SINTEZA NADZORNIKA POMORSKOG PROMETA

Josip Matković, Danko Kezić, Rino Bošnjak
  Pomorski Fakultet Sveučilišta u Splitu, Ruđera Boškovića 37, Split

Sažetak
    Čest problem u pomorskom prometu je smanjenje sigurnosti odvijanja plovidbe, čime se povećava vjerojatnost događanja pomorske nesreće. Zbog toga se uvode nadzorni sustavi koji sa kopna upravljaju odvijanjem pomorskog prometa.Cilj rada je modeliranje i simuliranje nadzornog sustava kao dijela brodskog prometnog sustava čiji je cilj sprječavanje sudara i povećanje sigurnosti prometa unutar kanala. U radu je prikazan rad nadzornog sustava na primjeru pomorskog kanala. Nadzorni sustav dijeli kanal na dvije rute i šest sektora. Svaki sektor je opremljen senzorima da bi nadzornik mogao pratiti kretanje brodova. Nadzornik prati kretanje broda, kontrolira da li brod slijedi zadanu rutu, te da li je vremenska dinamika prijelaza broda iz jednog u drugi sektor ispravna. U radu je sintetiziran nadzorni sustav koji upravlja pomorskim prometom korištenjem T-Petrijevih mreža, a verifikacija nadzornog sustava provodi se računalnom simulacijom primjenom programa Visual Object-net.

SINTHESIS OF MARINE TRAFFIC SUPERVISOR

Abstract
   A common problem in maritime transport is a safety reduction in navigation, which increese probability of maritime accident. Because of that, there are supervising systems that controll maritime traffic from mainland. The objective of paper is modeling and simulation of supervising system as part of VTS system, which objective is to prevent crashes and improving safety inside canal. This paper presents the work of supervising system using the example of maritime canal. The supervising system divides the canal into two routes and six sectors. Each sector is equipped with sensors so supervisor can track movement of ships. The supervisor follows the movement of the ship, controls whether the ship follows the default route, and whether the timing of the ship's transition from one sector to another is correct. The supervising system that manages vessel traffic by using T-Petri nets is synthesized in this paper. Verification of supervising system is carried out by computer simulation using Visua object-net.

1. UVOD (E-navigacija)

  E-Navigacija se definira kao određeni skup informacija i prikaza koje povezuju elektroničke sustave na brodu i kopnu. E-Navigacija je relativno novi pojam u pomorskom prometu koja se stalno razvija i unaprjeđuje od strane Međunarodne pomorske organizacije  (eng. International Maritime Organization - IMO). Temelji se na ujedinjenju pomorskih navigacijskih sustava i podržavanju obalnih usluga. Sam pojam e-navigacije je prihvaćen 2006. od strane članica IMO-a kao proces za usklađivanje, prikupljanje, povezivanje, izmjenu i predstavljanje pomorskih informacija [1]
2. OSNOVE PETRIJEVIH MREŽA

Petrijeva mreža (PM) je šestorka oblika:
,		(1)
gdje je :	
 – početno stanje PM,
   – skup svih mjesta u PM,
 – skup svih prijelaza u PM,
	– ulazna funkcija, preslikava skup mjesta u skup prijelaza ( matrica veza od mjesta prema prijelazima), 
 - izlazna funkcija, preslikava iz skup prijelaza u skup mjesta (matrica veze od prijelaza prema mjestima), 
  
– težinska funkcija (matrica svih težinskih koeficjenata u PM). [2]
  Slika 1 prikazuje primjer Petrijeve mreže. Slika 1.a prikazuje početno stanje mreže, a slika 1.b prikazuje  stanje mreže nakon što je došlo do okidanja prijelaza T3 . Iz mjesta P3 i P4 prilikom okidanja prijelaza T3 oduzima po jedna oznaka, a mjestu P5  se dodaje jedna oznaka. Iz stanja mreže na slici 1.b moguće je okinuti još samo prijelaz T2. Prijelazi T1 ,T3 i T4 ne zadovoljavaju uvjet okidanja.

a)	Okidanje prijelaza T1  b) Okidanje prijelaza T3

Sl. 1. Primjer događanja prijelaza u Petrijevoj mreži

3. MODEL NADZORNIKA                                                    
    PROMETNOG SUSTAVA

  Na slici 2.  je prikazan jedan automatizirani pomorski prometni sustav koji se sastoji od jednog jednosmjernog kanala. Sam kanal, kao i područje ispred kanala sa lijeve i desne strane podijeljeno je na šest sektora (m1-m6). Ulaz brodova u kanal, te promjena smjera gibanja broad se registrira senzorima. Podazi se šalju nadzorniku (računalu u VTS centru), koji upravlja semarskim svjetlima na ulasku u kanal.

Sl. 2. Jednosmjerni kanal

  Senzori koje nadzornik koristi su slijedeći:
SUA – senzor ulaska broda u kanal iz rute A
SUB – senzor ulaska broda u kanal iz rute B
SIA – senzor izlaza broda iz kanala za rutu A
SIB – senzor izlaza broda iz kanala za rutu B
SOAB – senzor okreta broda unutar kanala iz rute A u rutu B
SOBA – senzor okreta broda unutar kanala iz rute B u rutu A
  Nadzornik void računa da u kanalu može biti samo jedan brod, dakle kapacitet kanala je jednak jedan. Kada brod iz rute A ili rute B uđe u kanal, senzori registriraju ulazak broda u kanal te nadzornik pali crveno svijetlo na oba semafora Svim brodovima je zabranjen ulaz u kanal sve dok brod ne napusti kanal. 
  Kada primjerice brod iz Rute A krene iz sektora m1, tada senzor SUA detektira prelaz broda iz sektora m1 u m2. Za vrijeme prolaska broda kroz kanal u jednom smjeru, senzori SOAB i SOBA ne reagiraju, osim u slučaju kad se brod iz rute A okrene u rutu B. Kada brod iz rute A napusti kanal, senzor SIA detektira događaj izlaska broda iz kanala A. Ako brod ulazi u kanal u ruti B, kreće iz sektora m4 u sektor m5 te senzor SUB detektira broda u kanal. Kad je brod unutar kanala i plovi u smjeru B, senzori ne reagiraju, osim ako se brod okreće iz rute A u rutu B te ga SOBA senzor detektira. Senzor SIB detektira izlaz broda iz kanala iz rute B. 
  Na slici 3. rikazan je model nadzornika, koji se sastoji od petrijeve mreža stvarnog stanja (mreža modelira sva moguća stanja broda u kanalu) i petrijeve mreža dozvoljenih stanja (mreža modelira prihvatljiva odnosno dozvoljena stanja u kanalu). Obje mreže su sikronizirane te povezane lukovima.
  Mjesta PD1 – PD7 pripadaju petrijevoj mreži dozvoljenih stanja, dok mjesta PS1 – PS6 pripadaju perijevoj mreži stvarnih stanja. Ova mjesta odgovaraju sektorima m1 – m6. Mjesta SUA, SIA, SUB, SIB, SOAB i SOBA su mjesta koja označavaju aktivnost senzora. Čeiri mjesta oznake P osiguravaju sinkronizam između petrijeve mreže dozvoljenih i stvarnih stanja.

Sl. 3. Model nadzornika

4.REZULTATI SIMULACIJE

  Tri su moguća odnosa između Petrijeve mreže stvarnog stanja i Petrijeve mreže dozvoljenog stanja:   
1. Stanja u Petrijevoj mreži stvarnih stanja su istovjetna stanjima Petrijeve mreže dozvoljenih stanja, prijelazi okidaju sinkronizirano. U ovom slučaju stanja Petrijeve mreže stvarnih stanja su istovjetna stanjima Petrijeve mreže dozvoljenih stanja, te prijelazi okidaju sinkronizirano, grafički prikazi dozvoljenih stanja identični su grafičkim prikazima stvarnih stanja
2. Stanja u Petrijevoj mreži stvarnih stanja su istovjetna stanjima Petrijeve mreže dozvoljenih stanja, prijelazi u Petrijevoj mreži stvarnih stanja kasne sa okidanjem u odnosu na Petrijevu mreži dozvoljenih stanja – Alarmno stanje I (brod kasni)
3. Stanja u Petrijevoj mreži stvarnih stanja se razlikuju od stanja Petrijeve mreže dozvoljenih stanja,– Alarmno stanje II (brod mijenja rutu – okreće se)
.

  Na slikama 4, 5 i 6 prikazana je simulacija drugog slučaja, kada prijelazi u Petrijevoj mreži stvarnih stanja kasne sa okidanjem u odnosu na Petrijevu mrežu dozvoljenih stanja te im se razlikuju grafički prikazi – Alarmno stanje I (brod kasni). 

Sl. 4. Grafički prikaz dozvoljenog i stvarnog stanja u mjestima PD1 i PS1
  Na slici 4 su prikazana stanja u mjestima PD1 (dozvoljeno stanje) i PS1 (stvarno stanje). Vidljivo je da brod stoji 10 minuta u mjestu PS1 (sektor m1). Graf stvarnog stanja kasni za dozvoljenim stanjem jer se brod zadržava 14 minuta na mjestu m1 odnosno brod kasni sa ulaskom u kanal.

Sl. 5. Grafički prikaz dozvoljenog i stvarnog stanja u mjestima PD2 i PS2
Na slici 5 su prikazana stanja u mjestima PD2 (dozvoljeno stanje) i PS2 (stvarno stanje). Vidljivo da mreža dozvoljenih stanja simulira brod koji ulazi u kanal u 10. minuti i zadržava se do 20.minute. No postoji odstupanje u graf stvarnog stanja što je vidljivo na grafu PS2. U PS2 brod ulazi u 14.minuti i zadržava se do 27. minute.

Sl. 6. Grafički prikaz dozvoljenog stanja u mjestima PD3 i PS3

  Na slici 6 su prikazana stanja u mjestima PD3 (dozvoljeno stanje) i PS3 (stvarno stanje). Vidljivo je da se izlazak broda u mreži dozvoljeni stanja predviđa u 20.minuti, dok graf stvarnog stanja kasni 7 minuta. Na grafovima PS1, PS2 i PS3 je vidljivo odstupanje od grafova PD1, PD2 i PD3. Petrijeva mreža stvarnog stanja kasni za Petrijevom mrežom dozvoljenog stanja, što znači da brod kasni i/ili nailazi na prepreke. U ovom slučaju nadzornik aktivira prvu razinu alarma koji označava da brod slijedi zadanu rutu, ali da je došlo do kašnjenja u plovidbi kanalom.

5. ZAKLJUČAK

  U radu je modeliran nadzorni sustav pomorskog prometa pomoću Petrijevih mreža. Nadzorni sustav je sustav ranog upozorenja koji se instalira u kopnenom centru za nadzor prometa VTS – sustav, čija je svrha automatsko upozoravanje operatera na pogreške u manevru broda. 
  Da bi nadzorni sustav mogao pratiti pomorski promet, potrebno je unijeti potrebne podatake o predefiniranim rutama, dozvoljenim brzinama i slično te nakon toga nadzorni sustav u stvarnom vremenu prati promjene stvarnih stanja i prati dozvoljena stanja koja su unaprijed definirana. Nadzorni sustav uspoređuje razlike stanja između modula stvarnih stanja i modula dozvoljenih stanja. Svako odstupanje stvarnog stanja od dozvoljenog stanja predstavlja stanje alarma (zvučna i vizualna prezentacija operateru na kopnu i časniku na brodu).
  U radu je modeliran i simuliran nadzornik na primjeru studije slučaja jednog jednosmjernog kanala. Nadzornik je modeliran pomoću Petrijevih mreža i simuliran u računalnom program Visual Object-net. Nadzornik sektora se sastoji od modula dozvoljenih stanja i modula stvarnih stanja. Promjene stanja u Petrijevoj mreži stvarnog stanja događaju se prema stvarnoj prometnoj situaciji, dok se promjene stanja u Petrijevoj mreži dozvoljenog stanja događaju prema unaprijed zadanoj situaciji koja se očekuje kada se promet ispravno odvija. Iz Petrijevih mreža razvijenih u ovom radu moguće je generirati programe za nadzornik  u VTS sustavu.

6. LITERATURA

[1] The Nautical Institute : Definition of eNavigation (2015).
https://www.nautinst.org/en/forums/enavigation.cfm (dostupno 02.11.2015)
[2]   J.-M. Proth, J.,M., Xie, X. (1996).: "Petri nets: a tool for design and management of manufacturing systems", John Wiley & Sons, Saint-Etienne, France.