ANDRZEJ BANACHOWICZ, PIOTR WOŁEJSZA ** OCENA DOKŁADNOŚCI OBLICZANIA PARAMETRÓW SPOTKANIA I T W MULTIAGENTOWYM SYSTEMIE WSPOMAGANIA NAWIGACYJNEGO PROCESU DECYZYJNEGO CALCULATION ACCURACY OF AND T IN MADSS Streszczenie Abstract W artykule przedstaiono analizę dokładności obliczeń (Closest Point of Approach) oraz T (Time to Closest Point of Approach) ykonyanych przez multiagentoy system spomagania naigacyjnego procesu decyzyjnego (MADSS Multiagents Decision Support System). System ten oblicza parametry spotkania statkó oraz ypracouje noe parametry ruchu statku łasnego celu rozminięcia się z innymi obiektami na zadane, ykorzystując komunikaty odebrane z systemu AIS (Universal Ship-borne Automatic Identification System). Dokładność i iarygodność tak obliczanych parametró naigacyjnych kilkakrotnie przeyższa dokładność roziązań z systemu ARPA. Słoa kluczoe: naigacja, systemy antykolizyjne, systemy spomagania decyzji, systemy multiagentó The article presents an accuracy analysis of calculation of (Closest Point of Approach) and T (Time to Closest Point of Approach) made by a Multiagent Decision-Support System (MADSS). On the basis of messages received from Universal Ship-borne AIS system (Automatic Identification System) the system calculates the parameters of vessels encounter and orks out the parameters of on vessel s movement (course or speed), hich lead to passing other objects according to a set (Closest Point of Approach). Accuracy and reliability of parameters calculated by MADSS is fe times higher than those received from ARPA (Automatic Radar Plotting Aids). Keyords: navigation, anticollision systems, decision support systems, multiagents systems Dr hab. inż. Andrzej Banachoicz, Katedra Naigacji, Wydział Naigacyjny, Akademia Morska Gdyni. Dr inż. Piotr Wołejsza, Katedra Geoinformatyki, Wydział Naigacyjny, Akademia Morska Szczecinie.
10 1. Wstęp Naigację można zdefinioać jako proces kieroania statkiem po yznaczonej drodze (trajektorii), stosonie do planu podróży i realizoanych zadań, przy nałożonych ograniczeniach ekonomicznych, czasoych, geometrycznych, hydrometeorologicznych, bezpieczeństa i in. Proces ten można podzielić na pene podprocesy (arsty). Są to [1]: pozyskianie i przetarzanie danych, planoanie naigacyjne, określanie pozycji (aktualnego położenia zględem planoanej trajektorii), określanie ektora prędkości statku, kontrola położenia (monitoring) zględem niebezpieczeńst naigacyjnych (innych statkó, niebezpiecznej izobaty, odosobnionych niebezpieczeńst naigacyjnych i in.), podejmoanie decyzji, steroanie statkiem. Jednym z zadań naigacyjnego procesu decyzyjnego jest roziązyanie problemó antykolizyjnych. W pracy [5] zaproponoano roziązanie systemu antykolizyjnego opartego na systemie multiagentoym, ykorzystującym dane naigacyjne pochodzące z AIS (Universal Ship-borne Automatic Identification System) statku łasnego oraz statkó obcych znajdujących się zasięgu horyzontu radioego HF. Takie podejście pozala na całkoitą automatyzację pozyskiania, przetarzania, analizy oraz ypracoania decyzji antykolizyjnej. Poniżej przedstaiono analizę dokładności parametró spotkania ( Closest Point of Approach, T Time to Closest Point of Approach) obliczanych systemie spomagania naigacyjnego procesu decyzyjnego (MADSS Multiagents Decision Support System). Odpoiednie zory yproadzono przy założeniu linioej aproksymacji poszczególnych funkcji naigacyjnych [2]. W analizie ykorzystano rónież badania symulacyjne ykonane laboratorium ECDIS Akademii Morskiej Szczecinie. 2. Błąd parametró spotkania statkó Parametrami spotkania statkó są: odległość minimalna () oraz czas osiągnięcia odległości minimalnej (T). Roziązując zadanie maneru antykolizyjnego, obliczamy te parametry raz z ich dokładnością g następującego schematu: X Y Y ( X) = (1) gdzie: X, Y odległości pomiędzy statkami zdłuż osi x i y, szybkość zględna, (X), (Y) składoe szybkości zględnej,
11 T T = (2) gdzie R to odległość pomiędzy statkami, błąd σ X + ( R + ) σ σ = (3) gdzie: σ X błąd określenia spółrzędnych, σ błąd określenia szybkości, błąd T σ X + (5R 4 ) σ σ T = 2 (4) 3. Przykłady analizy dokładności i T 3.1. Symulacja sytuacji kolizyjnej Na rysunku 1 przedstaiono sytuację spotkania statkó. Obiekty OS1, TG1 i TG2 są to statki o napędzie mechanicznym drodze. Natomiast TG3 jest statkiem nieodpoiada- Rys. 1. Sytuacja kolizyjna statkó Fig. 1. Collision situation
12 jącym za soje ruchy. W tabeli zamieszczonej na rysunku przedstaiono parametry ruchu szystkich jednostek (kursy i szybkości) oraz parametry spotkania statkó ( i T) obliczone zględem statku łasnego (badania symulacyjne ykonane na symulatorze NaviTrainer firmy Transas Marine) [5]. W tabeli 1 zamieszczono obliczone odległości i namiary rzeczyiste pomiędzy statkiem łasnym (OS On Ship) a obcymi (TG Target). T a b e l a 1 Odległości i namiary rzeczyiste pomiędzy statkami Statek obcy Odległość [m] Namiar rzeczyisty [º] TG1 5024,9 095,7 TG2 8000,0 0,0 TG3 8271,0 345,3 Poniższe przykłady ilustrują przebieg analizy dokładności obliczania parametró spotkania statkó multiagentoym systemie antykolizyjnym. 3.2. Sytuacja spotkania statku łasnego OS1 ze statkiem TG1 Zakładamy minimalną odległość LIMIT = 1 mila morska. Błąd określenia spółrzędnych (X lub Y) przyjmujemy róny σ X(Y ) = 10 m, a błąd szybkości statku σ = = 0,0026 m/s [3, 4]. Obliczamy kolejno: X Y Y ( X) : = = 1,77 mili morskiej, T: T = = 8 min, σ X + ( R + ) σ błąd : σ = = 0,012 mili morskiej, σ X + (5R 4 ) σ błąd T: σ T = = 0,07 min. 2 Cel TG1 jest bezpieczny. 3.3. Sytuacja spotkania statku łasnego OS1 ze statkiem TG2 Przyjmujemy takie same założenia jak punkcie 3.2. Obliczamy kolejno: X Y Y ( X) : = = 0 mili morskiej, T: T = = 7,2 min, σ X + ( R + ) σ błąd : σ = = 0,008 mili morskiej,
błąd T: σ + (5R 4 ) σ σ = = 0,02 min. X T 2 Obliczone jest mniejsze od założonego, należy ykonać maner antykolizyjny zględem TG2. 3.4. Sytuacja spotkania statku łasnego OS1 ze statkiem TG3 Przyjmujemy takie same założenia jak punkcie 3.2. Obliczamy kolejno: : T: błąd : błąd T: X Y Y ( X) = = 0,23 mili morskiej, T = = 11,6 min, σ X + ( R + ) σ σ = = 0,011 mili morskiej, X T 2 σ + (5R 4 ) σ σ = = 0,06 min. W tym przypadku rónież obliczone jest mniejsze od założonego, należy ykonać maner antykolizyjny zględem TG3. W tabeli 2 przedstaiono zbiorcze yniki obliczeń dokładność i T. Dokładności określania i T Statek obcy σ [m] σ T [m] TG1 21,89 0,07 TG2 14,95 0,02 TG3 20,54 0,06 T a b e l a 2 13 4. Wnioski Otrzymane yniku obliczeń MADSS błędy określenia oraz T są znikomo małe odniesieniu do ymiaró statkó, i T, a co jest rónież ażne także odniesieniu do dokładności parametró ypracoyanych ARPA (radiolokacyjnych systemach antykolizyjnych). Z tego poodu błędy te nie mają istotnego płyu na ypracoanie i ykonanie maneru antykolizyjnego. Natomiast należy uzględniać je przy obliczaniu parametró maneru ostatniej chili (przy małych odległościach porónyalnych z ymiarami statkó). Na podstaie przeproadzonych badań można yciągnąć następujące nioski szczegółoe: błąd obliczanych jest rzędu 0,01 mili morskiej (ok. 20 m), błąd obliczanych T jest mniejszy od 0,1 min (6 s).
14 Tak ysoka dokładność obliczanych parametró spotkania statkó ynika z dużej dokładności stosoanych systemie urządzeń naigacyjnych (DGPS, log i żyrokompas) oraz z możliości otrzymyania pomiaró naigacyjnych sposób praie ciągły, co nie jest możlie klasycznych systemach antykolizyjnych. Literatura [1] Banachoicz A., Planoanie podróży ECDIS, X Konferencja Katedr i Zakładó Geodezji na Wydziałach Niegeodezyjnych Metody Geodezji, Fotogrametrii i Teledetekcji dla Inżynierii Środoiska i Budonicta, Warszaa, 25 26 rześnia 2000. [2] Banachoicz A., Uogólnione prao przenoszenia błędó losoych, Prace Wydziału Naigacyjnego Akademii Morskiej Gdyni, nr 18, Gdynia 2006. [3] B a n a c h o i c z A., B a n a c h o i c z G., U r i a s z J., W o l s k i A., Relative Accuracy of DGPS, European Navigation Conference, Manchester, UK, 7 10 May 2006. [4] Krajczyń s k i E., Logi morskie, Wydanicto Morskie, Gdańsk 1980. [5] W o ł ejsza P., Multiagentoy system spomagania naigacyjnego procesu decyzyjnego, praca doktorska, Akademia Morska Szczecinie, Szczecin 2008.