Маменко П. П. Методи автоматизації процесів планування маршруту та оптимальлного розходження суден в умовах невизначеності

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 151 – Автоматизація та комп’ютерно – інтегровані технології. – Херсонська державна морська академія Міністерства освіти і науки України, Херсон, 2023. Об’єктом дослідження є процеси автоматичного планування маршруту та оптимального розходження суден при русі по маршруту в умовах невизначеності зовнішніх та внутрішніх факторів, а предметом дослідження є принципи, методи і моделі автоматичного планування маршруту руху судна та оптимального розходження з суднами цілями при русі судна по маршруту в умовах невизначеності зовнішніх та внутрішніх факторів. Наукове значення результатів дисертаційного дослідження полягає у: використанні поля ризиків для вирішення задач автоматичного планування маршруту та оптимального розходження із суднами цілями; розробці принципів, методів та засобів автоматичного планування маршруту; вирішенні задачі оптимізації траєкторії розходження, за умови не перевищення заданого ризику; врахуванні інтересів усіх учасників операції розходження, за рахунок використання системного підходу, аналізу і синтезу, методів та інструментів проектування, моделювання та оптимізації. Практичне значення отриманих результатів полягає у можливості створення, на основі розроблених принципів, методів та засобів, модулів автоматичного планування маршруту та автоматичного оптимального розходження у полі ризиків, із врахуванням інтересів усіх учасників операції, що дозволяє зменшити вплив людського чиннику на процеси керування рухом судна, підвищити безпеку судноводіння, скоротити час підготовки судна до рейсу, дистанцію маршруту, час руху по маршруту та витрати палива. Розроблені принципи, методи та побудоване на їх основі алгоритмічне і програмне забезпечення модулів автоматичного керування перевірені числовим моделюванням у середовищі MATLAB та стенді імітаційного моделювання у замкнутому контурі із математичною моделлю об’єкту керування. Результати математичного моделювання підтвердили працездатність та ефективність розроблених методів, що дозволяє рекомендувати їх для використання у автоматизованих системах з автоматичними модулями керування. При цьому у роботі: - вперше розроблено метод побудови поля ризику, який полягає у використанні в якості суднового домену двохвимірного розподілу Гауса із середньоквадратичними значеннями невизначених факторів (похибок вимірювання положення судна та суден-цілей, часткової невизначеності характеристик судна та суден-цілей, часткової невизначеності математичних моделей судна та суден-цілей, тощо), на відміну від існуючих рішень, забезпечує планування маршруту, контроль руху судна по маршруту та розходження суден при русі по маршруту із наперед заданим ризиком зіткнення, що дозволяє підвищити безпеку судноводіння; - вперше розроблено метод оптимального розходження суден у полі ризиків, який полягає в організації розходження зміною курсу руху судна шляхом ковзання по еліпсу заданого ризику, на відміну від існуючих рішень, забезпечує можливість оптимального розходження (мінімізацію шляху розходження) із наперед заданим ризиком, що дозволяє підвищити безпеку судноводіння; - вперше розроблено метод виходу на траєкторію заданого ризику та сходу із траєкторії заданого ризику при виконанні маневру розходження суден, який полягає у визначенні позиції початку маневру циркуляції, виконанні маневру циркуляції, визначенні позиції закінчення маневру розходження та виконанні маневру циркуляції для повернення на первинний курс, що надає можливість точного виходу на траєкторію розходження та повернення на первинний курс по закінченні виконання маневру розходження; - удосконалено підхід до планування маршруту судна, який полягає у використанні бортового обчислювача для визначення маршруту руху судна у полі ризиків з використанням градієнтних методів, на відміну від існуючих рішень, забезпечує автоматичну прокладку маршруту руху судна з використанням новітніх технологій: цифрових морських навігаційних карт, гідрометеорологічних карт, графіків руху інших суден, повідомлень мореплавцям, тощо, що дозволяє значно скоротити час підготовки судна до рейсу, оптимізувати маршрут руху судна, зменшити витрати палива, підвищити безпеку судноплавства; - набули подальшого розвитку принципи підвищення безпеки судноплавства, що полягають у плануванні маршруту, контролю руху судна по маршруту, розходженні судна при русі по маршруту із заздалегідь не запланованими суднами-цілями, на відміну від існуючих рішень, враховують інтереси усіх учасників операції розходження як на етапі планування маршруту судна, так і на етапі руху судна по маршруту, та дозволяють значно підвищити ефективність судноплавства та знизити ризики зіткнення суден. Ключові слова: безпека судноводіння, людський чинник, навігаційні ризики, інтелектуальна транспортна система, автоматизована система, оптимальне розходження, математичне моделювання, градієнтні методи.