Статья посвящена сейсмическим донным наблюдениям на море, текущему состоянию данного вопроса и путям развития донной сейсморазведки с применением роботизированных средств. Выполнен обзор текущих видов донных сейсмических съемок и их подразделение на два основных вида: глубоководные работы и работы на мелкой воде и в переходных зонах суша - море (транзитных зонах). Показаны основные применяемые технологии донных работ и рассмотрены проблемы каждой из них. Подробно представлена технология работы с самовсплывающими станциями для применения на глубокой и мелкой воде. Показано преимущество применения этой технологии для донной части гибридных съемок на глубокой воде. Представлено несколько вариантов перспективы развития самовсплывающей станции на глубокой воде. Подробно проанализировано новое направление донной сейсморазведки на глубокой воде, состоящее в создании и применении большого количества автономных подводных дронов, каждый из которых дополнен возможностью приема и записи на дне сейсмических донных наблюдений. Для мелководного сектора донной сейсморазведки предложена новая технология роботизированных съемок на основе использования безэкипажного судна-носителя самовсплывающих станций и автоматизированных самовсплывающих донных станций, работающих без оставления груза на дне. Проведены реальные морские испытания модели донной самовсплывающей станции без оставления груза на дне. Найден и испытан эффективный способ автоматической постановки станций на дно. Проведены морские испытания всплытия предложенной модели с использованием технологии сжатого воздуха. Выявлены проблемы предложенной модели и найден устойчивый модифицированный вариант ее всплытия при любых погодных условиях.
Темой исследования является одна из наиболее важных задач морской навигации в обеспечении безопасности и эффективности мореплавания, а именно точность определения координат места судна. Несмотря на интенсивное внедрение информационных технологий и повышение точности навигационных систем и методов в списке актуальных задач мореплавания постоянно находятся исследования, связанные с точностью определения координат места судна. Традиционно под оценкой точности текущих координат места судна в морской навигации понимается априорная оценка влияния комбинации случайных погрешностей измеренных навигационных параметров на случайные погрешности рассчитанных координат. С помощью этой информации осуществляется подмена точности текущих координат места судна понятием «точность работы навигационной системы или метода», что принципиально является теоретическим несоответствием. Целью данного исследования является попытка частично компенсировать это несоответствие. Для этого предложен индикатор, позволяющий косвенно оценить текущую точность обсервованных координат места судна по информации, содержащейся в избыточных измерениях, полученных в масштабе реального времени без использования априорных данных. Идея индикатора основана на оценке площади фигуры погрешностей линий положения, ограниченной ее внешним контуром при высоком уровне избыточности измерений, обеспечивающих вероятность нахождения истинной точки в этой фигуре, равной 100 %. Отмечается, что современная навигационная техника характеризуется не только высокими точностными характеристиками, но и позволяет наращивать объем измерительной информации, используя для ее обработки современные технологии, включая платформы Big Data. Возможность определения текущей области с полной достоверностью нахождения в ней истинной точки стимулирует развитие следующего более технологичного и перспективного уровня автономных методов определения места судна, который напрямую относится, например, к развитию азимутальных методов мореходной астрономии, позволяющих выполнять неограниченное количество измерений в отсутствии видимого горизонта, что, несомненно, является актуальным при плавании судов в условиях высоких широт, особенно в длительный период полярной ночи.
В работе представлены результаты экспериментальных исследований характеристик течения воды и параметров транспорта наносов, выполненных в гидравлическом лотке с песчаным деформируемым дном при установившемся и неустановившемся режимах течения воды. Эксперименты проведены в гидравлическом лотке длиной 8,0 м и шириной 0,21 м, оборудованном устройствами для изменения уклона дна в диапазоне значений: прямым - до 0,025, обратным - до 0,015, а также для автоматического воспроизведения гидрографа стока по заданной программе. Диапазон расходов в экспериментах изменялся в диапазоне от 2,0 л/с до 6,0 л/с. В качестве руслового материала использовался кварцевый песок диаметром 0,1-0,3 мм. В работе определены значения и дана оценка интенсивности изменения основных характеристик речного потока при распространении волны попуска, включая характер изменения уровенного режима и уклонов свободной поверхности, а также режим скоростей течения воды. Изучены параметры транспорта влекомых наносов, в том числе длины и высоты донных гряд, скорости перемещения гряд и расход наносов. Выполнена статистическая обработка параметров грядового рельефа при установившемся и неустановившемся движении воды. Гидравлические исследования и численные эксперименты позволили выявить специфику движения наносов в условиях неустановившегося движения. Экспериментально подтверждено, что при неустановившемся движении воды транспорт наносов активизируется в моменты прохождения волны попуска воды. При этом основные параметры транспорта наносов - скорость перемещения гряд и расход наносов - возрастают по сравнению со стационарным движением воды.
Целью работы является обеспечение непрерывного мониторинга, прогнозирования и достоверности показателей состояния производства и факторов его роста на предприятиях водного транспорта, по данным статистики, на основе опыта моделирования и параметрической оценки производственных функций с применением нейтронных сетей и интеллектуальных систем. В связи с этим появляется возможность формирования значений целевых индикаторов и показателей развития внутреннего водного транспорта по контрольным периодам на краткосрочном и стратегическом уровнях. Предлагается алгоритм численной оценки параметров моделей производственных функций потребления, построенных с помощью регрессионных нейросетей по данным статистики социально-экономического развития региона. Отмечается, что существенным отличием данного способа оценки является использование нейросетевых технологий, способствующих значительному расширению технических возможностей моделирования и повышению точности вычислений путем получения рекуррентных оценок вектора искомых коэффициентов модели. Показано, что для рассматриваемого класса задач «пригонки» траекторий функции потребления к статистическим данным можно применять нейронные модели обобщенно-регрессионных сетей, обладающие простыми режимами обучения и высокой точностью моделирования. При этом применение нейросетевых технологий обеспечивает максимальное приближение модели производственной функции заданной структуры к нейронной модели при заданном начальном приближении с последующим ее использованием для оценки весовых коэффициентов. Применение алгоритма продемонстрировано на примере оценок параметров аппроксимированной с помощью нейросети функции потребления по соответствующим данным временных рядов. Получены численные оценки с применением операторных функций из арсенала Neural Networks Toolbox среды MATLAB. Предложенный алгоритм может быть применен для численного анализа производственных моделей потребления со сложными логико-вероятностными связями при оценивании целевых индикаторов и показателей развития внутреннего водного транспорта.
В работе обращается внимание на то, что негативные климатические изменения, выраженные в повышении среднегодовых температур на планете и связанные с насыщением нижних слоев атмосферы парниковыми газами, вынуждают к принятию мер по сокращению антропогенного фактора влияния на эти процессы и разработке методик и инструментов регулирования. Отмечается, что несмотря на то, что на морские транспортные перевозки за счет сжигания ископаемых углеводородов приходится менее 2,5 % от суммарных выбросов диоксида углерода, в перспективе эффект накопления способен повлечь серьезные последствия. Предметом настоящего исследования является энергоэффективность судов современного коммерческого флота. В работе рассмотрены различные нормативные требования по энергоэффективности, отслежена хронология введения требований как международного, так и регионального уровней. Отмечается, что разработанные методы оценки энергоэффективности направлены на сокращение меры влияния антропогенного фактора на парниковый эффект и оценки энергоэффективности в основном базируются на мониторинге выбросов диоксида углерода при работе двигателей на различных видах топлива. В исследовании уделено внимание мероприятиям по сокращению выбросов СО2 на всех этапах жизненного цикла судов, начиная с проектирования и постройки до утилизации судна. В числе мероприятий по сокращению выбросов на этапе проектирования и постройки рассмотрены вопросы оптимизации корпуса судна и его энергетической установки, разработки конструкций для работы на нетрадиционных, углерод-нейтральных и безуглеродных видах топлива, внедрение в конструкцию судовой энергетической установки альтернативных источников энергии и др. Среди эксплуатационных мер снижения выбросов СО2 рассмотрены проблемы оптимизации скорости и маршрутов перевозок, загрузки судна, режимов работы судового оборудования. В работе также уделено внимание проблемам, возникающим в процессе внедрения технологий достижения требований к энергоэффективности судов. На основании анализа различных методов сокращения степени влияния на парниковый эффект со стороны мировой судоходной отрасли сделаны выводы о достигнутых результатах и их эффективности.
Отмечается, что повышение технико-экономических и экологических показателей дизеля может быть достигнуто с помощью управления процессом горения топлива посредством воздействия на параметры топливной аппаратуры и камеры сгорания. Предлагается информацию о процессе горения получать посредством регистрации в процессе проведения эксперимента двух симметрично расположенных относительно верхней мертвой точки поршня угловых положений коленчатого вала и анализа индикаторной диаграммы. Целью выполненного исследования являлась оценка возможности и определения средств повышения качества анализа процесса горения в судовом дизеле за счет получения достоверных характеристик тепловыделения при горении топлива в результате анализа индикаторных диаграмм. Показано, что известные методы и средства получения характеристик тепловыделения не обеспечивают достаточной точности анализа. В работе доказано, что характеристики тепловыделения могут быть искажены в результате ошибки в определении на индикаторной диаграмме оси ординат, соответствующей положению верхней мертвой точки поршня. Предложена методика высокоточного определения положения верхней мертвой точки, которое получают делением пополам интервала времени между двумя сигналами, соответствующими одному и тому же положению поршня при восходящем и нисходящем его движении. Разработано устройство для реализации указанной методики. Использование предложенной методики на практике позволит за счет обеспечения необходимой точности указания положения верхней мертвой точки на индикаторной диаграмме повысить качество расчетно-экспериментального определения характеристик выделения теплоты при сгорании топлива, что в свою очередь дает возможность обеспечить высокие технико-экономические и экологические показателей дизеля при его создании и повысить качество его диагностирования в процессе эксплуатации.
Проведены испытания на адгезию эпоксидного компаунда К-153, содержащего разное количество бронзового порошкового наполнителя. В качестве бронзового порошка были использованы бронзовые опилки, полученные опиливанием катаного прутка из алюминиевой бронзы БрАЖНМц9-4-4-1. Условный размер частиц бронзы оценивали по значению средней длины хорды сечения частиц, составляющему 18 мкм. Эпоксидные составы наносили на пластины из бронзы БрАЖНМц9-4-4-1. Указанная бронза выбрана как очень близкая по составу к бронзе БрА9Ж4Н4Л, применяемой для литья гребных винтов. Толщина пластин 4-5 мм, размеры пластин в плане составляли примерно 50 × 100 мм. Пластины перед заливкой компаундом шлифовали на шкурках разной зернистости, среднее арифметическое отклонение профиля шлифованной поверхности пластин находилось в диапазоне 0,500 … 0,900 мкм. Заливка и выдержка пластин производились при температуре 19 ± 1 ºС и относительной влажности воздуха 50 ± 5 %. Средняя толщина эпоксидного покрытия на пластинах составила 2,1 мм. Эксперименты на адгезию проводили после выдержки эпоксидного покрытия в течение семи дней. Испытания проводили по схеме, регламентированной ГОСТом 32299-2013 «Материалы лакокрасочные. Определение адгезии методом отрыва с использованием механического адгезиметра». Согласно данной схеме к покрытию приклеивали металлические грибки диаметром 19,5 мм, предварительно обработав места приклеивания шкуркой и протерев их растворителем. После этого вокруг каждого грибка делали круговой вырез в покрытии, отрывали грибки под действием усилия, направленного перпендикулярно покрытию, и регистрировали прочность на отрыв. Было установлено, что добавка металлического порошка не оказывает влияния на значение прочности отрыва, т. е. осаждение частиц бронзы в эпоксидном компаунде при его отверждении не приводит к уменьшению площади контакта эпоксидной смолы с поверхностью бронзы. Этот вывод подтверждается также расчетным способом: оценка толщины слоя эпоксидной смолы между частицей бронзы и поверхностью пластины показала, что к моменту полного отверждения эпоксидного компаунда толщина указанного слоя на три порядка превысит размер молекулы диановой смолы. Значит, вязкость эпоксидных смол слишком высока, а размеры и масса частиц используемых металлических порошковых наполнителей слишком малы, чтобы имело место хотя бы частичное выжимание смолы из-под частицы при ее медленном погружении.
В статье рассмотрен вопрос применения нового документа: «Инструкции по дефектации корпусов речных судов и смешанного река - море плавания, поднадзорных РКО» для прогнозирования числа замеров корпусных конструкций при последующем очередном освидетельствовании. Принимается во внимание электронный вариант таблиц акта дефектации, предусмотренный новым документом, позволяющих выполнять необходимые расчеты. На текущий момент под дефектацией корпуса судна понимается обследование, измерение и оценка дефектов каждого элемента корпуса судна с целью установления способов и объемов ремонта, обеспечивающих надежную эксплуатацию его до следующего очередного освидетельствования в заданных условиях эксплуатации. Применение новой инструкции позволит выполнять измерение не всех элементов корпуса судна, а только тех, измерение которых является целесообразным. Приводится алгоритм заполнения таблиц акта дефектации в электронном виде, обоснована необходимость проведения предварительного (расчетного) этапа дефектации, являющегося, по сути, аналогом понятия «нулевой этап в судоремонте». Отмечается, что выполнение предварительного этапа дефектации основано на вероятностном подходе к прогнозированию остаточных толщин отдельных элементов корпуса с использованием известных скоростей изнашивания и данных дефектаций корпуса, выполненных в процессе проведенных ранее исследований. Приведены результаты расчетов контрольного примера по судну-представителю, для которого имеются подробные сведения как о конструкции корпуса, так и о результатах измерений при предыдущем освидетельствовании и ремонте. На контрольном примере доказано, что внедрение предварительного этапа дефектации позволит сократить необходимое число измерений корпусных конструкций на 78 % по сравнению с традиционным подходом к выполнению дефектационных работ. Обоснована необходимость разработки на предварительном этапе не только электронных таблиц, но и соответствующих карт замеров основных корпусных конструкций.
В статье выполнен обзор различных алгоритмов по оптимизации маршрутов морских автономных надводных судов. Отмечается, что актуальным и действенным методом оптимизации маршрутов является внедрение алгоритмов и программной базы по предотвращению столкновения, основанных на теории графов. Основными способами являются алгоритм Дейкстры, А*, искусственные потенциальные поля, метод «динамического окна», метод скоростного препятствия. Также отдельно рассматривается предотвращение столкновения с использованием радара морского автономного навигационного судна, геометрических факторов судов, генетического алгоритма, обучения нейронной сети. При этом большинство алгоритмов рассматривается только как теоретическое решение поставленных задач. Вместе с тем в некоторых работах описаны результаты, полученные при проведении экспериментальных натурных испытаний, а именно: нейронные сети, использующие глубокое обучение, марковский процесс принятия решений, Q-обучение; созданная с нуля система автономного предотвращения столкновения с использованием концепции поиска заменяемого пространства действий; эвристический поиск оптимального маршрута судна по Северному морскому пути с использованием алгоритма А2015. Общий анализ исследований показал, что многие авторы значительно продвинулись в своих исследованиях - в них видна положительная динамика исследования, однако необходимо совершенствовать существующие алгоритмы для решения поставленных задач, поскольку в одних работах не рассматривается расхождение с несколькими судами, в других не используется маневр, связанный с изменением скорости, в отдельных работах существует сложность настройки параметров для эффективной работы алгоритма. Не в полной мере разработан также критерий оптимальности при совместном маневрировании, учитывающий не только обеспечение минимального значения кратчайшей дистанции до судна в системе, но и другие факторы, такие как распределение обязанностей по выполнению маневров судов.
В данной статье проанализирована эффективность использования нейронной сети для определения маневров расхождения двух судов. Дано краткое описание алгоритма и скрипта MATLAB, позволяющего находить изменения курсов для предотвращения столкновений пар судов. Описывается процесс создания обучающей выборки с помощью ранее разработанного скрипта, включающий предварительную обработку данных для устранения нереалистичных сценариев сближения пар судов, а также ситуаций, в которых отсутствует опасность столкновения. Обучение нейронных сетей выполнялось с помощью алгоритмов оптимизации Левенберга - Марквардта и Adam. В ходе исследования было обучено одиннадцать нейронных сетей с различными параметрами, из которых выбрана сеть, позволяющая прогнозировать изменения курсов для расхождения на безопасной дистанции для пар судов с точностью 94,8 % (точность прогнозов нейронной сети в данном исследовании определена как количество пар изначально опасно сближающихся судов, дистанция кратчайшего сближения которых после обработки нейронной сетью находилась в пределах 0,8-1,2 мили, поделенной на общее количество пар судов). В исследовании выполнено сравнение времени, затраченного на вычисление маневров расхождения с использованием алгоритма и нейронной сети. Исследование показало, что при увеличении количества опасно сближающихся судов до четырех и выше нейронная сеть затрачивает на прогнозирование маневра расхождения в пять раз меньше времени, чем алгоритм. С увеличением числа опасно сближающихся судов разрыв во времени обработки данных между нейронной сетью и алгоритмом увеличивается, что подтверждает целесообразность применения нейронных сетей в обработке больших массивов данных с парами опасно сближающихся судов. В дальнейших исследованиях планируется создать алгоритм для решения задачи безопасного расхождения группы судов, осуществляемого на основе попарного анализа опасности столкновений.