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May 18, 2023

Análisis de indicadores de riesgo de navegación en función de la anchura de dominio del buque para el parque eólico marino seleccionado en el Mar Báltico

Informes científicos volumen 13,

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 9269 (2023) Citar este artículo

Detalles de métricas

Este estudio se refiere al análisis de los indicadores de riesgo de navegación en función del ancho del dominio del barco estimado para nueve barcos representativos seleccionados que navegan en diversas condiciones hidrometeorológicas (promedio y deterioradas) observadas dentro del parque eólico marino que se construirá dentro de la zona marina polaca en el Mar Báltico. Para ello, los autores comparan tres tipos de parámetros de dominio según las directrices de PIANC, Coldwell y Rutkowski (3D). El estudio permitió la selección de un grupo de barcos que pueden considerarse seguros y que, opcionalmente, pueden navegar y/o pescar en las inmediaciones y dentro del parque eólico marino. Los análisis requirieron el uso de datos hidrometeorológicos, modelos matemáticos y datos operativos obtenidos con el uso de simuladores de maniobras y navegación marítima.

El Mar Báltico tiene aguas poco profundas, velocidades medias del viento elevadas, olas de poca altura y mareas débiles. Tales condiciones dan como resultado valores bajos de costo nivelado de energía (LCOE) para la producción de energía eólica marina y hacen del Mar Báltico un área prospectiva para el desarrollo de parques eólicos marinos (OWF). Hasta la fecha, se han instalado aerogeneradores marinos en Dinamarca, Alemania, Suecia y Finlandia, pero no hay ningún parque eólico dentro de la Zona Económica Exclusiva (ZEE) de Polonia. Polonia es el último país de la UE en las etapas de predesarrollo y consentimiento; sin embargo, se han realizado muchos estudios de preinversión y campañas de encuestas para varias de dichas inversiones1,2,3,4. Actualmente, ocho proyectos han obtenido contratos por diferencia (CfD) otorgados por la Oficina Reguladora de Energía de Polonia (ERO) como parte de un procedimiento administrativo introducido en virtud de la Ley de energía eólica marina. Según declaran los inversores, los proyectos más avanzados deberían ponerse en marcha entre 2026 y 20272.

El Mar Báltico es uno de los mares más activos del mundo, y el transporte marítimo representa el 15 % del flete marítimo mundial5. Según Estadísticas de Polonia6, la rotación de carga, el tráfico de pasajeros y el número de barcos que hacen escala en los puertos marítimos polacos han aumentado en los últimos años. Además del transporte y el turismo, la actividad humana en el mar también está relacionada con las industrias petrolera y pesquera. Al analizar lo anterior, queda claro que los molinos de viento marinos instalados se convertirán en obstrucciones a la navegación afectando la seguridad de la navegación7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. Por lo tanto, es necesario establecer zonas de seguridad para los buques representativos que navegan en las proximidades de las OWF, evaluar su seguridad de navegación mientras maniobran dentro de las áreas de OWF y estimar sus llamados indicadores de riesgo de navegación.

En la región del Mar Báltico, se aplican diferentes regímenes regulatorios para el tráfico de embarcaciones a través de parques eólicos. Por ejemplo, en Bélgica y Alemania, los parques eólicos se consideran zonas de exclusión marítima para evitar accidentes o daños a las turbinas, mientras que en el Reino Unido y Dinamarca, los parques eólicos están abiertos para el transporte marítimo y para uso comercial y recreativo. En Dinamarca, por ejemplo, los parques eólicos están abiertos al tránsito de barcos de hasta 24 m de eslora. Dichas operaciones sólo podrán realizarse durante el día con el sistema VHF y AIS operativo y activado. Las actividades de alteración del fondo marino y las actividades de buceo de terceros están prohibidas dentro de los parques eólicos marinos. Se establecen zonas de seguridad de 50 m alrededor de los aerogeneradores y se mantienen las zonas de seguridad de 500 m alrededor de las estaciones transformadoras marinas. En el caso de nuevos parques eólicos marinos, se está considerando el establecimiento de un corredor para permitir el paso de buques de hasta 45 m17.

Los requisitos británicos para las pautas de navegación segura para instalaciones de energía renovable en alta mar (Agencia Marítima y de Guardacostas del Reino Unido, 2016) brindan las siguientes recomendaciones para estimar la distancia segura de una turbina desde la ruta de envío:

Si la distancia entre el límite de la turbina y la ruta de navegación es inferior a < 0,5 mn (< 926 m), se considera intolerable;

Si la distancia está entre 0,5 y 3,5 nm (926–6482 m), se considera tolerable siempre que el riesgo se reduzca al nivel más bajo que sea razonablemente posible (ALARP): se requiere una evaluación de riesgos adicional y las medidas de mitigación propuestas;

Si la distancia es superior a > 3,5 nm (> 6482 m), se considera ampliamente aceptable.

Actualmente, los órganos de la administración marítima polaca, actuando en virtud del art. 24 en relación con el art. 47 de la Ley de 21 de marzo de 1991 sobre las áreas marítimas de la República de Polonia, están considerando la introducción de zonas de seguridad alrededor de estructuras y dispositivos que constituyen elementos de OWF situados dentro de las áreas marítimas de la República de Polonia. En el momento de redactar este documento, las normas legales mencionadas anteriormente no se han desarrollado ni publicado en los sitios web oficiales de los organismos de la administración marítima de Polonia.

La Asociación Mundial para la Infraestructura de Transporte Acuático PIANC18 presentó lineamientos generales sobre los riesgos de navegación y las zonas de seguridad en las cercanías de los OWF, según los cuales el nivel de riesgo para la navegación por los impactos de los OWF depende de la distancia entre un Sistema de Separación de Tráfico (TSS ) ruta de navegación y la primera fila de aerogeneradores. De acuerdo con los lineamientos de PIANC, el nivel de riesgo inaceptable se estimará para los buques a los que se aplica el Convenio SOLAS19 y que se maniobran a una distancia inferior a 0,25 NM (463 m) y/o a 500 m de la zona designada de alta densidad. rutas de envío.

Según el PIANC, los buques que naveguen dentro del área TSS situada a una distancia de más de 5 NM (≈ 9260 m) del OWF pueden considerarse seguros en áreas marítimas restringidas. De acuerdo con los lineamientos de PIANC18, la distancia mínima que garantiza la seguridad de la navegación se refiere a las normas COLREG20 y se determina con base en las resoluciones de IMO21,22,23, MSC.137 (76)22 y MSC/Circ.105321, que abordan la maniobrabilidad del buque y, en particular, los parámetros de la maniobra del radio de giro y la distancia de parada (deceleración) de emergencia. De acuerdo con las directrices de PIANC, la distancia mínima de seguridad de un obstáculo a la navegación que define el dominio del buque debe determinarse utilizando las siguientes fórmulas:

donde \({d}_{NP}\) = la distancia mínima desde un obstáculo para la navegación situado a babor del buque identificado con el dominio del buque a babor (SDWP); expresado en metros, [m]; \({d}_{NS}\) = La distancia mínima desde un obstáculo para la navegación situado en el lado de estribor del barco identificado con el dominio del barco en el lado de estribor (SDWP); expresado en metros, [m]; LOA = eslora total del buque expresada en metros, [m].

El término 'dominio del buque'24 ha sido ampliamente analizado en la literatura existente sobre la seguridad del transporte marítimo25,26,27,28 y la evaluación del riesgo de colisión en la navegación26,29,30, y se define como el área alrededor de un buque que es indispensable para mantener la seguridad de la navegación. Por lo tanto, el riesgo de navegación aumenta cuando aparece cualquier obstrucción a la navegación dentro del dominio del buque. La mayoría de los modelos de dominio del barco propuestos son bidimensionales (2D)28,31 en lugar de espaciales (3D)27,32. Este artículo compara tres modelos de dominio según las directrices de PIANC, Coldwell y Rutkowski (3D). El dominio del barco por Rutkowski (3D), que se desarrolló en base a la propia investigación del autor, se presenta en la Fig. 1.

Aproximaciones simplificadas y compuestas para el modelo tridimensional (3D) del dominio del buque con su eslora (SDL), manga (SDW), puntal (SDD) y altura (SDH). Un modelo basado en la propia investigación científica de G. Rutkowski.

La Figura 2 ilustra los enfoques simplificados y compuestos para el modelo 3D del dominio del barco en el plano horizontal XY con su eslora hacia adelante (SDLF), eslora hacia atrás (SDLA), ancho a babor (SDWP) y ancho a estribor (SDWS). Sin embargo, debido a la naturaleza limitada de nuestro trabajo, este artículo se centra únicamente en el análisis de dos de los seis parámetros del modelo 3D del dominio del barco de Rutkowski12 y, en particular, el ancho del dominio del barco en el plano horizontal en el lado de babor (SDWP) y el lado de estribor (SDWS) del barco.

Aproximaciones simplificadas y compuestas para el modelo 3D del dominio del buque en el plano horizontal XY con su eslora a proa (SDLF), eslora a popa (SDLA), manga a babor (SDWP) y manga a estribor (SDWS). Un modelo basado en la propia investigación científica de G. Rutkowski.

Este estudio se centró en los siguientes objetivos de investigación:

determinar los indicadores numéricos de riesgo de navegación RNWP y RNWS con respecto a mantener el ancho requerido para la seguridad de la vía de tráfico de buques en los lados de babor y estribor del buque según lo estimado para un grupo de tipos de buques representativos que pueden navegar dentro de las áreas OWF;

seleccionando un grupo de barcos de entre los tipos de barcos representativos, que pueden representar un peligro particular para la operación de OWF, y un grupo de barcos que pueden considerarse seguros y, opcionalmente, se les puede permitir navegar y/o pescar en las inmediaciones y dentro de OWF;

comparar los parámetros de dominio para los tipos de barcos representativos seleccionados compilados de acuerdo con las pautas de PIANC, Coldwell y Rutkowski (3D).

De acuerdo con la definición de riesgo de navegación (RN)12, un riesgo proveniente de los factores Ai (objetos) e igual a 0 denota seguridad total de la navegación con respecto a estos factores (objetos). Análogamente, cuanto mayor sea el riesgo (parámetro RN aproximado a 1), menor será el nivel de seguridad de la navegación (SN) → (RN + SN = 1; SN = 1 − RN). Por lo tanto, el indicador de riesgo para la navegación que alcanza RN = 1 denota la ocurrencia de tales condiciones y/o circunstancias que van a impedir una navegación segura y pueden conllevar un 100% de probabilidad de colisión.

RN se analizará en este trabajo a partir de la definición del dominio del buque (SD)12 y la definición de RN12,13, cuyos valores se pueden determinar con referencia al plano vertical OX y al plano horizontal OY33. El análisis se centrará más, en particular, en los componentes de RN definidos con referencia al plano OY y en relación con los objetos situados en el lado de babor del barco (RNWP) y en el lado de estribor del barco (RNWS), que se pueden presentar con el uso de las siguientes fórmulas:

donde RNWP es un valor adimensional que define un componente de RN con respecto a mantener el ancho seguro requerido de la ruta de paso del barco (distancia dNP desde el peligro para la navegación más cercano situado en el eje OY) en el lado de babor del barco relacionado con la posibilidad de que el barco colisionar con un obstáculo a la navegación situado a babor del buque; SDWP (Lado de babor del ancho del dominio del barco) es el ancho del dominio del barco medido en el lado de babor del barco. Se expresa en metros medidos a lo largo del eje OY perpendicular al rumbo del buque (línea de rumbo verdadero TC) en el costado de babor del buque; dNP es la distancia desde el peligro más cercano (peligro para la navegación) medida en metros perpendiculares al rumbo del barco (línea de rumbo verdadero TC) en el costado de babor del barco; B es la manga del barco en metros según los datos del barco, la tarjeta de piloto o el AIS.

donde RNWS es un valor adimensional que define un componente de RN con respecto a mantener el ancho de seguridad requerido (distancia dNS desde el peligro para la navegación más cercano situado en el eje OY) en el lado de estribor del barco (índice WS = Ancho del lado de estribor). Este parámetro describe el riesgo de navegación (estimado en un rango de 0 a 1) relacionado con la posibilidad de que el barco colisione con un obstáculo de navegación en el lado de estribor del barco (Distancia segura requerida adecuada desde el peligro más cercano en el lado de estribor del barco); SDWS (anchura del dominio del barco en el lado de estribor) es la anchura del dominio del barco medida en el lado de estribor del barco. Se expresa en metros medidos a lo largo del eje OY perpendicular al rumbo del barco (línea de rumbo verdadero TC) en el lado de estribor del barco, [m]; dNS es la distancia desde el peligro más cercano medida en metros perpendiculares a la línea de rumbo del barco en el lado de estribor del barco, [m].

De acuerdo con la definición de dominio del buque12, todo buque estará seguro (en el sentido de la navegación) siempre que sea el único objeto capaz de generar peligros dentro de su dominio.

Con referencia al plano horizontal OY distinción entre RNWP y RNWS de la RN de riesgo para la navegación, que puede denominarse como los componentes horizontales del riesgo para la navegación relacionados con mantener una distancia segura del peligro más cercano adecuadamente en los lados de babor y estribor de la buque, o, en definitiva, el riesgo de mantener una distancia de seguridad a babor y estribor, puede representarse mediante las fórmulas (3) y (4). De acuerdo con los patrones presentados anteriormente, (RNWP fórmula 3) con la condición (dNP > SDWP) y (RNWS fórmula 4) con la condición (dNS > SDWS) garantizan la navegación segura del buque en relación con los objetos detectados a estribor del buque. lateral y babor respectivamente. Al analizar las fórmulas 3 y 4, también se puede notar que el valor del riesgo de navegación RNW estará limitado a un rango entre cero y uno (RNW ϵ7) solo si la distancia desde el peligro más cercano en el lado de babor (dNP) o lado de estribor (dNS) es menor o igual al ancho del dominio del barco calculado respectivamente para el lado de babor (SDWP) y/o el lado de estribor (SDWS) del barco. Con toda probabilidad, la suposición \({d}_{N}\le \frac{B}{2}\) indica un accidente de navegación o una colisión con algunos objetos (obstrucciones) detectados respectivamente en el costado de babor del barco (fórmula 3\( : {d}_{NP}\le \frac{B}{2}\)) y/o lado de estribor (fórmula 4: \({d}_{NS}\le \frac{B}{2}\ )) y/o un riesgo incuestionable (100%) de colisión con dichos objetos.

En la Fig. 3 se presenta una visualización gráfica de RN en función de los parámetros de dominio del barco (SDWP, SDWS) y la distancia desde el peligro para la navegación más cercano (dN). Los factores RN analizados en el plano horizontal OY en relación con los objetos situados a babor y estribor del barco obtenidos para diferentes tipos de barcos que navegan dentro del área marítima de OWF se presentan a continuación.

Una visualización gráfica de los indicadores de riesgo para la navegación (RN) en función de los parámetros de dominio del barco (SDWP, SDWS) y la distancia desde la obstrucción a la navegación más cercana (dN).

A los efectos del presente documento, nuestro análisis abarcó nueve tipos de barcos representativos (Tabla 1) con modelos matemáticos y datos operativos (de maniobra) obtenidos con el uso de simuladores de maniobra y navegación marítima proporcionados por la Facultad de Navegación de la Universidad Marítima de Gdynia:

Simulador de puente de barcos Polaris, versión 8.0.0 Build 384 con un simulador de posicionamiento dinámico DP-K-Pos de Kongsberg Digital AS (modelos de barcos según Kongsberg Digital Doc no.: SO-0609-E7/ 22.04.2017, simulador de puente de barcos Polaris Manual Técnico Sección 2—Datos técnicos, v.7.6.0);

Navegación K-Sim (puente de misión completa) de Kongsberg Digital AS (Modelos de barcos según Kongsberg Digital Doc. n.º: SM-0521-J / 26.08.2016, Apéndice B—Modelos hidrodinámicos n.º: SM-0521-K / 26.08 .2016 K-Sim Ship's Bridge Simulator), y

NaviTrainer 5000 Professional (modelos de barcos según Wärtsilä Navi-Trainer Professional 6, descripción técnica y manual de instalación, versión 6.0, fecha de publicación: diciembre de 2022) combinado con un sistema de cartas electrónicas ECDIS NaviSailor 4000 de Transas, que forma parte del grupo Wärtsilä.

Los parámetros de los modelos de dominio espacial se estimaron para tipos de barcos representativos que navegan en condiciones hidrometeorológicas promedio adecuadas para el área marítima navegable analizada y en condiciones deterioradas. En la Tabla 2 se presentan los parámetros meteorológicos y la información sobre las condiciones hidrológicas que prevalecen en la zona sur del Mar Báltico necesarias para una navegación segura a través de esta cuenca. Los datos provienen de la publicación titulada Sailing Directions34. La información se refiere a las aguas del Mar Báltico a lo largo de la costa polaca y puede referirse al área del Proyecto. Los parámetros meteorológicos y las condiciones hidrológicas presentados cubren valores medios obtenidos durante muchos años de investigación.

A los efectos del artículo, nos referimos a tres modelos espaciales de los dominios del barco: las directrices de PIANC18 (fórmulas 1 y 2), el dominio 2D de Coldwell31:

y el dominio 3D de Rutkowski descrito con referencia al sistema de coordenadas XYZ por G. Rutkowski en 2000–202112,13,24,32,33,35,36:

donde SOG = velocidad del barco sobre el suelo en nudos obtenida del registro doppler o del sistema de posicionamiento fijo del barco, como GNSS/GPS, (SOG = Vd) donde \(\overrightarrow{{V}_{d}}=[COG, SOG]\) , el valor expresado en nudos, [kn], COG = rumbo del barco sobre el fondo (\(\overrightarrow{{V}_{d}}=[COG, SOG]\)) expresado en grados de ángulos, [°], B = manga del barco (manga) en metros en función de las características del barco, [m], ∆B = un factor que muestra un aumento en la manga (manga) del dominio del barco. El incremento equivale al error MOY del total de errores de elipse δy(Bi) para todos los factores Bi que afectan SDWS, estimado con el nivel de probabilidad de p = 95% (C = 2.44); en este documento, se asume lo siguiente: ΔB = 10 m, BC = anchura aparente de la traza del barco calculada horizontalmente en metros [m], con ángulo de abatimiento del viento α [°], desviación de corriente (ángulo de deriva) β [°], y guiñada del barco Δ[°]:

TRmax = valores máximos de transferencia del buque medidos en metros como el movimiento máximo del buque a babor o estribor (transversal horizontalmente a la línea de rumbo inicial del buque), observado después de cambiar el rumbo ∆TC ≥ 180° o después de que la maniobra de parada del buque sea completado, [m],

TRneg = transferencia 'negativa' del buque (valor máximo) medida en metros, observada después en el lado opuesto a la dirección general durante la maniobra de viraje y/o parada del buque, también conocida en la terminología marítima como la distancia de 'kick' en el círculo de viraje diagramas TRneg se especifica para los buques mercantes como un valor entre 1,0 y 1,5 de la manga del buque B (para circulación de viraje) o alrededor de 1,5 de la eslora del buque L (para una maniobra de emergencia Crash Stop (Full Ahead-Full Atern)), [m] . tm = el período de tiempo necesario para detener el barco o cambiar la dirección del movimiento del barco por ∆TC ≥ 090° expresado en minutos en base a la tarjeta de piloto, cartel de timón o diagramas de círculo de giro, [min], tr = el período de tiempo necesario para la reacción adecuada, es decir, la evaluación correcta de la situación de navegación y dar una orden de maniobra. En la práctica, tr ≈ 0,5 min hasta 3,0 min dependiendo de la competencia del marino y su experiencia profesional, [min],

Deriva = el valor total de la velocidad actual en nudos (Deriva = Vz) donde \(\overrightarrow{{V}_{z}}=[Set, Drift]\), y corriente total = flujo de agua = corriente marina + corriente de marea, [kn],

Set = la corriente total (\(\overrightarrow{{V}_{z}}=[Set, Drift]\)) dirección en grados,

p = un factor (coeficiente numérico) que depende de la nocividad de la carga transportada a bordo del buque. Este factor (1 ≤ p ≤ 2) aumenta el margen de seguridad de la reserva de navegación en caso de una situación anormal, que puede resultar ya sea en una catástrofe (desastre) o en la contaminación del medio ambiente. En este trabajo, recomendamos utilizar los siguientes valores para el factor p: para buques en lastre sin carga peligrosa o carga inocua, neutral para las personas y el medio ambiente: p = 1; para buques que transporten una carga de gran peligro para las personas y el medio ambiente, por ejemplo, sustancias inflamables, petróleo, gas natural: p = 1,5; para buques con una carga muy perjudicial para las personas y el medio ambiente, por ejemplo, sustancias radiactivas, productos químicos corrosivos, sustancias explosivas: p = 2,0,rW = un coeficiente numérico (factor) que corrige el ancho (rW) del dominio del buque (0 ≤ rW ≤ 2), dependiendo de su situación (privilegio) según las Reglas COLREG. En este documento, recomendamos los siguientes valores para el factor rW: para un barco varado o anclado: rW = 0; para buques restringidos por su calado: rW = 1; para buques privilegiados como los buques con capacidad de maniobra restringida (excepto los buques dedicados a la remoción de minas y los buques dedicados a la pesca: rW = 1,5; para los buques de vela y los buques que no están bajo mando: rW = 2, sW = un coeficiente numérico ( factor) corrigiendo el parámetro de transferencia del buque (TR) en el círculo de giro en caso de condiciones meteorológicas inesperadas distintas a las observadas previamente durante las pruebas de mar y registradas en la Tarjeta de Piloto y los Carteles de la Caseta de Gobierno (actualmente excluidos).

Se estimaron los parámetros para la maniobra de ciclo de viraje con el buque a toda velocidad de mar por delante (FSAH) con el ángulo de timón de 35° a estribor y las maniobras de parada de emergencia con marcha atrás del motor a toda marcha (FSAH-FAS y HAH-FAS). Los resultados se presentan en la parte posterior de este trabajo.

En este documento se ha asumido que las distancias reales entre instalaciones costa afuera individuales dentro del área de OWF varían desde dmin1 = 700 m (en el caso de subestaciones) y desde dmin2 = 1000 m hasta dmin3 = 2000 m en el caso de medir distancias entre turbinas eólicas marinas individuales, sin embargo, nuestro análisis se ha ampliado para abordar siete distancias diferentes: 300 m, 500 m, 600 m, 700 m, 800 m, 1000 m y 2000 m. Al analizar las emergencias, cuando se permite que los barcos ingresen al área OWF, se asumió que navegan a una distancia óptima (máxima) de cualquier peligro para la navegación detectado en las cercanías y situado respectivamente por delante de sus proas y a babor y estribor. En este caso, se puede suponer que, en las inmediaciones de las subestaciones, la distancia mínima desde el peligro más cercano será un valor definido como la mitad de la distancia entre las instalaciones marinas individuales, es decir, dN1 = 0,5∙dmin1 = 350 m, y para el ubicación de aerogeneradores dentro del área de OWF, esta será la distancia que va desde dN2 = 0.5∙dmin2 = 500 m hasta dN3 = 0.5∙dmin3 = 1000 m.

La Tabla 3 presenta los parámetros de dominio para los nueve tipos de buques (Tabla 1) compilados según las directrices de PIANC18, el dominio 2D de Coldwell y el método de Rutkowski13 usando las características de maniobra obtenidas por el simulador de maniobra de la Universidad Marítima de Gdynia calculadas para promedio y deteriorado condiciones hidrometeorológicas.

La Tabla 4 presenta indicadores de riesgo de navegación de muestra \({{R}_{NWP}(SD}_{WP})\) y \({{R}_{NWS}(SD}_{WS})\) con respecto a mantener la distancia requerida de los peligros para la navegación detectados en el lado de babor y estribor del buque, respectivamente. Estos indicadores se estimaron para nueve tipos de barcos representativos (Cuadro 1) en función del ancho de sus dominios calculado para condiciones hidrometeorológicas promedio (Cuadro 2). Los factores numéricos de riesgo de navegación \({R}_{NWP}\) y \({R}_{NWS}\) se estimaron utilizando los parámetros de dominio \({SD}_{WP}\) y \({SD }_{WS}\) compilados en las tablas (Tabla 3). En la Tabla 4, los indicadores numéricos de RN que van desde 0 a 33% (\({0\le R}_{N}\le 0.33\)) se suponen aceptables y están marcados en tonos de color verde. Denotan una situación de navegación para la cual los valores de los factores RN estimados se consideran seguros, posibilitando la ejecución de un viaje. Los indicadores numéricos RN que van del 66 al 100% (\({0.66\le R}_{N}\le 1\)) se consideran peligrosos o de alto riesgo y están marcados en tonos de color rojo. Los indicadores RN que representan valores medios (\({0.33

Según el análisis de los indicadores \({{R}_{NWP}(SD}_{WP})\) y \({{R}_{NWS}(SD}_{WS})\) (Tabla 4), dependiendo del método aplicado (en este caso, las directrices de PIANC, el dominio 2D de Coldwell y el dominio 3D de Rutkowski estimados para las maniobras de radio de giro en FSAH con ángulo de timón de 35º a estribor, y maniobras de parada de emergencia por marcha atrás el motor a marcha atrás total FSAH-FAS y HAH-FAS), los indicadores RN a veces asumen valores radicalmente diferentes. Además, el método PIANC parece ser el más restrictivo (campos rojos en la Tabla 4). Sin embargo, de acuerdo con el método PIANC, los valores de \({{R}_{NW}(SD}_{W})\) estimados dependen de las dimensiones generales de los recipientes representativos analizados solo en pequeña medida, y además, este método no tiene en cuenta sus parámetros reales de maniobra. Por lo tanto, es dudoso que este método deba usarse para la estimación práctica de los factores de riesgo de navegación para embarcaciones pequeñas de superficie tipo D, E, F e I, para las cuales, según el método PIANC, para la distancia desde el peligro más cercano \( {d}_{N1}=350 m\) a babor y estribor del buque, los indicadores de riesgo de navegación estimados oscilan entre el 39 % para el buque E, el 61 % para el buque D, el 46 % para el buque F y el 55 % para el buque I , teniendo en cuenta los factores de riesgo estimados para babor: \({{R}_{NWP}(SD}_{WP})\in \left(0.39;0.46;0.55; 0.61\right),\) y del 69% para el buque E al 76% para el buque D, el 71% para el buque F y el 74% para el buque I, teniendo en cuenta los factores de riesgo estimados para el lado de estribor: \({{R}_{NWS}(SD} _ {WS})\en (0.69;0.71;0.74;0.76)\).

En cuanto al método del dominio 2D de Coldwell y el método del dominio 3D de Rutkowski, la navegación de los tipos de buques D, E, F e I demuestra ser completamente segura, teniendo en cuenta la presencia de peligros para la navegación situados a babor y estribor del buque, respectivamente. . Además, los parámetros del dominio 2D de Coldwell son muy similares a los del dominio 3D de Rutkowski estimados para la maniobra de giro de emergencia realizada a toda velocidad por delante FSAH con el ángulo de timón de 35º a estribor. Además, el dominio 2D de Coldwell es un dominio empírico estimado únicamente en el plano horizontal XY y no tiene en cuenta el riesgo de navegación generado por los obstáculos de navegación por encima y por debajo del agua. Además, el dominio 3D de Rutkowski permite elegir la maniobra anticolisión adecuada, que se realiza cambiando el rumbo (maniobra de círculo de giro) y/o cambiando la velocidad del barco por delante (FSAH o HAH). Por ejemplo, un análisis de \({{R}_{NWP}(SD}_{WP})\) y \({{R}_{NWS}(SD}_{WS})\) realizado para el barco A (a VLCC), asumiendo que la distancia desde el peligro más cercano en los lados de babor y estribor del barco es \({d}_{N2}=500m\), demuestra que al realizar una maniobra de círculo de viraje a estribor a toda velocidad por delante FSAH generará un riesgo de navegación en el lado de estribor del barco de 42% = \({{R}_{NWS}(SD}_{WS})=\) 0.42. En caso de realizar una maniobra de parada de emergencia poniendo el motor en marcha atrás a fondo FSAH-FAS, el factor de riesgo de navegación generado en el lado de estribor del buque se reducirá al 18% \({{=R}_{NWS}(SD}_ {WS})=\) 0,18. Por otro lado, realizar la misma maniobra a la velocidad del barco reducida a la mitad de proa (HAH-FAS) resultará en generar el factor de riesgo de navegación de solo 5% = \({{R}_{NWS}(SD}_{ WS})=0.05\) (ver Tabla 4).

Este documento presenta los indicadores numéricos de riesgo para la navegación RN estimados para nueve tipos de barcos representativos con referencia a los obstáculos para la navegación situados a babor y estribor del barco, respectivamente. Sin embargo, un análisis exhaustivo del riesgo para la navegación en el área marítima navegable analizada requiere que se estudie la distribución de todos los peligros para la navegación situados dentro de los tres ejes XYZ en función de los parámetros relevantes del modelo de dominio 3D del buque.

El artículo compara tres tipos de parámetros de dominio según las directrices de PIANC, Coldwell y Rutkowski (3D). Los resultados obtenidos para los indicadores RN a veces asumen valores radicalmente diferentes, por lo que el modelo de dominio de Rutkowski parece ser el más preciso. En resumen, de acuerdo con el método de dominio 2D de Coldwell y el método de dominio 3D de Rutkowski, navegando los siguientes tipos de barcos: barco pesquero (D), barco de rescate de chorro de agua de alta velocidad (E), barco de pesca (F) y z- El tirón de respuesta de prevención de conducción (I), demuestra ser completamente seguro. Los análisis que se realizaron requirieron el uso de datos hidrometeorológicos apropiados para el área bajo consideración.

El método presentado puede percibirse como universal, ya que depende únicamente de la interrelación entre la posición del barco y la posición del obstáculo para la navegación detectado, cuyo obstáculo puede ser tierra, otro barco u objeto (por ejemplo, una instalación en alta mar), o una factor hidrometeorológico que genera un riesgo para la seguridad de la navegación dentro de una determinada zona marítima navegable (abierta y/o restringida).

Los datos que respaldan los hallazgos de este estudio deben ser proporcionados por el primer autor Grzegorz Rutkowski ([email protected]) previa solicitud justificada.

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Este estudio fue financiado por la Universidad Marítima de Gdynia, los proyectos de investigación: WN/2023/PZ/07 e IM/2023/PZ/01.

Departamento de Navegación, Facultad de Navegación, Universidad Marítima de Gdynia, 81-225, Gdynia, Polonia

Grzegorz Rutkowski

Departamento de Oceanografía Operacional, Instituto Marítimo, Universidad Marítima de Gdynia, 80-830, Gdansk, Polonia

maria kubacka

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Conceptualización GR y MK; metodología GR; redacción—preparación del borrador original MK y GR Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a María Kubacka.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Rutkowski, G., Kubacka, M. Análisis de indicadores de riesgo de navegación en función del ancho de dominio del barco para el parque eólico marino seleccionado en el Mar Báltico. Informe científico 13, 9269 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36114-3

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Recibido: 04 Abril 2023

Aceptado: 30 de mayo de 2023

Publicado: 07 junio 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36114-3

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