Optimization of divergence in the field of risks

Abstract

The research of the problem of effective methods of preventing ship collisions has become of primary importance in connection with the increase in tonnage, overall dimensions, speed and number of ships involved in sea transportation of goods. An important factor is the emergence of automated systems with automatic control modules, as well as experimental autonomous vessels and systems whose actions have a clear algorithm and a specific target. The use of such control systems makes it possible to reduce uncertainty in the interaction of vessels, as the influence of the human factor on control processes is minimized. Many works are dedicated to the automation of separation processes using modern on-board computers. As a rule, these methods are related to the construction of optimal divergence algorithms that ensure the optimization of a given control quality function. The existing methods of safe divergence are based on absolute safety criteria. However, ship collisions do occur, and an ""absolutely"" safe trajectory contains the probability of collision. Taking this into account, it is more rational to build divergence trajectories that ensure a given collision probability. The main advantage of this approach is taking into account the distribution of risks near the targets and the possibility of optimizing the divergence processes for a given risk. This section deals with the issue of optimal divergence of ships in the field of risks, namely optimal course separation in the ""nearby zone"", where there is an immediate threat of collision and where, with the correct routing, the ship should not go. Maneuvering the course is justified, since the change in speed takes longer and is not always possible (a transition to maneuvering mode is required). The developed methods and the algorithmic and software based on them allow minimizing the trajectory of divergence, provided that the given risk of collision is not exceeded. Дослідження проблеми ефективних методів попередження зіткнень суден набуло першочергового значення у зв'язку зі збільшенням тоннажу, габаритних розмірів, швидкості та кількості суден, що беруть участь у морських перевезеннях вантажів. Важливим фактором є поява автоматизованих систем з модулями автоматичного керування, а також експериментальних автономних суден і систем, дії яких мають чіткий алгоритм і конкретну мету. Застосування таких систем керування дає змогу зменшити невизначеність у взаємодії суден, оскільки мінімізується вплив людського фактору на процеси керування. Багато робіт присвячено автоматизації процесів розходження з використанням сучасних бортових комп'ютерів. Як правило, ці методи пов'язані з побудовою оптимальних алгоритмів розходження, що забезпечують оптимізацію заданої функції якості керування. Існуючі методи безпечного розходження базуються на абсолютних критеріях безпеки. Однак зіткнення суден все ж трапляються, і «абсолютно» безпечна траєкторія містить у собі ймовірність зіткнення. Враховуючи це, будувати раціональні траєкторії розходження, що забезпечують задану ймовірність зіткнення. Основною перевагою цього підходу є врахування розподілу ризиків поблизу цілей і можливість оптимізації процесів розходження для заданого ризику. У цьому розділі розглядається питання оптимального розходження суден в області ризиків, а саме оптимального розходження курсом в «ближній зоні», де існує безпосередня загроза зіткнення і куди при правильному прокладанні маршруту судно не повинно заходити. Маневрування курсом виправдано, оскільки зміна швидкості займає більше часу і не завжди можлива (потрібний перехід в режим маневрування). Розроблені методи та засноване на них алгоритмічне та програмне забезпечення дозволяють мінімізувати траєкторію розходження за умови неперевищення заданого ризику зіткнення.