88

отображать картину развития условий погоды с указанием будущих положений центра тропического циклона и судна на время текущего прогноза. Это оказывает помощь при оценке опасности судовождения.

На рис. 3.12 приведен пример отображения прогноза положения центра тропического циклона в ECDIS компании «Navmarine» [8]. При наведении курсора на одно из положений циклона появляется всплывающая подсказка, содержащая его название, дату и время положения, скорость ветра, скорость ветра в порывах и другую полезную информацию. Если маршрут судна проходит рядом с траекторией движения циклона, опасные участки будут обозначены на карте пурпурным цветом. Опасной считается 50-мильная зона около текущей позиции центра циклона, а также расширяющаяся область вдоль прогнозируемой траектории его движения: прогноз на 24 часа – 100 миль, 48 часов – 150 миль, 72 часа – 200 миль, 96 и более часов – 250 миль.

-Положение циклона, соответствующее заданному времени;

-Обсервованные положения циклона;

-Прогнозируемые положения циклона.

Рис. 3.12. Отображение прогнозируемого пути тропических циклонов

Некоторые ECDIS снабжены программой, помогающей судоводителям выбирать эффективный путь расхождения с тропическим циклоном.

3.3.6. Средства оптимизации плана движения судна

Ряд используемых на борту судна ЦП, обеспечивающих представление гидрометеорологической информации, включают программные средства для выбора с учетом ожидаемых морских условий в районах перехода оптимального по определенному критерию плана движения судна от порта отхода до места назначения (маршрут и скорость движения на его участках) с сохранением мореходности судна. Эти цифровые продукты назовем бортовыми средствами оптимизации плана движения (СОПД). Из них для примера можно назвать: «Ship Performance Optimisation System» (SPOS) компании «MeteoGroup», «Vessel and Voyage Optimization Solution» (VVOS) компании «Jeppesen marine», «Seaware Routing» компании «Aerospace and Marine International» и др. Широкое распространение на судах получили

89

SPOS. В настоящее время они используется более чем на 1000 судов во всем мире. В основном СОПД являются консультативными средствами. Они предоставляют подробную информацию о погоде, а также консультации и поддержку решений команды мостика судна во время планирования и исполнения переходов. Чаще всего СОПД используются для определения плана перехода через океан и его коррекции в процессе рейса при получении новых прогнозов морских условий на оставшемся пути.

При выборе наилучшего плана в СОПД учитываются прогнозы волнения, ветра, постоянные, сезонные и приливоотливные течения в районах перехода, характеристики мореходности и другие особенности судна, включающие потери скорости на волнении и на мелководье, а также ряд других факторов. Эти средства оказывают эффективную поддержку решений судоводителей в течение 24 часов 7 дней в неделю 365(6) суток в году (24/7/365). В последние годы интерес к СОПД резко возрос из-за принятия IMO Комитетом по защите морской среды в 2011 и 2012 г. резолюций MEPC.203(62), МЕРС.213(63), обязывающих суда, вместимостью 400 брт. и более, принимать меры к повышению своей энергетической эффективности, направленные на снижение объема выбросов парниковых газов. Одной из этих мер является оптимизация по расходу топлива плана движения между портами с обеспечением прихода судна в порт назначения в заданное время.

Общая характеристика задачи оптимизации плана движения.

Можно выделить несколько типов задачи выбора наилучшего плана движения. Первый предполагает известность маршрута перехода. В нем требуется найти оптимальный скоростной режим движения на его участках.

Другой тип характеризуется определенностью альтернативных маршрутов следования от порта отхода к пункту назначения. Из них необходимо выбрать наилучший и режимы скорости движения на его участках, обеспечивающие экстремум выбранного критерия качества.

Третий тип задачи предполагает известность только границы судоходной области, через которую пройдет маршрут судна. Задача этого типа характерна для планирования трансокеанских переходов и чаще других рассматривается при использовании СОПД. Имеются также задачи, являющиеся комбинацией представленных типов задач.

Исходной для выбора оптимального плана движения служит информация, характеризующая навигационные и гидрометеорологические условия в районах предстоящего перехода, собственное судно, его размеры, загрузку, двигатель и движитель, операционные ограничения. Так как суда различаются по своим размерам, мореходным качествам, видам загрузки, и другим свойствам, то применяемые на их борту критерии оптимизации и операционные ограничения в общем случае отличаются. Из используемых таких критериев можно назвать:

•минимизацию расхода топлива;

•минимизацию времени перехода;

•обеспечение максимального дохода и др.

90

Как известно, наиболее полной характеристикой эффективности рейсов судов является прибыль. Однако применение такого критерия затрагивает факторы (стоимость фрахта, топлива и др.), которыми на судне не распоряжаются, так как они находятся в ведении сугубо судовладельца.

Из операционных ограничений судна могут использоваться ограничения на время рейса, на значения параметров мореходности и ветро-волновых возмущений, например:

−границы высот ветровых волн и зыби на переходе, области с высотами выше которых следует избегать;

−границы силы ветра, области со значениями выше которых следует избегать (при противном, попутном и боковом ветре);

−минимальная дистанция до пути движения центра тропического циклона;

−граничные значения для параметров качки;

−границы для вероятности слеминга (заливания, разгона гребного винта);

−пределы напряжений в уязвимых элементах корпуса;

−другие ограничения и комбинации вышеприведенных границ.

Критерием оптимальности обычно выбирается наименьший расход топлива (при заданном времени прибытия в пункт назначения без повреждений судна и груза), что соответствует требованиям IMO к необходимости повышения энергетической эффективности морских судов. Здесь отсутствие опасности судну и грузу может определяться границами значений параметров качки, вероятностью мореходных опасностей, пределами нагрузок на корпусе и в креплениях грузов, комбинацией ограничений. Для пассажирских судов важно строгое соблюдение расписания и обеспечение комфортных условий для пассажиров. Поэтому здесь вводятся ограничения на время прихода в порты и на параметры качки, в частности, вертикальные ускорения, для предотвращения морской болезни.

Для учета мореходности судна и других его особенностей в одних СОПД применяются упрощенные процедуры, а в других – высокого уровня математическая модель динамики судна, отражающая его поведение в условиях ветра, волнения и на мелководье с учетом особенностей бортового пропульсивного комплекса. Эта модель позволяет:

-рассчитать сопротивление движению и потери скорости судна при разной его осадке в различных ветроволновых условиях и на мелководье;

-определить безопасные режимы работы двигателя без перегрузки и соответствующие этим режимам значения эффективной мощности двигателя, скорости хода, расхода топлива и смазочного масла;

-получить значения других параметров, которые используются при расчете критерия оптимальности и проверке соответствия ограничениям, накладываемым на задачу.

Расход топлива на участках перехода нередко находится с помощью топливной характеристики двигателя (зависимости расхода топлива от эффективной мощности главного двигателя), представленной в аналитической или табличной форме. При определении потерь скорости на

91

волнении может применяться специально созданная для конкретного судна таблица зависимости значений этого параметра от скорости и направления ветра и волнения. Следует отметить, что в большинстве случаев в ECDIS пока применяются упрощенные процедуры для учета особенностей судна при расчете планов движения.

При оптимизации плана перехода выделяются также области с опасными условиями, которые следует избегать при следовании к порту назначения. Например, это могут быть временные площадные объекты, объявленные в NAVAREA, или области, определенные по прогностическим данным о ветре и волнении. На районы перехода судна может быть создана коллекция таких зон. Следует отметить, что их форма при получении новых данных может изменяться. Программа нахождения оптимального пути, при выделенных запретных зонах, выбирает не проходящий через них маршрут.

В разных типах СОПД используются неодинаковые методы определения оптимального плана движения. Чаще всего для этой цели привлекается метод динамического программирования. Применение находят и эвристические алгоритмы. Нередко задача оптимизации плана перехода по критерию расхода топлива с заданным временем прибытия в пункт назначения и другими ограничениями делится на две части

-нахождение безопасного маршрута, движение на участках которого с максимальной безопасной скоростью позволяет выполнить рейс за минимальное время;

-определение скоростных режимов движения на участках найденного маршрута, обеспечивающих приход в пункт назначения в заданное время с минимальным расходом топлива.

Функции системы. По объему решаемых задач различные типы СОПД отличаются. Обобщенно перечень выполняемых ими операций включает:

-получение прогнозов погоды и отображение ее параметров;

-создание/генерирование/импорт приемлемых планов движения от порта отхода в пункт назначения;

-обеспечение выбора показателей эффективности и безопасности плана движения (критерия оптимальности, параметров ограничений);

-оценка и сравнение возможных вариантов плана движения;

-расчет оптимального плана движения и его коррекция в процессе рейса;

-экспорт маршрута;

-мониторинг показателей эффективности и безопасности плана в рейсе;

-составление отчетов.

Охарактеризуем кратко перечисленные операции.

Получение прогнозов погоды и отображение ее параметров.

Подключение СОПД к e-mail и/или к сети Интернет позволяет, используя спутниковую связь, автоматически получать и обновлять прогнозы морских условий. Прогнозы погоды обычно доступны два раза в сутки на срок до 10 или 15 суток. Прогнозы о тропических циклонах могут приниматься до четырех раз в сутки. Прогнозы границ областей льда доступны ежедневно. Разрешение, область и продолжительность прогнозов могут регулироваться.

92

Запросы на новые данные о погоде могут быть запланированы и управляться с помощью системы с целью минимизации расходов на связь. Информация о погоде обычно включает предупреждения Navarea, Navtex и предоставляемые Гидрометцентрами или другими организациями с достаточным разрешением по широте и долготе (0,50÷1,500) прогнозы:

•направления и скорости ветра;

•высоты, направления, периода ветровых волн и зыби;

•направления и скорости переменных течений;

•тропических циклонов;

•ледовых условий.

ВСОПД обычно используются такие же методы отображения погодной информации, как и при ее наложении на ENC (см. параграф 3.3.5).

Создание/генерирование/импорт приемлемых планов движения.

СОПД позволяют импортировать или производить приемлемые варианты маршрутов для их оценки по различным показателям. Новые маршруты легко создаются с помощью курсора и/или автоматически и редактируются в интерактивном режиме. Данные маршрутов могут быть переданы в СОПД от бортовых средств (например, приемоиндикатора GPS, ECDIS) и внешних по отношению к судну источников.

Обеспечение выбора показателей эффективности плана движения.

СОПД предоставляют возможность назначения одного из списка возможных критериев оптимальности и определенных операционных ограничений.

Оценка и сравнение возможных вариантов плана движения. СОПД позволяют, в том числе применяя инструменты моделирования, анализировать намеченный план движения и альтернативные его варианты (с использованием прогнозов погоды, параметров настройки двигателя, особенностей загрузки), и оценивать их по следующим показателям: ETA, расходу топлива, параметрам волнения и ветра, характеристикам мореходности судна (нагрузки на корпусе, параметры качки, вероятности слеминга, заливания и др.). Обеспечивается возможность при анализе планов движения использовать картографическую информацию ECDIS, в частности для автоматической проверки глубин на пути следования, выявления препятствий и определения мелководных участков. Результаты оценки вариантов планов движения могут быть показаны в виде графиков или в таблицах для возможности их сравнения. Эти данные могут представляться как для каждого отрезка пути индивидуально, так и для всего маршрута. При анализе планов движения могут предсказываться величина снижения скорости судна, расход топлива, значения параметров мореходности вдоль предполагаемой линии пути.

Определение оптимального плана движения и его коррекция в процессе рейса. СОПД позволяет автоматически определить наилучший план движения от порта отхода до пункта назначения, с учетом установленных пользователем критерия эффективности и операционных ограничений. Предоставляется возможность сравнения оптимального управления

93

скоростью с традиционными стратегиями ее поддержания на переходе. Когда новые прогнозы морских условий в районах перехода становятся доступным или изменяются эксплуатационные требования, капитаны могут скорректировать планы движения для оставшегося пути. С этим процессом ежедневного непрерывного улучшения плана достигаются наивысшие из возможных значения показателей эффективности и безопасности рейса.

Результаты планирования пути могут быть представлены графически на карте и в табличной форме (таблица путевых точек, расписание движения). На рис. 3.13 показан пример выбора оптимального пути через океан в системе «Navi-Planner 4000» [23]. Оранжевым цветом выделены no-go areas.

Рис. 3.13. Пример выбора оптимального пути через океан

Данные о среднем расходе топлива для каждого отрезка маршрута могут приводиться в отдельной колонке таблицы путевых точек маршрута. Длинные отрезки маршрута, на различных участках которых влияющие на движение судна факторы существенно изменяются, разбиваются на ряд более мелких, чтобы отразить на них расход топлива. Значения потребления топлива вдоль линии пути могут показываться в виде графика. Например, в системе «Navi-Planner 4000» этот график имеет вид, показанный на рис. 3.14.

Рис. 3.14. График расхода топлива на отрезках пути