In God we trust
В современной инфраструктуре морского движения все более важную роль играют геоинформационные и GPS технологии, которые уже сегодня дают возможность обеспечивать непосредственных участников движения и все ячейки управления транспортными системами необходимой оперативной и качественной пространственно-часовой информацией. Глобальная спутниковая система позициирования «Навстар» NAVSTAR– Navigation Satellite Providing Time And Range) или коротко– GPS (Global Positioning System) позволяет оперативно определять координаты местоположения движущихся объектов практически в любой точке земного шара и в любое время, а геоинформационные системы обеспечивают отображение местонахождения объектов на электронных картах, моделирование и планирование транспортных потоков, мониторинг состояния транспортных систем в пространстве и времени. Существующие технологии внедряются в системы моделирования и обучения пользованию интегрированных навигационных систем для судоводителей, летчиков и т.д. При помощи современных методов расчета и нововведений в цифровое оборудование существует возможность построить эмуляцию подобной системы, которая называется многофункциональным навигационным тренажером.
Для достижения поставленной цели необходимо: произвести анализ существующих подобных систем и алгоритмов реализации; разработать алгоритм физико-математической модели движения судна; построить архитектуру программного обеспечения; предмет разработки и исследований: распределенные вычисления; объект исследования: навигационный тренажер; методология и методы исследования. В процессе исследований используется теория разложения в ряды, теория графов, инженерный анализ, Java Swing.
В плане картографии будет использоваться уже существующая система электронных карт Inland ECDIS[4].Как показала практика, использование электронных навигационных карт имеет ряд преимуществ перед традиционными картами на бумажной основе. Это, например, возможность быстро и без особых затрат актуализировать такую карту, срочно сообщить об аварии, о появившихся препятствиях для судоходства и об изменениях уровней фарватера. Об этих и других переменах на водном пути можно быстро сообщить через систему GSM или по радио. Основная цель внедрения электронных карт — повышение безопасности плавания.
Кроме того, всем известно, что европейские внутренние водные пути особенно плотно "заселены" портами, гидросооружениями, мостами, всевозможными терминалами и дорогостоящими защитными сооружениями. Вот почему использование создаваемой системы "Inland-ECDIS", несущей в себе навигационную и информационную составляющие, как нельзя кстати, если учесть "телеинформационный" бум в Европе, который, естественно, не мог не коснуться внутреннего судоходства. Эффективность систем, управляемых с помощью компьютеров, значительно возросла, и, что особенно важно, связанные с этим расходы продолжают снижаться. Некоторые государства Европейского Союза (ЕС) пытались самостоятельно проводить исследования по созданию электронных карт водных путей с целью улучшения условий во внутреннем судоходстве. Евросоюз выступил инициатором объединения этих разрозненных усилий, создав так называемую "платформу", которая послужила основой для совместных дискуссий представителей правительств, промтышленных и научных кругов. Это помогло более обстоятельному обмену мнениями и практическому применению результатов научных исследований.
Практическое значение полученных результатов заключается в разработке платформонезависимого программного обеспечения, которое реализует разработанную модель навигационного тренажера.
Во вступлении обоснована актуальность темы магистерской работы, формулируется цель и задачи исследования, идея работы и ее научная новизна.
В первом разделе рассматриваются существующие технологии. Существующие технологии внедряются в системы моделирования и обучения использованию интегрированных навигационных систем для судноводителей, летчиков и т.д. При помощи современных методов расчета, а также нововведений в цифровое оборудование существует возможность создать эмуляцию подобной системы, которая называется многофункциональным навигационным тренажером.
Многофункциональный навигационный тренажер позволяет проводить подготовку судноводителей и лоцманов по таким направлениям:
-вождение и маневрирование судном;
-организация ходовой навигационной вахты;
-радиолокационное наблюдение и прокладка;
-исспользование электронной картографии;
-проведение аварийно-спасательный операций.
Многофункциональный навигационный тренажер состоит из рабочего места инструктора и рабочих мест особ,которые обучаются любой функциональной конфигурации из следующих модулей и отдельных функциональных тренажеров (ФТ).
Второй раздел посвещен физико-математической модели движения судна. Модуль математического моделирования судна: Математическая модель построена на векторно-диференциальном методе моделирования движения судна, в которой учитывается до 50 параметров окружающей среды, который динамично изменяются (волнение моря, течение, ветер, глубина, влияние каналов, препятствийт) и судна (геометрия корпуса, масса, тип и количество двигателей, болтов, особенности рулевых механизмов). Таким образом, была достигнута возможность моделировать движение судна в шести степенях свободы.
Третий роздел посвещен подготовке и разработке архитектуры программного обеспечения тренажера. Программное обеспечение инструктора: Программное обеспечение инструктора позволяет инструктору создавать, редактировать условия и параметры упражнения, отслеживать ход выполнения упражнения каждого, вносить погрешности в работу оборудования, которое имитируется. Программное обеспечение инструктора сохраняет ход выполнения упражнений до следующего их применения и анализа. Назначение многофункционального навигационного тренажера – автоматизированное, контролированное инструктором обучение способностям в оценке радиолокационной информации, которая имитируется, о внешней надводной обстановке, обеспечивание руковождением радио, навигационными и судновыми техническими средствами, которые размещаются на ходовом мосте судна. ФТ судновых и навигационных судов. ФТ судновых технических способов включает в себя имитатор рулевого комплекса с возможностью работы в режиме автоматического рулевого. Имитатор руковождения двигателями и рулевыми приборами, индикаторы состояний и режимов работы двигателя, состояния болтов шага, которые регулируются. Органы руковождения огнями, которые сигнально отличаются, звуковыми сигналами. Индикатор аварийно-предупреждающей сигнализации. Навигационные способы позволяют работать в системе GPS/DGPS, Loran C, магнитным и гироскопическим компасом, лагом и эхолотом.
За основу была взята уже существующая интегрированная навигационная система, которая была разработана в “Institute of System Dynamics and Control” University of Stuttgart. Проэкт разработан “Deutsche Forschungsgemeinschaft” с SFB 228. Навигационный тренажер будет реализован программно, все процессы будут имитироваться максимально приближенные к реальным. Основным моментом является то, что есть возможность применять данный тренажер для реальных судов, использовав его фактические (физические) параметры (длина, ширина и т.д.). Тренажер будет иметь модель, изображенную на рис. 1.
Рисунок 1 – Схема навигационной интегрированной системы (тренажера)
Основными задачами данного тренажера будут не только выше приведенные тезы, но и максимальная автоматизация движения судна так, как он будет способен выполнять расчеты относительно набиолее рационального проложения курса (при тех условиях, в каких находится судно).
Определение будет происходить по следующему принципу: система собирает всю необходимую информацию для автоматической проводки судна. Первое – это определение окружающей ситуации при помощи радара на предмет наличия преград. Скорость по лагу будет показывать фактическое смещение относительно почвы или относительно воды. Главный GPS приемник будет обеспечивать прием фактических координат (базированные на абсолютной системе координат). Гироскоп будет предоставлять информацию относительно значения угла поворота. Затем эта информация будет переноситься на электронную карту и ставиться текущее положение.
Следовательно после чего будет определяться направление движения, опять таки при определенных условиях (препятствия на пути, надводные постройки, другие суда). Также критерием определения курса будет именно определение способа расхождения со встречными суднами при помощи использования правил ПС.
Внедрение подобных систем поможет уменьшить количество аварий на воде (исключая человеческий фактор), но не может позволить избавить от контроля судноводителем. Также она является хорошим обучающим способом в проэктировании и разработке определенных ситуаций. На этом тренажере возможно имитировать любую модель движения судна в тех или других условиях. Для этого нужно лишь задать параметры судна, электронную карту и начальные характеристики.
Четвертый раздел работы посвещен непосредственно разработке программного обеспечения продукта, включая все промежуточные этапы моделирования. Начиная с базовых алгоритмов, заканчивая готовым программным обеспечением.
В пятом разделе рассматривается область эффективного практического применения разрабатываемой технологии, а также оценки эффективности этого подхода.
Важное замечание! При написании этого автореферата работа над магистерской диссертацией еще не завершена. Завершение запланированно на октябрь 2010 года. Для получения дополнительной информации свяжитесь с автором или научным руководителем.
[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/