авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Математическое и алгоритмическое обеспечение автоматизированного управления процессом высокоточной постановки средств навигационного ограждения на внутренних

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Чистяков Глеб Борисович

математическое и алгоритмическое обеспечение автоматизированного управления процессом высокоточной постановки средств навигационного ограждения на внутренних водных путях

Специальность 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)

АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2010

Работа выполнена в Санкт–Петербургском государственном университете водных коммуникаций

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор
Нырков Анатолий Павлович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, Вишневский Юрий Георгиевич
кандидат технических наук Караваев Василий Игоревич

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный университет

Защита диссертации состоится «25» июня 2010 года в 1200 в ауд. 235 на заседании диссертационного совета Д 223.009.03 в Санкт–Петербургском государственном университете водных коммуникаций по адресу: 198035, Санкт–Петербург, ул. Двинская, д. 5/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций.

Автореферат разослан «24» мая 2010 года.

Ученый секретарь
диссертационного совета Д 223.009.03
кандидат технических наук, доцент


Барщевский Е.Г.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. Одной из важнейших проблем современного речного флота является обеспечение безопасности судоходства при плавании по внутренним водным путям Российской Федерации.

Необходимость постоянного повышения уровня безопасности и эффективности использования внутренних водных путей РФ требует постоянного развития и внедрения современных технических средств и систем, на всех этапах данного производственного процесса, начиная от тех, кто занимается обслуживанием внутренних водных путей до систем отраслевого мониторинга. Для решения указанных задач на ВВП РФ успешно внедряются «Автоматизированные системы управления движением судов (АСУДС)», имеющие в своем составе различные современные информационные системы телекоммуникаций и мониторинга: системы УКВ-радиосвязи, транкинговой и сотовой радиосвязи, системы видеонаблюдения и радиолокационного контроля, информационно-диспетчерские службы, в ряде случаев речные региональные спасательно-координационные центры и др. При этом вся структура речной АСУДС, как правило, погружена в радионавигационное поле ГЛОНАСС/GPS и его подсистемы высокочастотных дифференциальных радионавигационных поправок ДГЛОНАСС/DGPS.





В последние годы также получила значительное развитие «Автоматизированная идентификационная система (АИС)», ставшая уже неотъемлемой частью речных АСУДС. Внедрение технологии АИС является важным шагом в развитии внутренних водных путей, ее можно поставить в один ряд с появлением на морском и речном флоте радиолокационных станций или спутниковой навигации.

На большинстве современных судов необходимым требованием безопасности является наличие электронных картографических навигационных информационных систем, которые представляют собой дополнительное навигационное средство к традиционным бумажным картам, чрезвычайно эффективны, удобны и оказывают значительную помощь капитану судна, особенно в неблагоприятных погодных условиях.

В то же время внедрение всех вышеуказанных систем накладывает повышенную ответственность на тех, кто занимается обслуживанием внутренних водных путей, требует использования современных систем на всех этапах производства работ и, несомненно, в первую очередь, для одной из ключевых составляющих обеспечения высокого уровня безопасности - высокоточной постановки средств навигационного ограждения (СНО).

Лишь при таких условиях появляется возможность создать надежную высокоточную информационную поддержку судоводителю речного судна, повысить качество предоставляемой навигационной информации, поднять безопасность судовождения в условиях внутренних водных путей на качественно новый уровень. В будущем это позволит начать использование инструментальных методов проводки и реализовать переход к автоматическому управлению движением судна по заданной траектории практически на всём протяжении ВВП, что, в свою очередь расширяет возможности судоводителя для наблюдения за окружающей обстановкой и позволит качественно повысить безопасность на ВВП.

Цель работы и задачи исследования.

В связи с вышеизложенным целью настоящей диссертационной работы является обеспечение необходимой точности постановки средств навигационного ограждения в соответствии с использованием спутниковых навигационных систем и электронных навигационных карт на внутренних водных путях РФ.

Объектом исследования данной работы является процесс постановки средств навигационного ограждения и анализ факторов, влияющих на точность осуществления указанного процесса.

Предметом исследования являются модели, методы и способы оценки уровня точности постановки навигационных знаков.

Для выполнения этой цели потребовалось решение следующих основных задач:

  1. Анализ отечественных и зарубежных методик постановки средств навигационного ограждения.
  2. Создание классификации факторов, влияющих на точность постановки средств навигационного ограждения.
  3. Разработка математической модели факторов, оказывающих существенное влияние на процесс постановки навигационных знаков.
  4. Создание алгоритмического и программного обеспечения для автоматизированного управления процессом высокоточного позиционирования СНО.

Методологической основой исследования являются принципы системного анализа и управления технологическими процессами, теория вероятности и математической статистики, теория имитационного моделирования транспортных процессов, теория спутниковой навигации, методы создания электронных навигационных карт.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту. Основными научными положениями диссертации являются:

  • оценка существующего мирового и отечественного опыта по расстановке средств навигационного ограждения и применения для этих целей современных высокоточных спутниковых навигационных систем, их дифференциальных дополнений, а также современных компонент АСУДС, включая систему АИС и электронные картографические навигационные информационные системы;
  • модели, методики и алгоритмы решения стохастических задач отклонения координат постановки СНО от их истинных значений;
  • алгоритмы оценки точности постановки плавучих навигационных знаков с учетом всего спектра факторов, влияющих на данный технологический процесс;
  • алгоритмы автоматизированного управления процессом постановки плавучих навигационных знаков на ВВП РФ, основанные на оценке максимумов погрешностей местоопределения;
  • создание специального программного обеспечения для высокоточной постановки средств навигационного ограждения.

Практическая значимость исследований. Сформулированные выводы и рекомендации могут быть использованы при реализации федеральной целевой программы «Развитие транспортной системы России (2010-2015 годы)» в части, касающейся внутреннего водного транспорта.

Реализация и внедрение результатов. Программно-аппаратные средства автоматизированного управления процессом высокоточной постановки средств навигационного ограждения внедрены в федеральном государственном учреждении «Волго-Балтийское государственное бассейновое управление водных путей и судоходства» и в федеральном государственном учреждении «Азово-Донское ГБУВПиС», алгоритмы использованы ООО «Абрис» при создании программного обеспечения «Путевой мастер», программное обеспечение «Путевой мастер» используется для проведения лабораторных работ в СПГУВК.

Публикации работы. Основные результаты работы опубликованы в восьми научных изданиях, в том числе в одном, рекомендованном Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ.

Апробация работы осуществлена на:

  • научно-технической конференции молодых научных сотрудников СПГУВК (СПб, 2006);
  • XI Санкт-Петербургской международной конференции «Региональная информатика» (СПб, СПОИСУ, 2008);
  • седьмой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (СПб, 2009);
  • международной научно-практической конференции, посвященной 200-летию подготовки кадров для водного транспорта России «Водные пути России: строительство, эксплуатация, управление» (СПб, СПГУВК, 2009);
  • конференции молодых ученых в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики (СПб, 2009).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав текста, заключения, списка опубликованных источников, содержащего 119 отечественных и зарубежных работ, трех приложений. Основное содержание работы изложено на 164 страницах, включая 25 рисунков и графиков, 5 таблиц.

основное содержание работы

В первой главе рассматриваются структура и современное состояние информационных технологий систем ГЛОНАСС/GPS в АСУДС на внутренних водных путях, их дифференциальные дополнения, суммируется и анализируется отечественный и зарубежный опыт постановки средств навигационного ограждения.

На данный момент времени в мире существуют две глобальные навигационные спутниковые системы – отечественная ГЛОНАСС и американская GPS. В стадии разработки находится европейская система Галилео. ГЛОНАСС и GPS являются системами двойного назначения, в каждой из них предусмотрены как закрытые военные сигналы с высокой точностью, так и общедоступные сигналы для гражданских потребителей. Они позволяют осуществлять определение координат практически в любой точке земной поверхности с точностью до нескольких метров. К настоящему моменту в мире наибольшее распространение получила американская система GPS. Российская Федерация проводит государственную политику внедрения ГНСС ГЛОНАСС в целях национальной информационной и технологической безопасности. Для решения специфических навигационных задач, связанных с необходимостью высокоточного местоопределения, применяются различные типы дифференциальных (корректирующих) подсистем.

При осуществлении производственной деятельности на внутренних водных путях РФ применение дифференциальных дополнений глобальных навигационных спутниковых систем является необходимым условием обеспечения безопасности судоходства.

Рассмотрены основные применяемые на настоящий момент виды дифференциальных подсистем:

  • широкозональные дифференциальные подсистемы;
  • региональные дифференциальные подсистемы;
  • локальные дифференциальные подсистемы.

Основой метода навигации с дифференциальными дополнениями является относительное постоянство большей части погрешностей СРНС во времени и пространстве, влияющих на точность определения координат.

Использование дифференциального режима предполагает существование по крайней мере двух приемоиндикаторов, один из них используется потребителем, второй расположен на контрольно-корректирующей станции.

Указанные системы применяются, в первую очередь, для целей судовождения. Многие суда оснащены передовыми навигационными системами, в тоже время оборудование и методы работы, применяемые для обслуживания внутренних водных путей, например, расстановки СНО, отстают в своем технологическом развитии. Суда бригад, обслуживающих навигационное ограждение, не оборудованы необходимой аппаратурой. Не отработана схема работы с применением современных спутниковых навигационных систем, нет инструкции по координированной расстановке средств навигационного ограждения.

На внутренних водных путях отсутствует выстроенная вертикаль передачи навигационной информации от производителей работ до потребителей.

В настоящее время, благодаря наличию высокоточных навигационных систем и дифференциального поля на ВВП РФ, появилась возможность преодолеть вышеуказанные недостатки - автоматизировать работу бригад, обслуживающих навигационное оборудование, вывести их работу на современный технологический уровень.

Во второй главе произведен подробный анализ основных компонентов автоматизированной системы управления процессом высокоточной постановки средств навигационного ограждения, математическое моделирование и анализ факторов, влияющих на точность установки навигационных знаков.

В настоящее время на внутренних водных путях (ВВП) происходит интенсивное внедрение новых средств связи и информационных технологий, что способствует повышению эффективности перевозок и безопасности судоходства на ВВП. Одной из наиболее перспективных и конструктивных систем в настоящее время являются организационно-технические образования, получившие название «Речные информационные службы» (РИС). Под РИС понимаются гармонизированные инфокоммуникационные службы, содействующие управлению перевозками грузов и регулированию движением судов в сфере судоходства по внутренним водным путям, с перспективной возможностью взаимодействия с другими видами транспорта.

Одним из важнейших условий успешного создания и функционирования РИС является наличие на ВВП действующих автоматизированных идентификационных систем.

Суда, оборудованные аппаратурой АИС, регулярно передают в диапазоне ОВЧ (УКВ) стандартные сообщения, содержащие информацию о судне, его координатах, курсе, векторе скорости, опасном грузе на борту, пункте назначения, времени прибытия. Одновременно каждое судно принимает аналогичную информацию от других судов, находящихся в радиусе действия, ограниченном распространением радиоволн. В прибрежных районах информация, передаваемая судами, также поступает в распоряжение береговых служб.

С 1 июля 2002 года автоматизированная идентификационная система (АИС) является обязательным оборудованием на большинстве типов судов. Регламентация оборудования в этой области осуществляется конвенцией СОЛАС.

Для эффективного использования АИС особое значение имеет отображение динамической информации. Одним из доступных средств может быть электронная картографическая система. При этом вся информация, получаемая по каналам АИС «накладывается» на электронную навигационную карту и может совмещаться с радиолокационными данными. На современных судах информация АИС совместно с информацией от судовой РЛС/САРП может отображаться на дисплеях интегрированных навигационных систем (INS) или интегрированных систем мостика (IBS).

Подробно рассмотрены технологии создания, редактирования и поддержания на уровне современности электронных навигационных карт на примере ведущего подразделения в этой сфере деятельности на внутренних водных путях – картографической службы ГБУ «Волго-Балт».

Но полномасштабному использованию ЭНК, как основного навигационного средства, должно предшествовать внедрение современных технологий на всех уровнях, начиная с обслуживающих ВВП путевых бригад. Являясь высокоточным продуктом, они требуют повышения точности на всех этапах производства работ в ГБУ, начиная с расстановки навигационных знаков на водных путях.

Установка знаков навигационного ограждения с помощью электронной навигационной карты является передовым методом. До начала его использования плавучие знаки устанавливались с помощью визуально-инструментального метода, зачастую с использованием каких-либо береговых ориентиров или даже «по памяти». Наметился разрыв в технологиях, когда на внутренних водных путях для целей судовождения внедряются современные навигационные, электронные картографические системы, строится сеть базовых станций АИС и в то же время плавучее навигационное ограждение, которое обеспечивает непрерывность предоставления судоводителю основной информации об участке пути, по которому следует судно, устанавливается «по старинке» вручную, без применения достаточно точных инструментальных средств. А непрерывность предоставления судоводителю качественной, понятной информации является залогом успешной доставки груза и пассажиров в кратчайший срок и с наименьшими затратами.

Но даже расстановка СНО с помощью электронной навигационной карты не может быть абсолютно точной, на точность установки влияют следующие факторы (погрешности):

  1. ошибка определения координат с помощью спутниковых навигационных систем и их дифференциальных дополнений;
  2. ошибка визуального отображения электронной картографической системы;
  3. ошибка, вносимая перемещением судна;
  4. «человеческий» фактор (решение о нахождении в указанной точке и спуске якорного устройства навигационного знака с кран-балки в указанном месте принимается мастером пути).

Ввиду особых условий внутренних водных путей, для осуществления судоходства и производства работ на них использование дифференциальных поправок необходимо. Погрешности, возникающие при их приеме, являются одними из основных составляющих «технического» плана (не учитывающих человеческий фактор), влияющих на точность установки знаков навигационного ограждения.

Рассмотрены варианты передачи дифференциальных поправок как с использованием сети базовых контрольно-корректирующих станций, так и по каналам АИС.

Навигационную задачу нахождения вектора координат потребителя решают путем измерения псевдодальностей минимум для 4 навигационных спутников . Указанные вычисления производятся на основе эфемеридной информации (данных о координатах НС (вектор ), передаваемой в навигационном сообщении. Геометрическая схема представлена на (Рис. 1).

Рис. 1. Геометрическая схема


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.