Розробка методів та засобів автоматизації навігаційних розрахунків на борту судна в критичних ситуаціях.

Abstract

У межах дослідження розроблено комплексний підхід до підвищення надійності навігаційних систем морських суден за умов відмов електронного навігаційного обладнання, кібератак та енергетичних blackout-сценаріїв. Запропоновано інноваційні алгоритмічні рішення, що забезпечують оперативний перехід від цифрових навігаційних технологій до альтернативних систем, заснованих на методах морехідної астрономії та принципів методу Dead Reckoning ECDIS. Cтворено програмний інструмент для автоматизованого розрахунку координат судна за допомогою секстана. Цей інструмент враховує поправки, методи статистичної обробки серій даних, автоматично виявляє промахи та визначає середні значення з мінімальною сумарною похибкою. Визначення обсервованих координат реалізовано на підставі математичних моделей висотних ліній положення з урахуванням курсу, швидкості й часу між спостереженнями. Крім того, розроблено автономну електронну картографічну систему на базі Python-бібліотек (folium, geopy, ipywidgets), що забезпечує інтерактивне введення координат маршрутних точок, побудову відрізків маршруту, обчислення швидкості й курсу судна, а також візуалізацію результатів на інтерактивних картах. Система може функціонувати локально без доступу до мережі Інтернет завдяки використанню web-орієнтованих картографічних даних, що забезпечує стабільність та надійність обсервації навіть у критичних умовах. Експериментальна перевірка підтвердила високу точність розрахунків та ефективність запропонованих рішень у ситуаціях збоїв електронних навігаційних систем. У разі blackout розроблена система дає змогу екіпажу оперативно відновити навігаційні функції та гарантувати безпеку судна. Практична значущість роботи полягає у створенні гнучкої, надійної навігаційної системи, здатної мінімізувати ризики під час технічних збоїв або цілеспрямованих кібератак. Перспективи подальших досліджень передбачають удосконалення алгоритмів для зниження похибок і адаптацію системи до реальних умов експлуатації на морських суднах за будь-яких умов плавання. The research developed a comprehensive approach to improve the reliability of marine navigation systems in situation of electronic navigation equipment failures, cyber-attacks and blackout conditions. Innovative algorithmic solutions are proposed to ensure a rapid transition from digital navigation technologies to alternative systems based on the methods of marine astronomy and principles of the Dead Reckoning ECDIS method. The software tool has been created for the automated calculation of vessel coordinates using a sextan. This tool takes corrections into account, methods of statistical processing of data series, automatically detects misses and determines average values with a minimum total error. Determination of observed coordinates is implemented based on mathematical models of altitude lines of position taking into account course, speed and time between observations. In addition, an autonomous electronic mapping system based on Python libraries (folium, geopy, ipywidgets) has been developed, which provides interactive input of route points coordinates, construction of route segments, calculation of vessel's speed and course, as well as visualization of results on interactive maps. The system can function locally without access to the Internet due to the use of web-oriented map data, which ensures stability and reliability of observation even in extreme conditions. Experimental testing has confirmed high accuracy of calculations and effectiveness of proposed solutions in situations of electronic navigation system failures. In case of blackout, the developed system allows to restore navigation functions and ensure vessel’s safety. The practical value of the work is to create a flexible, reliable navigation system that minimizes risks in case of technical failures or targeted cyberattacks. Prospects for further research include improving algorithms to reduce errors and adapting the system to real-world operating conditions on vessels in any navigation conditions.