Комплекс обеспечения гарантированного безаварийного движения надводного или подводного судна в различных аварийных ситуациях при наличии подводных и надводных потенциально опасных объектов

Полезная модель относится к области судостроения и судовождения, а именно в потенциально опасных аварийных ситуациях. Причина потенциальных аварий судов судоводитель при управлении надводного (подводного) судна пользуется картами с нанесенными на них островами, скалами и т.д., и в случае ошибочных действий судоводителя или при наличии не нанесенных на карты рифов/скал, затопленных кораблей и иных мешающих предметов происходят тяжелые катастрофы с гибелью людей, повреждением или утоплением надводных (подводных) судов. К подводным потенциально опасным объектам (ПОО), которые могут представлять опасность для судов, могут быть отнесены как статические, т.е. не изменяющихся во времени, так и динамические, т.е. изменяющие во времени. Например, подводные рифы, затонувшие суда, особенно недавно затонувшие или перемещаемые подводными течениями, затонувшие рыболовецкие сети, подводные лодки, изменившийся фарватер реки и т.д. Судоводитель полагается при управлении судном о подводных и надводных потенциально опасных объектов (ПОО) на ранее полученную до него информацию о ПОО. И у него нет источника достаточной полной объективной достоверной текущей информации о ПОО во время управления судном в движении и динамике. И судоводителя призывают к использованию: организационных мероприятий, интуиции и так называемой хорошей морской выучки. Заявляемые существенные отличия позволяют повысить вероятность безаварийного движения надводного и подводного судна в различных потенциальных опасных аварийных ситуациях при наличии подводных и надводных потенциально опасных объектов, в том числе когда столкновение судна с ПОО невозможно в обычных условиях предотвратить с помощью маневра. Для достижения этой цели на судне устанавливается кроме эхолота, определяющего только расстояние от киля до дна моря, гидролокаторы кругового обзора. А если судно имеет большие размеры, то устанавливают гидролокаторы в задней и передней полусфере, а также по левому и правому бортам. Это позволит получать точную, подробную и оперативную трехмерную информацию впереди, сзади, слева и справа от движущего судна. В случае обнаружения и распознавания подводных мешающих объектов, которые угрожают безопасности плавания судна - выдается предупредительный звуковой сигнал, а в случае необходимости соответствующее управляющее воздействие на рулевой механизм судна. чтобы избежать столкновения с ПОО. Если избежать столкновения с ПОО не удается путем маневра судна, то используют дополнительные операции, а именно: водометные струи для исключения запутывания гребного винта в рыболовных сетях, а также вместе возможного столкновения борта судна с ПОО срабатывают воздушные подушки (airbag), аналогичным автомобильным.

Полезная модель относится к области судостроения и судовождения, а именно в потенциально опасных аварийных ситуациях. Например, итальянский супер лайнер Costa Concordia" в ночь на субботу 14.01.2012 г сел на мель близ острова Джило (Gilio) у побережья Тосканы, Италия. Длина пробоины около 70 м. Погибли несколько десятков человек. Материальные потери более 500 млн евро. И таких аварий в мире постоянно происходит множество.

Основная версия авария этого судна, которое оснащено самым современным навигационным оборудованием, они столкнулось с рифами, которые не обозначены на навигационных картах.

Предупреждение столкновения судов с потенциально опасными объектами регламентируется в настоящее время Международными правилами предупреждения судов (МППС)

Для предупреждения столкновения морских суден решаются графические задачи на морских картах. Судоводитель делает план обсерваций, оценку навигационной безопасности. Для удобства работы судоводителя строится графический план перехода.

Проводится мониторинг (контроль) подводных потенциально опасных объектов (ППОО) с целью внесенения в реестр ППОО согласно ГОСТ Р22.0.09 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Чрезвычайные ситуации на акваториях. Термины и определения. Государственный стандарт РФ от 25.05.1995 г.

Причина потенциальных аварии судов; судоводитель при управлении надиодного (подводного) судна пользуется картами с нанесенными на них островами, скалами и т.д., м в случае ошибочных действий судоводителя или при наличии не нанесенных на карты рифов, скал, затопленных кораблей и иных мешающих предметов происходят тяжелые катастрофы с гибелью людей, повреждением или утоплением надводных (подводных) судов. К подводным потенциально опасным объектам (ПОО), которые могут представлять опасность для судов, могут быть отнесены как статические, т.е. не изменяющихся во времени, так и динамические, т.е. изменяющие во времени. Например, подводные рифы, затонувшие суда, особенно недавно затонувшие или перемещаемые подводными течениями, затонувшие рыболовецкие сети, подводные лодки, изменившийся фарватер реки и т.д. Характеристика атиюгов

В paботе [1,c.210] описана электронная отображающая карты информационная система- ЭКДИС, (ECDIS- Electronic Chart Display and In formal ion System), в которой может отображаться и подводная обстановка. Эта обстановка синтезируется на основании гидрографических карт с использованием программного обеспечения для анализа и визуализации трехмерных данных, например, с помощью приложения Асе Scene.

В работе [1,с.45] отмечается, что реально качество многих карт используемых для судовождения не удовлетворяет требования пользователей. Ошибки таких реальных карт могут достигать 2,5 миль, а иногда и 7 миль.

Все это требует для повышения безопасности плавания судов иметь более точную, подробную оперативную непрерывно обновляемую информацию непосредственно в районе плавания судна.

Сейчас перед плаванием судоводитель подбирает морские карты района плавания с нанесенными на них подводными и надводными препятствиями.

Во время плавания судна информацию над поверхностью моря судоводитель получает с помощью радиолокационных станций (РЛС), автоматической идентификационной системы(АИС), а под поверхностью моря с помощью морских карт района плавания, т.е. в статике. Иногда на современных судах для целей определения глубины между килем судна и дном акватории используют эхолоты. Но эхолот обладает ограниченными возможностями, он не позволяет получать информацию спереди судна и с боков судна.

Для навигации также используют автоматический курсопрокладчик, компас, гирокомпас, спутниковую навигационную систему.

Характеристика прототипа

В работе [14] Описана базовая интегрированная автоматизированная навигационная система БИАНС для морских судов различного назначения, в том числе арктического плавания Созвездие", ОАО Концерн" ЦНИИ Электроприбор, г.Санкт-Петербург, Россия, 197046, ул. Малая Пасадская, 30, Ю.П.Белоус, 2011 г, оffice(@)eprib.ru(812)232-33-76.

БИАНС включает в себя навигационный эхолот ЭН200. Навигационный эхолот предназначен для точного измерения, наглядного представления, регистрации и передачи в другие системы данных о глубине под килем судна (особенно на мелководье) в диапазоне от 1 м до 200 м) с отображением результатов на индикаторе глубины, с регистрацией профиля дна на бумажной ленте, и выдает сигнал тревоги-алармы: аудиовизуальная сигнализация в случаях: 1) опасная глубина, 2) потеря дна. Точность измерения глубины +_2,5% [14].

Критика прототипа

Судоводитель полагается при управлении судном о подводных и надводных потенциально опасных объектов (ПОО) на ранее полученную до него информацию о ПОО. И у него нет источника достаточной полной объективной достоверной текущей информации о ПОО во время управления судном в движении и динамике. И судоводителя призывают к использованию: организационных мероприятий, интуиции и так называемой хорошей морской выучки.

Цель полезной модели

Заявляемые существенные отличия позволяют повысить вероятность безаварийного движения надводного и подводного судна в различных потенциальных опасных аварийных ситуациях при наличии подводных и надводных потенциально опасных объектов, в том числе когда столкновение судна с ПОО невозможно в обычных условиях предотвратить с помощью маневра.

Характеристика полезной модели На фиг.1 изображена структурная схема системы, реализующей полезную модель

Для достижения этой цели на судне устанавливается кроме эхолота, определяющего только расстояние от киля до дна моря, гидролокаторы кругового обзора. А если судно имеет большие размеры, то устанавливают гидролокаторы в задней и передней полусфере, а также по левому и правому бортам. Это позволит получать точную, подробную и оперативную трехмерную информацию впереди, сзади, слева и справа от движущего судна. В случае обнаружения и распознавания подводных мешающих объектов, которые угрожают безопасности плавания судна - выдается предупредительный звуковой сигнал, а в случае необходимости соответствующее управляющее воздействие на рулевой механизм судна, чтобы избежать столкновения с ПОО. Если избежать столкновения с ПОО не удается путем маневра судна, то используют дополнительные операции, а именно: водометные струи для исключения запутывания гребного винта в рыболовных сетях, а также в месте возможного столкновения борта судна с ПОО срабатывают воздушные подушки (airbag), аналогичным автомобильным.

Устройства комплексирования данных и распознавания объектов подробно описаны в работах:

1. Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. М.Радио и связь. 1984 г.;

2. Nebabin V.G. Methods and Techniques of Radar Recognition. Boston-London. Artech House. 1995;

3. Multisensor Data Fusion and Applications. Paramond K. Varshney Siracuse University, New York. 13244. USA 4. Патент США 7.102.496. МПК B60Q 1/00. Опубл. 05.09.2006. Multi-sensor integration for a vehicle.

Остальные устройства в системе, изображенные на фиг.1, широко известны и описаны в соответствующей литературе. [1-16]

Оценки эффективности системы

Оценить эту эффективность можно с помощью информационного подхода, который описан в работе [21] Рассмотрим более подробно этот подход.

Достоинством информационного подхода является, во-первых, удобство и относительная простота его применения на практике, особенно при использовании в датчиках информации: РЛС, ГЛС и т.д. цифровых методов обработки и передачи информации (что позволяет упростить задание требований к быстродействию и объему памяти ЭВМ, а также к пропускной способности систем передачи данных); во-вторых, возможность сравнения различных систем распознавания. Например, по сравнению с вероятностными показателями качества предлагаемый информационный критерий, с одной стороны, позволяет сравнивать системы с показателями качества, полученными в различных условиях (с разным числом классов распознаваемых объектов, при разных значениях вероятности ошибочного распознавания и т.п.), а с другой стороны, он позволяет перейти от вероятностных показателей качества Рп.р, Р_о.р к информационному показателю I*.

Информационный критерий имеет еще одно достоинство, поскольку при известных параметрах датчиков информации: РЛС, ГЛС и т.д. и распознаваемого объекта, он позволяет оценить показатель информативности источников информации в каждом конкретном случае. Рассмотрим показатели эффективности более подробно. Эффективность систем автоматического распознавания объектов может характеризоваться как вероятностными параметрами - вероятностью обнаружения объекта, вероятностью правильного распознавания и вероятностью ложных тревог, так и информационным количеством информации, выдаваемой системой. Вероятности правильного обнаружения Р_п.о. и правильного распознавания Р _п.р. определяются формулами

Р_п.о =N_п.o/N_общ, Р_п.р=N_п.p /N_общ

где N_пo и N_п.p - число правильно обнаруженных и число правильно распознанных объектов, N_общ - общее число объектов в заданном объеме. Вероятность ложных тревог Р_л.т. за обзор (кадр) определяется формулой

Р_л.т.=N_п.ч.л.т/ _о.ч.и,

где N_п.ч.л.т - полное число ложных тревог и N_о.ч.и - общее число изображений в обзоре (кадре).

Информационный подход позволяет сравнить системы автоматического распознавания объектов, распознающие разное количество объектов с разными показателями качества. Согласно полученным данным (см. Небабин В.Г. Выбор параметров РЛС для распознавания. Радиотехника. Москва. 1990. 5, с.16-18) количество информации I*, необходимое для распознавания, определяется выражением:

,

где F - полоса частот РЛС; Т - время получения и обработки информации; - отношение сигнал/шум по напряжению; Э_ср - средняя энергия распознаваемого сигнала; N₀ - спектральная плотность мощности шума; Р_op, Р_пр. - вероятности ошибочного и правильного распознавания; m_c - число распознаваемых сигналов.

Так, например, если распознавание осуществляется по дальностному портрету, то m_c=n _кл·n_р·n_р,

где n_кл - число распознаваемых классов (типов) целей, а n_р и n_p - число ракурсов объектов соответственно по азимуту и углу места .

Минимальное количество информации I*, необходимое для распознавания десяти классов сигналов (т.е. m _c=10) с Р_п.р.=0,9 и Р_o.p.=01 при простом сигнале. Из фиг 2 по кривой 6 получаем значение q _u=9,7. или 19,5 дБ.

Далее, полагая F=1/_и, Т=(2-3)/f_мод, где _и - длительность зондирующих импульсов, f _мод - минимальная частота модуляций отраженного сигнала, при котором осуществляется распознавание, при _и=10^-6 с, f_мод=2 Гц получаем F=10⁶ Гц, Т=(1-1,5) с. Тогда I*=F·Т·Log₂[l+q_и²]=10⁶·с^-1·1 ^с·Log₂[1+(9,7)²]6,6·10⁶ бит. Для более высокого качества распознавания необходимо большое количество информации, т.е. большие значения параметров F, Т и q_u.

Заявляемый Комплекс и система его реализующая для обеспечения гарантированного безаварийного движения судна различных аварийных ситуациях работает таким образом.

На судно, которое оборудовано перечисленными выше приборами безопасности, судоводитель вносит в систему конечный пункт назначения, включает двигатель и судно начинает двигаться в необходимом направлении. На дисплее постоянно изображается путь и все препятствия и аварийные участки пути, наличие на пути потенциально опасных объектов. Если препятствия появляются мгновенно, и маневром избежать столкновения не удается, то выдается сигнал активизации наружных подушек безопасности или водометов.

Известно, что время наполнения газом подушки безопасности (ПБ) составляет около 20-50 миллисекунд, т.е.(20÷50)×10 ^-3 сек [23]. ПБ заполняется газом при подаче электрического импульса от соответствующего датчика из устройства формирования управляющих сигналов 28, фиг.1, Накачивание подушки газом происходит автоматически, когда замыкается электрический контакт, зажигается пиросистема. Газ образуется и подается в подушку безопасности за счет химической реакции NaN₃ с KNO₃ в результате чего образуется газообразный азот N₂. Через некоторое время (около 10 секунд), газ начинает просачиваться через крошечные отверстия в подушке безопасности, и она сдувается. Современные подушки безопасности срабатывают быстрее, на их раскрытие уходит не более чем 20 млсек. [24]

Возможны вариации со времени сдувания ПБ.

Структурная схема системы обеспечения гарантированного безаварийного движения надводного или подводного судна в различных аварийных ситуациях, а особенно, при наличии подводных и надводных потенциально опасных объектов приведена на фиг 1 где:

1 - метео РЛС;

2 - спутниковая навигационная система (СНС), типа GPS, ГЛОНАСС;

3 - автоматическая идентификационная система (АИС);

4 - система контроля за движением судов;

5 - гидрометеоцентры;

6 - судно;

7 - приемник спутниковой навигационной системы;

8 - приемник гидрометеоинформации;

9 - бортовой блок АИС;

10 - дисплей;

11 - система обработки информации;

12, 12а - система передачи данных;

13 - эхолот измеряющий глубину под килем судна;

14 - гидролокационные станции;

15 -радиолокационные станции;

16 - устройство комплексирования данных и распознавания объектов;

17 - гирокомпас,

18 - система объективного контроля (регистратор) данных.

19 - инфракрасные датчики;

20 - блок памяти правил движения судов;

21 - надводные видеокамеры;

22 - подводные видеокамеры;

23 - устройство определения скорости судна (лаг);

24 - устройство анализа обстановки и принятия решения о мерах пассивной и активной защиты судна;

25 - устройство управления курсом судна;

26 - устройство управления режимами работы двигателей судна;

27 - наружные подушки безопасности судна;

28 - устройство формирования управляющих сигналов;

29 - магнитный компас; 31 - водометы;

Литература

1. Вагущенко Л.Л., Стафеев A.M. Судовые автоматизированные системы навигации М. Транспорт 1989 г - 158 с.

2. Демиденко П.П. Судовые радиолокационные и радионавигационные системы. Одесса. Феникс.2009-368 с.

3. Вагущенко Л.Л. Судовые навигационно-информационные системы. Одесса. Феникс. 2004 - 303 с.

4. Вильский Г.Б., Мальцев А.С, Бездольный В.В.. Гончаров Е.И. Навигационная безопасность при лоцманской проводке судов Николаев-Одесса. Феникс. 2007 - 456 с.

5. Мальцев А.С., Май Б.Л. Устройство для предупреждения столкновения судов А.С. 622275 А, МПК G08G 3/02. Опубликовано Б.И. 12, приоритет от 15.12.2003 г

6. Харин В.М., Занько О.Н, Декин Б.Г., Писклов В.Т. Судовые машины, установки, устройства и системы М. Транслит. 2010 - 646 с.

7. Бронштейн Д.Я. Устройство и основы теории судна Л. Судостроение. 1988 - 336 с.

8. Рябченко В.К., Кучер Ю.Л. Устройство судна. Одесса. Феникс. 2006 - 118 с.

9. Фрид Е.Г. Устройство судна Л. Судостроение. 1989-340 с.

10. Вагущенко Л.Л., Вагущенко А.Л. Поддержка решений по расхождению с судами. О. Феникс 2010 - 294 с.

11. Мальцев А.С. Маневрирование судов при расхождении. Одесса. ОНМА. 2008 - 232 с.

12. Дыба В.Г., Позолотин Л.А., Чистяков В.Л. Управление безопасностью судна. Одесса. Автограф. 2004 - 334 с.

13. Снопков В.И. Управление судном М. Транспорт. 1991 - 360 с.

14. www.mir-forum.ru/files/materials/ sozvezdie.pdf. Судовые системы. 2011

15. ГОСТ Р22.0.09. Безопасность в чрезвычайных ситуациях на акваториях. Термины и определения. Государственной стандарт РФ от 25.05.1995;

16. Патент РФ 2318187 от 15.06.2006. ОАО ЦНИИ Курс" Устройство для проведения судна (УПС) по узким участкам фарватера;

17. Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. М. Радио и связь. 1984.;

18. Nebabin V.G. Methods and Techniques of Radar Recognition. Boston-London. Artech House. 1995;

19. Multisensor Data Fusion and Applications. Paramond K. Varshney Siracuse University, New York. 13244. USA;

20. Патент США 7.102.496. МПК B60Q 1/00. Опубл. 05.09.2006. Multi-sensor integration for a vehicle;

21. Небабин В.Г., Гришин В.К. Методы и техника радиолокационного распознавания. Современное состояние, тенденции развития, перспективы. Зарубежная радиоэлектроника. 1992, 10 с.5-20.

22. Небабин В.Г. Выбор параметров РЛС для распознавания. Радиотехника. Москва. 1990. 5, с.16-18

23. Fiorian Hessen. Retter und Bergen von Personen. Airbags ausgenustereugen 2001, 3, р.19)

24. http://www.jcwiki.ru/

Комплекс обеспечения гарантированного безаварийного движения надводного или подводного судна в различных аварийных ситуациях при наличии подводных и надводных потенциально опасных объектов, в том числе в чрезвычайных ситуациях, когда с помощью обычного маневрирования судном столкновение с потенциально опасными объектами невозможно предотвратить, содержащий метеорологические радиолокационные станции (РЛС) (1), спутниковую навигационную систему (2), автоматическую идентификационную систему (3), систему (4) контроля за движением судов, гидрометеоцентры (5), а на судне (6) установлены: приемник (7) спутниковой навигационной системы, приемник (8) гидрометеоинформации, бортовой блок (9) автоматической идентификационной системы, дисплей (10), система (11) обработки информации, системы (12) и (12а) передачи данных, эхолот (13), РЛС (15), гирокомпас (17), система объективного контроля - регистратор (18) данных, устройство (25) управления курсом судна (руля), устройство (26) управления режимами работы двигателя судна, магнитный компас (29), отличающийся тем, что в него дополнительно введены: гидролокационные станции обеспечения бокового обзора и в задней и передней полусферах (14), блок (20) памяти правил движения судна, инфракрасные датчики (19), датчики (32) радиоактивного излучения, надводные видеокамеры (21), подводные видеокамеры (22), устройство (23) определения скорости судна (лаг), устройство (16) комплексирования данных и распознавания объектов, устройство (24) анализа обстановки и принятия решения о мерах пассивной и активной защиты судна, наружные подводные подушки (27) безопасности судна, устройство (28) формирования управляющих сигналов, устройство (30) управления водометами, водометы (31), спутниковая навигационная система (2) связана через приемник (7) спутниковой навигационной системы с дисплеем (10), а метеоролические РЛС (1) связаны через: гидрометеоцентры (5), системы (12а) передачи данных, приемник (8) гидрометеоинформации, систему (11) обработки информации, систему объективного контроля - регистратор (18) данных, систему (12) передачи данных, систему (4) контроля за движением судов, при этом приемник (8) гидрометеоинформации связан со вторым входом дисплея (10), а РЛС (15) связана через устройство (16) комплексирования данных и распознавания объектов, устройство (24) анализа обстановки и принятия решения о мерах пассивной и активной защиты судна с устройством (28) формирования управляющих сигналов, которое связано через устройство (30) управления водометами с водометами (31), при этом входы устройства (24) анализа обстановки и принятия решения о мерах пассивной и активной защиты судна также связаны с выходами: инфракрасных датчиков (19), датчиков (32) радиоактивного излучения, надводных видеокамер (21) и подводных видеокамер (22), устройства (23) определения скорости, магнитного компаса (29), блока (20) памяти правил движения судна, а входы устройства (16) комплексирования данных и распознавания объектов связаны со вторыми выходами: эхолота (13), гидролокационных станций (14), РЛС (15), инфракрасных датчиков (19), датчиков (32) радиоактивного излучения, системы (11) обработки информации.