RU2277495C1 - Method of automatic pilotage of ships - Google Patents
Method of automatic pilotage of ships Download PDFInfo
- Publication number
- RU2277495C1 RU2277495C1 RU2005100877/11A RU2005100877A RU2277495C1 RU 2277495 C1 RU2277495 C1 RU 2277495C1 RU 2005100877/11 A RU2005100877/11 A RU 2005100877/11A RU 2005100877 A RU2005100877 A RU 2005100877A RU 2277495 C1 RU2277495 C1 RU 2277495C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vessel
- ship
- motion
- speed
- parameters
- Prior art date
Links
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области судовождения и может быть использовано для повышения безопасности плавания и точности автоматического управления судами, в частности в стесненных навигационных условиях плавания.The invention relates to the field of navigation and can be used to improve the safety of navigation and the accuracy of automatic control of ships, in particular in cramped navigational conditions of navigation.
Известны способы автоматической проводки судов [1-4], в которых управляющие сигналы, подаваемые на рулевой привод, формируются в зависимости от рассогласования текущих параметров движения и программных. Для получения программных параметров, определяющих положение судна, на традиционной или электронной навигационной карте прокладывается маршрут, определяются координаты поворотных точек маршрута. Текущие координаты судна определяются по спутниковым или радионавигационным системам или посредством навигационных радиолокационных систем [5].Known methods of automatic pilotage of ships [1-4], in which control signals supplied to the steering gear, are formed depending on the mismatch of the current traffic parameters and software. To obtain program parameters that determine the position of the vessel, a route is laid on a traditional or electronic navigation map, the coordinates of the turning points of the route are determined. The current coordinates of the vessel are determined by satellite or radio navigation systems or by means of navigation radar systems [5].
Недостатками известных способов являются:The disadvantages of the known methods are:
- сложность прокладки маршрута, подбор карт необходимого масштаба при формировании программных параметров [1];- the complexity of the route, the selection of maps of the required scale in the formation of program parameters [1];
- отсутствие на участках разворотов заданной траектории, относительно которой определяется боковой снос судна [3];- the absence in sections of turns of a given trajectory, relative to which the lateral drift of the vessel is determined [3];
- определение текущих и программных координат судна производится в разных системах координат [2, 4];- determination of the current and program coordinates of the vessel is carried out in different coordinate systems [2, 4];
- возможность наличия мертвых зон при использовании навигационной радиолокационной станции, невысокая точность аппроксимированной электронной карты [5].- the possibility of the presence of dead zones when using a navigation radar station, the low accuracy of the approximated electronic map [5].
Выявленных недостатков аналогов лишен способ автоматической проводки судна [6], заключающийся в том, что измеряют текущие параметры движения судна, используя сигналы от датчиков углов курса, руля, угловой скорости и навигационного прибора, при этом сравнивают эти данные с программными значениями и по результатам сравнения формируют управляющий сигнал на рулевой привод. Программные параметры движения, определяющие положение судна, получают путем обработки сигналов о положении судна от навигационного прибора при эталонном проходе судна по заданному маршруту. Технический результат в данном способе, заключающийся в повышении точности управления судном, преимущественно наречных фарватерах и безопасности движения, достигается за счет формирования программы, задающей положение судна, и определение текущих координат судна производится в одной и той же системе координат, так как для формирования программы используется запись текущих координат, определяемых приемником сигналов спутниковой навигационной системы, расположенным на судне, при эталонном проходе судна по заданному маршруту, при этом при обработке записанной информации в результате аппроксимации выделяют прямолинейные участки маршрута и формируют программную ось судового хода, на стыке прямолинейных участков определяют поворотные точки маршрута, относительно которых производится программный разворот (криволинейный участок), при этом криволинейный участок маршрута аппроксимируется дугой определенного радиуса с примыкающими для плавности перехода переходными участками.Identified deficiencies of analogues are deprived of the method of automatic piloting of the vessel [6], which consists in measuring the current parameters of the vessel’s motion using signals from heading angle sensors, rudder, angular velocity and a navigation device, while comparing these data with program values and comparing form a control signal to the steering gear. Programmed motion parameters that determine the position of the vessel are obtained by processing signals about the position of the vessel from the navigation device with the reference passage of the vessel along a given route. The technical result in this method, which consists in increasing the accuracy of control of a vessel, mainly adverbs and traffic safety, is achieved by creating a program that sets the position of the vessel, and the current coordinates of the vessel are determined in the same coordinate system, since it is used to formulate the program recording the current coordinates determined by the signal receiver of the satellite navigation system located on the vessel, with the reference passage of the vessel along a given route, while when processing the recorded information as a result of approximation, straight sections of the route are selected and the program axis of the ship passage is formed, turning points of the route are determined at the junction of straight sections, relative to which a program turn is made (curved section), while the curved section of the route is approximated by an arc of a certain radius with adjacent ones for smoothness transition transition areas.
Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:
- определение текущих координат и скорости судна посредством приемника сигналов спутниковой навигационной станции, что не всегда может быть обеспечено как по техническим причинам, так и по финансовым соображениям, и, кроме того, в соответствии со стандартом точности судовождения (резолюция ИМО А. 529) точность определения места при плавания в узкости должна составлять 5...10 м, что может быть обеспечено только при использовании приемоиндикатора GPS в дифференциальном режиме при нахождении судна в зоне действия дифференциальной станции, в противном случае предельная погрешность определения координат места для приемоиндикаторов СНС GPS типа "Trimble Navigation", которыми в основном оснащены суда типа река-море, составит 100 м (Р=0,95);- determination of the current coordinates and speed of the vessel through the signal receiver of the satellite navigation station, which can not always be ensured both for technical reasons and financial reasons, and, in addition, in accordance with the standard for accuracy of navigation (IMO resolution A. 529) accuracy determining the position when sailing in narrow areas should be 5 ... 10 m, which can only be achieved by using the GPS receiver-indicator in differential mode when the vessel is in the range of the differential station Otherwise, the marginal error in determining the coordinates of the location for GPS GPS receiver indicators of the Trimble Navigation type, with which river-sea vessels are mainly equipped, will be 100 m (P = 0.95);
- выделение прямолинейных участков маршрута путем аппроксимации записанной информации для формирования программной оси судового хода, что снижает достоверность получения итоговых данных;- allocation of straight sections of the route by approximating the recorded information to form the program axis of the ship's course, which reduces the reliability of obtaining the final data;
- использование упрощенной модели движения судна в функции радиуса разворота, текущей скорости и времени, без учета влияния параметров ветра, глубины под килем, угла дрейфа, а также текущих значений углов тяги, эксцентриситета и оборотов движителей, оборотов подруливающих устройств, траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечности, особенно при проходе участков в стесненных навигационных условиях и при неблагоприятных погодных условиях, может привести к негативным последствиям в результате выполнения маневрирования.- the use of a simplified model of the vessel’s motion as a function of the turning radius, current speed and time, without taking into account the influence of wind parameters, depth under the keel, drift angle, as well as the current values of the thrust angles, eccentricity and speed of the propulsors, the speed of the thrusters, the trajectory of the center of gravity, fore and aft ends, especially when passing sections in cramped navigational conditions and in adverse weather conditions, can lead to negative consequences as a result of maneuvering.
Задачей заявляемою технического предложения является повышение точности управления судном в стесненных навигационных условиях, в том числе и наречных фарватерах путем определения и обработки избыточной и достоверной исходной информации.The objective of the claimed technical proposal is to increase the accuracy of control of the vessel in cramped navigation conditions, including adverbial channels by identifying and processing redundant and reliable source information.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе автоматической проводки судна, включающем измерение параметров движения датчиками угла курса и угловой скорости, датчиком положения руля и навигационным прибором, определяющим текущее положение судна, их последующее сравнение с программными значениями данных параметров движения и формирование управляющего на рулевой привод в функции данных рассогласований и скорости судна, определяемой навигационным прибором, получение программных параметров движения, определяющих положение судна путем обработки сигналов о положении судна от навигационного прибора, определение программных значений угла курса, угловой скорости, положения руля в соответствии с моделью движения в функции радиуса разворота, текущей скорости и времени, в котором при измерении параметров движения судна датчиками дополнительно измеряют параметры ветра и волнения, углы тяги, эксцентриситет и обороты движителей, обороты подруливающего устройства, глубину под килем, определяют траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей, а программные значения угла курса, угловой скорости, положения руля определяют в соответствии с моделью движения судна в дополнительной функции скорости и направления ветра, высоты и курсового угла волн, углов тяги, эксцентриситета и оборотов движителей, оборотов подруливающего устройства, глубины под килем, траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей и углов дрейфа и сноса.The problem is solved due to the fact that in the method of automatic piloting of the vessel, including measuring the motion parameters with heading and angular velocity sensors, a rudder position sensor and a navigation device that determines the current position of the vessel, their subsequent comparison with the programmed values of these motion parameters and the formation of the manager on steering gear as a function of the data of the mismatch and speed of the vessel, determined by the navigation device, obtaining programmed motion parameters that determine the position the vessel by processing signals about the position of the vessel from the navigation device, determining programmed values of the course angle, angular velocity, rudder position in accordance with the motion model as a function of the turning radius, current speed and time, in which, when measuring the parameters of the vessel’s motion, the wind parameters are additionally measured by the sensors and excitement, traction angles, eccentricity and revolutions of propulsors, thrusters revolutions, depth under the keel, determine the trajectories of the center of gravity, fore and aft extremities, and program values of heading angle, angular velocity, rudder position are determined in accordance with the model of the ship’s movement in an additional function of wind speed and direction, wave height and course angle, thrust angles, eccentricity and speed of propulsors, thruster revolutions, depth under keel, center trajectory severity, bow and stern extremities and angles of drift and drift.
В отличие от известных способов автоматической проводки судна, в предлагаемом способе при измерении параметров движения дополнительно измеряют параметры ветра и волнения, углы тяги, эксцентриситет и обороты движителей, обороты подруливающего устройства, глубину под килем, определяют траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей, а программные значения угла курса, угловой скорости, положения руля определяют в соответствии с моделью движения судна в дополнительной функции скорости и направления ветра, высоты и курсового угла волн, углов тяги, эксцентриситета и оборотов движителей, оборотов подруливающего устройства, глубины под килем, траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей и углов дрейфа и сноса.In contrast to the known methods of automatically navigating a ship, in the proposed method, when measuring motion parameters, wind and wave parameters, traction angles, eccentricity and speed of propulsors, speed of the thruster, depth under the keel are additionally measured, the trajectories of the center of gravity, bow and stern ends are determined, and the programmed values of the course angle, angular velocity, rudder position are determined in accordance with the model of the vessel’s movement as an additional function of wind speed and direction, altitude and hens total wave angle, traction angles, eccentricity and revolutions of propulsors, thrusters revolutions, depth under the keel, trajectories of the center of gravity, bow and stern extremities, and drift and drift angles.
Так как при плавании судна на него практически всегда воздействуют внешние факторы, такие как ветер, волнение, течение и мелководье, эти факторы оказывают неблагоприятное влияние на судно. Так, степень и характер воздействия ветра зависит от таких параметров, как площадь парусности судна, расположение центра тяжести, отношения высоты борта к осадке судна, силы ветра и его направления относительно диаметральной плоскости, курса судна относительно направления ветра и скорости судна. При этом возможны такие последствия, как увеличение крена, дрейфа и осадки, изменение скорости, потеря управляемости. При влиянии течения возможно изменение скорости и траектории движения. При волнении изменяются скорость, траектория движения, осадка. При влиянии мелководья ухудшается остойчивость, увеличивается рыскливость и осадка, наблюдается потеря скорости. Кроме того, при проходе узкостей необходимо определение ширины безопасной полосы движения, которая, исходя из практики судовождения по осевой линии канала или фарватера Вб.д., принимается как: Вб.д.=Вм+В, где В - маневровая полоса движения судна, В - ширина судна.Since when a ship is sailing, it is almost always influenced by external factors, such as wind, waves, current and shallow water, these factors have an adverse effect on the ship. So, the degree and nature of the effect of the wind depends on such parameters as the area of the sailing vessel, the location of the center of gravity, the ratio of the side to the draft of the vessel, the strength of the wind and its direction relative to the diametrical plane, the course of the vessel relative to the direction of the wind and the speed of the vessel. In this case, such consequences as an increase in bank, drift and draft, a change in speed, loss of controllability are possible. Under the influence of the current, a change in the speed and trajectory of movement is possible. When the excitement changes speed, trajectory, sediment. Under the influence of shallow water, stability worsens, yaw rate and draft increase, speed loss is observed. In addition, when passing narrownesses, it is necessary to determine the width of the safe lane, which, based on the practice of navigation along the center line of the channel or fairway, is in the b.d. , accepted as: In b.d. = V m + B, where B is the shunting lane of the vessel, B is the breadth of the vessel.
Ширина маневренной полосы при воздействии течения, ветра и волнения определяется в соответствии с зависимостью:The width of the maneuverable strip when exposed to currents, winds and waves is determined in accordance with the dependence:
Вм=LSin(α1+α2+α3)+BCos(α1+α2+α3)+Vсt+Sinβ+ΔВ, где L - длина судна по ватерлинии, В - ширина судна по мидель-шпангоуту, α1 - угол сноса от течения, α2 - угол ветрового дрейфа, α3 - угол ветрового сноса, Vc - скорость судна, t - период рыскания, β - угол рыскания, ΔВ - запас ширины, учитывающий эффект присасывания к стенкам канала, принимаемый равным ширине судна В. Однако эта поправка не всегда является достоверной. В случаях, когда фарватер естественных глубин не является каналом полного профиля и, большей частью, не имеет резко выраженной бровки, например, каналы в устье рек, перегороженные баром, то величина уменьшения этой поправки, а следовательно, и ширина полосы безопасного движения может достигать трети ширины судна. И если значения угла сноса могут быть определены в зависимости от соотношения скоростей и судна и курсового угла течения с вводом корректирующих коэффициентов, а если забровочная глубина меньше осадки судна, то скорость течения корректируется еще одним коэффициентом, учитывающим экранирующее влияние стенок прореди, а также значения угла ветрового дрейфа, которые определяются в зависимости от соотношения площадей парусности надводного и подводного бортов, курсового угла ветра и соотношения скорости ветра к скорости судна, при этом величина угла дрейфа также корректируется еще одним коэффициентом, который зависит от запаса воды под корпусом судна, то волновой угол сноса движущегося судна, зависящий от соотношения скоростей волнового сноса судна и скорости судна (определяемой по навигационному прибору или лагу), требует определения скорости волнового сноса, которая связана с определением и учетом величины составляющей волновой нагрузки, курсового угла волны к диаметральной плоскости судна, сопротивления воды движению судна, времени с носа судна, длины и высоты волны. При этом необходимо учитывать различные коэффициенты, большинство из которых определяется по аналитическим зависимостям с множеством допущений, что существенно усложняет процесс получения конечных результатов с приемлемой степенью точности.In m = LSin (α 1 + α 2 + α 3 ) + BCos (α 1 + α 2 + α 3 ) + V with t + Sinβ + ΔВ, where L is the length of the vessel along the waterline, B is the breadth of the vessel along the middle frame, α 1 - drift angle from the flow, α 2 - angle of wind drift, α 3 - angle of wind drift, V c - vessel speed, t - yaw period, β - yaw angle, ΔВ - width margin, taking into account the effect of suction to the walls channel, taken equal to the width of the vessel B. However, this amendment is not always reliable. In cases where the fairway of natural depths is not a full-profile channel and, for the most part, does not have a pronounced edge, for example, channels at the mouth of the rivers blocked by a bar, then the reduction in this correction, and therefore the width of the safe traffic lane, can reach one third the width of the vessel. And if the values of the drift angle can be determined depending on the ratio of the speeds and the vessel and the course angle of the current with the input of correction factors, and if the depth of the survey is less than the draft of the vessel, then the speed of the stream is adjusted by another factor that takes into account the screening effect of the walls of the tear, as well as the angle wind drift, which are determined depending on the ratio of the area of windage of the freeboard and underwater sides, the heading angle of the wind and the ratio of wind speed to the speed of the vessel, while the drift angle is also corrected by another coefficient, which depends on the water supply under the hull, the drift wave angle of a moving ship, depending on the ratio of the wave drift velocity of the vessel and the speed of the vessel (determined by the navigation instrument or lag), requires the determination of the wave drift velocity, which is associated with the determination and consideration of the magnitude of the component of the wave load, the course angle of the wave to the diametrical plane of the vessel, water resistance to the movement of the vessel, time from the bow of the vessel, wavelength and height. It is necessary to take into account various coefficients, most of which are determined by analytical dependencies with many assumptions, which significantly complicates the process of obtaining final results with an acceptable degree of accuracy.
В конечном итоге, безопасность плавания в узкостях во многом зависит от обеспечения надежной оценки конкретной ситуации и выработки основных решений при автоматической проводке судна с учетом реальной структуры ветроволновых возмущений трансформации ветрового поля около судна за счет процессов дифракции и интерференции судовых и набегающих волн, особенностей динамики взаимодействия судна с внешней средой в реальных условиях плавания, что позволит осуществить выбор оптимального курсового угла и скорости судна исходя из обеспечения требований к остойчивости, качке, ходкости и прочности на волнении, оценку и прогноз потери скорости судна при обрастании корпуса, оценку влияния мелководья, особенно при плавании вне зоны действия дифференциальной станции СНС.Ultimately, the safety of navigation in narrowness largely depends on ensuring a reliable assessment of the specific situation and the development of basic decisions when automatically navigating the vessel, taking into account the real structure of the wave-wave disturbances in the transformation of the wind field near the vessel due to the diffraction and interference of ship and incident waves, and features of the dynamics of interaction the vessel with the external environment in real navigation conditions, which will allow the selection of the optimal heading angle and speed of the vessel based on the provision requirements for stability, pitching, propulsion and wave strength, assessment and forecast of the loss of speed of the vessel during fouling, assessment of the effect of shallow water, especially when sailing outside the coverage area of the differential station SNA.
Кроме того, установление эталонных параметров для последующего определения программных значений требует существенного периода времени и сложного внешнего обеспечения для исключения случайных погрешностей и определения систематических погрешностей, а с учетом того, что реальные условия плавания могут существенно отличаться от условий, при которых получены эталонные значения, то достоверность определения программных значений может оказаться невысокой, что подтверждают результаты выполненных исследовании для судов типа "река-море" при плавании как на открытой воде, так и при заходе в устье реки по фарватерам, проходящим по каналам как полного профиля, так и по каналам, не являющимися каналами полного профиля. Натурные наблюдения показали, что реальная ширина полосы безопасного движения может меняться в широких пределах. Так, если при проходе узкостей судно находится в зоне действия дифференциальной станции спутниковой навигационной системы, то точность координирования по системам HABCTAP/ГЛОНАСС составляет менее 5 метров, и ширина полосы безопасного движения судна, с учетом правильно определенных его маневренных характеристик дня данных условий плавания, может быть определена с достаточной степенью достоверности. В противном случае, вне зоны действия дифференциальной станции, точность координирования может быть получена с предельной погрешностью определения координат места порядка 100 метров (приемоиндикатор типа "Trimble Navigation" спутниковой навигационной системы GPS, которым оснащены суда смешанного плавания типа "Омский"), что явно недостаточно для координирования и не соответствует требованиям стандарта точности судовождения (Резолюция ИМО А.529) при плавании в узкости (точность определения места судна 5...10 м, дискретность определения места судна - непрерывно) и при подходах к портам и узкостям (точность определения места судна 50...100 м, дискретность определения места - непрерывно).In addition, the establishment of reference parameters for the subsequent determination of program values requires a significant period of time and complex external support to exclude random errors and determine systematic errors, and taking into account the fact that the actual swimming conditions can differ significantly from the conditions under which the reference values were obtained, then the reliability of determining program values may not be high, which is confirmed by the results of the study for vessels of the "river-sea" type When swimming both in open water and when entering the mouth of the river along fairways passing through both full-profile channels and channels that are not full-profile channels. Field observations have shown that the actual width of the safe traffic lane can vary widely. So, if the vessel is in the coverage area of the differential station of the satellite navigation system while narrowing, the coordination accuracy for the HABCTAP / GLONASS systems is less than 5 meters, and the width of the safe movement band of the vessel, taking into account its maneuvering day characteristics of these navigation conditions, can be determined with a reasonable degree of certainty. Otherwise, outside the range of the differential station, coordination accuracy can be obtained with a marginal error in determining the coordinates of a place of the order of 100 meters (receiver-type “Trimble Navigation” satellite navigation system GPS, which are equipped with mixed navigation vessels of the type “Omsky”), which is clearly not enough for coordination and does not meet the requirements of the standard for accuracy of navigation (IMO Resolution A.529) when sailing in narrow places (accuracy of determining the position of the vessel 5 ... 10 m, discreteness of determining the position of the vessel is not reryvno) and access to ports, and sharpness (the accuracy of determination of the vessel 50 ... 100 m, determining the discrete locations - continuously).
На чертеже приведена блок-схема устройства, посредством которого реализуется заявляемый способ. Блок-схема включает приемоиндикатор 1 сигналов спутниковой навигационной системы, гирокомпас 2, навигационную РЛС 3, лаг 4, эхолот 5, центральный процессор 6 контроллер 7, дисплей 8, электронную картографическую навигационную систему 9, измеритель параметров ветра 10, измеритель параметров волнения 11, блок управления 12, рулевой датчик 13, рулевое устройство 14, рулевой механизм 15, руль 16, аппаратные средства 17 программного обеспечения авторулевого, подруливающее устройство 18, блок датчиков динамических параметров 19.The drawing shows a block diagram of a device by which the inventive method is implemented. The block diagram includes a signal receiver 1 of the satellite navigation system signals, gyrocompass 2, navigation radar 3, lag 4, echo sounder 5, central processor 6 controller 7, display 8, electronic map navigation system 9, wind parameter meter 10, wave parameter meter 11, block control 12, the steering sensor 13, the steering device 14, the steering mechanism 15, the steering wheel 16, the hardware 17 software auto steering, the steering device 18, the sensor unit dynamic parameters 19.
Для учета ветровых возмущений посредством судовых измерителей ветра типа КИВ-2 или ИПВ-92 измеряют скорость и направление ветра. Для получения наиболее полной информации о параметрах воздушного потока выполняют измерение невозмущенного потока в носовой или кормовой оконечностях судна в зависимости от направления ветра, а также на уровне возможной максимально высокой точки над ходовой рубкой. Затем определяют сдвиг ветра между уровнями палубы и максимально высокой точкой над ходовой рубкой. Так как судовые измерители ветра измеряют среднюю скорость ветра на разной высоте, то в навигационном приборе средние значения ветра моделируются логарифмическим профилем в соответствии с зависимостью:To account for wind disturbances by means of ship wind meters of the type KIV-2 or IPV-92, wind speed and direction are measured. To obtain the most complete information about the parameters of the air flow, an unperturbed flow is measured in the fore or aft ends of the vessel depending on the wind direction, as well as at the level of the highest possible point above the wheelhouse. Then determine the wind shear between the levels of the deck and the highest point above the wheelhouse. Since ship's wind meters measure the average wind speed at different heights, in the navigation instrument the average wind values are modeled by a logarithmic profile in accordance with the dependence:
В известных способах автоматической проводки судна, если и учитывается влияние ветра на движение судна, то для преобразования частоты переменных составляющих скорости ветра, как правило, используют гипотезу Тейлора о "замороженном" поле скоростей, которая применима при скоростях движения судна выше средней скорости ветра, или используют результаты продувки модели судна в аэродинамической трубе. Однако при движении судна со средней скоростью и курсовым углом по направлению к бегу волн и генеральному направлению ветра спектральные характеристики воздействий от переменных составляющих скорости ветра будут иными, чем спектры возмущений, действующих на неподвижный объект.In known methods of automatic pilotage of a ship, if the influence of wind on the motion of the ship is taken into account, as a rule, the Taylor hypothesis of a “frozen” velocity field, which is applicable when the speed of the ship is higher than the average wind speed, is used to convert the frequency of the variable components of the wind speed, or use the results of purging the model of the ship in the wind tunnel. However, when the ship moves at an average speed and heading angle in the direction of the wave run and the general direction of the wind, the spectral characteristics of the effects of the variable components of the wind speed will be different than the spectra of disturbances acting on a stationary object.
Так как морское волнение является наиболее существенным возмущающим фактором для судов как объектов управления, ухудшающим функциональную эффективность и безопасность, то посредством когерентной навигационной радиолокационной станции или специальных устройств измеряются параметры волнения (см. например: 1. Загородников А.А. Радиолокационная съемка морского волнения с летательных аппаратов. Л.: Гидрометеоиздат, 1978, с.148-150. 2. Ванаев А.П., Чернявец В.В. Определение параметров волнения совмещенной системой измерения скорости судна и высоты волны //Л.: Судостроение, 1993, №8-9. 3. Патент РФ №2137153). При этом на основе текущих измерений профиля волн определяются такие их интегральные характеристики, как средние значение высоты и периода, курсовой угол основного направления движения волн, скорость и длина волн, что позволяет сформировать сигнал волнового возмущения для использования в авторулевом, определить параметры волнения дня решения задачи оптимизации курса и скорости судна на волнении, определит параметры качки, крен и дифферент судна, его осадку на ходу. Определение параметров ветра и волнения позволяет автоматизировать процесс определения волнового запаса на погружение оконечности судна при волнении в зависимости от длины судна, числа Фруда, высоты волны 3% обеспеченности в системе волн наиболее опасного направления в районе судового хода при действии ветра, а также скоростной запас на изменение осадки судна на ходу и запас на крен судна, возникающий от воздействия ветра и гидродинамических сил на повороте, зависящих от ширины судна, крена от ветра и крена судна на повороте, а в конечном итоге определить суммарный навигационный запас глубины при проходе мелководных участков с учетом минимального навигационного запаса, необходимого для обеспечения управляемости судна в соответствии с известными зависимостями (см., например: РД 31.31ю47-88 "Нормы проектирования морских каналов", М., 1988). Ввиду того, что обозначенная глубина на навигационных картах, являющихся основой для установления программных значений, может отличаться от реальных глубин, особенно в устье рек с небольшой интенсивностью судоходства и постоянно или периодически переграждаемых барами, а промеры и последующие дноуглубительные работы, в нынешних условиях выполняются нерегулярно, то для контроля реальных глубин с устройства, представляющего собой эхолот или эхолокатор бокового обзора, измеренные значения глубин под килем, а также сигналы, характеризующие профиль рельефа дна с эхолокатора, транслируются на навигационный прибор, в котором после соответствующей обработки транслируются на электронную картографическую навигационную систему (ЭКНИС), на которую также транслируются значения координат от приемоиндикатора спутниковой навигационной системы или координаты, полученные по счислению (приборная скорость, курсовой угол), данные от навигационной РЛС при прибрежном плавании, и которая содержит банк данных навигационных карт в электронном виде в форматах, соответствующих стандартам ИМО и Главного управления навигации и океанографии РФ, с возможностью их корректуры по измеренным текущим значениям навигационных параметров, что позволяет устанавливать программные параметры с повышенной степенью достоверности.Since sea waves are the most significant disturbing factor for ships as control objects, worsening functional efficiency and safety, the parameters of waves are measured using a coherent navigation radar station or special devices (see, for example: 1. Zagorodnikov A.A. Radar imaging of sea waves with aircraft. L .: Gidrometeoizdat, 1978, p.148-150. 2. Vanaev AP, Chernyavets VV Determination of wave parameters by a combined system for measuring ship speed and height waves // L .: Shipbuilding, 1993, No. 8-9. 3. RF patent No. 2137153). Moreover, based on the current measurements of the wave profile, their integral characteristics are determined such as the average value of the height and period, the heading angle of the main direction of wave motion, the speed and wavelength, which allows you to generate a wave disturbance signal for use in the autopilot, determine the parameters of the wave of the day the problem is solved optimizing the course and speed of the vessel during rough seas; it will determine the rolling parameters, the roll and trim of the vessel, and its draft on the move. Determination of wind and wave parameters allows you to automate the process of determining the wave reserve for the immersion of the tip of the vessel during waves depending on the length of the vessel, the Froude number, the wave height of 3% of the security in the wave system of the most dangerous direction in the area of the ship passage under the influence of wind, as well as change in the draft of the vessel on the move and the reserve on the roll of the vessel, arising from the influence of wind and hydrodynamic forces at the turn, depending on the width of the vessel, roll from the wind and roll of the vessel at the turn, and ultimately as a result, determine the total navigational reserve of depth during the passage of shallow areas, taking into account the minimum navigational margin necessary to ensure the controllability of the vessel in accordance with the known dependencies (see, for example: RD 31.31y47-88 "Norms for designing sea channels, M., 1988). Due to the fact that the indicated depth on the navigation charts, which are the basis for setting the program values, may differ from the actual depths, especially at the mouth of the rivers with low navigation intensity and constantly or periodically blocked by bars, and measurements and subsequent dredging are carried out irregularly in the current conditions , then to control the real depths from the device, which is an echo sounder or sonar side view, the measured depths under the keel, as well as signals characterizing the e bottom profile from the sonar is transmitted to the navigation device, which, after appropriate processing, is transmitted to the electronic cartographic navigation system (ECDIS), which also broadcasts the coordinates from the receiver indicator of the satellite navigation system or the coordinates obtained by calculation (instrument speed, heading angle ), data from a navigational radar during coastal navigation, and which contains a database of navigational charts in electronic form in formats that comply with standards IMO and the Main Directorate of Navigation and Oceanography of the Russian Federation, with the possibility of their correction according to the measured current values of navigation parameters, which allows you to set program parameters with a high degree of reliability.
Одновременный вывод на ЭКНИС программных и текущих навигационных параметров, радиолокационных сигналов, картографической информации и изменения динамических параметров судна в реальный момент плавания позволяет получить избыточность информации для формирования сигналов управления движением судна с учетом конкретных условий плавания.Simultaneous output to the ECDIS of program and current navigation parameters, radar signals, cartographic information and changes in the vessel’s dynamic parameters at the actual time of navigation allows to obtain information redundancy for the formation of vessel motion control signals taking into account specific navigation conditions.
В предлагаемом способе математическая модель судна включает уравнения, позволяющие выполнить условия устойчивости или неустойчивости по Ляпунову, соответствующие реальной физической системе, и описывает движение судна в горизонтальной плоскости (курс, угловая скорость продольная и поперечная составляющие скорости) и вертикальной плоскости (линейные скорости и ускорения) с учетом ветро-волновых возмущений, навигационных датчиков и рулевого привода.In the proposed method, the mathematical model of the vessel includes equations that satisfy the stability or instability Lyapunov conditions corresponding to the real physical system and describes the movement of the vessel in the horizontal plane (course, angular velocity, longitudinal and transverse components of speed) and vertical plane (linear speeds and accelerations) taking into account wind-wave disturbances, navigation sensors and steering gear.
Система уравнении движения судна содержит динамические уравнения, описывающие движение его характерной точки (полюса), динамические уравнения, описывающие движение судна относительно полюса, кинематические уравнения связи угловых и линейных скоростей с угловыми и линейными координатами, вспомогательные уравнения связи между различными системами координат выражения для проекций сил и моментов.The system of the ship’s equation of motion contains dynamic equations describing the motion of its characteristic point (pole), dynamic equations describing the motion of the ship relative to the pole, kinematic equations for the relationship of angular and linear velocities with angular and linear coordinates, auxiliary equations of coupling between different coordinate systems of expression for projections of forces and moments.
В состав математических алгоритмов авторулевого входят алгоритмы управления рулевым приводом, алгоритмы управления угловой скоростью; алгоритмы управления курсом в режимах точной стабилизации и экономического хода, в грузе и балласте; алгоритмы маневрирования курсом; алгоритмы управления движением по маршруту; алгоритмы восстановления фильтрации параметров движения; алгоритмы адаптации, которые обеспечивают стабилизацию судна на заданном курсе, маневрирование курсом, восстановление и фильтрацию угловой скорости судна, адаптацию параметров регуляторов авторулевого. При этом стабилизация (удержание) курса судна осуществляется при движении в открытом море и при движении в узкостях и при наличии навигационных опасностей, маневрирование курсом осуществляется в режимах стабилизации заданной угловой скорости, перевода на новый курс с заданной угловой скоростью или радиусом поворота, движении по маршруту, задаваемому последовательностью точек поворота, алгоритмы восстановления фильтрации угловой скорости обеспечивают минимизацию кладок руля при интенсивных волновых возмущениях, адаптация регуляторов авторулевого производится по скорости хода судна, глубине под килем, гидрометеорологическим условиям, загрузке судна, алгоритмы авторулевого обеспечивают управление при заданных предельно допустимых угле перекладки руля и угловой скорости судна, и сигнализацию при потере заданной точности стабилизации курса. Программное обеспечение авторулевого функционирует на аппаратных средствах, представляющих собой микро-ЭВМ, объединенных системой обмена информацией с подключенной к ним группой адаптеров для стыковки с навигационными датчиками, датчиками измерения динамических параметров и рулевым приводом.The structure of mathematical algorithms for autopilot includes steering control algorithms, angular velocity control algorithms; course control algorithms in the modes of precise stabilization and economic progress, in load and ballast; course maneuvering algorithms; route control algorithms; motion filtering recovery algorithms; adaptation algorithms that provide stabilization of the vessel at a given course, maneuvering with the course, restoration and filtering of the angular velocity of the vessel, adaptation of the parameters of the steering control. In this case, stabilization (retention) of the ship's course is carried out when moving on the high seas and when moving in narrow places and in the presence of navigational hazards, course maneuvering is carried out in stabilization modes of a given angular velocity, transfer to a new course with a given angular velocity or turning radius, and movement along a route defined by a sequence of turning points, algorithms for restoring angular velocity filtration ensure minimization of steering masonry under intense wave disturbances, adaptation of the regulator a vessel made by the autopilot stroke speed, depth beneath the keel hydro-meteorological conditions, loading vessel autopilot provide control algorithms for specified maximum allowable rudder angle and the angular speed of the vessel, and signaling the loss given accuracy rate stabilization. The autopilot software operates on hardware, which is a microcomputer, integrated by an information exchange system with a group of adapters connected to them for docking with navigation sensors, dynamic measurement sensors and steering gear.
Способ реализуется как на штатных, так и принятых на снабжение судовых технических средствах навигации и управления движением. Программное обеспечение позволяет реализовать способ практически для любого класса судов.The method is implemented both on staff and adopted on the supply of ship technical means of navigation and traffic control. The software allows you to implement the method for almost any class of ships.
Источники информацииInformation sources
1. Патент Японии №62-45119.1. Japan patent No. 62-45119.
2. Патент США №3946690 А.2. US patent No. 3946690 A.
3. Патент РФ №2150409.3. RF patent No. 2150409.
4. Патент Японии №62-3459.4. Japanese Patent No. 62-3459.
5. Пирогов Н.Н., Чернявец В.В. Навигационный комплекс для катеров на подводных крыльях. Зарубежное военное обозрение, №4, 1986, с.58-59.5. Pirogov NN, Chernyavets VV Hydrofoil navigation system. Foreign Military Review, No. 4, 1986, p. 58-59.
6. Патент РФ №2207296 С2.6. RF patent No. 2207296 C2.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005100877/11A RU2277495C1 (en) | 2005-01-17 | 2005-01-17 | Method of automatic pilotage of ships |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005100877/11A RU2277495C1 (en) | 2005-01-17 | 2005-01-17 | Method of automatic pilotage of ships |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2277495C1 true RU2277495C1 (en) | 2006-06-10 |
Family
ID=36712868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005100877/11A RU2277495C1 (en) | 2005-01-17 | 2005-01-17 | Method of automatic pilotage of ships |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2277495C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2463205C2 (en) * | 2011-01-13 | 2012-10-10 | Григорий Константинович Орлов | System of ship automatic control |
| RU2501708C1 (en) * | 2012-07-06 | 2013-12-20 | Андрей Александрович Лобанов | Automatic piloting |
| CN105129065A (en) * | 2015-08-12 | 2015-12-09 | 中电科（宁波）海洋电子研究院有限公司 | Autopilot system based on electric steering wheel |
| RU2615849C1 (en) * | 2015-11-06 | 2017-04-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") | Moving vessel control method |
| CN108333934A (en) * | 2018-01-29 | 2018-07-27 | 哈尔滨工程大学 | The adaptive LOS guidance methods of aircushion vehicle path trace based on compensation of breakking away |
| CN112784438A (en) * | 2021-02-05 | 2021-05-11 | 苏州斯景科技有限公司 | Ship motion model self-adaptive identification method and system based on data filtering |
| CN117727207A (en) * | 2024-02-18 | 2024-03-19 | 交通运输部水运科学研究所 | Method and system for discriminating navigation state of ship through curved river channel |
-
2005
- 2005-01-17 RU RU2005100877/11A patent/RU2277495C1/en active
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2463205C2 (en) * | 2011-01-13 | 2012-10-10 | Григорий Константинович Орлов | System of ship automatic control |
| RU2501708C1 (en) * | 2012-07-06 | 2013-12-20 | Андрей Александрович Лобанов | Automatic piloting |
| CN105129065A (en) * | 2015-08-12 | 2015-12-09 | 中电科（宁波）海洋电子研究院有限公司 | Autopilot system based on electric steering wheel |
| RU2615849C1 (en) * | 2015-11-06 | 2017-04-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") | Moving vessel control method |
| CN108333934A (en) * | 2018-01-29 | 2018-07-27 | 哈尔滨工程大学 | The adaptive LOS guidance methods of aircushion vehicle path trace based on compensation of breakking away |
| CN112784438A (en) * | 2021-02-05 | 2021-05-11 | 苏州斯景科技有限公司 | Ship motion model self-adaptive identification method and system based on data filtering |
| CN117727207A (en) * | 2024-02-18 | 2024-03-19 | 交通运输部水运科学研究所 | Method and system for discriminating navigation state of ship through curved river channel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2277495C1 (en) | Method of automatic pilotage of ships | |
| WO2021230356A1 (en) | Method for autonomously guiding vessel, program for autonomously guiding vessel, system for autonomously guiding vessel, and vessel | |
| RU2483280C1 (en) | Navigation system | |
| KR101894674B1 (en) | Ship navigation apparatus and method for providing route information for ship | |
| JP3949932B2 (en) | Autonomous underwater vehicle navigation control system | |
| KR101719142B1 (en) | Ship navigation apparatus and method for providing route information for ship | |
| US9217752B2 (en) | Method and system for measuring motions | |
| RU2501708C1 (en) | Automatic piloting | |
| RU2467914C1 (en) | Method of ship navigability control and device to this end | |
| KR20170023737A (en) | Ship navigation apparatus and method for providing route information for ship | |
| Vujičić et al. | Methodology for controlling the ship’s path during the turn in confined waterways | |
| Hashimoto et al. | A case study on operational limitations by means of navigation simulation | |
| CN112533823B (en) | Method for evaluating influence of shallow water | |
| Verwilligen et al. | Full-scale measurements of vertical motions on ultra large container vessels in Scheldt estuary | |
| Demirbilek et al. | Deep-draft coastal navigation entrance channel practice | |
| EP3389021B1 (en) | Indicator method and system for a vessel | |
| RU2735694C1 (en) | Unmanned vessels full-scale tests | |
| RU2465170C1 (en) | Ship gyropilot | |
| RU2767563C1 (en) | Method for current control of ship stability | |
| Sokolenko | The system of precision planning marine ship’s voyage | |
| Jurdziński | A simplified method of forecasting ship’s speed in determining ETA in maritime navigation | |
| RU2797701C1 (en) | Method of full-scale testing of unmanned vessels | |
| RU2207296C2 (en) | Method of automatic pilotage of ship | |
| TWI838007B (en) | A watercrafts environment risk real-time control and navigation system and its operation method | |
| Drwięga et al. | Method for Reserve Determination of Static and Dynamic List of Bulk Carriers Applied to the Dynamic Under Keel Clearance System in the Port of Świnoujście |