Способ автоматической проводки судна


 

B63H25/00 - Управление судами: уменьшение скорости хода, осуществляемое иными средствами, чем движители (использование подвижно установленных движителей для управления судном B63H 5/14; использование подвижно установленных забортных двигательно-движительных агрегатов B63H 20/00); динамическая постановка на якорь, т.е. расположение судов с помощью основных или вспомогательных движителей (постановка судов на якорь, кроме динамической, B63B 21/00; устройства для уменьшения килевой и бортовой качки или подобных нежелательных движений судов с помощью реактивных струй или гребных винтов B63B 39/08)

Владельцы патента RU 2501708:

Лобанов Андрей Александрович (RU)
Румянцев Юрий Владимирович (RU)
Леньков Валерий Павлович (RU)
Чернявец Владимир Васильевич (RU)
Адамов Николай Олегович (RU)
Бродский Павел Григорьевич (RU)

Изобретение относится к судовождению. Способ включает измерение параметров движения и угловой скорости, их последующее сравнение с программными значениями данных параметров движения и формирование управляющего сигнала на рулевой привод в функции данных рассогласований и скорости судна. При измерении параметров движения судна датчиками дополнительно измеряют параметры ветра, углы тяги, эксцентриситет и обороты движителей, обороты подруливающего устройства, глубину под килем, а также определяют траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей. Программные значения угла курса, угловой скорости положения руля определяют в соответствии с моделью движения судна в дополнительной функции скорости и направления ветра, углов тяги, эксцентриситета и оборотов движителей, оборотов подруливающего устройства, глубины под килем, траекторий движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей и углов дрейфа и сноса судна. Управляющий сигнал через аппаратные средства программного обеспечения автоматически подается на авторулевой с четырех секторных приемников, при этом команды на авторулевой сопровождаются подачей сигналов маневроуказания. Достигается повышение точности управления судном и повышение безопасности его плавания в стесненных навигационных условиях. 1 ил.

 

Изобретение относится к области судовождения и может быть использовано для повышения безопасности плавания и точности автоматического управления судами, в частности, в стесненных навигационных условиях плавания, а также для обеспечения безопасности мореплавания и предупреждения столкновения судов в море. Известны способы автоматической проводки судов (патент JP №62-45119 [1], патент US №3946690 A [2], патент RU №2150409 [3], патент JP №62-3459 [4]), в которых управляющие сигналы, подаваемые на рулевой привод, формируются в зависимости от рассогласования текущих параметров движения и программных. Для получения программных параметров, определяющих положение судна, на традиционной или электронной навигационной карте прокладывается маршрут, определяются координаты поворотных точек маршрута. Текущие координаты судна определяются по спутниковым или радионавигационным системам или посредством навигационных радиолокационных систем (Пирогов Н.Н., Чернявец В.В. Навигационный комплекс для катеров на подводных крыльях. Зарубежное военное обозрение, №4, 1986, с.58-59 [5]).

Недостатками известных способов являются:

- сложность прокладки маршрута, подбор карт необходимого масштаба при формировании программных параметров [1];

- отсутствие на участках разворотов заданной траектории, относительно которой определяется боковой снос судна [3];

- определение текущих и программных координат судна производится в разных системах координат [2, 4];

- возможность наличия мертвых зон при использовании навигационной РЛС, невысокая точность аппроксимированной электронной карты [5].

Выявленных недостатков аналогов лишен способ автоматической проводки судна (патент RU №2207296 C2 [6]), заключающийся в том, что измеряют текущие параметры движения судна, используя сигналы от датчиков углов курса, руля, угловой скорости и навигационного прибора, при этом сравнивают эти данные с программными значениями и по результатам сравнения формируют управляющий сигнал на рулевой привод. Программные параметры движения, определяющие положение судна, получают путем обработки сигналов о положении судна от навигационного прибора при эталонном проходе судна по заданному маршруту. Технический результат в данном способе, заключающийся в повышении точности управления судном преимущественно на речных фарватерах и безопасности движения, достигается за счет формирования программы, задающей положение судна, и определение текущих координат судна производится в одной и той же системе координат, так как для формирования программы используется запись текущих координат, определяемых приемником сигналов спутниковой навигационной системы, расположенным на судне, при эталонном проходе судна по заданному маршруту, при этом при обработке записанной информации в результате аппроксимации выделяют прямолинейные участки маршрута и формируют программную ось судового хода, на стыке прямолинейных участков определяют поворотные точки маршрута, относительно которых производится программный разворот (криволинейный участок), при этом криволинейный участок маршрута аппроксимируется дугой определенного радиуса с примыкающими для плавности перехода переходными участками.

Недостатками известного способа [6] являются:

- определение текущих координат и скорости судна посредством приемника сигналов спутниковой навигационной станции, что не всегда может быть обеспечено как по техническим причинам, так и по финансовым соображениям, и, кроме того, в соответствии со стандартом точности судовождения (резолюция ИМО А. 529) точность определения места при плавании в узкости должна составлять 5…10 м, что может быть обеспечено только при использовании приемоиндикатора GPS в дифференциальном режиме при нахождении судна в зоне действия дифференциальной станции, в противном случае предельная погрешность определения координат места для приемоиндикаторов СНС GPS типа "Trimble Navigation", которыми в основном оснащены суда типа река-море, составит 100 м (Р=0,95);

- выделение прямолинейных участков маршрута путем аппроксимации записанной информации для формирования программной оси судового хода, что снижает достоверность получения итоговых данных;

- использование упрощенной модели движения судна в функции радиуса разворота, текущей скорости и времени без учета влияния параметров ветра, глубины под килем, угла дрейфа, а также текущих значений углов тяги, эксцентриситета и оборотов движителей, оборотов подруливающих устройств, траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечности, особенно при проходе участков в стесненных навигационных условиях и при неблагоприятных погодных условиях, может привести к негативным последствиям в результате выполнения маневрирования.

Известно также техническое решение, в котором техническим результатом является повышение точности управления судном в стесненных навигационных условиях, в том числе и на речных фарватерах путем определения и обработки избыточной и достоверной исходной информации (патент RU №2277495 [7]).

Для достижения технического результата в известном способе автоматической проводки судна, включающем измерение параметров движения датчиками угла курса и угловой скорости, датчиком положения руля и навигационным прибором, определяющим текущее положение судна, их последующее сравнение с программными значениями данных параметров движения и формирование управляющего сигнала на рулевой привод в функции данных рассогласований и скорости судна, определяемой навигационным прибором, получение программных параметров движения, определяющих положение судна путем обработки сигналов о положении судна от навигационного прибора, определение программных значений угла курса, угловой скорости, положения руля в соответствии с моделью движения в функции радиуса разворота, текущей скорости и времени, при измерении параметров движения судна датчиками дополнительно измеряют параметры ветра и волнения, углы тяги, эксцентриситет и обороты движителей, обороты подруливающего устройства, глубину под килем, определяют траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей, а программные значения угла курса, угловой скорости, положения руля определяют в соответствии с моделью движения судна в дополнительной функции скорости и направления ветра, высоты и курсового угла волн, углов тяги, эксцентриситета и оборотов движителей, оборотов подруливающего устройства, глубины под килем, траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей и углов дрейфа и сноса.

В отличие от известных способов автоматической проводки судна [1-6], в известном способе [7] при измерении параметров движения дополнительно измеряют параметры ветра и волнения, углы тяги, эксцентриситет и обороты движителей, обороты подруливающего устройства, глубину под килем, определяют траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей, а программные значения угла курса, угловой скорости, положения руля определяют в соответствии с моделью движения судна в дополнительной функции скорости и направления ветра, высоты и курсового угла волн, углов тяги, эксцентриситета и оборотов движителей, оборотов подруливающего устройства, глубины под килем, траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей и углов дрейфа и сноса.

Так как при плавании судна на него практически всегда воздействуют внешние факторы, такие как ветер, волнение, течение и мелководье, эти факторы оказывают неблагоприятное влияние на судно. Так, степень и характер воздействия ветра зависит от таких параметров, как площадь парусности судна, расположение центра тяжести, отношение высоты борта к осадке судна, сила ветра и его направление относительно диаметральной плоскости, курс судна относительно направления ветра и скорость судна. При этом возможны такие последствия, как увеличение крена, дрейфа и осадки, изменение скорости, потеря управляемости. При влиянии течения возможно изменение скорости и траектории движения. При волнении изменяются скорость, траектория движения, осадка. При влиянии мелководья ухудшается остойчивость, увеличивается рыскливость и осадка, наблюдается потеря скорости. Кроме того, при проходе узкостей необходимо определение ширины безопасной полосы движения, которая, исходя из практики судовождения по осевой линии канала или фарватера Вб.д., принимается как: Вб.д.м+В, где Вм - маневровая полоса движения судна, В - ширина судна.

Ширина маневренной полосы при воздействии течения, ветра и волнения определяется в соответствии с зависимостью: Вм=LSin(β123)+ВCos(α123)+Vct+SinΨ+ΔB, где L - длина судна по ватерлинии, В - ширина судна по мидель-шпангоуту, α1 - угол сноса от течения, α2 - угол ветрового дрейфа, α3 - угол ветрового сноса, Vc - скорость судна, t - период рыскания, β - угол рыскания, ΔВ - запас ширины, учитывающий эффект присасывания к стенкам канала, принимаемый равным ширине судна В. Однако эта поправка не всегда является достоверной. В случаях, когда фарватер естественных глубин не является каналом полного профиля и, большей частью, не имеет резко выраженной бровки, например каналы в устье рек, перегороженные баром, то величина уменьшения этой поправки, а следовательно, и ширина полосы безопасного движения могут достигать трети ширины судна. И если значения угла сноса могут быть определены в зависимости от соотношения скоростей судна и курсового угла течения с вводом корректирующих коэффициентов, а забровочная глубина меньше осадки судна, то скорость течения корректируется еще одним коэффициентом, учитывающим экранирующее влияние стенок прореди, а также значения угла ветрового дрейфа, которые определяются в зависимости от соотношения площадей парусности надводного и подводного бортов, курсового угла ветра и соотношения скорости ветра к скорости судна, при этом величина угла дрейфа также корректируется еще одним коэффициентом, который зависит от запаса воды под корпусом судна, волновой угол сноса движущегося судна, зависящий от соотношения скоростей волнового сноса судна и скорости судна (определяемой по навигационному прибору или лагу), требует определения скорости волнового сноса, которая связана с определением и учетом величины составляющей волновой нагрузки, курсового угла волны к диаметральной плоскости судна, сопротивления воды движению судна, времени сноса судна, длины и высоты волны. При этом необходимо учитывать различные коэффициенты, большинство из которых определяется по аналитическим зависимостям с множеством допущений, что существенно усложняет процесс получения конечных результатов с приемлемой степенью точности.

В конечном итоге, безопасность плавания в узкостях во многом зависит от обеспечения надежной оценки конкретной ситуации и выработки основных решений при автоматической проводке судна с учетом реальной структуры ветроволновых возмущений трансформации ветрового поля около судна за счет процессов дифракции и интерференции судовых и набегающих волн, особенностей динамики взаимодействия судна с внешней средой в реальных условиях плавания, что позволит осуществить выбор оптимального курсового угла и скорости судна исходя из обеспечения требований к остойчивости, качке, ходкости и прочности на волнении, оценку и прогноз потери скорости судна при обрастании корпуса, оценку влияния мелководья, особенно при плавании вне зоны действия дифференциальной станции СНС. Кроме того, установление эталонных параметров для последующего определения программных значений требует существенного периода времени и сложного внешнего обеспечения для исключения случайных погрешностей и определения систематических погрешностей, а с учетом того, что реальные условия плавания могут существенно отличаться от условий, при которых получены эталонные значения, то достоверность определения программных значений может оказаться невысокой, что подтверждают результаты выполненных исследований для судов типа река-море при плавании как на открытой воде, так и при заходе в устье реки по фарватерам, проходящим по каналам как полного профиля, так и по каналам, не являющимися каналами полного профиля. Натурные наблюдения показали, что реальная ширина полосы безопасного движения может меняться в широких пределах. Так, если при проходе узкостей судно находится в зоне действия дифференциальной станции спутниковой навигационной системы, то точность координирования по системам НАВСТАР/ГЛОНАСС составляет менее 5 м, и ширина полосы безопасного движения судна, с учетом правильно определенных его маневренных характеристик дня данных условий плавания, может быть определена с достаточной степенью достоверности. В противном случае, вне зоны действия дифференциальной станции, точность координирования может быть получена с предельной погрешностью определения координат места порядка 100 метров (приемоиндикатор типа "Trimble Navigation" спутниковой навигационной системы GPS, которым оснащены суда смешанного плавания типа "Омский"), что явно недостаточно для координирования и не соответствует требованиям стандарта точности судовождения (Резолюция ИМО А.529) при плавании в узкости (точность определения места судна 5…10 м, дискретность определения места судна - непрерывно) и при подходах к портам и узкостям (точность определения места судна 50…100 м, дискретность определения места - непрерывно).

Однако известные и используемые в судовождении большинство современных автоматизированных систем управления судном представляют собой интегрированные мостиковые системы, включающие в себя и подсистему навигации с задачами обеспечения навигационной безопасности плавания.

Основная масса этих подсистем строится на принципах совмещения данных об окружающей обстановке, получаемых с помощью систем наблюдения и позиционирования с электронной навигационной картой. Предупреждение столкновения на самом деле сводится к расчету геометрического сценария маневра сближения вплотную с установленной областью с выдачей некоторых рекомендаций судоводителю. Тем не менее, статистика аварийности из-за человеческого фактора не снижается, не смотря на продолжающиеся внедрения новых более совершенных технических средств судовождения. Это может быть объяснено в том числе и сокращением численности экипажей из-за увеличения доли автоматизации управления судном. Однако по данным IMO доля аварий из-за человеческого фактора продолжает оставаться на уровне 80%. В решении задач предупреждения столкновения судов важная роль продолжает отводиться техническим средствам. Например, проблемы опознавания и привязки судов были сняты с внедрением аппаратуры универсальной автоматической идентификационной системы (АИС), передающей динамическую информацию о судне. Однако в силу многих причин судоводители все же нередко имеют искаженное представление о складывающейся обстановке либо приукрашая, либо излишне драматизируя ее. Управление судном происходит по установленным правилам и процедурам, что часто приводит к определенной шаблонности действий судоводителя, и не всегда учитываются условия некоторой информационной недостаточности. Выработанная практикой шаблонность действий не всегда помогает в правильности принятия решения в условиях часто неожиданного возникновения сложных ситуаций, что приводит к резкому увеличению вероятности ошибочных действий, связанных с резким переходом от недогрузки судоводителя в обычных условиях (монотонные действия, сенсорный голод, гиподинамия) к перегрузке в аварийных ситуациях. В результате, как показывает практика, происходит столкновение судов из-за бездействия или запоздалого маневра.

При всем разнообразии современных систем автоматизированного управления судном, систем маневра последнего момента аналогичных международной системе предупреждения столкновения в воздухе и все более распространяемых в автомобилях систем предупреждения столкновений не существует.

Задачей заявляемого технического предложения является расширение функциональных возможностей способа автоматической проводки судна.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе автоматической проводки судна, включающем измерение параметров движения датчиками угла курса и угловой скорости, датчиком положения руля и навигационным прибором, определяющим текущее положение судна, их последующее сравнение с программными значениями данных параметров движения и формирование управляющего сигнала на рулевой привод в функции данных рассогласований и скорости судна, определяемой навигационным прибором, получение программных параметров движения, определяющих положение судна путем обработки сигналов о положении судна от навигационного прибора, определение программных значений угла курса, угловой скорости, положения руля в соответствии с моделью движения в функции радиуса разворота, текущей скорости и времени, дополнительное измерение параметров ветра, углов тяги, эксцентриситета и оборотов движителей, оборотов подруливающего устройства, глубины под килем, определение траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей, определение программных значений угла курса, угловой скорости и положения руля в соответствии с моделью движения судна в дополнительной функции скорости и направления ветра, углов тяги, эксцентриситета и оборотов движителей, оборотов подруливающего устройства, глубины под килем, траекторий движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей и углов дрейфа и сноса судна, в отличие от прототипа [7], через аппаратные средства программного обеспечения на авторулевой с периодичностью, рассчитанной вычислителем в зависимости от скорости движения судна и диаграммы разгона и торможения, автоматически подают сигналы с четырех секторных приемников системы приема внешних звуковых сигналов, при этом команды на авторулевой сопровождаются подачей сигналов маневроуказания. На чертеже приведена блок-схема устройства, посредством которого реализуется заявляемый способ.

Блок-схема включает приемоиндикатор 1 сигналов спутниковой навигационной системы, гирокомпас 2, навигационную РЛС 3, лаг 4, эхолот 5, центральный процессор 6, контроллер 7, дисплей 8, электронную картографическую навигационную систему 9, измеритель параметров ветра 10, измеритель параметров волнения 11, блок управления 12, рулевой датчик 13, рулевое устройство 14, рулевой механизм 15, руль 16, аппаратные средства 17 программного обеспечения авторулевого, подруливающее устройство 18, блок датчиков динамических параметров 19, антенну 20 приемоиндикатора 1 сигналов спутниковой системы, судовую сеть 21 с интерфейсом, круговой излучатель 22, секторные приемники 23, 24, 25, 26, звуковую систему сигналов 27.

Как и в прототипе [7], для учета ветровых возмущений посредством судовых измерителей ветра типа КИВ-2 или ИПВ-92 измеряют скорость и направление ветра. Для получения наиболее полной информации о параметрах воздушного потока выполняют измерение невозмущенного потока в носовой или кормовой оконечностях судна в зависимости от направления ветра, а также на уровне возможной максимально высокой точки над ходовой рубкой. Затем определяют сдвиг ветра между уровнями палубы и максимально высокой точкой над ходовой рубкой. Так как судовые измерители ветра измеряют среднюю скорость ветра на разной высоте, то в навигационном приборе средние значения ветра моделируются логарифмическим профилем, что позволяет определить сдвиги ветра по критериям интенсивности и их влияние на управление судном и в конечном итоге исключить влияние сдвига ветра на движение судна, заключающегося в том, что при резком изменении движения потока вдоль траектории движения путевая скорость вследствие инерции некоторое время сохранится, в то время как приборная скорость резко изменится, что незамедлительно приведет к соответствующему изменению подъемной силы, поскольку она прямо пропорциональна квадрату воздушной скорости. Боковые сдвиги ветра, направленные поперек траектории движения и вызванные чаще всего резкими изменениями направлений ветра, вызывают боковое смещение судна, что весьма нежелательно при прохождении узкостей, так как это может привести к увеличению ширины безопасной полосы движения.

В известных способах автоматической проводки судна, если и учитывается влияние ветра на движение судна, то для преобразования частоты переменных составляющих скорости ветра, как правило, используют гипотезу Тейлора о "замороженном" поле скоростей, которая применима при скоростях движения судна выше средней скорости ветра, или используют результаты продувки модели судна в аэродинамической трубе. Однако при движении судна со средней скоростью и курсовым углом по направлению к бегу волн и генеральному направлению ветра спектральные характеристики воздействий от переменных составляющих скорости ветра будут иными, чем спектры возмущений, действующих на неподвижный объект.

Так как морское волнение является наиболее существенным возмущающим фактором для судов как объектов управления, ухудшающим функциональную эффективность и безопасность, то посредством когерентной навигационной радиолокационной станции или специальных устройств измеряются параметры волнения (см., например: 1. Загородников А.А. Радиолокационная съемка морского волнения с летательных аппаратов. Л.: Гидрометеоиздат, 1978, с.148-150. 2. Ванаев А.П., Чернявец В.В. Определение параметров волнения совмещенной системой измерения скорости судна и высоты волны //Л.: Судостроение, 1993, №8-9. 3. Патент RU №2137153). При этом на основе текущих измерений профиля волн определяются такие их интегральные характеристики, как среднее значение высоты и периода, курсовой угол основного направления движения волн, скорость и длина волн, что позволяет сформировать сигнал волнового возмущения для использования в авторулевом, определить параметры волнения дня решения задачи оптимизации курса и скорости судна на волнении, определит параметры качки, крен и дифферент судна, его осадку на ходу. Определение параметров ветра и волнения позволяет автоматизировать процесс определения волнового запаса на погружение оконечности судна при волнении в зависимости от длины судна, числа Фруда, высоты волны 3% обеспеченности в системе волн наиболее опасного направления в районе судового хода при действии ветра, а также скоростного запаса на изменение осадки судна на ходу и запаса на крен судна, возникающий от воздействия ветра и гидродинамических сил на повороте, зависящих от ширины судна, крена от ветра и крена судна на повороте, а в конечном итоге определить суммарный навигационный запас глубины при проходе мелководных участков с учетом минимального навигационного запаса, необходимого для обеспечения управляемости судна в соответствии с известными зависимостями (см., например: РД 31.31.47-88 "Нормы проектирования морских каналов", М., 1988). Ввиду того, что обозначенная глубина на навигационных картах, являющихся основой для установления программных значений, может отличаться от реальных глубин, особенно в устье рек с небольшой интенсивностью судоходства и постоянно или периодически переграждаемых барами, а промеры и последующие дноуглубительные работы в нынешних условиях выполняются нерегулярно, то для контроля реальных глубин с устройства, представляющего собой эхолот или эхолокатор бокового обзора, измеренные значения глубин под килем, а также сигналы, характеризующие профиль рельефа дна с эхолокатора, транслируются на навигационный прибор, в котором после соответствующей обработки транслируются на электронную картографическую навигационную систему (ЭКНИС), на которую также транслируются значения координат от приемоиндикатора спутниковой навигационной системы или координаты, полученные по счислению (приборная скорость, курсовой угол), данные от навигационной РЛС при прибрежном плавании, и которая содержит банк данных навигационных карт в электронном виде в форматах, соответствующих стандартам ИМО и Главного управления навигации и океанографии РФ, с возможностью их корректуры по измеренным текущим значениям навигационных параметров, что позволяет устанавливать программные параметры с повышенной степенью достоверности.

Одновременный вывод на ЭКНИС программных и текущих навигационных параметров, радиолокационных сигналов, картографической информации и изменений динамических параметров судна в реальный момент плавания позволяет получить избыточность информации для формирования сигналов управления движением судна с учетом конкретных условий плавания.

При этом математическая модель судна включает уравнения, позволяющие выполнить условия устойчивости или неустойчивости по Ляпунову, соответствующие реальной физической системе, и описывает движение судна в горизонтальной плоскости (курс, угловая скорость, продольная и поперечная составляющие скорости) и вертикальной плоскости (линейные скорости и ускорения) с учетом ветро-волновых возмущений, навигационных датчиков и рулевого привода.

Система уравнений движения судна содержит динамические уравнения, описывающие движение его характерной точки (полюса), динамические уравнения, описывающие движение судна относительно полюса, кинематические уравнения связи угловых и линейных скоростей с угловыми и линейными координатами, вспомогательные уравнения связи между различными системами координат выражения для проекций сил и моментов. В состав математических алгоритмов авторулевого входят алгоритмы управления рулевым приводом; алгоритмы управления угловой скоростью; алгоритмы управления курсом в режимах точной стабилизации и экономического хода, в грузе и балласте; алгоритмы маневрирования курсом; алгоритмы управления движением по маршруту; алгоритмы восстановления фильтрации параметров движения; алгоритмы адаптации, которые обеспечивают стабилизацию судна на заданном курсе, маневрирование курсом, восстановление и фильтрацию угловой скорости судна, адаптацию параметров регуляторов авторулевого. При этом стабилизация (удержание) курса судна осуществляется при движении в открытом море и при движении в узкостях и при наличии навигационных опасностей, маневрирование курсом осуществляется в режимах стабилизации заданной угловой скорости, перевода на новый курс с заданной угловой скоростью или радиусом поворота, движении по маршруту, задаваемому последовательностью точек поворота, алгоритмы восстановления фильтрации угловой скорости обеспечивают минимизацию кладок руля при интенсивных волновых возмущениях, адаптация регуляторов авторулевого производится по скорости хода судна, глубине под килем, гидрометеорологическим условиям, загрузке судна, алгоритмы авторулевого обеспечивают управление при заданных предельно допустимых угле перекладки руля и угловой скорости судна и сигнализацию при потере заданной точности стабилизации курса. Программное обеспечение авторулевого функционирует на аппаратных средствах, представляющих собой микро-ЭВМ, объединенных системой обмена информацией с подключенной к ним группой адаптеров для стыковки с навигационными датчиками, датчиками измерения динамических параметров и рулевым приводом.

Получение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей известного способа автоматической проводки судна, обусловлено тем, что при выполнении маневрирования по ряду различных причин вблизи судна может оказаться другое судно на таком малом расстоянии, что столкновение уже нельзя предотвратить только действиями уступающего дорогу. Тогда судно в соответствии с Правилом 17 (b) Международных правил предупреждения столкновений судов (МППСС-72) должно немедленно выполнить маневр последнего момента.

Одной из проблем является то, что конкретная дистанция начала маневра последнего момента официальными документами не регламентирована, так как она зависит от многих факторов. Например (см. А.Яковлев. Маневр последнего момента. Морской сборник. 1976, №4. С.48), с дистанции 10 кбт любой маневр крупнотоннажных судов, сближающихся полными ходами с курсовых углов 15-45°, уже не предотвратит столкновения. В то же время для маломерных судов дистанция 10 кбт достаточна для выполнения безопасного маневра. Натурные испытания (см. А.Яскевич, Ю.Зурабов. Новые международные правила предупреждения столкновения судов. М., Транспорт. 1979, с.76-81), проведенные с танкером дедвейтом 213 тыс. т, показали, что для изменения им курса на требуемые МППСС 30-60° необходимо 2-5 минут. За это время судно, имеющее скорость 15 уз, пройдет 5-12 кбт. Еще большего времени требует изменение скорости судов. Например, у судна дедвейтом более 200 тыс. т в случае перевода машинного телеграфа на «Стоп» скорость уменьшится вдвое только через 10-20 минут, а полностью оно остановится лишь через час. Даже при даче полного хода назад такое судно может быть остановлено только через 10-20 минут, за которые оно успеет пройти около 20-25 кбт.

Для каждого судна в соответствии с резолюцией IMCO A.209 (VII) от 28.10.71 рекомендуется включать в состав информации о маневренных качествах судна диаграммы разгона и торможения. Анализ этой информации показывает, что на современном уровне развития судостроения максимальное расстояние свободного торможения судна должно приниматься более 16 кбт.

При выборе дистанции последнего маневра необходимо также учитывать то, что она не должна быть и слишком велика, чтобы не нарушить основной принцип согласованности действий при расхождении: «привилегированное» (согласно МППСС-72) судно сохраняет курс и скорость, а судно, находящее в положении «уступающего дорогу», уступает.

Анализ ситуации сближения судов показывает, что маневры курсом оказываются наиболее эффективными при расхождении с целью, идущей встречным курсом или обгоняющей судно.

В большинстве случаев предпочтение отдается изменению курса вправо, далее - уменьшению скорости хода вплоть до полной остановки, затем - изменению курса вправо с одновременным уменьшением скорости и, наконец, - изменению курса влево. Изменение курса в сторону увеличения пеленга, обычно вправо, является достаточно безопасным маневром, если он выполняется заблаговременно и решительно, чтобы показать ракурс другому судну. При этом уменьшится относительная скорость сближения, будет больше времени на оценку развивающейся ситуации.

При опасном сближении с целью, находящейся на траверзе, более рациональным в ряде случаев является маневр изменения скорости. Скорость рекомендуется уменьшать одноразово и не менее чем вдвое, для чего обычно необходимо стопорить машины и давать задний ход. Тем самым судоводитель будет иметь больше времени для оценки ситуации сближения судов, что вполне соответствует правилу 8 (е) МППСС-72: «Если необходимо предотвратить столкновение или иметь больше времени для оценки ситуации, судно должно уменьшить ход или остановиться, застопорив свои движители или дав задний ход».

На комбинированный маневр (курсом и одновременно скоростью) распространяются требования, изложенные в правиле 8 (а, b, с) МППСС-72. Выполнение одновременно двух действий уменьшает необходимое для маневра водное пространство по носу судна и увеличивает промежуток времени для надлежащей оценки ситуации. Учитывая то, что при сближении на противоположных или почти противоположных курсах нет судна привилегированного или обязанного уступить дорогу, здесь действует каждое самостоятельно, применяя дополнительно сигналы маневроуказания. Относительная скорость сближения судов в этих условиях весьма высока и может составлять 40-50 уз. При таких скоростях относительного сближения при обнаружении топовых огней на пределе их дальности видимости сближение может произойти уже через 8-12 мин.

Также учитывается, что порядок действий для предотвращения столкновения точно не определен и зависит от обстоятельств и условий сближения основываясь на правиле 5 МППСС-72, которое предписывает каждому судну вести постоянное наблюдение всегда, т.е. независимо от состояния видимости и района плавания, используя при этом все имеющиеся для этого возможности, включая визуальное и слуховое наблюдение, а также наблюдение с использованием технических средств.

Круговой излучатель 22 сигнала дальностью действия 16 кбт и четыре секторных приемника 23, 24, 25 и 26 сигналов образуют систему «маневра последнего момента».

Круговой излучатель 22 с периодичностью, рассчитанной центральным процессором 6 в зависимости от скорости движения судна и диаграммы разгона и торможения, выдает сигнал, который, отражаясь от находящихся целей (судов), принимается секторными приемниками 23, 24, 25 и 26.

Сектор приема секторного приемника 23 составляет 60° л.б.-60° п.б.

Сектор приема секторного приемника 24 составляет 60°° п.б.-120° п.б.

Сектор приема секторного приемника 25 составляет 120° п.б.-150° л.б.

Сектор приема секторного приемника 26 составляет 60° л.б.-150° л.б., где п.б. - правый борт, л.б. - левый борт.

При получении сигнала с секторного приемника 23 центральный процессор 6 дает команду на авторулевой через аппаратные средства 17 программного обеспечения авторулевого для отворота судна ВПРАВО на 60° до вмешательства судоводителя.

При получении сигнала с секторного приемника 24 подается команда на авторулевой для отворота ВЛЕВО на 60° и СТОП до вмешательства судоводителя.

При получении сигнала с секторного приемника 25 подается команда на авторулевой для отворота ВЛЕВО на 60° до вмешательства судоводителя.

При получении сигнала с секторного приемника 26 подается команда на авторулевой для отворота ВПРАВО на 60° и СТОП до вмешательства судоводителя.

Все команды на авторулевой сопровождаются подачей сигналов маневроуказания согласно МППСС-72.

Предлагаемое техническое средство выгодно отличается от имеющихся средств автоматизации судовождения простотой.

Предлагаемое техническое средство позволит предотвратить столкновение судов при чрезмерном сближении, предоставляя дополнительное время судоводителю для оценки ситуации и принятия решения.

Предлагаемая в системе процедура обработки данных об окружающей обстановке обеспечит своевременное выявление развивающейся аварийной ситуации и с помощью определенных управляющих воздействий своевременно исключит или минимизирует последствия столкновения судов.

Способ реализуется как на штатных, так и принятых на снабжение судовых технических средствах навигации и управления движением. Программное обеспечение позволяет реализовать способ практически для любого класса судов.

Источники информации

1. Патент J №62-45119.

2. Патент US №3946690 A.

3. Патент RU №2150409.

4. Патент JP №62-3459.

5. Пирогов Н.Н., Чернявец В.В. Навигационный комплекс для катеров на подводных крыльях. Зарубежное военное обозрение, №4, 1986, с.58-59.

6. Патент RU №2207296 C2.

7. Патент RU №2277495 C1, 10.06.2006.

Способ автоматической проводки судна, включающий измерение параметров движения датчиками угла курса и угловой скорости, датчиком положения руля и навигационным прибором, определяющим текущее положение судна, их последующее сравнение с программными значениями данных параметров движения и формирование управляющего сигнала на рулевой привод в функции данных рассогласований и скорости судна, определяемой навигационным прибором, получение программных параметров движения, определяющих положение судна путем обработки сигналов о положении судна от навигационного прибора, определение программных значений угла курса, угловой скорости, положения руля в соответствии с моделью движения в функции радиуса разворота, текущей скорости и времени, дополнительное измерение параметров ветра, углов тяги, эксцентриситета и оборотов движителей, оборотов подруливающего устройства, глубины под килем, определение траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей, определение программных значений угла курса, угловой скорости и положения руля в соответствии с моделью движения судна в дополнительной функции скорости и направления ветра, углов тяги, эксцентриситета и оборотов движителей, оборотов подруливающего устройства, глубины под килем, траекторий движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей и углов дрейфа и сноса судна, отличающийся тем, что через аппаратные средства программного обеспечения на авторулевой с периодичностью, рассчитанной вычислителем в зависимости от скорости движения судна и диаграммы разгона и торможения, автоматически подаются сигналы с четырех секторных приемников системы приема внешних звуковых сигналов, при этом команды на авторулевой сопровождаются подачей сигналов маневроуказания.



 

Похожие патенты:

Используют кормовую А и носовую F точки в диаметральной плоскости судна. В точки А и F устанавливают акселерометры и измеряют продольные и поперечные ускорения точек А и F.

Изобретение относится к области судовождения, в частности к системам автоматического управления движением судна. .

Изобретение относится к области судостроения и касается средств активного управления судном, а более конкретно - подруливающих устройств. .

Изобретение относится к технике управления движением подводных аппаратов. .

Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано для стабилизации положения танкера при погрузке нефтепродуктов относительно нефтяного терминала в открытом море.

Изобретение относится к судовым установкам, оборудованным газотурбинными агрегатами. .

Изобретение относится к оборудованию судов и может быть использовано в средствах активного управления движением судов, в том числе в подруливающих устройствах (ПУ).

Изобретение относится к области автоматизации управления процессом проектирования законов управления и структуры систем управления судов и кораблей с использованием вычислительных средств.

Изобретение относится к водному транспорту, в частности к управлению движением швартующегося судна при выполнении им швартовной операции к судну партнеру. .

Изобретение относится к системам управления движением подводных аппаратов. .

Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано при управлении траекторией движения судна, выполняющего сложное маневрирование. Способ определения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента включает определение текущего значения абсциссы центра вращения, угловой скорости судна, демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и ее момента. В способе дополнительно используют расположенные в диаметральной плоскости судна условно называемые кормовую точку A и носовую точку F, в которых размещают датчики линейных ускорений. С помощью датчиков измеряют значения поперечных линейных ускорений wyF, wyA соответственно в носовой точке F и кормовой точке А. Затем рассчитывают текущие значения поперечных составляющих линейных скоростей υyA, υyF точек А и F. Затем определяют нормальную гидродинамическую силу и ее момент. Текущее значение абсциссы х0 центра вращения определяют непрерывно в процессе выполнения маневра. Достигается повышение безопасности управления судном при выполнении им сложного маневрирования. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к водному транспорту и касается управления движением швартующегося судна при выполнении им швартовной операции к судну-партнеру, лежащему в дрейфе. Текущее положение траектории сближения определяют в виде прямой линии, проходящей через две заданные точки на плоскости. Текущее положение заданных точек на плоскости в любой заданный момент времени рассчитывают с использованием значений текущих координат носовой и кормовой точек судна-партнера, лежащего в дрейфе, заданного расстояния между бортами швартующихся судов, заданного положения швартующегося судна относительно судна партнера, лежащего в дрейфе в конечной стадии швартовки, и текущего значения длины тормозного пути швартующегося судна, необходимого для перехода его от исходной скорости движения к скорости, равной продольной составляющей линейной скорости швартующего судна. Сближение осуществляют в два этапа. На каждом этапе сближения используют свои заданные точки на плоскости. На первом этапе сближения швартующееся судно выходит в первую условную точку. На втором этапе во вторую условную точку. Технический результат реализации изобретения заключается в совершенствовании управления швартующимся судном при выполнении им швартовной операции к судну-партнеру, лежащему в дрейфе, и тем самым обеспечении безопасности швартовной операции. 4 ил.

Изобретение относится к управлению движущимся судном при его позиционировании в заданной точке плоскости в заданном направлении. Используют поперечные смещения двух разнесенных по длине объекта точек и продольные отклонения условной точки. Условная точка расположена в диаметральной плоскости (ДП) судна. Заданное направление судна совпадает с направлением ДП судна при его положении на поверхности воды, соответствующем минимальному внешнему силовому воздействию факторов окружающей среды (ветер, волнение, течение). Текущее положение разнесенных по длине судна точек на плоскости в любой заданный момент времени определяют с использованием спутниковой навигационной системы. Текущее положение условной точки рассчитывают с использованием значений текущих координат носовой и кормовой точек судна. Используют заданную точку. Заданная точка расположена на заданной линии. Формируют дополнительный сигнал управления по закону δS=kSdS, где kS - коэффициент усиления по продольному смещению заданной точки от линии, перпендикулярной заданной линии и проходящей через условную точку. Реализация изобретения заключается в обеспечении удержания позиционирующего судна на заданной линии и в заданной точке, расположенной на заданной линии. 5 ил.

Изобретение относится к водному транспорту. Способ управления заключается в том, что текущее положение траектории сближения определяют в виде прямой линии, которая проходит через две заданные точки на плоскости, текущее положение которых на плоскости в любой заданный момент времени рассчитывают с использованием значений текущих координат носовой и кормовой точек судна-партнера, стоящего на якоре, заданного расстояния между бортами швартующихся судов, заданного положения швартующегося судна относительно судна-партнера, стоящего на якоре, в конечной стадии швартовки и текущего значения длины тормозного пути швартующегося судна, необходимого для перехода его от исходной скорости движения к скорости, равной скорости течения в районе места якорной стоянки судна-партнера в конкретных условиях плавания. Для обеспечения безопасности швартовной операции сближение выполняют в три этапа. На первом этапе сближения швартующееся судно выходит в первую условную точку, на втором этапе - во вторую условную точку, а на третьем этапе сближается с судном-партнером, стоящим на якоре, на расстояние, позволяющее крепить швартовные тросы. Повышается безопасность выполнения судном швартовной операции. 4 ил.

Изобретение относится к управлению судном при следовании по заданной траектории и касается автоматического управления рулём или другим рулевым средством управления, которым оборудовано судно. Управление осуществляют по величинам поперечных смещений носовой А и кормовой В точек. Точки А и В разнесены по длине судна в его диаметральной плоскости (ДП). Производят выработку управляющего сигнала и в зависимости от его величины определяют скорость перекладки руля. При этом необходимо соблюдать ограничение - угол перекладки руля не должен превышать его максимальное значение, характерное для конкретного рулевого устройства. Повышена точность удержания судна на заданной траектории, улучшено качество управления и исключена вероятность потери управляемости. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области судовождения, в частности к системам автоматического управления движением судна. Устройство для формирования траектории перевода судна на параллельный курс содержит: задатчик абсолютной величины максимально допустимого сигнала управления, датчик продольной скорости, вычислитель критических параметров траектории перевода судна на параллельный курс, задатчик расстояния смещения параллельного курса от текущего курса, вычислитель изменения путевого угла Δϕ, минимального радиуса Rm допустимого оптимального полиноминального отрезка (ДОЭПО), длины L прямого отрезка между двумя ДОЭПО, датчик координат центра масс судна, вычислитель набора параметров граничных точек первого ДОЭПО, датчик путевого угла, вычислитель выходных параметров элементарных отрезков, задатчик абсолютной величины максимально допустимого сигнала управления, вычислитель набора параметров граничных точек первого ДОЭПО, вычислитель выходных параметров элементарных отрезков. На выходе вычислителя выходных параметров элементарных отрезков формируется траектория перевода судна на параллельный курс, состоящая из двух ДОЭПО или состоящая из трех элементарных отрезков. Достигается повышение безопасности перевода судна на параллельный курс. 12 ил.

Изобретение относится к системам управления движением подводных аппаратов. Устройство содержит движители вертикального и горизонтального перемещений, телекамеру, установленную с возможностью поворота, датчики угла поворота, сумматоры, источники опорного сигнала, пороговые элементы, синусные и косинусные функциональные преобразователи, блоки умножения и деления, усилители, ключи, логические элементы, датчики расстояния и команд, многоуровневый релейный элемент, блоки взятия модуля. Достигаемый технический результат заключается в автоматическом выборе требуемой скорости вращения движителей подводных аппаратов с учетом направлений этих вращений, при которых ни один из движителей не входит в режим насыщения независимо от направления их вращения. 1 ил.

Группа изобретений относится к способу автоматического управления судном по курсу и интеллектуальной системе автоматического управления судном по курсу. Способ заключается в том, что в качестве модели объекта управления используют нейросетевую модель объекта управления. Для настройки настраиваемых параметров алгоритма нечеткой логики получают и идентифицируют данные движения судна по курсу и данные управляющих воздействий, определяют данные критериальных признаков движения судна по идентифицированным данным движения судна по курсу и данным управляющих воздействий с использованием базы знаний поведения судна по курсу, выбирают нейросетевую модель объекта управления на базе определенных данных критериальных признаков движения судна, определяют данные настраиваемых параметров алгоритма нечеткой логики в соответствии с выбранной нейросетевой моделью объекта управления. Интеллектуальная система содержит регулятор на нечеткой логике, эмулятор для корректировки управляющего воздействия, прямые и обратные связи между объектом управления, регулятором на нечеткой логике и эмулятором. Эмулятор выполнен в виде нейросетевого эмулятора. Нейросетевой эмулятор включает нейросетевой классификатор, блок нейросетевой модели объекта управления и блок оптимизации. Нейросетевой классификатор содержит базу знаний поведения судна по курсу. Технический результат заключается в обеспечении высокого быстродействия процессов управления и эффективной фильтрации случайных возмущений системы. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл.

Изобретение относится к судостроению, а именно к подруливающим устройствам судов. Подруливающее устройство содержит два винта, установленные в гондоле на стойке обтекателей в сквозном канале, и приводной двигатель, а также снабжено дополнительными стойками, расположенными на обтекателях по краям гондолы. Достигается повышение эффективности работы в проточной части подруливающего устройства, увеличение КПД устройства, уменьшение расхода энергии, затрачиваемой на приведение в движение винтов подруливающего устройства. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области судовождения, а именно к автоматическому управлению движением судна по заданному маршруту. Отказоустойчивая система автоматического управления движением судна содержит датчик руля, датчик угловой скорости, датчик скорости хода, датчик угла курса, задатчик угла курса, сумматор, рулевой привод. Датчик руля подключен к первому входу сумматора, ко второму входу которого подключен задатчик угла курса. Выход сумматора подключен к входу рулевого привода. Также система дополнительно имеет датчик угла курса, два фильтра оценки угла курса и два фильтра оценок угловой скорости, блок среднего значения оценки угловой скорости и блок среднего значения угла курса, два датчика поперечной скорости судна и два фильтра оценки поперечной скорости судна, блок среднего значения оценки поперечной скорости судна, датчик оборотов подруливающего устройства, регулятор, привод подруливающего устройства и датчик угловой скорости. Достигается формирование отказоустойчивого автоматического управления движением судна. 1 ил.
Наверх