Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОНТРОЛЯ НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ СУДНА

Изобретение относится к судостроению, а именно к способам контроля мореходных качеств аварийных судов, и может быть использовано при создании интеллектуальных систем мониторинга безопасности мореплавания.

Цель изобретения - повышение безопасности плавания судна путем повышения достоверности оценки мореходных качеств аварийного судна.

Наиболее близким техническим решением оперативного контроля непотопляемости в условиях эксплуатации является «Способ контроля непотопляемости судна» по патенту РФ №2016812 от 30.07.94. Этот патент использован в качестве прототипа.

Известен способ контроля непотопляемости, заключающийся в измерении периода бортовой качки, амплитуд угловых перемещений и ускорений судна относительно продольной и поперечной его центральных осей, осадок носом и кормой, курсового угла и скорости судна в условиях волнения и определении расчетом метацентрической высоты.

Недостатком этого способа является отсутствие датчиков, обеспечивающих контроль линейных перемещений и ускорений относительно вертикальной центральной оси и влившейся в затопленные отсеки воды, а также адаптивных свойств алгоритма, обеспечивающего идентификацию ситуации и настройку параметров моделей преобразования информации в процессе затопления отсеков.

Технический результат достигается тем, что дополнительно измеряют линейные перемещения и ускорения судна относительной вертикальной центральной оси и уровни жидкости в затопленных отсеках, устанавливают случай затопления и параметры равновесной посадки, вырабатывают практические рекомендации по проведению мероприятий по поддержанию плавучести и остойчивости аварийного судна.

На фиг.1 представлена обобщенная структурная схема устройства, реализующая предлагаемый способ.

Устройство содержит измерительный блок 1, включающий датчики угловых перемещений 2 и ускорений 3 судна относительно продольной и поперечной его центральных осей, датчики линейных перемещений 4 и 5, определяющие осадки судна носом и кормой, датчик «кажущегося» периода бортовой качки судна 6, датчик курсового угла волны 7, датчик скорости судна 8, датчик линейных перемещений и ускорений судна относительно вертикальной оси 9, датчики уровней жидкости 10 в затопленных отсеках h₁-h_N, сигналы от которых поступают на средство обеспечения совместимости 11, состоящее из блока нормирования и коммутации сигналов 12 управляющего процессора АЦП 13 и интерфейса 14, осуществляющих преобразование и фильтрацию исходной информации и ввод ее в ЭВМ 15 с периферийным оборудованием, включающим накопитель на магнитном диске, цветной графический дисплей 16 и печатающее устройство 17, позволяющее реализовать разработанный алгоритм обработки данных измерений и отобразить результаты в виде, удобном для восприятия судоводителем.

Способ контроля непотопляемостиоси судна осуществляют следующим образом.

Измеряют угловые и линейные перемещения θ,Ψ и ускорения θ",Ψ" судна относительно продольной и поперечной его центральных осей, осадки судна носом Т_Н и кормой Т_К, «кажущийся» период волны τ_K, курсовой угол волны φ_K и скорость судна на нерегулярном волнении V, дополнительно измеряют линейные перемещения Т и ускорения Т" судна относительно вертикальной оси и уровни жидкости в затопленных отсеках h₁-h_N.

При построении алгоритма контроля непотопляемости использованы данные работы:

Нечаев Ю.И., Анищенко О.П., Кирюхин И.А. Интеллектуальная система контроля непотопляемости судна // Системы искусственного интеллекта в интеллектуальных технологиях XXI века. - Санкт-Петербург: Арт-Экспресс, 2011, с.83-98.

По данным измерений устанавливают:

1. Информационный вектор, представляющий результаты измерений

и позволяющий получить фактические значения водоизмещения D судна, метацентрическую высоту h₀ и аппликату центра масс Z_G

где C=f(D) - инерционный коэффициент; B - ширина судна, м; (τ₀)_W - средний период крупных колебаний при бортовой качке, с; Z_m - аппликата метацентра, м.

3. Случай затопления S - путем обработки сигналов от датчиков уровней жидкости в затопленных отсеках h₁, …, h_N и текущих значений углов крена и дифферента θ(t) и Ψ(t).

4. Выборку данных измерений и «скользящее окно» угловых и линейных перемещений и ускорений судна относительно его продольной, поперечной и вертикальной центральных осей в процессе выполнения трех шагов обработки измерительной информации: на первом шаге обработка ведется в течение 2 минут, на втором - 4 минут, на третьем 6 минут, а далее формируется «скользящее окно», длительностью 6 минут.

где J(X) - информационный вектор (1), определяющий поток измерительной информации после инициализации алгоритма; J₁(X), …, J₃(X) - поток информации на первом - третьем шагах работы алгоритма; W₁(X), …, W_N(X) - поток информации при движении «скользящего окна».

5. Функцию в общей модели взаимодействия аварийного судна с внешней средой

на основе которой выполняют оценку особенностей режимов качки в соответствии со следующей структурой:

линейная модель - Linear(Pr):

нелинейная модель - Nonlinear(Pr):

показывающей, что при линейном характере колебаний (9) равновесное и среднее значения колебательного процесса оказываются близкими в пределах допустимой погрешности алгоритма, работа которого завершается оценкой текущей погрешности обработки информации и выдачей результатов анализа на выход системы контроля. При выполнении условия (10) алгоритм продолжает работу в рамках нелинейной интерпретации данных динамических измерений.

В приведенных формулах (7)-(10) X_o - равновесное значение параметра посадки; X^* - среднее значение процесса колебательного движения судна относительно продольной, поперечной и вертикальной центральных осей; F₁(X_m) - функция идентификации, учитывающая особенности динамики аварийного судна в процессе «настройки» модели взаимодействия; X_m - средний размах;

- функция интерпретации, позволяющая выделять «скрытые» эффекты в зависимости от особенностей колебательного движения судна при линейной и нелинейной качке; и - экстремальные значения средних амплитуд ускорений судна относительно продольной, поперечной и вертикальной центральных осей. Знаки + или - в формуле (7) определяют смещение области равновесных значений в зависимости от особенностей асимметричной качки. В процессе функционирования алгоритма эти знаки выбираются автоматически в зависимости от особенностей колебательного режима: знаку плюс соответствует смещение области средних значений на правый борт, а знаку минус - на левый борт.

6. Параметры адаптивной модели, обеспечивающей идентификацию алгоритма в рамках «скользящего окна» применительно к конкретному судну на основе регрессионной зависимости

коэффициенты A и В которой «настраиваются» на основе данных измерений бортовой, килевой и вертикальной качки.

7. Параметры равновесной посадки аварийного судна в соответствии с физическими закономерностями исследуемых процессов:

где θ₀, Ψ₀, Т₀ - параметры равновесной посадки (крен, дифферент, осадка); W(t) - «скользящее окно», в пределах которого вычислены значения θ₀, Ψ₀, Т₀; t - интервал времени формирования «скользящего окна».

8. Аварийную метацентрическую высоту на основе данных измерений уровней жидкости в затопленных отсеках h₁-h_N

где h₀ - метацентрическая высота, определенная по формуле (3); Δh - изменение метацентрической высоты, вызванное непрерывным затоплением отсеков поврежденного судна.

9. Оценку аварийной остойчивости судна путем сопоставления величины текущей метацентрической высоты h(t) с критическим значением h_CR, определенным по Правилам Морского Регистра Судоходства

где h(t) и h_CR=f(D) - текущее и предельно допустимое для данного судна значения метацентрической высоты.

10. Предельные значения параметров равновесной посадки θ_t ^*, Ψ_t ^*, T_t ^*, заданные исходя из требований обеспечения плавучести и остойчивости аварийного судна, и интервал времени τ=τ_min, в пределах которого обеспечиваются условия безопасности:

На основе соотношений (1)-(15) реализуются процедуры преобразования информации в рамках алгоритма контроля параметров равновесной посадки, представленного в виде блок-схемы (фиг.2).

Операции по обработке данных динамических измерений выполняются в вычислительном блоке с помощью бортового вычислительного комплекса 15. Полученные данные заносят на внешнюю память, выводят на дисплей 16 и документируют с помощью принтера 17.

Устройство, реализующее способ контроля непотопляемости судна, работает следующим образом.

С помощью датчиков, размещенных в блоке 1, производят измерения угловых перемещений 2 и ускорений 3 судна относительно продольной и поперечной его центральных осей, осадок судна носом 4 и кормой 5, «кажущегося» периода волны 6, курсового угла волны 7 и скорости судна на нерегулярном волнении 8, дополнительно измеряют перемещения и ускорения относительно вертикальной центральной оси 9 и уровни жидкости в затопленных отсеках 10, сигналы от которых поступают на средство обеспечения совместимости 11, состоящее из блока нормирования и коммутации сигналов 12 управляющего процессора АЦП 13 и интерфейса 14, осуществляющих преобразование и фильтрацию исходной информации и ввод ее в ЭВМ 15 с периферийным оборудованием, включающим накопитель на магнитном диске, цветной графический дисплей 16 и печатающее устройство 17, позволяющее реализовать разработанный алгоритм обработки данных измерений и отобразить результаты в виде, удобном для восприятия судоводителем.

Результаты работы алгоритма, реализующего способ контроля непотопляемости, используют в бортовой интеллектуальной системе обеспечения безопасности мореплавания.