Математическое и информационное обеспечение мониторинга и управления движением судов с использованием аис на внутренних водных путях России

Вид материала

Автореферат

Содержание Сикарев Александр Александрович Барщевский Е.Г. Методологической основой исследования Научная новизна Практическая ценность работы Реализация научных результатов. Публикации и апробации работы. Объем и структура работы 2. Содержание работы Во втором разделе Плотность вероятности W(R) Рис. 2 Построение профиля трассы Рис. 3. Зависимость |V|дБ от переменной p при различных значениях параметра  Рис. 4 Влияние заграждающего рельефа на вероятность ошибки приема сигнала БС судовым транспондером АИС Рис. 6 Покрытие зоны р. Лена полем спутниковой АИС 3.Основные результаты работы Публикации по теме диссертации В других изданиях

Подобный материал:

• Санкт – Петербург, 721.71kb.
• Общая характеристика Актуальность темы исследования, 183.53kb.
• Технология построения информационного и математического обеспечения систем автоматизированного, 619.82kb.
• Типовая программа обучения судоводителей судов, поднадзорных государственной инспекции, 520.4kb.
• Правила радиосвязи на внутренних водных путях российской федерации введены в действие, 652.54kb.
• Федерации решение, 81.23kb.
• Рабочая программа итоговой государственной аттестации выпускников для специальности, 240.91kb.
• Правила радиосвязи на внутренних водных путях Российской Федерации. Департамент речного, 227.59kb.
• Положение о функциональной подсистеме организации работ по предупреждению и ликвидации, 220.18kb.
• Саморегулируемая организация, 46.35kb.

На правах рукописи

Красников Валерий Валерьевич


МАТЕМАТИЧЕСКОЕ и информационное обеспечение мониторинга и управления движением судов с использованием АИС на внутренних водных путях России


Специальность 05.13.06

Автоматизация и управление технологическими

процессами и производствами (технические системы)


АВТОРЕФРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт- Петербург

2009


Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций.


Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Сикарев Александр Александрович


Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Бескид Павел Павлович,

кандидат технических наук, доцент Чертков Александр Александрович


Ведущая организация: ОАО «Холдинговая компания «Ленинец»


Защита диссертации состоится «12» ноября 2009 г. в 16.00 часов

в аудитории 235 на заседании диссертационного совета Д 223.009.03 при Санкт-Петербургском Государственном Университете Водных Коммуникаций по адресу: 198035, Санкт-Петербурш, ул. Двинская, д. 5/7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского Государственного Университета Водных Коммуникаций.


Автореферат разослан 05 октября 2009 года.


Ученый секретарь

диссертационного совета Барщевский Е.Г.

к.т.н., доцент

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Потенциальные возможности речного транспорта Российской Федерации весьма значительны, а географические и технические возможности создают перспективную основу включения РФ в Европейскую систему внутренних водных путей, что настоятельно требует повышения безопасности и эффективности транспортных сообщений, развития и совершенствования технических средств и систем, занятых в процессах мониторинга и управления движением судов.

В соответствии с требованиями Федеральной целевой программы "Модернизация транспортной системы России (2002-2010 годы)" (подпрограмма "Внутренние водные пути") и "Концепции развития внутреннего водного транспорта", утвержденной Распоряжением Правительства Российской Федерации от 3 июля 2003 г. № 909-р, обеспечение безопасности судоходства и экологической безопасности на внутренних водных путях является одним из приоритетов государственной политики.

Новейшие информационные системы, такие как “Автоматизированная идентификационная система (АИС)”, позволяют решить поставленную задачу при интеграции их в состав действующих береговых систем управления движением судов, в том числе для построения национальных и глобальных систем мониторинга и управления движением флота. Для регионов, входящих в Единую Глубоководную Систему РФ (ЕГС РФ), основным направлением определено именно развитие береговой инфраструктуры, в частности за счет построения цепей станций и ретрансляторов АИС. В то же время, для других регионов и в особенности для протяженных рек Сибири и Дальнего Востока, вероятно, вследствие необходимости значительных финансовых вложений такой подход не будет применен в качестве основного, что подтверждается подписанием Федеральным агентством морского и речного транспорта Министерства транспорта РФ распоряжения от 7 июля 2006г.: "О развитии технологических сетей связи на внутренних водных путях" № АД-103-р, в соответствии с которым оборудование спутниковой системы радионавигации и связи (ССРНС) «Глобалстар» и спутниковой системы связи (ССС) «ИНМАРСАТ» рекомендовано использовать на речных судах удаленных районов внутренних водных путей Сибири, Дальнего Востока и малонаселенных районов Европейской части России для обеспечения технологической связью и в целях повышения безопасности судоходства.

Кроме того, с 31 декабря 2008 года вступил в силу закон о внедрении технологии дальнего мониторинга LRIT (Long Range Identification and Tracking System - система дальней идентификации и контроля за местоположением судов) и обязал страны отслеживать суда, находящиеся в зоне их ответственности.

В связи с изложенным, целью диссертационной работы является решение задач математического и информационного обеспечения повышения эффективности мониторинга и управления движением судов с использованием возможностей береговых станций АИС и ССРНС на ВВП России. Решение такой задачи невозможно без использования математических методов моделирования влияния различного вида факторов для определения перспектив использования АИС в составе автоматизированных систем управления движением судов (АСУ ДС).

Для достижения сформулированной цели в работе поставлены, обоснованы, решены и выносятся на защиту следующие научные результаты:

1. Оценка существующего мирового и отечественного опыта построения береговых сетей АИС, а также перспектив развития АСУ ДС в иерархической триаде “Корпоративная Речная информационная система (КРИС) – Речные информационные службы (РИС) - АСУ ДС” и предметной области в части принципов функционирования и особенностей информационного обеспечения, а также структуры системы базовых станций АИС как подсистемы речной АСУ ДС.
   
2. Методика, модели и алгоритмы решения многопараметрических стохастических задач, оптимизирующих структуру зон действия береговых и спутниковых станций АИС.
   
3. Аналитические решения для определения оптимальных радиусов и зон действия базовых и спутниковых станций АИС с учетом заграждающего рельефа, особенностей передачи сигналов по каналам связи и взаимного перемещения судов относительно базовых станций.
   
4. Научно-обоснованные предложения по созданию информационных полей АИС на ЕГС Европейской части России, а также для ВВП с низким уровнем развития инфраструктуры (Восточная Сибирь).
   

Методологической основой исследования являются принципы системного анализа и управления технологическими процессами, экспертные оценки и методы их обработки, теория АСУ, теория радиосвязи, радиолокации, спутниковой навигации, методы формирования алгоритмов проектирования систем связи и управления.

Научная новизна работы состоит:

1. В разработке методики и синтезе алгоритмов решения многопараметрических стохастических задач расчета зон действия береговых и спутниковых станций АИС при раздельном и совместном влиянии трех вероятностных факторов: взаимного перемещения транспондера АИС относительно базовой станции, вариаций высот заграждающего рельефа и особенностей передачи сигналов АИС по каналам связи;
   
2. В получении аналитических решений для определения оптимального радиуса и зон действия береговых станций АИС для создания сплошных информационных полей АИС в зонах РИС Беломоро-Балтийского канала, большой Волги, ГБУ “Волго-Дон”, ФГУ “Камводпуть”;
   
3. В разработке схемы интеграции в АСУ ДС системы дальнего мониторинга и управления движением судов для передачи сообщений АИС по каналам ССРНС «Глобалстар»;
   
4. В разработке методики определения зон действия спутниковых АИС для целей информационного обеспечения протяженных рек с низким уровнем развития инфраструктуры.
   

Практическая ценность работы состоит в том, что сформулированные выводы и предложения могут быть использованы при реализации проектов создания комплексных систем управления движением судов и безопасности судоходства на внутренних водных путях России. Разработанные методы и модели использования АИС могут явиться базой для модернизации существующих и построения новых АСУ ДС на различных участках внутренних водных путей, а также существенно уменьшить риски, связанные с некорректным построением информационных полей АИС.

Реализация научных результатов. Отдельные положения диссертационной работы реализованы в Санкт-Петербургском Государственном университете водных коммуникаций, а также в составе систем мониторинга за движением судов морского агентства ООО «РУСМАРИН».

Публикации и апробации работы. По тематике работы опубликовано 8 научных статей, в том числе 2 статьи в изданиях, предусмотренных “Перечнем изданий ВАК”. Осуществлен доклад на межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Водный транспорт России: история и современность», посвященной 200-летию транспортного образования в России (СПГУВК, 2009).

Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка опубликованных источников, содержащего 107 отечественных и зарубежных работ, включает в себя 154 страницы текста, 49 рисунков, 12 таблиц.

2. Содержание работы

Проведенная в разделе 1 оценка свидетельствует о том, что комплексный подход к построению систем управления движения судов имеет в своей основе соблюдение принципов и развитие структур, устанавливаемых концепцией речной информационной иерархической триады "Корпоративная речная информационная система (КРИС) - Речные информационные службы (РИС) -Автоматизированные Системы Управления движением судов (АСУ ДС)". Можно утверждать, что именно АСУ ДС в настоящее время доминируют в триаде и обеспечивают выполнение требований компетентных органов в вопросах мониторинга, управления и безопасности судоходства. Проанализированы основные принципы построения и функционирования АСУ ДС, их структура и информационное обеспечение на основе установленных функциональных задач по идентификации и сопровождению судов и других навигационных объектов. Показана актуальность создания интегрированных систем мониторинга и управления движением судов, одновременно решающих задачи государственного контроля судоходства и информационного обеспечения всех участников транспортного процесса. Основными направлениями развития берегового сегмента определены: 1. Комплексный подход к регулированию движения судов. 2.Повышение уровня автоматизации и развитие автоматизированного информационного анализа в АСУ ДС. 3.Оптимизация структуры АСУ ДС. 4.Интеграция АИС в состав действующих АСУ ДС. 5.Совершенствование методов управления информационными потоками в АСУ ДС. 6.Построение национальных и глобальных систем мониторинга с использованием передачи данных АИС по каналам ССРНС «Глобалстар» и ССС «Инмарсат».

Во втором разделе проведен анализ информационного обеспечения и принципов функционирования АИС в речных АСУ ДС с учетом особенностей организации связи, а также основных технико-эксплуатационных параметров базовых станций и судовых транспондеров. В частности, установлены основные принципы применения технологии АИС для информационного обеспечения АСУ ДС, рассмотрены типы и форматы судовых сообщений. Особо отмечено, что в условиях, когда не обеспечивается непрерывное покрытие акватории единой сетью БС АИС, и тем более, когда береговая инфраструктура АИС на ВВП находится на стадии разработки и строительства, особое значение приобретает работа по отысканию математических зависимостей, наиболее полно отражающих работу АСУ ДС в условиях различных рельефов местности, условий передачи сигналов и интенсивности судоходства.

Отдельное внимание в работе уделено анализу принципов и особенностей функционирования БС АИС на ВВП и смежных морских акваториях. При этом в качестве условия эффективного действия системы АИС установлена необходимость определения оптимального радиуса действия береговых станций, в том числе для снижения вероятности потери информации при наложении сигналов от двух судов, что также подчеркивает актуальность задачи разработки соответствующих аналитических моделей.

Поставленная Правительством РФ задача обеспечения эффективного мониторинга судов в условиях ВВП и на смежных акваториях при значительном отставании уровня развития инфраструктуры речных бассейнов (в особенности протяженных рек Сибири и Дальнего Востока) определяет применение ССРНС и ССС для передачи данных АИС в целях удаленного мониторинга подвижных объектов. В разделе предложена структурная схема интеграции системы дальнего мониторинга в АСУ ДС для передачи сообщений АИС в глобальную/национальную сеть по каналам связи «Глобалстар» с использованием сервера сопряжения (Рис.1). Установлена необходимость выполнения программирования станций спутниковой связи на автоматическую передачу отчетов о местоположении с различной дискретностью, а также установления координат центров зон на поверхности Земли для трансляции и приема цифровых потоков. Координаты центров таких зон должны быть установлены и запрограммированы в системе спутника. При построении моделей расчета под определением «спутниковые станции АИС» будем понимать данную систему как базовую станцию с условной антенной, установленной на уровне высоты орбиты ИСЗ.

Р
ис. 1 Схема интеграции в АСУ ДС системы дальнего мониторинга на основе ССРНС «Глобалстар»

Раздел 3 посвящен задаче разработки нелинейных интегро-дифференциальных алгоритмов оптимизации зон действия береговых станций АИС на ВВП. В качестве критерия оценки оптимального радиуса действия БС АИС установлена p_err - эквивалентная вероятность ошибки в приеме кодовой комбинации АИС- сообщения в функции от R_c - среднего радиуса зоны действия БС АИС. Оптимальный радиус зоны действия береговой станции АИС в данном случае определяется формулой:

R_c^opt =arg_R min p_err(R) (1)

При графо-аналитическом решении искомый R_c^opt соответствует точке пересечения кривой p_err(R) и горизонтали P_req.

Вероятность ошибки поэлементного некогерентного приема в канале с постоянными параметрами имеет вид:

(2)

В данном выражении функция F() учитывает форму экранирующего препятствия и в нашем случае определяется модулем ослабления сигнала, описание которого приводится далее. H –высота заграждающего рельефа; R — расстояние между БС и судовым транспондером; b1 - радиус первой зоны Френеля, принимаемый для расчетов в виде

; (3)

χ - энергетический параметр радиолинии:

, (4)

где µ - амплитудный коэффициент передачи в информационном канале; Р_u - мощность принимаемого полезного сигнала в канале только с флюктуационным шумом; P_sens - минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника; h₁ и h₂ - соответственно высоты подъема судовой и береговой антенн; G₁ - коэффициент усиления антенны передатчика БС; G₂ - коэффициент усиления антенны передатчика транспондера; η₁ - КПД фидера, соединяющего передатчик и антенну БС; η₂ - КПД фидера, соединяющего передатчик и антенну транспондера.

Решение задачи разработки алгоритмов расчета зон действия БС АИС построено на последовательном введении в (2) соответствующих моделей описания заграждающего рельефа, замираний сигналов в каналах связи и взаимного перемещения судов относительно БС, что в наиболее общем виде может быть представлено выражением (5):

, (5)

где W(μ) — плотность вероятности для описания канала связи; W(R) - плотность вероятности для описания перемещения транспондера судна относительно БС; W(H) - плотность вероятности для описания заграждающего рельефа; G(μ), G(R), G(H) - области, определяемые соответственно μ, R и H.

В качестве алгоритма оптимизации зон действия береговых станций АИС на ВВП был принят последовательный анализ влияния соответствующих плотностей вероятности на R_c^opt .

Плотность вероятности W(R) для моделей Максвелла и Релея была введена в выражение (5), преобразовав его соответственно в виды (6) и (8). При этом условно принято, что замирания в канале связи отсутствуют, а рельеф местности является равномерным. Технические условия приняты сопоставимыми.

, (6)

, (7)

где . (8)

Сравнительный анализ предложенных моделей показал, что для принятой допустимой вероятности ошибки 10^-4, расчетная дальность для модели Релея ниже на 14 %, чем для при использовании модели Максвелла для описания плотности вероятности перемещения транспондера АИС относительно БС, что устанавливает необходимость обеспечения перекрытия зон действия БС АИС не менее чем на 15% радиуса для снижения вероятности потерь данных АИС.

Поправка на методику оценки, которую стоит учитывать при расчете дальности действия БС АИС, была определена на основе методики кусочно-ступенчатой аппроксимации подынтегральной функции на примере плотности вероятности W(R) для модели Релея. Установлено, что самые неблагоприятные условия работы системы АИС могут быть смоделированы для способа аппроксимации сверху. Значение поправки составляет около 500 метров.

Д
альнейшее развитие предлагаемой модели было осуществлено путем анализа плотности вероятности W(Н) для описания параметров рельефа местности по трем характеристикам: степень закрытости, вариация высот и относительное расположение преграды между корреспондентами. Такие параметры были введены в расчетные выражения с помощью вышеупомянутого модуля ослабления сигнала, для нахождения которого необходимо прежде всего иметь профиль трассы (рис.2).

Рис. 2 Построение профиля трассы


Профиль трассы математически характеризуется коэффициентом, принимаемым для расчетов в следующем виде:

, (9)

где

, (10)

где коэффициент k является отношением расстояний до препятствия и между корреспондентами:

k=R₁/R . (11)

Для расчета множителя ослабления с учетом конкретного профиля трассы удобно пользоваться не высотами антенн h1 и h2, а величиной просвета H_dir между линией АВ и профилем трассы в наиболее высокой точке профиля.

При расчетах иногда удобно пользоваться не абсолютной, а относительной величиной просвета:

p=H_dir/H₀ . (12)

П
ри определении множителя |V| для каждого значения Н₀ необходимо находить свое значение  и по графику (рис.3) определять соответствующее значение |V|[дб] при рассчитанном значении p .

Рис. 3. Зависимость |V|дБ от переменной p при различных значениях параметра 

Таким образом, для модели канала связи с постоянными параметрами, с учетом (5), (6) и (9):

(13)

и с учетом (5), (7) и (9):

, (14)

где α - параметр распределения, равный обычно 0,01….0,5.

Анализ влияния характеристик рельефа на дальность действия системы АИС установил существенное влияние на радиус действия БС степени закрытости рельефа, а также снижение дальности уверенного приема при более близком относительном расположении препятствия к БС (коэффициент k). Кроме того, в работе определена зависимость дальности действия системы от вариации высот заграждающего рельефа, характеризуемой параметром α и проведен сравнительный анализ подобных зависимостей.

При значительной вариации высот заграждающего рельефа уменьшается влияние вида используемой модели перемещения судна, в то время как незначительная вариация высот, определяемая меньшими значениями параметра α, приводит к необходимости ориентироваться на модель плотности вероятности Релея, ибо уменьшает расчетную дальность системы и, что очевидно, при минимальных значениях соответствует модели равномерного заграждающего рельефа. Основные результаты приведены на рис. 4.




. Рис. 4 Влияние заграждающего рельефа на вероятность ошибки приема сигнала БС судовым транспондером АИС


На основании полученных результатов сформулирован ряд рекомендаций по размещению БС АИС при проектировании речных информационных систем. Отмечено, что станция с антенной транспондера на большей высоте оказывается эффективней на трассах с открытым или слабо пересеченным типом местности. При закрытом рельефе целесообразнее устанавливать большее количество «низких» антенн БС и в том числе внутри зоны действия более высоких для выполнения задач уверенного приема во всех точках участка.

Третьим шагом в разработке алгоритма оптимизации зон действия БС АИС стал анализ плотности вероятности W(μ). Методика определения зон действия БС АИС была дополнена учетом статистических характеристик канала связи, отличных от канала с постоянными параметрами путем применения однопараметрической модели распределения Релея:

(14)

С учетом (5), (6), и (13):

(15)

и с учетом (5),(7) и (14):

. (16)

Для принятой ранее вероятности ошибки 10^-4, наиболее восприимчивой к учету влияния канала связи оказалась модель, описанная выражением (15). Расчетная дальность сократилась почти на 36%. Для модели (16) такое снижение не превысило 15%. Таким образом, подтверждено, что наличие замираний сигналов АИС может значительно снизить расчетную дальность и выступает оценкой снизу при использовании релеевских замираний, представляющих один из наиболее тяжелых случаев.

Анализ работ посвященных влиянию помех различного происхождения на верность передачи сообщений в УКВ диапазоне показал, что применение данных методик к работе системы АИС может составить предмет отдельного исследования

Исследованные качественные и количественные закономерности для АИС вскрывают их специфические особенности и подтверждают весьма высокую эффективность моделей расчета зон действия БС АИС.

Раздел 4 посвящен расчету зон действия береговых и спутниковых станций для построения цепей АИС на отдельных участках ВВП, вписанных во второй этап развертывания сегментов системы на ЕГС РФ и для бассейна реки Лена. В соответствии с методикой предложенной в разделе 3, представлены проекты размещения БС АИС для создания сплошного информационного поля в зонах РИС Беломоро-Балтийского канала, Волго-Донского канала, р. Волги, и ФГУ «Камводпуть» для БС АИС, работающих в диапазоне УКВ морской подвижной службы (161,975 МГц и 162,025 МГЦ) и речной УКВ (300,475 МГц). Также определены координаты центров шести зон, лежащих в бассейне реки Лена, для трансляции и приема цифровых потоков по каналам ССРНС «Глобалстар» при создании непрерывного информационного поля АИС.

Решением поставленной задачи для зоны РИС 1 (Беломоро-Балтийский канал) определена установка 11-ти базовых/ретрансляционных станций морского диапазона или 18-ти «речных» БС. Даны рекомендации по снижению вероятности наложения сигналов АИС от судов, работающих на смежных морских акваториях, чем скорректировано предположение о достаточности в зоне РИС 1 десяти БС АИС.

Для Волго-Донского судоходного канала принята достаточность установки пяти БС АИС речного диапазона частот АИС и определена последовательность ввода системы в эксплуатацию. Высказана рекомендация по установке трех БС АИС морского диапазона для целей мониторинга и управления движением судов. Вместе с тем, в случае принципиального решения об установке БС речного диапазона для обеспечения мониторинга судов, в качестве станций первой очереди необходимо установить станции в районе п. Красноармейск, Ивановка, Старый Рогачик и Карповка. Благоприятные для судоходства условия и отсутствие гидротехнических сооружений позволяют отнести установку станции в районе п. Пархоменко на вторую очередь.

Рассмотрен вариант построения сплошного информационного поля АИС для зоны Большой Волги с учетом влияния характеристик заграждающего рельефа и навигационных особенностей района. Общее количество станций и ретрансляторов морского диапазона АИС составляет 81 единицу.

Очевидно что столь значительное количество станций, призванное обеспечить полное покрытие зоны РИС 5 информационным полем АИС, вероятно не скоро будет организовано, поэтому к установке в составе первой очереди рекомендованы станции в п. Казань, Волгоград, Тольятти, Чистополь, Ярославль и дополнительная станция в составе АСУ ДС п. Астрахань для приема судов, прибывающих с моря. По мере развертывания системы рекомендуется установка остальных ретрансляционных станций для создания единой цепи АИС большой Волги.

Для создания информационного поля ФГУП «Камводпуть» обоснована установка 52-х ретрансляторов АИС морского диапазона в соответствии с особенностями водного пути и исходя из наиболее употребительных моделей построения системы. Базовыми пунктами развертывания системы АИС рекомендуется определить Соликамск, Пермь, п. Чайковский, Нефтекамск, Набережные Челны с последующим развертыванием второй очереди ретрансляторов.

Обоснована применимость методики расчета зон действия спутниковых станций АИС при передаче сообщений АИС по каналам связи «судно-спутник» по стандарту CDMA. В соответствии с выражением (17) рассчитан потенциальный радиус зоны обслуживания ИСЗ для максимально-допустимой в дискретных (цифровых) каналах вероятности ошибки 10 ^-6.

(17)


В
ычисленный по формуле (17) потенциальный радиус зоны составляет 720 км. Применение соответствующей плотности вероятности для описания перемещения судна (транспондера АИС) относительно БС с помощью модели Релея показало существенное снижение расчетной зоны покрытия (рис.5).

Для указанной вероятности ошибки зона обслуживания будет представлять круг на поверхности земли радиусом около 310 км (рис. 6) с центром в запрограммированной точке.





Рис. 6 Покрытие зоны р. Лена полем спутниковой АИС

Данный результат подтверждает расчеты производителей о том, что обеспечение связью гарантировано в радиусе 300 км от центра зоны.

Весьма актуальным определен вопрос обеспечения работы системы в условиях заграждающего рельефа, однако, учитывая значительную высоту орбиты спутника можно предположить, что влияние заграждающего рельефа будет оказывать существенное влияние лишь при весьма высокой степени закрытости рельефа и преимущественно на границах зон. Подобные условия могут наблюдаться в зонах 3 и 4, где отмечаются значительные высоты заграждающего рельефа и повороты русла реки. Однако, запрограммированное в систему гарантированное перекрытие зон не менее чем на 15% позволяет полагать, что условие приема сообщений АИС будет выполнено. Проведенный предварительный анализ показал, что весьма значительное влияние заграждающего рельефа отмечается уже при высотах от 250 метров, поэтому для отдельных наиболее сложных в навигационном отношении участков, а также при наличии замираний сигналов в каналах связи может быть проведено отдельное исследование с введением в расчеты соответствующих плотностей вероятности. Отмеченное существенное снижение потенциального радиуса действия системы при учете вероятностных факторов подтверждает необходимость дальнейшей проработки приведенной модели для оптимального покрытия участков ВВП зонами обслуживания.

3.Основные результаты работы

В настоящей диссертационной работе представлено новое решение актуальной научной задачи по повышению безопасности судоходства на ВВП РФ на основе разработки методов математического и информационного обеспечения мониторинга и управления движением судов с использованием АИС на внутренних водных путях России.

На основе теоретических исследований поставленных задач, математического, алгоритмического, программного и имитационного моделирования основных характеристик информационных потоков судовых сообщений АИС получены следующие основные научные результаты:

1. На основании оценки мирового и отечественного опыта проведена оценка канонической структурной схемы и особенностей информационного функционирования АСУ ДС в ключе информационных потоков. Показана актуальность и определены цели создания интегрированных систем, одновременно решающих задачи государственного контроля судоходства и информационного обеспечения всех участников транспортного процесса;
   
2. Предложена методика, модели и алгоритмы решения многопараметрических стохастических задач, оптимизирующих структуру зон действия береговых и спутниковых станций АИС, а также следующие аналитические решения:
   

- рассчитана и обоснована степень перекрытия зон действия станций АИС при построении непрерывного информационного поля;

- установлено численное значение поправки на методику оценки оптимального радиуса зон действия БС АИС;

-определено существенное влияние на расчетную дальность БС АИС характеристик заграждающего рельефа при учете трех факторов: степень закрытости рельефа, относительное расположение препятствия и БС, вариация высот заграждающего рельефа;

-путем введения в алгоритм расчета и анализа однопараметрической модели распределения Релея для канала связи, отличного от канала с постоянными параметрами, подтверждено и рассчитано негативное влияние замираний сигналов АИС на расчетную дальность БС. Сформулированы научно-обоснованные предложения по созданию информационных полей АИС для входящих в ЕГС РФ зон РИС Беломоро-Балтийского канала, большой Волги, ГБУ “Волго-Дон”, ФГУ “Камводпуть”, а также на реке Лена для передачи сообщений в глобальные и национальные системы мониторинга и управления движением судов.

3. С учетом рекомендаций по снижению вероятности наложения сигналов от судов, работающих на смежных морских акваториях, предложена топологическая структура берегового сегмента АИС, создающая сплошные информационные поля для зон РИС Беломоро-Балтийского канала, большой Волги, ГБУ “Волго-Дон”, ФГУ “Камводпуть”. Для бассейна реки Лена определены координаты центров шести зон для трансляции и приема цифровых потоков сообщений АИС при использовании ССРНС «ГЛОБАЛСТАР».
   

Публикации по теме диссертации

В изданиях, предусмотренных «Перечнем изданий ВАК»:

1. В.В. Красников, И.А. Поплёскин, М.С. Савченко // Применение интегрированных навигационных систем для обеспечения безопасности судовождения на ВВП Российской Федерации. Ж. «Вопросы радиоэлектроники», серия РЛТ. Вып.1. М.: ОАО „ЦНИИ „Электроника“, 2009, с. 9-16.
   
2. В.В. Красников, А.А. Сикарев // Расчет зон действия базовых станций речных автоматизированных идентификационных систем при замираниях сигналов, ж. «Морская радиоэлектроника», № 23, Спб.: Судостроение, 2008, с. 30-32.
   

В других изданиях:

3. В.В. Красников, Ю.В. Петухов, А.А. Сикарев, А.В. Холин // Особенности использования модели закона Максвелла при расчете дальности и зон действия речных АИС. Межвузовский сборник научных трудов «Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях». Под ред. д.т.н. проф. А.А. Сикарева. -Вып. 7.- СПб.: СПГУВК, 2006, с.89-94.
   
4. В.В. Красников, А.А. Сикарев, А.В. Холин // О приближенном вычислении дальности и зон действия речных АИС при релеевской модели взаимного перемещения судового транспондера относительно береговой станции. Межвузовский сборник научных трудов «Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях». Под ред. д.т.н. проф. А.А. Сикарева. -Вып. 6.- СПб.: СПГУВК, 2006. с.112-116.
   
5. В.В. Красников, Ю.В. Петухов, А.А. Сикарев, А.В. Холин // Сравнительный анализ эффективности моделей законов Максвелла и Релея при расчете зон действия речных АИС в условиях вариации высот заграждающего рельефа. Межвузовский сборник научных трудов «Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях». Под ред. д.т.н. проф. А.А. Сикарева. -Вып. 7.- СПб.: СПГУВК, 2006, с. 95-99.
   
6. В.В. Красников, А.А. Сикарев, А.В. Холин // О расчете дальности и зон действия речных автоматизированных идентификационных систем при релеевской модели взаимного перемещения судового транспондера относительно береговой станции. Межвузовский сборник научных трудов «Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях». Под ред. д.т.н. проф. А.А. Сикарева. -Вып. 6.- СПб.: СПГУВК, 2006. с.108-112.
   
7. Е.Л. Бродский, В.В. Красников, А.А. Сикарев // О влиянии характеристик рельефа на дальность действия системы АИС при использовании релеевской модели взаимного перемещения транспондеров. Ж. «Информост. Радиоэлектроника и телекоммуникации». № 4(46). М., 2006, с. 41-43.
   
8. Красников В.В. // Материалы межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Водный транспорт России: история и современность», посвященной 200-летию транспортного образования в России. Книга 3. СПБ.: СПбГУВК, 2009, с.115-118.