ФУНКЦІОНАЛЬНО-ОПЕРАТОРНА МЕТОДОЛОГІЯ ДИНАМІЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ АВТОНОМНИХ МОРСЬКИХ ТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2026.1.30Ключові слова:
автономні морські технічні системи; функціонально-операторний підхід; рівняння еволюції; гільбертовий простір; сильно неперервна напівгрупа; енергетичний функціонал; спектральна декомпозиція; стійкість динамічних систем; математичне моделювання; ризик-орієнтоване управлінняАнотація
У статті розроблено функціонально-операторну методологію динамічного моделювання автономних морських технічних систем як розподілених ергатичних об’єктів, стан яких еволюціонує у гільбертовому просторі. Запропоновано математичний апарат, який базується на постановці задачі Коші для абстрактного рівняння еволюції з операторною матричною структурою, яка враховує інерційні, дисипативні та керуючі складові системи. Така постановка дозволяє розглядати автономний морський технічний засіб як єдину багаторівневу систему, у якій навігаційні, енергетичні, інформаційні та процеси керування описуються в межах спільного простору станів. Доведено коректність задачі на основі теорії сильно неперервних напівгруп та умов максимальної дисипативності оператора, що гарантує існування та єдиність слабкого розв’язку еволюційного рівняння. Побудовано енергетичний функціонал, який забезпечує аналіз стійкості системи та дозволяє дослідити її асимптотичну поведінку за відсутності зовнішніх збурень. Отримані результати формують теоретичне підґрунтя для інтерпретації втрати стійкості системи як передумови виникнення небезпечних режимів функціонування авто- номних морських платформ. Виконано спектральну декомпозицію оператора, що дало змогу перейти до модального представлення динаміки та встановити зв’язок між спектральною структурою системи та багатомасштабними режимами руху. Показано, що геометричні властивості навігаційних траєкторій, зафіксованих у системах AIS та ECDIS, можуть бути інтерпретовані як проєкція внутрішньої динаміки автономної системи, що відкриває можливості використання фрактально-спектральних характеристик як індикаторів режимів функціонування та рівня навігаційного ризику. Отримані результати формують універсальний математичний каркас для побудови інтелектуальних систем підтримки прийняття рішень, ризик-орієнтованого управління та подальшої інтеграції фрактально-спектрального аналізу в задачах автономної навігації.
Посилання
Tao, J., Liu, Z., Wang, X., Cao, Y., Matthews, C., & Yang, Z. (2025). Advanced modelling for team collaborative decision making analysis on maritime autonomous surface ships using team cognitive work analysis. Regional Studies in Marine Science, 90, 104477. https://doi.org/10.1016/j.rsma.2025.104477
Othman, M. K., Mohd Sabri, N. S. A., Abdul Rahman, N. S. F., & Osnin, N. A. (2025). Port operators’ perceptions and acceptance of maritime autonomous surface ships (MASS) operations: Insights from Malaysia. Case Studies on Transport Policy, 22, 101567. https://doi.org/10.1016/j.cstp.2025.101567
Xiang, J., Blanco-Davis, E., Xin, X., Li, H., Hifi, N., Wang, J., & Yang, Z. (2025). A systematic literature review of Human-Machine Cooperation in Maritime Autonomous Surface Ships. Autonomous Transportation Research, 1(1), 24-43. https://doi.org/10.1016/j.atres.2025.10.001
Xu, H., & Guedes Soares, C. (2026). Challenges for the development of maritime autonomous surface ships. Autonomous Transportation Research. https://doi.org/10.1016/j.atres.2026.01.001
Zhang, Z., Wang, X., Feng, Y., Xin, X., Liu, Z., & Yang, Z. (2026). Safety analysis of human-machine interaction of autonomous ships using system theory and complex networks. Ocean Engineering, 351, 124266. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2026.124266
Zhang, Z., Wang, X., Liu, Z., Li, H., Yang, Z., & Wang, J. (2026). Towards safe human–machine interaction in remotely controlled ships: A system-theoretic risk analysis framework. Autonomous Transportation Research. https://doi.org/10.1016/j.atres.2026.01.002
Gomola, A., & Bouwer Utne, I. (2024). A novel STPA approach to software safety and security in autonomous maritime systems. Heliyon, 10(10), e31483. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e31483
Kumar, M., Rattan, N., & Mondal, S. (2026). Sensor systems for autonomous vehicles: Functionality and reliability challenges in adverse environmental conditions. Measurement, 258, 119215. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2025.119215
Liu, J., Yu, H., Huang, A., Ma, X., Wu, B., Sun, J., Jia, L., Chen, Y., Wang, Y., Wang, J., Yan, X., & Guedes Soares, C. (2025). Concepts, key technologies, applications and development trends in autonomous transportation systems. Autonomous Transportation Research, 1(1), 1-23. https://doi.org/10.1016/j.atres.2025.12.002
Zhou, X., Jin, S., Ren, X., Sun, X., Meng, X., Nie, S., & Zhang, W. (2025). A framework to assess the operational state of autonomous ships with multi-component degrading systems. Ocean Engineering, 327, 121000. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2025.121000
Tekeli, M. M., Sezer, S. I., Teixeira, Â. P., & Akyuz, E. (2026). A hybrid method for holistic risk assessment of autonomous navigation control systems. Ocean Engineering, 348, 124145. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2025.124145
Luo, X., Guo, L., Bai, X., Li, Y., Zan, Y., & Luo, J. (2025). A multi-phase mission success evaluation approach for maritime autonomous surface ships considering equipment performance degradation and system composition changes. Reliability Engineering & System Safety, 254, 110604. https://doi.org/10.1016/j.ress.2024.110604
Luo, X., Ling, H., Xing, M., & Bai, X. (2024). A dynamic-static combination risk analysis framework for berthing/unberthing operations of maritime autonomous surface ships considering temporal correlation. Reliability Engineering & System Safety, 245, 110015. https://doi.org/10.1016/j.ress.2024.110015
Бурлаченко, Д. А., & Мельник, О. М. (2025). Моделювання поведінки та імітація надзвичайних ситуацій для автономного судна з оцінкою стабільності траєкторії руху. Науковий вісник Херсонської державної морської академії, 1(30), 195–208. https://doi.org/10.33815/2313-4763.2025.1.30.195-208
Никитюк, П. В., & Мельник, О. М. (2025). Створення інтегрованої моделі забезпечення експлуатаційної безпеки судна. Науковий вісник Херсонської державної морської академії, 1(30), 209–221. https://doi.org/10.33815/2313-4763.2025.1.30.209-221
Никитюк, П. В., & Мельник, О. М. (2025). Інтегрована модель оцінки та адаптивного управління експлуатаційною безпекою морського судна в умовах динамічного середовища. Вісник Приазовського державного технічного університету. Серія: Технічні науки, (50), 235–246. https://doi.org/10.31498/2225-6733.50.2025.336409
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
