Navigation field concept
Abstract
After the formation of the terminological basis of the study, the classifications of the navigation field were substantiated. According to these classifications, the field can be primary or secondary, global, trip or local, current or predictive. The emergency potential as the field characteristic describing the navigation field is taken. The emergency potential is a scalar value determined by the navigation conditions and the characteristics of the ship and showing how dangerous the navigation of the ship is at a particular point in the navigational space. The justified concept of the navigation field makes it possible to formulate the general rule for choosing the trajectory of motion by an autonomous ship as follows: MASS will seek to change course in such a way as to be the point of the navigation space, in relation to which the reduction in emergency potential will be maximum. At the end of the study, tasks were set for further research, the final goal of which is a method for choosing a trajectory and speed of movement in various navigation conditions by a marine autonomous surface ship.
Keywords:
navigation space, navigation field, Maritime Autonomous Surface Ships, movement trajectory
References
1. Ермаков С.В., Малинин Н.Ж., Мулина Е.В. Морские автономные надводные суда: проблемы тер-минологии, классификации и нормативно-правового регулирования // Новые стратегии и техно-логии морского судоходства и промысла: Материалы Первой национальной научно-технической конференции, Калининград, 25 февраля 2022 года / Отв. за выпуск Т.С. Станкевич. Калининград: Изд-во БГАРФ ФГБОУ ВО «КГТУ», 2022. С. 81-85.
2. Коротков В.Ю. Развитие технологии морских автономных надводных судов [Электронный ре-сурс]. – URL: https://kmu.itmo.ru/file/download/application/4149 (дата обращения: 24.09.2025).
3. Naeem W., Oliveira Henrique S.C., AbuTair M. Collision avoidance of maritime vessels // Navigation and Control of Autonomous Marine Vehicles. 2019. Pp. 61-84. DOI: 10.1049/PBTR011E_ch3.
4. Дыда А.А., Пушкарев И.И., Чумакова К.Н. Алгоритм обхода статических препятствий для безэ-кипажного судна // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. 2021. Т. 13. № 3. С. 307-315. DOI: 10.21821/2309-5180-2021-13-3-307-315.
5. Lazarowska A. Ship’s Trajectory Planning for Collision Avoidance at Sea Based on Ant Colony Op-timisation // The Journal of Navigation. 2015. Vol. 68. Pp. 291-307. DOI: 10.1017/S0373463314000708.
6. Kuwata Y., Wolf M.T., Zarzhitsky D. Safe Maritime Navigation with COLREGS Using Velocity Ob-stacles // 2011 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. IEEE, 2011. Pp. 4728-4734. DOI: 10.1109/IROS.2011.6094677
7. Wang C., Zhang X., Cong L., Li J., Zhang J. Research on intelligent collision avoidance decision-making of unmanned ship in unknown environments // Evolving Systems. 2019. Vol. 10. Is. 4. Pp. 649-658. DOI: 10.1007/s12530-018-9253-9.
8. Седова Н.А., Седов В.А. Метод расхождения морских судов в зоне чрезмерного сближения на основе нейронечётких технологий // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2018. Т. 8. № 4 (29). С. 53-62.
9. Benjamin M.R., Curcio J.A., Leonard J.J., Newman P.M. Navigation of unmanned marine vehicles in accordance with the rules of the road // Proceedings 2006 IEEE International Conference on Robotic and Automation, 2006. IEEE, 2006. Pp. 3581-3587.
10. Perera L.P., Carvalho J.P., Guedes Soares C. Autonomous guidance and navigation based on the COLREGs rules and regulations of collision avoidance // Proceedings of the international workshop advanced ship design for pollution prevention. London, UK: Taylor & Francis Group, 2010. Pp. 205-216.
11. Смоленцев С.В., Сазонов А.Е., Искандеров Ю.М. Кооперативное маневрирование безэкипажных судов для безопасного расхождения в море // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. 2018. Т. 10. № 4. С. 687-695. DOI: 10.21821/2309-5180-2018-10-4-687-695.
12. Rego F.C., Hung N.T., Jones C.N., Pascoal A.M., Aguiar A.P., Sharma S., Subudhi B. Cooperative path-following control with logic-based communications: Theory and practice // Navigation and Control of Autonomous Marine Vehicles. 2019. Pp. 187–224. DOI: 10.1049/PBTR011E_ch8.
13. Shen H., Hashimoto H., Matsuda A., Taniguchi Y., Terada D., Guo C. Automatic collision avoidance of multiple ships based on deep Q-learning // Applied Ocean Research. 2019. Vol. 86. Pp. 268-288. DOI: 10.1016/j.apor.2019.02.020.
14. Hu Y., Zhang A., Tian W., Zhang J., Hou Z. Multi-ship collision avoidance decision-making based on collision risk index // Journal of Marine Science and Engineering. 2020. Vol. 8. Is. 9. Pp. 640. DOI: 10.3390/jmse8090640.
15. Sawada R., Sato K., Majima T. Automatic ship collision avoidance using deep reinforcement learning with LSTM in continuous action spaces // Journal of Marine Science and Technology. 2020. Pp. 1-16. DOI: 10.1007/s00773-020-00755-0.
16. Li Y., Zheng J. Deep learning structure for collision avoidance planning of unmanned surface vessel // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Mar-itime Environment. 2021. Vol. 235. Is. 2. Pp. 511-520. DOI: 10.1177/1475090220970102.
17. Guo S., Zhang X., Zheng Y., Du Y. An autonomous path planning model for unmanned ships based on deep rein-forcement learning // Sensors. 2020. Vol. 20. Is. 2. Pp. 426. DOI: 10.3390/s20020426.
18. Xie S., Chu X., Zheng M., Liu C. A composite learning method for multi-ship collision avoidance based on rein-forcement learning and inverse control // Neurocomputing. 2020. Vol. 411. Pp. 375-392. DOI: 10.1016/j.neucom.2020.05.089.
19. Триполец О.Ю. Обзор существующих методов расхождения безэкипажных судов // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. 2021. Т. 13. № 4. С. 480-495. DOI: 10.21821/2309-5180-2021-13-4-480-49/
20. Иванов Д.С., Брюханов Д.А. Обзор направлений развития техноценоза // Вестник науки. 2022. Т. 4. № 11(56). С. 297-303.
21. Тихонов А.Н., Иванников А.Д., Цветков В.Я. Терминологические отношения // Фундаментальные исследования. 2009. № 5. С. 146-148.
22. Ожерельева Т.А. Об отношении понятий информационное пространство, информационное поле, информационная среда и семантическое окружение // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 10. С. 21-24.
23. Tsvetkov V.Yа. Information field // Life Science Journal. 2014. № 11(5). Pp. 551-554.
24. Ермаков С.В., Мулина Е.В. Первичная математическая формализация понятия «навигационный ресурс» в контексте концепции навигационного поля // Эксплуатация морского транспорта. 2025. № 2(115). С. 10-15.
25. Ермаков С.В., Бондарев В.А. Управление риском чрезвычайных ситуаций на основе прогнозиро-вания и минимизации влияния человеческого фактора на навигационную безопасность плавания судна // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2017. № 5. С. 66-73.
26. Ермаков С.В. Превентивное регулирование человеческого фактора в морском судовождении // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2016. № 5(39). С. 39-50. DOI 10.21821/2309-5180-2016-8-5-39-50.
27. Ермаков С.В. Метод формализованной оценки сложности навигационной ситуации // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2014. № 4(26). С. 26-31.
28. Ермаков С.В., Малинин Н.Ж., Мулина Е.В. Ретроспективная и перспективная периодизация раз-вития технологий автоматизации процессов судовождения // Новые стратегии и технологии мор-ского судоходства и промысла. Материалы III национальной научно-технической конференции на базе ФГБОУ ВО «Калининградский государственный технический университет. 28 марта 2024 года. Калининград: Изд-во БГАРФ ФГБОУ ВО «КГТУ», 2024. С. 41-45.
2. Коротков В.Ю. Развитие технологии морских автономных надводных судов [Электронный ре-сурс]. – URL: https://kmu.itmo.ru/file/download/application/4149 (дата обращения: 24.09.2025).
3. Naeem W., Oliveira Henrique S.C., AbuTair M. Collision avoidance of maritime vessels // Navigation and Control of Autonomous Marine Vehicles. 2019. Pp. 61-84. DOI: 10.1049/PBTR011E_ch3.
4. Дыда А.А., Пушкарев И.И., Чумакова К.Н. Алгоритм обхода статических препятствий для безэ-кипажного судна // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. 2021. Т. 13. № 3. С. 307-315. DOI: 10.21821/2309-5180-2021-13-3-307-315.
5. Lazarowska A. Ship’s Trajectory Planning for Collision Avoidance at Sea Based on Ant Colony Op-timisation // The Journal of Navigation. 2015. Vol. 68. Pp. 291-307. DOI: 10.1017/S0373463314000708.
6. Kuwata Y., Wolf M.T., Zarzhitsky D. Safe Maritime Navigation with COLREGS Using Velocity Ob-stacles // 2011 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. IEEE, 2011. Pp. 4728-4734. DOI: 10.1109/IROS.2011.6094677
7. Wang C., Zhang X., Cong L., Li J., Zhang J. Research on intelligent collision avoidance decision-making of unmanned ship in unknown environments // Evolving Systems. 2019. Vol. 10. Is. 4. Pp. 649-658. DOI: 10.1007/s12530-018-9253-9.
8. Седова Н.А., Седов В.А. Метод расхождения морских судов в зоне чрезмерного сближения на основе нейронечётких технологий // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2018. Т. 8. № 4 (29). С. 53-62.
9. Benjamin M.R., Curcio J.A., Leonard J.J., Newman P.M. Navigation of unmanned marine vehicles in accordance with the rules of the road // Proceedings 2006 IEEE International Conference on Robotic and Automation, 2006. IEEE, 2006. Pp. 3581-3587.
10. Perera L.P., Carvalho J.P., Guedes Soares C. Autonomous guidance and navigation based on the COLREGs rules and regulations of collision avoidance // Proceedings of the international workshop advanced ship design for pollution prevention. London, UK: Taylor & Francis Group, 2010. Pp. 205-216.
11. Смоленцев С.В., Сазонов А.Е., Искандеров Ю.М. Кооперативное маневрирование безэкипажных судов для безопасного расхождения в море // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. 2018. Т. 10. № 4. С. 687-695. DOI: 10.21821/2309-5180-2018-10-4-687-695.
12. Rego F.C., Hung N.T., Jones C.N., Pascoal A.M., Aguiar A.P., Sharma S., Subudhi B. Cooperative path-following control with logic-based communications: Theory and practice // Navigation and Control of Autonomous Marine Vehicles. 2019. Pp. 187–224. DOI: 10.1049/PBTR011E_ch8.
13. Shen H., Hashimoto H., Matsuda A., Taniguchi Y., Terada D., Guo C. Automatic collision avoidance of multiple ships based on deep Q-learning // Applied Ocean Research. 2019. Vol. 86. Pp. 268-288. DOI: 10.1016/j.apor.2019.02.020.
14. Hu Y., Zhang A., Tian W., Zhang J., Hou Z. Multi-ship collision avoidance decision-making based on collision risk index // Journal of Marine Science and Engineering. 2020. Vol. 8. Is. 9. Pp. 640. DOI: 10.3390/jmse8090640.
15. Sawada R., Sato K., Majima T. Automatic ship collision avoidance using deep reinforcement learning with LSTM in continuous action spaces // Journal of Marine Science and Technology. 2020. Pp. 1-16. DOI: 10.1007/s00773-020-00755-0.
16. Li Y., Zheng J. Deep learning structure for collision avoidance planning of unmanned surface vessel // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Mar-itime Environment. 2021. Vol. 235. Is. 2. Pp. 511-520. DOI: 10.1177/1475090220970102.
17. Guo S., Zhang X., Zheng Y., Du Y. An autonomous path planning model for unmanned ships based on deep rein-forcement learning // Sensors. 2020. Vol. 20. Is. 2. Pp. 426. DOI: 10.3390/s20020426.
18. Xie S., Chu X., Zheng M., Liu C. A composite learning method for multi-ship collision avoidance based on rein-forcement learning and inverse control // Neurocomputing. 2020. Vol. 411. Pp. 375-392. DOI: 10.1016/j.neucom.2020.05.089.
19. Триполец О.Ю. Обзор существующих методов расхождения безэкипажных судов // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. 2021. Т. 13. № 4. С. 480-495. DOI: 10.21821/2309-5180-2021-13-4-480-49/
20. Иванов Д.С., Брюханов Д.А. Обзор направлений развития техноценоза // Вестник науки. 2022. Т. 4. № 11(56). С. 297-303.
21. Тихонов А.Н., Иванников А.Д., Цветков В.Я. Терминологические отношения // Фундаментальные исследования. 2009. № 5. С. 146-148.
22. Ожерельева Т.А. Об отношении понятий информационное пространство, информационное поле, информационная среда и семантическое окружение // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 10. С. 21-24.
23. Tsvetkov V.Yа. Information field // Life Science Journal. 2014. № 11(5). Pp. 551-554.
24. Ермаков С.В., Мулина Е.В. Первичная математическая формализация понятия «навигационный ресурс» в контексте концепции навигационного поля // Эксплуатация морского транспорта. 2025. № 2(115). С. 10-15.
25. Ермаков С.В., Бондарев В.А. Управление риском чрезвычайных ситуаций на основе прогнозиро-вания и минимизации влияния человеческого фактора на навигационную безопасность плавания судна // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2017. № 5. С. 66-73.
26. Ермаков С.В. Превентивное регулирование человеческого фактора в морском судовождении // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2016. № 5(39). С. 39-50. DOI 10.21821/2309-5180-2016-8-5-39-50.
27. Ермаков С.В. Метод формализованной оценки сложности навигационной ситуации // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2014. № 4(26). С. 26-31.
28. Ермаков С.В., Малинин Н.Ж., Мулина Е.В. Ретроспективная и перспективная периодизация раз-вития технологий автоматизации процессов судовождения // Новые стратегии и технологии мор-ского судоходства и промысла. Материалы III национальной научно-технической конференции на базе ФГБОУ ВО «Калининградский государственный технический университет. 28 марта 2024 года. Калининград: Изд-во БГАРФ ФГБОУ ВО «КГТУ», 2024. С. 41-45.
Published
19-12-2025
How to Cite
Ermakov, S. V., & Mulina, E. V. (2025). Navigation field concept. Russian Journal of Water Transport, (85), 176-190. https://doi.org/10.37890/jwt.vi85.644
Section
Water transport operation, waterways, communications and hydrography
Copyright (c) 2025 Russian Journal of Water Transport
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
