Удосконалення математичної моделі району плавання для оптимального маршруту переходу судна

С. Дудченко

doi:10.31498/2225-6733.47.2023.300117

Автор(и)

С. Дудченко Херсонська державна морська академія; директор, ТОВ «Херсонський морський спеціалізований тренажерний центр при Херсонській державній морській академії», м. Херсон, Україна https://orcid.org/0000-0002-1613-7226

DOI:

https://doi.org/10.31498/2225-6733.47.2023.300117

Ключові слова:

voyage planning, e-Voyage, e-Navigation, навігаційна обстановка, маршрут переходу, район плавання

Анотація

Планування оптимального маршруту переходу судна є ключовою проблемою при проектуванні систем планування руху та навігації. Дана проблема полягає в необхідності визначення траєкторії від початкової до кінцевої точки, що забезпечує відсутність зіткнень з перешкодами. При вирішенні даної проблеми, також потрібно враховувати динаміку судна, невизначеність і нестаціонарність водного середовища, час на обчислення шляху та фізичну здійсненність траєкторії. Задача планування традиційно сформульована як задача оптимізації стану поточного положення судна відносно цільового положення. Найчастіше цю задачу розв’язують у конфігураційному просторі, який складається з набору перешкод, кінематичних і динамічних обмежень і набору точок в районах плавання. Методи планування поділяються на глобальні та локальні. Глобальні методи будують маршрут на основі відомої карти, тоді як локальні методи коригують шлях при виявленні перешкод. Проте на даний момент математичні моделі району плавання лише частково враховують невизначеності зон, в яких функціонує судно. Це зумовлює планування локальних траєкторій в межах конкретного району плавання за допомогою простого прямолінійного алгоритму. Оскільки у процесі планування переходу від «причалу» до «причалу» задля забезпечення навігаційної безпеки судна необхідне використання всієї наявної інформації для складання максимально детальної уявної моделі переходу судна перед початком кожного плавання. Для вирішення даного завдання в даній роботі доведено, що у процесі побудови оптимального маршруту необхідно провести повний аналіз всіх етапів переходу судна, в результаті чого підвищується оптимальність запланованого маршруту переходу. Удосконалено математичну модель району плавання для оптимального маршруту переходу судна, в якій застосовано математичний апарат нечітких множин

Біографія автора

С. Дудченко , Херсонська державна морська академія; директор, ТОВ «Херсонський морський спеціалізований тренажерний центр при Херсонській державній морській академії», м. Херсон

Капітан далекого плавання, старший викладач

Посилання

Квасніков П.К. Концепція Е-навігації – навігації майбутнього. Сучасні підходи до високоефективного використання засобів транспорту. Колективна монографія /за ред. В. Чимшира. Ізмаїл : ДІ НУ «ОМА», 2020 – Київ: Міленіум, 2020. 472 с.

Шапіро Г.В., Аросланкін О.О., Постніков Є.Є. Формування інформаційної моделі надводної обстановки для автоматизації процесів судноводіння. Системи управління, навігації та зв’язку. 2021. Том 3. № 65. С. 37-41. DOI: https://doi.org/10.26906/SUNZ.2021.3.037.

A constrained A∗ approach towards optimal path planning for an unmanned surface vehicle in a maritime environment containing dynamic obstacles and ocean currents / Y. Singh, S. Sharma, R. Sutton, D. Hatton, A. Khan. Ocean Engineering. 2018. Vol. 169. Pp. 187-201. DOI: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2018.09.016.

Theta∗: Any-angle path planning on grids / Daniel K., Nash A., Koenig S., Felner A. Journal of artificial intelligence research. 2010. Vol. 39. Pp. 533-579. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.1401.3843.

Nash A., Koenig S. Any-angle path planning, AI Magazine. 2013. Vol. 34. No. 4. Pp. 85-107. DOI: https://doi.org/10.1609/aimag.v34i4.2512.

Data-driven based automatic maritime routing from massive AIS trajectories in the face of dis-parity / S.-K. Zhang, G.-Y. Shi, Z.-J. Liu, Z.-W. Zhao, Z.-L. Wu. Ocean Engineering. 2018. Vol. 155. Pp. 240-250. DOI: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2018.02.060.

Data-driven ship energy efficiency analysis and optimization model for route planning in ice-covered arctic waters / Zhang C., Zhang D., Zhang M., Mao W. Ocean Engineering. 2019. Vol. 186. Pp. 1-22. DOI: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2019.05.053.

Automatic ship route design between two ports: A data-driven method / Y. Wen, Z. Sui, C. Zhou, C. Xiao, Q. Chen, D. Han, Y. Zhang. Applied Ocean Research. 2020. Vol. 96. Art. no. 102049. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apor.2019.102049.

Han P., Yang X. Big data-driven automatic generation of ship route planning in complex maritime environments. Acta Oceanologica Sinica. 2020. Vol. 39. No. 8. Pp. 113-120. DOI: https://doi.org/10.1007/s13131-020-1638-5.

Lisowski J. Synthesis of a Path-Planning Algorithm for Autonomous Robots Moving in a Game Environment during Collision Avoidance. Electronics. 2021. Vol. 10(6). Pp. 1-14. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics10060675.

Зазірний А.А. Метод формування динамічного простору рівнів небезпеки зон в районі плавання при вирішенні задачі розходження судна з навігаційними небезпеками. Збірник наукових праць Харківського національного університету Повітряних Сил. 2021. № 1(67). C. 110-118. DOI: https://doi.org/10.30748/zhups.2021.67.15.