Метод аналізу навігаційних ситуацій для запобігання зіткнення суден і підвищення безпеки судноплавства

Abstract

Метод аналізу навігаційних ситуацій для запобігання зіткнення суден і підвищення безпеки судноплавства. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.22.13 – Навігація та управління рухом. – Льотна академія Національного Авіаційного університету, 2019. У дисертації розв’язується наукова задача розробки методів ситуаційного аналізу для автоматизації вироблення рішень на основі систем підтримки прийняття рішень з метою підвищення ефективності управління судном в небезпечній ситуації зближення (зіткнення). У вступі обґрунтована актуальність дослідження, показаний зв'язок роботи з науковими програмами, темами, обґрунтована наукова новизна отриманих результатів. Показані практичні значення та впровадження отриманих результатів. Відмічений вклад дисертанта в наукові роботи, які написані у співавторстві. У першому розділі обґрунтована необхідність ситуаційного аналізу обстановки для автоматизації управління судном, проаналізовані існуючі структура системи управління судном, міра автоматизації рішення завдань при несенні вахти, основні методи розпізнавання ситуацій, прийняття рішень і їх застосування у рамках вирішуваної задачі. Обґрунтована доцільність застосування методів штучного інтелекту при розробці спеціального математичного забезпечення системи управління судном в небезпечних ситуаціях. Обґрунтовано вибір напряму дослідження, постановлені часткові задачі дослідження та обґрунтуванню методи їх розв’язання. У другому розділі обґрунтований вдосконалений метод представлення та обробки знань про завдання виявлення нештатних ситуацій у зоні відповідальності судноводія. Розроблений метод відрізняється від відомих формалізованим описом процесу розпізнавання ситуацій під час руху судна в акваторії на основі нечіткої логіки і неоднорідних функціональних мереж, які дозволяють враховувати невизначеність і суперечність процесів при автоматизації процесу розпізнавання ситуацій. У третьому розділі вдосконалений метод дії судноводія по вироблення маневру щодо уникнення небезпечної ситуації зближення (зіткнення). Особливістю методу є урахування обмежень на кількість використовуваних ресурсів і час виконання маневру, який відрізняється від відомих розробкою раціональної послідовності дій судноводія для конкретної небезпечної ситуації з використанням декларативних знань у вигляді сценаріїв і з урахуванням існуючої невизначеності часу використання ресурсів. Також, удосконалений метод синтезу варіанту рішення щодо маневру екстреного розходження. Розроблений метод відрізняється від відомих використанням системного підходу до опису та оцінки ефективності дій судноводія щодо запобігання небезпечної ситуації. Представлення судна як системи дозволяє враховувати вплив засобів автоматизації на ефективність рішення завдань, покладених на судноводія при усуненні небезпечної ситуацій. У четвертому розділі розроблена схема автоматизації управління черговими силами, зроблений висновок про доцільність застосування розроблених методів для підвищення оперативності та обґрунтованості рішень, що приймаються, на ходовому містку, зроблена оцінка ефективності запропонованих методів. Показано, що імовірність правильного розпізнавання ситуацій судноводієм за рахунок автоматизації рішення зростає на 8÷10%, своєчасність вироблення рішень збільшується в 3÷6 разів. У висновках викладені основні питання проведеного дослідження, сформульовані отримані наукові та практичні результати роботи. Timoshuk O.М. Method of increase of safety of flights and navigation of air ships is in difficult meteorological terms. – Manuscript. The Thesis submitted for the scientific degree of Doctor of Philosophy (engineering) (Candidate of Technical Sciences) on specialty 05.22.13 – Navigation and Traffic Control. – Flight Academy of National Aviation University. Kropyvnytskiy, 2019. The dissertation is devoted to the solution of the actual scientific problem of developing a method for improving the safety of navigation and navigation of sea and river vessels in difficult navigational conditions by increasing the efficiency and soundness of the decision by the skipper in the event of a dangerous situation of convergence (collision) was solved. The introduction substantiates the relevance of the research, shows the relationship of work with scientific programs, topics, substantiated scientific novelty of the results. Practical values and implementation of the obtained results are shown. The contribution of the dissertation to the scientific works written in co-authorship is noted. The first section substantiates the need for situational analysis of the situation for the automation of ship management, analyzes the existing structure of the ship management system, the degree of automation of the solution of tasks when carrying the watch, the basic methods for recognizing situations, decision making and their application in the framework of the problem. The expediency of using artificial intelligence methods in the development of special mathematical support for the ship management system in hazardous situations is substantiated. The choice of the research direction is grounded, the partial tasks of the research are set out and the methods of their solving are substantiated. In the second section, an advanced method of presenting and processing knowledge about the task of detecting abnormal situations in the area of responsibility of the navigator is substantiated. The developed method differs from the known formalized description of the process of recognition of situations in the water area of the vessel on the basis of fuzzy logic and heterogeneous functional networks, which allow to take into account the uncertainty and contradiction of processes in the automation of the process of recognition of situations. In the third section, the method of action of the navigator to develop a maneuver to avoid a dangerous approach (collision) is improved. A feature of the method is the consideration of constraints on the number of resources used and the time of maneuver, which differs from the known development of a rational sequence of actions of the navigator for a specific dangerous situation using declarative knowledge in the form of scenarios and taking into account the existing uncertainty of the time of use of resources. Also, an improved method of synthesizing a variant solution for emergency difference maneuver. The method developed differs from the well-known systematic approach to describing and evaluating the efficiency of a navigator's actions to prevent a dangerous situation. The presentation of the ship as a system allows to take into account the influence of automation on the efficiency of solving the tasks assigned to the navigator in the elimination of dangerous situations. In the fourth section the scheme of automation of management of regular forces is developed, the conclusion about expediency of application of the developed methods for increase of efficiency and validity of the accepted decisions on a running bridge is made, the efficiency of the offered methods is made. It is shown that the probability of correct recognition of situations by the navigator due to the automation of the solution increases by 8 ÷ 10%, the timeliness of decision-making increases by 3 ÷ 6 times. The conclusions outline the main issues of the study, formulate the scientific and practical results obtained.