Застосування нечітких клітинних автоматів для оптимізації маршруту руху судна з урахуванням прогнозованих гідрометеорологічних умов

Автор(и)

  • Сергій Валерійович Дудченко Херсонська морська державна академія; Херсонський морський спеціалізований тренажерний центр при ХДМА, Україна https://orcid.org/0000-0002-1613-7226
  • Олександр Іванович Тимочко Льотна академія Національного авіаційного університету, Україна http://orcid.org/0000-0002-4154-7876
  • Dmytro Makarchuk Solent University, Україна https://orcid.org/0000-0002-4299-6614
  • Андрій Ігорович Головань Одеський національний морський університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-6589-4381

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.302876

Ключові слова:

e-Voyage, навігаційна обстановка, маршрут, клітинний автомат, нечітка логіка, погодні умови

Анотація

Об’єктом дослідження є процеси планування мінімальних експлуатаційних витрат судна при мінімальному ризику для нього та вантажу з урахуванням прогнозованих гідрометеорологічних умов. Метою визначено удосконалення методу формування оптимального маршруту в системі е-Navigation з урахуванням прогнозу погодних умов. Для досягнення мети дослідження при вирішенні проблеми маршрутизації використані нечіткі клітинні автомати в процесі прийняття рішень та оцінці впливу погодних умов на ефективність руху. Запропоноване рішення дозволяє синтезувати оптимальний маршрут руху судна, що забезпечує мінімальне споживання палива та має мінімальний ризик для судна та вантажу і враховує змінні гідрометеорологічні умови на шляху транспортного засобу. Мінімізація експлуатаційних витрат досягається завдяки властивості клітинних автоматів описувати складну поведінку об’єктів з урахуванням локальних правил. Автомати є обчислювальною системою у дискретних просторах. Невизначеність даних вплинула на необхідність використання нечіткої системи, ефективність якої залежить від якості і точності правил. Нечіткі автомати як результат комплексування нечіткої логіки і теорії автоматів дозволили обробляти безперервні кроки і моделювати притаманну їм невизначеність. Для визначення стану клітин нечіткого клітинного автомату та функції переходу між ними використано систему продукційних правил та функції приналежності. Саме несуперечливість системи продукційних правил при використанні нечіткої логіки для побудови клітинного автомата забезпечує побудову квазіглобального оптимального метода маршрутизації в порівнянні з традиційними методами розрахунку маршруту руху судна

Біографії авторів

Сергій Валерійович Дудченко, Херсонська морська державна академія; Херсонський морський спеціалізований тренажерний центр при ХДМА

Aспірант, старший викладач

Кафедра судноводіння

Директор

Олександр Іванович Тимочко, Льотна академія Національного авіаційного університету

Доктор технічних наук, професор

Кафедра «Льотної експлуатації та безпеки польотів»

Dmytro Makarchuk, Solent University

PhD (Doctor of Philosophy), Associate Professor

Department of Bridge Simulation and Ship Handling

Андрій Ігорович Головань, Одеський національний морський університет

Кандидат технічних наук (Доктор філософії), доцент

Кафедра судноводіння і морської безпеки

Посилання

  1. Review of Maritime Transport 2023. Towards a Green and Just Transition (2023). Geneva: United Nations Publications, 157. https://doi.org/10.18356/9789213584569
  2. Zis, T. P. V., Psaraftis, H. N., Ding, L. (2020). Ship weather routing: A taxonomy and survey. Ocean Engineering, 213, 107697. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.107697
  3. Szlapczynski, R., Szlapczynska, J., Vettor, R. (2023). Ship weather routing featuring w-MOEA/D and uncertainty handling. Applied Soft Computing, 138, 110142. https://doi.org/10.1016/j.asoc.2023.110142
  4. Li, Y., Cui, J., Zhang, X., Yang, X. (2023). A Ship Route Planning Method under the Sailing Time Constraint. Journal of Marine Science and Engineering, 11 (6), 1242. https://doi.org/10.3390/jmse11061242
  5. Charalambopoulos, N., Xidias, E., Nearchou, A. (2023). Efficient ship weather routing using probabilistic roadmaps. Ocean Engineering, 273, 114031. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2023.114031
  6. Grifoll, M., Borén, C., Castells-Sanabra, M. (2022). A comprehensive ship weather routing system using CMEMS products and A* algorithm. Ocean Engineering, 255, 111427. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.111427
  7. Yang, J., Wu, L., Zheng, J. (2022). Multi-Objective Weather Routing Algorithm for Ships: The Perspective of Shipping Company’s Navigation Strategy. Journal of Marine Science and Engineering, 10 (9), 1212. https://doi.org/10.3390/jmse10091212
  8. Spyrou-Sioula, K., Kontopoulos, I., Kaklis, D., Makris, A., Tserpes, K., Eirinakis, P., Oikonomou, F. (2022). AIS-Enabled Weather Routing for Cargo Loss Prevention. Journal of Marine Science and Engineering, 10 (11), 1755. https://doi.org/10.3390/jmse10111755
  9. Lin, Y.-H., Fang, M.-C., Yeung, R. W. (2013). The optimization of ship weather-routing algorithm based on the composite influence of multi-dynamic elements. Applied Ocean Research, 43, 184–194. https://doi.org/10.1016/j.apor.2013.07.010
  10. Sun, W., Tang, S., Liu, X., Zhou, S., Wei, J. (2022). An Improved Ship Weather Routing Framework for CII Reduction Accounting for Wind-Assisted Rotors. Journal of Marine Science and Engineering, 10 (12), 1979. https://doi.org/10.3390/jmse10121979
  11. Borén, C., Castells-Sanabra, M., Grifoll, M. (2022). Ship emissions reduction using weather ship routing optimisation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment, 236 (4), 856–867. https://doi.org/10.1177/14750902221082901
  12. Christiansen, M., Fagerholt, K., Nygreen, B., Ronen, D. (2007). Chapter 4 Maritime Transportation. Handbooks in Operations Research and Management Science, 189–284. https://doi.org/10.1016/s0927-0507(06)14004-9
  13. Szlapczynska, J., Smierzchalski, R. (2009). Multicriteria optimisation in weather routing. Marine Navigation and Safety of Sea Transportation, 393–400. https://doi.org/10.1201/9780203869345.ch74
  14. Fabbri, A., Lai, A., Grundy, Q., Bero, L. A. (2018). The Influence of Industry Sponsorship on the Research Agenda: A Scoping Review. American Journal of Public Health, 108 (11), e9–e16. https://doi.org/10.2105/ajph.2018.304677
  15. Ghosh, S., Rubly, C. (2015). The emergence of Arctic shipping: issues, threats, costs, and risk-mitigating strategies of the Polar Code. Australian Journal of Maritime & Ocean Affairs, 7 (3), 171–182. https://doi.org/10.1080/18366503.2015.1093695
  16. Jia, H., Adland, R., Prakash, V., Smith, T. (2017). Energy efficiency with the application of Virtual Arrival policy. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 54, 50–60. https://doi.org/10.1016/j.trd.2017.04.037
  17. Topalov, V. P., Torskii, V. G. (2002). Konventciia SOLAS-74. Osnovnye polozheniia i kommentarii. Odesa: Astroprint, 288.
  18. Avgouleas, K., Sclavounos, P. (2019). Fuel-Efficient Ship Routing. Nausivios Chora, 5, 39–72.
  19. Nishida, Y., Watanabe, S., Fukuda, A., Watanabe, Y. (2020). Q-VFCA: q-state vector-valued fuzzy cellular Automata. Journal of Cellular Automata, 15 (3), 207–222.
Застосування нечітких клітинних автоматів для оптимізації маршруту руху судна з урахуванням прогнозованих гідрометеорологічних умов

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-04-30

Як цитувати

Дудченко, С. В., Тимочко, О. І., Makarchuk, D., & Головань, А. І. (2024). Застосування нечітких клітинних автоматів для оптимізації маршруту руху судна з урахуванням прогнозованих гідрометеорологічних умов. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(3 (128), 28–37. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.302876

Номер

Том 2 № 3 (128) (2024): Процеси управління

Розділ

Процеси управління

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Sergiy Dudchenko, Oleksandr Tymochko, Dmytro Makarchuk, Andrii Golovan

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.