СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ИМ ШВАРТОВНОЙ ОПЕРАЦИИ К БОРТУ СУДНА ПАРТНЕРА, СТОЯЩЕГО НА ЯКОРЕ Российский патент 2014 года по МПК B63H25/00 

Описание патента на изобретение RU2509031C1

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), An(судно-партнер), другая - в корме В (швартующееся судно), Bn(судно-партнер) (фиг.1, 2) относительно мидель-шпангоута соответствующего судна.

Координаты точек А, В, An, Bn в неподвижной координатной системе определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м). Используя значения координат точек швартующегося судна А(Х, Y0A), В(X0B, Y0B) и судна-партнера An(X0An, Y0An), Bn(X0Bn, Y0Bn) в неподвижной координатной системе, координаты тех же точек в подвижных системах координат, связанных с швартующимся судном А(XA, YA), В(ХВ, YB) и судном-партнером An(XAn YAn), Bn(XBn, YBn), координаты центров тяжести (ЦТ) швартующегося судна в связанной с ним подвижной координатной системе G(Xg, Yg) и судна-партнера в связанной с ним подвижной координатной системе Gn(X0Gn, Y0Gn), 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 (X0G, Y0G) в неподвижной координатной системе;

- координаты центра тяжести судна-партнера Gn(X0Gn, Y0Gn) в неподвижной координатной системе;

- координаты точек A'n(XA'n,YA'n) и B'n(XB'ny,YB'n), расположенных на перпендикулярах к ДП судна-партнера, восстановленных в точки An и Bn;

- координаты проекции ЦТ судна-партнера G'n(X0G'n, Y0G'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(X0P2, Y0P2) в неподвижной координатной системе;

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

где υ - 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 υ=υн до υ=υn, т.е.

где υн - начальная скорость швартующегося судна; υn - 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(X0P1, Y0P1) 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(X0P1, Y0P1) и ЦТ швартующегося судна G (X0G, Y0g). После этого определяют поперечные смещения точек А и В от найденной указанным способом траектории сближения.

Непрерывно определяемые значения координат точек А и В, An и Bn позволяют непрерывно вычислять координаты ЦТ швартующегося судна G, а вместе с непрерывно определяемым текущим значением длины тормозного пути ST и первой заданной точки P1, а также поперечные смещения dA и dB 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:

α=-kA×dA+kB×dB,

где kA, kB - 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 (X0G, Y0G) и координат первой заданной точки P1(X0G, Y0P1) (X0G=X0P1, Y0G=Y0P1), оно переходит к сближению со второй заданной точкой Р2, при этом текущее положение траектории сближения соответствует положению линии, проходящей через точки A'n(XA'n, YA'n) и B'n(XB'n, YB'n), координаты которых рассчитывают непрерывно. Текущие координаты второй заданной точки Р2(X0P2, Y0P2), лежащей на линии A'nB'n, вычисляют также непрерывно.

Непрерывно определяемые значения координат точек А и В, An и Bn позволяют непрерывно вычислять: координаты точек A'n и B'n, ЦТ G швартующегося судна и ЦТ Gn судна-партнера, второй заданной точки Р2 в неподвижной координатной системе, а также поперечные смещения dA и dB 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 X0G=X0P2, Y0G=Y0P2.

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 υд. Скорость υд 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(υд, h, h0,…)

приводит к изменению значения задаваемого расчетным способом расстояния между ДП швартующихся судов h0=h+0,5×(Bn+В) (здесь Bn - 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 dA, dB носовой А и кормовой В точек швартующегося судна соответственно. Формируется сигнал управления α=-kA×dA+kB×dB, 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 dA и кормовой dB 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 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×(Bn+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 υst 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 υst 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), An(судно-партнер), другая - в корме В (швартующееся судно), Bn(судно-партнер) (фиг.1-4) относительно мидель-шпангоута соответствующего судна.

Координаты точек А, В, An, Bn в неподвижной координатной системе определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м). Используя значения координат точек швартующегося судна А(X0A, Y0A)>В(X0B, Y0B) и судна-партнера An(X0An, Y0An), Bn(X0Bn, Y0Bn) в неподвижной координатной системе, координаты тех же точек в подвижных системах координат, связанных с швартующимся судном А(XA YA), В(XB, YB) и судном-партнером An(XAn, YAn), Bn(XBn,YBn), координаты центров тяжести (ЦТ) швартующегося судна в связанной с ним подвижной координатной системе G(XG,YG) и судна-партнера в связанной с ним подвижной координатной системе Gn(X0Gn, Y0Gn), 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 (X0G, Y0G) в неподвижной координатной системе;

- координаты центра тяжести судна-партнера Gn(X0Gn, Y0Gn) в неподвижной координатной системе;

- координаты точек A'n(XA'n,YA'n) и B'n(XB'n,YB'n), расположенных на перпендикулярах к ДП судна-партнера, восстановленных в точки An и Bn;

- координаты проекции ЦТ судна-партнера G'n{X0G'n, Y0G'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 Р20Р2, Y0P2) в неподвижной координатной системе;

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

где υ - 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).

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 υ=υн до υ=υst, т.е.

где υst - 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(X0P1, Y0P1) 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(X0P1, Y0P1) и ЦТ швартующегося судна G (X0G, Y0G). После этого определяют поперечные смещения точек А и В от найденной указанным способом траектории сближения.

Непрерывно определяемые значения координат точек А и В, An и Bn позволяют непрерывно вычислять координаты ЦТ швартующегося судна G, а вместе с непрерывно определяемым текущим значением длины тормозного пути ST и первой заданной точки P1, а также поперечные смещения dA и dB 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:

α=-kA×dA+kB×dB,

где kA, kв - 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(X0G, Y0G) и координат первой заданной точки P1(X0G, Y0P1) (X0G0Р1; Y0G=Y0P1), 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(XA'n,YA'n) и B'n(XB'n,YB'n), координаты которых рассчитываются непрерывно. Текущие координаты второй заданной точки Р2 (X0P2, Y0P2), лежащей на линии A'nB'n, вычисляются непрерывно.

Непрерывно определяемые значения координат точек А и В, An и Bn позволяют непрерывно вычислять: координаты точек A'n и B'n, ЦТ G швартующегося судна и ЦТ Gn судна-партнера, второй заданной точки Р2 в неподвижной координатной системе, а также поперечные смещения dA и dB 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 X0G=X0P2, Y0G=Y0P2.

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 υд. Скорость υд 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(υд, h, h0,…)

приводит к изменению значения задаваемого расчетным способом расстояния между ДП швартующихся судов h0=h+0,5×(Bn+В) (здесь Bn - 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 dA, dB носовой А и кормовой В точек швартующегося судна соответственно. Формируют сигнал управления α=-kA×dA+kB×dB, 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 dA и кормовой dB 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 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×(Bn+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), An(судно-партнер), другая - в корме В(швартующееся судно), Bn(судно-партнер) (фиг.1-4) относительно мидель-шпангоута соответствующего судна.

Координаты точек А, В, An, Bn в неподвижной координатной системе определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м). Используя значения координат точек швартующегося судна А(X0A, Y0A), В(X0B, Y0B) и судна-партнера An(X0An, Y0An), Bn(X0Bn, Y0Bn) в неподвижной координатной системе, координаты тех же точек в подвижных системах координат, связанных с швартующимся судном А(ХА, Ya), В(Хв, YB) и судном-партнером An(XAn, YAn), Bn(XBn,YBn), координаты центров тяжести (ЦТ) швартующегося судна в связанной с ним подвижной координатной системе G(XG,YG) и судна-партнера в связанной с ним подвижной координатной системе Gn(X0Gn, Y0Gn), 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(X0G, Y0G) в неподвижной координатной системе;

- координаты центра тяжести судна-партнера Gn(X0Gn, Y0Gn) в неподвижной координатной системе;

- координаты точек A'n(XA'n,YA'n) и B'n(XB'n,YB'n), расположенных на перпендикулярах к ДП судна-партнера, восстановленных в точки An и Bn;

- координаты проекции ЦТ судна-партнера G'n(X0G'n>Y0G'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(X0P2, Y0P2) в неподвижной координатной системе;

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

dυ/dS=f(υ, C1, С2, С3,…),

где υ - 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 υ=υн до υ=υst, т.е.

где υst - 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(X0P1, Y0P1) 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(X0P1, Y0P1) и ЦТ G швартующегося судна (X0G, Y0G). После этого определяют поперечные смещения точек А и В от найденной указанным способом траектории сближения.

Непрерывно определяемые значения координат точек А и В, An и Bn позволяют непрерывно вычислять координаты ЦТ G швартующегося судна, а вместе с непрерывно определяемым текущим значением длины тормозного пути ST и первой заданной точки P1, а также поперечные смещения dA и dB 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:

α=-kA×dA+kB×dB,

где kA, kв - 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(X0G, Y0G) и координат первой заданной точки P1(X0G, Y0P1) (X0G=X0P1; Y0G=Y0P1), оно переходит к сближению со второй заданной точкой Р2, при этом текущее положение траектории сближения соответствует положению линии, проходящей через точки A'n(XA'n,YA'n) u B'n(XB'n,YB'n), координаты которых рассчитывают непрерывно. Текущие координаты второй заданной точки Р2(X0P2, Y0P2), лежащей на линии A'nB'n, вычисляют непрерывно.

Непрерывно определяемые значения координат точек А и В, An и Bn позволяют непрерывно вычислять: координаты точек A'n и B'n, ЦТ G швартующегося судна и ЦТ Gn судна-партнера, второй заданной точки Р2 в неподвижной координатной системе, а также поперечные смещения dA и dB 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 X0G=X0P2, Y0G=Y0P2.

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 υд. Скорость υд 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(υд, h, h0,…)

приводит к изменению значения задаваемого расчетным способом расстояния между ДП швартующихся судов h0=h+0,5×(Bn+В) (здесь Bn - 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 dA, dB носовой А и кормовой В точек швартующегося судна соответственно. Формируется сигнал управления α=-kA×dA+kB×dB, 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 dA и кормовой dB 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 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×(Bn+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.

Похожие патенты RU2509031C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ИМ ШВАРТОВНОЙ ОПЕРАЦИИ К БОРТУ СУДНА ПАРТНЕРА 2011
  • Юдин Юрий Иванович
  • Холичев Сергей Николаевич
  • Петров Сергей Олегович
RU2475410C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ИМ ШВАРТОВНОЙ ОПЕРАЦИИ К БОРТУ СУДНА-ПАРТНЕРА, ЛЕЖАЩЕГО В ДРЕЙФЕ 2012
  • Юдин Юрий Иванович
  • Глущенко Николай Анатольевич
RU2509029C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ИМ ШВАРТОВНОЙ ОПЕРАЦИИ К БОРТУ СУДНА ПАРТНЕРА 2010
  • Юдин Юрий Иванович
  • Гололобов Александр Николаевич
RU2422326C1
Способ управления судном при выполнении им швартовной операции к борту судна партнёра 2019
  • Юдин Юрий Иванович
  • Перевозов Владимир Викторович
RU2714994C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ИМ ШВАРТОВНОЙ ОПЕРАЦИИ К БОРТУ СУДНА ПАРТНЕРА 2008
  • Юдин Юрий Иванович
RU2375249C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ОБЪЕКТА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ИМ СБЛИЖЕНИЯ С ДРУГИМ ПОДВИЖНЫМ ОБЪЕКТОМ 2006
  • Юдин Юрий Иванович
  • Пашенцев Сергей Владимирович
RU2356784C2
Способ управления судном при выполнении движения по заданной траектории 2019
  • Юдин Юрий Иванович
  • Дабижа Борис Вячеславович
  • Висков Андрей Юрьевич
RU2713434C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖУЩИМСЯ СУДНОМ 2014
  • Юдин Юрий Иванович
  • Пашенцев Сергей Владимирович
  • Петров Сергей Олегович
  • Холичев Сергей Николаевич
  • Агарков Сергей Анатольевич
RU2553610C1
Способ управления движущимся судном 2015
  • Юдин Юрий Иванович
  • Власов Александр Валентинович
  • Кайченов Александр Вячеславович
  • Висков Андрей Юрьевич
RU2615849C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРАЕКТОРИЕЙ ДВИЖЕНИЯ СУДНА 2012
  • Юдин Юрий Иванович
  • Пашенцев Сергей Владимирович
RU2501064C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 509 031 C1

Реферат патента 2014 года СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ИМ ШВАРТОВНОЙ ОПЕРАЦИИ К БОРТУ СУДНА ПАРТНЕРА, СТОЯЩЕГО НА ЯКОРЕ

Изобретение относится к водному транспорту. Способ управления заключается в том, что текущее положение траектории сближения определяют в виде прямой линии, которая проходит через две заданные точки на плоскости, текущее положение которых на плоскости в любой заданный момент времени рассчитывают с использованием значений текущих координат носовой и кормовой точек судна-партнера, стоящего на якоре, заданного расстояния между бортами швартующихся судов, заданного положения швартующегося судна относительно судна-партнера, стоящего на якоре, в конечной стадии швартовки и текущего значения длины тормозного пути швартующегося судна, необходимого для перехода его от исходной скорости движения к скорости, равной скорости течения в районе места якорной стоянки судна-партнера в конкретных условиях плавания. Для обеспечения безопасности швартовной операции сближение выполняют в три этапа. На первом этапе сближения швартующееся судно выходит в первую условную точку, на втором этапе - во вторую условную точку, а на третьем этапе сближается с судном-партнером, стоящим на якоре, на расстояние, позволяющее крепить швартовные тросы. Повышается безопасность выполнения судном швартовной операции. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 509 031 C1

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 An, другая - в корме швартующегося судна В и судна-партнера Bn относительно мидель-шпангоута соответствующего судна, координаты точек А, В, An, Bn в неподвижной координатной системе определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м), используя значения координат точек швартующегося судна А(X0A, Y0A), В(X0B, Y0B) и судна-партнера An(X0An, Y0An), Bn(X0Bn, Y0Bn) в неподвижной координатной системе, координаты тех же точек в подвижных системах координат, связанных с швартующимся судном А(ХА, YA), В(ХВ, YB) и судном-партнером An(XAn, YAn), Bn(XBn, YBn), координаты центров тяжести (ЦТ) швартующегося судна в связанной с ним подвижной координатной системе G (XG, YG) и судна-партнера в связанной с ним подвижной координатной системе Gn(X0Gn, Y0Gn), 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 (X0G, Y0G) в неподвижной координатной системе;
- координаты центра тяжести судна-партнера Gn(X0Gn, Y0Gn) в неподвижной координатной системе;
- координаты точек A′n(XA'n, YA'n) и B′n(XB'n, YB'n), расположенных на перпендикулярах к диаметральной плоскости судна-партнера, восстановленных в точки An и Bn;
- координаты проекции центра тяжести судна-партнера G′n(X0G'n, Y0G'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 (X0P2, Y0P2) в неподвижной координатной системе;
- текущее значение длины тормозного пути швартующегося судна рассчитывают с использованием уравнения его движения
dυ/dS=f(υ, C1, С2, С3,…),
где υ - 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 υ=υн до υ=υst

где υst - 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(X0P1, Y0P1) 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(X0P1, Y0P1) и центр тяжести швартующегося судна G (X0G, Y0G), затем определяют поперечные смещения точек А и В от найденной указанным способом траектории сближения;
непрерывно определяемые значения координат точек А и В, An и Bn позволяют непрерывно вычислять координаты центра тяжести швартующегося судна G, а вместе с непрерывно определяемым текущим значением длины тормозного пути Sт и первой заданной точки P1, а также поперечные смещения dA и dB 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:
α=-kA×dA+kB×dB,
где kA, kB - 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 P1; моменту выхода швартующегося судна в первую заданную точку соответствует равенство координат центра тяжести швартующегося судна G(X0G, Y0G) и координат первой заданной точки P1(X0G, Y0P1) (X0G=X0P1, Y0G=Y0P1), оно переходит к сближению со второй заданной точкой Р2, при этом текущее положение траектории сближения соответствует положению линии, проходящей через точки A'n(XA'n,YA'n) и B′n(XB'n,YB'n), координаты которых рассчитывают непрерывно; текущие координаты второй заданной точки Р2 (X0P2, Y0P2), лежащей на линии A′n B′n, вычисляют непрерывно; определяемые непрерывно значения координат точек А и В, An и Bn позволяют непрерывно вычислять: координаты точек A′n и B′n, центра тяжести G швартующегося судна и центра тяжести Gn судна-партнера, второй заданной точки Р2 в неподвижной координатной системе, а также поперечные смещения dA и dB 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 X0G0Р2, Y0G=Y0P2;
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 υд, скорость υд 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(υд, h, h0,…)
приводит к изменению значения задаваемого расчетным способом расстояния между диаметральными плоскостями швартующихся судов h0=h+0,5×(Bn+В), где Bn - 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 dA, dB носовой А и кормовой В точек швартующегося судна соответственно, формируют сигнал управления α=-kA×dA+kB×dB, 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 dA и кормовой dB 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×(Bn+В), в этот момент расстояние между бортами швартующихся судов равно нулю h=0, что соответствует окончанию швартовной операции.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2509031C1

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ИМ ШВАРТОВНОЙ ОПЕРАЦИИ К БОРТУ СУДНА ПАРТНЕРА 2010
  • Юдин Юрий Иванович
  • Гололобов Александр Николаевич
RU2422326C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ОБЪЕКТА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ИМ СБЛИЖЕНИЯ С ДРУГИМ ПОДВИЖНЫМ ОБЪЕКТОМ 2006
  • Юдин Юрий Иванович
  • Пашенцев Сергей Владимирович
RU2356784C2
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ИМ ШВАРТОВНОЙ ОПЕРАЦИИ К БОРТУ СУДНА ПАРТНЕРА 2008
  • Юдин Юрий Иванович
RU2375249C1
МЯГКИЙ ПОЛИМЕРНЫЙ РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ВОДЫ И НЕФТЕПРОДУКТОВ 2010
  • Овсянников Сергей Сергеевич
  • Овсянникова Елена Михайловна
RU2424967C1

RU 2 509 031 C1

Авторы

Юдин Юрий Иванович

Иванов Виталий Витальевич

Холичев Сергей Николаевич

Петров Сергей Олегович

Даты

2014-03-10Публикация

2012-10-09Подача