Содержание к диссертации
Введение
I. Анализ и современное состояние особеностей навигационной безопасности и готовности к судоходству международного транспортного коридора «север - юг» 12
1.1. Анализ эксплуатационно-технических операций судна, выполняемых во время рейса по транспортному коридору 12
1.2. Анализ особенностей функционирования международного транспортного коридора «Север - Юг» 14
1.3. Структурная формализация процесса функционирования системы обеспечения навигационной безопасности транспортного коридора и выполнения рейса транспортным судном 18
1.4. Постановка задачи и основные направления исследования 32
Выводы по разделу 1 37
II. Математическая модель оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству 41
2.1. Обоснование показателей и метода оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству 41
2.2. Разработка возможной классификации транспортных коридоров по уровню навигационной безопасности 47
2.3. Метод оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству 51
2.4. Структура методики оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству 59
2.5. Концептуальные модели оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству 65
2.6. Марковская математическая модель оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству 72
2.7. Параметры и структура методики оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству 75
Выводы по разделу 2 76
III Оценка навигационной безопасности международного транспортного коридора «север - юг» на примере реки нева 80
3.1. Комплексная оценка навигационной безопасности реки Нева 80
3.2. Эксперимент по математическому моделированию проводки судов по участку реки Нева 84
3.3. Разработка практических рекомендаций судоводителям по управлению и маневрированию судном в транспортном коридоре «Север - Юг» на выбранном участке реки Нева 95
3.4. Экономический анализ применения методики оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству 101
Выводы по разделу 3 105
Заключение 109
Список использованных источников
- Анализ эксплуатационно-технических операций судна, выполняемых во время рейса по транспортному коридору
- Структурная формализация процесса функционирования системы обеспечения навигационной безопасности транспортного коридора и выполнения рейса транспортным судном
- Обоснование показателей и метода оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству
- Эксперимент по математическому моделированию проводки судов по участку реки Нева
Введение к работе
Постоянное возрастание экономических связей и перевозок между государствами ведет к интенсивному росту числа судов. Непрерывно растет плотность транспортных потоков судов различных типов и, как следствие, возрастает потребность в дополнительных судоходных артериях - так называемых транспортных коридорах, эффективность которых на прямую зависит от навигационной обеспеченности судоходства. В последние годы, огромное внимание уделяется сохранению человеческой жизни и окружающей среды. Со стороны государственных и международных организаций и ведомств, наблюдается постоянное ужесточение требований к обеспечению безопасности, как в портах погрузки выгрузки судов, так и на всем протяжении транспортного процесса.
Главной частью обеспечения безопасности в транспортном процессе является обеспечение безопасности на протяжении самого рейса, так как основная доля аварий происходит во время перехода транспортного судна из одного пункта в другой. Подавляющая часть таких аварий сопровождается разливом нефтепродуктов, что в каждом случае неотъемлемо влечет за собой экологическую катастрофу различных масштабов. Таким образом, обеспечив или повысив уровень безопасности на протяжении всего рейса, можно понизить вероятность появления аварийной ситуации. Это означает необходимость повысить уровень навигационной безопасности плавания. Увеличивающиеся размеры судов по отношению к габаритам судоходных путей, возрастающая интенсивность движения флота, невыполнение судовладельцами требований, регламентирующих безопасность судоходства, нарушение командным составом трудовой дисциплины, технические неисправности судовых устройств, влияние метеорологических условий и другие факторы обоснованно выдвигают навигационную безопасность судоходства на внутренних водных путях Российской Федерации в наиболее приоритетную и актуальную проблему.
Исследования, проведенные на основе анализа транспортных происшествий на Волго-Балтийском водном пути за навигации последних лет и особенно за навигации 2005-2006 гг., показали, что путь в решении проблемы снижения аварийности и эксплуатационных происшествий на внутренних судоходных путях, совершенствование техники выработки специальных требований к судоводителям-операторам и разработке рекомендаций по управлению и маневрированию судном в настоящее время являются наиболее эффективным.
Как известно, критерий безопасности является одним из самых важных и характерных для любого вида производственной деятельности человека, в том числе и при организации транспортного процесса. При рассмотрении проблемы обеспечения безопасности судоходства на внутренних водных путях Российской Федерации данный вопрос приобретает особую значимость.
Международная Морская Организация и мировое сообщество обратило внимание на эту проблему еще в середине 50-х годов XX века, и интенсивно занимается изучением этой проблемы в настоящее время, а в России до сих пор практически отсутствует нормативная база этого вопроса. Комплексной оценки навигационной безопасности плавания и готовности транспортного коридора к судоходству и, прежде всего, связанной с разработкой методического и математического аппаратов оценивания показателей навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству, предназначенного для создания методов и моделей, применяемых при автоматизации процессов исследования оценивания уровня навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству, попросту не было. Причем под навигационной безопасностью будем понимать навигационную безопасность плавания, включающую в себя техническую безопасность (противопожарную, экологическую, антитеррорестическую и т.д.).
Научной задачей, решаемой в диссертации, является разработка методики и математической модели оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству, а также разработка практических рекомендаций судоводителям и лоцманам по управлению и маневрированию судном в различных условиях.
Обобщая вышеизложенное, актуальность выполненных исследований в диссертации обусловлена:
- постоянно растущей ролью безопасности судоходства и необходимостью повышения эффективности функционирования транспортных коридоров;
- сложностью процесса функционирования транспортного коридора, характеризующегося необходимостью применения системного анализа и учета всего многообразия связей между его элементами;
- необходимостью внедрения методов и математических моделей, предназначенных для оценивания и прогнозирования навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству при обосновании навигационного обеспечения транспортного коридора с точки зрения экономики и безопасности;
- острой необходимостью в разработке практических рекомендаций судоводителям и лоцманам по управлению и маневрированию судном, направленных на понижение доминирующего в аварийности «человеческого фактора».
Объектом исследования выступает транспортный коридор. Предметом исследования являются навигационная безопасность плавания и готовность транспортного коридора к судоходству.
Цель исследования заключается в разработке методики оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству, а также в разработке практических рекомендаций судоводителям и лоцманам по управлению и маневрированию судном.
Задачи исследования. Решение научной задачи и достижение цели исследования реализуется путем решения ряда частных задач:
1. Разработка методических основ оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству (на примере р. Нева);
2. Разработка метода оценивания показателей навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству;
3. Разработка математической модели оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству;
4. Разработка рекомендаций по применению созданного методического аппарата, математической модели при оценивании показателей навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству;
5. Разработка практических рекомендаций судоводителям и лоцманам по управлению и маневрированию судном с целью обеспечения навигационной обеспеченности в рассмотренном транспортного коридора;
6. Экономический анализ применения метода оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству.
Методы исследования. Решение поставленной в диссертации научной задачи проведено с использованием системного подхода и анализа, метода пространства состояний, базирующегося на полумарковских и марковских процессах, теории вероятностей и математической статистики, теории математического программирования и моделирования.
В ходе выполненных исследований получены следующие новые теоретические результаты, выносимые на защиту:
1. Методические основы решения научной задачи.
2. Метод оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству.
3. Математическая модель оценивания навигационной безопасности плавания и готовности транспортного коридора к судоходству.
4. Рекомендации по применению созданных методических основ, математической модели при исследовании навигационной безопасности плавания и готовности транспортного коридора к судоходству.
5. Рекомендации судоводителям и лоцманам по управлению и маневрированию судном в рассмотренном транспортном коридоре:
Совокупность этих результатов и представляет содержание методики оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству и может быть рекомендована в качестве основы для других исследований.
Научная новизна и теоретическая значимость результатов, полученных в диссертации, заключается в:
а) обосновании и разработке методических основ оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора;
б) разработке моделей функционирования судна и транспортного коридора;
в) построении методики оценивания навигационной безопасности транспортного коридора, позволяющей проводить разработку математических моделей, количественную оценку, прогноз готовности транспортного коридора к судоходству.
Практическая значимость результатов состоит в:
а) разработке математической модели оценивания навигационной безопасности плавания и готовности транспортного коридора к судоходству, алгоритмов, составляющих основу математического обеспечения оценивания;
б) проведении с использованием разработанной математической модели оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству количественных исследований по оценке влияния основных характеристик, условий, особенностей, режимов и других факторов, влияющих на навигационную безопасность плавания и готовность транспортного коридора к судоходству;
в) разработке электронных навигационных карт для использования в учебном процессе подготовки и повышении квалификации судоводителей на базе учебного тренажера «M msim»;
г) разработке практических рекомендаций руководителям судоходсных компаний, командному составу судов по эксплуатации, управлению и маневрированию судном в выбранном участке транспортного коридора.
Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечиваются:
применением системного подхода и анализа, проведением широких обобщений;
использованием для решения научной задачи апробированного аппарата теории управляемых случайных полумарковских и марковских процессов;
адекватным учетом особенностей, применения и функционирования транспортного коридора при разработке методического и математического аппаратов оценивания и исследования навигационной безопасности и готовности;
корректностью и логической обоснованностью принятых при разработке математических моделей оценивания допущений;
строгостью математических выкладок и практической проверкой выдвигаемых основных положений в ходе эксперимента.
Реализация результатов исследований.
Результаты реализованы в соответсвии с программой "Модернизация транспортной системы России (2002-2010 годы)", подпрограмма "Внутренние водные пути"; система целей подпрограммы включает в себя: сохранение и развитие сети внутренних водных путей, повышение надёжности эксплуатации гидротехнических сооружений и обеспечение безопасности судоходства. Основные программные мероприятия: подготовка внутренних водных путей на участках транспортного коридора "Север-Юг" для интеграции их в систему международных транспортных коммуникаций; обеспечение стабильных условий для завоза грузов на Крайний Север и освоение новых грузопотоков по малым рекам;достижение стандартов безопасности судоходных гидротехнических сооружений и водных путей;создание информационных систем для обеспечения безопасности судоходства;обеспечение экологической безопасности на внутренних водных путях;повышение эффективности использования внутренних водных путей во взаимодействии с регионами с учётом интересов водопользователей;мероприятия по развитию социальной сферы и кадрового обеспечения; НИОКР (научное сопровождение программных мероприятий).
Основные материалы и выводы проведенной научно -исследовательской работы были использованы при выполнении госбюджетной НИР «Исследование проблем навигационно -гидрографического обеспечения безопасности плавания по МТК «Север -Юп и поиск путей их решения». Результаты диссертационной работы реализованы в учебном процессе кафедры «Судовождение» Московской государственной академии водного транспорта (МГАВТ) и кафедры «Управление судном» Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций (СПбГУВК), в процессе обучения судоводителей на учебном тренажере «M msim» Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций, а также в ГНИНГИ МО РФ о чем свидетельствуют 2 акта о реализации.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы неоднократно докладывались и получили одобрение на научно практических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Московской государственной академии водного транспорта (2005-2007гг.), а также на научных семинарах кафедры «Судовождение» МГАВТ (2005-2007гг.), на кафедре «Управление судном» СПбГУВК, Межвузовском сборнике научных трудов «Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях» выпуск №6, 2005г., в научных докладах на НІЖ ППС МГАВТ (2006-2007), на международной конференции по радиосвязи 2007г, в научной статье международного журнала речников «Речной Транспорт» выпуск №6, 2006г. Работа в целом апробирована на расширенном заседании вышеупомянутых кафедрах МГАВТ и СПбГУВК с привлечением специалистов других кафедр этих ВУЗов соответственно (24.04.2007г. и 07.05.2007г).
Публикации. Материалы исследований опубликованы в 5 научных статьях (в том числе 2х международных).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка используемых источников, 3 приложений, изложена на 126 страницах машинописного текста и включает 16 рисунков, 3 таблицы, список использованных источников состоит из 104 наименований, 6 из которых зарубежные.
Анализ эксплуатационно-технических операций судна, выполняемых во время рейса по транспортному коридору
Рейсы транспортных судов, то есть совокупность операций проводимых на судне при плавании между портами, а также в портах грузовой обработки, находящихся на территории внутренних водных путей, можно разбить на: а) в грузу и в балласте (с грузом и порожнем) для грузового и нефтеналивного судна; б) с пассажирами и без них (на перегонке судна только с экипажем). При каждом рейсе судна выполняется совокупность транспортных операций, которая на прямую зависит от типа судна, характера выполнения рейса и условий плавания [14,32,33,82].
Все транспортные операции, связанные с выполнением рейсового задания (перевозки грузов или пассажиров) можно разделить на три вида: - операции движения судов по участкам пути; - операции обработки грузов в начальных, промежуточных и конечных пунктах рейса; - путевые операции.
В состав полной обработки судна, в зависимости от его типа, входят технические и грузовые операции. Кроме перечисленных операций, различают нерейсовые операции: навигационное слипование, докование, чистка двигателей и другие. Данные операции в работе затрагиваться не будут, но представленная методика позволяет их учесть.
Технические операции, проводимые на рейдах прибытия и отправления, у причалов: 1. получение рейсового задания; 2. подготовка судна к погрузке или выгрузке; 3. технический осмотр судна; 4. подход к грузовому причалу или отход от него; 5. осмотр груза и проверка грузовых документов; 6. смена экипажа; 7. переход от причала к причалу, перешвартовка; 8. буксировка и бункеровка; 9. шлюзование; 10. снабжение судна и экипажа; 11. оформление таможенных и пограничных документов; 12. легкий ремонт судна, технических средств; 13. отправление в рейс.
Данные технические операции являются основными как для грузовых и нефтеналивных судов, так и для пассажирских. Следует отметить технические операции, характерные только данному типу судна. Для грузовых судов подготовка к погрузке - зачистка трюмов и палубы. Для нефтеналивных судов замывка и просушка танков перед загрузкой. Для пассажирских судов приемка (сдача) пассажиров на борт судна, проведение инструктажа и тренировок по безопасности жизнедеятельности.
Основные технологические операции, проводимые на рейде, для грузовых и нефтеналивных судов совпадают: 1. ожидание погрузки, выгрузки; 2. ожидание буксировки и бункеровки; 3. ожидание комиссии и документов; 4. ожидание шлюзования; 5. ожидание отхода. Основные технологические операции, проводимые на рейде, пассажирским флотом: 1. ожидание шлюзования; 2. ожидание буксировки; 3. стоянка в соответствии с рейсовым расписанием. Грузовые операции, проводимые у грузового причала нефтеналивными и грузовыми судами, является погрузка и выгрузка. Пассажирские суда могут осуществлять погрузку, выгрузку автотранспорта пассажиров на специально оборудованный причал.
Таким образом, можно сформулировать основные эксплуатационные - технические операции: - технические операции, проводимые на рейдах прибытия и убытия; - технические операции, проводимые у причалов; - технологические операции, проводимые на рейде, для грузовых и нефтеналивных судов; - технологические операции, проводимые на рейде, пассажирским флотом; - операции, связанные с проводкой судов по транспортному коридору.
Чтобы проанализировать представленные операции, необходимо рассмотреть особенности функционирования как самого судна при выполнении рейса, так и транспортного коридора по которому судно совершает переход. На основе этого можно составить структурную формализацию процесса функционирования системы обеспечения навигационной безопасности транспортного коридора, которая позволит в дальнейшем определить основные особенности состояний системы «судно - транспортный кордор».
Структурная формализация процесса функционирования системы обеспечения навигационной безопасности транспортного коридора и выполнения рейса транспортным судном
На основании проведенного анализа эксплуатационно-технических операций судна во время выполнения рейса и анализа особенностей функционирования транспортного коридора составим структурно -эксплуатационную модель выполнения рейса транспортным судном при следовании на внутренних водных путях (по транспортному коридору), структурно - эксплуатационную модель работы транспортного коридора [1,3,8,19,22,50,85,98].
Транспортное судно обязательно должно рассматриваться и учитываться в математической модели как самостоятельная подсистема, являющаяся неотъемлемым элементом системы функционирования транспортного коридора. Следует отметить основные этапы выполнения рейса: получение задания, уяснение задачи, постановка задачи, проработка рейса, подготовка грузовых помещений, проверка работоспособности судовых систем и механизмов, инструктаж экипажа и пассажиров, инспектирование судна, подготовка к погрузке, погрузка судна или прием пассажиров, восстановление, подсчет груза, крепежа груза, составление грузового плана, расчет остойчивости, получение снабжения и бункеровки, таможенный и пограничный контроль, выполнение рейса, выполнения рейса в негативных условиях, выполнение рейса при большом скоплении судов - простои, действия экипажа, использование судового навигационного оборудования, заход в порты укрытия, авария, ожидание улучшения погоды, ремонтные работы, заход в места приема пресной воды и топлива, шлюзование и стоянка на рейде, заход в порт выгрузки, сдача груза в порту.
Учитывая эти состояния, составлена структурно - эксплуатационная модель выполнения рейса транспортным судном на внутренних водных путях (рис. 1.1.).
Анализ особенностей эксплуатации и функционирования судна показывает, что основной задачей системы эксплуатации транспортного судна является поддержание его эксплуатационных свойств в постоянной исправности, готовности для выполнения рейса. Выделим из общей структуры системы эксплуатации ту часть, которую в силу большой важности решаемых задач и наличия в ней большого числа взаимосвязанных элементов и назовем системой обеспечения готовности выполнения рейса транспортным судном по внутренним водным путям. При этом под готовностью будем понимать интегративное (комплексное) свойство, характеризующее способность транспортного судна к переходу из любого состояния в состояние готовности к выполнению рейса и нахождения в этом состоянии.
Следует отметить разнотипные элементы, позволяющие обеспечить готовность транспортного судна к выполнению рейса по внутренним водным путям, такие как: условия выполнения рейса, технические средства судов и берегового оборудования, работы гидротехнических сооружений, обслуживающий персонал судов и берегового оборудования, рассматриваемых как единое целое, стратегий и средств обеспечения готовности.
Характерной особенностью системы обеспечения готовности выполнения рейса транспортным судном является наличие цели функционирования, а именно поддержание требуемых готовности и безопасности выполнения рейса транспортным судном в установленное время. Для достижения указанной цели необходимо выполнить ряд операций, основные из которых могут быть представлены следующим образом: - систематический контроль положения и технического состояния; - плановое техническое обслуживание; - периодические проверки; - ремонт и замена частей; - оперативное устранение отказов и починка вышедших из строя систем; - проведение эксплуатационных операций, связанных с различными подготовками, как судна, так и экипажа.
Система обеспечения готовности и безопасности выполнения рейса транспортным судном является управляемой системой, включающей органы управления, управляемый объект и средства управления и связи. Управляемым объектом является судно, его экипаж, береговые подразделения, участвующие в проведении операций по проводке судна по транспортному коридору.
Между органами системы обеспечения готовности и безопасности выполнения рейса транспортным судном существуют информационные (от элементов системы к управляющим органам) и управляющие (от органов управления к элементам системы) связи. От элементов системы к управляющим органам поступает информация о состоянии транспортного судна в результате проведения эксплуатационных мероприятий. От органов управления к элементам системы поступают управляющие воздействия в виде распоряжений, указаний, сигналов и т.д., направленных на повышение готовности и уровня безопасности выполнения рейса транспортным судном в различных условиях. Это дает основание выделить из системы обеспечения готовности и безопасности выполнения рейса транспортным судном две подсистемы: подсистема обеспечения готовности и безопасности выполнения рейса транспортным судном в обычных условиях; подсистема обеспечения готовности и безопасности выполнения рейса транспортным судном в экстремальных условиях. Каждая из этих подсистем включает в себя: проведение периодических проверок; проведение технического обслуживания и ремонта; подготовки к выполнению рейса транспортным судном и т.д.
На основании анализа эксплуатационно - технологических операций выполняемых при полном функционировании транспортного коридора составим структурно - эксплуатационную модель функционирования транспортного коридора (рис.1.2.).
Обоснование показателей и метода оценивания навигационной безопасности и готовности транспортного коридора к судоходству
Актуальность и сложность решения задачи оценивания готовности к судоходству и навигационной безопасности транспортного коридора с целью повышения показателей функционирования приводит к необходимости разработки модели функционирования транспортного коридора, показателей готовности его работы, методов и математической модели их оценивания.
Анализ существующих комплексных показателей надежности сложных систем (Кг - коэффициент готовности, Кп - коэффициент простоя), часто применяемых для оценки их готовности, показывает, что эти показатели чувствительны только к двум параметрам - среднему времени безотказной работы - То и среднему времени восстановления - Тв. В последнее время для оценки готовности сложных систем используется выражение [16,24,60,74]: Кг = Т0 х (1 - е""/т)х(іп + Tk + Тв{\ - е""/ту1), (2.1) где Т0- среднее время безотказной работы системы; tn, Tk- интервал времени между профилактическими проверками и их длительность соответственно; Тв - среднее время восстановления системы.
Этот показатель наряду с Т0 , Тв чувствителен к периодичности tn и продолжительность проверок Тк. Однако анализ выражения (2.1) показывает, что оно учитывает только надежность и обслуживаемость системы и не учитывает многорежимность, динамику и специфику функционирования транспортного коридора, зависимость от действия береговых служб, негативные воздействия, стратегии проводки судов, а также другие специфические особенности транспортного коридора.
На сегодняшний день для вышеперечисленных показателей разработан ряд как статистических, так и аналитических моделей [16,24,41,60,74], однако они не учитывают в полном объеме характерные особенности, рассмотренные в 1 разделе, и не могут быть использованы для количественной оценки готовности к судоходству и навигационной безопасности транспортного коридора. Поэтому необходимо разработать такую систему показателей готовности, которая позволяла бы проводить всестороннее оценивание готовности всей системы «судно - транспортный коридор» в целом.
При выборе показателей готовности к судоходству транспортного коридора необходимо все множество параметров [X\i = \,п представлять в виде подмножеств, характеризующих отдельные режимы, состояния и свойства системы «судно - транспортный коридор» и системы обеспечения готовности к судоходству и навигационной безопасности транспортного коридора в целом, условия, стратегии работы судов, гидротехнических сооружений и береговых служб, например: -подмножество показателей системы «судно - транспортный коридор» в режиме ожидания; -подмножество показателей системы «судно - транспортный коридор» в режиме подготовки; -подмножество показателей системы «судно - транспортный коридор» в режиме снабжения и бункеровки; -подмножество показателей системы «судно - транспортный коридор» в режиме характеризующей отказы подсистем и т.д.
Кроме того, целесообразно располагать и показателями, характеризующими готовность системы «судно - транспортный коридор» к выполнению того или иного эксплуатационного режима или учитывающего то или иное подмножество показателей Пі, і=1, т(количество учитываемых режимов). Например, вероятность нахождения в і-ом режиме - Pi, вероятность перехода из і-го в j-й режим за время t-Pij(t), а также временные и стоимостные показатели системы «судно - транспортный коридор», например, время нахождения системы «судно - транспортный коридор» в i-м режиме - ti, время полного цикла режима следования - tii. Такое представление позволяет сформулировать следующим образом наиболее часто возникающие на практике задачи.
Необходимо рассмотреть две задачи. Первая, заданы подмножества параметров системы «судно - транспортный коридор» ЩХу], где Xij охарактеризованы выше. Требуется найти показатели - Pi, Pij(t), ti, tii и другие. Вторая задача: требуется определить множество Пу, обеспечивающих, например, максимальное значение Pi.
Таким образом, необходимо разработать такую математическую модель, которая бы позволяла получать зависимости для показателей готовности системы «судно-транспортный коридор», учитывающих как параметры отдельных свойств и режимов функционирования системы, так и параметры системы обеспечения готовности к судоходству и навигационной безопасности транспортного коридора, включая условия и особенности их эксплуатации, временной характер протекающих процессов и т.д. Эта модель должна позволять рассматривать любые теоретические и реально существующие распределения случайных величин, характеризующих процессы функционирования системы, гибко и относительно просто учитывать все планируемые, исследуемые или вводимые на практике количественные изменения параметров системы «судно - транспортный коридор» и системы обеспечения готовности в целом или частично.
Эксперимент по математическому моделированию проводки судов по участку реки Нева
Сокращение времени следования можно добиться лишь увеличив скорость судопотока. Не стоит забывать, что увеличение скорости движения судов должно соответствовать скоростным рамкам, описанными правилами плавания и рекомендациями по проводке судов в данном регионе. Судоводитель в большинстве случаев выбирает безопасную скорость несколько ниже допустимой правилами, вследствие чего, увеличивается время перехода по транспортному коридору. Исходя из п.2.2, можно сделать вывод, что участок международного транспортного коридора «Север - Юг» река Нева по предложенной классификации относится к умеренному уровню навигационной безопасности.
В связи с этим возникает необходимость разработки способов оптимизации скоростного режима судов на транспортном коридоре. Решением этой проблемы видится в выдаче практических рекомендаций по управлению и маневрированию судном, которые помогут количественно поднять «безопасную скорость», выбираемую судоводителем исходя из хорошей плавательской практики. Причем, все рекомендации по управлению и маневрированию судном должны иметь четкую зависимость действии от времени, так, чтобы судоводитель знал в какой момент времени ему необходимо выполнить тот или иной маневр, на сколько и в какое время необходимо переложить перо руля, как нужно выполнять манипуляцию телеграфами во время движения по затруднительным участкам и т.д.
Такие рекомендации позволяет получить, имевший положительный опыт в использовании, тренажер «M msim», расположенный на кафедре «Управление судном» Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций.
Программа данного тренажера позволяет графически изобразить зависимость практических действий от времени. Простота в понимании и использовании графических зависимостей позволяет судоводителю быстро и эффективно воспользоваться предложенными рекомендациями для безопасного прохождения затруднительных участков и управления судном в целом. Конечно, не стоит забывать, что при использовании практических рекомендаций судоводители не освобождаются от выполнения всех правил плавания и всех требований по управлению судном и наблюдению за окружающей обстановкой в полном объеме.
Для достижения минимального результата по аварийности и максимального уровня навигационной безопасности необходимо увеличить значение Р4 , а как следствие, необходимо понизить значение параметра Т4 3.
Это возможно при разработки практических рекомендаций по управлению и маневрированию судном как одного из наиболее эффективных способов решения проблемы сокращения времени следования и уменьшения аварийности судов на всем протяжении транспортного процесса. В далнейшем воспользуемся экспериментальным методом с использованием тренажера «M msim» как одним из возможных способов решения данной задачи. Получив и применив на практике практические рекомендации по управлению и маневрированию судном, можно составить таблицу исходных данных, исходя из полученных параметров, и заново посчитать Рг. Таким образом, постоянно получая значения Р4 можно осуществлять контроль над эффективностью выбранных рекомендаций.
Для проведения эксперимента широко использовалась тренажерная база судоводительского факультета Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций. Чтобы получить достоверные результаты были внедрены и использовались втечение учебного года в процессе обучения судоводителей и переподготовки лоцманов ГБУ «ВОЛГО-БАЛТ» электронные навигационные карты реки Нева и практические рекомендации по управлению и маневрированию судном.
Для того, чтобы провести эксперимент необходимо было достижение определенных целей: - создание навигационных электронных карт участка транспортного коридора реки Нева с помощью специальной программы «M msim Editor»; - математическое моделирование проводки судов по выбранному участку с использованием имеющихся математических моделей транспортных судов; -разработка практических рекомендаций судоводителям и лоцманам по управлению и маневрированию судном.
Освоение тренажера «M msim» и создание комплекта электронных навигационных карт заняло порядка 8-9 месяцев. Математическое моделирование проводки судов осуществлялась в течение двух месяцев, о чем свидетельствует протокол проведения эксперимента. Эксперимент по использованию практических рекомендаций проходил на навигационном тренажере СПбГУВК в течение одного учебного года.
На базе тренажера были созданы электронные навигационные карты участка транспортного коридора реки Нева. Ниже представлены примеры таких карт в масштабе 1 к 5000 (рис.3.1,3.2,3.3,3.4,3.5,3.6), где 1-береговая линия, 2-изобата гарантированной глубины (4метра), 3-маршрут движения судов по фарватеру.
Приимущество разработанных карт является возможность постоянного совершенствования и внесения корректуры самим судоводителем. Для этого на панели электронной карты расположены как информационные, так и редакционные панели.
