Влияние технического состояния навигационных приборов судна

На безопасность плавания

Перед началом изложения данного материала необходимо сделать некоторые уточнения и разъяснения.

Под работоспособным состоянием любого прибора понимают такое его состояние, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией. Если хотя бы один из заданных параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, не соответствует этим требованиям, считают, что прибор находится в неработоспособном состоянии.

Для характеристики состояния прибора используется коэффициент готовности, который определяется, как вероятность застать прибор в работоспособном состоянии в любой момент времени его непосредственного использования.

Для оценки точности места используется его среднюю квадратическую погрешность, а не эллипс погрешностей. Эллипс погрешности является наиболее полной характеристикой точности места, но при оценке показателя навигационной безопасности погрешность места от направления не имеет значения, но важно, чтобы она характеризовалась одним числом.

Естественно, что навигационные происшествия возможны лишь тогда, когда судно проходит вблизи навигационных опасностей. Кратчайшее расстояние между судном и навигационной опасностью известно по результатам обсерваций и счисления с неизбежными погрешностями, о которых сказано в разделе 3.1. Когда суммарная величина этих погрешностей становится равной кратчайшему расстоянию до опасности и направлена в сторону опасности, происходит навигационное происшествие.

Успешность контроля за перемещением судна на отдельно взятом участке маршрута зависит от своевременного осуществления обсерваций с помощью хотя бы одного из множества независимых в совокупности тех или иных навигационных методов и технических средств, имеющихся на судне. Предположим, что для определения места судна используется система гироскопического и магнитного компасов. Практически безошибочно можно считать, что коэффициент готовности магнитного компаса равен единице. При нахождении судна в море гирокомпас может находиться в двух состояниях: работоспособности или отказа. Первое состояние характеризуется коэффициентом готовности К_Г1 второе – коэффициентом простоя К_П1, т.е. вероятностью того, что прибор окажется неработоспособным в произвольно выбранный момент времени непосредственного его использования. Эти состояния образуют полную группу несовместимых событий, т.е. какое-то из них непременно произойдет, но никакие два не могут бить вместе. Умножив каждое состояние прибора на показатель навигационной безопасности, полученный в предположении его безотказной работы, можно записать выражение для вероятности отсутствия навигационного происшествия Р₁ при использовании гироскопического и магнитного компаса для определения места судна в следующем виде:

(8. 19)

где Р₁¹ и Р¹₂ показатели навигационной безопасности при использовании гироскопического и магнитного компасов для определения места судна;

G₁ - вероятность обнаружения и опознания навигационного ориентира;

R - вероятность принятия судоводителем ошибочной гипотезы.

Величины Р¹₁ и Р₂¹ рассчитываются по формулам, приведенным в разделе 3.1 с учетом погрешностей измерения навигационных параметров пеленга по гироскопическому и магнитному компасу. Суммарную погрешность определения кратчайшего расстояния до опасности можно в некоторых случаях считать нормально распределенной с нулевым средним и средними квадратическими отклонениями равными средней квадратической погрешности определения кратчайшего расстояния. Таблицы интеграла вероятностей такого распределения помещены во многих математических пособиях, однако их нет специальных пособиях по судовождению. Для восполнения этого недостатка приведена таблица 2, в которой аргументом является рассчитанное по формуле (8.19) нормированное расстояние до опасности Д по нормали к линии пути судна.

 

Таблица 6. 2. Нормированное расстояние

У		0.2	0.5	1.0	1.5
Р^1	0.5000	0.5793	0.6915	0.8413	0.9332
у	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0
Р^1	0.9772	0.9940	0.9986	0.9998	1.0000

Вероятность обнаружения и опознания навигационного ориентира зависит от геометрической дальности видимости, от оптической дальности источников света, остроты зрения наблюдателей и т. д. Вследствие указанных причин дальность обнаружения и опознания ориентиров является случайной величиной и закономерности её изменения как показано в [6], могут быть выявлены с помощью математической статистики. Для оценки вероятности обнаружения и опознания навигационного ориентира визуальным способом можно воспользоваться формулой

(6. 20)

где D0 иD1 - визуальная видимость и расстояние до навигационного ориентира;

m1 - средняя квадратическая погрешность измерения пеленга навигационного ориентира как навигационного параметра. Расчеты по формуле (6. 20) представлены в табличной форме (табл. 6. 3). При расчетах использованы значения стандартных величин средней квадратической погрешности.

Таблица 6. 3.Вероятность обнаружения и опознания навигационного ориентира визуальным способом.

D1\D0	1.0	2.0	3.0	5.0	7.0	10.0	15.0
0.2	0.6810	0.923	0.9825	0.9988	1.0000	1.0000	1.0000
0.5	0.5106	0.8827	0.9724	0.9976	1.0000	1.0000	1.0000
1.0	-	0.7602	0.9428	0.9971	1.0000	1.0000	1.0000
2.0	-	-	0.7502	0.9660	0.9994	1.0000	1.0000
3.0	-	-	-	0.9428	0.9971	1.0000	1.0000
4.0	-	-	-	0.7602	0.9860	1.0000	1.0000
5.0	-	-	-	-	0.9428	0.9994	1.0000
6.0	-	-	-	-	0.7602	0.9971	1.0000
7.0	-	-	-	-	-	0.9860	1.0000
8.0	-	-	-	-	-	0.9428	1.0000
9.0	-	-	-	-	-	0.7602	1.0000
10.0	-	-	-	-	-	-	1.0000

 

По статистическим данным эксплуатации коэффициент готовности любого прибора определяется как отношение суммарного времени пребывания наблюдаемого прибора в работоспособном состоянии ко всему времени их эксплуатации. В пособии [8] показано, что коэффициент готовности определяется выражением:

КГ = К1Г · Кз (6. 21)

где К1Г- коэффициент готовности прибора при неограниченном комплекте запасных элементов (ЗИП);

Кз - коэффициент обеспеченности прибора запасными частями.

Из выражения (6. 21) следует, что коэффициент обеспеченности прибора ЗИПом существенно влияет на коэффициент готовности. Величина Кзсущественно зависит от типов и конструкций навигационных приборов и требует дальнейшего подробного изучения.

Применительно к навигационной аппаратуре величина КГ может быть определена по формуле:

 

(6. 22)

где Тм - длительность нахождения судна в море от момента последнего пополнения ЗИПа;

Тви Т0 - среднее статистическое время восстановления и наработка на отказ прибора.

Рассмотрим ситуацию комплексного использования навигационных приборов. Предположим, что судно оборудовано двумя радиолокационными станциями (РЛС), имеющими одинаковую точность и эксплуатационную надежность. Так как гирокомпас в значительной степени определяет работоспособность РЛС, будем рассматривать систему для определения места судна состоящую из гирокомпаса и элементов РЛС за исключением сельсинов приемников курса, входящих в их комплектацию. Используя принцип практической невозможности маловероятных событий, заключающийся в том, что если случайное событие (отказ обеих РЛС) имеет очень малую вероятность, то практически можно считать, что в единичном испытании это событие не наступит, запишем выражение для вероятности отсутствия навигационного происшествия Р2при использовании РЛС для определения места судна в следующем виде:

Р₂ = [К_Г1К_Г2(Р¹₃ – К_Г3Р¹₄) + К_Г2К_Г3Р¹₄ +

+К_Г1К_Г3(1 – К_Г2)Р¹₃ ]·G₂(1 – R) (6. 23)

где КГ2 и КГ3 - коэффициенты готовности первой и второй РЛС;

Р13 и Р14- показатели навигационной безопасности при определении места судна по радиолокационному пеленгу и расстоянию и по нескольким расстояниям;

G2 - вероятность обнаружения и опознания навигационных ориентиров посредством РЛС.

Последняя величина может быть описана выражением:

 

(6. 24)

где D0Dn- дистанция до навигационного ориентира и дистанция обнаружения, при которой данный объект будет практически обнаружен с вероятностью равной единице;

m2 - средняя квадратическая погрешность измерения на выбранной шкале.

Значения величин получаемых по формуле (24) представим в табличном виде.

Таблица 4.Вероятность обнаружения и опознания навигационного ориентира посредством РЛС.

 

1D0 \ Dn	2.0	4.0	6.0	8.0
2.0	1.0000	-	-	-
3.0	0.5738	-	-	-
4.0	0.3292	1.0000	-	-
5.0	0.1889	0.5738	-	-
6.0	0.1084	0.3292	1.0000	-
7.0	0.0621	0.1889	0.5738	-
8.0	0.0357	0.1084	0.3292	1.0000
9.0	0.0205	.0621	0.1889	0.5738
10.0	0.0117	0.0357	0.1084	0.3292

 

Применив теорему о вероятности появления хотя бы одного события, получим выражение для оценки вероятности отсутствия навигационного происшествия при использовании ранее упомянутых приборов для определения места судна:

Р0 = 1 – (1 – Р1) (1 – Р2) (6. 25)

Изложенный выше материал показывает, как решаются задачи оценки показателя навигационной безопасности при использовании различных приборов для определения места судна. Дальнейшее рассмотрение этой проблемы должно показать решение задач безопасности с учетом работы приборов счисления и управления, связи надежности и точности навигационных приборов, определение периодичности контроля (например, сличения показаний компасов) работы приборов и расчета потребности в запасных частях для них.

ВЫВОДЫ

Как видно из постановки задачи количественной оценки навигационной безопасности, она имеет комплексный характер. Для решения этой задачи необходимо учитывать самые разнообразные аспекты безопасности мореплавания:

экономические и технические проблемы развития флотов и судоходства в целом;

цели работы и производственные задачи в очень разнообразных условиях плавания;

техническую оснащенность судов и опыт ее использования конкретными членами экипажей;

психологические и физиологические возможности людей операторов при работе в очень специфических условиях плавания судов;

надежность и работоспособность навигационной аппаратуры в жестких условиях морской эксплуатации и многое другое.

Естественно, что в разработке методов решения всех возможных задач количественной оценки безопасности плавания судна должны принимать участие специалисты самых различных профилей. В первую очередь при разработке таких методов должны учитываться требования международных документов по безопасности мореплавания, которые в последние годы внедряются в практику судоходства все с большей настойчивостью и постоянством. Например, внедрение требований конвенции МКУБ предусматривает проведение на каждом судне значительных и разносторонних мероприятий направленных на повышение безопасности плавания. Опыт применения требований этой конвенции на судах показывает, что подготовка к выполнению и само выполнение требований конвенции значительно повышает безопасность плавания судов:

за счет более строгого контроля технического состояния судового оборудования,

за счет более четкой организации работы операторов различных уровней при использовании проверочных листов по наиболее скучным, рутинным процедурам.

Несомненно, также и то, что на судах в процессе подготовки к плаванию и самого плавания контроль подготовленности судна к безопасному плаванию и все вопросы такого плавания решаются разными специалистами под общим руководством капитана. В этой связи расчетным методам количественной оценки безопасности плавания судна должны обучаться в первую очередь специалисты судовождения. При этом необходимо помнить, что применение любых расчетных методов позволяет не только получить строгую количественную оценку показателя безопасности плавания, но и видеть какие процессы или этапы работы являются наиболее важными для повышения этой безопасности.

Реальный путь внедрения количественной оценки безопасности плавания может состоять из следующих этапов:

1.Выполнение заблаговременных расчетов оценки безопасности при подготовке судна к плаванию с целью своевременного пополнения снабжения и контроля работоспособности навигационного оборудования.

2. Оперативные расчеты навигационной безопасности в процессе плавания судна с целью определения таких навигационных параметров, которые обеспечивают нужный уровень безопасности.

3. Разработка методов расчета количественных оценок безопасности плавания и навигационных параметров, обеспечивающих заданный уровень безопасности, составление и проверка машинных программ таких расчетов, подготовка методических документов по использованию таких программ.

Основная литература

1. Кожухов В.П. Математические основы судовождения / В.П. Кожухов, В.В. Григорьев, С.М. Лукин -,М.: Транспорт, 1987 - 208 с.

2. Груздев Н.М. Оценка точности морского судовождения / Н.М. Груздев - М.: Транспорт, 1989 -192 с.

3. Навигация / Ю.К. Баранов, М.И. Гаврюк, В.А.Логновский, Ю.А.Песков.- Санкт-Петербург 1997 - 510 с.

4. Задачник по навигации и лоции /М.И. Гаврюк В.В. Григорьев, С.М. Лукин - М.:Транспорт 1984 - 212 с.

 

Дополнительная литература

5. Козлов А.Д. Оценка точности определения места корабля / А.Д. Козлов. - Издание ГУ ВМС 1954 -190 с.

6. Кондрашихин В.Г. Теория ошибок. / В.Г. Кондрашихин - М.: Транспорт 1969 -256 с.

7. Управление промысловыми судами. - Калининград:. Кн. изд.1969 – 307 с.

8. Мизерницкий А.И. Навигация / А.И. Мизерницкий - М.: Морской транспорт 1963 -526 с.

9. В.В.Каврайский Избранные труды т1 / В.В. Каврайский - Л,УГС ВМФ 1956 -358 с.

10. Кораблевождение (практическое пособие для штурманов) – МО СССР ГУН и О №9035 - 648 с.

11. Мореходные таблицы (МТ-2000) – Санкт-Петербург: МО РФ ГУН и О №9011. 2002 576 с.

12. Логиновский В.А. Комплексная обработка навигационных измерений / В.А. Логиновский, С.В. Смоленцев - Одесса: Мортехинформреклама 1988, -322 с.

13. Н.Ю.Рыбалтовский Математическая обработка задач судовождения / Н.Ю.Рыбалтовский - М.: Морской транспорт 1959 – 182 с.

14. Б.А.Вульфович Методы расчета основных элементов навигационных изолиний / Б.А.Вульфович - М.: Пищевая Промышленность 1974. - 156 с.

15. Б.А.Вульфович Модели навигационного пространства и изолинии, ч1. / Б.А.Вульфович - Мурманск 1988 – 132 с.

16. Вульфович Б.А. Основные принципы теории случайных погрешностей / Б.А.Вульфович, С.В. Пашенцев - Мурманск 1985 - 124 с.

17. А.П.Ющенко Способ найменьших квадратов / А.П. Ющенко - М.: Морской транспорт 1981 - 206 с.

19. Николаев А.В. Оценка точности плавания судов флота рыбной промышленности / А.В. Николаев - М.: Пищевая Промышленность 1977 - 143 с.

20. Кондрашихин В.Т. Определение места судна / В.Т. Кондрашихин - М.: Транспорт 1989 - 231 с.

 

Ó Пазынич Георгий Иванович