КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ МЕТЕОСПУТНИКОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕТРА И ВОЛНЕНИЯ ВДОЛЬ МАРШРУТА СУДНА
Аннотация
Проблема построения оптимальных маршрутов движения морских судов, помимо учета множества факторов организационного и технического характера, требует детальной информации о прогнозе метеорологической обстановки вдоль предполагаемого маршрута судна. При выборе безопасного маршрута движения судна наиболее важными метеопараметрами являются: направление и сила ветра, высота и направление волнения морской поверхности. Существующие в настоящее время метеоспутники позволяют решать эту задачу, но площади акваторий, где восстанавливаются необходимые параметры, ограничены орбитами и шириной полосы зондирования этих спутников. В результате обработка данных зондирования одного спутника не даёт возможности получить непрерывную информацию вдоль маршрута судна за необходимые временные интервалы. В работе показано, что, если использовать одновременно данные сразу нескольких спутников, уменьшаются площади акваторий, где существуют разрывы в определении необходимых метеопараметров. Целью работы является анализ возможности комплексного использования данных, получаемых с различных спутниковых метеосенсоров. Рассмотрены спутниковые погодные сенсоры QuikScat, ScatSat-1, Hy-2A, RapidScat, ERS, ASCAT, Jason-2, отличающиеся высотой, наклонением орбиты, а также имеющие различную ширину полосы зондирования. В работе моделируются площади морских акваторий, в пределах которых возможно получение необходимых данных с выбранных метеоспутников. Проведен анализ среднего времени ожидания данных зондирования как от отдельного, так и от группы метеоспутников. Представлены графики распределения промежутков времени между последовательными наблюдениями точки на земной поверхности различными группами метеоспутников на различных широтах (на экваторе, на широте 30 и 60 град.). Комплексирование информации с нескольких метеоспутников существенно сокращает время получения данных спутникового зондирования, позволяя значительно сократить площади акваторий вдоль маршрута судна, где существуют разрывы спутниковых данных. Для априорной оценки времени получения спутниковых данных представлена функция вероятности того, что интервал времени между соседними наблюдениями заданной точки не превысит определенного значения. Показано, что в случае использования информации с нескольких спутников данная функция приближенно может быть описана известной вероятностной моделью массового обслуживания. Основными параметрами модели являются: количество спутников, угол наклонения их орбит и ширина полосы сканирования Земной поверхности каждого из рассматриваемых спутников. Используя данную модель, можно рассчитать набор метеоспутников, которые позволят с заданной вероятностью получать необходимые метеоданные.Сделан вывод о реализуемости планирования маршрута судна с учетом данных о приповерхностном ветре и поверхностном волнении вдоль предполагаемого маршрута судна с учетом информации, получаемой с существующих в настоящее время спутниковых погодных сенсоров.
Ключевые слова
управление движением судов, планирование маршрута, движение спутника Земли, метеоспутник, метеоданные, время получения данных, модель массового обслуживания, Earth satellite motion, queuing model
Читать полный текст статьи: PDF
Список литературы
Kosmas O. T. Simulated annealing for optimal ship routing / O. T. Kosmas, D. S. Vlachos // Computers & Operations Research. - 2012. - Vol. 39. - Is. 3. - Pp. 576-581. DOI: 10.1016/j.cor.2011.05.010.
Lin Y.-H. The Ship-Routing Optimization Based on the Three-Dimensional Modified Isochrone Method / Y.-H. Lin, M.-C. Fang // ASME 2013 32nd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. - Nantes, France: ASME, 2013. - Pp. V005T06A067. DOI: 10.1115/OMAE2013-10959.
Lin Y.-H. The optimization of ship weather-routing algorithm based on the composite influence of multi-dynamic elements / Y.-H. Lin, M.-C. Fang, R. W. Yeung // Applied Ocean Research. - 2013. - Vol. 43. - Pp. 184-194. DOI: 10.1016/j.apor.2013.07.010.
Lu R. A semi-empirical ship operational performance prediction model for voyage optimization towards energy efficient shipping / R. Lu, O. Turan, E. Boulougouris, C. Banks, A. Incecik // Ocean Engineering. - 2015. - Vol. 110. - Pp. 18-28. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2015.07.042.
Tam C. Review of Collision Avoidance and Path Planning Methods for Ships in Close Range Encounters / Tam, R. Bucknall, A. Greig // The Journal of Navigation. - 2009. - Vol. 62. - Is. 3. - Pp. 455-476.
Lazarowska A. Ship’s Trajectory Planning for Collision Avoidance at Sea Based on Ant Colony Optimisation / A. Lazarowska // The Journal of Navigation. - 2015. - Vol. 68. - Is. 2. - Pp. 291-307.
Гриняк В. М. Визуальное представление параметров траектории безопасного движения судна / В. М. Гриняк, А. С. Девятисильный, М. В. Трофимов // Морские интеллектуальные технологии. - 2016. - Т. 1. - № 3 (33). - С. 269-273.
Акмайкин Д. А. Эвристический поиск оптимального маршрута судна по Северному морскому пути / Д. А. Акмайкин, С. Ф. Клюева, П. А. Салюк // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2015. - № 5 (33). - С. 55-62.
Прохоренков А. А. Применение ситуационного метода оценки навигационной безопасности при плавании по внутренним водным путям / А. А. Прохоренков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2011. - № 1. - С. 91-95.
Акмайкин Д. А. Формирование модели экспертной системы оценки безопасности движения судна / Д. А. Акмайкин, С. Ф. Клюева, А. Д. Москаленко, М. А. Москаленко // Транспортное дело России. - 2015. - № 6. - C. 203-206.
Акмайкин Д. А. Проект системы оперативного анализа и оптимизации движения морских судов / Д. А. Акмайкин, С. Ф. Клюева, П. А. Салюк // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2015. - № 1 (29). - С. 229-236.
Сотникова М. В. Алгоритмы формирования маршрутов движения судов с учетом прогноза погодных условий / М. В. Сотникова // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 10. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. - 2009. - № 2. - С. 181-196.
Беллман Р. Прикладные задачи динамического программирования / Р. Беллман, С. Дрейфус. - М., 1965. - 475 c.
Ocean Surface Topography Mission/Jason-2 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www. nasa.gov/mission_pages/ostm/main/#.V-ebOyiLSUl (дата обращения - 20.08.2017).
OSTM/Jason-2 Products Handbook / под ред. J. P. Dumont [и др.]. - 2001. - 72 p.
Верба В. С. Радиолокационные системы землеобзора космического базирования / В. С. Верба. - М.: Радиотехника, 2010. - 675 c.
Бондур В. Г. Методы восстановления спектров морского волнения по спектрам аэрокосмических изображений / В. Г. Бондур, А. Б. Мурынин // Исследование Земли из космоса. - 2015. - № 6. - С. 3. DOI: 10.7868/S0205961415060020.
Гавриков А. В. Модификация базы данных спутниковой альтиметрии Glob Wave для решения задач диагностики поля морского волнения / А. В. Гавриков, М. А. Криницкий, В. Г. Григорьева // Океанология. - 2016. - Т. 56. - № 2. - С. 322-327. DOI: 10.7868/S0030157416020064.
Балк М. Б. Элементы динамики космического полета / М. Б. Балк. - М.: Наука, 1965. - 338 c.
Маркеев А. П. Теоретическая механика / А. П. Маркеев. - М.: ЧеРо, 1999. - 572 c.
Chelton D. B. On the Use of QuikSCAT Scatterometer Measurements of Surface Winds for Marine Weather Prediction / D. B. Chelton, M. H. Freilich, J. M. Sienkiewicz, J. M. Von Ahn // Monthly Weather Review. - 2006. - Vol. 134. - Is. 8. - Pp. 2055-2071. DOI: 10.1175/MWR3179.1.
Risien C. M. A satellite-derived climatology of global ocean winds / C. M. Risien, D. B. Chelton // Remote Sensing of Environment. - 2006. - Vol. 105. - Is. 3. - Pp. 221-236. DOI: 10.1016/j.rse.2006.06.017.
Chelton D. B. Scatterometer-Based Assessment of 10-m Wind Analyses from the Operational ECMWF and NCEP Numerical Weather Prediction Models / D. B. Chelton, M. H. Freilich // Monthly Weather Review. - 2005. - Vol. 133. - Is. 2. - Pp. 409-429. DOI: 10.1175/MWR-2861.1.
Globalware. Globalware project [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://globwave.ifremer.fr/ (дата обращения - 20.08.2017).
Гнеденко Б. В. Курс теории вероятностей / Б. В. Гнеденко. - М.: Наука, 1988. - 445 c.
Об авторах
Акмайкин Денис Александрович - кандидат физико-математических наук, доцент
Морской государственный университет имени адмирала Г. И. НевельскогоБукин Олег Алексеевич - доктор физико-математических наук, профессор
Морской государственный университет имени адмирала Г. И. НевельскогоГриняк Виктор Михайлович - кандидат технических наук, доцент
Владивостокский государственный университет экономики и сервиса
