СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ И РАСХОЖДЕНИЕМ БЕЗЭКИПАЖНОГО СУДНА В СООТВЕТСТВИИ C МППСС-72

В работе предложена система управления движением и расхождением безэкипажного судна с препятствиями в соответствии с Международными правилами предупреждения столкновения судов в море (МППСС-72). Данная система состоит из трех подсистем: подсистемы удержания траектории, подсистемы обхода препятствий, подсистемы удержания курса и скорости. Подсистема удержания траектории формирует курс, позволяющий двигаться по заранее заданной траектории. Для этого используется алгоритм градиента вспомогательной функции. В этом алгоритме задается весовой коэффициент alfa, определяющий степень схождения БЭС к заданной траектории. Для обеспечения более эффективного управления схождения БЭС к заданной траектории предлагается использовать переменное значение alfa, которое зависит от условия совпадения курса безэкипажного судна с направлением маршрута и значением изменения alfa за одну итерацию. Отмечается, что подсистема обхода препятствий основана на методе скоростных препятствий, когда определяются варианты векторов скоростей безэкипажного судна, при которых возможно столкновение с препятствием в будущем, при условии, что оно не маневрирует. Данная подсистема активируется при условии возникновении опасной ситуации, для определения которой вычисляются расстояние кратчайшего сближения с препятствием и время следования до точки кратчайшего сближения. Также в подсистеме реализованы механизмы определения вида опасной ситуации и соблюдения правил МППСС-72 при выполнении расхождения. Всего выделено четыре базовых сценария расхождения: расхождение встречными курсами, пересечение курсов (препятствие движется слева или справа) и обгон. Для выполнения расхождения, позволяющего обойти препятствия, рассчитывается стоимостная функция допустимых вариантов курса и скорости безэкипажного судна и выбирается оптимальный вариант. Выбранный курс и скорость передаются на подсистему удержания курса и скорости. Для оценки работоспособности системы управления движением безэкипажного судна выполнена ее проверка в среде моделирования Matlab / Simulink. Результаты моделирования подтвердили работоспособность системы, обеспечивающей движение БЭС по заданному маршруту и расхождение с препятствиями при возникновении опасных ситуаций в соответствии с правилами МППСС-72.

безэкипажное судно, МППСС-72, система управления, алгоритм, векторное поле, расхождение, траектория, маршрут, скоростное препятствие, моделирование

1. Fossen T. I. Handbook of marine craft hydrodynamics and motion control / T. I. Fossen. - John Wiley & Sons, 2011. - 582 p.

2. Дыда А. А. Подход к управлению судном по траектории на основе градиента вспомогательной функции / А. А. Дыда, К. Н. Чумакова, И. И. Пушкарев // Научные проблемы водного транспорта. - 2020. - № 65. - С. 27-36. DOI: 10.37890/jwt.vi65.125.

3. Дыда А. А. Алгоритм обхода статических препятствий для безэкипажного судна / А. А. Дыда, И. И. Пушкарев, К. Н. Чумакова // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2021. - Т. 13. - № 3. - С. 307-315. DOI: 10.21821/2309-5180-2021-13-3-307-315.

4. Kuwata Y. Safe maritime navigation with COLREGS using velocity obstacles / Y. Kuwata, M. T. Wolf, D. Zarzhitsky, T. L. Huntsberger // 2011 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. - IEEE, 2011. - Pp. 4728-4734. DOI: 10.1109/IROS.2011.6094677.

5. Sawada R. Automatic ship collision avoidance using deep reinforcement learning with LSTM in continuous action spaces / R. Sawada, K. Sato, T. Majima // Journal of Marine Science and Technology. - 2021. - Vol. 26. - Is. 2. - Pp. 509-524. DOI: 10.1007/s00773-020-00755-0.

6. Shi J. Deep Learning in Unmanned Surface Vehicles Collision-Avoidance Pattern Based on AIS Big Data with Double GRU-RNN /j. Shi, Z. Liu // Journal of Marine Science and Engineering. - 2020. - Vol. 8. - Is. 9. - Pp. 682. DOI: 10.3390/jmse8090682.

7. Триполец О. Ю. Обзор существующих методов расхождения безэкипажных судов / О. Ю. Триполец // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2021. - Т. 13. - № 4. - С. 480-495. DOI: 10.21821/2309-5180-2021-13-4-480-495.

8. Шарлай Г. Н. МППСС-72 с комментариями: учебное пособие / Г. Н. Шарлай. - М.: Моркнига, 2017. - 136 с.

9. Colito J. Autonomous mission planning and execution for unmanned surface vehicles in compliance with the marine rules of the road: thesis /j. Colito. - Washington: University of Washington, 2007. - 58 p.

10. Benjamin M. R. A method for protocol-based collision avoidance between autonomous marine surface craft / M. R. Benjamin, J. J. Leonard, J. A. Curcio, P. M. Newman // Journal of Field Robotics. - 2006. - Vol. 23. - Is. 5. - Pp. 333-346. DOI: 10.1002/rob.20121.

11. Fiorini P. Motion Planning in Dynamic Environments Using Velocity Obstacles / P. Fiorini, Z. Shiller // The International Journal of Robotics Research. - 1998. - Vol. 17. - Is. 7. - Pp. 760-772. DOI: 10.1177/ 027836499801700706.

12. Дыда А. А. Построение модели динамики безэкипажного судна по курсу на основе экспериментальных данных / А. А. Дыда, К. Н. Пляшешник, И. И. Пушкарев // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2020. - Т. 12. - № 4. - С. 716-725. DOI: 10.21821/2309-5180-2020-12-4-716-725.