ANALIZA RYZYKA MANEWRU WYPRZEDZANIA W OPARCIU O SIECI BAYESA

Transkrypt

1 4-009 PROLEMY EKSPLOATACJI 15 Zbigniew URCIU, Piotr LIZAKOWSKI Akademia Morska, Gdynia ANALIZA RYZYKA MANEWRU WYPRZEDZANIA W OPARCIU O SIECI AYESA Słowa klczowe Akwen ograniczony, wyprzedzanie, kolizja. Streszczenie Nawigacja na obszarach ograniczonych wymaga prawidłowej interpretacji i oceny bezpieczeństwa statk w trakcie jej realizacji. Problem manewrowania statkiem na torach podejściowych, w strefach rozgraniczenia rch jest zagadnieniem złożonym, ponieważ żeglga na tych akwenach powodje zwiększenie poziom zagrożenia statk. Artykł przedstawia wstępną ocenę prawdopodobieństwa kolizji podczas wyprzedzania na torze wodnym z wykorzystaniem sieci ayesa. Wprowadzenie Nawigacja morska związana jest z ryzykiem, kształtowanym w zależności od rejon pływania, parametrów statk, osób prowadzących daną jednostkę oraz warnków hydrometeorologicznych. Nawigacja to prowadzenie statk, z względnieniem warnków zewnętrznych, w cel bezpiecznego wykonania założonego zadania transportowego. Do warnków zewnętrznych zaliczane są: charakterystyka batymetryczna akwen oraz warnki hydrometeorologiczne i natężenie rch statków.

2 16 PROLEMY EKSPLOATACJI Wzrost natężenia rch statków (Rys. 1 oraz ich wymiarów powodje obniżenie poziom bezpieczeństwa na akwenach ograniczonych. Nawigacja jest tam prowadzona, w warnkach występowania dżego prawdopodobieństwa zderzenia z innym statkiem lb obiektem [, 3]. Rys. 1. Natężenie rch statków. Zaobserwowany rch statków na Morz ałtyckim 8 kwietnia 009 rok. Źródło HELCOM AIS Konsekwencje takiego zdarzenia obejmją tratę środków transport, zagrożenie życia ldzkiego (załoga i pasażerowie i zanieczyszczenie środowiska. Kolizje statków na morz zaliczamy do zdarzeń przypadkowych, występjących szczególnie często w obszarach ograniczonych, w trdnych warnkach pogodowych. Nawigator, znajdjący się pod wpływem stres, jest narażony na podjęcie niewłaściwej decyzji. W szczególności dotyczy to wybor manewr niknięcia zderzenia w trakcie wyprzedzania na ograniczonym torze wodnym. Wyposażanie statków w środki wzajemnej łączności i systemy wykrywania obiektów jest obecnie standardem. Rozwój systemów bezpieczeństwa związany jest z wprowadzaniem systemów wspomagania decyzji, możliwiających ograniczenie lb eliminację błędów człowieka. Na statkach nie stosje się systemów doradczych, zapewniających wypracowanie i wskazanie prawidłowej decyzji, jaką należy podjąć, w cel niknięcia kolizji na akwenie ograniczonym. Wynika to z niedoskonałości wykrywania obiektów znajdjących się w bliskiej odległości i brak ogólnych modeli możliwiających dokładne obliczenia parametrów rch statk. Również obowiązjące przepisy, w odniesieni do specyficznych obszarów, jakimi są akweny ograniczone, są sformłowane w sposób ogólny i trdno na ich podstawie stwierdzić, co oznacza bezpieczna prędkość lb odległość od obiekt wyprzedzanego.

3 4-009 PROLEMY EKSPLOATACJI 17 Opracowanie procedry wyznaczania charakterystyk bezpiecznościowych manewr wyprzedzania dla wybranego statk możliwi wspomaganie decyzji nawigatora poprawę bezpieczeństwa nawigacji na akwenie ograniczonym. 1. Akwen ograniczony Realizacja proces nawigacji jest zależniona w dżym stopni od rodzaj akwen, na którym się ona odbywa. Akweny otwarte charakteryzją się brakiem stałych przeszkód nawigacyjnych. Nawigacja sprowadza się wówczas do nikania kolizji z innymi statkami. Definijąc akwen ograniczony można oprzeć się na różnicach, jakie dzielą go od akwen otwartego. Jako dwa główne czynniki różniące te dwa rodzaje akwenów nawigacyjnych można znać za dominjące: trdność wykonania manewr wyprzedzania, bezpieczność manewr. Na rysnk przedstawiono podział akwenów nawigacyjnych, względniający miejscowienie problem badawczego. Rys.. Podział akwenów nawigacyjnych Procentowy dział poszczególnych typów awarii na akwenach ograniczonych i otwartych słży jako podstawa do klasyfikacji akwenów nawigacyjnych pod względem bezpieczeństwa, 90% wypadków wejścia na mieliznę występje na akwenach ograniczonych [4].

4 18 PROLEMY EKSPLOATACJI Wyprzedzanie statków na akwenach ograniczonych Na obszarach ograniczonych występją zagrożenia ograniczające manewry antykolizyjne. Podstawowym kryterim dla manewr wyprzedzania jest odległość krytyczna wyprzedzania S. Jest to odległość między statkami, której zachowanie pozwala bezpiecznie wyprzedzić obiekt, przy jednoczesnym trzymani się w granicach obszar tor wodnego. Odległość krytyczna wyprzedzania S jest jednym z czynników decydjących o skteczności działania antykolizyjnego. rak znajomości granicznej wartości parametr S, związany jest z następjącymi zagrożeniami: spóźniona decyzja o podjęci manewr wyprzedzania, zbyt mała odległość S od statk wyprzedzanego, zbyt dże wychylenie ster, sktkjące wyjściem poza tor wodny, zbyt dża prędkość wyprzedzania. Nieodpowiednia odległość S może wynikać z nadmiernej prędkości statk wyprzedzającego lb z błędnej oceny czas przekroczenia jej krytycznej wartości. Konsekwencją zbyt dżego zbliżenia statków może być brak możliwości poprawnego wyprzedzenia, ze względ na nieodpowiednią prędkość i położenie ster. Od ob tych parametrów zależy odpowiedniość tor wyprzedzania. Domeny statk wyprzedzającego, jakie są obecnie stosowane, charakteryzją się znacznym nadmiarem fnkcjonalnym [5]. Odległość krytyczna S opisana w literatrze, w większości przypadków nie odpowiada granicy krytycznej, w jakiej należy wykonać efektywne wyprzedzanie. Dla dżych wartości parametr S, wyznaczającego przednią część domeny, stosowane metody nie precyzją, jaki manewr wartość wychylenia płetwy ster, należy wykonać, by spełnić warnki bezpiecznego wyprzedzania. Istotnym parametrem rozważanym dla manewr wyprzedzania jest odległość boczna minięcia się statków d. Jest to odległość między jednostkami w trakcie wykonywania manewr. Powinna ona być taka, aby w wynik działania sił hydrodynamicznych nie wystąpiło zetknięcie się jednostek, wyklczające Rys. 3. Scenarisze wyprzedzania statk na akwenie ograniczonym

5 4-009 PROLEMY EKSPLOATACJI 19 skteczność podjętego działania. Nadmierna wartość odległości d może doprowadzić do drgiego przedstawionego powyżej przypadk, czyli niknięcia zderzenia przy jednoczesnym przekroczeni granic akwen ograniczonego, wyjścia poza tor. Znajomość dopszczalnych wartości parametr d pozwala na predykcję wykonywanych manewrów i ocenę czy takie skteczne działanie jest w ogóle możliwe. Trzecim parametrem definijącym efektywność wyprzedzania jest wartość wychylenia płetwy ster α. Wartość ta związana jest z dwoma wcześniej opisanymi parametrami d, S. Scenarisze wyprzedzania statk na torze wodnym: 1. Krs statk w kiernk granicy tor wodnego.. Krs statk w kiernk brty statk wyprzedzanego. 3. Krs statk w kiernk statk (rfy. 4. Krs statk wyprzedzanego w kiernk statk wyprzedzającego. 5. Prawidłowe wyprzedzanie. 3. ezpieczeństwo manewr wyprzedzania Powszechnie stosowaną miarą bezpieczności system jest ryzyko. Zgodnie z przyjmowaną definicją wyrażana ona jest kombinacją prawdopodobieństwa niepożądanego zdarzenia i jego sktków: R = P S (1 gdzie: R ryzyko, P prawdopodobieństwo zajścia niepożądanego zdarzenia, S sktki zdarzenia. Do wyznaczenia wskaźnika ryzyka potrzebna jest znajomość niepożądanych zdarzeń, jakie mogą zaistnieć, prawdopodobieństwo ich wystąpienia oraz ich sktki. Najpoważniejszy błąd w ocenie wskaźnika ryzyka stanowi niewzględnienie zagrożenia [1]. Wpływ tego błęd na ocenę poziom bezpieczeństwa jest znacznie większy niż niewłaściwe oszacowanie prawdopodobieństwa jego zajścia. Na sktek podjęcia decyzji o manewrze wyprzedzania w zależności od odległości S, kąt wychylenia ster, prędkość statk i odległość boczna na trawersie będą legały zmianom. Myszkowanie powodje, że statek będzie zajmował obszar o szerokości większej od własnej szerokości statk. łąd sterowania α m jest błędem losowym, wynikającym z doświadczenia, wiedzy i praktyki sternika. łąd sterowania α m można opisać rozkładem normalnym N(0, σ, gdzie σ zawiera się w przedziale <-10, 10 >. Kąt sterowania statk można określić wzorem:

6 130 PROLEMY EKSPLOATACJI α = α 0 + ( α m gdzie: α kąt sterowania [ ], α 0 zadany kąt sterowania[ ], α m błąd sterowania [ ]. Z rysnk 4 wynika, że: ( 1 + d = S tg α (3 gdzie: d odległość boczna wyprzedzania [m], 1, szerokości statków wyprzedzającego i wyprzedzanego [m]. Rys. 4. Wyprzedzanie z względnieniem czynników losowych F d = F ( = P( d < = P( S tgα α arctg S 1 + < (4

7 4-009 PROLEMY EKSPLOATACJI 131 Zatem należy znaleźć rozkład zmiennej losowej d przy założeni, że parametr α można opisać rozkładem normalnym N(α 0, σ. Dystrybanta F d zmiennej losowej, gdzie d<, po standaryzacji ma postać: + + = σ α φ 0 1 (0,1 ( S arctg F N d (5 Korzystając z równości ( ( ' F f d d = (6 otrzymano: ( σ α πσ = S arctg d e S S f (7 Odległość boczna d mijania się statków będzie zależała od czynnika losowego wynikającego z błędów sterowania i wpływ czynników zakłócających (wiatr, prąd. Prawdopodobieństwo wykonania prawidłowego manewr P(C minięcia się w bezpiecznej odległości d statków wynosi: = 1 ( ( d d f C P, 0< 1 < (8 gdzie: P(C prawdopodobieństwo wyprzedzenia statk w danej odległości, 1 minimalna odległość boczna minięcia się jednostek [m], szerokość tor wodnego [m].

8 13 PROLEMY EKSPLOATACJI Do oceny bezpieczności manewr wyprzedzania na akwenie ograniczonym zostanie zastosowana sieć bayesowska, dla której stworzono możliwe scenarisze zdarzeń i wynikających konsekwencji. Pozwoli to oszacować prawdopodobieństwo wystąpienia danego zdarzenia (wypadek morski lb manewr bezpieczny przy założeni, że poszczególne etapy tego proces zaistniały z określonym prawdopodobieństwem. Rys. 5. Opis stanów sieci bayesowskiej w ocenie bezpiecznosci manewr wyprzedzania Proponje się w ocenie sytacji niebezpiecznych względnić ogół okoliczności sprzyjających i zagrożeń, do których zaliczyć należy: pozycjonowanie statk wyprzedzanego i wyprzedzającego, podjęcie decyzji o wyprzedzani, ocena parametrów bezpiecznego manewr. Wnioski Przedstawiona w artykle problematyka wyprzedzania statków na akwenie ograniczonym stanowi istotny problem w bezpieczeństwie transport. Oszacowanie prawdopodobieństwa wystąpienia zdarzenia niepożądanego lb zdarzenia zakończonego skcesem (manewr bezpieczny pozwala na ocenę ryzyka wyprzedzania statków. Do oceny wskaźnika ryzyka manewr wyprzedzania wykorzystano sieć bayesowską.

9 4-009 PROLEMY EKSPLOATACJI 133 ibliografia 1. Abramowicz-Gerigk T.: Identyfikacja zagrożeń manewrowych w systemie bezpieczeństwa port. Prace Wydział Nawigacyjnego Akademii Morskiej, Zeszyt 13, Gdynia Gcma L.: Modelowanie czynników ryzyka zderzenia jednostek pływających z konstrkcjami portowymi i pełnomorskimi. Akademia Morska w Szczecinie, Stdia nr 44, Szczecin Gcma L., Smalko Z.: Selected problems and Methods of Navigational Risk Assessment. Proc. 1th International Congress IMAM 005, Vol. 1, Lisbon, Portgal, Gcma S.: Inżynieria rch morskiego. Wydawnictwo Okrętownictwo i Żeglga, Gdańsk Gcma S.: Nawigacja pilotażowa. Fndacja Promocji Przemysł okrętowego i Gospodarki Morskiej, Gdańsk Kite-Powell H.L., Jin D., Patrikalakis N., Jebsen J., Papakonstantino V.: Formlation of a model for ship transit risk. MIT Sea Grant College Program Technical Report Massachsetts Institte of Technology. Cambridge, Massachsetts, Lisowski J.: Application of dynamic game and neral network In safe ship control. Polish Jornal of Environmental Stdies, 16, 4, 007. Recenzent: Zbigniew SMALKO Risk analysis of the overtaking manoevre on the basis of the ayesian network Key-words Restricted area, overtaking, collision. Smmary There are many close qarter sitations at sea, especially, in narrow channels (traffic lanes. The problem of manoevring on fairways or traffic separation schemes is a complex isse. Navigation, when carried ot in sch areas, cases a redction in the vessel s safety level, so the navigator and watch officer shold take into consideration factors which have an inflence on it. These limits are the ship s particlars and her manoevring characteristics, fairway s parameters, and traffic. The paper presents the tentative evalation of the probability of collision dring overtaking in the fairway.

10 134 PROLEMY EKSPLOATACJI 4-009