МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЙСОВ СУДОВ В АРКТИКЕ: СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПОДХОДЫ И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ РАЗВИТИЯ

Выполнен анализ различных подходов к моделированию движения судов во льдах и определению длительности рейсов. Рассмотрены полуэмпирические модели расчета ледового сопротивления, численные методы моделирования взаимодействия судов со льдом, а также статистические модели, базирующиеся на регрессионных соотношениях или методах искусственного интеллекта. Проанализирована применимость каждого из подходов к задаче прогнозирования параметров рейсов судов в Арктике. Предложена концепция создания универсальной расчетной модели, которая могла бы использоваться в составе современных программных комплексов интеллектуальной поддержки арктического судоходства.

1. Тимофеев О. Я., Таровик О. В., Топаж А. Г. и др. Концепция централизованной информационной системы для планирования работы флота в Арктике // Арктика: экология и экономика. — 2019. — № 1 (33). — С. 129—143. — DOI: 10.25283/2223-4594-2019-1-129-143.

2. Ионов Б. П., Грамузов Е. М. Ледовая ходкость судов. — СПб.: Судостроение, 2001. — 512 с.

3. Lindqvist G. A straightforward method for calculation of ice resistance of ships. Proceedings of POAC-1989, 1989, pp. 722—735.

4. Riska K., Wilhelmson M., Englund K., Leiviska T. Performance of merchant vessels in ice in the Baltic. Research Report No 52; Helsinki Univ. of Technology. Espoo, 1997.

5. Каштелян В. И., Поздняк И. И., Рывлин А. Я. Сопротивление льда движению судна. — Л.: Судостроение, 1968. — 238 с.

6. Riska K. The background of the powering requirements in the Finnish-Swedish ice class rules. Maritime Research Seminar’99, VVT Symposium 199. 2000, pp. 91—106.

7. Mellor M. Ship Resistance in Thick Brash Ice. Cold Regions Science and Technology, 1980, no. 3, pp. 305—321.

8. Valkonen J., Riska K. Assessment of the Feasibility of the Arctic Sea Transportation by using Ship Ice transit Simulation. Proceedings of OMAE-2014, 2014, Paper no. 24188.

9. Riska K., Patey M., Kishi S., Kamesaki K. Influence of ice conditions on ship transit times in ice. Proceedings of POAC-2001, 2001, p. 17.

10. Каневский Г. И., Клубничкин А. М., Сазонов К. Е. Прогнозирование характеристик ходкости многовальных судов. — СПб.: ФГУП «Крылов. гос. науч. центр», 2019. — 160 с.

11. Рывлин А. Я., Хейсин Д. Е. Испытания судов во льдах. — Л.: Судостроение, 1980. — 208 с.

12. Sigrid-3: A vector archive format for sea ice charts. JCOMM Technical Report No. 23. WMO/TD-No. 1214. 24 p.

13. Erceg S., Ehlers S. Semi-empirical level ice resistance prediction methods. Ship Technology Research, 2017, 64 (1), pp. 1—14. DOI: 10.1080/09377255.2016.1277839.

14. Hu J., Zhou L. Further study on level ice resistance and channel resistance for an icebreaking vessel. Intern. J. of Naval Architecture and Ocean Engineering, 2016, 8 (2), pp. 169—176. DOI: 10.1016/j.ijnaoe.2016.01.004.

15. Kotovirta V., Jalonen R., Axell L., Riska K., Berlund R. A system for route optimization in ice-covered waters. Cold Regions Science and Technology, 2009, no. 55, pp. 52—62.

16. Tuhkuri J., Polojarvi A. A review of discrete element simulation of ice–structure interaction. Philosophical Transactions of The Royal Society. A Mathematical Physical and Engineering Sciences, 2018, nо. 376. DOI: 10.1098/rsta.2017.0335.

17. Lu W., Lubbad R., Loset S., Hoyland K. Cohesive Zone Method Based Simulations of Ice Wedge Bending: a Comparative Study of Element Erosion, CEM, DEM and XFEM. Proceedings of the 21st IAHR International Symposium on Ice. [S. l.], 2012, pp. 920—938.

18. Yu B., Wu W., Xu N., Yue Q., Liu S. Numerical simulation of dynamic ice force on conical structure. Proceedings of POAC-07, 2007, pp. 277—285.

19. Di S., Ji S., Yue Q., Liu S. Ice Loads on Conical Offshore Structures Based on Discrete Element Simulation. Proceedings of the 21st IAHR International Symposium on Ice, 2012, рp. 853—863.

20. Su B., Riska K., Moan T. A numerical method for the prediction of ship performance in level ice. Cold Regions Science and Technology, 2010, no. 60, pp. 177—188. DOI: 10.1016/j.coldregions.2009.11.006.

21. Lubbad R., Loset S. A Numerical Model for Real-Time Simulation of Ship–Ice Interaction. Cold Regions Science and Technology, 2011, 65 (2), pp. 111—127. DOI: 10.1016/j.coldregions.2010.09.004.

22. Li F., Kotilainen M., Goerlandt F., Kujala P. An extended ice failure model to improve the fidelity of icebreaking pattern in numerical simulation of ship performance in level ice. Ocean Engineering, 2019, no. 176, pp. 169—183. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2019.02.051.

23. Valanto P. The resistance of ships in level ice. Transactions of the Society of Naval Architects and Marine Engineers, 2001, no. 109, pp. 53—83.

24. Сазонов К. Е. Теоретические основы плавания судов во льдах. — СПб.: Изд-во ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова, 2010. — 273 с.

25. Li F., Goerlandt F., Kujala P. Numerical simulation of ship performance in level ice: A framework and a model. Applied Ocean Research, 2020, no. 102. DOI: 10.1016/j.apor.2020.102288.

26. Huang L., Li M., Igrec B., Cardiff P., Stagonas D., Thomas G. Simulation of a ship advancing in floating ice floes. Proceedings of POAC-2019, 2019, 13 p.

27. Su B., Riska K., Moan T., Berg T. E. Full-scale and model-scale simulations of a double acting intervention vessel operating in level ice. Proceedings of 21st IAHR International Symposium on Ice. [S. l.], 2012, pp. 1058—1068.

28. Бузуев А. Я., Федяков В. Е. Изменчивость ледовых условий на пути плавания судов // Метеорология и гидрология. — 1981. — № 2. — С. 69—76.

29. Гордиенко П. А., Бузуев А. Я., Сергеев Г. Н. Изучение ледяного покрова моря как среды судоходства // Проблемы Арктики и Антарктики. — 1967. — № 27. — С. 93—104.

30. Brovin A. I., Klyachkin S. V., Bhat S. U. Application of an empirical-statistical model of ship motion in ice to new types of icebreakers and ships. Proceedings of OMAE-1997, 1997, vol. IV, pp. 43—49.

31. Сергеев Г. Н. Использование данных о толщинах льда для оценки проходимости ледовых трасс судами // Проблемы Арктики и Антарктики. — 1978. — № 54. — С. 52—56.

32. Сергеев Г. Н., Хромов Ю. Н. Торосистость и сопротивляемость льда движущемуся судну // Метеорология и гидрология. — 1980. — № 10. — С. 100—104.

33. Бузуев А. Я., Федяков В. Е. Комплексный учет характеристик состояния ледяного покрова при разработке рекомендация для судоходства // Вопросы повышения прочности и надежности морских и портовых сооружений: Сборник научных трудов. — М.: Транспорт, 1983. — С. 89—97.

34. Фролов С. В. Влияние ориентации нарушений сплошности льда на эффективность движения судов в арктическом бассейне в летний период // Проблемы Арктики и Антарктики. — 2013. — № 3 (97). — С. 35—45.

35. Третьяков В. Ю., Сарафанов М. И., Федяков В. Е., Фролов С. В. От Сабетты до Карских ворот: Методика расчета скорости движения судна в ледяном покрове как интегрального показателя ледовых условий плавания // Neftegaz.ru. — 2020. — № 8 (104). — С. 46—50.

36. Бузуев А. Я., Бровин А. И., Колбатов П. В., Федяков В. Е. Современное состояние зарубежных и отечественных исследований ледяного покрова как среды судоходства. — Обнинск: Информ. центр ВНИИГМИ-МЦД, 1982. — 53 с.

37. Lensu M., Goerlandt F. Big maritime data for the Baltic Sea with a focus on the winter navigation system. Marine Policy, 2019, no. 104, pp. 53—65. DOI: 10.1016/j.marpol.2019.02.038.

38. Kim E., Smestad B. B., Asbjornslett B. E. Predicting ship speeds in the Arctic using deep learning on historical AIS data. Proceedings of ISOPE-2020, 2020, pp. 622—626.

39. Montewka J., Goerlandt F., Kujala P., Lensu M. Towards probabilistic models for the prediction of a ship performance in dynamic ice. Cold Regions Science and Technology, 2015, no. 112, pp. 14—28. DOI: 10.1016/j.coldregions.2014.12.009.

40. Li F., Montewka J., Goerlandt F., Kujala P. A probabilistic model of ship performance in ice based on full-scale data. Proceedings of ICTIS-2017, 2017. DOI: 10.1109/ICTIS.2017.8047852.

41. Fu Sh., Zhang D., Montewka J., Yan X., Zio E. Towards a probabilistic model for predicting ship besetting in ice in Arctic waters. Reliability Engineering and System Safety, 2016, no. 155, pp. 124—136. DOI: 10.1016/j.ress.2016.06.010.

42. Вильде О. Капитан арктической нефти // Сиб. нефть. — 2019. — № 159. — С. 30—35.

43. Topaj A. G., Tarovik O. V., Bakharev A. A., Kondratenko A. A. Optimal ice routing of a ship with icebreaker assistance. Applied Ocean Research, 2019, vol. 86, pp. 177—187. DOI: 10.1016/j.apor.2019.02.021.

44. Бабич Н. Г. Выбор пути плавания во льдах и оценка результативности использования данных навигационной ледовой информации // Земля из космоса: наиболее эффективные решения. — 2011. — № 10. — С. 28—33.

45. Сазонов К. Е., Добродеев А. А. Ледовая ходкость крупнотоннажных судов: Монография. — СПб.: ФГУП «Крылов. гос. науч. центр», 2017. — 122 с.