ОПТИМИЗАЦИЯ МАРШРУТА ПЕРЕХОДА СУДНА С УЧЕТОМ ПАРАМЕТРОВ ВОЛНЕНИЯ

Работа посвящена проблеме обеспечения безопасного движения судов на морских акваториях. Особое место в рамках этой проблемы занимает задача планирования пути движения судна: траектории на локальной акватории и маршрута перехода от порта отправления к порту назначения. Цель планирования траектории движения судна на локальной акватории – обеспечение навигационной безопасности коллективного движения судов с учётом их координат, скоростей и курсов. Целью планирования маршрута перехода является оптимизация движения с различными критериями: кратчайший путь, кратчайшее время, минимальный расход топлива и т.п. В предлагаемой статье рассматривается задача планирования маршрута перехода с учётом опасности, которую представляет морское волнение при его воздействии на суда основных классов. В основу математической модели задачи положена интегральная оценка степени воздействия морского волнения на судно по пути следования судна к месту назначения. Ставится задача по минимизации этого воздействия. При этом метрикой, характеризующей степень опасности морского волнения, выступают известные отраслевые представления, описываемые диаграммой штормования судна на попутном волнении. С целью сокращения вычислительной сложности до приемлемых значений исходная оптимизационная задача сводится к задаче поиска кратчайшего пути на взвешенном графе. В работе рассматриваются способы разбиения участка поверхности акватории вершинами графа, определения множества рёбер графа и поиска кортежа вершин, обеспечивающего кратчайший путь на заданном графе с учётом принятой метрики. Статья сопровождается результатами расчётов маршрутов перехода в водах Северной Атлантики в условиях штормовой погоды на основе реальных данных о параметрах морского волнения. Показано, что предложенный способ нахождения безопасных маршрутов позволяет сформировать систематизированное представление о степени потенциальной опасности, «поджидающей» судоводителя по пути следования судна к точке назначения.

1. Гриняк В.М. Оценка опасности движения на акватории по данным автоматической идентификационной системы / В.М. Гриняк, А.С. Девятисильный, Ю.С. Иваненко // Транспорт: наука, техника, управление. – 2017. – №10. – С.41-46.

2. Соболевская Е.Ю. Архитектура интеллектуальной системы организации арктических морских грузоперевозок / Е.Ю. Соболевская, С.В. Глушков, Н.Г. Левченко // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. – 2017. – №4. – С. 27.

3. Малыгин И.Г. Информационно-управляющие системы водного транспорта в период четвертой индустриальной революции / И.Г. Малыгин, В.И. Комашинский, О.А. Королев // Транспорт: наука, техника, управление. – 2017. – №8. – С. 3-12.

4. Некрасов С.Н. Метод количественной оценки навигационной безопасности плавания / С.Н. Некрасов // Навигация и гидрография. – 2017. – №48. – С. 7-17.

5. Седова Н.А., Седов В.А., Левченко Н.Г. Оценка степени опасности наблюдаемой цели на море с использованием систем искусственного интеллекта / Н.А. Седова, В.А. Седов, Н.Г. Левченко // Морские интеллектуальные технологии. – 2017. – №4. – Т.3. – С.106-114.

6. Lazarowska A. Ship’s trajectory planning for collision avoidance at sea based on ant colony otimisation / A. Lazarowska // Journal of Navigation. – 2015. – Vol. 68. – Is. 2. – Pp. 291–307. DOI: 10.1017/S0373463314000708.

7. Вишневецкий С.А. Использование метода полей потенциалов для локального планировщика маршрута судна // Эксплуатация морского транспорта. – 2016. - №3. – С. 37-43.

8. Лебедева М.П. Методика оценки безопасного движения судов в стесненной акватории / М.П. Лебедева, С.Д. Айзинов, А.О. Лебедев // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. – 2017 – Т.9. – №1. – С. 111–120. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-1-111-120.

9. Lu R., Turan O., Boulougouris E., Banks C., Incecik A. A semi-empirical ship operational performance prediction model for voyage optimization towards energy efficient shipping // Ocean Engineering. – 2015. – Vol. 110. – Pp. 18– 28. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2015.07.042.

10. Lin Y.-H., Fang M.-C., Yeung R. W. The optimization of ship weather-routing algorithm based on the composite influence of multi-dynamic elements // Applied Ocean Research. – 2013. – Vol. 43. – Pp. 184–194. DOI: 10.1016/j.apor.2013.07.010.

11. Wang, H., Li, X., Li, P., Veremey, E., Sotnikova, M. Application of RealCoded Genetic Algorithm in Ship Weather Routing // Journal of Navigation. – 2018. – Vol. 71. – Is. 4. – Pp. 989-1010. DOI:10.1017/S0373463318000048.

12. Акмайкин Д.А. Формирование модели экспертной системы оценки безопасности движения судна / Д.А. Акмайкин, С.Ф. Клюева, А.Д. Москаленко, М.А. Москаленко // Транспортное дело России. – 2015. – №121. – С. 203–207.

13. Акмайкин Д.А. Проект системы оперативного анализа и оптимизации движения морских судов / Д.А. Акмайкин, С.Ф. Клюева, П.А. Салюк // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. – 2015. – №1. – Т.29. – С. 229–232.

14. Сотникова М.В. Алгоритмы формирования маршрутов движения судов с учетом прогноза погодных условий / М.В. Сотникова // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 10. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. – 2009. – №2.

15. Ocean Surface Topography Mission/Jason-2 [Электронный ресурс] – Режим доступа http://www.nasa.gov/mission_pages/ostm/main/#.VebOyiLSUl. (01.08.2018).

16. OSTM/Jason-2 Products Handbook / Cост. J.P. Dumont [и др.], 2001. 72 c

17. Акмайкин Д.А. Комплексное использование данных метеоспутников для измерения параметров ветра и волнения вдоль маршрута судна / Д.А. Акмайкин, О.А. Букин, В.М. Гриняк // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. – 2017. – Т.9. – №5. – С. 941–953. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-5-941- 953.

18. Выбор безопасных скоростей и курсовых углов при штормовом плавании судна на попутном волнении: РД 31.00.57.2.-91 – Утв. М-вом транспорта Рос. Федерации 22.02.93; ввод. в действие с 01.09.93. – СПб: ЗАО "ЦНИИМФ", 2002. – 59 c. – №РД 31.00.57.2.-91.

19. Справочник по теории корабля: в трёх томах. Том. 2. Статика судов. Качка судов / под ред. Я.И. Войткунского. – Л.: Судостроение, 1985. – 440 с.

20. Чертков А.А. Автоматизация выбора кратчайших маршрутов судов на основе модифицированного алгоритма Беллмана-Форда / А.А. Чертков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. – 2017. – Т.9. – №5. – С. 1113–1122. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-5-1113-1122.

21. Федоренко К.В. Исследование основных параметров генетического алгоритма применительно к задаче поиска оптимального маршрута / К.В. Федоренко, А.Л. Оловянников // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. – 2017. – Т.9. – №4. – С. 714–723. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-4-714- 723.

22. Чертков А. А. Автоматизация определения критического пути в логистической системе / А. А. Чертков, А. А. Вардомская, А. А. Дмитриев // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. – 2015. – №5. – Т.33. – C. 194–200.

23. Акмайкин Д.А. Результаты исследований проблемы моделирования графа маршрута судна на основе алгоритмов кластеризации / Д.А. Акмайкин, С.Ф. Клюева, П.А. Салюк // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. – 2016. – №5. – С. 29–38. DOI: 10.21821/2309-5180-2016-8-5-29-38.

24. Касьянов В.Н. Графы в программировании: визуализация и применение / В.Н. Касьянов, В.А. Евстигнеев. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 1104 с.

25. Акмайкин Д.А. Эвристический поиск оптимального маршрута судна по северному морскому пути / Д.А. Акмайкин, С.Ф. Клюева, П.А. Салюк // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. – 2015. – №5. – С. 55–62. DOI: 10.21821/2309-5180-2015-7-5-55-62.

26. Глуховский Б.Х. Исследование морского ветрового волнения / Б.Х. Глуховский – Л.: Гидрометеоиздат, 1966. – 284 с.

27. Кувшинов Г.Е. Системы управления глубиной буксируемых объектов / Г.Е. Кувшинов, Л.А. Наумов, К.В. Чупина. – Владивосток: Дальнаука, 2005. – 285 с.

28. Девятисильный А.С. Определение гидродинамического сопротивления по траекторным данным инерционного движения объекта / А.С. Девятисильный, В.М. Дорожко, В.М. Гриняк // Журнал технической физики. – 2003. – №2. – С. 38-42.