БОЛЬШАЯ НАВИГАЦИОННО - ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Е-Навигации.. Документ Microsoft Office Word. Внедрение современных технологий обусловлена высокой аварийностью судов, вследствие чего появляется угроза для человеческой жизни и окружающей среды. Это связано с появлением человеческого элемента при принятии решений
 Скачать 53.68 Kb.
|
|
Актуальность исследуемой работы заключается в том, что в настоящий момент на морском флоте происходят серьезные изменения: внедряются современные технологии с использованием искусственного интеллекта, происходит постепенный переход к автономным судам без использования человека на мостике. На сегодняшний момент обмен информацией между моряками и портовыми службами становится реальностью. Внедрение цифровой навигации позволяет объединить несколько сторон, совершающих перевозки с помощью инфраструктуры связи. На сегодняшний момент большое количество портов всего мир оборудовано СУДС. Эта система позволяет вести мониторинг трафика в прибрежной зоне и получать и передавать всю необходимую информацию благодаря инфраструктуре связи. Использование современных систем определения местоположения позволяет с точностью до 1 метра определять судно. Развитие современной концепции позволит осуществлять обмен информацией и данными в автоматическом режиме и без участия человека. Стратегия развития данного аспекта является ключевым для повышения безопасности мореплавания. Это становится возможным благодаря внедрению современных технологий. Внедрение современных технологий обусловлена высокой аварийностью судов, вследствие чего появляется угроза для человеческой жизни и окружающей среды. Это связано с появлением человеческого элемента при принятии решений. По данным IMO 70-85% морских аварий связано именно с человеческим фактором. На данный момент на судоводители лежит большая ответственность в планировании маршрута плавания, управление судном, его безопасном расхождении с другими судами в море, предотвращении посадки на мель. Но зачастую судоводитель не может объективно и «трезво» оценить ситуацию, в этот момент появляется человеческий фактор, который зависит от многих аспектов: усталости члена экипажа, состояния здоровья, его опыта, наличие знаний в сфере своей работы и т.д. Совокупность всех этих факторов может привести к самым серьезным последствиям вплоть до смерти членов экипажа и загрязнению окружающей среды. Для минимизации этого фактора, снятия с судоводителя части ответственности, а также снижению его нагрузки в период навигационной вахты, и объединению большей части информации в единое информационное окно была разработана концепция Е-навигации с последующим постепенным внедрением БЭС. Большое влияние человеческий фактор оказывает на расхождение судов в море. В обычной морской практике судоводитель расходится с другими судами согласно международным правилам предотвращения столкновения судов (МППСС-72). Но ввиду человеческого фактора, судоводитель может неправильно расценить обстановку и принять неправильное решение, которое приведет к неизбежным последствия вплоть до смерти и загрязнению окружающей среды. В данной работе рассматривается процесс швартовки с использованием искусственного интеллекта. Швартовка с использованием лазерных устройств позволяет сэкономить время и силы членов экипажа. А так же такой метод является более безопасным. Достаточно наличие одного человека для швартовки одного судна. Весь процесс описан с математической точки зрения и приведено его объяснение. Отсутствие человека на БЭС способствует уменьшению числа аварий в море, возникающих из-за человеческого фактора. Обеспечение правильной работы технологий Е-навигации имеет важное значение для БЭС. На рисунке 1 представлена статистика морских столкновений в зависимости от года под влиянием человеческого фактора  Рисунок 1. Статистика морских столкновений Мы видим, что с каждым годом количество морских столкновений становится значительно меньше, это обусловлено все большей автоматизацией судов, системой помощи принятия решений и за счет этого снижения человеческого фактора на процесс расхождения с судами. Концепция Е-навигации подразумевает улучшение средств судовождения в процессе объединения человека и машины в единый комплекс. Электронная аппаратура позволяет вести непрерывный контроль процесса судовождения благодаря выполнению операций измерения навигационных параметров, их обработки, сравнения данных от различных источников и других операций, необходимых для безопасного плавания. Эти операции судоводитель не может выполнять достаточно быстро и надежно. Электронные средства отлично предназначены для мониторинга различных процессов и своевременном уведомлении судоводителя. В данной работе приведен результат исследования аварий, основанных на влиянии человеческого фактора. Данные об авариях были взяты с официальных сайтов министерств транспорта разных стран (Америка, Канада, Австралия) Внедрение современных технологий требует соответствующего набора знаний и пониманий в работе современных навигационных систем для повышения безопасности, как судоводителя, так и оператора СУДС. За счет совместной работы судоводителя и оператора СУДС посредством канала связи достигается высокая степень безопасности судоходства. Научная новизна выполнения работы заключается в следующем: Научное обоснование системы помощи принятия решений в системе взаимодействия человека и машины Выполнен анализ эффективности взаимодействия человека и машины в рамках принятия решений в ситуации. Сформулирована концепция взаимодействия человека с окружающей средой в эргатической системе ГЛАВА 1 БОЛЬШАЯ НАВИГАЦИОННО - ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Е-Навигации. Концепция Е-Навигации Концепция Е-Навигации, внедряемая Международной морской организацией (ММО, IMO), подразумевает «согласованные сбор, интеграцию, передачу, воспроизведение и анализ информации о ситуации на море, на борту судна и на береговых объектах с использованием электронных средств в целях совершенствования процесса плавания «от причала к причалу» и функционирования соответствующих служб для обеспечения надёжности и безопасности мореплавания, а также защиты морской окружающей среды. Система Е-навигации была создана для поддержки судоводителя в процессе его работы и помощи в процессе принятия решения. Данная концепция позволяет анализировать данные, поступающие с датчиков и выводить эту информацию на экраны приборов. Одной из основных целей является объединение судоводителя и оператора VTS в единую систему с целью повышения безопасности судоходства. Выделяют 7 основных компонентов, которые необходимо реализовывать в концепции внедрения современных технологий на борту судна и на берегу: 1. Отображение информации; 2. Передача сообщений о бедствии и информации по безопасности. 3. Электронная информация о маршруте судна, о курсе и скорости 4. Передача навигационной информации; 5.Электронные сигналы о позиции; 6. Информационные сообщения, определение приоритетов и возможность предупреждений; 7. Электронные карты и информация о погоде; План реализации стратегии Е-Навигации содержит перечень задач, направленный на решение пяти проблем е-навигации: S1 Улучшенный, удобный интерфейс мостика S2 Средства для автоматизированной отчетности S3 Повышенная надежность мостиковых систем и навигационной информации S4 Интеграция и предоставление информации на экране дисплея S5 Улучшение связи при движении судов В процессе реализации стратегии внедрения концепции Е-Навигации предлагается повысить безопасность судоходства за счет снижения человеческого фактора и учета потребностей оператора, это можно сделать благодаря систему управления рисками. На рисунке 1.1 п  редставлены семь опций управления рискамиРисунок 1.1.1 опции управления рисками В качестве основы для повышения безопасности и предотвращения аварий используется 3 компонента: береговые системы, судовые системы и инфраструктура связи Бортовые системы (судовой сегмент )- это совокупность всех датчиков, которые в свою очередь снабжают судоводителя ( оператора) всей необходимой информацией. Базовым элементом является система позиционирования, электронные карты и аналитическая функция, позволяющая снизить нагрузку на судоводителя во время вахты. Береговые системы (береговой сегмент)- системы управления движением судов, обеспечивающие обмен данными для безопасности мореплавания И  нфраструктура связи - система позволяющая осуществлять передачу информации между судами, судном и береговыми службами, а так же между береговыми службами, снижая влияние человеческого фактора. На рисунке 1.1.2 представлены три компонента Е-Навигациибереговой сегмент бортовой сегмент Е-Навигация инфраструктура связи Рисунок 1.1.2. Компоненты Е-Навигации Совокупность трех этих сегментов позволяет повысить безопасность судовождения за счет использования необходимых датчиком на судне, позволяющих выводить всю информацию о движении судна, как на экраны приборов, так и за счет инфраструктуры связи передавать эти данные (курс, скорость, местоположение и т.д.) на береговой сегмент, который в свою очередь принимает эту информацию и может координировать судоводителя в случае, если имеется опасность появления чрезвычайной ситуации. Инфраструктура связи за счет внедрения высокоскоростного интернета позволяет в короткие сроки передавать информацию оператору СУДС. Внедрение СУДС значительно повышает безопасность судовождения. Сейчас практически во всех портах мира имеется СУДС. Эта система позволяет координировать множество судов в районах порта для обеспечения надлежащих условий плавания. Операторы системы использую данные, поступающие с судна от датчиков, которые передают ее в автоматическом режиме, без существенного вмешательства судоводителя. Но повышение автоматизации за счет использования современных технологий, связанных с дистанционным управлением, передачей информации через интернет каналы ведет к появлению такого фактора как кибератаки. Влияние человеческого фактора на безопасность судовождения. Человеческий фактор- совокупность физиологических, психологических и социальных характеристик судоводителя, определяющих отличие его действий и решений от правильных в данных условиях совершения рейса. В свою очередь, "правильные решения" и "идеальные действия" – это решения и действия судоводителя или результат работы системы помощи принятия решения, которые соответствуют условиям плавания и обеспечении безопасности совершения рейса. Таким образом, можно сделать вывод, что вероятность чрезвычайной ситуации при судовождении, определяется человеческим фактором и текущей навигационной обстановкой. В таком случае, для оценки вероятности ЧС в судовождении можно записать следующее общее равенство: P = F(HF, NS), (1) где HF – количественная оценка человеческого фактора; NS – количественная характеристика навигационной ситуации (сложность). Для понимания метода оценки навигационной обстановки, дадим определению этому термину: Навигационная обстановка-это совокупность характеристики взаимодействия компонентов, которое имеют отношение к обеспечению безопасности мореплавания на данный момент. Выделяется 18 компонентов, учет которых необходим для безопасности плавания( скорость, направление течения, ветра, видимость в районе, характеристика трафика и т.д.). Каждый компонент представлен в балловой системе. Для каждого компонента существует свой коэффициент  Исходя из этого сложность навигационной ситуации можно рассчитать, воспользовавшись следующей формулой:  Человек является сложным для изучения его поведения объектом, если же для судна можно создать прототип и вывести какую-либо закономерность в действиях при различных командах и рассчитать дальнейшее поведение судна, то с человеком –невозможно. Однако имеется возможность создания модели, которая основывается на максимальной адекватности и простоте действий человека. Для этого необходимо достаточно точно изучить каждый отдельный элемент действия (чем больше элементов, тем больше точность в прогнозировании). Первая проблема, необходимая для решения- это нахождения согласования между адекватностью и простатой. Вторая проблема, необходимая для решения- оценка составляющих человеческого фактора, обладающих динамикой изменения. Для оценки человеческого фактора предлагается оценивать его психологическую устойчивость, которую можно получить как в количественном, так и в качественном виде при помощи известных методик, основанных на тестах. Доказано, что психологическая устойчивость является главным и наиболее важным качеством судоводителя, наличие и развитие которого обеспечивает надёжность, безопасность деятельности и сохранение здоровья остальных членов экипажа. Психологическая устойчивость характеризуется степенью устойчивости - величина изменяющаяся и зависит от следующих факторов: зоны стабильности – количество воздействий, которые человек может выдержать при условии, что они не будут иметь разрушительный характер, знания алгоритма действий, несущих положительный результат в определённых ситуациях; профессиональных навыков; знания особенностей поведения и реакций человека в определённых ситуациях; свойства нервной системы и т.п.. В процессе отбора психологическая устойчивость будущего судоводителя не оценивается. При проведении расследовании происшествий на море оценка психологической устойчивости судоводителей, имеющих отношение к этим происшествиям, осуществляется не надлежащим образом. Однако, влияние психологического состояния играет важную роль, но не берется в расчет при расследовании. Благодаря этому появляется возможность для количественной оценки человеческого фактора формализовать психологическую устойчивость судоводителя в виде некоторого случайного процесса:  (3)где  – факторы, от которых зависит психологическая устойчивость Психологическая устойчивость – реализация случайного процесса, который при тех же обстоятельствах и тех же действиях не может быть повторен, следовательно, результат этого процесса будет совершенно иным. Исходя из этого, психологическая устойчивость носит динамический характер и является непостоянным процессом. Для каждого отдельного судоводителя психологическая устойчивость ограничивается отдельным отрезком времени, свойственным ему одному. Поэтому психологическая устойчивость – это не просто случайный процесс, а процесс стационарный, продолжающийся во времени неопределённо долго На основании большого влияния человеческого фактора был произведен разбор 43 отчетов из разных стран за последние несколько лет, которые предоставляют открытый доступ в базы данных министерства транспорта, где находятся расследования аварий на морском транспорте. А именно: Америка 19 отчетов, Австралия 11 отчетов и Канада 15 отчетов. Все отчеты были разделены на 2 категории.
По данным статистики мы можем видеть, что 34 случая, что является 79% от всех аварий, является человеческий фактор. На рисунке 1.2 изображается график с причинами аварий с учетом человеческого фактора  Рисунок 1.2 количество аварий в зависимости от причины. К первой категории относятся: ненадлежащее наблюдение со стороны судоводителя, трудности с распознаванием данных о ситуации, не принятие данных во внимание либо их забывание. Ко второй категории причин относится: учет не всех факторов, неправильно понимание ситуации. К третьей причине относится: причина неверного прогноза и уверенность в том, что текущая ситуация не будет изменяться. Исходя из всего этого, можно сделать смелый вывод, что большинство всех аварий связано с неправильным пониманием ситуации и ненадлежащим наблюдением. Для более улучшенного понимания ситуации, а именно сборе всей информации и объединении ее, для последующего использования судоводителем, внедряется концепция Е-Навигации, которая позволяет вахтенному помощнику капитана более точно прогнозировать, и следить за окружающей обстановкой за счет использования современных средств судовождения. 1.3 Развитие системы Е-Навигации в России. Развитие концепции Е-Навигации в Российской федерации в рамках федеральной программы было запущено в 2009-2010 гг. эта ФП носила название «Развитие гражданской морской техники». В 2015 г. Основным разработчиком, продвигающим концепцию Е-Навигации в России в составе государственной программы «Национальная технологическая инициатива», стала рабочая группа «МариНет».В марте 2018 г был утвержден план мероприятий на создание «дорожной карты». Реализация этого плана будет совершаться постепенно с 2018 года по 2035 год. Можно отметить основные блоки развития технологии Е-Навигации на примере создания пилотной зоны: 1) Способы обмена информацией: - спутниковые (Iridium, VSAT) -наземные сети(3G/4G) 2) Виды информации передаваемой с судна на береговую станцию: -навигационные данные, передаваемые в реальном времени -накапливаемые данные -отчеты 3) Передача информации с береговых станций на судно для информирования о состоянии акватории: - цели, получаемые в СУДС -информация о фарватерах 4) Гидрометеорологическая и гидрографическая информация, поступающая на судно от береговых станций: -электронные карты портовой акватории высокой точности -электронные карты, описывающие ледовую обстановку в районе -электронные карты замеров глубины в различных районах 5) Осуществление постоянного мониторинга за судами: -мониторинг осуществления безопасной навигации -контроль за тревожными сигналами, поступившими с судов -мониторинг выполнения правил по защите окружающей среды 6) Сбор всей информации, касающейся работы автоматики, расхода топлива, работы двигательных установок, концентрации содержания вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу для передачи в береговые службы 7) Предоставление сведений о работе береговых и портовых служб. Для реализации данной концепции Российский проект должен объединить в себе все компоненты электронной навигации. Заключением проекта станет создание отечественного сегмента морской коммуникационной платформы, которая позволяет объединить всех членов, участвующих в перевозках и взаимодействующих между собой: судоходные компании, суда, береговые службы и другие службы. 1.4Кибербезопасность в концепции Е-Навигации. В связи с активным внедрением электронных технологий в судовождение, благодаря чему, процессы перевозок грузов и эксплуатации судна становятся боле автоматизированными, резко возрастает риск кибератак, способных нанести серьезные проблемы для окружающей среды и подвергнуть опасности жизни людей. Для предотвращения этих инцидентов внедряется структура кибербезопасности. Она представляет собой защиту систем операционных и информационных технологий от несанкционированного доступа. Международная морская организация к уязвимым судовым системам относит следующие системы: • системы ходового мостика; • системы обработки и управления грузом; • системы управления двигателями, машинами и энергопитанием; • системы контроля доступа; • системы обслуживания и управления пассажирами; • публичные интернет-сети судна, предназначенные для использования пассажирами; • административные системы и сети; • системы связи Согласно Морской доктрине Российской Федерации обеспечение безопасности мореплавания и судоходства представляет собой комплекс мер связанных с достижением необходимого уровня надежности судна, с внешними и внутренними для судна факторами, обеспечивающими его безопасную деятельность. Информационные угрозы и атаки, совершаемые на судах, можно классифицировать следующим образом: умышленное изменение сведений о судне, включая его местоположение, курс, информацию о грузе, скорость и название; создание несуществующих судов, опознаваемых другими судами как настоящее судно, в любой точке мира; отправка заведомо ложной погодной информации конкретным судам для изменения их первоначально заданного курса с целью обхода несуществующего шторма; активация ложных предупреждений о столкновениях, которые могут привести к автоматической корректировке заданного курса судна; «превращение» существующего судна в невидимое; создание несуществующих поисково - спасательных вертолетов; фальсификация сигналов аварийных радиобуев, передатчики которых после активации посылают сигнал бедствия; проведение DoS-атак на автоматизированную информационную систему судна; перехват и подмена информации или глушение сигнала от систем GPS-слежения; изменение и удаление данных с диска самописцев судна Основная задача судовой информационной системы заключается в предоставлении достоверных данных судоводителю, которые необходимы для обеспечения безопасности мореплавания и необходимы для принятия решения. А так же эта система предназначена для обеспечения вахтенного помощника капитана достоверной и актуальной гидрометеорологической сводкой на весь маршрут плавания, осуществлять передачу данных между судами и берегом, включая сообщения о безопасности. Судовая информационная система состоит из нескольких подсистем, которые взаимосвязаны между собой, они включают: 1. навигационные системы; 2. системы мониторинга и контроля судовыми энергетическими установками и электрооборудования судна; 3. системы безопасности; 4. системы управления грузами; 5. системы управления пассажирами; 6. интегрированная система радиосвязи; 7. системы контроля и управления доступом. Исходя из сложившейся ситуации, ИМО разработала и приняла ряд документов, которые направлены на снижение количества кибератак и повышения безопасности в информационной среде судна и берега. Так, например, в приложение № 10 Резолюции (КБМ) MSC.428(98) настоятельно рекомендует администрациям обеспечить надлежащее рассмотрение киберрисков в системах управления безопасностью не позднее первой ежегодной верификации Документа о соответствии компании после 1 января 2021 г. Существует два типа киберрисков: Внешний тип риска. Несанкционированный доступ в систему. Этот риск является основным Внутренний тип, он предполагает наличие ошибок в системе и общий сбой системы. На рисунке 1.4 представлены разновидности киберугроз  Рисунок 1.4 разновидности киберугроз. Система кибербезопасности должна быть внедрена на всех уровнях, начиная с одного судна и заканчивая судоходной компанией. Внедрение происходит с целью повышения безопасности грузоперевозок Существует 3 принципа, которые должна обеспечивать защита информации: Защита от сбоев (несанкционированный доступ потеря, удаление информации) Конфиденциальность информации Доступность информации для всех авторизированных пользователей Вопрос охраны и защиты информации в процессах, которые могут нанести серьезный урон окружающей среде и жизни человека, становится первоочередным, поэтому информационная защита судовых данных носит очень важный характер и является первоочередной задачей при внедрении концепции Е-Навигации. На данный момент в Российской Федерации ведется разработка системы защиты от кибератак «Посейдон». Она разрабатывается для защиты судов, верфей и портов. Использование этой системы позволит сократить расходы судовладельца за счет высокой степени защиты судовой и портовой информации. На текущий момент аналогов системе «Посейдон» нет ни в России, ни в других странах. Вывод к главе: концепция Е-Навигации предназначена для согласованного сбора, интеграции, передачи, воспроизведения и анализа информации о ситуации на море. Внедрение этой технологии позволит значительно снизить влияние человеческого фактора в процессе судовождения, что является основной одной из основных причин аварий на водном транспорте. Составляющие человеческого фактора обладают динамикой, именно благодаря этому не представляется возможным точный анализ в случаях ЧС. Невозможно воспроизвести навигационную обстановку и психологическое состояние судоводителя в тот момент. В данной главе были представлены формулы количественной оценки человеческого фактора, а так же сложности навигационной ситуации. Можно сделать вывод что человеческая ошибка зависит от сложности ситуации и психологического настроения судоводителя, его усталости и как следствия из этого- правильности интерпретации данных. Однако появляется другая опасность- взлом систем. За счет использования средств передачи данных возникает опасность киберугроз. Данная проблема становится более актуальной в процессе развития современных технологий. Поэтому дальнейшая разработка и улучшение системы кибербезопасности является одной из самых актуальных задач современного торгового флота. | |||||||