Domena statku w identyfikacji incydentów w systemach

PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
z. 114
Transport
2016
Zbigniew Pietrzykowski, Janusz Magaj
Akademia Morska w Szczecinie
DOMENA STATKU W IDENTYFIKACJI
INCYDENTÓW W SYSTEMACH
ROZGRANICZENIA RUCHU
=
€!B„;‰
Streszczenie: " (* ( F & F,
acji niebezpiecznych, ale ich nie
FY(
–kolizji. O ile
* niebezpiecznych oraz incydentów. %
F
F #
Fˆ
#
(
liczby wypadków poprzez sygnalizowanie tych sytuacji nawigatorowi lub operatorowi VTS – tryb
online – lub wskazanie obszarów, na których – tryb offline –. Zaproponowano
# F
&
!
#
TSS.
!B * !*
*
1. WPROWADZENIE
)
(
!£
(
F/
£
*
( – – ich skutki.
—
F)
(
F—
£
*
#
*(£
cych przeprowadzenie analizy i oceny sytuacji, wypracowanie decyzji oraz jej wykonanie.
#
((
F&*
(/=&//ˆ"#
(
F
&
!
£
280
Zbigniew Pietrzykowski, Janusz Magaj
(
F)
x£
~
(
F + (
£
padku akwenów ograniczonych, w tym w obszarach, na których wprowadzono systemy rozgraniczenia ruchu (Traffic Separation Schemes TSS)F%
(£
*
torach kierunkowych oraz ograniczenia ob #
toryF /
Y&/( *#
*
£
F,
F
F#
bszaru wo
*
F(
F—
(
*
z trzech wymiarów, co powoduje brak lub ograniczenie swobodnego wyboru drogi. Zasto
#
*(£
!* F>
*
F * F &( (
F _
F & !* ( £
*F
F
#
*
#
£
((
wypadkami [5, 6, 7, 8, 19]. Wynika to
#*(
F'
£
!
£
cyjnego na analizowanym akwenie, podczas gdy informacja o incydentach nie tylko pozwala
!* ( F
%
( #
£
!(
F)tuacje niebezpieczne,
#
(
(
*
*(
!((
£
F G( * ( # ezpiecznych jak i incydentów jest
(
Q>"
ruch statków na danym akwenie. Rozpatrzono ruch statków w jednym z TSS zlokalizowanych na Morzu ' – TSS Bornholmsgat. Zaproponowa
£
#
*
!€
£
tuacja – incydent – wypadek.
2. SYSTEM ROZGRANICZENIA RUCHU
TSS BORNHOLMSGAT
Systemy ro
>""*
£
narodowej Organizacji Morskiej (International Maritime Organization IMO). Wyznaczone
tory kierunkowe FKompetencje IMO
w zakresie ustanawiania (
w konwencji SOLAS [13], V,
;„F)
*IMO jest *opracowu >"" . Tego typu
Domena statku w identyfikacji incydentów w systemach rozgraniczenia ruchu
281
! (
* £
!
*#
(
F&;„£
dzynarodowych przepisów o zapobieganiu zderzeniom na morzu [1] ez IMO, co jednak
(
zawartych w wymienionych przepisachFG(
*(
(
£
chu*
ˆ,F
Tory kierunkowe wyznaczone s
F,
*(
£
nicy toru kierunkowego (
em kolizj * FF%
system rozgraniczenia ruchu. W wyznaczone tory
kierunkowe ( F&
!toru*
(
kierunku ruchu.
&
>""'
F, (
Y
!+
+!£
'%
erunkach przeciwnych (rys 1). W obszarze
‰
Fš B„;1 ponad 64000 [4]. Na rys 1. przedstawiono wyznaczone tam tory kierunkowe oraz zarejestrowane w systemie AIS w okresie 4 dni czerwca 2011 r. na torach 1 i 2.
a)
b)
Rys. 1. System rozgraniczenia ruchu >""'
€~
¬ ~
statków zarejestrowane w systemie AIS w okresie czterech dni czerwca 2011 r. na torach kierunkowych 1 i 2
Zarejestrowano 332 statki na torze kierunkowym 1 i 347 statków na torze 2 [10]. W ana
*zbiornikowce i statki (*
B\‹ 313.
&
* £
(
£
wane przez nie manewry.
282
Zbigniew Pietrzykowski, Janusz Magaj
3. IDENTYFIKACJA SYTUACJI NIEBEZPIECZNYCH
Z ZASTOSOWANIEM DOMENY STATKU
3.1. METODA WYZNACZANIA DOMENY STATKU
W literaturze [2, 3, 5, 7, 8, 9. 11, 12, 14, 16÷20] proponowane (
domeny: analityczne, statystyczne, sztucznej inteligencji. Do wyznaczania domeny meto
!£
cyjnych - symulatory nawigacyjne - jak i dane rzeczywiste o ruchu statków - £
nie dane rejestrowane w AIS. Do wyznaczania domen statków w obszarach TSS wykorzy
/ˆ"F /
F &
10, 11]:
1. >
#
>"" £
x
/ˆ"~xFB~F
2. %
tatków (rys. 2b).
3. %
– identyfikacja parametrów
domeny dla analizowanych akw
i zarejestrowanych statków.
a)
b)
=FBFž
>""'
*
;€
~
¬ ~
%*
F% ’B
F(
#
F)
7,5% oraz pierwszego maximum [10, 11].
Domena statku w identyfikacji incydentów w systemach rozgraniczenia ruchu
283
3.2. DOMENY STATKÓW
%*
eny statku w podziale na typy i wielF%(
€*zbiorni*(x£
‚~€ ¹]„* ;„„~* ¹;„„* ;]„~* ¹;]„* B„„~* = B„„~F %
( F ) (rys. 3). Elipsy opisano na€Ž*- *
a, b – F
Zaobser
rozmiary domeny zbiorni x
;‰; m)
w x
\„~*
(
F&((
(£
(x
;’;~F
—
FG
(]„Fˆ
£
*
nktów granicy
*
F
a)
b)
4000
3000
3000
2000
2000
1000
Wszystkie
-1000
Masowce
y [m]
y [m]
1000
0
0
Wszystkie
Statki 0-50 m
Statki 50-100 m
Statki 100-150 m
Statki 150-200 m
Statki >200 m
-1000
Zbiornikowce
-2000
-2000
X
-3000
-3000
-3000
-2000
-1000
0
x [m]
1000
2000
3000
-4000
-4000 -3000 -2000 -1000
0
x [m]
1000
2000
3000 4000
Rys. 3. Domena statku na torze kierunkowym 1 w systemie TSS Bornholmsgat: a) statki wybranych typów; b) (
[11]
284
Zbigniew Pietrzykowski, Janusz Magaj
3.3. IDENTYFIKACJA SYTUACJI NIEBEZPIECZNYCH
Do identyfikacji sytuacji niebezpiecznych zastosowano wyznaczone domeny statków dla
toru kierunkowego 1 w systemie TSS Bornholmsgat na podstawie danych AIS zarejestro
xF2~F)
F+(
(
pozycji drugiego statku w obszarze analizowanej domeny.
Identyfikowano sytuacje niebezpieczne w ruchu statków na tym samym akwenie w ko
F,
F:
(
F%
#
£
wano o
(F"
£
*F
FG
poza rozpatrywanym pasem ruchu, tj. statku, który w w obszarze pasa ruchu (rys. 4).
a)
b)
Rys. 4F&
€~
u przez statek
systemem >""¬ ~
Na rysunku 5a przedstawiono zarejestrowane wszystkie ! F
!
*
!FG(*((£
FG
(
xF5b). Czas trwa
(
F&*£
(
(
(*
tor kierunkowyF)
(
(
F
Domena statku w identyfikacji incydentów w systemach rozgraniczenia ruchu
a)
285
b)
Rys. 5. Zidentyfikowane sytuacje niebezpieczne w ruchu statków w TSS Bornholmsgat, tor kierunkowy 1: a) pozycje (jeden punkt oznacza wykrycie jednej sytuacji); b) pozycje pierwszego naruszenia domeny statku w zidentyfikowanych sytuacjach niebezpiecznych
3.4. WYNIKI IDENTYFIKACJI SYTUACJI NIEBEZPIECZNYCH
% ;B
* !
(
(
F
Tabela 1. Sytuacje niebezpieczne w syst >"" '
(
typów.
Tablica 1
Sytuacje niebezpieczne w systemie TSS Bornholmsgat, tor kierunkowy 1, dla statków
1`'61
parametr
typ statku
(
masowiec
zbiornikowiec
wszystkie*)
*)
#
liczba statków
14
naruszenia domen
2
sytuacje niebezpieczne
2
84
25
123
16
6
91
12
6
73
Tablica 2
Sytuacje niebezpieczne w systemie TSS Bornholmsgat, tor kierunkowy 1, dla statków
1`'3
parametr
‚
0-50
50 - 100
100 - 150
150 - 200
> 200
wszystkie*)
*)
#
liczba statków
4
27
40
35
17
123
naruszenia domen
0
5
7
9
2
23
sytuacje niebezpieczne
0
5
7
9
2
23
286
Zbigniew Pietrzykowski, Janusz Magaj
( F
F
£
!
x
~* tym np.
statkami rybackimi.
4. IDENTYFIKACJA INCYDENTÓW NAWIGACYJNYCH
4.1. METODA IDENTYFIKACJI INCYDENTÓW NAWIGACYJNYCH
% &15‚*
(
³Í‚
* !*
(
;– 3
x* (
*(
~*
* !
* **(
!*
´F
)
F)
#
£
#( F&*(
F%(
#
€
1) identyfikacja sytuacji niebezpiecznych,
2) identyfikacja incydentów nawigacyjnych.
)
#
z zastosowaniem dodatkowych FG
*( *
*
* £
(FG
(
(
F " F
F €
>""F"
– manewry (
F
* (
zy statkami. Naruszenie domeny w £
( ! F% (*
#
zaproponowano dodatkowe kryteria, powszechnie stosowane na akwenach otwartych: odle
(
(
FG
Y&/>Y&/F&
Y&/>Y&/st
sygnalizowane nawigatorowi i ! sytuacji kolizyjnej.
&*( (
*
Y&/
*
@
(>Y&/LI :
CPA n ˜ D
(1)
gdzie:
n
D
CPA
TCPA
TCPALI
Domena statku w identyfikacji incydentów w systemach rozgraniczenia ruchu
287
0 d TCPA d TCPA LI
(2)
– *
– *
– (
*
– (
*
– (
(
*
incydentu.
%
Y&/
£
F&
* (
(
/ˆ"
*
F—
* x
~
£
( !
x~F
4.2. WYNIKI IDENTYFIKACJI INCYDENTÓW NAWIGACYJNYCH
% F>Y&/LI ;„
F,
F/
#
£
(ów i zbiornikowców z in
F ) x
~*
x;~xB~F"
(
x3.2). Wyniki identyfikacji incydentów w podziale na st(£
nych typów zestawiono w tabeli 3.
Tablica 3
.'#
11`'61
incydenty
- kryterium
typ statku
CPA
(
2
1
masowiec
12
5
zbiornikowiec
6
4
wszystkie*)
73
10
*)
#
parametr
sytuacje
niebezpieczne
incydenty
- kryterium CPA
i TCPA
1
3
2
6
incydenty z statku rybackiego
1
2
2
5
% #
!
statków ze statkami rybackimi (rys. 6~F%
*
przecinania przez nie toru kierunkowego i wykonywania przez nich manewrów blisko in
F
288
Zbigniew Pietrzykowski, Janusz Magaj
Rys. 6. Zidentyfikowane incydenty nawigacyjne w systemie TSS Bornholmsgat, tor kierunkowy 1;
pozycje statków w momencie wykrycia incydentu: incydenty ze statkami rybackimi – kolor czerwony
Na rys 7. przedstawiono jeden z przypadków. Statek r 7 w *#
;‡ w i mi
†„„F
a)
b)
Rys. 7Fˆ
F
€~£
¬ ~¬
%
#
£
(tabela 4)F(
£
*(
(
F
Tablica 4
#.'#
11`'3
parametr sytuacje nie- incydenty - krytebezpieczne
rium CPA
statku [m]
0-50
0
0
50 - 100
5
2
100 - 150
7
3
150 - 200
9
5
> 200
2
1
wszystkie*)
23
11
*)
#
incydenty - kryterium
CPA i TCPA
0
1
2
4
1
8
incydenty z udzia £
kiego
0
0
2
2
0
4
Domena statku w identyfikacji incydentów w systemach rozgraniczenia ruchu
289
%
x †‡~! F)
(
(
F%(
typów manewrów.
5. WNIOSKI
)
#
nawigacyjnych. Pierwszy
# F&
!F
ˆ
#
tuacji niebez
Y&/>Y&/F)
£
niczne (limity) dla wymienionych parametrów.
&
# (£
(
F"
*(
!
F)
£
(
(
F " *(
(
F
&
!(
syste>""'F
*
#*(
@
bezpiecze!
>""(
do identyfikacji sytuacji niebezpiecznych i sygnalizacji wykrytych incydentów.
Bibliografia
1. COLREGs. przepisy o zapobieganiu zderzeniom na morzu (MPZZM), IMO 1972
2. Fuji Y. Tanaka K.: Traffic Capacity. Journal of Navigation, no 24, 1971.
3. Hansen M. Jensen T. Lehn-Schiøler T. Melchild K. Rassmussen F. Ennemark F.: Empirical ship domain
based on AIS data. Journal of Navigation, no 66, 2013.
4. HECOM. Helsinki Commission Baltic Marine Environment Protection Commission. Report on shipping
accidents in the Baltic Sea area during 2011. http://www.helcom.fi/Lists/Publications/Annual%20report%20on%20shipping%20accidents%20in%20the%20Baltic%20Sea%20area%20during%202011.pdf
5. Marcjan, K. Gucma L. %
!
'(
F Prace Naukowe
Politechniki Warszawskiej. Warszawa 2014.
6. Nazeri Z. Donohue G. Sherry L.: Analyzing Relationships Between Aircraft Accidents and Incidents. A
Data Mining Approach. Proceedings International Conference on Research in Air Transportation. 2008.
7. Pietrzykowski Z.: Ship’s fuzzy domain – a criterion of navigational safety in Narrow Fairways. Journal of
Navigation, no 61, 2008.
8. Pietrzykowski Z., Uriasz J., The ship domain – a criterion of navigational safety assessment in an open sea
area, Journal of Navigation, no 62, 2009.
9. &)F%&F—F: Navigators’ Behavior in Traffic Separation Schemes, Journal on
Marine Navigation and Safety of Sea Transportation (TRANSNAV), Vol. 9, No. 1 in March 2015.
290
Zbigniew Pietrzykowski, Janusz Magaj
10. Pietrzykowski Z. Magaj J.: Ship Domains in Traffic Separation Schemes, Scientific Papers Maritime University of Szczecin. University of Szczecin, no 45(117), 2016.
11. Pietrzykowski Z. Magaj J.: Analysis of ship domains in Traffic Separation Schemes, Zeszyty Naukowe
Akademii Morskiej w Szczecinie (w recenzji).
12. Rutkowski G.: !
awigacji na akwenach tru
£
cyjnym. &%Gjnego Akademii Morskiej w Gdyni. 1998.
13. ",š/"*
!(
*ˆ,*;\’‡.
14. ž =F %
/F: Domeny obiektów nawigacyjnych jako pomoc w planowaniu trajektorii
statku w sytuacji kolizyjnej na morzu. III Sympozjum Nawigacyjne, Gdynia1999.
15. :
†;
B„;BF&!+'
%;*F:FB„;BF
1068, 2012.
16. Wang, N., Meng, X., Xu, Q., Wang, Z.: A unified analytical framework for ship domains, Journal of Navigation, no 62, 2009.
17. Wang N.: A novel analytical framework for dynamic quaternion ship domains, Journal of Navigation.
no 66, 2013.
18. Wielgosz M. Pietrzykowski Z.: Ship domain in the restricted area – analysis of the influence of ship speed
on the shape and size of the domain. Scientific Papers Maritime University of Szczecin, no 30, 2012.
19. Zhao J. Wu Z. Wang F.: Comments of ship domains, Journal of Navigation, no 46, 1993.
20. Zhu X. Xu H. Lin J.: Domain and its model based on neural networks, Journal of Navigation, no 54, 2001.
SHIP DOMAIN IN IDENTIFICATION OF INCIDENTS IN TRAFFIC SEPARATION
SCHEMES
Summary: Traffic Separation Schemes are established in port approaches and frequently used shipping routes,
characteristic of high intensity of vessel traffic. They organize the traffic by separating vessel flows. These
systems reduce the occurrence of dangerous situations, but do not eliminate them completely. Some of these
situations may lead to incidents, near-misses, even accidents, i.e. collisions. While marine accidents are documented, data on the occurrence of dangerous situations, near-misses or incidents are not, due to difficulties in
defining relevant criteria. The identification of dangerous situations and incidents may contribute to the reduction of accident frequency by online signaling these situations to the navigator or VTS operator, or indicating
areas of largest occurrence (offline). The proposed two-stage incident identification is based on the criterion
of ship domain, and the results illustrate research on the identification of navigational incidents in a selected
TSS.
Keywords: navigation, safety, ship domain, Traffic Separations Schemes