способ управления судном при выполнении им швартовной операции к борту судна партнера, стоящего на якоре

Формула изобретения

1. Способ управления швартующимся судном при выполнении им швартовной операции к борту судна-партнера, стоящего на якоре, когда в пределах контуров швартующегося судна и судна-партнера в их диаметральных плоскостях выбирают по две точки, одна из которых находится в носу швартующегося судна А и судна-партнера A_n, другая - в корме швартующегося судна В и судна-партнера B_n относительно мидель-шпангоута соответствующего судна, координаты точек А, В, A_n, B_n в неподвижной координатной системе определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м), используя значения координат точек швартующегося судна А(X_0A, Y_0A), В(X_0B, Y _0B) и судна-партнера A_n(X_0An, Y _0An), B_n(X_0Bn, Y_0Bn) в неподвижной координатной системе, координаты тех же точек в подвижных системах координат, связанных с швартующимся судном А(Х_А , Y_A), В(Х_В, Y_B) и судном-партнером A_n(X_An, Y_An), B_n(X _Bn, Y_Bn), координаты центров тяжести (ЦТ) швартующегося судна в связанной с ним подвижной координатной системе G (X _G, Y_G) и судна-партнера в связанной с ним подвижной координатной системе G_n(X_0Gn, Y_0Gn ), а также значения расстояния между диаметральными плоскостями (ДП) швартующихся судов h₀ и расстояние между центром тяжести швартующихся судов m рассчитывают:

- координаты центра тяжести швартующегося судна G (X_0G, Y_0G ) в неподвижной координатной системе;

- координаты центра тяжести судна-партнера G_n(X_0Gn, Y_0Gn ) в неподвижной координатной системе;

- координаты точек A _n(X_A'n, Y_A'n) и B _n(X_B'n, Y_B'n), расположенных на перпендикулярах к диаметральной плоскости судна-партнера, восстановленных в точки A_n и B_n;

- координаты проекции центра тяжести судна-партнера G _n(X_0G'n, Y_0G'n ) в неподвижной координатной системе на траекторию сближения в конечной стадии швартовки, проходящую параллельно диаметральной плоскости судна-партнера через точки A'_n и B' _n;

- координаты второй заданной точки Р₂ (X_0P2, Y_0P2) в неподвижной координатной системе;

- текущее значение длины тормозного пути швартующегося судна рассчитывают с использованием уравнения его движения

d /dS=f( , C₁, С₂, С₃, ),

где - текущее значение скорости швартующегося судна;

S - путь;

С₁, С₂, С₃ , - текущие значения параметров уравнения движения швартующегося судна, зависящие от текущих значений параметров, характеризующих текущее состояние загрузки судна и внешней среды (водоизмещения швартующегося судна; параметров посадки корпуса; направления и скорости ветра; параметров волнения; направления и скорости течения; глубины акватории в районе выполнения швартовной операции), отличающийся тем, что текущее значение длины тормозного пути швартующегося судна в процессе его сближения с судном-партнером определяют интегрированием уравнения движения швартующегося судна в пределах от = _н до = _st



где _st - скорость течения в районе места якорной стоянки судна-партнера, при этом текущие значения параметров уравнения движения швартующегося судна С₁, С₂ , С₃, в процессе выполнения швартовной операции непрерывно идентифицируют;

- координаты первой заданной точки P₁(X_0P1 , Y_0P1) в неподвижной координатной системе;

зная координаты первой заданной точки и координаты центра тяжести швартующегося судна, определяют текущее положение траектории сближения, проходящей через первую заданную точку P₁ (X_0P1, Y_0P1) и центр тяжести швартующегося судна G (X_0G, Y_0G), затем определяют поперечные смещения точек А и В от найденной указанным способом траектории сближения;

непрерывно определяемые значения координат точек А и В, A_n и B_n позволяют непрерывно вычислять координаты центра тяжести швартующегося судна G, а вместе с непрерывно определяемым текущим значением длины тормозного пути S_т и первой заданной точки P₁, а также поперечные смещения d_A и d_B точек А и В швартующегося судна от текущего положения траектории сближения; возникающие поперечные смещения вырабатывают сигнал на отклонение рулевого органа, например руля швартующегося судна, по закону:

=-k_A×d_A+k_B×d _B,

где k_A, k_B - коэффициенты усиления по перечным смещениям носовой и кормовой точек швартующегося судна от текущего положения траектории сближения, швартующееся судно движется по линии GP₁ в направлении точки P ₁; моменту выхода швартующегося судна в первую заданную точку соответствует равенство координат центра тяжести швартующегося судна G(X_0G, Y_0G) и координат первой заданной точки P₁(X_0G, Y_0P1) (X_0G =X_0P1, Y_0G=Y_0P1), оно переходит к сближению со второй заданной точкой Р₂, при этом текущее положение траектории сближения соответствует положению линии, проходящей через точки A'_n(X_A'n ,Y_A'n) и B _n(X_B'n,Y_B'n), координаты которых рассчитывают непрерывно; текущие координаты второй заданной точки Р₂ (X_0P2, Y_0P2 ), лежащей на линии A _n B _n, вычисляют непрерывно; определяемые непрерывно значения координат точек А и В, A_n и B_n позволяют непрерывно вычислять: координаты точек A _n и B _n, центра тяжести G швартующегося судна и центра тяжести G_n судна-партнера, второй заданной точки Р ₂ в неподвижной координатной системе, а также поперечные смещения d_A и d_B точек А и В швартующегося судна от текущего положения траектории сближения, которой является линия A _n B _n, возникающие поперечные смещения вырабатывают сигнал на отклонение рулевого органа и швартующееся судно движется в точку Р₂ по линии A _nB _n;

моменту выхода швартующегося судна во вторую заданную точку Р₂ соответствует равенство координат центра тяжести швартующегося судна и второй заданной точки, то есть X_0G=Х_0Р2, Y_0G =Y_0P2;

после выхода швартующегося судна в точку Р₂ осуществляют дальнейшее сближение швартующихся судов до непосредственного контакта «борт к борту», для этого заданное текущее положение траектории сближения швартующихся судов, т.е. линию A _nB _n, постепенно смещают параллельно диаметральной плоскости судна-партнера в сторону судна-партнера со скоростью не больше допустимого значения скорости поперечного движения швартующегося судна в направлении судна-партнера _д, скорость _д определяют исходя из безопасности швартовной операции, а именно из условия безопасного гашения поперечной скорости движения швартующегося судна в момент непосредственного контакта швартующихся судов средствами кранцевой защиты борта судна-партнера; параллельное смещение линии A _nB _n в сторону судна-партнера обусловлено смещением точек A _n и B _n, текущее положение которых рассчитывают непрерывно в зависимости от значения расстояния h между бортами швартующихся судов, постепенное уменьшение значения h в соответствии с законом

dh/dt=f( _д, h, h₀, )

приводит к изменению значения задаваемого расчетным способом расстояния между диаметральными плоскостями швартующихся судов h₀=h+0,5×(B_n+В), где B_n - ширина судна-партнера, В - ширина швартующегося судна, что, в свою очередь, изменяет координаты точек A _n и B _n и в конечном итоге линия A _nB _n смещается в сторону судна-партнера, оставаясь параллельной его диаметральной плоскости; смещение линии A _nB _n от исходного положения в сторону судна-партнера образует смещение d_A, d_B носовой А и кормовой В точек швартующегося судна соответственно, формируют сигнал управления =-k_A×d_A+k_B×d _B, и диаметральную плоскость швартующегося судна приводят к новому положению линии A _nB _n до их полного совпадения; далее процесс смещения линии A _nB _n по указанному алгоритму в сторону судна-партнера повторяют многократно, при этом происходят многократные смещения носовой d_A и кормовой d_B точек швартующегося судна относительно текущего положения линии A _nB _n, смещения носовой А и кормовой точек В швартующегося судна относительно текущего положения линии A _nB _n приводят к формированию управляющего сигнала средства управления швартующимся судном, в результате диаметральная плоскость швартующегося судна выходит на линию, совпадающую с текущим положением линии A _nB _n; смещение линии A _nB _n в сторону судна-партнера осуществляют до тех пор, пока расстояние h₀ между диаметральными плоскостями швартующихся судов не будет равно значению, определяемому из выражения h₀=0,5×(B_n+В), в этот момент расстояние между бортами швартующихся судов равно нулю h=0, что соответствует окончанию швартовной операции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к водному транспорту и касается управления швартующимся судном при выполнении им швартовной операции к борту судна, стоящего на якоре.

Известен способ управления швартующимся судном при выполнении им швартовной операции к борту судна-партнера (Пат.РФ № 2422326, опубл.27.06.2011), когда в пределах контуров швартующегося судна и судна-партнера в их диаметральных плоскостях выбирают по две точки, одна из которых находится в носу А (швартующееся судно), A_n(судно-партнер), другая - в корме В (швартующееся судно), B_n(судно-партнер) (фиг.1, 2) относительно мидель-шпангоута соответствующего судна.

Координаты точек А, В, A_n, B_n в неподвижной координатной системе определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м). Используя значения координат точек швартующегося судна А(Х _0А, Y_0A), В(X_0B, Y_0B) и судна-партнера A_n(X₀A_n, Y _0An), B_n(X_0Bn, Y_0Bn) в неподвижной координатной системе, координаты тех же точек в подвижных системах координат, связанных с швартующимся судном А(X_A , Y_A), В(Х_В, Y_B) и судном-партнером A_n(X_An Y_An), B_n(X _Bn, Y_Bn), координаты центров тяжести (ЦТ) швартующегося судна в связанной с ним подвижной координатной системе G(X _g, Y_g) и судна-партнера в связанной с ним подвижной координатной системе G_n(X_0Gn, Y_0Gn ), а также значения расстояния между диаметральными плоскостями (ДП) швартующихся судов h₀ и расстояние между ЦТ швартующихся судов m рассчитывают:

- координаты центра тяжести швартующегося судна G (X_0G, Y_0G) в неподвижной координатной системе;

- координаты центра тяжести судна-партнера G_n(X_0Gn, Y_0Gn ) в неподвижной координатной системе;

- координаты точек A'_n(X_A'_n,Y _A'_n) и B'_n(X_B'n y,Y_B'n), расположенных на перпендикулярах к ДП судна-партнера, восстановленных в точки A_n и B _n;

- координаты проекции ЦТ судна-партнера G'_n(X_0G'n, Y_0G'n ) в неподвижной координатной системе на траекторию сближения в конечной стадии швартовки, проходящую параллельно ДП судна-партнера через точки A'_n и B'_n;

- координаты второй заданной точки Р₂(X_0P2 , Y_0P2) в неподвижной координатной системе;

- текущее значение длины тормозного пути швартующегося судна рассчитывают с использованием уравнения его движения d /dS=f( , С₁, С₂, С₃, ),

где - текущее значение скорости швартующегося судна;

S - путь;

С₁ С₂, С₃ , - текущие значения параметров уравнения движения швартующегося судна, зависящие от текущих значений параметров, характеризующих текущее состояние загрузки судна и внешней среды (водоизмещения швартующегося судна; параметров посадки корпуса; направления и скорости ветра; параметров волнения; направления и скорости течения; глубины акватории в районе выполнения швартовной операции).

Текущее значение длины тормозного пути швартующегося судна в процессе его сближения с судном-партнером определяют интегрированием уравнения движения швартующегося судна в пределах от = _н до = _n, т.е.

где _н - начальная скорость швартующегося судна; _n - скорость судна-партнера.

При этом текущие значения параметров уравнения движения швартующегося судна С₁, С₂, С₃, в процессе выполнения швартовной операции непрерывно идентифицируют с использованием метода, описанного в работах [2], [3];

- координаты первой заданной точки P₁(X_0P1 , Y_0P1) в неподвижной координатной системе.

Зная координаты первой заданной точки и координаты ЦТ швартующегося судна, определяют текущее положение траектории сближения, проходящей через первую заданную точку P₁(X_0P1, Y _0P1) и ЦТ швартующегося судна G (X_0G, Y _0g). После этого определяют поперечные смещения точек А и В от найденной указанным способом траектории сближения.

Непрерывно определяемые значения координат точек А и В, A_n и B_n позволяют непрерывно вычислять координаты ЦТ швартующегося судна G, а вместе с непрерывно определяемым текущим значением длины тормозного пути S_T и первой заданной точки P₁, а также поперечные смещения d _A и d_B точек А и В швартующегося судна от текущего положения траектории сближения.

Возникающие поперечные смещения вырабатывают сигнал на отклонение рулевого органа, например руля швартующегося судна, по закону:

=-k_A×d_A+k_B×d _B,

где k_A, k_B - коэффициенты усиления по перечным смещениям носовой и кормовой точек швартующегося судна от текущего положения траектории сближения.

Таким образом, швартующееся судно движется по линии GP₁ в направлении точки P₁.

В момент выхода швартующегося судна в первую заданную точку, что соответствует равенству координат ЦТ швартующегося судна G (X_0G, Y_0G) и координат первой заданной точки P₁ (X_0G, Y_0P1) (X_0G=X_0P1 , Y_0G=Y_0P1), оно переходит к сближению со второй заданной точкой Р₂, при этом текущее положение траектории сближения соответствует положению линии, проходящей через точки A'_n(X_A'n, Y_A'n ) и B'_n(X_B'n, Y_B'n ), координаты которых рассчитывают непрерывно. Текущие координаты второй заданной точки Р₂(X_0P2, Y_0P2 ), лежащей на линии A'_nB'_n, вычисляют также непрерывно.

Непрерывно определяемые значения координат точек А и В, A_n и B_n позволяют непрерывно вычислять: координаты точек A'_n и B' _n, ЦТ G швартующегося судна и ЦТ G_n судна-партнера, второй заданной точки Р₂ в неподвижной координатной системе, а также поперечные смещения d_A и d_B точек А и В швартующегося судна от текущего положения траектории сближения, которой является линия A'_nB' _n.

Возникающие поперечные смещения вырабатывают сигнал на отклонение рулевого органа, например руля швартующегося судна, по известному закону. Таким образом, швартующееся судно движется в точку Р₂ по линии A'_nB' _n.

Моменту выхода швартующегося судна во вторую заданную точку Р₂ соответствует равенство координат ЦТ швартующегося судна и второй заданной точки, то есть X _0G=X_0P2, Y_0G=Y_0P2.

После выхода швартующегося судна в точку Р₂ осуществляют дальнейшее сближение швартующихся судов до непосредственного контакта «борт к борту». С этой целью заданное текущее положение траектории сближения швартующихся судов, т.е. линия A'_nB'_n, постепенно смещается параллельно ДП судна-партнера в сторону судна-партнера со скоростью не больше допустимого значения скорости поперечного движения швартующегося судна в направлении судна-партнера _д. Скорость _д определяют исходя из безопасности швартовной операции, а именно из условия безопасного гашения поперечной скорости движения швартующегося судна в момент непосредственного контакта швартующихся судов средствами кранцевой защиты борта судна-партнера. Параллельное смещение линии A'_n B'_n в сторону судна-партнера обусловлено смещением точек A'_n и B'_n, текущее положение которых рассчитывают непрерывно в зависимости от значения расстояния h между бортами швартующихся судов. Постепенное уменьшение значения h в соответствии с законом

dh/dt=f( _д, h, h₀, )

приводит к изменению значения задаваемого расчетным способом расстояния между ДП швартующихся судов h ₀=h+0,5×(B_n+В) (здесь B_n - ширина судна-партнера, В - ширина швартующегося судна), что, в свою очередь, изменяет координаты точек A'_n и B' _n и в конечном итоге линия A'_nB' _n смещается в сторону судна-партнера, оставаясь параллельной его ДП.

Смещение линии A'_nB' _n от исходного положения в сторону судна-партнера образует смещение d_A, d_B носовой А и кормовой В точек швартующегося судна соответственно. Формируется сигнал управления =-k_A×d_A+k_B×d _B, и ДП швартующегося судна приводится к новому положению линии A'_nB'_n до их полного совпадения. Далее процесс смещения линии A'_nB'_n по указанному алгоритму в сторону судна-партнера будет повторяться многократно, также многократно будут образовываться смещения носовой d_A и кормовой d_B точек швартующегося судна относительно текущего положения линии A'_n B'_n. Смещения носовой А и кормовой точек В швартующегося судна относительно текущего положения линии A'_n B'_n будет приводить к формированию управляющего сигнала средства управления швартующимся судном. Работа средства управления вернет ДП швартующегося судна на линию, совпадающую с текущим положением линии A'_nB'_n .

Смещение линии A'_nB' _n сторону судна-партнера будет происходить до тех пор, пока расстояние h₀ между ДП швартующихся судов не будет равно значению, определяемому из выражения h₀ =0,5×(B_n+В), т.е. в этот момент расстояние между бортами швартующихся судов будет равно нулю h=0. Указанный момент в предлагаемом способе управления судном при выполнении им швартовной операции к борту судна-партнера считается моментом окончания швартовной операции.

Однако в этом способе управления судном, выполняющим швартовную операцию к борту судна-партнера, есть определенный недостаток, не позволяющий безопасно сблизиться швартующемуся судну с судном-партнером, если оно стоит на якоре, т.к. движение судна, стоящего на якоре, относительно воды в продольном направлении либо отсутствует вообще, либо имеет значение, близкое к нулю, поэтому в момент выхода швартующегося судна к борту судна-партнера, стоящего на якоре, и при дальнейшем их сближении скорость швартующегося судна должна быть равна скорости течения _st в районе места якорной стоянки.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в соблюдении условия движения швартующегося судна в конечной стадии швартовки со скоростью, равной скорости течения _st в районе якорной стоянки судна-партнера.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемом способе управления судном при выполнении им швартовной операции к борту судна-партнера, когда в пределах контуров швартующегося судна и судна-партнера в их диаметральных плоскостях выбирают по две точки, одна из которых находится в носу А (швартующееся судно), A_n(судно-партнер), другая - в корме В (швартующееся судно), B_n(судно-партнер) (фиг.1-4) относительно мидель-шпангоута соответствующего судна.

Координаты точек А, В, A_n, B_n в неподвижной координатной системе определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м). Используя значения координат точек швартующегося судна А(X_0A , Y_0A)>В(X_0B, Y_0B) и судна-партнера A_n(X₀A_n, Y_0An), B _n(X_0Bn, Y_0Bn) в неподвижной координатной системе, координаты тех же точек в подвижных системах координат, связанных с швартующимся судном А(X_A Y_A ), В(X_B, Y_B) и судном-партнером A_n (X_An, Y_An), B_n(X_Bn ,Y_Bn), координаты центров тяжести (ЦТ) швартующегося судна в связанной с ним подвижной координатной системе G(X _G,Y_G) и судна-партнера в связанной с ним подвижной координатной системе G_n(X_0Gn, Y_0Gn ), а также значения расстояния между диаметральными плоскостями (ДП) швартующихся судов h₀ и расстояние между ЦТ швартующихся судов m рассчитывают:

- координаты центра тяжести швартующегося судна G (X_0G, Y_0G) в неподвижной координатной системе;

- координаты центра тяжести судна-партнера G_n(X_0Gn, Y_0Gn ) в неподвижной координатной системе;

- координаты точек A'_n(X_A'n,Y_A'n ) и B'_n(X_B'n,Y_B'n ), расположенных на перпендикулярах к ДП судна-партнера, восстановленных в точки A_n и B_n;

- координаты проекции ЦТ судна-партнера G'_n{X_0G'n , Y_0G'n) в неподвижной координатной системе на траекторию сближения в конечной стадии швартовки, проходящую параллельно ДП судна-партнера через точки A'_n и B'_n;

- координаты второй заданной точки Р₂(Х_0Р2, Y_0P2) в неподвижной координатной системе;

- текущее значение длины тормозного пути швартующегося судна рассчитывают с использованием уравнения его движения d /dS=f( , C₁, С₂, С₃, ),

где - текущее значение скорости швартующегося судна;

S - путь;

С₁, С₂, С ₃, - текущие значения параметров уравнения движения швартующегося судна, зависящие от текущих значений параметров, характеризующих текущее состояние загрузки судна и внешней среды (водоизмещения швартующегося судна; параметров посадки корпуса; направления и скорости ветра; параметров волнения; направления и скорости течения; глубины акватории в районе выполнения швартовной операции).

Отличительным признаком предлагаемого способа от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является следующий:

дополнительно текущее значение длины тормозного пути швартующегося судна в процессе его сближения с судном-партнером определяют интегрированием уравнения движения швартующегося судна в пределах от = _н до = _st, т.е.

где _st - скорость течения в районе места якорной стоянки судна-партнера.

При этом текущие значения параметров уравнения движения швартующегося судна С₁ С₂, С₃, в процессе выполнения швартовной операции непрерывно идентифицируют с использованием метода, описанного в работах [2], [3];

- координаты первой заданной точки P₁(X_0P1 , Y_0P1) в неподвижной координатной системе.

Зная координаты первой заданной точки и координаты ЦТ швартующегося судна, определяют текущее положение траектории сближения, проходящей через первую заданную точку P₁(X_0P1, Y _0P1) и ЦТ швартующегося судна G (X_0G, Y _0G). После этого определяют поперечные смещения точек А и В от найденной указанным способом траектории сближения.

Непрерывно определяемые значения координат точек А и В, A_n и B_n позволяют непрерывно вычислять координаты ЦТ швартующегося судна G, а вместе с непрерывно определяемым текущим значением длины тормозного пути S_T и первой заданной точки P₁, а также поперечные смещения d _A и d_B точек А и В швартующегося судна от текущего положения траектории сближения.

Возникающие поперечные смещения вырабатывают сигнал на отклонение рулевого органа, например руля швартующегося судна, по закону:

=-k_A×d_A+k_B×d _B,

где k_A, k_в - коэффициенты усиления по перечным смещениям носовой и кормовой точек швартующегося судна от текущего положения траектории сближения.

Таким образом, швартующееся судно движется по линии GP₁ в направлении точки Р₁ (фиг.2).

В момент выхода швартующегося судна в первую заданную точку, что соответствует равенству координат ЦТ швартующегося судна G(X _0G, Y_0G) и координат первой заданной точки P ₁(X_0G, Y_0P1) (X_0G=Х _0Р1; Y_0G=Y_0P1), оно переходит к сближению со второй заданной точкой Р₂ (фиг.2), при этом текущее положение траектории сближения соответствует положению линии, проходящей через точки A'_n(X_A'n ,Y_A'n) и B'_n(X_B'n ,Y_B'n), координаты которых рассчитываются непрерывно. Текущие координаты второй заданной точки Р₂ (X _0P2, Y_0P2), лежащей на линии A'_n B'_n, вычисляются непрерывно.

Непрерывно определяемые значения координат точек А и В, A_n и B_n позволяют непрерывно вычислять: координаты точек A'_n и B'_n, ЦТ G швартующегося судна и ЦТ G_n судна-партнера, второй заданной точки Р ₂ в неподвижной координатной системе, а также поперечные смещения d_A и d_B точек А и В швартующегося судна от текущего положения траектории сближения, которой является линия A'_nB'_n.

Возникающие поперечные смещения вырабатывают сигнал на отклонение рулевого органа, например руля швартующегося судна, по известному закону. Таким образом, швартующееся судно движется в точку Р₂ по линии A'_nB'_n.

Моменту выхода швартующегося судна во вторую заданную точку Р ₂ соответствует равенство координат ЦТ швартующегося судна и второй заданной точки, то есть X_0G=X_0P2 , Y_0G=Y_0P2.

После выхода швартующегося судна в точку Р₂ осуществляют дальнейшее сближение швартующихся судов до непосредственного контакта «борт к борту». С этой целью заданное текущее положение траектории сближения швартующихся судов, т.е. линия A'_nB' _n, постепенно смещается параллельно ДП судна-партнера в сторону судна-партнера со скоростью не больше допустимого значения скорости поперечного движения швартующегося судна в направлении судна-партнера _д. Скорость _д определяют исходя из безопасности швартовной операции, а именно из условия безопасного гашения поперечной скорости движения швартующегося судна в момент непосредственного контакта швартующихся судов средствами кранцевой защиты борта судна-партнера. Параллельное смещение линии A'_n B'_n в сторону судна-партнера обусловлено смещением точек A'_n и B'_n, текущее положение которых рассчитывают непрерывно в зависимости от значения расстояния h между бортами швартующихся судов. Постепенное уменьшение значения h в соответствии с законом

dh/dt=f( д, h, h₀, )

приводит к изменению значения задаваемого расчетным способом расстояния между ДП швартующихся судов h ₀=h+0,5×(B_n+В) (здесь B_n - ширина судна-партнера, В - ширина швартующегося судна), что, в свою очередь, изменяет координаты точек A'_n и B' _n и в конечном итоге линия A'_nB' _n смещается в сторону судна-партнера, оставаясь параллельной его ДП.

Смещение линии A'_nB' _n от исходного положения в сторону судна-партнера образует смещение d_A, d_B носовой А и кормовой В точек швартующегося судна соответственно. Формируют сигнал управления =-k_A×d_A+k_B×d _B, и ДП швартующегося судна приводится к новому положению линии A'_nB'_n до их полного совпадения. Далее процесс смещения линии A'_nB'_n по указанному алгоритму в сторону судна-партнера будет повторяться многократно, также многократно будут образовываться смещения носовой d_A и кормовой d_B точек швартующегося судна относительно текущего положения линии A'_n B'_n. Смещения носовой А и кормовой точек В швартующегося судна относительно текущего положения линии A'_n B'_n будет приводить к формированию управляющего сигнала средства управления швартующимся судном. Работа средства управления вернет ДП швартующегося судна на линию, совпадающую с текущим положением линии A'_nB'_n .

Смещение линии A'_nB' _n в сторону судна-партнера будет происходить до тех пор, пока расстояние h₀ между ДП швартующихся судов не будет равно значению, определяемому из выражения h₀ =0,5×(B_n+В), т.е. в этот момент расстояние между бортами швартующихся судов будет равно нулю h=0. Указанный момент в предлагаемом способе управления судном при выполнении им швартовной операции к борту судна-партнера, стоящего на якоре, считается моментом окончания швартовной операции.

Предлагаемый способ управления судном при выполнении им швартовной операции к борту судна-партнера, стоящего на якоре, осуществляется следующим образом.

В пределах контуров швартующегося судна и судна-партнера в их диаметральных плоскостях выбирают по две точки, одна из которых находится в носу А (швартующееся судно), A_n(судно-партнер), другая - в корме В(швартующееся судно), B_n(судно-партнер) (фиг.1-4) относительно мидель-шпангоута соответствующего судна.

Координаты точек А, В, A_n, B_n в неподвижной координатной системе определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м). Используя значения координат точек швартующегося судна А(X_0A , Y_0A), В(X_0B, Y_0B) и судна-партнера A_n(X_0An, Y_0An), B_n (X_0Bn, Y_0Bn) в неподвижной координатной системе, координаты тех же точек в подвижных системах координат, связанных с швартующимся судном А(Х_А, Ya), В(Х _в, Y_B) и судном-партнером A_n(X _An, Y_An), B_n(X_Bn,Y _Bn), координаты центров тяжести (ЦТ) швартующегося судна в связанной с ним подвижной координатной системе G(X_G ,Y_G) и судна-партнера в связанной с ним подвижной координатной системе G_n(X_0Gn, Y_0Gn ), а также значения расстояния между диаметральными плоскостями (ДП) швартующихся судов h₀ и расстояние между ЦТ швартующихся судов m рассчитывают:

- координаты центра тяжести швартующегося судна G(X_0G, Y_0G) в неподвижной координатной системе;

- координаты центра тяжести судна-партнера G_n(X_0Gn, Y_0Gn ) в неподвижной координатной системе;

- координаты точек A'_n(X_A'n,Y_A'n ) и B'_n(X_B'n,Y_B'n ), расположенных на перпендикулярах к ДП судна-партнера, восстановленных в точки A_n и B_n;

- координаты проекции ЦТ судна-партнера G'_n(X_0G'n >Y_0G'n) в неподвижной координатной системе на траекторию сближения в конечной стадии швартовки, проходящую параллельно ДП судна-партнера через точки A'_n и B'_n;

- координаты второй заданной точки Р₂(X_0P2, Y_0P2) в неподвижной координатной системе;

- текущее значение длины тормозного пути швартующегося судна рассчитывают с использованием уравнения его движения

d /dS=f( , C₁, С₂, С₃, ),

где - текущее значение скорости швартующегося судна;

S - путь;

С₁, С₂, С ₃, - текущие значения параметров уравнения движения швартующегося судна, зависящие от текущих значений параметров, характеризующих текущее состояние загрузки судна и внешней среды (водоизмещения швартующегося судна; параметров посадки корпуса; направления и скорости ветра; параметров волнения; направления и скорости течения; глубины акватории в районе выполнения швартовной операции).

Текущее значение длины тормозного пути швартующегося судна в процессе его сближения с судном-партнером определяют интегрированием уравнения движения швартующегося судна в пределах от = _н до = _st, т.е.

где _st - скорость течения в районе места якорной стоянки судна-партнера.

При этом текущие значения параметров уравнения движения швартующегося судна С₁ , С₂, С₃, в процессе выполнения швартовной операции непрерывно идентифицируют с использованием метода, описанного в работах [2], [3];

- координаты первой заданной точки P₁(X_0P1 , Y_0P1) в неподвижной координатной системе.

Зная координаты первой заданной точки и координаты ЦТ швартующегося судна, определяют текущее положение траектории сближения, проходящей через первую заданную точку P₁(X_0P1, Y _0P1) и ЦТ G швартующегося судна (X_0G, Y _0G). После этого определяют поперечные смещения точек А и В от найденной указанным способом траектории сближения.

Непрерывно определяемые значения координат точек А и В, A_n и B_n позволяют непрерывно вычислять координаты ЦТ G швартующегося судна, а вместе с непрерывно определяемым текущим значением длины тормозного пути S_T и первой заданной точки P₁, а также поперечные смещения d _A и d_B точек А и В швартующегося судна от текущего положения траектории сближения.

Возникающие поперечные смещения вырабатывают сигнал на отклонение рулевого органа, например руля швартующегося судна, по закону:

=-k_A×d_A+k_B×d _B,

где k_A, k_в - коэффициенты усиления по перечным смещениям носовой и кормовой точек швартующегося судна от текущего положения траектории сближения.

Таким образом, швартующееся судно движется по линии GP₁ в направлении точки P₁.

В момент выхода швартующегося судна в первую заданную точку, что соответствует равенству координат ЦТ швартующегося судна G(X_0G, Y_0G) и координат первой заданной точки P₁ (X_0G, Y_0P1) (X_0G=X_0P1 ; Y_0G=Y_0P1), оно переходит к сближению со второй заданной точкой Р₂, при этом текущее положение траектории сближения соответствует положению линии, проходящей через точки A'_n(X_A'n,Y_A'n ) u B'_n(X_B'n,Y_B'n ), координаты которых рассчитывают непрерывно. Текущие координаты второй заданной точки Р₂(X_0P2, Y_0P2 ), лежащей на линии A'_nB'_n, вычисляют непрерывно.

Непрерывно определяемые значения координат точек А и В, A_n и B_n позволяют непрерывно вычислять: координаты точек A'_n и B'_n , ЦТ G швартующегося судна и ЦТ G_n судна-партнера, второй заданной точки Р₂ в неподвижной координатной системе, а также поперечные смещения d_A и d_B точек А и В швартующегося судна от текущего положения траектории сближения, которой является линия A'_nB' _n.

Возникающие поперечные смещения вырабатывают сигнал на отклонение рулевого органа, например руля швартующегося судна, по известному закону. Таким образом, швартующееся судно движется в точку Р₂ по линии A'_nB' _n.

Моменту выхода швартующегося судна во вторую заданную точку Р₂ соответствует равенство координат ЦТ швартующегося судна и второй заданной точки, то есть X _0G=X_0P2, Y_0G=Y_0P2.

После выхода швартующегося судна в точку Р₂ осуществляют дальнейшее сближение швартующихся судов до непосредственного контакта «борт к борту». С этой целью заданное текущее положение траектории сближения швартующихся судов, т.е. линия A'_nB'_n, постепенно смещается параллельно ДП судна-партнера в сторону судна-партнера со скоростью не больше допустимого значения скорости поперечного движения швартующегося судна в направлении судна-партнера _д. Скорость _д определяют исходя из безопасности швартовной операции, а именно из условия безопасного гашения поперечной скорости движения швартующегося судна в момент непосредственного контакта швартующихся судов средствами кранцевой защиты борта судна-партнера. Параллельное смещение линии A'_n B'_n в сторону судна-партнера обусловлено смещением точек A'_n и B'_n, текущее положение которых рассчитывают непрерывно в зависимости от значения расстояния h между бортами швартующихся судов. Постепенное уменьшение значения h в соответствии с законом

dh/dt=f( д, h, h₀, )

приводит к изменению значения задаваемого расчетным способом расстояния между ДП швартующихся судов h ₀=h+0,5×(B_n+В) (здесь B_n - ширина судна-партнера, В - ширина швартующегося судна), что, в свою очередь, изменяет координаты точек A'_n и B' _n и в конечном итоге линия A'_nB' _n смещается в сторону судна-партнера, оставаясь параллельной его ДП.

Смещение линии A'_nB' _n от исходного положения в сторону судна-партнера образует смещение d_A, d_B носовой А и кормовой В точек швартующегося судна соответственно. Формируется сигнал управления =-k_A×d_A+k_B×d _B, и ДП швартующегося судна приводится к новому положению линии A'_nB'_n до их полного совпадения. Далее процесс смещения линии A'_nB'_n по указанному алгоритму в сторону судна-партнера будет повторяться многократно, также многократно будут образовываться смещения носовой d_A и кормовой d_B точек швартующегося судна относительно текущего положения линии A'_n B'_n. Смещения носовой А и кормовой точек В швартующегося судна относительно текущего положения линии A'_n B'_n будут приводить к формированию управляющего сигнала средства управления швартующимся судном. Работа средства управления вернет ДП швартующегося судна на линию, совпадающую с текущим положением линии A'_nB'_n .

Смещение линии A'_nB' _n в сторону судна-партнера будет происходить до тех пор, пока расстояние h₀ между ДП швартующихся судов не будет равно значению, определяемому из выражения h₀ =0,5×(B_n+В), т.е. в этот момент расстояние между бортами швартующихся судов будет равно нулю h=0. Указанный момент в предлагаемом способе управления судном при выполнении им швартовной операции к борту судна-партнера считается моментом окончания швартовной операции.

В результате применения данного изобретения достигается возможность получения технического результата - соблюдение безопасности выполнения швартовной операции к борту судна-партнера, стоящего на якоре, таким образом, предлагаемый способ управления судном при выполнении им швартовной операции к борту судна-партнера соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Список литературы

1. Пат. № 2422326 Российская Федерация, опубл. 27.06.2011.

2. Юдин Ю.И. Синтез моделей механизма предвидения для экспертных систем, обеспечивающих безопасную эксплуатацию судна: монография/Ю.И.Юдин. - Мурманск: Изд-во МГТУ, 2007. -198 с: ил.

3. Юдин Ю. И. Теоретические основы безопасных способов маневрирования при выполнении точечной швартовки: монография / Ю.И.Юдин, С.В.Пашенцев, Г.И.Мартюк, А.Ю.Юдин. -Мурманск: Изд-во МГТУ, 2009. - 152 с.: ил.