Minimization of ships' passing path in the field of risks

Павло Петрович Маменко

doi:10.15587/2706-5448.2023.276419

Автор(и)

Павло Петрович Маменко Херсонська державна морська академія, Україна https://orcid.org/0000-0001-7358-9299

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2023.276419

Ключові слова:

поле ризиків, оптимальне розходження, градієнтна процедура, мінімізація шляху розходження, еліпс заданого ризику, автоматичний модуль

Анотація

Об’єктом дослідження є процеси автоматичного оптимального розходження суден у полі ризиків. На сучасних суднах, для супроводження цілей та розходження з ними, використовується ARPA (automatic radar plotting aid). ARPA є автоматизованою системою, яка передбачає наявність оператора у контурі обробки інформації та управління. На сьогоднішній день втручання оператора у процеси керування досить значні та часто ведуть до збільшення кількості аварій та катастроф. Останнім часом спеціалісти все більше уваги звертають на автоматизацію процесів керування судном. Найбільш перспективним напрямком автоматизації є застосування автоматичних модулів керування у автоматизованих системах. У цьому випадку судноводій лише приймає рішення про використання автоматичного модуля та спостерігає за його роботою. Прикладом автоматичного модуля у автоматизованій системі є авторульовий, який використовується на суднах вже більше 100 років.

У роботі розглянуто метод автоматичного оптимального розходження суден у полі ризиків. Метод дозволяє мінімізувати шлях розходження, за умови не перевищення заданого ризику зіткнення. Отримані результати пояснюються використанням бортового обчислювача для розрахунку керувань. У бортовому обчислювачі, на кожному кроці обчислення, будується поле ризиків. Для точки положення судна у полі ризиків знаходиться градієнт поля та напрямок руху судна, перпендикулярний градієнту. Напрямку руху судна у кожній точці є дотичними до траєкторії розходження – еліпсу рівного ризику. Еліпс рівних ризиків використовується як програма руху для формування керувань, що забезпечують рух судна по еліпсу заданого ризику у процесі розходження.

Розроблений метод може використовуватися для розробки автоматичних модулів керування розходженням суден у полі ризиків.

Біографія автора

Павло Петрович Маменко, Херсонська державна морська академія

Старший викладач, капітан далекого плавання

Кафедра управління судном

Посилання

Radar navigation and ship collision avoidance. Nautical almanac. Available at: https://www.nauticalalmanac.it/en/navigation-astronomy/radar-navigation-maneuvering-board.html
Bole, A., Wall, A., Norris, A. (2013). Radar and ARPA manual: Radar, AIS and Target Tracking for Marine Radar Users. Butterworth-Heinemann, 552. doi: https://doi.org/10.1016/c2010-0-68325-8
Pipchenko, A. (2018). Radar Plotting or... Do we really understand what ARPA does? Available at: https://learnmarine.com/blog/Radar-Plotting-or...-Do-we-really-understand-what-ARPA-does?
Johansen, T. A., Cristoforo, A., Perez, T. (2016). Ship Collision Avoidance Using Scenario-Based Model Predictive Control. IFAC.
Shen, H., Hashimoto, H., Matsuda, A., Taniguchi, Y., Terada, D., Guo, C. (2019). Automatic collision avoidance of multiple ships based on deep Q-learning. Applied Ocean Research, 86, 268–288. doi: https://doi.org/10.1016/j.apor.2019.02.020
Huang, Y., Chen, L., van Gelder, P. H. A. J. M. (2019). Generalized velocity obstacle algorithm for preventing ship collisions at sea. Ocean Engineering, 173, 142–156. doi: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2018.12.053
Lisowski, J. (2004). Multi-step matrix game with the risk of ship collision, Risk Analysis IV, Wit Press. Computational Mechanics Publications: Southampton and Boston, 669–680.
Lisowski, J. (2004). The multistage positional game of process decision in marine collision situations. Proc. of the XV International Conference on Systems Science. Wroclaw, 1–10.
Hua, J., Yan, X., Liu, W., Shi, C. (2018). Risk function of collision between ships based on ship domain. Journal of Marine Science and Engineering, 6 (4), 124.
Mamenko, P., Zinchenko, S., Kobets, V., Nosov, P., Popovych, I.; Babichev, S., Lytvynenko, V. (Eds.) (2021). Solution of the Problem of Optimizing Route with Using the Risk Criterion. Lecture Notes on Data Engineering and Communications Technologies. Cham: Springer, 77, 252–265. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-82014-5_17
Zinchenko, S. M., Mateichuk, V. M., Nosov, P. S., Popovych, I. S., Appazov, E. S. (2020). Improving the accuracy of automatic control with mathematical meter model in on-board controller. Radio Electronics, Computer Science, Control, 4, 197–207. doi: https://doi.org/10.15588/1607-3274-2020-4-19
Niu, H., Lu, Y., Savvaris, A., Tsourdos, A. (2016). Efficient Path Planning Algorithms for Unmanned Surface Vehicle. IFAC-PapersOnLine, 49 (23), 121–126. doi: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2016.10.331
Huang, Y., Chen, L., Negenborn, R. R., van Gelder, P. H. A. J. M. (2020). A ship collision avoidance system for human-machine cooperation during collision avoidance. Ocean Engineering, 217, 107913. doi: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.107913
Huang, Y., Chen, L., Chen, P., Negenborn, R. R., van Gelder, P. H. A. J. M. (2020). Ship collision avoidance methods: State-of-the-art. Safety Science, 121, 451–473. doi: https://doi.org/10.1016/j.ssci.2019.09.018
Zinchenko, S., Mamenko, P., Grosheva, O., Mateychuk, V. (2019). Automatic control of the vessel’s movement under external conditions. Scientific Bulletin Kherson State Maritime Academy, 2 (21), 10–15. doi: https://doi.org/10.33815/2313-4763.2019.2.21.010-015
Zinchenko, S., Nosov, P., Mateichuk, V., Mamenko, P., Grosheva, O., Popovych, I. (2019). Automatic collision avoidance system with many targets, including maneuvering ones. Bulletin of the Karaganda University. “Physics” Series, 96 (4), 69–79. doi: https://doi.org/10.31489/2019ph4/69-79