Повышение эффективности информационного обеспечения речной дифференциальной подсистемы ГЛОНАСС/GPS для мониторинга и управления движением судов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Андрюшечкин, Юрий Николаевич

• Андрюшечкин, Юрий Николаевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Андрюшечкин, Юрий Николаевич

Введение

Перечень используемых сокращений

Глава 1 Анализ международного и российского опыта создания автоматизированных систем движения судов на внутреннем водном транспорте

1.1.Анализ основных международных и национальных требований к АСУ движением судов

1.1.1 Общие требования к техническим средствам АСУДС

1.1.2 Береговые РЛС АСУДС

1.1.3 Средства обработки и отображения радиолокационной информации АСУДС

1.1.4 Средства связи АСУДС

1.1.5 Средства регистрации информации АСУДС

1.1.6 Аппаратура АИС в структуре АСУДС

1.1.7 База данных АСУДС

1.2.Структура и методы построения АСУ ДС

1.3.Особенности построения речных АСУ ДС

1.3.1. Обзор СУДС на внутренних водных путях России

1.3.2. Корпоративная речная информационная система (КРИС)

1.3.3. Речная информационная служба (РИС)

1.3.4. Структура речной СУДС 40 Выводы по Главе

Глава 2 Исследование принципов построения и технологий формирования, дифференциальных полей на ВВП

2.1.Основные международные и национальные требования, предъявляемые к дифференциальным системам высокоточного позиционирования

2.1.1. Опорная станция и архитектура приемника

2.1.2. Эталон времени

2.1.3. Оценка технического состояния спутников и факторы, влияющие на точность местоопределения

2.1.3.1. Ионосферные воздействия

2.1.3.2. Тропосферные воздействия

2.1.3.3. Многолучевое распространение

2.1.4. Навигационная аппаратура потребителя

2.1.4.1. Применение дифференциальных поправок ГНСС

2.1.4.2. Приемник ОР8/ГЛОНАСС

2.2.Принципы построения дифференциальных дополнений спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/ОР8 56 2.2.1. Широкозональные дифференциальные подсистемы

2.2.2 Региональные дифференциальные подсистемы

2.2.3 Локальные дифференциальные подсистемы

2.3.Технологии формирования дифференциальных полей высокоточного место определения на ВВП

2.3.1 Сетевой метод

2.3.2 Широкозональный метод

2.3.3 Комбинированный метод 74 Выводы по Главе

Глава 3 Математическое обеспечение топологии зон действия речных дифференциальных подсистем работающих в СВ диапазоне

3.1.Модели аппроксимации монокомпонентных подстилающих поверхностей

3.1.1 Модель М.В. Шулейкина - В. Ван-др-Поля

3.1.2 Модель В.Д. Фока

3.2.Модели поликомпонентных подстилающих поверхностей

3.2.1 Модель профессора Е. Л. Фейнберга

3.2.2 Апроксимационная модель поликомпонентных подстилающих поверхностей базирующаяся алгоритмах сегментации N = ап + (Зш

3.2.3 Особенности сшивания и алгоритм учета граничных условий при аппроксимации поликомпонентных подстилающих поверхностей

Выводы по Главе

Глава 4 Методика и алгоритм определения зон действия речных ККС работающих в СВ диапазоне для сферических неоднородных подстилающих поверхностей

4.¡.Алгоритм определения дальности передачи корректирующей информации поверхностной волной СВ диапазона

4.2Методика определения топологии рабочей зоны речной ККС с учетом сферичности и неоднородности подстилающей поверхности

4.3Результаты математического моделирования топологической структуры зон действия дифференциальной системы Глоннас/ОР8 на внутренних водных путях и сопоставительный анализ полученных результатов

4.3.1 Сопоставление данных математического моделирования, полученные с учетом неоднородности подстилающей поверхности и загоризонтной рефракции, и модели аппроксимации поликомпонентных подстилающих поверхностей с использованием теоремы сегментации N = ап + (Зт, определения дальности действия ККС

Выводы по Главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности информационного обеспечения речной дифференциальной подсистемы ГЛОНАСС/GPS для мониторинга и управления движением судов»

Актуальность темы диссертационной работы. Одной из важнейших проблем современного внутреннего водного транспорта является обеспечение надлежащего уровня безопасности плавания при навигации, как в морских районах, так и на внутренних водных путях (ВВП) России, при соответствующем уровне организации транспортного процесса в целом. Это можно объяснить ежегодным ростом интенсивности судоходства на ВВП, внедрением современных высокоскоростных, крупнотоннажных речных судов и судов «река-море» плавания, причем в качестве основного метода судовождения штурманский состав в основном отдает предпочтение лоцманскому методу судоходства. Указанный метод как показывает практика, не всегда позволяет в полной мере обеспечить необходимый уровень безопасности судоходства на ВВП России в соответствии с общепринятыми мировыми стандартами. В качестве конструктивного решения указанной задачи может выступать переход от лоцманского к инструментальному методу судоходства на ВВП, базирующемся на использовании систем электронной картографии в сочетании с высокоточными системами позиционирования на основе спутниковых радионавигационных системы ГЛОНАСС/ОР8 и, вовлечение в процесс управления и мониторинга внутренним водным транспортом инфокоммуникационных систем строящихся по иерархическому принципу.

В настоящее время значительный интерес у специалистов водного транспорта вызывают вопросы, связанные с внедрением на внутреннем водном транспорте Российской Федерации таких систем: корпоративная речная информационная служба (КРИС); речная информационная система (РИС) и автоматизированная система управления движением судов (АСУ ДС). Однако, полноценное функционирование указанных систем невозможно без формирования в их зоне действия сплошного поля дифференциальной поправки. На акватории ВВП России такое поле может быть сформировано в 5

СВ диапазоне контрольно-корректирующими станциями (ККС) локальной дифференциальной подсистемы (ЛДПС) ГЛОНАССАЗРЗ. Таким образом, для обеспечения высокого уровня безопасности судоходства, эффективного мониторинга и управления транспортным процессом на ВВП одной из наиболее актуальных задач является создание топологии зон действия ККС ЛДПС, используемых для передачи корректирующей информации в СВ диапазоне, адекватной структуре судоходных путей, ВВП Российской федерации. Реализация указанной задачи напрямую связано, с учетом влияния подстилающей поверхности, загоризонтной рефракции и параметров приемопередающего оборудования на процесс передачи корректирующей информации поверхностной волной СВ диапазона. Поэтому при построении практически любых речных инфокоммуникационных систем типа КРИС, РИС, АСУ ДС и их функциональных дополнений, имеет место необходимость качественного определения топологии комплексного радионавигационного поля высокоточного местоопределения с учетом частных вариаций зон действия всех ККС ЛДПС, принимающих участие в создании такого поля, а также найти новое решение актуальной научной задачи по определению дальности передачи дифференциальных поправок в СВ диапазоне, что, безусловно, напрямую связанной с обеспечением безопасности судоходства и оптимизации транспортного процесса на ВВП России.

С учетом вышеизложенного целью диссертационной работы является повышение эффективности информационного обеспечения речной дифференциальной подсистемы высокоточного местоопределения судов ГЛОНАССАЗР8 при мониторинге и управлении движением судов на ВВП России.

Предметом исследования являются основные модели, методики и алгоритмы определения дальности передачи корректирующей информации в СВ диапазоне, формы периметров зон действия как отдельных ККС, так и их цепей в речных ЛДПС ГЛОНАСС/ОРБ.

Объектом исследования является система мониторинга и управления движения судов внутреннего водного транспорта России. В такой постановке на защиту выносятся следующие положения:

1. Сравнительный анализ принципов построения и математических моделей определения дальности передачи дифференциальных поправок ЛДПС в речных инфокоммуникационных системах.

2. Аппроксимационная модель определения дальности действия ККС с учетом сферичности и неоднородности подстилающей поверхности, а также параметров приемо-передающего оборудования.

3. Методика оценки дальности действия ККС с учетом сферичности и неоднородности подстилающей поверхности, а также параметров приемопередающего оборудования.

4. Аналитический расчет цепей ККС на реках: Обь, Иртыш; Енисей, Ангара и на Северном морском пути, работающих в СВ диапазоне с учетом влияния поликомпонентной подстилающей поверхности, параметров приемо-передающего оборудования и загоризонтной рефракции.

Методы исследования. В диссертационной работе были использованы современные методы системного анализа, теории управления, теории случайных процессов и теории статических решений, теории математического моделирования, статистической теории связи.

Научная новизна диссертации заключается в том, что найдено новое решение актуальной задачи по определению дальности действия и формы периметра зоны действия как одной ККС, так и цепей ККС с учетом произвольной однородной или кусочно-однородной подстилающей поверхности, загоризонтной рефракции и параметров приемопередающего оборудования.

Практическая значимость результатов работы состоит в том, что создана методика выполнения аналитических расчетов, разработаны рекомендации и конструктивный инструментарий по оптимизации топологии структуры зон действия ККС на реках Обь, Иртыш, Енисей, Ангара и на 7

Северном морском пути.

Реализация результатов работы. Разработанные в диссертационной работе основные научные результаты приняты к реализации в малом инновационном предприятии ООО «Инфоком», Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций и ЗАО «Специализированные промышленные разработки».

Апробация результатов. Основные положения и результаты работы по мере её выполнения докладывались, обсуждались и были одобрены на: II межвузовской научно-практической конференции, студентов и аспирантов СПГУВК «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России, (г. Санкт-Петербург, 2011г.), международной научно-практической конференции «Дни науки-2012» (г. Прага, 2012г.), III межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов СПГУВК «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России, (г. Санкт-Петербург, 2012г.).

Публикации. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы опубликованы в 10 статьях, из них 6 в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 150 страниц текста, в том числе 49 рисунков и 10 таблиц, список использованных источников из 109 наименований.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Андрюшечкин, Юрий Николаевич

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 4

В четвертой главе в соответствии с формулированной во введении проблемой, получены следующие результаты:

1. Предложена новая методика определения дальности и зоны действия локальных дифференциальных дополнений работающих в диапазоне средних волн, учитывающая специфику внутренних водных путей.

2. Разработан новый алгоритм расчета дальности передачи корректирующей информации поверхностной волной СВ диапазона с учетом сферичности, неоднородности подстилающей поверхности, а также параметров приемного и передающего оборудования.

3. Выполнено математическое моделирование цепи ККС формирующих дифференциальное поле на: реках Обь и Иртыш, Енисей, Ангара и на Северном морском пути.

4. Определена топологическая структура цепи ККС формирующих дифференциальное поле на: реках Обь и Иртыш, Енисей, Ангара и на Северном морском пути.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертационной работе представлено решение новой актуальной научной задачи формирования сплошных высокоточных радионавигационных полей в СВ диапазоне на ВВП России с учетом влияния поликомпонентной подстилающей поверхности, параметров приемопередающего оборудования и учета загоризонтной рефракции, на основе создания единого методологического подхода определения топологической структуры зоны действия ЛДПС, работающих для нужд управления движением судов ВВТ России.

На основе теоретических исследований поставленной задачи, математического моделирования формирования сплошных высокоточных радионавигационных полей в СВ диапазоне на ВВП России с учетом влияния подстилающей поверхности, параметров приемопередающего оборудования судов и береговых ККС и учета загоризонтной рефракции получены следующие результаты:

1. На основе системного анализа основной международной и национальной нормативной базы определены и систематизированы основные методы построения автоматизированных систем обеспечения безопасности, мониторинга и управления транспортным процессом. Определена необходимость использования режима высокоточного местоопределения реализуемого на основе речной дифференциальной подсистемы ГЛОНАССЛЗРБ, работающей в СВ диапазоне для обеспечения качественного мониторинга и управления в иерархических триадах «КРИС» - «РИС» - «АСУДС», работающих для нужд внутреннего - водного транспорта. В результате проведенных исследований ряда математических моделей была выявлена необходимость синтеза новой модели позволяющей определять формы периметров зон действия ККС работающих в СВ диапазоне с учетом сферичности и неоднородности подстилающей поверхности, параметров приемопередающего оборудования.

2. Предложена новая методика определения дальности и зоны действия, локальных дифференциальных дополнений работающих в диапазоне средних волн, учитывающая специфику внутренних водных путей.

3. Разработан новый алгоритм расчета дальности передачи корректирующей информации поверхностной волной СВ диапазона с учетом сферичности, неоднородности подстилающей поверхности, а также параметров приемного и передающего оборудования.

4. Выполнено математическое моделирование и определена топологическая структура цепи ККС формирующих дифференциальное поле на реках: Обь и Иртыш, Енисей, Ангара и на Северном морском пути.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Андрюшечкин, Юрий Николаевич, 2012 год

1. Резолюция ИМО А.857(20) "Руководство по СУДС", включающее "Руководство и критерии для СУДС" и "Руководство по найму, квалификации и подготовке операторов СУДС".

2. Резолюъ{ия ИМО MSC.43(64) "Руководство и критерии для систем судовых сообщений".

3. Руководство "Руководство по средствам навигации" (Navguide) Международной Ассоциации маячных служб (МАМС).

4. Типовое положение о СУДС (утверждено Росморфлотом 01.07.96, Письмо № МФ-35/2433 от 30.08.96).

5. Рекомендации по организации штурманской службы на судах Минморфлота СССР (РШС-89) Раздел "Плавание в зоне действия СУДС".

6. Руководство по службам движения судов» (IALA VTS Manual) Международной Ассоциации маячных служб.

7. Резолюция ИМО MSC.99(73) «Принятие поправок к международной конвенции по охране человеческой жизни на море 1874г» Глава 5 «Безопасность мореплавания».

8. Бродский E.JT. Инфокоммуникации управления и мониторинга транспортного процесса на внутренних водных путях Европы /Е. Л. Бродский, А. А. Сикарев// Инфоком. труды MAC. М., 2005. - № 3(34). -С. 20-31.

9. Бродский Е.Л. Информационные системы на внутренних водных путях Европы. /Е. Л. Бродский, А. А. Сикарев// М., Информост- средства связи №2 (15), 2001,с.63-65.

10. Сикарев A.A. Интеграционные процессы на рубеже XX и XXI веков в глобальных и региональных информационных сетях связи и местоопределения подвижных объектов. / А. А. Сикарев // Труды Международной академии связи, №1 (17), 2001, М.

11. Бродский, Е. Л. Инфокоммуникации управления и мониторинга транспортного процесса на внутренних водных путях Европы /Е. Л. Бродский, А. А. Сикарев// Инфоком. труды MAC. М., 2005. - № 4 (35).-С. 21-27.14