Науковий вісник Херсонської державної морської академії

Титул

2025-07-23T16:05:55+03:00

Зміст

2025-07-23T16:13:00+03:00

КОЛЕКТИВНА КІБЕРБЕЗПЕКА АВТОНОМНИХ МОРСЬКИХ СУДЕН НА ОСНОВІ ДЕЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО АНАЛІЗУ

2025-07-23T17:48:41+03:00

У даній статті представлено підхід до забезпечення колективної кібербезпеки автономних морських платформ шляхом інтеграції методів інтелектуального аналізу даних, децентралізованої координації та власної гібридної архітектури, що поєднує Long Short-Term Memory (LSTM) з локально вбудованою великою мовною моделлю (LLM). Основна інновація полягає у доповненні традиційної LSTM-моделі компонентом LLM – з метою не лише виявлення, але й семантичного інтерпретування аномалій у навігаційних даних, що є принципово новим підходом для автономного морського середовища.

Особлива увага приділяється виявленню, поясненню та децентралізованій координації реагування на атаки типу GPS-спуфінг, які становлять суттєву загрозу точності навігації та злагодженості дій автономних флотів. Запропонована система, заснована на власній модифікації LSTM-LLM, забезпечує суднам багаторівневу когнітивну здатність: виявлення відхилень у реальному часі, генерацію контекстуальних пояснень природною мовою, а також розробку стратегічних дій без необхідності централізованого управління.

Ключова відмінність від наявних рішень полягає в локальній автономності: кожне судно здатне самостійно аналізувати ситуаційні дані, формувати людиноорієнтовані пояснення та змінювати поведінку відповідно до поточної загрози. Архітектура системи підтримує легкий протокол обміну структурованими повідомленнями у форматі JavaScript Object Notation для швидкої міжсуднової комунікації та децентралізований консенсусний механізм на основі матриці довіри, що динамічно оновлюється.

Ефективність підходу продемонстровано на симульованому сценарії атаки GPS-спуфінг проти одного з п’яти автономних суден. Результати підтвердили здатність системи точно локалізувати джерело загрози, підтримувати цілісність місії флоту та адаптивно перебудовувати навігаційні рішення у відповідь на кіберінцидент.

АВТОМАТИЧНЕ НАЛАШТУВАННЯ НАДЛИШКОВОЇ СТРУКТУРИ СИСТЕМИ ДИНАМІЧНОГО ПОЗИЦІОНУВАННЯ ПО ДЕТЕРМІНАНТУ

2025-07-23T18:40:21+03:00

Об'єктом дослідження є процеси динамічного позиціонування судна з двома кормовими азиподами і носовим підрулюючим пристроєм. Автоматизація процесів керування рухом дозволяє значно підвищити ефективність систем керування за рахунок використання сучасних методів обробки інформації, включаючи оптимізацію. Нові можливості підвищення ефективності систем керування з’явилися з використанням надлишкового керування. У морській галузі надлишкові структури найбільшого поширення набули у системах динамічного позиціонування. Однією із вимог до таких систем є забезпечення максимальної точності процесів позиціонування, у тому числі при дії зовнішніх впливів з будь-якого напрямку. На думку авторів, таку можливість системи керування можна забезпечити максимальним розведенням керуючих векторів структури (максимізацією детермінанту). У роботі розроблено метод налаштування надлишкової структури, який забезпечує таку можливість. Отриманий результат пояснюється: використанням у системі керування бортового обчислювача; знаходженням на кожному кроці бортового обчислювача оптимального стану структури, який визначається максимальним детермінантом, із врахуванням обмежень типу рівностей, для створення структурою необхідних керувань, та типу нерівностей, для врахування обмежень структури по максимальній силі упору і куту повороту гвинтів; переналаштуванням структури у визначене оптимальне положення. Працездатність та ефективність методу підтверджені математичним моделюванням у середовищі MATLAB.

ІНТЕЛЕКТУАЛЬНА ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНА СИСТЕМА ДІАГНОСТИКИ ТА МОНІТОРИНГУ ГІБРИДНОГО СУДНОВОГО ТУРБОКОМПРЕСОРА З НЕЧІТКОЮ МОДЕЛЛЮ

2025-07-23T19:03:55+03:00

Стаття присвячена актуальній задачі підвищення ефективності, надійності та безпеки експлуатації суднових енергетичних установок (СЕУ) через удосконалення систем моніторингу та діагностики ключового обладнання. Розглянуто концепцію та структуру інтелектуальної інформаційно-вимірювальної системи (ІВС) для комплексного моніторингу технічного стану та діагностики гібридних суднових турбокомпресорів (ГТК), які поєднують енергію відпрацьованих газів і додатковий електричний привід, однак їх складна конструкція та жорсткі умови експлуатації вимагають передових діагностичних підходів.

Запропонована ІВС функціонує на основі безперервного аналізу багатопараметричних даних, отриманих у реальному часі від комплексу датчиків, що фіксують ключові робочі параметри ГТК: температуру газів, тиск наддування, вібраційні характеристики, частоту обертання ротора, а також параметри роботи електричної машини. Система передбачає використання інтелектуальної обробки інформації, з акцентом на алгоритми нечіткої логіки. Такий вибір обґрунтований здатністю нечітких систем ефективно обробляти неточні, неповні або якісно виражені дані та формалізувати експертні знання інженерів-механіків, що забезпечує адекватну оцінку стану.

Ключовою функцією ІВС є високоточна та гнучка діагностика технічного стану турбокомпресора. Система оперативно розпізнає та класифікує три основні режими роботи: стабільний нормальний; стан із потенційним відхиленням, що потребує превентивних заходів; та критично несправний стан, що вимагає негайного втручання. Залежно від діагнозу, система формує інформаційну підтримку для прийняття рішень щодо коригування параметрів керування, зокрема оптимізації роботи асинхронної машини ГТК для підтримки ефективного наддування, та для активації механізмів аварійного регулювання.

Впровадження розробленої інтелектуальної системи сприятиме підвищенню ефективності турбокомпресора, забезпечить раннє виявлення та прогнозування несправностей, оптимізує технічне обслуговування та керування. Це має важливе практичне значення для підвищення надійності, економічності та продуктивності суднових двигунів у різних експлуатаційних умовах, а також для загального підвищення безпеки судноплавства.

МЕЖІ ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДІВ ВИЗНАЧЕННЯ ЗМІНИ ОСАДКИ МОРСЬКОГО СУДНА ВНАСЛІДОК ЗМІНИ ГУСТИНИ ВОДИ

2025-07-23T21:59:35+03:00

У статті розглянуто проблему визначення зміни осадки морського судна, обумовленої зміною густини води. Її практичне значення тісно пов’язане з розв’язанням завдань безпечного плавання. Одним із таких завдань є розрахунок посадки судна на етапі розроблення його вантажного плану. Іншим завданням є визначення маси вантажу на основі вимірювання осадки судна до та після вантажної операції. Порівняльний аналіз деяких методів визначення зміни осадки судна зі зміною густини води виявив межі їх практичного застосування. Вони визначаються припущеннями, зробленими під час отримання робочої формули. Неврахування цих меж може призводити до виникнення грубих помилок у розрахунках посадки судна, а на практиці – до неправильного його завантаження. Розглянуті методи проілюстровані конкретними прикладами. У статті також показано можливість розширення практичної значущості методу граничної оцінки для визначення зміни осадки не лише прямостінних суден. Метод є також корисним у випадках: оцінювання верхньої межі зміни осадки судна, викликаної зміною густини води; визначення зміни осадки у випадку, коли густина води при переході судна змінюється не суттєво. Запропоновано критерій, що дозволяє встановити точність методу граничної оцінки зміни осадки судна. Зокрема, показано, що можна знайти для певного діапазону осадок критичні значення коефіцієнта вертикальної повноти, за яких похибка методу граничної оцінки дорівнюватиме наперед заданому значенню (за конкретної різниці густини води). Визначений критерій дозволяє оцінювати умови, коли розбіжність у результатах за «точними» методами та методом граничної оцінки може бути прийнятною для практичних цілей. Важливі напрями подальших досліджень пов’язані з підвищенням точності вимірювання осадки судна та густини води, адже похибки цих вимірювань значно обмежують точність визначення водотоннажності судна.

ІНТЕГРАЦІЯ РИЗИК-АНАЛІЗУ В ОЦІНЮВАННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ СУДЕН ПРИ ЗМІНІ ШВИДКІСНИХ РЕЖИМІВ

2025-07-23T20:01:40+03:00

У статті представлено комплексну математичну модель оцінювання ризиків в умовах зниження швидкості руху морських суден, режиму slow steaming, з інтеграцією показників енергоефективності, викидів парникових газів та експлуатаційних витрат. Проведено моделювання для різних типів суден у декількох швидкісних сценаріях, що дозволило визначити зв’язок між економією пального та накопиченням відповідних ризиків, пов’язаних із людським фактором, технічними несправностями та несприятливими погодними умовами. Запропоновано інтегральний показник оцінювання ефективності, що враховує одночасно екологічну вигоду та потенційні витрати на ліквідацію наслідків аварій. Результати симуляцій виявили наявність такого діапазону швидкостей для кожного типу судна, при якому досягається найкращий компроміс між енергоекологічною ефективністю та експлуатаційною безпекою. Динамічне моделювання ризику показало, також, що тривалі рейси без адаптації систем контролю та профілактики призводять до стрімкого зростання витрат на ліквідацію наслідків. Отримані результати мають практичну цінність при плануванні роботи флоту судноплавних компаній із метою розроблення адаптивних до швидкісних режимів руху стратегій управління, які поєднують екологічні цілі із забезпеченням безпеки та фінансової сталості морських перевезень.

ФОРМУВАННЯ ПОЛЯ ТОЧНОСТІ ОБСЕРВАЦІЇ СУДНА ЗА ДЕКІЛЬКОМА ОРІЄНТИРАМИ

2025-07-23T20:17:40+03:00

У роботі відмічається, що наявність навігаційних перешкод у вигляді мілин обумовлюють підвищений рівень навігаційної аварійності при плаванні суден у стислих водах. Похибки навігаційних вимірювань та маневрування судна породжують ризики навігаційної аварійності. У стислих водах також відбувається інтенсивне судноплавство, що веде до виникнення ситуацій небезпечного зближення і ризиків зіткнення.

Дуже суттєвим чинником, що впливає на безпеку судноводіння, особливо в районах з ненадійним прийомом сигналу супутникових навігаційних систем, є характеристики точності визначення місця судна по навігаційним орієнтирам.

Для формування поля точності обсервації судна, яке створюється декількома орієнтирами необхідно застосувати скалярну міру точності кожної з точок прибережного району плавання судна. Найбільш відповідною характеристикою для такої міри точності є дисперсія модуля векторіальної похибки.

Приведено вираз показника точності для випадку вимірювань дистанції і пеленгу кожного орієнтиру, похибки ліній положення яких мають нормальний закон розподілу.

Для формування поля точності обсервації судна в районі його плавання проводилось імітаційне комп'ютерне моделювання.

Значення скалярного показника точності розраховувалося для двох, трьох та чотирьох орієнтирів, і за його значенням визначалася ступінь затіненості елементарної ділянки поля точності, причому зі зростанням показника затіненість збільшується. Також передбачено можливе оцифрування поля точності, яке відображається на електронній карті із нанесенням значень показника.

ОПТИМІЗАЦІЯ ЕКСПЛУАТАЦІЇ СУДНОВИХ ДИЗЕЛІВ ЗА ДОПОМОГОЮ БЕЗДРОТОВИХ СИСТЕМ МОНІТОРИНГУ

2025-07-23T20:48:47+03:00

У роботі представлено результати дослідження ефективності впровадження бездротової системи моніторингу для суднових дизельних енергетичних установок у контексті оптимізації їхньої експлуатації та підвищення надійності. Актуальність теми зумовлена необхідністю забезпечення безперервного контролю критичних параметрів дизелів, зокрема температури та тиску в системі охолодження, для запобігання аваріям і зменшення експлуатаційних витрат. Для досягнення поставленої мети застосовано комплексний методологічний підхід, що включає аналіз вимог, розробку апаратно-програмного комплексу, проведення експериментів та оцінку ефективності. Об’єктом дослідження обрано аварійний дизель-генератор Kohler 50EOZD, на базі якого реалізовано систему з датчиками, модулями передачі даних (Wi-Fi, PROFINET) і контролером PLCnext Control AXC F 2152. Отримано точні показники температури (±0,5°C) та тиску (±0,1 бара) у режимі реального часу. Аналіз експериментальних даних дозволив встановити оптимальний температурний діапазон 80–95°C і тисковий режим 1,5–2,5 бара, дотримання яких сприяє зниженню витрати палива на 5–7% та викидів CO₂ на 4–6%. Впровадження предиктивного обслуговування скоротило простої на 10–15% та збільшило ресурс обладнання на 20–25%. Розроблений веб-інтерфейс забезпечив зручний доступ до системи через мобільні пристрої. Результати дослідження підтверджують доцільність впровадження бездротових технологій у морській галузі та створюють основу для подальшого розвитку інтегрованих інформаційних систем управління судновими енергетичними установками. Такі системи також можуть бути адаптовані для використання в інших видах транспорту або на стаціонарних енергетичних об’єктах, що робить запропоновану концепцію універсальною.

МАТЕМАТИЧНІ МОДЕЛІ ІМІТАЦІЇ ВІДБИТТЯ ЛУНА-СИГНАЛУ РАДАРА ВІРТУАЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА

2025-07-23T20:59:02+03:00

Дистанційне навчання у закладах вищої освіти у сучасних умовах не надає достатньо практичних навичок майбутнім судноводіям. Наявність локально встановлених тренажерів вимагає присутності курсанта в аудиторії, що в деяких регіонах є небезпечним. Також внаслідок складності тренажерів, одночасне використання екранів ECDIS, RADAR, Conning display досить суттєво обмежує можливості закладу вищої освіти у придбанні хмарних комплексних тренажерів внаслідок високих цін і обмеженої пропозиції. Побудова комплексних тренажерів без фізичної локалізації надасть безпечні і комфортні умови для набуття навичок роботи на навігаційному містку. Стаття присвячена побудові математичних моделей, призначенням яких є графічна імітація відбиття луна-сигналу радара на рухомих і нерухомих надводних об’єктах. Запропоновано метод динамічних кутових тіньових інтервалів. Побудова синусоїдального луна-сигналу на «видимих» сегментах (2D-фасетах) ламаної (контур Land Danger) дозволяє візуалізувати луна-сигнал радара з урахуванням геометрії надводних об’єктів. При цьому здійснюється об’єднання синусоїдальних профілів у загальний радарний відгук у полярному радіусі. Надано модель унікальної метрики «видимості» 2D-фасета в полярному секторі, яка обраховується аналітично, а не побудована бітовою маскою. Логіка динамічного «накопичення тіні» — розширення кутових тіньових інтервалів у часі – є новою реалізацією концепції «динамічного перекриття» у полярній області від рухомого судна-спостерігача.

ФУНКЦІОНАЛЬНЕ ДІАГНОСТУВАННЯ СУДНОВИХ ВИСОКОВОЛЬТНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН

2025-07-23T21:15:17+03:00

Стаття присвячена питанням розвитку методів діагностування високовольтних електричних машин та їх практичному застосуванню на морському транспорті. Дослідження основних підходів до розробки методів і засобів діагностування електричних машин показало доцільність застосування принципів функціонального діагностування. Аналіз діагностичних параметрів дозволив сформувати ефективну сукупність параметрів вібрації, температури, споживаного і ємнісного струму, а також електророзрядної активності та запропонувати комплексну функціональну систему діагностування. Розроблено алгоритм функціонального діагностування суднових високовольтних електричних машин. Запропоновано структуру системи діагностування технічного стану, що дозволяє реалізувати розроблений алгоритм діагностування, який відрізняється конструктивною простотою і надійністю. Діагностування високовольтної електричної машини може бути формалізовано за допомогою моделей класифікації технічного стану і пошуку несправностей за результатами класифікації. Розроблено нечітку модель класифікації технічного стану у вигляді предикатних правил, що дозволяє за результатами вимірювання параметрів електророзрядної активності і середньоквадратичного значення віброшвидкості визначити технічний стан об'єкта. Визначено п’ять класів технічного стану об’єкта: «Норма», «Норма з відхиленнями», «Норма зі значними відхиленнями», «Погіршення» або «Передаварійне». Розроблена модель пошуку несправностей застосовує апарат нечіткої логіки. Модель дозволяє виявити несправності об'єкта по виміряним значенням амплітуд струму і вібрації на характерних частотах, а також температури в контрольних точках. Алгоритм оцінки технічного стану дозволяє за результатами вимірювання параметрів електророзрядної активності і середньоквадратичного значення віброшвидкості визначити поточний технічний стан об'єкта за допомогою апарату нечіткої логіки.

ОСОБЛИВОСТІ РОЗРОБЛЕННЯ ТА ВПРОВАДЖЕННЯ ВИРОБІВ З НОВИХ КОМПОЗИТНИХ МАТЕРІАЛІВ

2025-07-23T21:32:46+03:00

Стаття стосується техніко-економічного обґрунтування застосування виробів з нових композитних матеріалів. Обґрунтовано структуру собівартості композитних виробів, що включає вартість матеріалів, наповнювачів, армування, оброблення стаціонарними чи змінними фізичними полями, механічного оброблення. Витрати на виконання кожної операції включають оплату праці робітників, витрати на оплату електроенергії, амортизації обладнання, експлуатаційних та інших цехових витрат. Наведені вирази, які можна використовувати на практиці для визначення складових собівартості композитного виробу. Для ілюстрації виконано співставлення виготовлення втулок дейдвудних підшипників з капролону наповненого графітом, капролону наповненого графітом та дисульфідом молібдену, а також з епоксидного композиту наповненого графітом та поліамідом. Отримані вирази для розрахунку трудомісткості та вартості виготовлення втулок з цих матеріалів залежно від їхніх розмірів. Результати розрахунків показали, що вартості втулок з усіх трьох аналізованих матеріалів є цілком співставними величинами одного порядку, що в умовах одиничного виробництва судноремонтного підприємства робить витрати на виготовлення для всіх варіантів рівнозначними. Показано, що у випадку застосування втулок з капролону наповненого графітом та фісульфідом молібдену, кількість ремонтів з докуванням судна за термін його використання буде майже в 6 разів меншою ніж при застосуванні втулок з епоксидного композиту, що є ключовим фактором для вибору матеріалу, оскільки зменшує кількість простоїв судна в доку та собівартість перевезення тони вантажу. Представлена методика розрахунку може бути використана інженерами при обґрунтуванні вибору матеріалу та корисна аспірантам для співставлення отриманих результатів з дослідженнями інших авторів.

СИСТЕМА ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ З ВИБОРУ МАНЕВРУ СУДНА ЗГІДНО З ВИМОГАМИ МПЗЗС-72

2025-07-23T21:46:05+03:00

Стаття присвячена питанням застосування Міжнародних правил запобігання зіткнень суден (МПЗЗС-72) у системах підтримки прийняття рішень (СППР) судноводія. Проведено аналіз досліджень у галузі створення формальних моделей МПЗЗС-72 та їх практичного застосування в системах управління рухом суден. Виявлено, що на поточний момент часу перспективним напрямом наукових досліджень є створення методів оцінки рівня небезпеки навігаційних ситуацій згідно з вимогами МПЗЗС-72, адаптованих до застосування в СППР судноводія. Доведено, що важливим аспектом успішного застосування МПЗЗС-72 у судноводінні є не лише створення їх адекватних формальних моделей, адаптованих до застосування СППР судноводія та автоматизованих системах керування рухом суден, а й розвиток тренажерних систем підготовки морських фахівців з метою підвищення їх компетентності в галузі практичних навичок застосування правил під час несення вахти. Розроблено класифікацію навігаційних ситуацій, що виникають у процесі розходження суден згідно з вимогами МПЗЗС-72 та метод оцінки рівня їх небезпеки відповідно до параметрів руху. Здійснено практичну реалізацію запропонованої класифікації та методу оцінки рівня небезпеки навігаційних ситуацій у СППР судноводія, яку інтегровану з навігаційним обладнанням тренажера Wartsila «Navi-Trainer Professional 5000». Створено програмні засоби реалізації інформаційного обміну між СППР та навігаційним обладнанням тренажера у режимі реального часу, що дозволяє здійснювати постійний моніторинг змін навігаційних ситуацій. Пріоритетним напрямом практичного застосування СППР, що створена, є забезпечення тренажерної підготовки морських фахівців з метою отримання практичних навичок застосування МПЗЗС-72 на навігаційному містку. Перспективним напрямом подальших досліджень є розробка окремого програмного модуля СППР для ведення статистичного аналізу успішності тренажерної підготовки фахівців, які проходять її на навігаційному тренажері, в розрізі визначення складнощів застосування окремих правил МПЗЗС-72 для різних типів навігаційних ситуацій та умов плавання.

СУЧАСНІ МЕТОДИ ЗАПОБІГАННЯ ЗІТКНЕННЯ СУДЕН ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ В УПРАВЛІННІ АВТОНОМНИМИ СУДНАМИ

2025-07-23T22:23:53+03:00

Стаття присвячена питанням застосування методів запобігання зіткнень суден у процесах управління безекіпажними автономними суднами (БАС). Окреслено коло важливих питань сучасного стану розвитку індустрії автономних та безекіпажних суден. Проведено порівняльний аналіз наявних методів запобігання зіткнення суден. Визначено недоліки та переваги кожного методу, а також особливості їх практичного застосування при управлінні БАС. Наведено структуру та зазначено відмінні риси процесу управління рухом автономних та безекіпажних суден у порівнянні із суднами, якими здійснює управління судноводій. З’ясовано особливості процесу управління БАС та визначено коло методів, які мають бути застосовані для його реалізації. Розглянуто методи управління БАС та запропонована архітектура системи управління, що базується на комбінованому використанні методів нечіткої логіки, прогнозного керування та пояснюваного штучного інтелекту. Доведено, що поєднання різних методів обробки навігаційної інформації та прийняття рішень, дозволяє забезпечити якісне управління рухом БАС у режимі реального часу, за умов наявності похибок та неповноти навігаційних даних. Визначено шляхи практичної реалізації запропонованої архітектури системи управління БАС та перспективні напрямки подальших наукових досліджень у зазначеному напрямку.

ВИЗНАЧЕННЯ ВПЛИВУ ФАКТОРУ ОПЕРАТОРІВ-СУДНОВОДІЇВ ЗАСОБАМИ НАВІГАЦІЙНОГО ТРЕНАЖЕРУ

2025-07-23T22:57:43+03:00

У міру ускладнення морських операцій зростає потреба у впровадженні об'єктивних та масштабованих методів оцінювання компетентності моряків, що виходять за межі традиційних інструкторських підходів. У цьому дослідженні представлено комплексну, базовану на даних систему аналізу роботи курсантів у тренажерних вправах, яка використовує сучасні методи без наочного навчання та пояснюваного штучного інтелекту (AI). Для аналізу використовувалися багатовимірні часові ряди з навігаційних симуляцій, що охоплюють динаміку судна, дії екіпажу та параметри навколишнього середовища за десятками різних ознак. Було реалізовано ретельний етап попередньої обробки даних, який поєднує агрегування статистичних ознак та усунення надлишкової інформації за допомогою коефіцієнта кореляції Пірсона та взаємної інформації. Це дозволило сформувати компактний, але інформативний набір характеристик, який відображає як керуючі впливи, так і навігаційні стани та рух судна. Кожну сесію симуляції було закодовано у вигляді вектора, що фіксує середні значення та варіативність параметрів протягом виконання вправи. Для кластеризації було обрано алгоритм HDBSCAN, який особливо ефективний для виявлення груп із різною щільністю та автоматично виділяє аномальні випадки, що критично важливо для оцінки підготовки. Знайдені кластери візуалізували за допомогою Т-розподіленого вкладення стохастичної близькості (t-SNE), що дозволило інтерпретувати патерни дій курсантів. Для пояснення особливостей кожної групи було навчено лінійну SVM-модель, а метод SHAP допоміг проаналізувати, які саме ознаки впливають на рішення моделі. Основні результати показали, що кластери відповідають різним стилям навігації: стабільні, обережні підходи відрізняються від динамічних чи ризикованих за такими характеристиками, як швидкість крену, кутовий рух (yaw_rate) та оберти двигуна. Сесії, віднесені до аномалій, зазвичай характеризуються різкими маневрами чи нестійким керуванням, що може свідчити про наявність прогалин у навичках. Інтерпретовані SHAP-значення перетворюють складні висновки моделі на зрозумілі для інструкторів рекомендації, даючи можливість адресно працювати з недоліками кожного курсанта. Запропонований підхід може стати прозорою та масштабованою альтернативою суб’єктивному оцінюванню у морській освіті, з реальними перспективами для підвищення безпеки та персоналізації навчання. Система показує високий потенціал інтеграції в практичне середовище підготовки кадрів та подальшого розвитку з розширенням масиву доступних даних.

БАГАТОКРИТЕРІАЛЬНА ОПТИМІЗАЦІЯ СИТУАЦІЙНОГО УПРАВЛІННЯ МОРСЬКИМИ ПЕРЕВЕЗЕННЯМИ В УМОВАХ НЕВИЗНАЧЕНОСТІ

2025-07-23T23:28:23+03:00

Запропоновано методологію багатокритеріальної оптимізації морських транспортних перевезень в умовах невизначеності впливу зовнішнього середовища. Зазначено, що у практиці управління морськими транспортними перевезеннями спостерігаються їх комплексні прояви у вигляди різних конкретних ситуацій, прихованих можливими взаємодіями і невизначеностями впливу зовнішнього середовища Показано, що найбільш раціональним способом вирішення завдань транспортних перевезень за умов невизначеності є багатокритеріальна оптимізація. На основі розгляду реальних ситуацій транспортного переходу Туреччина-Німеччина показано, що зниження невизначеності при визначенні умов проходження маршрутів перевезень може бути досягнуто як шляхом раціонального використання експлуатаційних параметрів судна, так і урахуванням зовнішніх умов проходження маршруту. Запропоновано та докладно досліджено параметри оптимізації транспортних перевезень конкретного транспортного маршруту. Виконано формування матриці транспортних перевезень, параметрами оптимізації в якій є завантаження судна, тривалість доставлення, швидкість переходу, навантаження на головний двигун, витрата палива, відхилення від маршруту, вартість перевезень. Розглянуто практичні ситуації проходження маршрутів. Встановлено вплив зовнішніх збурень на керовані експлуатаційні параметри судна, що дозволило виробити рекомендації щодо прийняття рішень, виходячи з ранжирування пріоритетів оптимізаційних параметрів стратегій матриці транспортних перевезень та збігів з різних узагальнювальних функцій та можливість прогнозування наслідків прийняття рішень про обрану оптимальну стратегію управління в умовах конкретної ситуації, що склалася. Запропоновано інтелектуальну інтерактивну модель прийняття рішень щодо вибору альтернатив управління транспортом в умовах невизначеності вхідної інформації, що включає внутрішні нормативні акти, стандарти та правила перевезень, яка відрізняється від наявних тим, що враховує вплив зовнішнього середовища та ймовірність ситуацій проходження маршруту, формування та агрегування критеріїв. Це дозволяє забезпечити прозорість та оптимізувати процедури реалізації транспортних стратегій.

МОДЕЛЬ ТА МЕТОД РОЗРАХУНКУ МАТРИЦЬ КОРЕСПОНДЕНЦІЙ З УРАХУВАННЯМ ЧАСОВИХ ОБМЕЖЕНЬ ДІЇ ПРОЇЗНИХ ПІЛЬГ

2025-07-23T23:40:01+03:00

У роботі запропоновано вдосконалену модель розрахунку матриць пасажирських кореспонденцій, що враховує часові обмеження дії проїзних пільг. Актуальність дослідження зумовлена потребою адаптації транспортного планування до соціальних змін та зменшення пасажиропотоку в умовах обмеженого фінансування. Традиційні підходи не враховують вплив змін у часі дії пільг, що призводить до викривлення результатів моделювання та неефективного використання ресурсів. Запропонована модель враховує часову доступність пільг і дозволяє розраховувати коефіцієнти тяжіння між транспортними районами з урахуванням періодів платного та безкоштовного проїзду. Особливу увагу приділено аналізу динаміки поїздок осіб пільгових категорій у різні години доби, що дозволяє коректно врахувати пікові та міжпікові навантаження. Введені параметри дозволяють розраховувати частку часу, що припадає на кожен тип проїзду, та комбінувати відповідні коефіцієнти тяжіння. Таким чином, модель відображає зміну мобільності пільгових категорій пасажирів залежно від часу доби, що особливо важливо для міст із високою часткою таких пасажирів. Розроблений підхід також дає змогу оцінити потенційні зміни пасажиропотоків при коригуванні часових меж дії пільг, що може бути корисним для органів управління транспорту. У роботі розглянуто різні варіанти взаємного розташування інтервалів часу дії пільг та розрахунку відповідних вагових коефіцієнтів. Отримані результати дозволяють формувати більш точні та гнучкі матриці кореспонденцій, що враховують соціальну політику у сфері перевезень, зменшення попиту та нерівномірність навантаження на транспортну мережу. Запропонована модель може бути використана для оптимізації розкладів руху автобусів у години з підвищеним попитом серед пільгових категорій (наприклад, ранкові години для пенсіонерів), для прогнозування змін навантаження на маршрути у разі корекції політики пільгового проїзду (наприклад, скасування пільг у пікові години або введення обмежень у вихідні дні), а також для аналізу ефективності використання муніципальних субсидій на перевезення у різний час доби та дні тижня. Модель також дозволяє обґрунтувати необхідність запуску додаткових рейсів або змінити маршрути з урахуванням змін у поведінці пільгових пасажирів, що сприятиме більш збалансованому навантаженню на транспортну мережу. Вона може бути корисною при формуванні соціально орієнтованої тарифної політики, яка враховує час доби та категорії пасажирів, забезпечуючи більш раціональне використання ресурсів. Крім того, модель може бути інтегрована в наявні інформаційні системи транспортного моделювання для автоматизованого врахування пільгових факторів.

МОДЕЛЮВАННЯ ПОВЕДІНКИ ТА ІМІТАЦІЯ НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ ДЛЯ АВТОНОМНОГО СУДНА З ОЦІНКОЮ СТАБІЛЬНОСТІ ТРАЄКТОРІЇ РУХУ

2025-07-23T23:57:43+03:00

У статті досліджено поведінку морського автономного судна (МАС) в умовах виникнення надзвичайних ситуацій, пов’язаних із втратою керування, впливом поривчастого вітру та відмовою рульового приводу. Доведено, що дослідження аварійної поведінки морських автономних суден набуває практичного значення та підіймає проблеми безпечного застосування й енергоефективності навігаційного переходу в автономному режимі. Застосовано спрощену математичну модель динаміки руху судна в горизонтальній площині на основі рівнянь Ньютона-Ейлера з урахуванням простих рішень в умовах дії гідродинамічних, аеродинамічних та стохастичних впливів. Показано, що існує дефіцит моделей, здатних не лише відтворювати поведінку автономних суден при блокуванні рульового приводу, зникненні керуючих сигналів чи дії неочікуваних збурень, а і прогнозувати наслідки. Імітація проведена у MATLAB/Simulink із реалізацією основних аварійних сценаріїв. Результати симуляцій дозволили оцінити стабільність траєкторії руху судна та ефективність наявних стратегій керування судном. Отримані дані є основою для подальшого створення алгоритмів автоматичного аварійного реагування на позаштатні ситуації під час виконання автономних навігаційних місій.

СТВОРЕННЯ ІНТЕГРОВАНОЇ МОДЕЛІ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНОЇ БЕЗПЕКИ СУДНА

2025-07-24T00:14:16+03:00

Стаття пропонує інтегровану математичну модель (ММ), застосування якої у практиці дозволяє підвищити експлуатаційну безпеку суден. Модель поєднує декілька критично важливих компонентів: імовірнісну оцінку ризиків, що надає кількісні показники потенційних загроз; глибинний аналіз деградації бар'єрів безпеки, відстежуючи зменшення захисних шарів з часом або під впливом навантажень; агреговану оцінку стану різних підсистем судна в режимі реального часу, уніфікуючи різнорідні дані для цілісного огляду; надійні можливості прогнозування ризиків, засновані на використанні технологій нейронних мереж, що дозволяє передбачати майбутні траєкторії ризиків на основі вивчених закономірностей зі складних експлуатаційних даних.

Змодельовано серію з п'яти різних експлуатаційних сценаріїв. Ці сценарії розроблені так, щоб охопити широкий спектр умов функціонування судна, критично враховуючи динамічні зміни навколишнього середовища, різноманітні технічні збої (несправності, поломки) та потенційну втрату ефективності чинних систем безпеки та захисту. Тестування сценаріїв дозволило провести валідацію продуктивності моделі в різноманітних та складних експлуатаційних умовах.

Результати симуляції демонструють здатність запропонованої моделі виявляти небезпечні умови на надзвичайно ранніх стадіях їхнього розвитку, задовго до того, як вони переростуть у критичні інциденти. Показано, що модель здатна генерувати кількісні оцінки ризиків, пропонуючи чіткі числові дані про потенційні загрози, формує дієві рекомендації для превентивного реагування, надаючи особам, які приймають рішення, своєчасні та актуальні вказівки для запобігання несприятливим подіям. Вбудовані індикатори інтегрованого ризику, запасу міцності та безперервного моніторингу деградації бар'єрів безпеки підтверджують високу інформативність системи, щодо визначення статусу безпеки судна. Модель має адаптивність до високодинамічного морського середовища. Пропонований підхід може служити основою для створення складних функціональних платформ, присвячених комплексному управлінню безпекою морських суден. Пропонується інтеграція таких ММ у сучасні навігаційні та безпекові системи управління інформацією.

ТЕОРЕТИЧНІ МОДЕЛІ АПРОКСИМАЦІЇ ПОПРАВКИ НА ХВИЛЮВАННЯ ПРИ РОЗРАХУНКУ ГЛИБИНИ ПІД КІЛЕМ

2025-07-24T00:27:50+03:00

Погодні умови мають значний вплив на судно під час переходу, а здатність утримувати правильну позицію та точно визначати безпечні глибини є одним з найважливіших факторів безпечної навігації. У статті проведено аналіз реальних досліджень з розрахування поправки на хвилювання при визначенні Under Keel Clearance судна. Проведено параметричну ідентифікацію даних та отримано аналітичні залежності поправки на хвилювання від довжини судна та висоти хвиль у найбільш поширених для експлуатації суден діапазонах хвиль при розрахунку Under Keel Clearance. Використані методи аналізу, інтерполяції та екстраполяції дозволили отримати квадратичні залежності, обмежені амплітудою хвиль для всього обраного діапазону хвиль при відповідній довжині судна. Розроблено програмне забезпечення WaveCheckRoute мовою програмування Python з наданням рекомендацій щодо збільшення поправки на хвилювання на кожному часовому кроці обраних карт погоди і маршруту з метою впровадження у навчальний процес для курсантів одночасно із тренажером NaviSailor 4000.

ОСОБЛИВОСТІ МАТЕМАТИЧНОГО ТА КОМП’ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ АЕРОДИНАМІКИ АВТОМОБІЛІВ З АНТИКРИЛОМ

2025-07-24T00:42:37+03:00

Стаття стосується особливостей розрахунків аеродинаміки автомобілів з антикрилом. Ставиться та розв’язується питання – наскільки близька до адитивності задача окремого розрахунку антикрила та автомобіля без антикрила. У зв’язку з високою нелінійністю рівнянь Нав’є-Стокса, і тим більше з врахуванням додаткових рівнянь моделей турбулентності, повна адитивність, звичайно, відбуватися не може. Однак це питання важливе, особливо враховуючи той факт, що виробники антикрил як додаткових навісних елементів, вказують очікувані значення притискної сили, які отримані для антикрила без врахування взаємного впливу системи «автомобіль – антикрило». Для вирішення цього питання нами було проведено серію чисельних розрахунків засобами CFD, що відповідають експериментам в аеродинамічній трубі. Розрахунки виконувались на основі рішення зовнішньої аеродинамічної задачі з використанням k-ε моделі турбулентності. Послідовно вирішувалась задача обтікання автомобіля без антикрила, безпосередньо самого антикрила, та автомобіля з антикрилом, після чого результати порівнювались. За результатами розрахунків встановлено, що притискна сила антикрила, встановленого на автомобіль, більша, ніж притискна сила антикрила встановленого у вільному потоці. Аналогічно, аеродинамічний опір антикрила, що встановлене на автомобіль, більший, ніж аеродинамічний опір антикрила, що встановлене у вільному потоці. Вказані особливості є результатом коригування картини течії в присутності автомобіля, при цьому швидкість повітря, що надходить на антикрило, у присутності автомобіля більша, ніж відповідна швидкість у вільному потоці. Окрім того, у просторі між антикрилом та кузовом автомобіля спостерігається значне вихроутворення, що знижує тиск позаду антикрила та у вказаному просторі, тим самим збільшуючи відповідні сили у порівнянні з їх значенням у вільному потоці.

ПРАКТИЧНІ МЕТОДИ РОЗРАХУНКУ ПОЛОЖЕННЯ БАЗОВИХ ТОЧОК ЗМІСТОВНОЇ МОДЕЛІ ПОВОРОТУ СУДНА

2025-07-24T00:54:00+03:00

Об’єктом дослідження є процес повороту судна. Стаття присвячена питанням здійснення чисельних розрахунків положення всіх базових точок змістовної моделі повороту судна.

Застосування змістовної моделі повороту судна і методів розрахунку положення базових точок дозволяє розрахувати процес повороту судна і визначити положення базових точок. Положення центра ваги знімається з вантажного плану судна. Положення полюсу повороту і положення центра обертання визначаються простими експериментальними та експериментально-розрахунковими методами.

Визначення положення центру обертання і полюсу повороту надає можливість значно точніше визначати положення судна при повороті, що підвищить безпеку плавання.

Визначення абсциси полюсу повороту по тангенційним швидкостям носа та корми можна використовувати для судна з будь-яким типом і кількістю головних двигунів і будь-яким типом і кількістю рушіїв.

Визначення зміщення центру обертання від центру ваги шляхом порівняння положень абсциси полюсу повороту при нульовій і максимальній швидкостям судна, визначеним по тангенційним швидкостям носа та корми можна використовувати для судна, у якого бокова сила утворюється різними шляхами, але в одному й тому ж місці як при нульовій швидкості, так і при швидкості повного ходу.