ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ СУДОВ НА ОСНОВЕ КЛАСТЕРИЗАЦИИ ТРАЕКТОРИЙ

Проанализирована проблема обеспечения безопасности движения судов на морских акваториях. Отмечается, что в условиях интенсивного трафика безопасность движения судов может быть обеспечена только при соблюдении ими определенной схемы движения. В работе ставится задача определения схем движения судов на основе кластеризации ретроспективных данных о траекториях. Таким образом, выделяются устоявшиеся, выработанные эксплуатационной практикой паттерны движения конкретной морской акватории. Данная информация может быть использована при управлении движением судов бортовыми и береговыми средствами в дополнение к классическим методам оценки риска, предупреждения опасного сближения и планирования безопасной траектории. Несмотря на то, что нарушающие правила движения на акватории суда, с точки зрения классических концепций, могут не представлять опасности, но через некоторое время они способны создать трудноразрешимую опасную навигационную ситуацию.Признаками объектов выбраны координаты, скорости и курсы. Отмечается, что для рассматриваемой задачи подходят методы кластеризации, ориентированные на поиск центров кластеров при неизвестном их числе. Это дает возможность определять характерные значения курсов и скоростей на том или ином участке акватории и оценивать близость параметров движения судна к рекомендуемым. Подробно рассмотрены методы горной и субтрактивной кластеризации, сделан выбор в пользу последнего. Предлагается декомпозиция исходной задачи: акватория разбивается на небольшие участки, и кластеризация осуществляется для каждого из участков в отдельности, исходя из того, что признаками объектов являются только скорости и курсы - по отдельности или одновременно. Решение описанной задачи кластеризации возможно с использованием данных, предоставляемых сервисами автоматической идентификационной системы (АИС), как актуальных, так и ретроспективных, доступных в открытых интернет-ресурсах.Работа сопровождается результатами расчетов, полученных на основе реальных данных о движении судов в Сангарском проливе. Предлагается алгоритм поддержки принятия решений при обеспечении безопасности движения судов с учетом решения обсуждаемой задачи. Дана оценка соответствия параметров реального движения судов результатам кластеризации. Так, в Сангарском проливе число судов, хотя бы раз «нарушивших» правила движения по акватории составило около 15 %, что подтверждает актуальность исследования. Отмечается, что рассмотренный подход к кластерному анализу является также способом количественной оценки опасности схемы движения на акватории.

безопасность судовождения, планирование маршрута, система установления путей движения судов, кластеризация, АИС

1. Tam Ch. K. Review of collision avoidance and path planning methods for ships in close range encounters / Ch. K. Tam, R. Bucknall, A. Greig // The Journal of Navigation. - 2009. - Vol. 62. - Is. 3. - Pp. 455-476. DOI: 10.1017/S0373463308005134.

2. Васьков А. С. Способы представления зоны навигационной безопасности судна / А. С. Васьков, М. А. Гаращенко // Эксплуатация морского транспорта. - 2017. - № 3 (84). - С. 38-44.

3. Szlapczynski R. A target information display for visualising collision avoidance manoeuvres in various visibility conditions / R. Szlapczynski, J. Szlapczynska // The Journal of Navigation. - 2015. - Vol. 68. - Is. 06. - Pp. 1041-1055. DOI: 10.1017/S0373463315000296.

4. Бурмака И. А. Использование областей опасных курсов и опасных скоростей для выбора маневра расхождения / И. А. Бурмака, С. С. Пасечнюк, М. А. Кулаков // Эксплуатация морского транспорта. - 2017. - № 2 (83). - С. 76-81.

5. Астреин В. В. Базовая модель распределенной системы предупреждения столкновений судов / В. В. Астреин, А. Л. Боран-Кешишьян // Вестник государственного морского университета им. адмирала Ф. Ф. Ушакова. - 2016. - № 1 (14). - С. 19-23.

6. Дмитриев С. П. Система интеллектуальной поддержки судоводителя при расхождении судов / С. П. Дмитриев, Н. В. Колесов, А. В. Осипов, Г. Н. Романычева // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. - 2003. - № 2. - С. 98-105.

7. Вишневецкий С. А. Использование метода полей потенциалов для локального планировщика маршрута судна / С. А. Вишневецкий // Эксплуатация морского транспорта. - 2016. - № 3 (80). - С. 37-43.

8. Lebkowski A. Intelligent ship control system / A. Lebkowski, R. Smierzchalski, W. Gierusz, K. Dziedzicki // International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation-TransNav. - 2008. - Vol. 2. - No. 1. - Pp. 63-68.

9. Lazarowska A. Ship’s trajectory planning for collision avoidance at sea based on ant colony otimisation / A. Lazarowska // The Journal of Navigation. - 2015. - Vol. 68. - Is. 2. - Pp. 291-307. DOI: 10.1017/S0373463314000708.

10. Zhao L. Maritime Anomaly Detection using Density-based Clustering and Recurrent Neural Network / L. Zhao, G. Shi // The Journal of Navigation. - 2019. - Vol. 72. - Is. 4. - Pp. 894-916. DOI: 10.1017/S0373463319000031.

11. Szłapczyński R. Framework of an evolutionary multi-objective optimisation method for planning a safe trajectory for a marine autonomous surface ship / R. Szłapczyński, H. Ghaemi // Polish Maritime Research. - 2019. - Vol. 26. - Is. 4. - Pp. 69-79. DOI: 10.2478/pomr-2019-0068.

12. Каминский В. Ю. Принципы формирования противоаварийных алгоритмов амфибийных судов на воздушной подушке / В. Ю. Каминский, Д. А. Скороходов, С. Н. Турусов, А. В. Фёдоров // Морские интеллектуальные технологии. - 2019. - № 4-2 (46). - С. 39-45.

13. Каретников В. В. К вопросу оценки рисков использования безэкипажных средств водного транспорта на участке акватории / В. В. Каретников, С. В. Козик, А. А. Буцанец // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2019. - Т. 11. - № 6. - С. 987-1002. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-6-987-1002.

14. Лентарёв А. А. Морские районы систем обеспечения безопасности мореплавания: учеб. пособие / А. А. Лентарёв. - Владивосток: Морской государственный университет имени адмирала Г. И. Невельского, 2004. - 114 с.

15. Лентарёв А. А. Основы теории управления движением судов / А. А. Лентарёв. - Владивосток: Морской государственный университет имени адмирала Г. И. Невельского, 2018. - 181 с.

16. Общие положения об установлении путей движения судов, № 9036. - Изд. ГУНиО МО СССР, 1987. - 32 с.

17. Таратынов В. В. Целесообразность разделения морских путей / В. В. Таратынов // Морской флот. - 1969. - № 9. - С. 19-20.

18. Таратынов В. П. Судовождение в стесненных районах / В. П. Таратынов. - М.: Транспорт, 1980. - 128 с.

19. Васьков А. С. Сопровождение параметров траектории движения судна / А. С. Васьков, А. А. Грищенко // Морские интеллектуальные технологии. - 2019. - № 4-3 (46). - С. 77-82.

20. Гриняк В. М. Оценка опасности трафика морской акватории по данным Автоматической идентификационной системы / В. М. Гриняк, А. С. Девятисильный, В. И. Люлько // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2017. - Т. 9. - № 4. - С. 681-690. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-4-681-690.

21. Гриняк В. М. Оценка эмоциональной нагрузки на судоводителей в условиях коллективного движения / В. М. Гриняк, А. С. Девятисильный, А. В. Шуленина // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2019. - Т. 11. - № 4. - С. 640-651. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-4-640-651.

22. Zhen R. Maritime anomaly detection within coastal waters based on vessel trajectory clustering and naïve Bayes classifier / R. Zhen, Y. Jin, Q. Hu, Z. Shao, N. Nikitakos // The Journal of Navigation. - 2017. - Vol. 70. - Is. 3. - Pp. 648-670. DOI: 10.1017/S0373463316000850.

23. Bishop C. M. Pattern recognition and machine learning / C. M. Bishop. - New York, NY: Springer, 2006. - 738 p.

24. Bezdek J. C. Pattern recognition with fuzzy objective function algorithms / J. C. Bezdek. - Boston: Springer US, 1981. - 272 p.

25. Yager R. R. Essentials of fuzzy modeling and control / R. R. Yager, D. P. Filev. - New York: John Wiley & Sons, 1994. - 408 p.

26. MarineTraffic [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.marinetraffic.com (дата обращения: 01.03.2020).

27. Головченко Б. С. Информационная система сбора данных о движении судов на морской акватории / Б. С. Головченко, В. М. Гриняк // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2014. - № 2 (24). - С. 156-162.

28. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018618729, Российская Федерация. Программа сбора траекторных данных о движении судов из открытых интернет источников / В. М. Гриняк, А. В. Шурыгин; заявитель и патентообладатель ВГУЭС. - № 2018615154; заявл. 22.05.2018; опубл. 19.07.2018.

29. Debnath A. K. Navigational traffic conflict technique: a proactive approach to quantitative measurement of collision risks in port waters / A. K. Debnath, H. C. Chin // The Journal of Navigation. - 2010. - Vol. 63. - Is. 1. - Pp. 137-152. DOI: 10.1017/S0373463309990233.

30. Титов А. В. Состояние и перспективы реализации технологии e-навигации / А. В. Титов, Л. Баракат, А. Хаизаран // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2019. - Т. 11. - № 4. - С. 621-630. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-4-621-630.

31. Silveira P. A. M. Use of AIS data to characterise marine traffic patterns and ship collision risk off the coast of Portugal / P. A. M. Silveira, A. P. Teixeira, C. G. Soares // The Journal of Navigation. - 2013. - Vol. 66. - Is. 6. - Pp. 879-898. DOI: 10.1017/S0373463313000519.

32. Дорожко В. М. Экспертные представления об основных ситуационных моделях коллективного движения судов / В. М. Дорожко, А. Н. Лебедева // Проблемы управления. - 2006. - № 4. - С. 43-49.

33. Weng J. Ship collision frequency estimation in port fairways: a case study / J. Weng, S. Xue // The Journal of Navigation. - 2015. - Vol. 68. - Is. 3. - Pp. 602-618. DOI: 10.1017/S0373463314000885.

34. Debnath A. K. Modelling collision potentials in port anchorages: application of the navigational traffic conflict technique (NTCT) / A. K. Debnath, H. C. Chin // The Journal of Navigation. - 2016. - Vol. 69. - Is. 1. - Pp. 183-196. DOI: 10.1017/S0373463315000521.