Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ИМ ШВАРТОВНОЙ ОПЕРАЦИИ К БОРТУ СУДНА ПАРТНЕРА

Изобретение относится к водному транспорту и касается управления швартующимся судном при выполнении им швартовной операции к борту судна партнера по величине поперечных смещений двух точек швартующегося судна, носовой А и кормовой В, от текущего положения траектории сближения с судном партнером.

Известен способ управления швартующимся судном при выполнении им швартовной операции к борту судна партнера (патент №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) 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 A (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 (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 C'_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 P₂ (X_0P2, Y_0P2) в неподвижной координатной системе;

- текущее значение длины тормозного пути S_т;

- 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_0P2) и центр тяжести 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 центра тяжести швартующегося судна G, а вместе с непрерывно определяемым текущим значением длины тормозного пути S_т и первой заданной точки Р₁, 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:

α=-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 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 рассчитываются 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, центр тяжести (ЦТ) швартующегося судна G и ЦТ судна партнера G_n, второй заданной точки P₂ 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.

Моментом окончания сближения швартующегося судна с судном партнером считается момент выхода швартующегося судна во вторую заданную точку Р₂, что соответствует равенству координат ЦТ швартующегося судна и второй заданной точки, то есть X_0G=X_0P2, Y_0G=Y_0P2.

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 до непосредственного контакта («борт к борту»), что является непременным условием завершения швартовной операции, итогом которой является соединение швартующихся судов швартовными тросами.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в соблюдении условия завершения безопасной швартовной операции, т.е. осуществления непосредственного контакта «борт к борту» швартующихся судов.

Для достижения указанного технического результата в способе управления швартующимся судном при выполнении им швартовной операции к борту судна партнера по величинам поперечных смещений расположенных на диаметральной плоскости швартующегося судна его носовой и кормовой точек от текущего положения траектории сближения, включающем два этапа сближения, на первом этапе швартующееся судно выходит в первую заданную точку P₁ и центр тяжести швартующегося судна находится в точке P₁, на втором этапе швартующееся судно выходит во вторую заданную точку P₂ и центр тяжести швартующегося судна находится в точке P₂, дополнительно после выхода швартующегося судна в точку P₂ осуществляют третий этап дальнейшего сближения швартующихся судов до непосредственного контакта «борт к борту», для этого заданное текущее положение траектории сближения швартующихся судов, линию A'_nB'_n, постепенно смещают параллельно диаметральной плоскости судна партнера в его сторону со скоростью, не большей допустимого значения скорости поперечного движения υ_д швартующегося судна в направлении судна партнера, при этом при параллельном смещении линии A'_nB'_n непрерывно рассчитывают текущее положение точек A'_n и B'_n линии A'_nB'_n в зависимости от значения расстояния h между бортами швартующихся судов, причем постепенное уменьшение значения h осуществляют в соответствии с законом

dh/dt=f(υ_д,h,h₀,…), далее процесс смещения линии A'_nB'_n многократно повторяют и осуществляют его до тех пор, пока расстояние h₀ между диаметральными плоскостями швартующихся судов будет равно значению

h₀=0,5×(B+B_n),где

В - ширина швартующегося судна, B_n - ширина судна партнера,

что соответствует расстоянию между бортами швартующихся судов, равному нулю h=0. При этом скорость υ_д определяют исходя из условия безопасного гашения поперечной скорости движения швартующегося судна в момент непосредственного контакта швартующихся судов средствами кранцевой защиты борта судна партнера.

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

дополнительно после выхода швартующегося судна в точку P₂ осуществляют третий этап дальнейшего сближения швартующихся судов до непосредственного контакта «борт к борту» (Фиг.2). 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 большей допустимого значения скорости поперечного движения швартующегося судна в направлении судна партнера υ_д. Скорость υ_д определяется 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 рассчитывается непрерывно в зависимости от значения расстояния h между бортами швартующихся судов. Постепенное уменьшение значения h в соответствии с законом

dh/dt=f(υ_д,h,h₀,…)

приводит к изменению значения задаваемого расчетным способом расстояния между ДП швартующихся судов h₀=0,5×(В+B_n), где

В - ширина швартующегося судна, B_n - ширина судна партнера,

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 α=-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'_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×(В+B_n), 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.

Предлагаемый способ управления судном при выполнении им швартовной операции к борту судна партнера иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, 2.

На фиг.1 представлены два этапа сближения швартующихся судов по способу-прототипу, на фиг.2 - третий этап сближения швартующихся судов.

Предлагаемый способ управления судном при выполнении им швартовной операции к борту судна партнера 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) 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 (Y_0An,Y_0An), B_n (X_0An,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 C'_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 S_т;

- координаты первой заданной точки Р₁ (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 в месте 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:

α=-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 P₂, 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'_nB'_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 швартующегося судна G и ЦТ судна партнера G_n, второй заданной точки Р₂ в неподвижной координатной системе, а также поперечные смещения d_A и d_B точек A 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.

Моментом выхода швартующегося судна во вторую заданную точку Р₂ соответствует равенству 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 осуществляется 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 большей допустимого значения скорости поперечного движения швартующегося судна в направлении судна партнера υ_д. Скорость υ_д определяется 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 рассчитывается непрерывно в зависимости от значения расстояния h между бортами швартующихся судов. Постепенное уменьшение значения h в соответствии с законом

dh/dt=f(υ_д,h,h₀,…)

приводит к изменению значения задаваемого расчетным способом расстояния между ДП швартующихся судов h₀=h+0,5×(В+B_n) (здесь В - ширина швартующегося судна, B_n - ширина судна партнера), 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 α=-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'_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 производят до тех пор, пока расстояние h₀ между ДП швартующихся судов будет равно значению, определяемому из выражения h₀=0,5×(В+B_n), 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 условия завершения безопасной швартовной операции, т.е. осуществления непосредственного контакта «борт к борту» швартующихся судов.