Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorZghyer, Rami
dc.contributor.authorDimmen, Kjetil
dc.contributor.authorNæss, Bjørn
dc.contributor.authorNääs, Olle
dc.date.accessioned2020-08-16T16:04:05Z
dc.date.available2020-08-16T16:04:05Z
dc.date.issued2020
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11250/2672394
dc.description.abstractFormålet med denne Bacheloroppgaven var å gjøre en pilotstudie for å teste en hypotese basert på at et hjelpeprogram kan bistå i å øke sikkerhet under navigering. For å kunne gjøre dette måtte et hjelpeprogram bygges og testes gjennom eksperimenter. For å sannsynliggjøre nytteverdien av et slikt hjelpeprogram ble det studert flere ulykkesrapporter av skip som har hatt grunnkontakt, sammenstøt og forlis. Alle de involverte fartøyene var store og moderne skip, og kun ulykker forårsaket av at en planlagt manøver ikke ble tilfredsstillende gjennomført ble brukt som grunnlag. Funnene i ulykkesrapportene viser at navigering under krevende værforhold gir store utfordringer; påstanden er at et hjelpeprogram vil kunne hjelpe navigatøren til å unngå kritiske feilvurderinger. Den første idéen var å benytte matriser til å beregne kraftvektorer. Dette ble forkastet til fordel for å bruke veletablerte hydrodynamiske modeller. Hjelpeprogrammet ble utviklet kun for å kunne teste hypotesen i en komersiell simulator i et spesifikt scenario; det har derfor en ekstremt begrenset bruk ut over dette. I tillegg var det ikke gjennomførbart å bruke en direkte oppkobling mellom hjelpeprogrammet og den kommersielle simulatoren. Disse faktorene gjorde at en del antagelser og begrensninger ble gjort tidlig i utviklingsprosessen. Strøm og vind ble ikke hentet inn fra målinger fra simulerte instrumenter, men lagt inn manuelt i hjelpeprogrammet. Dette medførte at strøm og vind var identisk både i hjelpeprogrammet og simulatoren. Det var heller ingen kontinuerlig oppdatering under seilasen. Det ble ikke laget noe brukergrensesnitt til programmet og det kreves kunnskap om oppbyggingen for å kunne benytte det i sin nåværende form. Dette medførte at systemet ble styrt av forfatterne og resultatet av programmets beregninger ble gitt til testpersonene i en forståelig form for navigatører. Programmeringen ble gjort i Matlab med tillegsprogrammet Simulink. Tester ble gjort i simulator for å kunne opptimalisere en allrede eksistrende matematisk modell. I optimaliseringen ble det benyttet standard manøverprøver. Montecarlo simuleringer ble brukt for å justere de hydrodynamiske derivatene, for å kunne forutse skipsbevegelser i simulatoren. Under eksperimentet deltok studenter ved NTNU Ålesund i en simulatortest i Vatlestraumen. Skipet brukt i eksperimentet var en 305 meter lang supertanker. Da det er vanskelig å definere en god manøver ble resultatet av eksperimentet gransket binært. Betingelsen for en vellykket seilas var å navigere gjennom området omfattet av simulasjonen uten å ha kontakt med land eller havbunn. En kjikvadrattest ble brukt for å analysere dataene. Nullhypotesen for den statistiske analysen var at det ikke er en signifikant forskjell om hjelpeprogrammet ble brukt i første eller siste forsøk med supertankeren under eksperimentet. Nullhypotsenen ble forkastet for p <0,10. Til tross manglende statistisk signifikans for p<0,05, så kan en p-verdi på 0,0543 ikke umiddelbart avskrives som et resultat av ren tilfeldighet. I tillegg til færre grunnstøtinger i tester utført med eller etter bruk av hjelpeprogrammet, viser data også at det førte til en mer kontrollert bruk av ror. Når tiden for å finne en nær optimal rorvinkel har blitt redusert eller eliminert, gir dette navigatøren mer tid til å overvåke andre kritiske momenter ved navigering. Forfatterne hevder at dette øker navigasjonssikkerheten. Videre forskning anbefales for å bekrefte eller avkrefte hypotesen. Tester som utføres med lik forhåndsplanlegging for samtlige deltakerere vil hjelpe med å isolere positive eller negative følger av bruken av et hjelpeprogram lignende det brukt i oppgaven. Envher videreutvikling av et hjelpeprogram for praktiske formål vil kreve at tester utføres på virkelige skip. Den hydrodynamiske modellen benyttet i oppgaven bør også byttes ut med et passende moderene alternativ. Forfatterne mener at modellen som er brukt for optrimalisering bør videreutvikles og testes for å kunne skape og optimalisere matematiske modeller gjennom normal drift av skip. Dette vil lede til et større utvalg av modeller, noe som vil bidra til forskning innen hydrodynamikk.
dc.description.abstractThe aim of this bachelor thesis was to do a pilot study to test the hypothesis that a support system can aid in increasing safety during navigation. In order to achieve this, a support system needed to be created and experiments carried out. In order to substantiate the beneficial value of such a support system, accident reports for ships involving grounding, contact and foundering were studied. All vessels involved in the accidents were large and modern ships, and only accidents caused by a failure to properly execute a planned manoeuvre were considered for the thesis. Accident reports show that navigating under demanding weather conditions pose great challenges; the contention is that a support system could assist the navigator in avoiding critical misjudgments. The first idea was to use matrices to calculate force vectors. This approach was abandoned in favour of using long-established hydrodynamic modelling. The support system was developed for the sole purpose of testing the hypothesis in a commercial simulator using a specific scenario; its use beyond this is therefore extremely limited. Additionally, it was not feasible to facilitate a direct connection between support system and simulator. These factors resulted in the adoption of certain assumptions and limitations early in the development process. Current and wind were not collected from measurements from simulated instruments, but inserted manually into the support system. As a result, current and wind were identical in simulator and support system. Nor were there any real time updates during testing. No user interface was ever created; in its current form the system requires a basic knowledge of coding to use. Consequently, the system was controlled by the thesis authors, and the results from its calculations presented to the test participants in a format readable by navigators. Programming was done in Matlab with the Simulink add-on. Test were performed in a bridge simulator in order to optimise an already existing mathematical model. For the optimisation, standard manoeuvre test were performed. Monte Carlo simulations were used to adjust hydrodynamic derivatives, in order to predict ship movements in the simulator. In the experiment, students at the Norwegian University of Science and Technology in Ålesund participated in a simulator test in Vatlestraumen. The ship used for the experiment was a very large crude carrier 305 metres in length. The difficulty in defining a good manoeuvre led to a simple pass/fail system being used for statistical analysis. The pass criteria was set at successfully navigating through the area of the simulation without making contact with land or touching bottom. A chi-square test was used to analyse this data. The null hypothesis for the statistical analysis was that there is no significant difference whether the support system was used in the first or second passage with the very large crude carrier. The null hypothesis was rejected at p <.10. Despite the lack of statistical significance at p <.05, a p-value of 0.0543 cannot immediately be written off as a result of pure chance. In addition to fewer groundings in tests performed with the support system or after its use, data show that it resulted in a more controlled use of rudder. When the time required to find a close to optimal rudder angle has been reduced or eliminated, the navigator has more time and attention to spare for other critical aspects of navigation. The authors contend that this increases navigational safety. Further research is recommended to confirm or reject the hypothesis. Tests performed using identical pre-planning for all participants would aid in isolating positive or negative effects of using a support system similar to the one used for this thesis. For any development of a system for practical use, tests on real ships would be required; the hydrodynamical model used in this thesis should be replaced by a more suitable modern alternative. It is the authors' opinion that the model used for optimisation should be further developed and tested in order to facilitate the building and optimisation of mathematical models during normal ship operations. This would lead to an increased selection of models, aiding research in hydrodynamics.en
dc.publisherNTNU
dc.titleChasing the Perfect Rudder Angle – Evaluating the feasibility of a decision support system. A pilot study.
dc.typeBachelor thesis


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel