Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Теоретические подходы к анализу рисков в сложных технических и транспортных системах 13
1.1 Теоретические подходы к анализу причин транспортных происшествий 13
1.2 Управление безопасностью в сложных технических и транспортных системах 16
1.3 Понятие риска и его производные 18
1.4 Управление рисками как основной элемент системы безопасности в сложных технических и транспортных системах 20
Глава 2 Классификация и оценка факторов риска при маневрировании в портовых водах 25
2.1 Общие подходы к классификации рисков в портовых водах и формированию Коэффициентов безопасности 25
2.2 Риски, связанные со структурой порта и портовых вод
2.2.1 Общая схема классификации рисков при плавании в портовых водах 31
2.2.2 Факторы риска по глубинам 33
2.2.3 Факторы риска по ширине прямолинейного фарватера при одностороннем движении судов 38
2.2.4 Факторы риска по ширине криволинейного фарватера при одностороннем движении судов 43
2.2.5 Факторы риска при двухстороннем движении судов 48
2.2.6 Концепция зон навигационной безопасности (ЗНБ) при маневрировании в портовых водах 51
2.2.7 Расчет итогового коэффициента безопасности по структуре портовых вод 53
2.3 Риски, связанные е сидрометеорологическими иакторами 55
2.3.1 Общая схема классификации рисков. 55
2.3.2 Факторы риска по условиям видимости 55
2.3.3 Факторы риска от воздействия ветра и волнения 57
2.3.4 Факторы риска по воздействию течения 66
2.3.5 Расчет итогового коэффициента безопасности по ГМ факторам 67
2.4 Риски, связанные с судном и его управляемостью 68
2.4.1 Общая схема классификации рисков 68
2.4.2 Размеры судна как фактор риска при маневрировании в портовых водах. 68
2.4.3 Выбор скорости судна как фактор риска 69
2.4.4 Методика прогнозирования отказов судового критически важного оборудования и связанные с ними риски 71
2.4.5 Расчет итогового коэффициента безопасности по рискам, связанным с судном и его управляемостью 73
2.5 Риски, ,вязанные е стхничеекими сседствами и методами судовождения 74
2.5.1 Общая схема классификации рисков 74
2.5.2 Риски, связанные с визуальными методами навигации. 75
2.5.3 Риски, связанные с радиолокационными методами навигации 75
2.5.4 Риски, связанные с использованием АПИ СРНС 77
2.5.5 Риски, связанные с использованием “ECDIS” и ”IBS” 78
2.5.6 Расчет итогового коэффициента безопасности по рискам, связанным с использованием технических средств и методов судовождения 79
2.6 Риски, связанные с организацией мостика и системой
управления судоходством в портовых водах 80
2.6.1 Общая схема классификации рисков 80
2.6.2 Риски, связанные с организацией мостика в портовых водах 81
2.6.3 Риски, связанные с лоцманом в процессе лоцманской проводки 82
2.6.4 Коэффициент безопасности порта по рискам, связанным с работой буксира (-ов) при швартовых операциях 85
2.6.5 Коэффициент безопасности по рискам, связанным с системой контроля и управления судоходством в порту 86
2.6.6 Индивидуальный фактор риска капитана 87
2.6.7 Расчет итогового коэффициента безопасности по рискам, связанным с "организацией мостика" и системой управления
судоходством в портовых водах 89
2.7 Унифицированная схема оценки индивидуальных факторов риска и укрупнённых групп рисков
Глава 3 Разработка метода количественной оценки рисков при маневрировании в портовых водах 94
3.1 Общие принципы 94
3.2 Вывод и оценка коэффициента навигационной безопасности участка (КНБУ) 94
3.3 Оценка рисков при маневрировании в портовых водах и вывод коэффициента навигационной безопасности порта (КНБП) 98
3.4 Разработка математической модели анализа рисков (ММАР)
при маневрировании в портовых водах 105
Заключение 109
Перечень принятых сокращений 110
Список литературы 112
- Управление рисками как основной элемент системы безопасности в сложных технических и транспортных системах
- Общая схема классификации рисков при плавании в портовых водах
- Концепция зон навигационной безопасности (ЗНБ) при маневрировании в портовых водах
- Оценка рисков при маневрировании в портовых водах и вывод коэффициента навигационной безопасности порта (КНБП)
Введение к работе
Актуальность темы. В последние десятилетия происходит постоянное ужесточение требований к морскому судоходству в части обеспечения безопасности на море и предупреждения загрязнения окружающей среды.
В качестве одного из наиболее эффективных инструментов дальнейшего повышения безопасности на море ИМО и другие международные организации рассматривают методы и процедуры «оценки рисков» и «yправления рисками». На уровне ИМО принят целый ряд процедурных документов (Резолюций и Циркуляров), судоходные компании и другие участники морской индустрии побуждаются к ускоренному внедрению методов «yправления рисками» в повседневную практику судоходства. Судоходные компании «транслируют» эти требования на морские суда под своим управлением, рассылая определенные инструкции, рекомендуемые схемы и таблицы по оценке рисков и управлению рисками. Однако проблема заключается в том, что прикладная теория «оценки рисков» и «yправления рисками» в морском судовождении до сих пор не разработана, многие методы и приемы внесены из других сфер деятельности, принятые и рассылаемые на суда документы носят по большей части слишком общий характер, практически не привязаны к вопросам обеспечения безопасности судовождения. Таким образом, необходима разработка конкретных методов «оценки рисков» и «yправления рисками», привязанных к специфике морского судовождения. Что же касается портовых вод, то проблема «безопасного порта» не только не утрачивает своей актуальности, но даже в определённой степени обострилась в связи с ростом размеров судов и стоимости перевозки грузов. Постоянно возникают претензионные случаи и проходят судебные процессы для разрешения споров о том, являлся тот или иной конкретный порт «безопасным» для захода конкретного судна в конкретных навигационно-гидрографических и гидрометеорологических условиях. С учетом сказанного, в качестве направления диссертационной работы выбрана разработка решения задачи анализа и управления рисками при планировании плавания и маневрирования танкеров в портовых водах, формулирование критериев безопасности для различных факторов риска, разработка на этой основе математической модели анализа рисков для обеспечения безопасности маневрирования танкеров в портовых водах с последующим использованием этой модели в компьютерной системе интеллектуальной поддержки принятия решений в области судовождения.
Разрабатываемая в диссертации методологии нацелена на количественную оценку факторов «безопасного порта» и может обеспечивать решение задач «анализа рисков» для различных уровней, включая:
– планирование захода танкера конкретных размеров в конкретный порт;
– планирование работы танкерного флота судоходной компании на порты определённого региона или государства;
– оценку возможностей конкретного порта безопасно принимать танкеры тех или иных тоннажных групп, и т.п.
Степень разработанности. В настоящее время разработаны и применяются несколько различных методов и подходов к анализу возникновения и развития
техногенных катастроф и аварий. В работах Снопкова В.П., Гартюшина Т., Решет-кова Д.Н. рассматриваются основные методы анализа рисков при маневрировании танкеров в портовых водах. Несмотря на большой объем выполненных работ, ни один из вышеперечисленных методов не может в полной мере предугадать и отобразить возможную катастрофу или аварию, время ее начала и возможные последствия. Большинство методов требуют сложного математического и программного обеспечения, занимают слишком много времени и усилий, не обладают достаточной конкретикой и наглядностью и не могут быть использованы в полной мере при планировании плавания судна в стесненных условиях портовых вод.
Объект исследования – риски как причина возникновения аварий при маневрировании танкеров в портовых водах.
Предмет исследования – параметры навигационной безопасности при маневрировании танкеров в портовых водах.
Цели и задачи исследования. Целью диссертации является выявление, систематизация и анализ рисков, возникающих при плавании и маневрировании судна в портовых водах, выработка количественных подходов к оценке рисков и создание на этой основе «Математического метода анализа рисков» («ММАР»), чтобы обеспечивать возможность использования «ММАР» для количественных оценок рисков в рамках решения проблемы «безопасного порта».
В соответствии с этой целью в настоящей диссертации ставятся задачи:
-
Произвести анализ влияния возможных рисков на безопасное плавание и маневрирование танкера в портовых водах.
-
Разработать математическую модель для анализа рисков (ММАР) при планировании плавания и маневрирования танкера в портовых водах.
-
Произвести экспериментальное моделирование маневрирования танкеров на навигационном тренажёре при различных условиях плавания с целью оценки адекватности и эффективности ММАР и разработанной на её основе компьютерной программы.
Научная новизна исследования заключается в следующих результатов:
-
Впервые разработаны метод и математическая модель для анализа рисков, (ММАР) при планировании плавания и маневрирования судов в портовых водах.
-
Разработаны метод и математическая модель для оценки навигационной безопасности портов, которая позволяет оценивать безопасность плавания и маневрирования судна в водах конкретного порта.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в формировании математической модели для анализа рисков плавания и маневрирования танкеров в портовых водах и в создании на её основе компьютерной программы по оценке безопасности плавания. Результаты диссертационной работы имеют практическое значение в области морского судовождения как непосредственно на судах, так и в офисах судоходных компаний. Введение предложенного метода математического анализа рисков (ММАР) при планировании плавания и маневрирования судов может найти свое практическое применение для оценки безопасности плавания конкретного судна в планируемом порту захода, а также – для объективной оценки рисков по каждому конкретному порту, на который планируется работа танкеров компании, для каждой тоннажной группы судов, и ав-4
томатизировать этот процесс, что позволит уменьшить вероятность возникновения аварийной ситуации.
Реализация (внедрение) результатов работы. Основные положения диссертационной работы внедрены в учебный процесс для подготовки инженеров-судоводителей ГМУ им. адмирала Ф.Ф.Ушакова по дисциплинам “Управление судном”, “Навигация и лоция” и на курсах профессиональной подготовки и повышения квалификации командного плавсостава, а также внедряются на судах компании «VSHIP’s» (Glasgow). Результаты были также апробированы в процессе плавания на танкерах различных тоннажных групп (“Aframax”, “Suezmax”, “VLCC”) в 2010 – 2015 годах.
Методология и методы исследования - для решения поставленной задачи в диссертационной работе используются: практический опыт, теория рисков, теория информации, методы математической статистики, идентификации, моделирования различных ситуаций плавания для различных типов танкеров на навигационном тренажере с применением современных программ и приложений, основываясь на перспективных задачах автоматизации судовождения и совместной обработки навигационной информации, а также практическое маневрирование и проведение натурных исследований на танкерах «Front Delta” водоизмещением 150500 тонн, “Front Pride” (175000), “Horizon Dimitra” (87000), “Mazyonah” (364650) и “EBN Batuta” (130000).
Положения, выносимые на защиту:
-
Аналитическая характеристика влияния возможных рисков на безопасное плавание и маневрирование танкеров в портовых водах, позволяющая выработать подходы к количественной оценке этих рисков и к их объединению в «укрупнённые группы рисков».
-
Математическая модель анализа рисков (ММАР) при планировании плавания и маневрирования танкеров в портовых водах на основе, которой создана компьютерная программа по оценке безопасности захода в порт в рамках решения проблемы «безопасного порта».
Степень достоверности и апробация результатов. Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечивается выполненным значительным объемом научно обоснованных исследований, корректностью методики обработки опытных данных, применением апробированных методов, удовлетворительным совпадение экспериментальных данных и расчетных величин, выполненных по разработанной автором методике.
Материалы диссертации докладывались на: – научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ГМУ имени Ф.Ф. Ушакова (г. Новороссийск) 2013-2015 гг;
– международной морской конференции ассоциации морских институтов Черного моря. Россия. Новороссийск, 2013г.
Основные результаты диссертации опубликованы в 17 научных работах, все по теме диссертации. Их них 13 статей , 1 патент РФ на полезную модель, тезисы 3-х докладов. В рецензируемых научных журналах опубликовано 7 работ, в которых авторский вклад составляет 100%.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 3-х глав основной
части и приложений. Общий объем диссертации составляет 164 страницы и
включает 43 рисунка, 70 таблиц, список литературы из 163 наименований и 6 приложений.
Управление рисками как основной элемент системы безопасности в сложных технических и транспортных системах
Эксплуатация морского флота, а особенно танкерного, всегда связана с неизбежными рисками, которые могут быть очень значительными для судовладельцев и страховщиков, поэтому судоходные компании должны обращать особое внимание на разработку и внедрение Системы управления безопасностью (СУБ) в соответствии с Международным кодексом по управлению безопасной эксплуатацией судов и предотвращением загрязнения (МКУБ). Главой IX Международной Конвенции СОЛАС - 74 МКУБ был введён в действие как обязательный к применению всеми судоходными компаниями. Принятием такого документа международное сообщество сознательно направляет усилия правительств государств флага судна и руководителей судоходных компаний на необходимость создания СУБ для всех эксплуатируемых ими судов. При этом смысл термина “безопасность” трактуется в соответствии с определением, принятым Международной организацией стандартизации (ИСО) [44], а именно -безопасность - это отсутствие недопустимого риска, связанного с возможностью нанесения ущерба.” [37,49]. На основе МКУБ каждая компания вводит на своих судах документированную систему управления (VMS) [175,176], в которой в письменном виде определяются процедуры по выполнению операций, которые выполняют её суда по своему назначению. Управление рисками можно определить как процесс, где решение по принятию рисков принимается по известным или по оцененным рискам и/или - с выполнением дополнительных действий по уменьшению их воздействия и вероятности появления [46]. Для оценки результатов и эффективности реализации программных мероприятий по внедрению СУБ Компании целесообразно использовать суммарный предотвращенный экономический ущерб от аварий, который накапливается в процессе реализации программы по управлению безопасностью в течение всего срока ее функционирования. Величину же накапливаемого экономического ущерба за п лет можно рассчитать по формуле: Ym=n-Cyni (1.2) где m - номер года (I m n), отсчитываемый с начала реализации программы СУБ; n- число лет, для которых определяется экономический ущерб; Сущ - среднегодовой ущерб. Процесс управления безопасностью можно определить как процесс по определению и принятию известного риска и реализации действий по уменьшению возможных последствий от его воздействия на судно (рисунок 1.2). Процесс управления безопасностью Выявление Исследование параметров Обоснование факторов, факторов состояния судна при предупредительных влияющих на влияющих на наличии факторов, контрольных и безопасность судна. безопасность судна. влияющих на защитных мероприятий. безопасность.
Использование всех имеющихся ресурсов с целью максимального обеспечения безопасности является приоритетом для каждой судоходной компании. Эффективность использования ресурса определяется выражением: итах где D - задействованный ресурс; Dmax- максимально возможный ресурс; Ер - коэффициент используемого ресурса.
Большое внимание развитию методов оценки рисков и управления рисками уделяется в авиации - и целый ряд подходов использовался затем применительно к сфере морского судоходства. В частности, в монографии Теория и практика определения рисков в авиапредприятиях при разработке системы управления безопасностью полетов [40] авторы (Зубков Б.В., Шаров В.Д.) предлагают свои методы оценки рисков, критерии и показатели для оценки безопасности полетов. Предложенный вариант расчета одного из подобных показателей соответствует подходу «Международной организации гражданской авиации» (ИКАО) к использованию скользящего среднего и позволяет выполнять постоянный мониторинг уровня безопасности полетов любой авиакомпании. В монографии нашли отражение основные методы оценки риска, методы выявления факторов опасности, методология построения базы данных для управления рисками, и т.д.
Применительно к сфере морского судоходства задачи оценки и анализа рисков были сформулированы в фундаментальной монографии А.А. Абчука Теория риска в морской практике [1], которая стимулировала целый ряд различных исследований.
Капитан Trevor J. Bailey (“Nautical Institute”, UK) предложил системный подход к анализу рисков и управлению рисками в судовой практике в двух своих статьях “Managing risk on board ship” - «В порту» [119] и «В море» [120], - включая риски, связанные с судовождением. Тема получила дальнейшее развитие в направлении предупреждения ущерба на основе управления рисками [123], включая подходы к количественной оценке рисков.
Большое внимание разработке методологии управления рисками уделяет Балтийский и международный морской совет (БИМКО) [121], в том числе - за счет оценки рисков и их снижения до приемлемого уровня. Поставлен также вопрос об уточнении понятия безопасный порт в процессе фрахтовой деятельности [167,168].
M.A. Norousta (Университет Южная Дакота, США) предложил разрабатывать интегрированную систему для оценки рисков и выявления главных причин инцидентов [162].
Следующим важным шагом стали разработки индекса безопасности судна на основе концепции оценки рисков [127]. Авторы используют модели оценки рисков для вывода динамического коэффициента риска, который может быть выработан для определенного типа судов (на основе как характеристик судна, так и показателей аварийности данного типа судов в типовых эксплуатационных условиях).
Появились предложения выработать интегрированную систему оценки рисков танкерного флота, которая позволила бы устанавливать международные отраслевые стандарты безопасности [139, 99, 9].
При плавании в стесненных водах (в т.ч. - портовых) огромное значение имеет слаженная работа команды мостика [89], поэтому организационные аспекты также должны быть включены в общую модель оценки рисков и управления рисками.
В работе Ph. Lohrmann [157] обосновывается возможность создания экспертной системы, где текущие данные о движении судна в некотором районе (в частности - в порту) автоматически сопоставляются с данными о движении других судов, ранее успешно маневрировавших в данном районе, с выработкой соответствующих рекомендаций.
Методы управления рисками начинают активно использоваться и для оценки безопасности портов. Так, на Балтике проведение анализа рисков является составной частью проекта развития основных и второстепенных портов Балтийского моря, частично финансируемого из средств программы “TEN” Европейского Союза. Сообщается, что в порту Мууга был объявлен конкурс на проведение анализа рисков портовых операций в интересах дальнейшего развития порта [144].
В рамках «Европейского совета» (ЕС) опубликован ряд технических отчетов по исследовательским программам, связанным с оценкой рисков операций в портовых водах [132 - 133 - 142].
Применительно к условиям плавания судов в портовых водах, на каналах и фарватерах методология оценки рисков и управления рисками была предложена «Международной ассоциацией маячных служб» (MAMС,"IALA”) в Рекомендации 0-134 [141] и в Руководстве 1018 [145]. При этом в документе [144] определяется общий процесс управления рисками с установлением перечня требуемой информации, а также - дается пример оценки рисков для навигационных средств в заливе Фанди. В документе [141] общая методология конкретизируется применительно к портовым водам с методологией качественной и количественной оценки рисков, установлением базовых уровней оцениваемых рисков, обзором учитываемых факторов.
«Кабинет по безопасности мореплавания» (КБМ) ИМО на 88-й сессии (24.11-03.12.2010 г.) одобрил распространение информации, имеющей отношение к Инструменту МАМС по управлению рисками в портах и узкостях, который дает руководство Правительствам-членам ИМО по оценке риска столкновений и посадок на мель судов у побережий их стран и при планировании введения новых мер для снижения рисков прибрежного морского судоходства. В качестве следующего шага было принято Циркулярное письмо Оценка степен риска (SN.1/Circ. 296-29.11.2010 г.) [125].
Эти и другие подобные исследования нацелены на решение целого ряда перспективных задач, включая получение коэффициентов безопасности (или уровней риска) для конкретных типов судов, направлений перевозок, конкретных портов (включая уточнение самого понятия безопасный порт во фрахтовой деятельности), а также - создание и внедрение компьютерных систем поддержки принимаемых решений (экспертных систем). Настоящая диссертационная работа находится в русле данного направления исследований и нацелена на разработку Математической модели анализа рисков (ММАР) применительно к задачам маневрирования танкеров в портовых водах.
Общая схема классификации рисков при плавании в портовых водах
На основании вышеизложенного вероятность безопасного прохода по криволинейному одностороннему фарватеру можно также выразить через функцию Лапласа: P(y) = 0,5 [ Ф (zi) + Ф (z2) ] (2.46) Ф (z1), Ф( z2,) - нормированные функции Лапласа, выбираемые из таблицы 1-б “МТ - 75” или из таблицы 4.7 “МТ - 2000”. Если оценивать маневренное смещение судна с ЛЗП с помощью функции Лапласа, то требуемую ширину фарватера при движении судна по циркуляции также можно оценивать по формуле: FTP = 2 myzxp + Wr (2.47) имея в виду, что геометрическая полоса движения судна определяется формулой (2.21), а среднее квадратичное отклонение центра масс судна от ЛЗП (±ту) будет зависеть от метода навигационного контроля за местоположением и движением судна на циркуляции (т. е. может быть существенно больше, чем при плавании по прямолинейному участку фарватера). Задаваясь требуемым уровнем вероятности безопасного прохода Рзад= 0,999. обратным входом в таблице 4-7 МТ - 2000 можно получить требуемую ширину фарватера при данном радиусе поворота (м): FTP = BnnР + Wr=3,5Bn„ + Wr , (2.48) где Впл- динамическая ширина судна (м); Wr- геометрическая полоса, занимаемая судном (м). Таблица 2.7-Зависимость требуемой ширины фарватера от радиуса поворота Ширина фарватера (м) 200 300 400 500 600 700 800 300 1000 Му(м) 43,5 69,41 95,35 121,3 147,2 181,6 199,1 225 251 Ф(м} 1200 -1000800 -600 -400200 0 t + ІЙ00 ЛҐ +-— M(V 43.5 69.41 95.35 121.3 147.2 181.56 199.1 225 251 Рисунок 2.13 - Зависимость требуемой ширины фарватера от радиуса поворота Таким образом, по аналогии с формулой (2.1) коэффициент навигационной безопасности по ширине криволинейного канала (фарватера) при одностороннем движении судов предлагается сформулировать в виде ступенчатой функции, но с дополнительным коэффициентом укр: где W - ширина полосы движения судна описывается формулами (2.18) и (2.39), укр - дополнительный коэффициент, учитывающий степень безопасности криволинейного фарватера в зависимости от радиуса его кривизны: : ОД при [(йфвк/ЯТрб) l] — выполнение поворота очень сложно, = 0,3 при [l (йфвк/Дтрб) 2] - выполнение сложно, = 0,7 при [2 (йфвк/йтрб) 3] - выполнение стандартао, 1.0 при [(йфвк/йтрб) 3] - выполнение не вызывает сложностей
Как и в случае прямолинейного движения, первое условие описывает потенциально-опасную ситуацию, второе - стандартную, а при (WOBK 3WTP) степень риска по данному фактору становится пренебрежимо малой. 2.2.5 Факторы риска при двухстороннем движении судов
При плавании по фарватеру с двухсторонним движением судов степень опасности столкновения зависит от многих факторов, в том числе от скоростей и размеров судов, дистанции и времени расхождения. Наиболее опасным является случай обгона на скоростях, близких к критическим на мелководье [91]:
Расхождение судов на близком расстоянии связано со взаимодействием полей давления, формируемых этими судами. При двухстороннем движении ширина фарватера должна определяться не только безопасным плаванием судов по каналу, но и наличием безопасного расстояния между судами при расхождении, т.е. по аналогии с формулой (2.32) получим: FTP = (ЧКи + Лнзі) + (Wim2+ Лнз2) + d6 (2.52) Если принять, что расходятся два расчетных судна с предельными размерениями, то: 2Fip = 2(AH3+Wn]I) + d6 , (2.53) где \Упл -геометрическая полоса, занимаемая судном, м.; Лнз - навигационный запас с каждого борта, м.; ёб - безопасная дистанция между судами, м.. Тогда вероятность безопасного прохода при двухстороннем движении судов может также определяться через функцию Лапласа: P(y) = 0,5 [ Ф (zi) + Ф (Z2) ] = Ф (z) (2.54) Если опять - таки оценивать вероятность удержания судна в своей полосе движения с помощью функции Лапласа (формулы 2.33 - 2.34,, то требуемую ширину фарватера при двустороннем движении можно по аналогии с формулой (2.31) определить в виде: F = 2 (2 my z +Wг) + d6 (2.55) Задаваясь требуемым уровнем вероятности держания судна в своей полосе движения (например: Рзад=0,999), обратным входом из таблицы 4.7 МТ-2000 получим ZTp=3.5, откуда: Fip = 2(7my+Wг) + dб (2.56) Так, принимая ширину судна B=60 м., среднее квадратическое значение маневренного смещения ту=±25м., а безопасное расстояние между судами при расхождении dб=100м, при Pзад= 0,999 получим требуемую ширину фарватера при двустороннем движении: FTP = 2 (7 25тр + 60) +100-3 кбт (2.57) Отсюда можно рассчитать требуемую ширину фарватера при двухстороннем движении при: Днз = 40 м.,d6 = 100 м. (таблица 2.8); Таблица 2.8- Требуемая ширина фарватера при двухстороннем движении судов. Wr (м) 20 30 40 50 60 Wm(м) 520 590 660 738 800 Таким образом, по аналогии с формулой (2.40) коэффициент навигационной безопасности по ширине канала (фарватера) при двустороннем движении судов предлагается сформулировать в виде ступенчатой функции = Р(у),если [Жфвк 2(Жфвк)тб]; (2.58) Кбш2 = \ = 2, если [2(Жфвк)тр6 Жфвк 3(Жфвк)тр6]; = 3,если [Жфвк 3(Жфвк)тр6]. где каждая строка определяет оценку риска (потенциально опасно, стандартная ситуация, низкий уровень риска соответственно). Характерным примером сложности плавания по двухсторонним фарватерам служит столкновение танкера “Eagle Оготе”(дедвейтом 95663 т) c баржей, толкаемой буксиром “Dixie Vengence”, на канале, ведущем в Порт Артур, США, 23 января 2010 года. Лоцман “Eagle Otome”, не рассчитав допустимую максимальную скорость и запоздав с поворотом, потерял контроль над судном, сначала ударил судно “Gullarrow”, стоящее у причала, в затем столкнулся с баржей. Танкер получил пробоину в районе машинно - котельного отделения и за борт вылилось 1500 тонн мазута [113].
При плавании на акватории порта или на подходах к порту судоводитель вынужден идти на определенный риск, входя в ограниченную зону маневрирования, приближаясь к навигационным опасностям, производя расхождение с другими судами в непосредственной близости от них. Максимальная и оптимальная скорость судна на мелководье не должна превышать Максимальная: Ккр = JgH (2.59) Оптимальная: VonT — 0,6 J gH (2.60) Большую полуось ЗНБ движущегося судна можно оценить по формуле [25] Lд = Lc + S + М0, (2.61) где Lд - динамическая длина торможения (м.); Lc - наибольшая длина судна (м.); S- средний выбег при экстренном торможении (м.); М0-запас на возможное отклонение от тактико-технических характеристик (м.). Экстренное торможение принято в качестве определителя с целью свести к возможному минимуму протяженность ЗНБ. Длина тормозного пути зависит от размеров судна и от скорости судна до начала торможения. Для конкретного судна она может быть выбрана из информации о маневренных элементах судна. Если же говорить об обобщенных характеристиках, то по исследованиям японских ученых длина тормозного пути при экстренном торможении имеет среднее значение [10,25,78]:
Концепция зон навигационной безопасности (ЗНБ) при маневрировании в портовых водах
При подходе к порту, при плавании в узкости очень важным является правильный выбор береговых или плавучих ориентиров для ОМС, их надежная идентификация, определение надежности плавучих средств навигационного ограждения ПСНО [10]. При планировании входа в порт капитан судна должен определить минимальную дальность видимости до подхода к точке не возврата (ТНВ), в которой он должен принять окончательное решение о входе в порт и по дальнейшему плаванию, с тем, чтобы иметь возможность гарантированно обнаруживать и распознавать навигационные ориентиры, как определено в пункте 2.3.2. Тогда коэффициент безопасности порта по визуальным методам контроля за местоположением и движением судна будет иметь вид: где Рпот - вероятность быстрого ухудшения видимости (ниже требуемой) за время плавания (P 0,5); qi - коэффициент надежности визуальных методов. =1 (низкая надежность) qi =\ = 2 (достаточно надежный) (2.122) [ = 3 (высокий уровень надежности) Т( - коэффициент важности (критичности) визуальных методов предлагается сформулировать в виде: Тг = 1 (опасно или невозможно без данного метода) = 2 (возможно, но сложно) (2.123) = 3 (метод не играет критически важной роли)
Радиолокационные станции позволяют не только определять место судна, но и видеть объекты, скрытые от визуального наблюдения. При плавании в портовых водах используются как “штурманские”, так и “лоцманские” методы радиолокационного контроля за местоположением и движением судна. При радиолокационной проводке по фарватеру, огражденному ПСНО, число буев, которое может наблюдаться одновременно, зависит от расстояния между буями 1ЗН и их радиолокационной дальности видимости ДРЛС при данном состоянии атмосферы: п (2.124) т.е. при ДРЛс — судоводитель может наблюдать на любом участке не менее 4-х буев, если: п (2.125)
то непрерывный радиолокационный контроль за движением судна с помощью буев становится невозможным. Дальность радиолокационного обнаружения морского буя без пассивного радиолокационного отражателя (ПРЛО) составляет 2 - 4 мили, с ПРЛО 6-8 миль, но значительно зависит от волнения моря [141]. Критерием возможности эффективного использования радара при плавании в стесненных условиях можно принять максимальную дистанцию обнаружения морских буев и/или других используемых ориентиров, ограждающих фарватер или опасности, с учётом их размеров, состояния атмосферы в период плавания и “взаимного затенения объектов”. Таким образом, по аналогии с формулой (2.34) коэффициент навигационной безопасности по радиолокационным методам навигации можно сформулировать в виде ступенчатой функции КБРЛС=чі-ті , (2.126) где qt - коэффициент надежности радиолокационных методов, который берётся капитаном на основе информации снятой с карты, а также с других источников: = 1 (низкая надежность) -\ =2 (достаточно надежный) (2.127) = 3 (высокий уровень надежности) 4i = it - “коэффициент важности (критичности)” радиолокационных методов, оцениваемый в виде: = 1 “плавание без РЛС опасно или невозможно,” Т{= J = 2 “плавание без РЛС опасно, но можно,” (2.128) = 3 -+ “вполне можно обойтись без радиолокационной информации и без радиолокационных методов”.
В настоящее время на морских судах используются приемоиндикаторы спутниковых радионавигационных систем “NAVSTAR/GPS” (США) и “ГЛОНАСС” (Россия) с использованием спутников на средневысоких орбитах [74]. В стесненных водах (включая портовые воды), где допуски по времени и пространству очень жесткие, ситуации скоротечны, а маневры курсом и/или скоростью достаточно часты, использование АПИ СРНС связано с существенными рисками, недостаточный учет которых может привести к навигационной аварии: 1. отказ или неисправность судового АПИ, приводящие к потере и/или искажению выдаваемой навигационной информации; 2. возможный перевод всей системы “GPS” в “нестандартный” режим работы в каком - то районе Земного шара (например, в связи с военно - политическим конфликтом), в результате чего для “несанкционированных пользователей” ОМС по GPS будет либо невозможно, либо связано с грубыми промахами в определяемых координатах; 3. высокая чувствительность АПИ СРНС к внешним радиопомехам как естественного, так и искусственного характера, которые способны вызывать потерю сигналов СРНС и/или большие случайные погрешности определяемых координат; 4. возможное несоответствие геодезических координатных систем судового АПИ и используемой МНК, в результате чего текущее местоположение судна на МНК не будет совпадать с его фактическим местоположением на местности, создавая риск навигационной аварии; 5. при плавании по фарватерам, где часты изменения курсов, полагаться на показания курса и скорости по СРНС следует с большой осторожностью. Таким образом, по аналогии с формулой (2.20) коэффициент навигационной безопасности по методам спутниковой навигации можно сформулировать в виде ступенчатой функции
Оценка рисков при маневрировании в портовых водах и вывод коэффициента навигационной безопасности порта (КНБП)
С целью более детального анализа и облегчения расчетов безопасного маневрирования в порту и на подходах, плавание в нем можно разделить на отдельные участки с целью расчета коэффициента навигационной безопасности каждого участка (КНБУ). Таким образом, применительно к задачам данной работы, термин “участок” означает отрезок пути с примерно равными условиями плавания, который условно устанавливается капитаном с целью производства предварительных расчетов и для принятия управленческих решений по организации маневрирования в данном порту или районе. Принцип деления зон маневрирования носит субъективный характер и зависит главным образом от конфигурации портовых вод и от условий плавания. Весь процесс плавания в порту можно условно разделить по функциональности на типовые участки (1,2,3,4,5....1-й): - подход к точки встречи лоцманов (ТВЛ) порта; - плавание от ТВЛ порта по “подходному створу”; - плавание от “подходного створа” на “входной”; - плавание по “входному” створу; - плавание по акватории бухты; - подход к причалу; - швартовка. Кроме того, внутри каждого “типового участка” может быть дальнейшее деление на “под.участки”, если внутри “типового участка” существенно изменяются какие - то факторы риска (оцениваемые по пп. 2,2 и/или 2,3 и/или 2,4 и/или 2,5 и/или 2,6).
Для каждого “участка порта” предлагаемая система анализа рисков требует рассчитывать индивидуальный “коэффициент навигационной безопасности участка” (КНБУ). Основная задача КНБУ - дать объективную точечную (т.е.-одним числом) оценку степени риска при плавании данным участком (по сравнению с другими участками портовой акватории) на основе тех пяти “факторов риска“, которые были предложены в Главе 2 (формулы (2.67), (2.102), (2.120), (2.135), 2.154)). При расчете КНБУ возникает проблема “увязки” пяти различных факторов риска в единую формулу. В “теории вероятностей” есть различные подходы - сложение вероятностей, умножение вероятностей и их комбинации. Использование в диссертации коэффициентов безопасности вместо классических подходов теории вероятностей (как это обосновывается в п. 2.1) позволяет объединять рассматриваемые факторы риска в единую формулу на основе логической модели, учитывающей степень взаимосвязи различных факторов риска.
В данном случае предлагается все факторы объединить в две группы: первая -где риски зависят от условий плавания в порту и могут значительно изменяться в зависимости от порта и вторая, в которой риски в основном зависят от конкретного капитана, организации мостика, оборудования судна, квалификации экипажа. Исходя из вышеизложенного, коэффициент навигационной безопасности каждого из участков (КНБУ) предлагается сформулировать в виде: КНБУ = [(Кспв Кт Крсс) + (КНАВ Ком)] (3.1) где Кспв - коэффициент безопасности по структуре портовых вод; Кгм - коэффициент безопасности по гидрометеорологическим факторам; Крсс - коэффициент безопасности по рискам, связанным с судном; КНАВ - коэффициент безопасности по ТСС и методам судовождения; Кром -коэффициент безопасности по организации мостика и системе УДС.
Максимально возможное расчётное значение коэффициента навигационной безопасности участка (КнБУ)тах составляет при наиболее благоприятных условиях плавания - 80. Минимально-допустимые значения (КнБУ)т1П определяются по формуле (3.2) подставкой минимально допустимых значений по каждой группе рисков. Тогда для каждого конкретного участка порта полученное по формуле (3.4) значение (КнБу)тт (Кщу) і (КНБУ)тах (3.2) будет характеризовать степень навигационной безопасности участка; если полученное значение (КНБУ)1 окажется близким к минимально допустимому значению, то такой участок порта классифицируется как потенциально опасный (и может быть выделен в расчетной таблице особым цветом). Если на каком-то участке КНБУ оказывается меньше минимально-допустимого значения, дальнейший расчет прекращается: необходимо рассмотреть дополнительные меры обеспечения навигационной безопасности для прохода данным участком (например, использование дополнительных буксиров, и др.). Предлагаемое в качестве “установочного примера” деление портового плавания на участки (для существенно различных портов Новороссийск, Марсель, Сингапур, Новый Орлеан) приведены в таблицах 3.1 - 3.2: