In God we trust

Реферат на тему випускної роботи

§ Вступ

Актуальність теми

У сучасній інфраструктурі морського руху дедалі важливішу роль відіграють геоінформаційні та GPS технології, які уже сьогодні дають можливість забезпечити безпосередніх учасників руху та всі ланки керування транспортними системами необхідною оперативною і якісною просторово-часовою інформацією. Глобальна супутникова система позиціювання "Навстар" (NAVSTAR- Navigation Satellite Providing Time And Range) або коротко- GPS (Global Positioning System) дозволяє оперативно визначати координати місцеположення рухомих об'єктів практично в будь- якій точці земної кулі та в будь-який час, а геоінформаційні системи (ГІС) забезпечують відображення місцезнаходження об'єктів на електронних картах, моделювання та планування транспортних потоків, моніторинг стану транспортних систем в просторі та часі. Існуючі технології впроваджуються в системи моделювання та навчання користуванню інтегрованими навігаційними системами для судноводіїв, льотчиків і т.п. За допомогою сучасних методів розрахунку, також нововведень в цифрове обладнання існує можливість побудувати емуляцію подібної системи, котра називається багатофункціональний навігаційний тренажер.

§ Мета та задачі дослідження

Метою роботи є створення моделюючої системи навігаційного тренажера, котра буде забезпечувати максимально наближену до реалій фізико-математичну модель динаміки руху судна. Головною метою є створення єдиної системи для підготовки судноводіїв та максимальної автоматизації процесу судноводіння. По своєму принципу система, згідно заданого курсу, планує рух судна, враховуючи водний трафік та різноманітні перешкоди, також вона, згідно з чинними правилами ПС, здійснює розходження з іншими судами. Ідея роботи фокусується на максимальній автоматизації процесу судноводіння, але й також максимальним переключенням на ручне керування.

В плані картографії буде використовуватись вже існуюча система електронних карт Inland ECDIS[4]. Як показала практика, використання електронних карт має ряд переваг перед традиційними картами на паперовій основі. Це, наприклад, можливість швидко та без особливих затрат актуалізувати таку карту, досить швидко повідомити щодо аварії, про з'явившийся перешкодах для суднопластва та про змінення рівней форватеру. Про ці та інші зміни на водному шляху можно швидко повідомити через систему GSM або по радіо. Основна мета впровадження електронних карт- збільшення безпеки плавання.

Крім того, всім відомо, що європейські внутрішні шляхи особливо плотно "заселені" портами, гідроспорудами, мостами, різноманітними терміналами та дорогими захистними спорудами. Ось чому використання створенної системи "Inland-ECDIS", котра несе в собі навігаційну та інформаційну становлючи, як не можна доречі, якщо врахувати телеінформаційним бум у Європі, котрий, природньо, не міг не торкнутись внутрішнього судноплавства. Ефективність систем, керуємих за допомогою комп'ютерів, суттєво зросла, та що особливо важливо, пов'язані з цим ростом розходи продовжують знижуватись. Деякі країни Європейської спілки(ЄС) намагались самостійно проводити дослідження по створенню електронних карт водних шляхів з метою покращення умов у внутрішньому судноплавстві. Євроспілка виступила ініціатором об'єднання цих спроб, створив платформу, котра стала основою для спільних дискусій представників влади, промислових та наукових трудів. Це допомогло у більш корисному обміні думками та практичному застосуванню результатів научних дослідженнь.

§ Основні задачі розробки та дослідження

Для досягнення поставленої мети необхідно: Виконати аналіз існуючих подібних систем та алгоритмів реалізації. Разробити алгоритм фізико-математичної моделі руху судна. Побудувати архітектуру пограмного забезпечення. Предмет розробки та дослідженнь: розподілені обчислення. Об'єкт дослідження: навігаційний тренажер. Методологія та методи досліджень. В процессі досліджень використовується теорія розкладення в ряди, теорія графів, інженерний аналіз, Java Swing.

Наукова новизна визначається наступними положеннями:

Максимальна автоматизація процесу судноводіння в стиснених водах. Використання розподілених обчислень у розрахунку фізико-математичної моделі.

Практичне значення отриманих результатів заключається в розробці платформонезалежного програмного забезпечення, реалізуючого розроблену модель навігаційного тренажера.

§ Обзор досліджень та розробки по темі

Дослідженнями в цій галузі дуже поширене у стінах ДонНТУ. Факультет КНТ, кафедра КІ веде дуже активну роботу в цій галузі. Під керівництвом проф. Святного В.А. зроблено дуже багато роботи в цій галузі. До котрих можно віднести роботи Кривошеєва С.В., Анопрієнко О.Я.[5]. Теми їх робот присвячені дослідженням управління річкового судна в середі Matlab/Simulink та також моделюванням процесів обробки інформації в інтегрованій навігаційній системі. Глобальні дослідження в цій галузі вже давно перейшли на якісно новий рівень, та ідея інтегрованих навігаційних систем виражається в створенні нової тенденції в судноплавстві, котра здатна досконало замінити людський фактор у судноплавстві. Розробки в данному напрямку активно ведуться у Max Plank інституті (Німеччина) на чолі з доктором Е. Д. Гілесом. Відділ- Integrated Navigation Systems. Також дуже активну роботу в цій галузі веде prof. I. Fossen и Tristan Perez[8]. На їх сайті представлена велика кількість бібліотек необхідних для розробки навігаційних та керуючих систем. Важливо те, що вони розповсюджуються вільно та можуть бути модифіковані, так як розповсюджуються під ліцензією GNU. Також хотілось би окремо виділити компанію Transas Marine[9]. Котра є лідером в області розробки інтегрованих навігаційних систем, електроних мап, AIS(Automatic Identification System).

§ Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми магістерської роботи, формулюються мета та задачі досліджень, ідея роботи та її наукова новизна.

В першому розділі розглянуті існуючі технології. Існуючі технологій впроваджуються в системи моделювання та навчання користуванню інтегрованих навігаційних систем для судноводіїв, льотчиків і т.п. За допомогою сучасних методів розрахунку, також нововведень в цифрове обладнання існує можливість побудувати емуляцію подібної системи, котра називається багатофункціональним навігаційним тренажером.

Багатофункціональний навігаційний тренажер дозволяє проводити підготовку судноводіїв та лоцманів по таким напрямкам:

-керування та маневрування судном;

-організація ходової навігаційної вахти;

-радіолокаційне спостереження та прокладка;

-використання електронної картографії;

-проведення аварійно-рятувальних операцій.

Багатофункціональний навігаційний тренажер складається з робочого місця інструктора та робочих місць осіб, що навчаються, будь-якої функціональної конфігурації з наступних модулів та окремих функціональних тренажерів (ФТ).

Другий розділ присвячений фізико- математичній моделі руху судна. Модуль математичного моделювання руху судна: Математична модель побудована на векторно-диференціальному методі моделювання руху судна, в якій враховується до 50 параметрів оточуючого середовища, що динамічно змінюються, (хвилювання моря, течія, вітер, глибина, вплив каналів, перешкод) і судна (геометрія корпуса, маса, тип та кількість двигунів, гвинтів, особливості кермових механізмів). Таким чином, була досягнута можливість моделювати рух судна у шістьох ступенях вільності.

Третій розділ присвячено підготовці та розробці архітектури програмного забезпечення тренажера. Програмне забезпечення інструктора: Програмне забезпечення інструктора дозволяє інструктору створювати, редагувати умови та параметри вправи, відслідковувати хід виконання вправи кожного, вносити погрішності в роботу обладнання, що імітується. Програмне забезпечення інструктора зберігає хід виконання вправ для наступного їх відтворення та аналізу. Призначення багатофункціонального навігаційного тренажера — автоматизоване, контрольоване інструктором навчання практичним здібностям в оцінці радіолокаційної інформації, що імітується, про зовнішні надводні умови, забезпечення керування радіо, навігаційними та судновими технічними засобами, що розміщуються на ходовому містку судна. ФТ суднових та навігаційних засобів ФТ суднових технічних засобів включає в себе імітатор кермового комплексу з можливістю роботи в режимі автоматичного кермового. Імітатор керування двигунами та кермовими приладами, індикатори станів та режимів роботи двигуна, стану гвинтів шагу, що регулюється. Органи керування вогнями, що сигнально відрізняють, звуковими сигналами. Індикатор аварійно-попереджувальної сигналізації. Навігаційні засоби дозволяють працювати з системами GPS/DGPS, Loran C, магнітним та гіроскопічним компасом, лагом та ехолотом.

За основу було взято існуючу інтегровану навігаційну систему, розроблену “Institute of System Dynamics and Control” University of Stuttgart. Проект розроблений “Deutsche Forschungsgemeinschaft”.

Навігаційний тренажер буде реалізований програмно, всі процеси будуть імітуватись максимально наближено до реальних. Основним моментом є те, що даний тренажер можливо застосовувати до реального судна, використавши його фактичні (фізичні) параметри (довжина, ширина, і т.п.). Тренажер буде мати модель зображену на мал. 1.

Малюнок 1- Схема навігаційної інтегрованої системи(тренажеру)

Основними задачами даного тренажера будуть не тільки вище зазначені тези, але й максимальна автоматизація руху судна. Так, як він буде здібний виконувати розрахунки щодо найбільш раціонального прокладання курсу(за тих умов, в яких знаходиться судно).

Визначення буде відбуватися за наступним принципом: система збирає всю необхідну інформацію для автоматичної проводки судна. Перше, це визначення навколишньої ситуації за допомогою радару на предмет присутності перешкод. Швидкість по лагу буде вказувати на фактичне зміщення стосовно ґрунту, або відносно води. Головний GPS приймач буде забезпечувати приймання фактичних координат (базовані на абсолютній системі координат). Гіроскоп буде надавати інформацію стосовно значення кута повороту.

Далі ця інформація буде переноситись на електронну карту та ставитись поточне положення.

Відповідно після чого буде визначатись напрямок руху, знов таки, за певних умов(перешкоди на шляху, надводні будови, інші суда). Також критерієм визначення курсу буде саме визначення способу розходження з зустрічними судами за допомогою використання правил ПС.

Впровадження подібних систем допоможе зменшити кількість аварій на воді(виключаючи людський фактор), але не може стати виключенням контролю судноводієм. Також вона є гарним навчальним засобом у проектуванні та розробці певних ситуацій. На цьому тренажері можливо імітувати будь яку модель руху судна в тих, чи інших умовах. Для цього потрібно лише задати параметри судна, електронну карту та начальні характеристики.

Четвертий розділ роботи присвячено безпосередньо розробці програмного продукту, включаючи всі проміжні етапи моделювання - починаючи від базових алгоритмів та закінчуючи готовим програмним забезпеченням.

В п'ятому розділі розглядається сфера ефективного практичного застосування технології, що розроблюється, а також оцінки ефективності цього підходу.

Важливе зауваження! При написанні цього автореферату робота над магістерською диссертацією щє не завершена. Закінчення заплановане на жовтень 2010 року. Для отримання додаткової інформації зв'яжіться з автором або науковим керівником.

§ Список літератури:

[1]Кривошеев С.В., Потапенко В.А. Подходы к моделированию работы интегрированных навигационных систем для судов внутреннего и смешанного плавания //Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія: Інформатика, кібернетика та обчислювальна техніка, вип. 6.- Донецьк: ДонДТУ. – 1999. С.115-120.

[2] Аноприенко А.Я., Кривошеєв С.В. Информационно-программное обеспечение интегрированной навигационной системы. Збірка наукових праць міжнародної наукової конференції «Інтелектуальні системи прийняття рішень та прикладні аспекти інформаційних технології ISDMIT’2006». Т.3. Євпаторія, 2006 – с.90-93

[3] M. Faul and E.D. Gilles. DGPS Using the radio Data System. In K. Linkwitz and U.Hangleiter, editors, 3rd International Workshop High Precision Navigation, Stuttgart, 1995

[4] СИСТЕМА "INLAND - ECDIS" /Інтернет ресурс. — Режим доступу: http://danube.riverships.ru/004-8.htm

[5] Аноприенко, Александр Яковлевич /Інтернет ресурс. — Режим доступу: http://ru.wikipedia.org/wiki/Аноприенко,_Александр_Яковлевич

[6] Inland ECDIS Appendix B Product Specification for Inland ECDIS/ інтернет ресурс. Режим доступу: - http://www.unece.org/trans/doc/finaldocs/sc3/TRANS-SC3-156s2apBe.pdf

[7] Святный В.А., Кривошеев С.В. Автоматизация судовождения на основе интегрированной навигационной системы для речных судов. Збірка наукових праць міжнародної наукової конференції «Інтелектуальні системи прийняття рішень і проблеми обчислювального інтелекту ISDMCI’2008». Т.1 (ч.2). Євпаторія, 2008 – с.60-63

[8] Marine Systems Simulator /Интернет ресурс. — Режим доступа: http://www.marinecontrol.org/

[9] Transas is a world-leading developer and supplier of a wide range of software, integrated solutions and hardware technologies for the aviation and marine transportation industry, including both onboard and shore-based applications. /Интернет ресурс. — Режим доступа: http://www.transas.com/