Система информационной поддержки управления судном
Проблемы безопасности человеческой жизни на море возникли вместе с первыми попытками человечества осваивать море. Каждое время предлагало свой набор средств обеспечения безопасности. В наши дни эта проблема остается столь же актуальной, как и раньше. Мировая статистика свидетельствует о том, что, несмотря на рост водоизмещения и технического состояния морских судов, их зависимость… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ РЕГИОНА
- 1. 1. Постановка задачи
- 1. 1. 1. Электронные карты
- 1. 1. 2. Математические методы создания информационной модели
- 1. 1. 3. Триангуляционная схема
- 1. 2. Алгоритмы триангуляции
- 1. 2. 1. Алгоритм деления треугольников
- 1. 2. 2. Алгоритм сужающихся областей
- 1. 2. 3. Понижение коэффициента обусловленности
- 1. 2. 4. Проблема вырожденного фарватера
- 1. 2. 5. Точки сингулярности карты
- 1. 3. Применение триангуляционной схемы
- 1. 3. 1. Вычисление глубины в заданной точке карты
- 1. 3. 2. Построение карты безопасных глубин
- 1. 4. Повышение быстродействия триангуляционной схемы
- 1. 4. 1. Смежные треугольники
- 1. 4. 2. Деление карты на сегменты
- 1. 5. Триангуляционная схема карты течений
- 1. 6. Программная реализация информационной модели региона
- 1. 6. 1. Построение триангуляционной схемы
- 1. 6. 2. Представление триангуляционной схемы в файле
- 1. 6. 3. Использование триангуляционной схемы
- 1. 1. Постановка задачи
- 2. 1. Уравнения движения судна
- 2. 2. Воздействие случайных возмущений на судно
- 2. 2. 1. Реализация случайных функций по заданному спектру
- 2. 2. 2. Воздействие нерегулярного волнения на судно
- 2. 2. 3. Воздействие локально неравномерного течения на судно
- 2. 2. 4. Воздействие ветра на судно
- 2. 3. Моделирование управления судном
- 2. 4. Численное интегрирование системы дифференциальных уравнений
- 3. 1. Структура тренажерного комплекса
- 3. 2. Подсистема подготовки информации
- 3. 2. 1. Объекты карты и траекторий судов
- 3. 2. 2. Фрейм объектов
- 3. 2. 3. Структура сценария
- 3. 3. Навигационный тренажер
- 3. 3. 1. Сетевая модель тренажера
- 3. 3. 2. Сетевые компоненты тренажера
- 3. 3. 3. Сетевой протокол тренажерного комплекса
Система информационной поддержки управления судном (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Проблемы безопасности человеческой жизни на море возникли вместе с первыми попытками человечества осваивать море. Каждое время предлагало свой набор средств обеспечения безопасности. В наши дни эта проблема остается столь же актуальной, как и раньше. Мировая статистика свидетельствует о том, что, несмотря на рост водоизмещения и технического состояния морских судов, их зависимость от гидрометеорологических условий плавания меняется не существенно. Каждый год в море гибнет в среднем около 150 судов. Кроме того происходят многочисленные случаи повреждения судовых конструкций, потерь палубного груза, возникновения аварийного крена и т. п.
Одним из важнейших условий безопасности является высокий профессионализм судоводителей. Профессиональная подготовка капитанов и членов экипажа должна удовлетворять требованиям, закрепленным в «Международной конвенции о подготовке и дипломировании моряков и несении вахты 1978 года» (дальше ПДМНВ-78). В 1995 году состоялась конференция сторон-участниц «Международной конвенции 1978 года», на которой были приняты соответствующие изменения. Признание получила практика подготовки судоводителей с использованием тренажеров. В Международной конвенции ПДМНВ-78, измененной конференцией 1995 года [44,45,46,47,48,49], есть специальный раздел А-1/12 «Требования, определяющие использование тренажеров».
В конвенции в частности указывается, что «каждый капитан, лицо командного состава и радиооператор должны, для продолжения службы на судах, в отношении которых на международном уровне были согласованы специальные требования к подготовке, успешно завершить одобренную соответствующую подготовку» [Международная Конвенция ПДМНВ-78].
В числе прочих было сформулировано правило 1.12: «Использование тренажеров».
• Эксплуатационные требования и другие положения, изложенные в разделе А-1/12, и такие другие требования, которые предписываются в части, А Кодекса ПДМНВ для любых соответствующих дипломов должны соблюдаться в отношении:
• всей обязательной подготовки, основанной на использовании тренажеров [50];
• любой оценки компетентности, требуемой частью, А Кодекса ПДМНВ, которая осуществляется с помощью тренажера;
• любой демонстрации с помощью тренажеров поддержания профессонализма [53], требуемого частью, А Кодекса ПДМНВ.
В материалах конференции 1995 года сформулированы основные эксплуатационные требования к тренажерам различного назначения, таким как радиолокационный тренажер, тренажер средств автоматической радиолокационной прокладки (САРП), судовождения и несения вахты, управления судном и маневрирования, обработки и размещения грузов на судне и др. Рекомендовано также использование различных факультативных тренажеров [3,4].
В соответствии с рекомендуемыми эксплуатационными требованиями тренажерное оборудование по судовождению и несению вахты должно быть способно моделировать навигационное оборудование и органы управления на мостике, а также создавать эксплуатационную среду в реальном времени, включая управление судовождением и приборами связи и оборудованием, относящимся к выполнению навигационныхь задач [54] и задач по несению вахты и навыков маневрированияобеспечивать реальную визуальную ситуацию в дневных или ночных условиях, включая меняющуюся видимость, или ситуацию только в ночных условиях: как она наблюдается с мостика, с минимальным горизонтальным полем зрения, доступным для обучаещегося при наблюдении секторов, соответствующих навигационным задачам и задачам по несению вахтыи реалистично воспроизводить динамику «собственного судна» в условиях открытого моря, включая влияние погоды, приливов, течений и взаимодействие с другими судами [5,55].
Тренажеры по управлению судном и маневрированию должны обеспечивать реальную визуальную ситуацию, как она наблюдается с мостика в дневных и ночных условиях с изменяющейся видимостью по всему минимальному горизонтальному полю зрения, доступному для обучающегося, при наблюдении секторов, соответствующих задачам и целям обучения в отношении маневрирования и управления судноми реалистично воспроизводить динамику «собственного судна» в стесненных водах, включая мелководье и береговой эффекта также проводить анализ ситуаций, которые могут привести к столкновению, с помощью изображаемой на экране информации [42,52], определения и выполнения действий по предупреждению ситуаций опасного сближения в соответствии с действующими Международными правилами предупреждения столкновений судов в море 1972 года.
Эффективность тренажера как важного средства в процессе подготовки судоводителей общепризнана. Следует отметить, что в России в соответствии с приказом ДМТ Министерства транспорта Российской федерации от 04.01.96 N 1 «О совершенствовании тренажерной подготовки судоводителей, радиоспециалистов и операторов систем управления движением судов (СУДС)» [56] введена специальная тренажерная подготовка по программе «Электронная картография». С 01.01.98 г. наличие свидетельств о подготовке по указанной программе является обязательным для капитанов и старших помощников, работающих на судах, оборудованных ЭКС [57].
Всем указанным требованиям удовлетворяют сертифицированные учебно-тренажерные центры (УТЦ) [58,59] и большие навигационные тренажеры, полностью моделирующие капитанский мостик и вид из него на район плавания. Однако эти тренажеры являются дорогостоящими в разработке и обслуживании, и, соответственно, время работы на них стоит дорого. Поэтому создание малых тренажеров, которые отрабатывают у обучаемых первичные навыки работы на навигационных и картографических тренажерах, является необходимой и актуальной задачей.
Цель данной работы состоит в создании полностью функционального малого сетевого навигационного тренажера [60], названного MMSim, который может быть использован в процессе обучения как по управлению судном и маневрированию, так и по электронной картографии. В процессе подготовки судоводителей навигационный тренажер позволяет имитировать возникновение критических ситуаций и отрабатывать навыки безопасного маневрирования в сложной обстановке, что невозможно осуществить на практике [6,8,9].
Разработанный навигационный тренажер MMSim функционирует на персональных компьютерах под управлением операционной системы Windows NT [17]. На компьютерах, объединенных в локальную сеть, тренажер позволяет проигрывать в едином информационном пространстве навигационную ситуацию с участием нескольких судов, управляемых обучаемыми. Программные возможности тренажера не ограничивают числа участников одновременного сеанса работы. В состав тренажера включен комплекс программ подготовки информации по региону плавания и навигационной обстановки. Открытая структура тренажера позволяет подключать дополнительные модули расширения такие, как радиолокационный экран или модель капитанского мостика [43]. Кроме того, разработанный тренажер может быть использован в построении других систем, основанных на информационной модели региона и математической модели движения судна, например, в системах проектирования портовых сооружений.
Математическая основа навигационного тренажера включает в себя две части: информационную модель района плавания и динамическую модель управляемого движения судна [7].
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложений.
Заключение
.
Сформулируем в сжатом виде наиболее существенные научные и практические результаты, содержащиеся в работе.
1. Проведено целостное рассмотрение информационной модели региона плавания как основной составляющей информационного пространства тренажеров управления судном;
2. Рассмотрены различные способы автоматизированной обработки информационной модели региона плавания для ее использования в математической модели движения судна;
3. Созданы алгоритмы оптимизации автоматизированной обработки картографической информации;
4. Построена и реализована четырехмерная математическая модель движения судна на основании полной шестимерной модели, разработанной д.т.н. проф. В. И. Зайковым;
5. Проведен комплексный детальный учет и анализ всех факторов, влияющих на достоверность и адекватность построенной модели движения судна. Наряду с влиянием рельефа морского или речного дна, учитывается влияние нерегулярного волнения, ветра, а также локально-неравномерного течения на движение судна;
6. Реализован функциональный автоматизированный сетевой тренажер по управлению и маневрированию судна и электронной картографии, предназначенный для начального этапа тренажерной подготовки судоводителей.
Отметим, что разработанный навигационный тренажер используется в:
• Учебном процессе на кафедре «Управление Судном» Санкт-Петербургского Государственного университета водных коммуникаций.
• Северо-Западном Речном Училище.
• Уханьском Политехническом Университете, КНР.
Список литературы
- Й.Виттенбург. Динамика систем твердых тел. М. :Мир, 1980,292с.
- Справочник по теории корабля: в трех томах. т.З. Управляемость водоизмещающих судов. Гидродинамика судов с динамическими принципами поддержания. /Под редакцией Войткунского Я. И. Л., Судостроение, 1985. 544 е./
- Руководство для аудитора по МКУБ. Российский морской регистр судоходства. СПб., 1996, § 6.5 «Тренажерная подготовка»
- Правила управления качеством для судоходной компании, СПб., 1998, § 19.1 «Подготовка персонала»
- Руководство по сертификации систем управления безопасной эксплуатацией судов и предотвращением загрязнения, СПб., 1998
- А.А.Капанев, С. А. Попов, Р. Э. Францев. Управление и информационное обеспечение транспортных систем. Управление транспортными системами. Сборник научных трудов под редакцией Р. Э. Францева, СПб., 1997, стр.3−13.
- А.В.Зернов. Навигационное оборудование внутренних водных путей. Текст лекций. СПб, 1997
- В.Ф.Евменов, В. Д. Ракитин, А. А. Сикарев. Автоматизация судовождения и связи. Учебное пособие. СПб., 1997
- А.Д. Гофман. Движительно-рулевой комплекс и маневренность судна. Изд-во «Судостроение», Л. 1988, 360 с.
- Винниченко H.K., Пунус Н. З. Турбулентность в свободной атмосфере. Л.:Гидрометеоиздат 1976, 287с.
- Бухтояров И.И., Морозов В. И. Математическая модель движения дельтоплана. В кн.:Исследование аэродинамики, аэроупругости и динамики полета дельтопланов и парашютов-крыльев. ВВИА им. Н. Е. Жуковского, М, 1985, с. 164−180
- Доброленский Ю.П. Динамика полета в неспокойной атмосфере. М. Машиностроение, 1969. 256с.
- Д.Мак-Кракен, У.Дорн. Численные методы и программирование на фортране, М.:Мир, 1977, 584с.
- А.В.Фролов, В. Г. Фролов. Операционная система Microsoft Windows 3.1 для программиста. М., Диалог-МИФИ, 1994, 270с.
- Judith L. Gersting. Mathematical structures for computer science. Third Edition, New York, Computer Science Press, 1993, 760p.
- Alan Gibbons. Algorithmic Graph Theory. Cambridge University Press, 1994, 259p.
- A.V.Aho, J.E.Hopcroft, J.D.Ulman. The design and analysis of computer algorithms, Addison-Wesley, 1974
- Б.Страуструп. Язык программирования С++. Вторая редакция. Киев: ДиаСофт, 1993.
- А.В.Фролов, Г. В. Фролов. Программирование для Window NT. М.:Далог-МИФИ, 1996−9923. А. В. Фролов, Г. В. Фролов. Microsoft Visual С++ и MFC. М.:Далог-МИФИ, 1996
- М.Эллис, Б.Страуструп. Справочное руководство по языку программирования С++ с комментариями. М.:Мир, 1992
- Пол Ирэ. Объектно-ориентированное программирование с использованием С++. Киев: НИПФ «ДиаСофт Лтд.», 1995
- Круглински Дэвид. Основы Visual С++/Пер. с англ. М. Издательский отдел «Русская Редакция», ТОО «Channel Trading Ltd.», 1997, 696с.
- Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. -М.: Финансы и статистика, 1998. -288 е.: ил.
- Королев Ю.К. Общая геоинформатика. Часть 1. Теоретическая геоинформатика. Выпуск 1., СП ООО Дата+, 1998 г., 118 с.
- Шайтура C.B. Геоинформационные системы и методы их создания., Калуга: издательство Н. Бочкаревой, 1998 г. -252 с: ил
- Светличный A.A., Андерсон В. Н., Плотницкий C.B. Географические информационные системы: технология и приложения. Одесса: Астропринт, 1997. 196 е.: ил.
- Берлянт A.M. Геоинформационное картографирование. -М.: 1997. -64 с.
- Берлянт A.M. Картография и телекоммуникация (аналитический обзор), М.: 1998, -76 с.
- Каталог карт и атласов, изданных в 1986—1996. Том 1 (1986 1992). -М.: Картгеоцентр-Геодезиздат. 1996. -317с.: ил.
- Кошкарев A.B., Тикунов B.C. Геоинформатика. /Под редакцией Д. В. Лисицкого. -М.:"Картгеоцентрм-«Геодезиздат», 1993,. -213 е.: ил.
- Программное обеспечение и технологии геоинформационных систем: Учебное пособие / Замай С. С., Якубайлик О. Э. Новосибирск: Наука.Сиб. предприятие РАН, 1998.-112 с.
- Тикунов B.C. Моделирование в картографии. Учебник. -М.: Изд-во МГУ, 1997, -405 с.
- Цифровая картография и геоинформатика. Краткий терминологический словарь. /Под общей ред. Е. А. Жалковского. М.: «Картгеоцентр"-"Геодезиздат», 1999. -46 с.
- Бугаевский JI.M. Математическая картография: Учебник для вузов. -М.: «Златоуст», 1998,-400 е.: ил. 65
- Бугаевский JI.M. Теория картографических проекций ругулярных поверхностей. -М.: «Златоуст», 1999. 144 е.: ил. 11
- Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений. Научно-практическое издание. Серия «Информатизация России на пороге XXI века». -М.: СИНТЕГ, 1998. 376 с.
- STCW amendment 1 (1997). London, IMO, 1998 (IMO-945E)
- IMO workshop material on implementation of the revised STCW Convention. 1996 edition (IMO-972E)
- STCW-F 95: International Convention on Standards of Training, Certification and Watchkeeping for Fishing Vessel Personnel, 1995. 1996 edition. (IMO-915E)
- Document for guidance on fishermen’s training and certification. 1988 edition, Language (s): E, F, S. (IMO-948E)
- IMO compendium of maritime training institutes. 1996 edition.
- COOLEN, E.J. (Revised by) Nicholl’s concise guide to the navigation examination. Vol. 2. 12th ed. Glasgow, Brown, Son & Ferguson Ltd., 1995
- Математические модели систем управления и навигации: Межвуз. сб. Ленингр. ин-т точ. механики и оптики- Под ред. А. С. Бургонского, Е. В. Климовой. -Л.: ЛИТМО. 1990. — 112 е.: граф.
- Ермаков Василий Иванович. Использование вычислительной техники для решения навигационных и технических задач: Учеб. пособие. Калининград: ВИПК Минрыбхоза СССР. — 1991. — 36 с.
- Дмитриев Сергей Петрович. Высокоточная морская навигация. СПб.: Судостроение. — 1991. — 221,1. е.: ил. — На рус.яз. — Российская Федерация. — Библиогр.: с. 217−220 (78 назв.)
- ПОЛОЖЕНИЕ О ТРЕНАЖЕРНОЙ ПОДГОТОВКЕ СУДОВОДИТЕЛЕЙ, РАДИОСПЕЦИАЛИСТОВ И ОПЕРАТОРОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДОВ (СУДС). Утверждено приказом ДМТ от 04 января 1996 г. № 1
- ПОЛОЖЕНИЕ об аттестации инструкторов и преподавателей тренажерных центров (ТЦ) подготовки судоводителей и операторов СУДС. Утверждено Департаментом мореплавания Минтранса России 26 декабря 1996 г.
- ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ТРЕНАЖЕРНЫМ ЦЕНТРАМ ПОДГОТОВКИ СУДОВОДИТЕЛЕЙ И ОПЕРАТОРОВ СУДС № ДМТ 29/53−44 введены в действие с 01 марта 1996 г.
- Вычислительная техника и программирование на морском транспорте-. Учеб. Пособие. Ленингр. высш. инж. мор. уч-ще им. С. О. Макарова -Б.м. 1988. — 92, е.: ил. — На рус.яз.
- Е.В.Пасынков, Зайков C.B. Тренажер швартовки и маневрирования судна, Санкт-Петербург, изд. СПбГУВК, 1996,2.5 п.л.
- Е.В.Пасынков. Система подготовки информации для тренажера управления судном //Управление и информационные потоки на транспорте. Санкт-Петербург, Тип. СПбГУВК, 1997 с.88−90.