Collision avoidance by constructing and using a passing area in on-board controller

Abstract

The object of research is the processes of automatic optimal passing of one’s own ship with many dangerous targets, including maneuvering ones, by the method of constructing the area of permissible passing parameters in the on-board computer. According to the European Maritime Safety Agency (EMSA), the largest number of ship accidents in 2014–2019 occurred due to collision (32 %). On modern ships, for observation and passing with targets, ARPA (automatic radar plotting aid) is used, which allows to automate manual operations, and the built-in function «Playing the maneuver» provides the navigator with a convenient graphic interface for solving passing problems. At the same time, ARPA is an automated system that assumes the presence of an operator in the control circuit. The presence of a person in the control circuit is related to the «human factor», which is a prerequisite for the occurrence of various types of accidents, including ship collisions. The most effective means of reducing the influence of the «human factor» on control processes is the introduction of automatic control modules in automated systems. The paper develops a method for the passing module, which allows automatic and optimal passing with many targets, including maneuvering ones. The number of targets for passing is not limited by the method, but is limited only by the capabilities of the ARPA to track the targets. The obtained results are explained by the fact that at each step of the on-board computer, a region of permissible passing parameters is constructed for all purposes, passing parameters that optimize a given optimality criterion are selected from the constructed region, the selected parameters are used as software in the control law. The developed method can be used on ships, subject to integration into the existing automated system of an on-board computer with an open architecture, to increase the capabilities of automatic traffic control, in this case, the possibility of automatic optimal passing with many objectives, including maneuvering. Об'єктом дослідження є процеси автоматичного оптимального обходу власного судна з багатьма небезпечними цілями, включаючи маневрові, методом побудови області допустимих параметрів обходу в бортовому комп'ютері. За даними Європейського агентства з морської безпеки (EMSA), найбільша кількість суднових аварій у 2014–2019 роках сталася через зіткнення (32 %). На сучасних суднах для спостереження та обходу з цілями використовується ARPA (автоматичний радіолокаційний прокладач), який дозволяє автоматизувати ручні операції, а вбудована функція « Відтворення маневру » забезпечує штурману зручний графічний інтерфейс для вирішення задач обходу. Водночас ARPA є автоматизованою системою, яка передбачає присутність оператора в колі керування. Присутність людини в колі керування пов'язана з « людським фактором » , що є передумовою виникнення різних видів аварій, включаючи зіткнення суден. Найефективнішим засобом зменшення впливу « людського фактору » на процеси керування є впровадження модулів автоматичного керування в автоматизовані системи. У статті розроблено метод модуля розгалуження, який дозволяє здійснювати автоматичний та оптимальний розгін з багатьма цілями, включаючи маневрові. Кількість цілей для розгалуження не обмежується методом, а обмежується лише можливостями ARPA щодо відстеження цілей. Отримані результати пояснюються тим, що на кожному кроці бортового комп'ютера будується область допустимих параметрів розгалуження для всіх цілей, з побудованої області вибираються параметри розгалуження, що оптимізують заданий критерій оптимальності, вибрані параметри використовуються як програмне забезпечення в законі керування. Розроблений метод може бути використаний на суднах за умови інтеграції в існуючу автоматизовану систему бортового комп'ютера з відкритою архітектурою для підвищення можливостей автоматичного керування рухом, в даному випадку, можливості автоматичного оптимального розгалуження з багатьма цілями, включаючи маневрування.