Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Содержание

Введение

1. Навигационные условия плавания в каналах и фарватерах

1.1 Анализ аварийности на БДЛК

1.2 Управление движением судов в канале

1.3 Оценка навигационной обстановки

1.4 Особенности навигации по БДЛК в ночное время

2. Система управления движением судна

2.1 Система управления маневрированием

2.2 Способы управления движением судна

2.3 Средства управления движением

3. Навигационный план проводки судна по БДЛК

3.1 Особенности выполнения поворота в канале

3.2 Одерживание поворотов

3.3 Особенности использования створов при плавании по каналам морского судна

3.4 Навигационный план лоцманской проводки судна по БДЛК

4. Экономическое обоснование

4.1 Технико-экономическое обоснование учёта маневренных характеристик судна при плавании судна по каналам и фарватерам

4.2 Определение экономического эффекта от повышения точности обсервации судна

4.3 Технико-экономическое обоснование учета факторов, которые влияют на аварийность в судоходстве

5. Охрана труда

5.1 Рекомендации по оставлению судна и обеспечение выживания людей

5.2 Основные положения теории риска в судоходстве

5.3 Системы аэрозольного пожаротушения

5.4 Международная Конвенция по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ-73/78) - International Convention for the Prevention of Pollution from Ships (MARPOL-73/78)

6. Охранные мероприятия и гражданская оборона на судне

6.1 Кодекс ОСПС: оценка охраны и уязвимости судна для террористических действий

6.2 Признанные организации (RO): функции, полномочия, роль в охране

6.3 Специальные мероприятия на борту судна, способствующие минимализации рисков захвата судна пиратами

Заключение

Список литературы

плавание судно аварийность морской

Введение

Плавание по речным участкам и маневрирование при швартовных операциях сочетает в себе ограничения свойственные движению в узкостях и на мелководье. Ограниченная ширина и глубина движения изменяет характер влияния гидромеханических сил на корпус судна и усложняет управление.

При объяснении характера влияния внешних условий на судно используют два уравнения - уравнение неразрывности и уравнение Бернулли. Уравнение неразрывности жидкости характеризует увеличение скорости потока при уменьшении просвета между корпусом судна и днищем, а уравнение Бернулли объясняет уменьшение давления сил поддержания, в результате чего происходит проседание судна и изменяется характер волнообразования, что приводит к увеличению сопротивление движению. В связи с перераспределением давления вдоль корпуса изменяются маневренные свойства судна, и ухудшается его управляемость.

Однако после того как канал построен и объявлены его параметры судоводителю необходимо определить какие предельные размеры судна могут быть допущены к прохождению через него.

Другим вопросом является задача выполнения организационно - распорядительных мероприятий для того, чтобы полностью использовать проектные возможности канала. Кроме того необходимо уточнить, насколько принятые проектные решения соответствуют практике мореплавания и возможностям современной теории и практики управления судном. Чрезмерный запас по параметрам канала и перестраховка при разрешении проводки приводит к экономическим потерям и потерянной выгоде.

Поэтому необходимо выполнять пробные проводки судов, геометрические размеры которых и параметры маневрирования (ширина полосы, параметры поворота, осадка) находятся в предельных соотношениях. По результатам таких проводок можно экспериментально установить соответствие проектных решений практики судовождения и обосновано составлять правила плавания по БДЛК и ХМК, а также обязательные постановления по порту. Необходимость увеличения грузооборота по БДЛК и повышение геометрических размеров судов, которые необходимо проводить по каналу, требуют анализа возможностей канала, с учетом заложенных при проектировании параметров, таких как ширина, глубина и геометрические размеры поворотов. Установленные правилами параметры судов, которые могут проходить по каналу, и введенные ограничения по времени суток не всегда достаточно обоснованы. В результате государство теряет возможные доходы в бюджет, которые могут быть заработаны, а в некоторых случаях и престиж.

Нормативные документы, на основании которых был спроектирован и построен канал, устарели и требуют пересмотра некоторых положений, которые проверены практикой эксплуатации, возможно даже реконструкции или модернизации некоторых участков для того, чтобы увеличить пропускную способность и обеспечить безопасное прохождение судов большего водоизмещения. Кроме того морские суда, суда смешанного плавания и речные имеют различное устройство рулевой рубки и ходового мостика. Это определяет необходимость организации управления судном на мостике различным образом. Так речные суда и суда смешанного плавания обычно имеют круговой обзор на мостике, что позволяет эффективно использовать обратные створные знаки. В то же время морские суда такой возможности не имеют и для обеспечения маневрирования они используют либо только плавучие знаки ограждения, либо необходимо организовать дополнительную вахту для оперативного наблюдения за створными знаками и удержания на серединной линии канала. В противном случае происходит потеря ориентировки на канале и посадка на мель либо касание бровки. При выполнении настоящей работы использовался системный подход, суть которого заключается в анализе причин аварийности и разработке мер по ее предупреждению и учете при практической эксплуатации.

1. Навигационные условия плавания в каналах и фарватерах

1.1 Анализ аварийности на БДЛК

В процессах судовождения одновременно присутствуют операторская деятельность и автоматическое управление, а при плавании в стесненных условиях и во время морских операций, преобладающей остается работа оператора. При этом автоматизированы только отдельные функции по обработке информации. Вместо непосредственного управления судном, человек-оператор отделен от объектов управления, а взаимодействует с их информационными моделями. Это привело к ужесточению требований к его психофизиологическим функциям. Характеристики деятельности оператора, которые определяют процесс приема, переработки и передачи информации при интеллектуальной деятельности включают анализаторы, память, скорость реакций, антропометрию и надежность выполнения человеком управленческих функций.

Каждая из указанных характеристик оказывает влияние на работу оператора и, естественно, на безопасность управления судном

Безопасность плавания определяется надежностью работы судоводителя - оператора как элемента процесса управления, принимающего окончательное решение по выбору стратегии, тактики и технологии маневрирования. Проявляется это в интегральном показателе - уровне аварийности, исследование которого позволяет определить характер и причины возникновения происшествий для разработки мер по его снижению.

Для более подробного расследования происшествий рассмотрим материалы, имеющиеся в инспекциях портового надзора Украины и судебных экспертиз, выполненных в работе. Это позволит установить причину аварийных происшествий связанную с операторской деятельностью и наметить меры по их предупреждению.

Для более детального анализа причин происшествий, связанных с операторской деятельностью, включая случаи наличия лоцмана на борту, рассмотрим аварийность в Северо-западной части Черного моря и наиболее опасной его части - Бугско - Днепровско - Лиманском канале (БДЛК). По условиям плавания они относятся к самым сложным в навигационном отношении районам судоходства Украины.

Теоретически обоснованные размеры судов и других объектов, разрешенных к проводке по каналам, указанные в "Правилах плавания и лоцманской проводки судов в северо-западной части Черного моря, в Бугско-Днепровско-Лиманском и Херсонском морском каналах", следующие: по БДЛК - длиной до 215 м., с осадкой до 10,3 м.

Судоходство в северо-западной части Черного моря осуществляется в течение всего года и круглосуточно. Количество проходов судов по БДЛК за 1978-2008 г.г. в среднем - 13446 в год, что свидетельствует о значительной интенсивности судоходства.

Сводные данные аварийных случаев в северо-западной части Чёрного моря, за 1978-2008г.г. приведены по БДЛК в табл. 1.1.

При рассмотрении приняты определения: светлое время суток - от восхода до захода солнца по поясному без учета времени сумерек; тёмное время суток - принято от захода до восхода солнца по поясному без учета сумерек. Видимость ограниченная - менее 2-х миль, видимость хорошая - более 2-х миль.

На БДЛК произошло: аварий - 76; аварийных происшествий - 31; эксплуатационных повреждений - 12.

Всего в северо-западной части Черного моря произошло 204 происшествия: аварий - 76; аварийных происшествий - 94; повреждений-34.

По видам аварийные случаи распределяются следующим образом.

На БДЛК: посадка на грунт - 33; столкновения - 12; навалы - 15; ледовые случаи - 12; по техническим причинам -4.

Всего в северо-западной части Черного моря: посадка на грунт - 81; столкновения - 26; навалы - 30; ледовые случаи - 20; по техническим причинам - 16.

По причинам аварийные случаи распределяются следующим образом.

На БДЛК: потеря ориентации оператором- 26; ошибка в управлении судном - 9; нарушение МППСС и местных правил - 12; конструктивные недостатки и скрытые дефекты - 2; нарушение ПТЭ механизмов судна - 1; форс-мажорные обстоятельства - 11.

Таблица 1.1. Статистика аварийности по БДЛК

На ХМК: потеря ориентации - 29; ошибка в маневрировании и ошибка в управлении судном - 31; нарушение МППСС и местных правил - 18; конструктивные недостатки и скрытые дефекты - 7; нарушение ПТЭ механизмов судна - 7; форс-мажорные обстоятельства - 20.

По региону: потеря ориентации - 55; ошибки в управлении при маневрировании судном - 40; нарушение МППСС и местных правил - 30; конструктивные недостатки и скрытые дефекты судна - 9; нарушение ПТЭ механизмов судна - 8; форс-мажор - 31.

Как следует из анализа аварийности судов за 1978 - 2008 г.г. первое десятилетие макропоказатели аварийности были более высокими, чем в последующие годы. Во втором десятилетии они снизились на 44%. Последние 5 лет исследуемого периода имеют незначительную тенденцию к снижению, по сравнению со вторым десятилетием. Навигационные аварии составляют 79%, что в два раза превышает среднестатистические показатели в мире.

По известному состоянию видимости во время происшествия, полученному из записей в судовых журналах, составлена таблица 1.2. К анализу принято 106 навигационных происшествий из общего числа 173. Наибольшее количество посадок судов на грунт произошло при ограниченной видимости. Столкновения судов и навалы не зависят от видимости.

Таблица 1.2. Зависимость количества аварийных случаев от условий видимости

Влияние времени года на число происшествий приведено в таблице 1.3.

Таблица1.3. Сезонные колебания аварийности по региону

Из анализа следует, что наибольшее количество происшествий произошло осенью. Из 153 случаев в осеннее время года произошло 47, что составляет более 30%, зимой - 27%, весной - 24%, летом - 18%.

Интересным представляется влияние времени суток, которое определяется квалификацией оператора. Результаты такого анализа приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4. Распределения аварийности по вахтам

Поскольку в журналах учета капитанами портов не всегда указывалось время происшествия, для детального анализа было принято только 92 аварийных случая. Распределение по вахтам в 1978-2008 г.г. выглядит следующим образом: старших помощников капитана - 34,8 %; вторых помощников капитана - 21,7 %; третьих помощников капитана - 43,5 %. Происшествия на вахтах третьих помощников говорит о недостаточном контроле над их работой со стороны капитанов судов.

Без учета аварийных случаев по техническим причинам, к анализу принято всего158 морских происшествий, из них с лоцманом на борту произошло 43, без лоцмана - 115. Эти данные свидетельствуют о том, что лоцманская проводка является эффективным средством повышения навигационной безопасности.

Анализируя происшествия, необходимо отметить, что посадка на грунт, столкновения и навалы происходили из-за потери ориентации, ошибочного маневрирования в стесненных акваториях - портах и каналах, как правило, в сложных навигационных условиях плавания.

Основной обобщенной причиной таких аварий является отсутствие типовых алгоритмов деятельности судоводителя при плавании в стесненных условиях, а также пренебрежение подготовкой к лоцманской проводке, как элементу навигационного планирования перехода судна с целью улучшения ориентировки при управлении, а также недостаточное использование услуг лоцмана.

С точки зрения деятельности оператора ошибки возникают в процессе приема зрительной информации, из-за необходимости ее обработки. Этот этап сбоев в управлении характеризуется потерей ориентировки, на долю которых приходится 31,8% из 173-х принятых к анализу случаев. Для их устранения необходимо обрабатывать информацию и представлять ее оператору в виде процедурных рекомендаций, которые однозначно им воспринимаются.

Если оператору необходимо производить обработку поступающей декларативной информации по контролю над параметрами процесса управления для корректировки плановой траектории из-за того, что произошло изменение внешних воздействий и переменных ограничений, это приводит к ошибкам в управлении процессом маневрирования, на долю которого приходится 23,1%. Для повышения безопасности необходимо разрабатывать кибернетическую систему поддержки принятия решения.

Задержки в интеллектуальной деятельности оператора влияют на скорость и надежность принятия решения и контроля над его реализацией. Этот этап приводит к ошибкам в соблюдении правил плавания, на долю которых приходится 17.5% из всех случаев происшествий.

Антропометрические характеристики оператора определяют условия функционирования его физиологических систем, и выявить их по результатам анализа не удается из-за отсутствия соответствующих сведений. Однако, как известно, они непосредственно влияют на процесс управления и требуют отдельного исследования.

Безопасность маневрирования в рассматриваемых случаях не обеспечивалась из-за отсутствия сведений о маневренных характеристиках судна, как объекта управления и данных о его текущем состоянии, которые должны обеспечить средства судовождения для контроля над процессом движения.

Посадки на грунт произошли в 46.8% из 173-х случаев, принятых к анализу. Из-за недостаточного информационного обеспечения процесса судовождения, как на самом судне, так и извне, отсутствие методов и способов контроля со стороны береговых СНО не позволило предупредить посадки на грунт (47%) и навалы на береговую черту и знаки ограждения(17%).

Недостаточным оказалось и информационное обеспечение текущих параметров движения и положения судна, отсутствие методики предварительного планирования управления, систем поддержки принятия решения и алгоритмов действий оператора при управлении маневрированием, что не позволило предупредить столкновения в 15,0%, посадку на мель в 47% и навалы в 17%.

Выполненный анализ показал различие в требованиях к оператору при маневрировании в море и в стесненных условиях. В первом случае преобладает использование технических устройств, а обзорно - сравнительный метод используется только на заключительной стадии. В стесненных условиях преобладает использование глазомерных способов оценки маневрирования, что существенно увеличивает нагрузку на психофизиологические параметры оператора.

При решении задачи расхождения повышаются требования к быстродействию работы оператора и увеличивается нагрузка на память и мышление, что требует устного решения задачи, без использования технических средств. Концепция безопасного управления, предполагает согласование факторов маневрирования и характеристик оператора и создание алгоритмов интеллектуальной деятельности, путем:

- структурирования тактических и оперативных задач и разработки алгоритмов интеллектуальных действий оператора при управлении движением;

- разработки алгоритмов текущего контроля расхождения и способов корректировки первоначального плана;

- разработки алгоритмов текущего контроля параметров движения и положения, включая криволинейное движение, и визуализацию текущей ситуации расхождения;

- организация дополнительной вахты для контроля серединной линии по обратным створам на мостике морских судов;

специальный контроль времени и номера латеральных знаков, которые установлены на бровке канала, что позволить предупредить потерю ориентации и четко контролировать прохождение судна по линии намеченного пути.

1.2 Управление движением судов в канале

При движении судна в канале происходит перераспределение зон давления и в результате в районе носа образуется зона повышенного давления, а в районе кормы - зона пониженного давления. Это приводит к тому, что при приближении носа судна к бровке канала происходит его отталкивание, а кормы - притягивание.

При рассмотрении движения судна определяющими будут следующие параметры канала: ширина канала; глубина канала; радиус округления на поворотах; ширина канала на поворотах.

При рассмотрении движения судна определяющими будут следующие параметры судна: длина между перпендикулярами ; ширина судна ; точность оценки места судна радиальная СКП -; ширина маневренного смещения ; максимальная осадка .

Существующими нормативными документами по БДЛК введено ограничение судов, которые могут проходить по каналу по длине - 215 метров, и по осадке 10,3 м.

При рассмотрении безопасности плавания будем использовать четыре основных геометрических характеристики корпуса судна: максимальная длина ; длина между перпендикулярами L_ЃЫЃЫ; ширина судна ; максимальная осадка . При этом значение L_ЃЫЃЫ будем использовать при рассмотрении ширины полосы занимаемой судном при движении и оценке ее соотношения с шириной канала и безопасного прохода, а значение при маневрировании в стесненных условиях и швартовке у причала.

При самостоятельном движении судна по каналу ограничениями при движении являются три фактора: глубина на канале; ширина маневренного смещения при движении; радиус закругления поворотов.

Глубина на канале ограничивает осадку судна, которая определяется величиной навигационного запаса под килем. Это вызывает необходимость устанавливать предельную осадку при загрузке.

Ширина маневренного смещения и точность оценки места судна влияют на допустимую длину судна, которое может пройти через данный участок.

Для уточнения используемых понятий и обоснования разрабатываемых рекомендаций приведем определение основных параметров, характеризующих движение судна при рыскании относительно линии заданного курса.

Представим судно в виде прямоугольника с шириной и длиной между перпендикулярами с характерными точками: центр тяжести G, который при рассмотрении вопросов управления принимают находящимся на мидель шпангоуте; центр управления ЦУ - точка на судне в которой находится лицо производящее глазомерное определение положения судна и управляющее маневрированием; крайние точки ватерлинии по носу Н_л и Н_п; крайние точки ватерлинии по корме К_л и К_п .

Под шириной полосы, занимаемой судном при маневрировании, будем подразумевать (см. рис. 1.1.) величину проекции крайних точек характерного линейного размера на линию, перпендикулярную вектору перемещения судна:

(1)

где С - суммарный угол сноса.

Ширину маневренного смещения У_м определяют по формуле:

У_м = 2 У_о + В_п (2)

где У_о - боковое отклонение ЦТ от линии намеченного пути за счет рыскания. Его можно определить из выражения:

У_о = V t₃ sin (t), (3)

где t₃ - время запаздывания в обработке информации в системе управления; (t) - угол рыскания.

Рисунок 1.1. - Вероятная ширина полосы при движении судна

Вероятную ширину полосы маневренного смещения определяют путем линейного сложения У_м и среднеквадратической погрешности определения места судна М_о:

У_мв = У_м + 2М_о (4)

Необходимым и достаточным условием безопасного прохождения одиночного судна через опасный район стесненных вод является выполнение требования, чтобы допустимая ширина безопасной полосы движения У_мд, снимаемая с карты, была больше вероятной ширины полосы У_мв т.е. У_мд > У_мв. Из этого неравенства можно определить требования к точности определения места для обеспечения безопасного прохода опасного района стесненных вод, с учетом максимального значения угла сноса С = 90° - arctg (В/L), когда ширина полосы, занимаемой судном, максимальна и равна L_x:

M_o < 0,5 У_мв - У_о - 0,5 L_x. (5)

Проектная глубина акватории причалов порта отсчитывается от расчетного (низкого) судоходного уровня воды. В соответствии с существующей классификацией портов по категориям отметка (высота) расчетного судоходного уровня воды должна иметь обеспеченность, равную для портов 1-й и 2-й категории-- 99%-3-й категории - 97%; 4-й --95--97%. Акватория причала Нибуллон может быть отнесена к 3 - й категории и необходимо иметь обеспеченность 97%.

Для портов, расположенных на естественных водных путях, отметка расчетного уровня не должна быть выше отметки проектного уровня воды, а для портов на водохранилищах - не ниже отметки уровня его навигационной сработки.

Запас воды под килем состоит из следующих составляющих:

- проседание судна от движения Н_пр;

- запас воды на ошибку промера ;

- запас воды на заиливание ;

- запас на ошибку от определения осадки ;

- запас на крен ;

- запас воды на волнение моря .

Для каналов проседание рассчитывается по формуле Барраса:

(6)

где - - скорость движения судна в м/с;

- коэффициент полноты подводной части корпуса судна.

Запас воды на ошибку промера при объявленной глубине 11,2 м составляет 0,15 м.

Запас воды на заиливание составляет 0,1 м.

Запас на ошибку от определения осадки можно принять равным 0,05 м.

Запас на крен при маневрировании со скоростью около 5 узлов практически в расчет принимать не следует.

Запас воды на волнение моря обычно принимают равным до 10% от осадки, однако учитывая, что акватория защищена от действия волнения, этот запас можно принять равным 0,1 м.

Учитывая объявленную глубину на канале равной 11,2 м и суммарный запас воды под килем, с учетом всех поправок, равный 0,8 м, загрузку в портах, использующих БДЛК, можно производить до максимальной осадки 10,4 м.

Судоходная обстановка колена должна обеспечивать безопасное и бесперебойное судоходство по каналу днем, ночью и при ограниченной видимости.

Такие условия создаются путем рационального размещения береговых и плавучих знаков навигационного ограждения, а также соблюдение правил их технической эксплуатации и своевременного оповещения судоводителей об изменении условий плавания.

По плотности движения судов первое колено Николаевского порта можно отнести водному пути с интенсивным судоходством. Это определяет требования к составу и количеству береговых и плавучих знаков навигационного ограждения судового хода.

На БДЛК по условиям плавания необходима установка двух групп знаков - ходовые о оградительные. К ходовым знакам относятся створные знаки, которые обозначают направление судового хода. Оградительные знаки обозначают границы судового хода или отдельные препятствия.

Поскольку при обеспечении плавания основным способом оценки места относительно знаков навигационного ограждения является глазомерный обзорно - сравнительный, то дальность видимости знаков и точность маневрирования будет зависеть от остроты зрения судоводителя.

Для характеристики способности глаза видеть предметы применяют параметр - острота зрения. Под остротой зрения понимают минимальное угловое расстояние между двумя точками , когда глаз видит их раздельно. Условно принято за величину нормальной остроты зрения считать одну угловую мин.

Чувствительность глаза человека характеризуют порогом контрастной чувствительности. Судоводитель может увидеть предмет тогда, когда его яркость будет больше порога контрастной чувствительности.

В связи с этим дальность видимости знаков обстановки подразделяют на геометрическую (географическую) и оптическую.

Геометрическая дальность видимости определяется сферичностью земной поверхности и может быть определена по известному выражению

, (7)

где - высота знака над уровнем воды, м;

- высота глаза наблюдателя над уровнем воды, м.

Оптическая видимость представляет собой дальность видимости предметов с учетом прозрачности атмосферы.

Для обеспечения безопасности плавания на БДЛК преобладают линейные створные знаки, которые указывают только ось судового хода. Подробная характеристика створов приведена в паспорте БДЛК. Из всех основных характеристик наибольший практический интерес для судоводителя представляют:

- дальность действия створа - представляет собой расстояние от переднего знака до конечной точки створной линии, км;

- боковое уклонение - представляет собой расстояние по нормали к оси створа, на которое допустимо уклонения судна в момент обнаружения выхода с линии створа, м;

- разнос знаков - представляет собой расстояние между створными знаками по оси створной линии, км.

Расчет дальности действия створа можно определить по известной формуле

. (8)

Если угол между двумя створными знаками равен нулю, то его стороны для судоводителя на плоскости сливаются в прямую линию (створ), используемую для плавания на прямолинейных участках фарватера.

Расчет бокового уклонения можно определить по формуле

. (9)

Для всех створов обычно выставляется требование, чтобы величина допустимого уклонения была бы меньше половины ширины фарватера, т.е. . Однако для анализа створов БДЛК необходимо, чтобы величина бокового уклонения на наиболее удаленной точке колена, которую обслуживает данный створ, была бы меньше чем допустимая. Значение .

Плавучие знаки судоходной обстановки на БДЛК представлены в виде буев, выставленных на кромке фарватера.

В составе судоходной обстановки основными являются береговые знаки, как более надежные в действии и удобные в эксплуатации. Плавучие знаки дополняют береговую обстановку на тех участках, где кроме направления судового хода, необходимо контролировать маневрирование судов.

Другой особенностью канала является тот факт, что по нему плавают речные и морские суда и суда смешанного плавания. Обычно речные и смешанного плавания суда имеет ходовой мостик и рулевую рубку, приспособленные для кругового обзора. Поэтому они подготовлены для контроля места судна по прямым и обратным створам.

На морских судах рулевая рубка обычно устроена так, что для обзора обстановки с кормовых румбов необходимо выходить на крыло или подниматься на верхний мостик. По этой причине для контроля положения судна на серединной линии приходится выставлять специального наблюдателя, либо довольствоваться информацией только плавучих знаков. Именно по этой причине происходят аварийные происшествия, связанные с потерей ориентировки и посадкой на мель и касания бровки.

1.3 Оценка навигационной обстановки

Схема БДЛК приведена на рис.1.2., а навигационная обстановка в БДЛК на рис.1.3. Элементы современной трасы канала, которые предстоит пройти судну приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.5 Элементы трасы перехода к причалу ООО "Нибуллон"

Для анализа навигационной обстановки произведем сравнительный анализ характеристик створов, установленных на БДЛК, который позволит установить точность оценки места и удержания судна на серединной линии.

Основным параметром, который представляет интерес для управления маневрированием, является чувствительность створов. Поскольку она непосредственно влияет на точность визуальной оценки места и вероятной ширины маневренного смещения, то оценку будем производить по предельному расстоянию от створов. Если точность достаточна и вероятная ширина полосы меньше предельной то будем считать, что створы можно использовать на протяжении всего колена. В противном случае необходимо использовать только плавучие знаки ограждения.



Сводная таблица данных створов БДЛК, согласно существующего паспорта, приведена в таблице 1.6.

Для оценки возможности прохождения судна по данному колену необходимо определить максимальное боковое отклонение на начало использования данного створа , которое примем за радиальную среднеквадратическую погрешность оценки места судна . Для наглядного представления изобразим судно в виде окружности, диаметр которой равен длине судна между перпендикулярами L, как приведено на рис.1.4.

Условием безопасного прохождения судном канала по ширине маневренного смещения является выполнение условия

(10)

Значение максимального угла рыскания, которое может быть допущено при самостоятельном следовании судна можно определить из выражения

. (11)

Разрешив уравнение (24) относительно получим

. (12)

При точности оценки места судна на канале и смещении, значение . Это означает, что при прохождении канала шириной 100 м и судне шириной В = 47,2 м. и длиной = 300 м необходимо следовать со скоростью более 5 узлов при самостоятельном движении и скорости ветра до 10 м/с. Если рыскание при прохождении канала будет больше то проход такого судна по каналу невозможен и необходимо принимать меры для уменьшения угла рыскания путем увеличения скорости или использования буксиров.

При движении по каналу в штормовых условиях (см.рис.1.5.) ширина вероятной полосы маневренного смещения будет увеличиваться за счет введения поправки в курс на величину угла сноса С . Для удержания судна на серединной линии возможное отклонение влево будет ограничено значением ц_мах- с, а вправо ц_мах + с .

При оценке возможности захода судна с максимальными размерами в порт по каналу заданной ширины необходимо ограничивать либо погодные условия, либо предусматривать меры для уменьшения рыскания. Такими мерами могут быть: использование буксиров; повышение точности определения места глазомерными или инструментальными способами.

Исходные данные для расчета максимального бокового отклонения и результаты расчета приведены в табл.1.7. Там же приведены значения бокового отклонения, взятые из паспорта БДЛК.

Расчетная формула для оценки бокового смещения может быть получена из формулы (23) после несложного преобразования

, (13)

где - боковое смещение, м; - расстояние от переднего створного знака, до места нахождения судна, для каждого створа будем рассчитывать точку, в которой судно выходит на створ, км; - расстояние между знаками, км.

Таблица 1.6.-Сводная таблица данных створных знаков БДЛК

Таблица 1.7.- Сводная таблица расстояний от переднего знака и величины бокового уклонения

Для того чтобы оценить качество створов для прохождения судна типа СН - 70 по БДЛК произведем расчет ширины полосы, занимаемой судном при ветре до 15 м/с

При скорости 6 узлов ( 3.09 м/с), времени запаздывания равном 15 секунд и угле рыскания 5⁰, величина маневренного смещения составит

.

С учетом ширины канала 100 метров и зависимости (24) , требуемая точность определения серединной линии по створам равна

Таким образом, створные знаки обеспечивают необходимую точность оценки места судна визуальным способом, за исключением первого, пятого, восьмого, одиннадцатого (прямого и обратного) колена канала.

При ветре до 10 м/с

Таким образом, створные знаки обеспечивают необходимую точность оценки места судна при ветре до 10 м/с, за исключением первого и одиннадцатого обратного створа канала.

1.4 Особенности навигации по БДЛК в ночное время

Анализ навигационных происшествий, которые произошли на канале в ночное время, показывает, что основной причиной происшествий является потеря ориентировки при отсутствии лоцмана на борту.

С точки зрения способности человека, оценивать положение судна на серединной линии по створам ночью, она даже выше, чем в дневное время. Это обусловлено тем, что глаз оценивает положение по точечному источнику света, что делает створ более чувствительным.

Кроме того плавание ночью требует более тщательной подготовки к прохождению канала со стороны штурманского состава. Несмотря на то, что проводку осуществляет лоцман, на капитане сохраняется ответственность за безопасность плавания.

Сущность информации, необходимой для управления судном при плавании по фарватеру заключается в следующем.

В открытом море контроль за перемещением судна осуществляется с помощью прокладки пути на карте и периодических обсерваций. При этом судоводителя вполне удовлетворяет регистрация места судна в географических координатах.

При плавании в узкостях, особенно по фарватерам и каналам, судно должно двигаться по строго определенному пути и судоводитель, прежде всего, заинтересован в знании места относительно этого пути. Поэтому полученное в результате обсервации место оценивается в первую очередь для выявления величины смещения судна с заданного маршрута, а также для выявления ошибки в пройденном расстоянии. Величина смещения дает возможность судить об опасности выхода за бровку фарватера, знание ошибки в плавании важно при необходимости правильного выполнения поворота с одного колена фарватера на другое. Более того, изменение окружающей обстановки при плавании в узкостях происходит настолько быстро, что возможность непрерывной регистрации места судна на карте вручную во многих случаях очень ограничена. Чаще всего правильность движения судна по фарватеру оценивается путем глазомерного наблюдения его положения относительно навигационных ориентиров или знаков ограждения.

Способ глазомерной проводки применяется повседневно при лоцманской работе. Ориентируясь, например, по ведущему створу, лоцман тем самым контролирует положение судна относительно осевой линии фарватера, не превышая допустимого уклонения, границей которого служит линия вех или буев. Аналогично, по наблюдению навигационных ориентиров контролируется и продольное положение судна на фарватере относительно какой-либо опорной точки (точка поворота, точка начала фарватера, середина прохода между молами в гавань порта и т.п.).

Если проводка осуществляется в тумане, то установление величины смещения судна с оси фарватера и ошибки в пройденном расстоянии становится главной задачей судоводителя. Поэтому любая навигационная система, предназначенная для обеспечения плавания в узкости в плохую видимость, должна выдавать такую информацию, которая позволила бы установить положение судна относительно оси фарватера именно в виде величин смещения и ошибки в плавании.

Другая особенность плавания в узкостях-это необходимость быстрого использования информации для управления судном. Поэтому вторым требованием к информации для обеспечения плавания по каналам является минимальный срок преобразования результатов обсервации в данные для коррекции движения. Следовательно, наиболее приемлемой навигационной системой будет такая система, информация от которой может быть использована непосредственно, без преобразования, для получения данных о смещении и ошибки в плавании, а еще лучше - прямо для управления судном.

И, наконец, еще одной важной особенностью глазомерной проводки является то, что уверенное управление судном достигается за счет возможности своевременного обнаружения тенденции смещения судна. Следовательно, навигационная система должна иметь такую разрешающую способность, чтобы информация от этой системы позволяла судить также и о тенденции смещения судна с оси канала.

Эти три основные положения (информация о величинах смещения и ошибки в плавании, получение этих данных с максимальной быстротой непосредственно из обсерваций, необходимость знания тенденции смещения судна с оси фарватера) и определяют сущность информации, необходимой для управления судном на фарватере.

При плавании по узким огражденным фарватерам в хорошую видимость маршрутные координаты с достаточной точностью оцениваются на глаз по положению судна относительно ведущих и секущих створов и ограждающих и поворотных буев; лоцманская проводка почти полностью базируется на непрерывных и последовательных определениях маршрутных координат.

Однако все эти погрешности могут быть сведены до минимума, если:

- линии положения пересекаются под прямыми углами;

- углы между линиями положения и осью фарватера постоянны;

- градиенты измеряемых величин сами являются постоянными величинами;

- одна из линий положения совпадает с осевой линией фарватера, а другая перпендикулярна ей.

Выполнение этих условий обеспечивает значительное упрощение, необходимую быстроту и минимальную погрешность вычисления маршрутных координат. Эти же условия являются решающими для обеспечения обстоятельств, имеющих важное значение для плавания в узкостях. Действительно, обсервации места судна становятся наглядными и хорошо восприимчивыми. Уже сам факт наличия в результате обсервации величин смещения от оси и прохождение траверза известного плавучего знака, позволяет оценить как величину смещения судна с линии заданного пути и накопившуюся ошибку в пройденном расстоянии. При этом величины смещения и ошибки в плавании пропорциональны измеренным величинам. Наглядность результата обсерваций обусловливает возможность быстрого использования его для управления судном при необходимости коррекции движения.

Кроме того при плавании как в дневное, так и в ночное время необходимо использовать судовой радиолокатор. Рассмотрим особенности использования радиолокатора, которые судоводитель должен учитывать при работе.

Трудность опознавания наблюдаемого радиолокационного изображения, которое при движении судна в узкостях и на подходах к порту обычно характеризуется обилием деталей, причем многие из них имеют существенное значение для ориентировки. Нетрудно понять затруднение судоводителя, посещающего порт впервые или после длительного отсутствия и пытающегося разобраться в сложной картине, представленной на экране судового радиолокатора. Очертания берега и искусственных сооружений, многочисленные отметки знаков плавучего и стационарного навигационного ограждения и судов, движущихся и стоящих на якоре, наличие ложных сигналов, исчезновение одних отметок и появление новых - все это настолько затрудняет опознавание нужных объектов, что даже опытные лоцманы допускают серьезные промахи.

Недостаточная точность определения места судна с помощью судового радиолокатора. Так, для подавляющего большинства современных радиолокаторов максимальные ошибки измерений составляют:

При измерении направлений . . . . . ±1⁰

При измерении расстояния:

на шкалах крупного масштаба . . . . . ± 1,5% максимального

значения шкалы

на шкалах среднего масштаба . . . . . . ±1% Тоже

на шкалах мелкого масштаба . . . . . . 0,6% Тоже

величина мертвой зоны . . . . . . 30-50 м Тоже

Нетрудно видеть, что определение места судна относительно даже опознанных на экране РЛС ориентиров может сопровождаться значительной погрешностью, исключающей возможность безопасного плавания. Однако необходимо помнить, что на шкалах мелкого масштаба величина погрешности совпадает с точностью оценки бокового смещения по створам. По этой причине не следует отказываться от использования РЛС при плавании по каналу. Он поможет предотвратить потерю ориентировки и позволит контролировать момент начала поворота по хорошо видимым на экране передним знакам створов.

Наличие мертвой зоны вызывает почти аналогичное затруднение при использовании судового радиолокатора в узкостях. Диаметр мертвой зоны в некоторых случаях может превышать ширину фарватера. Попавшие в эту зону знаки ограждения не воспроизводятся на экране индикатора, и судоводитель лишается возможности ориентироваться относительно бровок канала. Это обстоятельство особенно опасно при совершении поворотов на узких фарватерах, а иногда и вообще исключает возможность безопасного плавания по ним.

Наличие затененных секторов, затрудняющих просмотр в направлении определенных курсовых углов, может привести к тому, что отметка буя или судна выпадет из поля зрения наблюдателя.

Появление на экране ложных сигналов за счет боковых лепестков диаграммы излучения и отражений от судовых надстроек, а также вследствие многократных отражений в значительной степени затрудняет чтение радиолокационного изображения и иногда приводит к серьезным ошибкам.

Весьма значительным неудобством при работе с судовым радиолокатором является невозможность наблюдения за радиолокационным изображением одновременно несколькими лицами. В то же время в большинстве случаев проводка судна в узкостях осуществляется при участии лоцмана, рекомендующего режим скорости и направления движения судна, капитана, отвечающего за безопасность проводки, и помогающих им штурманов. Естественно, что все эти лица сосредоточивают свое внимание на наблюдении за обстановкой, в том числе и путем наблюдения ее на экране радиолокатора. Поочередное наблюдение приводит к тому, что при каждом новом подходе к индикатору наблюдателю приходится как бы заново знакомиться с изменениями в изображении. При плавании же в узкостях и использовании шкал крупного масштаба радиолокационное изображение обстановки изменяется чрезвычайно быстро и может случиться, что подошедший к экрану наблюдатель, не видев самого процесса изменения, будет не в состоянии правильно оценить обстановку.

Значительному повышению эффективности проводки судов в узкостях с помощью судовых радиолокаторов способствует использование индикации в режиме истинного движения, что позволяет быстро различать движущиеся объекты и, таким образом, более полно оценивать обстановку.

Учитывая приведенные выше соображения можно считать, что плавание по БДЛК крупнотоннажных судов в ночное время возможно без ограничений, исключая условия ограниченной видимости.

Однако при этом необходима более тщательная подготовка штурманского состава, необходимость составления лоцманского плана проводки конкретного судна с указанием информационного обеспечения на трассе перехода и рекомендуется использовать радиолокатор, как вспомогательное средство контроля места.

2. Система управления движением судна

2.1 Система управления маневрированием

В зависимости от условий плавання, вида решаемых тактических и технологических задач маневрирования выбирают способ управления движением. Выбор способа производится путем изменения состава элементов системы управления и включения в работу соответствующих устройств навигационного комплекса, которые обеспечивают регулирование соответствующего параметра. Курсовой способ управления использует принцип управления по отклонению курса от заданного значения.

При курсовом способе с обсервациями используют принцип управления по отклонению фактического места от заданного, информация котрого передается по внешнему контуру, и по отклонению курса по внутреннему.

Курсовой с внешними воздействиями использует принцип управления по отклонению пути, введеним поправок в курс на воздействие гидрометеорологических русловий, и управление происходит только по внутреннему контуру.

При курсовом комбинированном способе используется трех параметрическое управление, и работают оба контура управления системы.

Рассмотрим состав каждого из элементов. Для того чтобы описать элементы системы, не обходимо синтезировать их структурную схему и показать функциональные святи внутр. Элемента, его входы и выходы. Обычно все элементы системы управления маневрированием находяться в рулевой и штурман ской рубках. Те из них, которые предназначены для управления процессом движения, расположены в рулевой рубке и на крыльях мостика.

Устройство указания курса и скорости состоит из за датчика числа оборотов винта (машинного телеграфа); тахометра (указателя числа оборотов винта); указателя скорости судна относительно воды; вычислителя (указателя) скорости судна относительно грунта; указателя гироскопического, магнитного и истинного курсов.

При этом тахометр, индикатор курса и скорости предназначены для визуального контроля режима движения и правильности выполнения команд машинным отделением и рулевым (авторулевым). Их значения поступают в систему управления для обеспечения работы других элементов и в устройство документирования процесса маневрирования.

Указанное устройство является чисто измерительным, оно позволяет производить наблюдение над процессом маневрирования и выдает вектор текущего движения судна. Поскольку оно является очень важным для обеспечения безопасного плавания, то существуют резервные способы определения курса и скорости. Резервным для определения курса является магнитный компас. Резервным для определения скорости является способ ее определения по числу оборотов винта по специальной таблице, которая имеется на мостике.

Объект управления. Свойство судна, как объекта управления, будут подробно рассмотрены позже. Изменение курса происходит с запаздыванием по отношению ко времени подачи команды, которое зависит от угла перекладки руля и скорости хода.

Информационно-управляющие устройство формирует команду на средства управления. Ее содержание зависит от способа управления.

При курсовом способе заданный алгоритм не изменяется. Поэтому сигнал рассогласования формируется в виде отклонения ?К = КК_зад - КК_тек текущего курса от заданного. В соответствии с отклонением производится перекладка руля для приведения судна на заданный компасный курс. В открытом море используется авторулевой, в стесненных условиях ручное управление.

При курсовом с внешними воздействиями способе сигнал рассогласования будет в виде отклонения ?К = КК_зад1 - КК_тек текущего курса от заданного КК_зад1, назначенного с учётом рассчитанных поправок на дрейф, течение, волнение. Его значение КК_зад1 поступит на вход устройства формирования сигнала рассогласования для внутреннего контура управления.

При курсовом с обсервациями способе сигнал рассогласования будет в виде отклонения фактического места судна от заданного, и через систему корректировки траектории приводит к изменению заданного курса, а новое значение КК_зад2 поступает на вход устройства формирования сигнала рассогласования.

При курсовом комбинированном способе сигнал рассогласования будет трехпараметрическим - в виде отклонения курса, места и поправок на внешние воздействия, при этом смещение от линии пути будет минимальным, благодаря более полному учету всех видов информации.

Устройство решения задачи расхождения, блок- схема которого приведена на рис.2.3.

Устройство работает следующим образом. При появлении переменных ограничений (других судов) производится определение параметров ситуации сближения, которые являются исходными данными для входа в каталог решения задачи расхождения. Такими характеристиками являются:

- расположение относительно линии курса - справа/слева; величина курсового угла б < 90⁰, б=90⁰ и б > 90⁰;

- расположение ЛОД относительно места судна - пересекает курс по носу, проходит через нас или пересекает линию курса по корме.

По этим данным выполняется анализ ситуации, и, если наблюдается опасное сближение, то включается в работу устройство предупреждения столкновения, которое вырабатывает рекомендацию по маневрированию и выдает визуализацию схемы сближения. В противном случае данные поступают в каталог, который вырабатывает рекомендации по маневру расхождения и они поступают в задатчик курса и система получает новый алгоритм управления.

Устройство формирования сигнала рассогласования производит сравнение текущего и заданного значения соответствующего управляемого параметра и выдает сведения, на основании которых принимается решение о корректировке движения отдачей команды, на средства управления.

При плавании в стесненных условиях и при выполнении морских операций в состав информационно- управляющего устройства входит человек- оператор, что позволяет сочетать технические средства с интеллектуальными возможностями человека, однако при этом необходимо согласование его психофизиологических характеристик с параметрами процесса движения.

При выполнении контроля с поступлением обсервованой точки от навигационного комплекса необходимо произвести расчёт расстояний и пеленгов от обсервованных точек до точек плановой траектории по известным формулам:

ИП_i = arctg [(л₀ - л_i)·cosц₀/(ц₀ - ц_i)] (14)

D_i = 1852·(ц₀ - ц_i)/cos ИП_i (15)

Затем определяется минимальное значение D_min и если оно меньше D_зад, то угол перекладки руля остаётся неизменным до следующей обсервации. Если же D_min>D_зад, то в зависимости от положения обсервованной точки относительно плановой, изменяется угол кладки для выхода на плановую траекторию.

Заданный алгоритм функционирования системы управления разрабатывается в подсистеме планирования движением. Он различен при различных способах управления: КК_зад при курсовом; ПУ и КК_зад1 при курсовом с внешними воздействиями; КК_зад2, ц_зад и л_зад при курсовом с обсервациями; при курсовом комбинированном ПУ, КК_зад3, ц_зад и л_зад.



Устройство определения места служит для оценки положения судна различными способами. Особенности требований к работе этого устройства заключается в том, что сведения о местоположении судна должны быть получены как можно быстрее, в противном случае информация может оказаться бесполезной, если она запоздает к моменту принятия решения по управлению. Функциональная схема системы определения места приведена на рисунке 2.5.

Выбор способа определения места судна зависит от навигационного оборудования на судне и района плавания. Если плавание происходит вдали от берегов, то возможно использование астрономических способов спутниковых систем. При плавании в прибрежной зоне и в стесненных условиях положений необходимо контролировать визуальными способами с использованием РЛС и анализировать данные для исключения погрешностей и промахов.

Устройство расчета поправок на внешние воздействия вычисляет углы сноса от ветрового дрейфа, течения и других факторов и определяет КК_зад, ПУ и корректирует их изменения вектора скорости и параметров внешних воздействий. Функциональная схема устройства приведена на рисунке 2.6.