116], Дмитриев В. И. [29], Алексеев С. П. [5,6,7,8] и т. п.

Основными направлениями этих исследований были оценка точности счисления и определения места судна в море, идентификация стохастических моделей течений в море, методы контроля точности, определения места в море, автоматизация основных процессов сбора, обработки и прогнозирования изменчивости навигационных параметров плавания и т. п. Однако следует отметить, что. пека не удалось выработать общие.

I' подходы к идентификации моделей навигационных рисков процесса судовождения, хотя многие авторы подошли к этому вопросу.

Идентификация моделей навигационных рисков процесса функционирования качественно-сложной организационно-технической системы судовождения позволить получить теоретический аппарат для анализа обобщенной системы, компонентами которой являются подсистемы освещения навигационной обстановки,. подсистемы навигационного оборудования района плавания, «навигационно-гидрографические и гидрометеорологические факторы, свойства и способности судоводителей.

I' организовать управления судами т. е основные составляющие организационно-технические системы судовождения.

Актуальность этого направления очевидна: если удается универсальным образом строгими формальными методами описать процесс судовождения, с учетом его основных характерных свойств, то появляется возможность дать численную оценки навигационных рисков и наконец, решить проблему управления навигационными рисками.

Это направление исследования является новым и существенно способствует развитию подходов к анализу навигационной безопасности плавания как при построении систем управления движением в береговых условиях, при планировании навигационно-гидрографического обеспечения судоходстватак и развития специального математического обеспечения судовых навигационных комплексов.

В первой главе диссертационной работы рассматривается состояние навигационной аварийности судоходства за последние несколько, лет. Этот анализ показывает, что уровень навигационных аварий и происшествий за последнее время практически не изменился, при этом на долю навигационных аварий, связанных с посадкой судов на мель или касания грунта, а также столкновений судов, приходится до 40 : — 70% всех аварий с судами на море.

По результатам анализа констатируется, что резко возросло число аварий по вине судоводителей (так называемый человеческий фактор), общий уровень которых составляет до 80% всех аварий.

Учитываясостояние и характер навигационной аварийности за последние десятилетия принято целый ряд мер, способствующих созданию условий для снижения рисков навигационных аварий и происшествий. К ним в первую очередь можно отнести совершенствование международного законодательства, внедрение обязательных международных, региональных и местных документов, определяющих требования к организации судовождения, а также совершенствование технических средств навигации, систем управления движением и т. п. Уделено особое внимание на систему подготовки и переподготовки судоводителей с обязательной сертификацией подготовленности судоводителей по применении систем автоматизированной радиолокационной прокладки (САРП), радиолокационные станции (РЛС), электронные картографические навигационные систем (ЭКНИС) и т. п. Однако уровень навигационной аварийности остается достаточно высоким. Таким образом, вопросы, связанные с совершенствованием безопасности судоходства являются актуальными. Рассмотрены навигационно-гидрографические и гидрометеорологические факторы влияющие на процесс судовождения в морской зоне Камеруна. Показания, что' система навигационного оборудования нуждается в совершенствовании: необходимо боле полное внедрение. автоматизированных идентификационных систем (АИС), дифференциальных спутниковых навигационных систем (СНС) и совершенствование систем управления движения судов, эффективность которых обосновывается в работе.

К местным навигационно-гидрографическим' условием (НГУ) и гидрометеорологическим условием (ГМУ) следует отнести наличие системы ветров харматанного типа, которые приводят к увеличению углов дрейфа судов, заходящих в порты Республики Камерун, что в свою очередь может привести к увеличению ширины маневренной полосы движения и возможному выходу судов за пределы фарватеров.

Сделано постановка задачи разработки метода идентификации моделей навигационного риска в организационно-технических систем судовождения, включающих в себя судно как объект управления, НГУ и ГМУ района плавания и судоводителя как лицо, принимающеерешение. Постановка задачи основывается на исследовании основных закономерностей предметной области. судовождения с применением информационно-логического метода описания сложной системы судовождения в пространстве вероятных событий, связанных между собой логическими условиями. В качестве основного метода использованы теоретические основы логико-вероятностного метода и основы теории байесовских сетей.

Во второй главе дается обоснование метода идентификации информационно-логических моделей' навигационных рисков. Приводится аналитика Колмогорова, ряд теоретических положений логико-вероятностного теории, которые положены в основу метода. Приводится структурная схема этапов реализации метода, включающая построен логического управления системы, раскрытия логического управления в виде дизъюнктивной нормальной функций и получения вероятностной функции качественно-сложной системы. Показано применение информационно-логического метода к обобщенной системе судовождения. Более подробно рассмотрены элементы обобщенной модели применительно к детализир’ованным моделям влияния ГМУ. и НГУ на ситуацию возникновения навигационных рисков, систем навигационного оборудования (СНС, РЛС и АИС), а также идентифицированная обобщенная модель риска при расхождении судов.

Помимо собственных моделей навигационного риска получены способы оценки значимости и вкладов отдельных элементов модели в общий навигационный риск, что позволяет сделать заключение о возможности управления навигационными рисками.

В третьей главе обоснованы практические рекомендации по снижению навигационных рисков при плавании-в морской зоне Республики Камерун. Доказана эффективность комплексного применения средств освещения навигационной обстановки, а именно совместное изменение РЛС и АИС дает повышение эффективности на 25−30% по сравнению с каждым из них, что является теоретическим основанием для дальнейшего совершенствования системы навигационного оборудования морской зоны Республики Камерун. Более подробно исследован вопрос об учете ГМУ плавания и их влияние на изменчивость ширины маневренной полосы движёния. Показано, что при ветрах свыше 12−15 м/с заход судов типа ро-ро в порт Дуала (главный морской порт Камеруна) должен быть ограничен, Т.К. изменчивость маневренйой полосы движения соизмерима с шириной фарватера, что может привести к резкому увеличению навигационного риска.

Предложен новый способ описания опасных изобат, основанный на регрессионных свойствах траверзнных расстояний относительно оси рекомендованного фарватера, что обеспечивает представление судоводителю гарантированную и безрисковую область нахождения судна, а также является обоснования для оптимальной конфигурации установки плавучего ограждение на подходных подходящих путях морской зоны Республики Камерун.

Таким образом на защиту выносятся:

1. Информационно-логический метод идентификации модели навигационных рисков судовождения в морской зоне Республики Камерун.

2. Модели оценки навигационных рисков.

3. Рекомендации по снижению уровня навигационных рисков, совершенствованию управления организационно-технической системой судовождения в морской зоне Республики Камерун.

Выводы по 3 главе: '.

1. В интересах снижения навигационного риска доказана необходимость широкого внедрения на судна Республики Камерун современных систем освещения навигационной обстановки, причем внедрения автоматизированных идентификационных систем судового и берегового базирования повышает эффективность освещения навигационной обстановки на 15−20% по сравнению с РЛС, а их комплексное использование на 25−30%. ,.

2. Учет гидрометеорологической обстановки, ветра и волнение приводит к тому, что изменяются параметры дрейфа типовых судов, формирующих судопотоки в морской зоне Республики Камерун. Показана связь статистической изменчивости углов дрейфа, и характерного ветра с изменчивостью ширины маневренной полосы движения. Для судов типа ро-ро изменчивость маневренной полосы движения соизмерерима с шириной фарватера. Следовательно, заход таких судов в порты Республики Камерун в сложных погодных условиях ограничен.

3. Найдена регрессионная модель^ опасных изобат, использование которой позволяет обосновать гарантирования полосу движения судов на подходных путях морской портам Республики Камерун, которая оказалась по 10−15% меньше объявленной ширины фарватера.

Заключение

.

Целью диссертационной работы, было повышение навигационной безопасности плавания и снижение навигационных рисков при совершенствовании системы управления судами в’морской зоне Республики Камерун.

В интересах решения поставленной задачи было проведено исследование современного состояния навигационной аварийности по данным международных организации, которая характеризуется по разным источникам от 250 до 500 навигационных аварий в год. Показано, что несмотря на принятие международных требований и безопасной эксплуатации морского транспорта л ¦

МКУБ), совершенствование технических систем судовождения, глобальном использовании спутниковых навигационных систем в дополнении к системам учета дифференциальных поправок, широком применении современных средств освещения навигационной обстановки (РЛС и АИС), а также при развитии и внедрении в повседневную практику систем управления движением решительного снижения навигационной аварийности не наблюдается. Вскрыты объективные противоречия между высоким уровнем навигационной аварийности и существующими требованиями их организации безопасного мореплавания. Показано, что пока существуют методологические трудности >1 теоретического плана, что не позволяет создавать «адекватные» модели навигационных рисков. Именно эти противоречия и обосновывают актуальные исследования. ' .<

В работе рассмотрены факторы случайной природы — гидрографические и гидрометеорологические условия плавания в морской зоне Республики Камерун. Выявлено существенное влияние сезонных ветров на изменение маневренной полосы движения судов, что может привести к появлению дополнительных рисков судовождения. Система судовождения представлена как качественно-сложная система, поведение которой с одной стороны характеризуется совокупностью устойчивых законов (оценка обусловлена ч принятием решения на маневр и т. п.), а с другой стороны совокупностью стохастических факторов (НТУ, ГМУ и т. п.).

Показано что существует возможность математического описания такого ряда организационно-технических систем с использованием основных свойств «байесовских» сетей и логико-вероятностного метода.*.

Описание качественно сложных организационно-технических систем судовождения в пространстве вероятностных событий с применением аксиоматики' Колмогорова и основных правил булевой алгебры логики, позволило обосновать информационно-логический метод идентификации моделей оценки навигационных рисков с учетом особенностей целостности системы «судно — судоводитель — среда».

Разработка метода позволила предложить формальные модели оценки навигационных рисков качественносложной системы различного уровня * ¦ ¦ декомпозиции: модель риска из-за потери основных свойств управляемости судна, модель риска формируемого ГМУ и НГУ и т. д.

Помимо собственных моделей навигационный рисков предложен способ оценки значимости и вкладов отдельных событий, характеризующих проявление специфических свойств, что позволяет перейти от оценки рисков к управлению рисками при рациональном использовании ресурсов (при использовании средств и систем навигационного оборудования района мореплавания, систем управления движением судов и т. п.).

На основании моделей оценки навигационных рисков выработаны Н конкретные практические предложения по снижению навигационных рисков мореплавания в морской зоне Республики Камерун.

К таким предложениям относятся предложения по более интенсивному внедрению автоматизированных идентификационных систем, что приводит к повышению эффективности освещения навигационной обстановки на 35−40%.

Кроме того предложена регрессионная модель опасных изобат, что позволяет определять гарантированное безопасное поле возможного нахождения судов при плавании в стесненных условия*.

И, наконец обоснованы организационные методы управления движения судов на надводных путях к порту Дуала, учитывающие сезонную стохастическую изменчивость ветров их влияние на изменчивость ширины маневренной полосы движения. Это позволило обосновать требования к ограничению заходов судов определенных типов в сложных гидрометеорологических условиях. «.