IMPROVEMENT OF THE METHODS OF ENSURING SAFETY OF STORM NAVIGATION OF THE SHIPS
Authors:
1.
Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping
(Doctor of Technical Sciences, Assistant Professor; Professor of the Department of Maneuvering and Ship Control)
2.
State University of Maritime and Inland Shipping named after Admiral Makarov
Type:
Article
Pages:
from 7
to 13
Status:
Published
Received:
20.08.2015
Accepted:
25.08.2015
Published:
25.08.2015
Subject area:
UDK 655.62.052.4
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 55.42 Двигателестроение
GRNTI 55.45 Судостроение
GRNTI 73.34 Водный транспорт
GRNTI 44.31 Теплоэнергетика. Теплотехника
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 55.42 Двигателестроение
GRNTI 55.45 Судостроение
GRNTI 73.34 Водный транспорт
GRNTI 44.31 Теплоэнергетика. Теплотехника
Language:
Russian
Keywords:
storm navigation, dangerous pitching options, circular charts, improvement of safe storm navigation
Abstract (English):
In order to determine the state of the sea surface, wind direction and strength, height and direction of waves, when planning the flight hydrometeorological information in the form of projections should be taken into account, it can be obtained from national meteorological observatories, private services (e. g., Applied Weather Technology Inc.) and vessels participating in the voluntary systems of meteorological observations. At the stage of the ship’s passage plan actualization, in case of adverse weather, the plan should be adjusted. The use of electronic map navigation systems (ECDIS) allows to display hydrometeorological information on electronic maps with planning and route course. The method for ensuring safety of storm navigation of the vessels is proposed, within this method the use of the specially designed circular charts to determine the parameters of the dangerous pitching, as well as other parameters that affect the seaworthiness of the vessel during a storm, is considered. The charts are calculated in advance for certain hazardous conditions of storm navigation that may arise to the ship or cargo. Taking into account the fact that the most relevant thing to the skipper during a storm is an estimation of the upcoming rolling angles, an example of calculating a circular chart of the amplitude of roll at various angles of the vessel coursework is given. An example of a safe ship discrepancy with a storm using the circular charts is presented. The proposed method can be used to improve the existing vessel navigation devices, as well as the automation of solving the safety of storm navigation.
In order to determine the state of the sea surface, wind direction and strength, height and direction of waves, when planning the flight hydrometeorological information in the form of projections should be taken into account, it can be obtained from national meteorological observatories, private services (e. g., Applied Weather Technology Inc.) and vessels participating in the voluntary systems of meteorological observations. At the stage of the ship’s passage plan actualization, in case of adverse weather, the plan should be adjusted. The use of electronic map navigation systems (ECDIS) allows to display hydrometeorological information on electronic maps with planning and route course. The method for ensuring safety of storm navigation of the vessels is proposed, within this method the use of the specially designed circular charts to determine the parameters of the dangerous pitching, as well as other parameters that affect the seaworthiness of the vessel during a storm, is considered. The charts are calculated in advance for certain hazardous conditions of storm navigation that may arise to the ship or cargo. Taking into account the fact that the most relevant thing to the skipper during a storm is an estimation of the upcoming rolling angles, an example of calculating a circular chart of the amplitude of roll at various angles of the vessel coursework is given. An example of a safe ship discrepancy with a storm using the circular charts is presented. The proposed method can be used to improve the existing vessel navigation devices, as well as the automation of solving the safety of storm navigation.
Keywords:
storm navigation, dangerous pitching options, circular charts, improvement of safe storm navigation
storm navigation, dangerous pitching options, circular charts, improvement of safe storm navigation
Введение В настоящее время абсолютное большинство аварий судов происходит в условиях штормового плавания. В качестве примера можно привести такие крупные морские катастрофы, как гибель платформы «Кольская», унесшая жизни 57 человек, исчезновение со всем экипажем траулера «Аметист» и сухогруза «Капитан Усков», а также многие другие. Это говорит о том, что вопросы безопасности штормового плавания и сохранения мореходных качеств судов в условиях шторма остаются чрезвычайно актуальными [1, 2]. В Советском Союзе вопросам безопасности штормового плавания судов уделялось значительное внимание. Были разработаны специальные штормовые диаграммы (Ю. В. Ремез, Д. В. Кондриков, В. Б. Липис и др.), а также руководящие документы: «Рекомендации по обеспечению безопасности плавания судов в осенне-зимний период и в штормовых условиях» (РОБПС-84) и «Выбор безопасных скоростей и курсовых углов при штормовом плавании судна на попутном волнении» (РД 31.00.57.1-88) и др. К сожалению, эти рекомендации остались на уровне российских национальных требований. Следует отметить, что использование диаграмм вышеперечисленных авторов в условиях современных информационных технологий может быть определенным анахронизмом - работа с ними может отвлекать судоводителя от наблюдения и управления судном. Все вышеперечисленное делает проблему обеспечения безопасности штормового плавания одной из самых актуальных для судоходства. Предлагаемый метод решения проблемы Современные суда оснащены различными навигационными приборами и системами контроля движения судна, в том числе в условиях шторма. Тем не менее количество катастроф и аварий не уменьшается. Так, в 2013 г. поступили заявления о 716 случаях, из них 305 - крупные аварии. Таким образом, очевидна целесообразность разработки новых видов информации, необходимой судоводителю, что позволит решать задачи безопасности штормового плавания на базе современных навигационных приборов и технологий отображения информации о шторме, используемых на судах. Особенно важной эта информация может оказаться при планировании перехода в условиях предстоящего шторма. Согласно резолюции Международной морской организации (ИМО) А.893(21) «Руководство по планированию рейса», «планирование рейса и перехода включает оценку, т. е. сбор всей информации, относящейся к предполагаемому рейсу или переходу; подробное планирование всего рейса или перехода от причала до причала, включая районы, в которых требуется присутствие на борту лоцмана; выполнение плана и контроль за продвижением судна при выполнении плана». При планировании рейса должна учитываться гидрометеорологическая информация в виде прогнозов, чтобы определять состояние морской поверхности, направление и силу ветра, а также высоту и направление волнения. Помимо этого, на этапе выполнения плана, в случае получения неблагоприятного прогноза погоды план должен корректироваться, чтобы обеспечить безопасность судна, груза и экипажа. Прогноз погоды может быть получен из различных источников. По всему миру расположены национальные гидрометеорологические обсерватории, которые ведут наблюдения и делают прогнозы, кроме того, многие суда участвуют в добровольных системах метеонаблюдения. Существуют также частные службы (например, Applied Weather Technology Inc.), передающие подробную гидрометеорологическую информацию на судно. Прогнозы могут быть переданы на судно в виде факсимильных карт, сообщений NAVTEX либо другим путем. Полученные гидрометеорологические данные могут быть проложены на карте вручную либо автоматически - с помощью электронных картографических навигационных систем (ЭКНИС). В настоящее время все больше судов оборудуются ЭКНИС, а в соответствии с резолюцией Комитета по безопасности на море ИМО MSC.282(86) «Поправки к Международной конвенции по охране человеческой жизни на море, 1974 г.» к 2018 г. ЭКНИС будут обязаны иметь на борту все суда. Использование ЭКНИС для планирования и выполнения перехода упрощает и ускоряет обработку информации, снижает влияние человеческого фактора, а интеграция с другими инструментами дает возможность иметь всю необходимую информацию на одном дисплее и возможность более эффективного контроля за проходящими потоками информации. Таким образом, с помощью ЭКНИС возможно отображение гидрометеорологической информации на электронных картах, имеющих предварительную и исполнительную прокладки, что делает наглядной информацию о состоянии погоды на интересующих участках перехода и упрощает процедуру принятия решения об изменении плана перехода в случае необходимости. Как говорилось выше, в условиях шторма большую роль играет волнение и его параметры. На практике судам приходится не просто изменять курс - часто бывает необходимо внести серьезные изменения в запланированный маршрут для того, чтобы разойтись с такими опасными явлениями, как тропический шторм. На рис. 1 видно, как судно, следующее на Тайвань, получает информацию о надвигающемся шторме Кросса. Рис. 1. Шторм Кросса на предварительной прокладке электронной карты Согласно информации, занесенной на электронную карту, судно попадет в центр шторма Кросса (рис. 1), т. е. может подвергнуться чрезвычайной опасности. Необходимо определить маневры судна, которые позволят избежать потери мореходных качеств в условиях предстоящего штормового плавания. Для решения этой задачи могут быть использованы специально рассчитываемые, периодически обновляемые и отображаемые ЭКНИС круговые диаграммы. На данных диаграммах отображается информация, актуальная для обеспечения мореходных качеств судна в условиях предстоящего шторма. Такой подход впервые использовался в [3]. Аналогичные задачи с использованием других методов решения рассматривались в [4-8 и др.]. Практика показывает, что наиболее актуальной для судоводителя информацией о мореходных качествах судна при различных курсовых углах волнения (КУВ) являются расчетные данные о предстоящих углах крена (амплитуде) бортовой качки. Пример такой круговой диаграммы для высоты волны 4 м и конкретного судна представлен на рис. 2. На диаграмме заштрихованные зоны КУВ соответствуют опасной (чрезмерной) амплитуде бортовой качки для данного судна. На диаграмме представлены также значения амплитуд предстоящей бортовой качки. Рис. 2. Круговая диаграмма углов крена на качке (амплитуды бортовой качки) при различных курсовых углах волнения Для расчета круговой диаграммы могут быть использованы следующие зависимости: , где λ - длина волны, м; φ - КУВ, при котором возникает резонанс, град; τ - период бортовой качки на тихой воде, с; v - скорость судна, м/с. Амплитуда качки судна без учета сопротивления воды может быть определена как , где αφ - эффективный угол волнового склона, рад; τк - кажущийся период волны, с. Для определения τк может быть использована формула . Эффективный угол волнового склона может быть найден по формуле , где α0 - максимальный угол волнового склона, рад. Максимальный угол волнового склона может быть найден по формуле , где Нв - высота волны предстоящего шторма, м. Способы использования круговых диаграмм Круговая диаграмма вместе с данными о предварительной прокладке предстоящего перехода судна и предстоящем шторме может использоваться следующим образом (рис. 3). На предварительной прокладке движения судна при предстоящем расхождении со штормом Кросса откладывают круговые диаграммы, рассчитанные для высоты волны, соответствующей предстоящему шторму. По данным о ветре и волнении предстоящего шторма (см. рис. 1) определяют, попадает ли предстоящий ветер (волнение) в опасные зоны на круговой диаграмме (рис. 3). По данным о попадании предстоящего ветра и волнения в опасную или безопасную зону выбирают безопасный курс для предстоящего расхождения со штормом Кросса и другими опасностями в предстоящем переходе [9]. В точках предстоящего изменения курса (рис. 3) контролируется перемещение шторма и в соответствии с предстоящей высотой волны пересчитываются круговые диаграммы. Рис. 3. Использование круговых диаграмм для безопасного расхождения со штормом Кросса На основании имеющейся информации, в целях обеспечения безопасности судна, судоводителем принимается решение об изменении курса, как показано на рис. 4. Рис. 4. Уклонение от шторма Кросса с использованием круговой диаграммы амплитуды качки Согласно рис. 4, судно проходит шторм Кросса безопасно для своих мореходных качеств и, в частности, по амплитуде бортовой качки. Заключение Предлагаемый метод обеспечения безопасности штормового плавания основан на использовании специально рассчитанных круговых диаграмм, которые могут быть отображены ЭКНИС современного судна. На диаграммах может отображаться актуальная информация, которая позволит обеспечить мореходные качества судна в условиях предстоящего шторма. Приведен пример круговой диаграммы для высоты волны 4 м и конкретного судна, подтверждающий, что использование круговых диаграмм позволяет усовершенствовать процедуру обеспечения безопасности штормового плавания и будет способствовать развитию перспективной навигационной аппаратуры [10].
1. Ershov A. A. Ot «Titanika» do «Costa Concordia». Neispol'zovannye vozmozhnosti dlya spaseniya: monogr. / A. A. Ershov. LAP LAMBERT Academic Publishing, Saarbrucken, Deutschland, 2013. 146 s.
2. Ershov A. A. Nekotorye avarii i katastrofy otechestvennyh i inostrannyh sudov: monogr. / A. A. Ershov, V. I. Nikol'skiy. SPb.: Izd-vo GUMRF im. admirala S. O. Makarova, 2013. 196 s.
3. Ershov A. A. Ispol'zovanie zon bezopasnogo rashozhdeniya dlya dvizheniya sudov na podhodah k portam i vnutrennih vodnyh putyah // Sb. nauch. tr. prof.-prep. sostava GUMRF im. admirala S. O. Makarova. SPb.: Izd-vo GUMRF im. admirala S. O. Makarova, 2014. S. 6-13.
4. Nekrasov S. N. Makrokognitivnoe modelirovanie processov sudovozhdeniya / S. N. Nekrasov, I. V. Kapustin, M. S. Starov // Vestn. GUMRF im. admirala S. O. Makarova. 2013. № 1 (20). S. 82-85.
5. Kondrat'ev S. I. Polifaktornyy analiz processa preduprezhdeniya stolknoveniy sudov / S. I. Kondrat'ev, A. L. Boran-Keshish'yan // Vestn. GUMRF im. admirala S. O. Makarova. 2013. № 2 (21). S. 7-13.
6. Nekrasov S. N. Opredelenie navigacionnyh riskov pri imitacionnom modelirovanii upravleniya sudnom pri prohode uzkosti / S. N. Nekrasov, K. I. Efimov, D. V. Trenenkov // Vestn. GUMRF im. admirala S. O. Makarova. 2014. № 1 (23). S. 34-36.
7. Burmaka I. A. Upravlenie gruppoy sudov v situacii opasnogo sblizheniya / I. A. Burmaka, A. Yu. Bulgakov // Vestn. GUMRF im. admirala S. O. Makarova. 2014. № 6 (28). S. 1-13.
8. Nekrasov S. N. Vychislenie garantirovannogo kursa rashozhdeniya pri opasnosti sblizheniya vplotnuyu / S. N. Nekrasov, D. V. Trenenkov, K. I. Efimov // Vestn. GUMRF im. admirala S. O. Makarova. 2015. № 1 (29). S. 1-15.
9. Ershov A. A. Razrabotka sistemy intellektual'noy podderzhki sudovoditelya dlya snizheniya opasnosti stolknoveniy sudov: dis. … d-ra tehn. nauk. SPb., 2012. 322 s.
10. Ershov A. A. Podderzhanie morehodnyh kachestv sudna v avariynyh situaciyah // Tez. dokl. nauch.-tehn. konf. prof.-prep. sostava i nauch. sotrudnikov GMA im. admirala S. O. Makarova / A. A. Ershov. SPb., 2010.
