Програма за оптимизация при избор и оценка на кинематиката на кораби, движещи се на догонващи се курсове

Проверката на втората издигната хипотеза е доказана чрез разглеждането на описателните статистики на всяка получена безопасната скорост по отношение на разглежданите дистанции (табл. 5).

Резултатите от таблицата показват, че средните стойности на безопасната скорост се повишават с нарастване на дистанцията до 6.5 мили, като тенденцията се запазва и след това, но с леки застои (7 мили) и спадове (8 мили). Следователно втората хипотеза може да се счита за доказана само до дистанция 7 мили.

Стойностите на стандартните отклонения показват изразителна тенденция на нарастване с повишаване на дистанцията, което означава, че при по-големите дистанции съществува по-голямо разсейване на точките около средните стойности, което на практика показва повече възможности за вариране на безопасната скорост. Този факт доказва правотата на третата издигната хипотеза.

Относителното приемане на хипотеза 2 и доказването на хипотеза 3 е доказателство на валидността на формулата за безопасната скорост, чрез която се доказват логически постулирани зависимости в маневрирането.

Графичното представяне на сектора на безопасните скорости е изобразено на фиг.14.

Фигура 14. Графично изображение на сектора на безопасните скорости

Фигура 15. Графично изображение на стойностите на сектора на безопасните скорости

Установяването на вида на получената функция е извършено чрез прилагането на регресионен модел за оценка на кривата (curve estimation), чиито числови резултати са показани в таблица 6.

Получените коефициенти показват, че всички видове изследвани функции съвпадат в значима степен с наблюдаваната практическа крива на стойностите на безопасните скорости.

Сумарно множествените коефициенти на определеност R² и коефициентите F показват, че логаритмичната функция обяснява най-големи проценти от вариацията в кривата на стойностите на безопасните скорости и съответно показва най-голямо приближение по отношение на реалната крива.

Факторният анализ (табл. 7), приложен върху числовите стойности на отделните мили също разграничава един фактор с общ процент обяснена дисперсия 65%. Екстракцията на един фактор показва, че една латентна променлива лежи в основата на промяната на безопасната скорост, т.е. подкрепя като цяло липсата на екстремуми в кривата. Все пак трябва да се отбележи, че дистанция 5.5 показва най-ниско факторно тегло, а при изчисление на корелационната матрица също се установява, че дистанцията показва по-малко и по-слаби корелации в сравнение с интеркорелациите на безопасните скорости с останалите дистанции.

Таблица 7. Факторна структура на безопасните скорости при всички дистанции

Следователно, дистанцията 5.5 се явява специфична по отношение на другите дистанции, но не в степен, както при безопасните курсове.

При анализа на времето за завръщане към първоначалната скорост са използвани същите статистически методи. При прилагането на регресионен модел за оценка вида на кривата се установява, че логаритмичната функция в най-висока степен покрива реалната крива на стойностите на сектора за връщане към първоначалната скорост при избор на безопасна скорост.

Взаимните корелации между числовите редици на времето за връщане към първоначалната скорост при избор на безопасна скорост показват, че всички те корелират значимо помежду си във висока степен.
Зависимости между безопасната скорост и времето за връщане към първоначалната скорост при избор на безопасна скорост

Корелациите между числовите редици на безопасната скорост и времето за връщане към първоначалната скорост показват, че не съществува тенденция стойностите на безопасните скорости при дадена миля да корелират от умерено до високо значимо с времето за връщане към първоначалната скорост при същата миля и да показват други единични умерени корелации с някои от останалите мили.

Всички получени основни резултати са интерпретирани съобразно общата теория на маневрирането.
Изводи:

1. Кривата на стойностите на сектора на безопасните курсове не съвпада значимо с нито един тип функция.

2. При дистанция 5.5 мили става обръщане на скоростния триъгълник, вследствие, на което поведението на стойностите при дистанция 5 мили са коренно различни от поведението на стойностите при дистанции по-големи или равни на 6 мили, което съвпада с установени зависимости в маневрирането и подкрепя валидността на формула 118.

3. Стойностите на сектора на времето за връщане към първоначалния курс при избор на безопасен курс с най-голяма степен на вероятност се описват с линейната функция.

4. Дистанция 5 мили показва специфика по отношение както на безопасния курс, така и по отношение на времето за връщане към първоначалния курс, като не показва никакви взаимни корелации с безопасните курсове и времената за връщане към първоначалните курсове при която и да е друга миля.

5. Не се очертава изразена тенденция на статистически значими връзки между безопасния курс и времето за връщане към първоначалния курс.

6. Логаритмичната функция в най-голяма степен покрива кривата на стойностите на сектора на безопасните скорости.

7. Безопасната скорост се изменя плавно в сравнение и не показва екстремуми (доказателство за формула 119). При по-големи дистанции съществуват повече възможности за вариране на безопасната скорост.

8. Логаритмичната функция в най-висока степен покрива реалната крива на стойностите на сектора за връщане към първоначалната скорост при избор на безопасна скорост.

9. Съществува тенденция стойностите на безопасните скорости при дадена миля да корелират от умерено до високо значимо с времето за връщане към първоначалната скорост при същата миля.

Обобщени изводи

1. Приема се подход за изграждане на частичен алгоритъм за разминаване в определен сектор от ситуациите на прекомерно сближение, който би могъл да залегне в основата на автоматизирана система за разминаване и да бъде в помощ на корабоводителя за ефективно справяне в тези ситуации.

2. Нееднозначната интерпретация на правила 13 и 15 по МППСМ провокират избора на този сектор да е в диапазона 112.5° - 135°, когато собствения кораб се изпреварва от десен борд.

3. Компоненти на представения алгоритъм за разминаване (безопасен курс, време за връщане към безопасен курс, безопасна скорост, време за връщане към безопасна скорост) са тествани в ситуации на прекомерно сближение, дефинирани от дистанциите 5÷8 мили, а закономерностите на разминаване в тези ситуации са описани детайлно чрез статистически методи.

Логиката, залегнала в основата на алгоритъма за разминаване на кораб с една цел се основава на логиката, разработена в общата теория на маневрирането, описана детайлизирано в научната литература [8] чрез графично представяне. За разлика от този подход представеният в дисертацията алгоритъм описва начина на действие на автоматизирана система за разминаване, т. е. трансформира графичния дизайн в аналитично – автоматизиран модел на функциониране.

Достоверността на разработения алгоритъм e потвърдена чрез валидизацията на някои от неговите същностни компонети (безопасен курс, време за връщане към безопасен курс, безопасна скорост, време за връщане към безопасна скорост) в ситуации на прекомерно сближение 5÷8 мили и диапазон на курсови ъгли 112.5° – 135°. Валидността е тествана по отношение на два прогностични критерия: 1. Аналитично доказване на факта, че при разположение на кораб в така дефинираните сектор и дистанция и при неразходящи и/или неуспоредни курсове съществува ситуация на прекомерно сближение и получаване на безопасен курс или безопасна скорост, даващи реално решение на задачата за разминаване. 2. Резултатите от формулите потвърждават установени до момента зависимости в маневрирането при ситуации на прекомерно сближение.

Двете, предварително поставени валидизационни условия се потвърждават чрез следните емпирични резултати от изследването:

1. Всички резултати от експерименталното изследване потвърждават без изключение, че при разположение на кораб в сектор 112.5° - 135° десен борд, дистанция 5÷8 мили и неразходящи и неуспоредни курсове на кораба–цел и собствения кораб съществува реална опасност от сблъскване или най-малкото ситуация на прекомерно сближение. При заместване с необходимите параметри формулите за безопасен курс и безопасна скорост дават решение, което при разминаване в тренажорни и реални условия спомага за излизане на безопасна дистанция и са идентични с получените чрез графичния метод при общата теория на маневрирането.

2. При изследване на статистическите зависимости при маневра с промяна на безопасния курс при дистанция 5.5 мили става обръщане на скоростния триъгълник, вследствие, на което поведението на стойностите при дистанция 5 мили са коренно различни от поведението на стойностите при дистанции по-големи или равни на 6 мили, което съвпада с установени зависимости в маневрирането [8].

Проведеното изследване извежда и някои допълнителни изводи, които допринасят за детайлизирането на поведението кораба в сектора от ситуации на прекомерно сближение 5÷8 мили и диапазон на курсови ъгли 112.5° – 135°:

1. Безопасната скорост се изменя по-плавно в сравнение с безопасния курс и не показва екстремуми. При по-големи дистанции съществува по-голяма свобода за избор на безопасни скорости.

2. Логиката на статистическите анализи се стреми да установи приблизителния вид на функциите, на които се подчиняват секторите на безопасните курсове и безопасните скорости. Докато за кривата на стойностите на сектора на безопасните курсове се установява, че не съвпада значимо с нито един тип функция, то за кривата на стойностите на сектора на безопасните скорости се доказва, че се покрива в най-голяма степен от логаритмичната функция.

3. Кривата на стойностите на сектора на времето за връщане към първоначалния курс при избор на безопасен курс с най-голяма степен на вероятност се описват с линейната функция, докато кривата на стойностите на сектора на времето за връщане към първоначалната скорост при избор на безопасна скорост се припокриват най-точно с логаритмичната крива.

4. Не се очертава изразена тенденция на значими връзки между безопасния курс и времето за връщане към първоначалния курс, но се установява тенденция стойностите на безопасните скорости при дадена миля да корелират от умерено до високо значимо с времето за връщане към първоначалната скорост при същата миля.

5. Общата теория на разминаването постулира определен начин на разминаване, независимо от дистанцията. Извършените в дисертацията статистики показват, че дистанцията в ситуации на прекомерно сближение играе съществена роля като оказва значимо влияние върху параметрите на безопасния курс и безопасната скорост.

Предложената програма за оптимизация на разминаването на кораб, движещи се на догонващи курсове в определен сектор може да бъде приложена като:

Една автоматизирана система не изключва присъствието на корабоводителя, а би допринесла до неоценима помощ в неговата дейност. Особено при малки дистанции на сближение, когато върху правилното решение за разминаване влияе опита, бързината на вземане на решения, психическата кондиция и умората, една автоматизирана система би довела до съществено редуциране на погрешните решения и до повишаване на безопасността на корабоплаването.

Създаването на напълно автоматизирани системи за разминаване все още остава цел на бъдещето, поради трудността да се създаде логически алгоритъм, който да отчита въздействието на всички входни и изходни променливи и да предлага оптималното за реагиране решение във всяка ситуация. Необходим е нов подход към създаването на тези системи, които не би трябвало да бъдат свързани единствено със създаването на т. нар. „изкуствен интелект”. Автоматизирана система може да бъде създадена и без да се основава на метафората за „мислещ робот”, а например по подобие на разработките в авиацията (системата за разминаване TCAS). В тази насока биха могли да бъдат направени много изследвания, като се използват включително методите и идеите, намерили приложение още преди десетилетия в самолетната индустрия, които все още не са реализирани в морското корабоплаване.

В контекста на тези разсъждения в дисертацията се допуска, че при сегментирането на водните пространства на сектори и прилагането на частични алгоритми е възможно в известна степен да се автоматизира общата задача за маневриране. Показа се възможността за създаване на алгоритъм за особено опасната ситуация на разминаване от десен борд на собствения кораб в сектор 112.5° - 135°. Чрез прилагането на установени математически зависимости и статистически обработки на резултатите се доказа, че предложеният алгоритъм вярно решава общата задача за маневриране и се извеждат статистически зависимости при отделни мили, които, ако се познават биха оптимизирали реакцията на корабоводителя в опасна ситуация на разминаване.

ІІ. Справка за по-съществени приносни моменти в дисертационния труд
Научни приноси:

1. Aлгоритъм за разминаване на кораб с една цел в условия на изпреварване на собствения кораб от десен борд.

1. Предложената програма за оптимизация на разминаването на кораб, движещи се на догонващи курсове в определен сектор може да бъде приложена като самостоятелна или подсистема за автоматично разминаване, за обучение или за последващи научни изследвания.

IІІ. Списък на публикациите, свързани с дисертационния труд

1. Георгиев, И. (2009). Проблеми в автоматизацията за предпазване от сблъскване на корабите.// Научна сесия на ВВМУ „Н.Й.Вапцаров”.

Дисертационният труд се състои от 145 страници

Основен текст - 122 стр.

Брой на литературните източници – 140

Брой на фигурите – 50

Брой на таблиците – 32

Брой на приложенията – 14

Брой на публикациите по дисертацията -4

Защитата на дисертационния труд ще се състои на .......................... от .............ч. в зала ............ на ВВМУ „Н. Й. Вапцаров”

Рецензиите, становищата на членовете на научното жури и авторефератът са публикувани в сайта на училището www.naval-acad.bg

Материалите по защитата са на разположение на интересуващите се в

канцеларията на факултет „Навигационен” на ВВМУ „Н. Й. Вапцаров”,стая № .....,

Адрес: Варна, ул.”Васил Друмев” №73