Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние радиоэлектронных систем обеспечения безопасности швартовных операций нефтеналивных судов в условиях развивающегося порта
1.1. Основные понятия, используемые для описания движения судов в портовых водах 15
1.2. Проблемные аспекты швартовки крупнотоннажных судов к причалу 18
1.3. Влияние человека-оператора на швартовочные операции и его взаимодействие с радиоэлектронными средствами обеспечения безопасности мореплавания 20
1.4. Формулирование задачи обеспечения требуемого уровня точности определения местоположения судна при швартовке с помощью современных радиоэлектронных средств 23
1.5. Региональные особенности швартовки крупнотоннажных нефтеналивных судов к причалам нефтебазы Шесхарис 31
1.6. Краткие выводы по главе 37
Глава 2. Математическая модель и анализ факторов, определяющих безопасность выполнения швартовных операций 38
2.1. Вероятностно-статистический анализ безопасности швартовных операций к причалам нефтегавани Шесхарис 38
2.2. Модель дисперсионного анализа и ее обоснованность для оценки влияния человеческого фактора на швартовку крупнотоннажного судна к причалу 44
2.3. Экспериментальные экспертные оценки по трем психологическим характеристикам оператора при выполнении различных швартовных операций 54
2.4. Анализ значимостей психологических факторов для человека-оператора при швартовке судна (однофакторная модель) 58
2.5. Анализ качества швартовки судна к причалу с помощью двух-факторного дисперсионного анализа 85
2.6. Краткие выводы по главе 96
Глава 3. Технические характеристики и особенности эксплуатации системы определения местоположения судна 98
3.1. Нормативная база контроля параметров швартовки 98
3.2. Системы определения места судна 107
3.3. Оптическая дальнометрия 121
3.4. Краткие выводы по главе 128
Глава 4. Системы точного позиционирования для швартовки крупнотоннажных судов
4.1. Система спутникового позиционирования судов при швартовке 129
4.2. Локальные системы швартовки крупнотоннажных судов 139
4.3. Лазерная система швартовки танкеров у нефтетерминала «Шесха-рис» 143
4.4. Краткие выводы по главе 148
Заключение и выводы 150
Литература 151
- Влияние человека-оператора на швартовочные операции и его взаимодействие с радиоэлектронными средствами обеспечения безопасности мореплавания
- Модель дисперсионного анализа и ее обоснованность для оценки влияния человеческого фактора на швартовку крупнотоннажного судна к причалу
- Анализ значимостей психологических факторов для человека-оператора при швартовке судна (однофакторная модель)
- Лазерная система швартовки танкеров у нефтетерминала «Шесха-рис»
Введение к работе
Актуальность проблемы. Заход судна в порт назначения, с точки зрения сложности навигации, обеспеченности радиоэлектронными средствами управления и контроля информационной нагрузки судоводителя, можно дифференцировать на ряд этапов, которые можно назвать фазами судозахода. Такое разделение позволяет более четко определить требования к точности определения местоположения судна, заходящего в порт, а также позволит оценить вклад человеческого фактора, безопасность судозахода и меры снижения его влияния на возможные аварийные ситуации на каждом этапе судозахода. Такое разделение предусмотрено в принятой в 1983 г. ИМО Резолюции А.529(13) "Стандарты точности судовождения", но оно касается узкого аспекта судозахода: точности определения местоположения [1]. В то же время безопасность судозахода зависит от большого числа факторов, включая действия судоводителя, или человеческий фактор. Исходя из сказанного выше и практики судовождения в портовых водах, можно выделить четыре фазы судозахода.
Первая фаза судозахода
В соответствии с Резолюцией А.529(13) "Стандарты точности судовождения" рейс судна может быть поделён на вход в гавань и подходы к ней, а также воды, в которых ограничена свобода маневра и другие воды. По этому делению практически вся дистанция первой фазы судозахода относится к стадии "другие воды". Для этого участка маршрута движения навигационная точность должна быть не хуже 4% расстояния от опасности, но не более 4 морских миль [1]. На этой стадии рейса речь идёт о дистанциях до опасности, исчисляемых десятками миль. Тогда порядок требуемой точности составляет доли и единицы миль.
Именно эта фаза судозахода, как показывают статистические данные, характеризуется сравнительно невысокой вероятностью происшествий и катастроф, что и объясняет указанный пониженный уровень запроса на точность определения координат судна. Так, по данным ИМО [1], собранным в мире за период двух последних десятилетий, в морских районах А3 и А4 происходит от 3 до 5% от количества всех происшествий и катастроф, а в морских районах А и А і - остальные 97 - 95%.
Следует отметить, что перечисленные параметры систем имеют место в идеальных условиях. На практике существует ряд особенностей, ограничивающих возможности перечисленных систем, таких как ограниченность разрешающей способность по дальности береговых РЛС (±75 м), наличие зон и "радиотени", а также экранирование большим судном близко расположенного малого судна.
Анализ приведённой информации, а также параметров судовых навигационных средств, позволяет сделать следующий вывод: в первой информационной фазе судозахода перечисленные средства навигации, при условии их идеальной работы, удовлетворительно обеспечивают необходимую точность определения местоположения заходящего в порт судна.
Вторая фаза судозахода
Вторая информационная фаза судозахода относится к стадии рейса, определяемой в "Стандартах точности судовождения" [1], как "вход в гавань и подходы к ней, а также воды, в которых ограничена свобода маневра". В соответствии с [1], "величина допустимой погрешности места зависит от местных условий, и её определение является функцией соответствующих Администраций".
Понятно, что в условиях ограниченного маневра, касающегося подхода к воротам фарватера, требуется большая точность определения местополо жения, чем это было в первой фазе. Данное утверждение актуально, поскольку наблюдаются периодические навалы судов на ворота фарватера.
Так, в порту Новороссийск ширина фарватера у его ворот составляет 310 м. Расчётное же значение возможного бокового уклонения судна у ворот фарватера составляет 129,2 м. Эта цифра показывает, что требования к точности определения местоположения судна повысились, по крайней мере, в несколько раз по сравнению с требованиями в первой фазе [2,4,5]. Однако, береговые и спутниковые средства навигации остаются теми же, что и в первой фазе:
— РЛС СУДС;
— навигационные системы GPS и ГЛОНАСС;
— диффподсистемы GPS и ГЛОНАСС.
В этой фазе становится предельно допустимой разрешающая способность РЛС СУДС по дальности, составляющая ±75 м. Отмеченное обстоятельство можно объяснить тем, что ворота фарватера и РЛС СУДС порта Новороссийск (г.Дооб и м.Пенай) расположены, практически, на одной линии и ошибка в разрешении по дальности при входе/выходе двух судов через ворота фарватера .неизбежно приведёт к выходу одного из судов за ворота либо навалу на них. Кроме того, остаются в силе и особенности технических средств навигации, описанные при рассмотрении первой фазы судозахода.
Анализ приведённой информации, а также судовых средств навигации по второй фазе позволяет сделать следующий вывод:
— существующие средства навигации способны в идеальных условиях эксплуатации обеспечить вход в ворота фарватера Цемесской бухты, но без должного запаса безопасности;
— в качестве дополняющего резерва на случай нештатного функционирования существующих систем рекомендуется иметь на судне средства, позволяющие автономно определять дистанцию до ворот фарватера, а также до потенциально опасных плавсредств, находящихся вблизи ворот фарватера, с точностью не хуже 10—15 м. Третья фаза судозахода
Требования к точности судовождения в этой фазе, как и в предыдущей, определяются местной Администрацией и соизмеримы, а в отдельных районах и более жёстки, чем во второй фазе.
Однако, средства навигации остаются теми же:
- РЛС СУДС;
- навигационные системы GPS и ГЛОНАСС;
- диффподсистемы GPS и ГЛОНАСС.
Кроме особенностей РЛС СУДС порта Новороссийск, описанных при анализе первой информационной фазы, добавляются следующие.
- "засветка" низкой облачностью юго-восточной части бухты (п. Кабардинка);
. - невозможность определения радиуса дрейфа судна на якорной стоянке;
- экранировка большими судами, стоящими в нефтегавани Шесхарис, якорной стоянки №414.
Таким образом, с точки зрения информационного модуля определения точности навигации в третьей фазе судозахода, как и во второй, существующие системы удовлетворительно выполняют свои функции, однако в критических ситуациях их нештатного функционирования на судне необходимо иметь резервное средство автономного определения места с точностью не менее 10-15 л .
Следует отметить, что из всех происшествий и катастроф в морских районах Ai и Аг более 80% приходится на морской район Ai, а аналогичное рассмотрение статистики происшествий и катастроф в районе А і свидетельствует, в свою очередь, что большая их часть происходит на акваториях и фарватерах каналов, в припортовых и портовых водах, в местах отстоя и стоянки судов, на оживлённом пересечении морских транспортных и пассажирских путей (т.е. именно на второй и третьей фазах судозахода), и это несмотря на то, что именно здесь действуют портовые СУДС [6,7]. Одной из причин низкой эффективности современных СУДС, использующих САРП с помощью РЛС, является низкая точность определения места морских подвижных объектов. Для надёжного навигационного обеспечения судов и повышения безопасности плавания именно в этих морских районах, а также предотвращения экологических бедствий в прибрежных водах, на подходах к портам, в портовых водах, в узкостях, где свобода маневрирования ограничена, ИМО в 1995 т. приняла Резолюцию AS 15(19) [3], в соответствии с которой погрешность местоположения судна не должна превышать 10 ж для доверительной вероятности её реализации 95%, при частоте обновления отображаемой на дисплее GPS информации о местоположении судна 0,1 Гц (т.е. с интервалом не более 10 с). Если же информация о месте судна используется для управления судном или поставляется для аттестации электронных картографических устройств, то её обновление должно осуществляться с частотой 0,5 Гц (т.е. в пять раз чаще — с интервалом не более 2 с).
Четвертая фаза судозахода
Эта фаза характеризует процесс швартовки судна. Особенностью этой фазы судозахода является то, что сближение судна с причалом осуществляется, как правило, с выключенным двигателем швартуемого судна, что ведет к его, практически, полной неуправляемости. Поэтому задача безаварийной швартовки во многом определяется лоцманом, который контролирует технологию причаливания, но не имеет рычагов управления, а также экипажами буксиров. Отсюда следует, что именно на этой фазе судозахода существенную роль играет человеческий фактор. Как видно, возникает сложная и мало управляемая цепь исполнителей, где возможно искажение либо потеря ин формации и, как следствие, создание аварийной ситуации [8,9].
Большинство аварийных ситуаций при швартовке объясняется как отсутствием технических средств объективного контроля сближения судна с причалом, так и тем, что швартовка производится лоцманом визуально и существенным образом зависит от его психофизического состояния. Анализируя навалы судов на причалы и их сооружения, можно констатировать, что для осуществления безопасной швартовки необходимо знание не только местоположения судна относительно причала с высокой точностью, но и учет влияния наиболее сложной компоненты любого технологического процесса -человеческого фактора.
Растущие требования к безопасности мореплавания в каждой из фаз су-дозахода предполагают не только усовершенствование техсредств судов, так и, во-первых, многократное усиление технического контроля за действиями человека-судоводителя, особенно в прибрежных водах портов и национальных экономических зонах государств; так и, во-вторых, снижение роли (участия) человека в процессах поиска и решения задач оптимального управления и маневрирования судна на портовых фарватерах и акваториях швартовки судов [10,11]. Поэтому ИМО и Администрации морских портов мира в последние годы проводят активную работу по созданию и введению в действие [12]:
- разделения путей судопроводки в местах с интенсивным движением;
- зон с обязательным или добровольным радиосообщением между судами при приближении друг к другу или проходе мимо них;
- всё более совершенных систем управления движением судов (СУДС) в портах и на подходах к ним с постепенно наращиваемой автоматизацией контроля за качеством судовождения в морских районах А\\
- районов, обеспеченных средствами высокоточного местоопределения судов в прибрежных водах, использующих контрольно-корректирующие дифференциальные станции глобальных навигационных спутниковых систем (ДГНСС) типа ГЛОНАСС и GPS;
- сплошного радио покрытия (исключающего зоны тени) прибрежных полос морских районов А Глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности (ГМССБ) с круглосуточной надёжной УКВ-связью [13];
- спутниковой морской системы связи ИНМАРСАТ для обеспечения глобальной и оперативной связи с судами, находящимися в любом районе мира.
В рамках проводимых в ИМО работ по пересмотру Главы 5 «Навигационная безопасность» Конвенции по охране человеческой жизни на море (СОЛАС) предполагается в ближайшее время приступить к внедрению на морском флоте принципиально новой Автоматической информационной (идентификационной) системы (АИС). Внедряемая во всём мире первая версия АИС будет выполнять три основные функции:
- автообмен навигационными данными между судами при их расхождении в море;
- передача данных о судне и его грузе в береговые службы при его плавании в контролируемых районах с обязательными автосообщениями;
- передача с судна навигационных данных в береговую СУДС, обеспечивающую более точную и надёжную его проводку в зоне действия системы.
Таким образом, Автоматическая информационная система является морской» навигационной системой, в которой используется взаимный автоматизированный информационный радиообмен как между судами, так и между судном и береговыми службами, в ходе которого передают информацию о позывном и названии каждого судна (для их опознавания), их координатах, параметрах (размерах, грузе, осадке и др.), целях рейса, параметрах движения (курсе, скорости и др.) для решения задач предупреждения столкновений судов, контроля за соблюдением ими режима плавания и общего мониторинга состояния безопасности в контролируемом морском районе [14,15].
В числе важнейшего компонента сетевого развития АИС следует рассматривать введение службы Дифференциальной подсистемы глобальных навигационных спутниковых систем (ДГНСС) типа российской ГЛОНАСС или американской GPS, дополнение которых дифподсистемами решает проблему высокоточного определения места судна с субметровой точностью ( d5 м) [ 16,17]. I
Установка двух контрольно-корректирующих станций (ЮСС) ДГНСС позволит судам, плавающим в прибрежных водах Чёрного моря на подходах к фарватеру в порт Новороссийск или к Керченскому проливу, определять место судна со среднеквадратичной погрешностью не более \0м (при доверительной вероятности 95%). С помощью ДГНСС будет повышена точность местоопреде-ления судов, в результате чего станет более безопасным плавание судов в условиях плохой видимости, а также станет возможным выполнение специальных работ, включающих углубление каналов, строительство волноломных и портовых сооружений, нефтяных терминалов; кроме того, ДГНСС позволит более точно выставлять плавучие средства навигационного оборудования, что существенно улучшит качество обслуживания судов в порту, где требуется субметровая точность местоопределения объектов.
Таким образом, несмотря на широкое внедрение систем высокоточной навигации (ГНСС ГЛОНАСС, GPS), а также средств автоматического опознавания судов (АИС), на последней фазе судозахода остается проблема обеспечения безопасности швартовных работ [8]. Рассматриваемая четвертая фаза судозахода является наиболее сложной и ответственной, требующей непрерывного радиоэлектронного контроля процесса сближения судна с причалом, причём измерение до причала требуется определять с точностью долей метра.
Объект исследования — радиоэлектронные средства обеспечения безопасности мореплавания с учетом человеческого фактора в системе судно-судоводитель в швартовочных процессах на морских акваториях портов.
Предмет исследования включает следующие компоненты: а) радиоэлектронные средства обеспечения безопасности мореплавания, используемые в процессах швартовки судов в портах; б) влияние человеческого фактора на безопасность швартовочных операций крупнотоннажных судов.
Цель исследования: \
- анализ состояния безопасности процессов швартовки судов в портах за последнее десятилетие (на примерах порта Новороссийск);
- минимизация аварийности швартовных операций путем модернизации классической схемы контроля этих операций внедрением подсистемы лазерного контроля швартовки крупнотоннажных судов;
- системный подход к снижению вклада человеческого фактора в статистику аварийности в порту. Научная новизна защищаемых соискателем положений характеризуется следующими достижениями:
- разработана методика применения дисперсионного анализа статистической оценки психологических факторов оператора-судоводителя на основе экспертных оценок специалистов;
- выполнены расчёты значимости психологических факторов человека-оператора, влияющих на качество швартовки судов в портах;
- разработана концепция автоматизированной подсистемы повышения качества деятельности оператора-судоводителя в швартовочных процессах, в основе которой лежит принцип расширения его информированности о точности местоположения судна в любой момент времени при осуществлении швартовных операций;
- дана прогнозная тенденция ближайшего десятилетия в развитии радио электронных средств поддержки решений судоводителя при швартовке судна.
Практическая значимость полученных результатов состоит в том, что рас смотрены вопросы обеспечения безопасности швартовки в Новороссийском порту в системной связи с современным этапом его развития (усложнения и насыщения разнообразными РЭС, снижающими вклад человеческого фактора в ошибки и сбои в процессах швартовки). В частности, разработаны методики контроля возможных опасностей, возникающих в процессе выполнения швартовных операций.
Полученные результаты работы используются в практической деятельности Администрации Морского порта Новороссийск (АМПН), а также в учебном процессе, дипломном проектировании и аспирантской работе в Новороссийской Государственной Морской академии (НГМА).
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на региональных научно-технических конференциях и семинарах в НГМА в 2000-04 годах и на международной научной конференции, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга: - Т.1, СПГУВК, Санкт-Петербурга, 2003 г. — 3 с. Публикации. Представленная совокупность научных результатов и технических решений опубликована автором в 12 работах Сборника научных трудов НГМА (г. Новороссийск) и Материалах международной научной конференции, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга и проходившей в Санкт-Петербурге; три работы опубликованы в центральных журналах "Транспортное дело России" и "Изв. ВУЗов, сер. "Технические науки" (списка ВАК).
Личный вклад в научные разработки, защищаемые в диссертации, определяющий, т.к. основная часть научных результатов получена лично автором, а часть - в соавторстве с научными сотрудниками и аспирантами кафедр "Управление Судном" и "Радиосвязь на морском флоте" НГМА.
В итоге на защиту выносятся следующие основные положения:
1. Методика применения дисперсионного анализа для статистической оценки психологических факторов оператора-судоводителя на основе экспертных оценок.
2. Расчёт значимости психологических факторов человека-оператора, влияющих на качество швартовки судов в портах.
3. Оценка эффективности предложенного комплекса РЭС швартовки судов в Новороссийском порту.
4. Концепция автоматизированной подсистемы непрерывного контроля качества деятельности оператора-судоводителя в процессах швартовки судов в Новороссийском порту.
5. Понятие критической вероятности навала судна на причал в процессе швартовки в условиях интенсивного роста судозаходов.
6. Прогнозная тенденция ближайшего десятилетия развития радиоэлектронных средств поддержки решения судоводителя при швартовке судна.
Влияние человека-оператора на швартовочные операции и его взаимодействие с радиоэлектронными средствами обеспечения безопасности мореплавания
Осуществление швартовки требует от лоцмана (или капитана) судна умения управлять судном таким образом, чтобы на определенном расстоянии от него не было других объектов или естественных опасностей, т.е. чтобы существовала постоянно свободная акватория, именуемая зоной безопасности [20, 29, 30]. Размеры ее зависят от величины судна и скорости его хода, а также других влияющих факторов, в том числе гидрометеорологических условий. Для судна, стоящего у причала в штилевую погоду (практически неподвижно), зона безопасности может ограничиваться площадью водной поверхности, близкой по конфигурации к эллипсу, большая ось которого равна наибольшей длине судна, а малая - его ширине. При движении судна (даже в случаях подвижек судна под действием ветра, течения или волнения моря) необходимая зона безопасности сразу же, соответственно, увеличивается в направлении вектора скорости; естественно, форма её изменяется, причём, особенно при швартовке, когда скорости концевых точек судна постоянно изменяют направление и модуль (см. рис.1.1).
На этом рисунке представлена схема существующего сегодня экстенсивно-системного решения вопросов обеспечения безопасности мореплавания в портах (при акцентированном внимании на заключительную стадию швартовки судна к пирсу или терминалу). Эта односторонность видна из того, что в современных технологиях судопроводки по акваториям порта действуют одновременно и новейшие (техническое обеспечение безопасности мореплавания), и древнейшие (визуальные) приёмы судовождения, в которых широко применяются и современные радиоэлектронные средства получения информации о местоположении судна, и традиционные способы управления судном на основе решений, вырабатываемых человеком-оператором (судоводителем), со всеми присущими этим решениям недостатками (низкая точность, низкая производительность, субъективистская артефактность и т.п.).
Из схемы видно, как за последние полвека постепенно наращивалась мощь и системная надёжность радиоэлектронного оснащения судовождения [31, 32] путем внедрения: - средств автоматической радиолокационной прокладки курса судна (САРГЕ); - Глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безо 1 пасности (ГМССБ) с целью обеспечения радиосвязи на всей поверхности Земли; - систем управлением движением судов (СУДС), обеспечивающих радио локационный контроль навигационной обстановки в порту, а также радио локационной проводки судов, автоматической информационной системы (АИС) и систем отображения электронных карт (ECDIS); - сверхточных лазерных и микроволновых дальномеров в технологиях дальномерно контролирующей системы швартовки (ДКСШ) судов к пирсам и терминалам. При всей масштабности этих внедрений научно-технических достижений на флоте, как мы покажем на конкретных примерах, совокупные результаты по снижению аварийности в портах и морских районах А і во всём мире более чем скромные, если не сказать - удручающие. Главной причиной такого положения дел является сильное включение (почти такое же сильное, как и много лет тому назад) человеческого фактора в выработку управленческих решений судовождения.
Из обобщения опыта судовождения можно сделать вывод, что с увеличением скорости судна увеличивается расстояние, на котором оно безопасно расходится с другими судами или минует различные плавучие и стационарные сооружения или навигационные опасности. Иными словами, зона обеспечения безопасности данному судну увеличивается почти пропорционально с ростом его скорости Vc (в направлении скорости судна), а резерв времени для выполнения "последнего безопасного маневра" в этой зоне уменьшается. Следует отметить, что содержания (алгоритмы) решений по управлению судном в общем случае сложны и во многом определяются своевременностью их получения в оптимальной для практики форме; последняя же зависит от субъективных характеристик оператора-судоводителя, сложности трассы, внешних условий плавания и т.п. Исследования показывают, что для безопасности швартовых технологий наиболее актуальны своевременность и оптимальность принимаемьгх управленческих решений. Будет показано, что включённость оператора-судоводителя в сложный процесс управления судном в каждом отдельном случае имеет естественный предел безопасности для плавания судна, за порогом которого ограниченные возможности человека делают плавание почти 100%-опасным [10,11,32]. Самыми слабыми сторонами оператора являются неспособность получения решений навигационных задач в реальном масштабе времени; невозможность получения решений с субметровой точностью и с субсекундной быстротой; недоступность видения текущих изменений кинетического состояния судна при очень медленных навигационных процессах и т.п.
Таким образом, мы приходим к выводу, что обозначенная на рис. 1.1 концепция системно-экстенсивного наращивания технического (радиоэлектронного) оснащения традиционных приёмов судовождения (в которых подготавливаемая радиоэлектронными средствами информационная навигационная база бесконтрольно и неограниченно перерабатывается человеком-судоводителем) себя исчерпала и требует нового подхода к совершенствованию приёмов судовождения, который существенно снижал бы вклад человеческого фактора в ошибки и решения, принимаемые в ходе судопроводки, швартовки и отшвартовки [34, 35].
Модель дисперсионного анализа и ее обоснованность для оценки влияния человеческого фактора на швартовку крупнотоннажного судна к причалу
В предыдущем разделе было установлено существенное влияние на вероятность безопасной швартовки технических средств, обеспечивающих объективную точность местоположения судна и тем самым снижающих субъективные факторы, связанные с определением местоположения швартующегося судна визуально. Анализ экспертных опросов специалистов судоводителей (лоцманов, капитанов судов) по влиянию различных факторов на качество швартовки также свидетельствует об этом, и более того, высказывается более глубокое предположение, что существенными факторами это-го процесса являются не только точность определения положения судна на отведённой акватории швартовки, но правильность и быстрота принимаемых решений лоцманом (капитаном судна); быстрота реакции; квалификация специалистов; профессиональная память (прошлый опыт). Субъективные оценки специалистов нам и предстоит оценить с помощью математической процедуры называемой дисперсионным анализом [42, 43].
Выше в первой главе отмечалось, что швартовка cудна является сложной и опасной операцией, т.к. акватория швартовки ограничена по площади (обычно менее 1 км , а длина судов 100 300 л ), т.е. процесс швартовки происходит в стесненных условиях. Во многих случаях в настоящее время сложная технология балансирования крупнотоннажного инерционного швартуемого судна осуществляется лоцманом, капитаном, штурманом визуально. В результате этого возникают аварийные ситуации, например, навалы судов на причалы и стоящие у них суда, утраты контроля над дрейфом швартуемого судна, вплоть до катастроф. Т.е. точности относительного визуального определения параметров швартовки судов с мостика в современных условиях стеснённости многих швартовых акваторий портов, крупнотоннажных судов, их массивности недостаточно [37]. О существенной роли в процессе швартовки человека (лоцмана, капитана судна), в частности его квалификации и опыта, мы также неоднократно упоминали. Нами показана важность объективного определения человеком параметров сближения швартуемого судна с причалом. К таким параметрам мы отнесли, в первую очередь, расстояние между судном и причалом, а также скорость их сближения. Очевидно, что дециметровая точность измерений координат (±10+15 см) в зоне швартовки судна недоступна ни человеку (при определении расстояний визуально), ни традиционным техническим средствам навигации (с помощью РЛС или обычных оптических средств). Такая точность определения положения центра тяжести и концевых точек судна на сильно ограниченной швартовой акватории доступна только специальным портовым лазерным системам, действующим только в зоне каждого отдельного причала и системам дифференциальной спутниковой навигации, комплексируемым с морскими портовыми АИС. Уже имеющийся опыт внедрения лазерных систем швартовки (в Новороссийске такая система уже развёрнута у причалов нефтетерминалов Шес-харис) показывает снижение отрицательного влияния человеческого фактора от просчётов судоводителя при выполнении операций швартовки больших морских судов в портах [8]. Как уже отмечалось выше, процесс швартовки часто осуществляется лоцманом (капитаном судна) визуально. Из литературных источников известно, что надежность оператора существенным образом зависит от степени его пригодности к той или иной профессии или специальности и, конечно же, от степени профессиональной подготовленности [44, 45]. Расчеты, проведенные специалистами, показывают, что профотбор дает не только большой экономический эффект, но и значительно сокращает сроки обучения и повышает надежность деятельности оператора. Наиболее существенным показателем качества профессиональной деятельности, в том числе ее безошибочности и безопасности, являются профессиональные умения. В психологии это понятие нередко соотносят с другим сходным понятием - навык (навык определяют как составляющую умения). Умение можно определить как комплекс навыков, объединенных знанием и опытом их разнообразного применения. При этом самым важным элементом умения является способность оператора правильно и полно оценивать сложившуюся ситуацию и выбирать для ее разрешения наиболее подходящий навык. Важным показателем умения оператора является способность обнаруживать в возникшей ситуации скрытые опасности и прогнозировать их развитие. Однако еще более важным качеством является способность заранее принимать меры по предупреждению возникновения подобных опасностей. Умелый оператор должен сам как бы конструировать развитие ситуации в желаемом направлении, не допуская возникновения в ней опасностей.
Выделим ряд качеств, которые можно отнести к показателям профессионализма лоцмана при выполнении швартовных операций [34, 46]: — знание взаимосвязи факторов при швартовке судна; - понимание окружающей обстановки; предусмотрительность; - уверенное принятие решений; - умение замечать обманчивость "спокойной" ситуации; — быстрое восприятие ситуации, быстрая ориентация в ней; - адекватность оценок собственных возможностей. Однако в некоторых случаях именно перечисленные качества могут иметь и негативный эффект — они притупляют бдительность оператора, спо- собствуют потере осторожности. Но эта негативная сторона профессионального умения никак не идет в сравнение с его положительным влиянием на работу оператора [47, 48]. Таким образом, из приведенного выше обзора различных мнений и оценок следует, что человеческий фактор является важнейшим фактором, влияющим на процесс швартовки. Известно, что человек при определенных условиях всегда испытывает затруднения, а иногда допускает ошибки. Причиной ошибочных действий оператора в сложных ситуациях, таких как процесс швартовки судна к причалу, могут быть: неполная, ложная и неопределенная информация, несогласованное поступление сигналов, недостаточный уровень подготовки оператора, слабые профессиональные способности или недисциплинированность, несоответствие законов управления реакциями человека и многие другие. Следовательно, понятие человеческого фактора включает в себя: — психофизиологические свойства человека; — возможности человека, проявляющиеся в конкретных условиях его взаимодействия с объектом управления; — зависимость характеристик деятельности человека от особенностей используемого навигационного оборудования. Исходя из сказанного выше, предположительно, наиболее значимыми факторами в процессе швартовки являются профессиональная память (про шлый опыт), быстрота реакции, быстрота принятия решений. Для объектив ного обоснования значимости приведенных факторов проанализируем при веденные оценки с помощью дисперсионного анализа, используя экспери ментальные экспертные данные [33,49].
Анализ значимостей психологических факторов для человека-оператора при швартовке судна (однофакторная модель)
Вопросам точности судовождения уделяется большое внимание как на национальном, так и международном уровнях. Принимая во внимание безусловную приоритетность ценности человеческой жизни, возможность возникновения непоправимых экологических катастроф и колоссальные экономические потери в случае морских аварий, обусловленных отсутствием точных сведений о текущих координатах и параметрах движения судна, ещё в 1983 году Ассамблея Международной морской организации приняла Резолюцию А.529(13) "Стандарты точности судовождения" [1].
В соответствии с этим документом накладываются обязательные требования на технические системы определения места судна, и рекомендуется правительствам-членам ИМО применять эти стандарты точности в качестве руководства при оценке функционирования подобных систем. В Резолюции выделены два фактора, влияющие на требования к точности местоопределения: - скорость судна; ! - расстояние до ближайшей навигационной опасности, под которой понимается "всякий признанный или нанесённый на карту элемент, либо граница, которые могут представлять или очерчивать опасность для судна, либо ограничивать район плавания". Применительно к решаемой задаче под опасностью, ограничивающей район плавания, Следует понимать причальные сооружения. Кроме того, точность определения места связана со стадиями рейса: - вход в гавань и подходы к ней, а также воды, в которых ограничена свобода маневра; - другие водные пространства. Деление на эти стадии, как отмечено в Резолюции А.529(13), является относительным и определяется местными условиями. Как видно, задача диссертационного исследования касается первой стадии рейса, когда судовождение осложнено стеснёнными границами судоходства. В этой ситуации особое значение приобретают параметры точности технических средств. Что касается последних, то это могут быть эхолоты, радиолокаторы, либо специальные радионавигационные системы. Следует обратить внимание, что традиционными для порта Новороссийск являются радиолокационные средства судна и службы управления движением судов, а спутниковые системы высокоточной навигации ГЛОНАСС и NAVTEX в акватории Цемесской бухты в настоящее время проходят этап экспериментальной эксплуатации. Поэтому ниже будет уделено больше внимания анализу возможности использования радиолокаторов СУДС в процессе швартовки.
Вернёмся к параметрам точности судовождения; в Резолюции лишь оговорено, что при плавании в не стеснённых условиях при скорости до 30 узлов погрешность местоопределения должна быть менее 4% от навигационной опасности, но не более 4 морских миль. Понятно, что такая погрешность для первой стадии рейса не приемлема. Её также сложно задать количественно, поскольку каждая гавань, причальные сооружения, метеоусловия, квалифи кация судоводителя и другие подобные факторы уникальны. В связи с этим местные Администрации должны индивидуально установить допустимые по I грешности судовождения, а также подготовить соответствующие технические средства.
Для решения вопроса при плавании во внутрипортовых водах проведём анализ рекомендаций, изложенных в Резолюции А.529(13). При этом реко . мендованную документом погрешность местоопределения pmin при плавании
Эта зависимость имеет непосредственное отношение только к точности судовождения при плавании в открытом море. Однако её анализ позволяет определить точностные границы местоопределения и в границах гавани. На рисунке 3.1 внутрипортовым водам соответствуют первые 10 миль, где параметры точности не заданы и, как отмечено выше, должны устанавливаться соответствующими Администрациями с учётом конкретной специфики судовождения в границах портовых вод.
Общеизвестно, что при плавании в стеснённых условиях, где существенную роль играют пространственно-временные факторы, к точности местоопределения предъявляются более жёсткие требования, чем в условиях свободного плавания, характерных для второй стадии рейса в терминологии рассматриваемой Резолюции ИМО. Сохраняется и тенденция к увеличению требуемой точности по мере приближения к опасности, под которой в данной работе понимаются, в первую очередь, причальные сооружения.
Анализируя графическую зависимость рис.3.1, несложно определить стандарт допустимой погрешности (5СТ.) определения координат в открытом море. Определим его для минимального расстояния до опасности (Rmw) Экстраполируя эту зависимость на первые 10 миль между судном и опасностью, можно получить первое приближение для определения точностных границ судовождения при подходе к порту (к ТВЛ) с шагом до границы опасности в 1 морскую милю (таблица З.1.), при проходе по фарватеру с ша- " гом до границы опасности в 1 кбт (таблица 3.2), а также в зоне швартовки с шагом до опасности в 2 м (таблица 3.3). Для наглядности числовые значения погрешностей в таблице ЗЛ представлены в кабельтовых, в таблице 3.2 -в метрах, в таблице 3.3 — в сантиметрах.
Анализ данных в представленных таблицах позволяет сделать важный вывод: даже при линейной экстраполяции требуемой точности судовождения в соответствии с Резолюцией ИМО А.529(13) при плавании в портовых водах погрешности определения места должны находиться в следующих пределах: - десятки метров, когда судно приближается к точке высадки лоцмана, а до ближайшей опасности более одной мили; - около метра, когда судно движется по фарватеру порта и до опасности порядка нескольких кабельтов; - сантиметровые и дециметровые значения погрешностей, если до опасности не более нескольких десятков метров. Прежде всего, следует отметить, что и при проходе фарватера, и при швартовке такие точности измерения расстояний "на глаз" штурмана или лоцмана недоступны. Более того, приведённые допустимые погрешности определения координат судна в порту налагают настолько жёсткие требования к точностным параметрам технических средств определения места судна, что требуют специального анализа, который мы приводим ниже.
Лазерная система швартовки танкеров у нефтетерминала «Шесха-рис»
После глубокого изучения проблемы точности измерений в швартовых операций на основании договора № ЭлП02-0203 от 12.02.02 г. с ООО "Эл-транс", г. Новороссийск; технического задания на "Проектирование системы швартовки танкеров нефтерайона ОАО "НМТП", утвержденного директором ООО "Элтранс" В.Г. Сенченко, Федеральным государственным унитарным предприятием "Научно-исследовательский и проектный институт геофизических методов разведки океана" (ФГУДП "НИПИокеангеофизика"), выполнен рабочий проект "Исследование и разработка РП программно-аппаратного комплекса "Оборудование причалов нефтерайона ОАО "НМТП" системой швартовки танкеров". Излагаемые ниже научные исследования являются частью этой программы работ, проведённых в порту Новороссийск на береговых терминалах "Шесхарис". На рабочий проект этой программы работ получен положительный отзыв ЦНИИМФ, составленный заведующим отделом "Технических средств судовождения" ЦНИИМФ Санниковым В.И.
Кроме того, Федеральным государственным унитарным предприятием "Морсвязьспутник" Минтранса России совместно с Федеральным государственным унитарным предприятием "НИПИ Океангеофизика" с учетом предложений других организаций разработаны "Временные технико-эксплуатационные требования № МФ-02-22/848-64" на "Лазерную систему швартовки крупнотоннажных судов (ЛСШКС)", утверждённые Руководителем Департамента безопасности мореплавания Государственной службы морского флота Минтранса России М.И. Суслиным 14 мая 2002 г.
Таким образом, в 2002 году на причалах №1, №2, №6 и №7 нефтегавани Шесхарис смонтированы и с участием соискателя пущены в эксплуатацию оптико локационные дальномеры на основе лазера "LASER DISTANCE SEN SOR LD90-3HiP" австрийской фирмы "RIEGL ". ( Общие сведения и особенности лазерного дальномера. Оптиколокацион-ный дальномер устанавливается на причале, а дистанция до приближающегося судна определяется посредством его облучения зондирующим оптическим сигналом. Датчики ряда LD90-3 относятся к импульсным системам; их действие основано на хорошо известном и описанном выше принципе измерения времени распространения короткого зондирующего лазерного импульса до цели и обратно. Учитывая, что расстояние от излучающего зрачка лазера до швартующегося судна сравнительно мало (не более нескольких сотен метров), интенсивность рассеянного бортом сигнала достаточно велика и поэтому дальномеры могут использоваться, фактически, при любой, даже плохо отражающей поверхности при любых погодных условиях, разрешённых для швартовки. Состав, структурная схема и принцип действия. Оптико локационный лазерный дальномер состоит из следующих частей: - полупроводникового лазера; - фотоприёмника; - приёмопередающей оптической системы; - устройства измерения времени запаздывания между зондирующим и принятым импульсами; - микрокомпьютера; - аналогового и цифрового интерфейсов. Структурная схема дальномера приведена на рис.4.8. Полупроводниковый лазер формирует периодическую последовательность коротких инфракрасных импульсов, которые коллимируются оптической системой и излучаются в виде луча с малой расходимостью в направлении швартуемого судна. Одновременно с излучением импульсы запуска лазера поступают на схему измерения времени, включая высокостабильный генератор счётных импульсов. Облучая борт судна, зондирующие оптические импульсы отражаются от него рассеянным потоком. I Часть отражённого светы воспринимается приёмной оптикой лазера, и на выходе фотоприёмника формируется импульс отражённого сигнала, который по-ступает на устройство измерения времени, останавливая генератор счётных импульсов. Таким образом, по количеству подсчитанных счётных импульсов однозначно определяется дальность до борта судна. Результат передаётся во встроенный микрокомпьютер, который готовит необходимую базу данных для передачи в центр управления швартовкой, а также на информационное табло, установленное на причале и отображагощее информацию о дистанции между судном и причаломДвухлетняя эксплуатация дальномеров на четырёх причалах Шесхариса показала их высокую надёжность, удобство в эксплуатации и минимум технического обслуживания. К достоинствам дальномеров можно отнести: - точное и динамическое измерение расстояния и скорости; - функциональный дизайн; легкий вес и устойчивое металлическое крепление; - короткий импульс излучения при достаточно высокой спектральной плотности обеспечивает превосходную помехоустойчивость; - герметичность корпуса и прекрасное качество защитного стекла позволяют эксплуатировать изделие в сложных погодных условиях; - узкий луч излучения с очень низким расхождением обеспечивает высокое пространственное разрешение; - дальномер измеряет дистанцию при любом положении судна, подготовленного для швартовки; - результаты измерения не зависят от погодных условий, температуры и параметров вдоль трассы распространения луча. Перечисленные особенности позволили использовать оптиколокацион-ный дальномер в составе лазерной системы швартовки крупнотоннажных судов (ЛСШКС). ЛСШКС является вспомогательной системой для лоцманской службы порта и предназначена для повышения безопасности в процессе проводки и швартовки одного или нескольких судов к стационарным причалам, к выносным погрузочным устройствам (ВПУ), нефтяным вышкам, к борту судна, а также позволяет вести мониторинг их состояния после постановки к причалу. В ней реализована идея "чёрного ящика", рассмотренная во второй главе на рис.2.1, которая особенно актуальна для оператора по перевалке нефти с берега на суда при расследовании причин происшествий при швартовке и отшвартовке судов. Задача состоит в обеспечении уверенности судовой и береговой команды в правильности выполнения операций швартовки-отшвар товки в случаях тех или иных происшествий при маневрах судна с нанесением повреждений береговым сооружениям и окружающей среде.
