Имитационное моделирование движения судов по круговым маршрутам в условиях частичной ледовой проводки

Предложен методологический подход и алгоритмический инструментарий для имитационного моделирования работы транспортно-логистической системы в указанных условиях. Основу метода составляет формализация системы круговых маршрутов судов ледового класса и линейных ледоколов с помощью дискретного векторного представления, преобразующего циклическую структуру в линейную для упрощения вычислительных процедур. Для автоматизации трудоемкого процесса подготовки исходных данных разработан специальный алгоритм, который на основе графического представления маршрутов и применения волнового алгоритма определяет их полное покоординатное описание, а также формирует дискретный рабочий вектор модели. Это позволяет минимизировать ошибки ручного ввода и обеспечивает воспроизводимость экспериментов. Модель имитирует ключевые технологические процессы: движение судов по маршрутам, формирование очередей на рейдах в пунктах начала ледовой проводки, образование пар «ледокол – судно» и их совместное движение по ледовому участку. В качестве целевых показателей для анализа различных сценариев используются время полного цикла рейса, длительность ожидания в очередях, загрузка ледокольного флота и общая провозная способность системы. Практическая значимость работы заключается в создании инструмента для многовариантного анализа и синтеза параметров арктической логистической цепи. Модель позволяет количественно обосновывать решения по оптимальному составу и количеству судов газовозов и ледоколов, оценивать влияние навигационных условий на регулярность поставок и, как следствие, повышать обоснованность стратегических инвестиционных и оперативных управленческих решений для таких проектов, как «Арктик-СПГ-2». Разработанный подход вносит вклад в развитие методов планирования устойчивых и экономически эффективных перевозок в Арктической зоне Российской Федерации.

1. Апполонов Е. М. Ледовая прочность судов, предназначенных для круглогодичной арктической навигации : монография / Е. М. Апполонов. — СПб.: СПбГМТУ, 2016. — 287 с.

2. Coburn, J. L. A Rational Basis for the Selection of the Ice Strengthening Criteria for Ships : Tech. Rep. SSC-309 / J. L. Coburn, F. W. DeBord, J. B. Montgomery [et al.]; Ship Structure Committee. — Washington, D. C. : SSC, 1981.

3. Lee, S. G., J.S. Lee, Y. H. Baek, J. K. Paik, and B. J. Kim. “Structural Safety Assessment in Membrane-Type CCS in LNGC under Iceberg Collisions.” International Conference on Ship and Offshore Technology: Ice Class Vessels, 28–29 Sept. 2009, Busan, Korea.

4. Correlation between bow ice loads and operational responses during ice navigation in the Weddell Sea / A. Bekker, L. Lu, C. M. van Zijl, J.-J. Matthee, P. Kujala // Proceedings of the 25th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions June 9–13, 2019 Delft, The Netherlands: Delft University of Technology, 2019.

5. Goerlandt F. A framework for risk analysis of maritime transportation systems: A case study for oil spill from tankers in a ship–ship collision / F. Goerlandt, J. Montewka // Safety Science. — 2015. — Vol. 76. — Pp. 42–66. DOI: 10.1016/j.ssci.2015.02.009.

6. Predicting ice-induced load amplitudes on ship bow conditional on ice thickness and ship speed in the Baltic Sea / M. Kotilainen, J. Vanhatalo, M. Suominen, P. Kujala // Cold Regions Science and Technology. — 2017. — Vol. 135. — Pp. 116–126. DOI: 10.1016/j.coldregions.2016.12.006.

7. Solitary flexural–gravity waves in three dimensions / O. Trichtchenko, E. I. Părău, J-M. Vanden-Broeck, P. Milewski // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — 2018. — Vol. 376. Is. 2129. — Pp. 20170345. DOI: 10.1098/rsta.2017.0345.

8. Review of risk-based design for ice-class ships / P. Kujala, F. Goerlandt, B. Way, D. Smith, M. Yang, F. Khan, B. Veitch // Marine Structures. — 2019. — Vol. 63. — Pp. 181–195. DOI: 10.1016/j.marstruc.2018.09.008.

9. Киселев В. С. Имитационное моделирование работы шельфовых сооружений с танкерами-челноками при отгрузке нефтепродуктов в условиях Крайнего Севера / В. С. Киселев // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2020. — Т. 12. — № 1. — С. 46–56. EDN DXMEWV. DOI: 10.21821/2309-5180-2020-12-1-46-56.

10. Simulation model for the North Sea Route transit time estimation / A. L. Kuznetsov, A. V. Kirichenko, V. S. Kiselev, A. D. Semenov // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. — 2020. — Vol. 539. — Is. 1. — Pp. 012019. DOI: 10.1088/1755-1315/539/1/012019.

11. Формирование логико-информационной структуры имитационной модели ледовых операций линейных ледоколов / В. С. Киселев, А. В. Кириченко, А. Л. Кузнецов, Ю. Д. Кравец // Транспортное дело России. — 2019. — № 6. — С. 93–98. EDN EXTODS.

12. Технико-экономическое обоснование технологических процессов морских контейнерных терминалов / А. Л. Кузнецов, Е. М. Рогова, А. В. Кириченко, О. В. Соляков. — Москва : Моркнига, 2022. —223 с.

13. Кузнецов А. Л. Алгоритм построения произвольного маршрута на дискретной плоскости и его покоординатное описание / А. Л. Кузнецов, В. Ю. Грызлов, А. Уами // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2024. — Т. 16. — № 3. — С. 391–402. 10.21821/2309-5180-2024-16-3-391-402.