Анализ информации основных внешних навигационных датчиков НИКС.

Анализ информации основных внешних навигационных датчиков НИКС.

Курсоуказатели и лаги.

Гирокомпасы. Основным курсоуказателем на судах является гирокомпас. Это достаточно надежный и точный прибор. Он Непрерывно измеряет курс судна в диапазоне 0-360°. Его точность при Установившемся режиме движения судна ухудшается с ростом широты места. На точность ГК влияют маневрирование судна и качка. Согласно требований ИМО в установившемся режиме движения судна точность ГК должна быть в пределах ±0.25°secφ. Инерционная погрешность ГК при маневрах в широтах до 70° не должна превышать: при быстром изменении скорости на 20 уз - ±2.0°; при быстром изменении курса на 180° при скорости 20 уз. - ±3.0°. Для компенсации скоростной погрешности в ГК вручную или автоматически должны вводиться скорость судна и широта места.

Лаги являются датчиками скорости судна и проходимого им расстояния. В настоящее время на судах применяются относительные и абсолютные лаги. Первые измеряют скорость судна относительно воды, а вторые - относительно грунта.

Лаги современных судов должны измерять скорость на переднем и заднем ходу. Из относительных лагов такой способностью обладают индукционные лаги. Диапазон измеряемых индукционным лагом значений скорости судна зависит от вида лага. Для лагов гражданских морских водоизмещающих судов этот диапазон обычно находится в пределах от -15 до +35 узлов. Инструментальная погрешность лага зависит от климатических условий. При относительной влажности 65±15% и температуре воздуха 0-50°С она меньше ±0.2 уз. При отрицательной температуре воздуха погрешность колеблется в пределах ±0.2-1.0 уз. Счетчик пройденного расстояния позволяет снять отсчет с точностью ±0.02 мили. Снос судна течением индукционный лаг не учитывает.

Для измерения скорости относительно грунта применяются гидроакустические доплеровские и корреляционные лиги. Они с высокой точностью измеряют скорость судна, как на переднем, так и на заднем ходу. Рабочие глубины этих лагов не превышают 200-300 м. При плавании на больших глубинах эти лаги работают в относительном режиме. В этом режиме при измерении скорости не учитывается течение. Доплеровские и корреляционные лаги обычно измеряют продольную и поперечную составляющие скорости судна. Поэтому ввод от них скорости в НИКС должен быть двухкоординатным.

Точность измерений доплеровским лагом скорости в абсолютном режиме работы составляет около ±2%, пройденного расстояния - примерно ±0.2%, угла сноса - ±0.2°.

Корреляционный лаг по сравнению с доплеровским лагом имеет следующие преимущества:

• одновременно с измерением скорости измеряется глубина под килем;

• на точность измерения скорости судна не влияет изменение скорости звука;

• широкие диаграммы направленности акустических антенн не требуется стабилизировать на качке.

Корреляционный лаг также характеризуется высокой точностью:

погрешность измерения скорости составляет до ±0.1 уз, пройденного расстояния - до ±0.2%, глубины под килем - ±1%.

Анализ информации СНС.

Аппаратура АИС.

Судовое оборудование АИС, используемое для обмена данными, синхронизации, формирования и коммутации потоков информации, называется "универсальным транспондером". Напомним, что термин «транспондер» обычно означает приемо-передающее средство, которое автоматически передает ответный сигнал на определенный внешний запрос с береговой станции или с другого судна, и излучает запрашивающий сигнал по команде оператора или автоматически.

Линия передачи данных универсального транспондера АИС является самоорганизующейся, с разделением времени и свободным доступом. Для передачи информации используется один частотный канал.

В состав судового оборудования АИС входят: связной процессор, устройство обработки данных от электронной позиционной системы, средства автоматического ввода данных от других источников информации, устройство ввода и восстановления данных вручную, средство контроля достоверности передаваемых и принимаемых данных, встроенная система автоматического контроля работоспособности.

Связной процессор контролирует процесс приема данных по линии связи АИС, производит их расшифровку и упорядочивание, управляет выводом информации на устройства отображения, регулирует процесс считывания информации с навигационных приборов, управляет набором морских частот с соответствующим методом выбора и переключения каналов, формирует блоки передаваемой информации и управляет их передачей.

Устройство обработки данных позиционной системы обеспечивает прием и обработку данных от приемоиндикаторов GPS, DGPS, ГЛОНАСС, или данных от интегрированной навигационной системы (ECDIS, ECS, RCDS) с разрешением не хуже одной десятитысячной минуты дуги с использованием геодезической системы координат WGS-84 .

Средства автоматического ввода данных от датчиков позволяют подключать к АИС курсоуказатели, лаги, гироскопические указатели угловой скорости, датчики крена и параметров качки, и другое оборудование, выполняющее протокол МЭК №61162-1.

Средством ввода и восстановления данных вручную обычно является клавиатура с небольшим текстовым дисплеем для отображения набираемой и минимально необходимой принимаемой информации. С помощью клавиатуры вводится часть из предназначенной к передаче информации. Набираемая информация отображается на дисплее, что позволяет контролировать ее правильность. Клавиатура и дисплей АИС должны быть независимыми от других навигационных устройств.

Судовыми системами отображения АИС могут быть система отображения электронных карт (ECDIS, ECS, RCDS), РЛС, САРП или дисплей персонального компьютера.

АИС и связанные с ней датчики информации питаются от основного источника электроэнергии на судне. Дополнительно должна иметься возможность питания АИС и связанных с ней датчиков от альтернативного источника электроэнергии.

Для организации обмена данными с судами в режиме работы «берег-судно» используются береговые станции АИС: В СУДС может входить от одной до нескольких станций АИС. В последнем случае береговые станции АИС объединяются в сеть, и среди них выделяется основная - «базовая станция АИС». При работе в сети станции АИС ретранслируют получаемую информации на базовую станцию АИС.

В СУДС данные АИС представляются системой отображения СУДС (на экране пульта оператора, на дисплее береговой ECDIS, на дисплеях подключенных к СУДС персональных компьютеров).

Достоинства АИС.

Внедрение АИС способствует повышению безопасности судовождения по нескольким направлениям.

Преимущества АИС перед РЛС и САРП. При решении задач по предупреждению столкновений судов и управления движением судов с берега АИС имеют ряд преимуществ перед РЛС и САРП. Отметим из них следующие.

Использование АИС приводит к увеличению дистанции, на которой обнаруживаются суда-цели, причем дистанция обнаружения не зависит от размеров и ракурса судов-целей. Дальность УКВ связи, применяемой для передачи сообщений АИС, составляет порядка 30-35 миль. При использовании РЛС дистанция обнаружения судов зависит от их тоннажа и ракурса. При отсутствии помех распространению радиоволн и их приему средне тоннажные суда обнаруживаются с помощью РЛС на дистанциях 10-18 миль, а малые суда - 3-10 миль.

Благодаря наличия на судах высокоточных систем определения положения и элементов движения, и передачи с помощью АИС этих данных всем пользователям, повышается точность определения кинематических параметров -судов-целей, а, следовательно, эффективность расхождения с ними.

АИС позволяют получать элементы движения судов практически в реальном масштабе времени как при движении судов-целей одним курсом, так и при маневрировании. В САРП элементы движения судов получаются путем фильтрации отметок целей на определенном временном интервале. Поэтому после захвата цели на сопровождение и после маневрирования на определение ЭДЦ с требуемой точностью затрачивается порядка двух-трех минут. ЭДЦ маневрирующих целей САРП определяет с очень низкой точностью. Ввиду инерционности фильтра данные САРП об элементах движения судов-целей обладают запаздыванием порядка 1 минуты.

Обнаружение начала маневрирования судна-цели при использовании АИС производится в течение нескольких секунд за счет контроля изменениями передаваемых значений текущего курса судна-цели, а в ряде случаев - и передаваемых значений угловой скорости. В САРП на выявление маневра цели затрачивается порядка одной минуты.

При использовании АИС на дистанцию обнаружения судов-целей и точность определения их элементов движения не влияют помехи от моря, осадков, наличие теневых секторов и работа других РЛС, как это имеет место сейчас при использовании РЛС и САРП. В результате обеспечивается возможность своевременного обнаружения малых судов-целей и наблюдения за этими судами в условиях сильного волнения моря и интенсивных осадков.

АИС обеспечивает возможность получения информации об элементах движения целей и возможность их сопровождения при близком нахождении судна от берега, при движении в узком канале, при близком расхождении целей и исключает возможность «обмена целей» при близком нахождении их друг от друга. На сопровождение целей в САРП влияет разрешающая способность радиолокатора и величина стробов для селекции отметок сопровождаемых целей, что может вызвать невозможность получения координат целей при движении их вблизи берега и «переброс» маркеров целей («обмен целей») при их близком прохождении друг от друга.

Предупреждению столкновений судов способствует также взаимный обмен между участниками движения по линии АИС информацией о типе судна, его осадке, наличии опасного груза, навигационном статусе, о планируемых маневрах. С помощью радиолокационной системы такие сведения не получаются.

Имеют значение при расхождении и получаемые с помощью АИС данные о размерах судов-целей и их ракурсе. С помощью САРП эти данные получаются с большим трудом и имеют значительные погрешности.

Значение АИС для береговых систем управления движением. В настоящее время проводятся большие работы по совершенствованию существующих и созданию новых береговых СУДС на основе включения в них дифференциальных станций СНС, аппаратуры АИС, а также средств компьютерной обработки данных. Установка в зоне действия СУДС опорной станции DGPS позволяет судам на расстояниях до 100 км. от этой станции определять свое место с точностью 1-5 м. Использование в Системах управления движением судов АИС позволяет:

• Производить непрерывное автоматическое опознавание контролируемых судов;

• С высокой точностью определять положение контролируемых судов при их движении в зоне обслуживания СУДС (DGPS);

• Расширить зону обслуживания СУДС за счет большей дальности наблюдения судов по данным АИС по сравнению с радиолокационным обзором;

• Осуществлять контроль над судами, находящимися в теневых зонах БРЛС (изгиб мыса, остров) за счет лучшего распространения радиоволн УКВ диапазона по сравнению с РЛС сигналами;

• Автоматически вводить в базу данных СУДС основные сведения о судах (название, размеры, осадка, наличие опасного груза, порт назначения, ЕТА и др.), и направлять их другим заинтересованным службам;

• Обеспечивать высокую надежность автосопровождения контролируемого судна, в том числе при близком нахождении его около берега, около другого судна или навигационного знака, а также при расхождении судов на канале и при подходе судна к причалу порта;

• Осуществлять контроль судоходства на речных участках плавания без установки дополнительных РЛС;

• Регистрировать информацию АИС на электронных носителях, и воспроизводить зарегистрированную информации на экране в любое время;

• Прогнозировать движение судна.

Значение информации АИС для морского Спасательно-координационного центра (МСКП). Передаваемая АИС информация имеет большое значение при оказании помощи в случае бедствия. Знание позиций судов, их названий, характеристик, наличия опасного груза, параметров движения, а также отображение положения судов и другой предоставляемой АИС информации на экране в зоне ответственности МСКЦ, способствует более полной оценке ситуации при оказании помощи в случае бедствия.

По линии АИС возможна передача ближайшим судам и береговым службам сигналов бедствия или срочности, содержащих сведения о происшествии.

Благодаря АИС, в аварийной ситуации каждое судно, а также вертолеты, будут иметь достаточно полную информацию друг о друге в радиусе действия УКВ радиосвязи. Это будет способствовать скорейшему оказанию помощи и улучшению взаимодействия между судами и вертолетами, участвующими в поисково-спасательных операциях в районе бедствия.

Достоинства АИС при использовании береговыми службами. В базу данных СУДС вводится информации о судах, передаваемая по линии АИС. Передача этой информации заинтересованным службам позволяет в обслуживаемом СУДС районе обеспечить эффективный контроль над судами со стороны портовых властей, Морских Администраций и других береговых служб.

Передаваемые судном по линии АИС данные о положении и параметрах движения позволяют береговым службам уточнить ожидаемое время прихода судна в порт и установить время начала обработки судна в порту.

Использование АИС на рыбопромысловых судах дает возможность осуществлять контроль над ними в районе промысла.

Ограничения АИС.

Наряду с отмеченными достоинствами АИС обладает определенными ограничениями и недостатками.

По линии АИС невозможно получение информации об объектах, необорудованных АИС-транспондерами. Поэтому в полной мере достоинства АИС могут быть использованы только при полномасштабном оснащении всех судов этими средствами.

Имея определенные преимущества перед радиолокационной системой (РЛС и САРП), АИС не имеет ее полных функциональных возможностей. С помощью РЛС можно обнаруживать и наблюдать любые объекты, отражающие радиоволны (берег, знаки навигационного ограждения, суда, представляющие опасность судовождению плавающие предметы и др.). Кроме того, по измерениям пеленгов и дистанций ряда таких объектов РЛ-система дает возможность определять положение и элементы движения собственного судна. Поэтому АИС не могут полностью заменить РЛ-систему и являются навигационным средством, которое будет использоваться вместе с РЛС и САРП.

Передача по линии АИС информации всем без исключения судам, имеющим АИС-транспондеры, не гарантирует от использования предоставляемой информации в неблаговидных целях.

Назначение.

Первичной функцией ECDIS является обеспечение безопасности мореплавания. При организации соответствующего резервирования она может рассматриваться как эквивалент бумажных карт. Система должна отображать всю картографическую и навигационно-гидрографическую информацию, необходимую для безопасного и эффективного судовождения. Требуется, чтобы система выполняла все действия, связанные с предварительной и исполнительной прокладкой, определениями места, непрерывно отображала текущее место судна и производила надежную корректуру электронных навигационных карт.

Данные ЭК и их структура.

В ECDIS следует использовать только официальные картографические данные, в том числе и корректурные, последнего издания, подготовленные государственными гидрографическими службами. Такая информация готовится по стандартам IHO. В системе не должно быть возможности ее изменения. Необходимо корректурные данные и информацию ЭК хранить в ECDIS отдельно друг от друга. Система должна автоматически принимать корректурные данные по каналам связи и вводить их в свою память. Ручная корректура также допускается, однако ее знаки должны отличаться от официальной корректуры, принимаемой автоматически. Требуется, чтобы ECDIS регистрировала корректурную информацию, включая время начала использования ее в SENC.

Для ECDIS ИМО определены следующие уровни используемой в ней информации и содержание этих уровней:

Данные электронной навигационной карты (Electronic navigational chart data - ENCD) - это набор данных для ЭК, подготовленных национальными гидрографическими службами в формате, приемлемом для координатора ЭК.

- Базовые данные электронной карты (Electronic navigational chart data base - ENCDB) - основные данные для производства и поддержания ЭК, образованные из ENCD.

- Системная электронная навигационная карта (System electronic navigational chart - SENC).

SENC - это набор данных во внутреннем формате системы для отображения откорректированной навигационной карты. Он получается путем преобразования системой информации основной ЭК, данных корректур и данных, добавленных мореплавателем. Это тот набор данных, который составляет дисплейный файл ECDIS для отображения откорректированной навигационной карты и выполнения с ее помощью навигационных функций. SENC может содержать информацию и от дополнительных источников.

Информация SENC доступная для отображения при планировании маршрута и выполнении прокладки должна быть разделена на три категории: базовая нагрузка (Display base); стандартная нагрузка (Standard Display); другая информация (Other information).

Базовая нагрузка означает уровень данных SENC, который не может быть удален с дисплея. Он содержит информацию, требуемую всегда, во всех географических районах и при любых обстоятельствах. Это не означает, что ее достаточно для безопасного судовождения. Базовая нагрузка включает: береговую черту (для полной воды);

выбранную судоводителем безопасную изобату; в ограниченном безопасной изобатой районе отдельные подводные опасности с глубинами, меньшими безопасной; внутри этого же района отдельные опасности, такие как мосты, линии электропередач, включая буи и знаки, которые используются иди не используются как средства навигации; системы движения; масштаб; вид ориентации карты и режим дисплея; единицы глубин и высот.

Стандартная нагрузка - это нагрузка карты, которая должна быть на дисплее при первом вызове карты в ECDIS, составляющая минимальный набор данных, обеспечивающих безопасность при прокладке и планировании пути. Эта нагрузка в дальнейшем может модифицироваться судоводителем. Стандартная нагрузка состоит из информации: базовой SENC, линии осыхания, стационарных и плавучих средств навигации, границ фарватеров, каналов и т.д., приметных визуальных и радиолокационных объектов, запретных и ограниченных районов, рамки карты, предупреждений мореплавателям.

Вся другая информация, отображаемая индивидуально по требованию, включает: значения глубин, подводные кабели и трубопроводы, маршруты паромов, детали всех отдельных опасностей, детали навигационных средств, содержание предупреждений мореплавателям, дату издания ЭК, горизонтальный и вертикальный геодезические датумы, магнитное склонение, географические названия и т.д.

Цвета и символы. Требования к дисплею.

Для отображения информации SENC должны использоваться цвета и символы, соответствующие стандартам МГО, которые публикуются в специальных изданиях этой организации (Специальная публикация МГО S-52, Приложение 2).

Кроме картографической информации, требуется на дисплее ECDIS отображать следующие навигационные элементы и параметры: судно, пройденный путь с отметками времени, вектор путевой скорости, подвижный маркер дальности и/или электронный визир, курсор, счислимое место и время, обсервованное место и время, линию положения и время, смещенную линию положения и время, предвычисленный вектор течения с указанием времени и скорости эффективного действия, фактический вектор течения с указанием тех же значений, особые опасности, линии безопасности, заданный курс и скорость, путевые точки, расстояние по заданной линии пути, планируемое местоположение с датой и временем, дуги дальности открытия/закрытия огней, место и время перекладки руля для поворота.

Форма отображения указанной информации и ее цветность стандартизированы ИМО и приведены в публикации МЭК 1147.

ECDIS должна позволять отображать все данные, необходимые судоводителю при выполнении предварительной и исполнительной прокладок, а также при решении дополнительных навигационных задач. Эффективный размер экрана для представления карты при исполнительной прокладке должен быть не менее 270х270 мм.

Возможность отображения цветов и разрешающая способность дисплея ECDIS должны соответствовать требованиям МГО (S-52).

Необходимо в ECDIS обеспечение ясной видимости на дисплее отображаемых данных более чем одним наблюдателем в условиях нормальной освещенности, как днем, так и ночью.

Предварительная прокладка.

В системе должна быть возможность простым и надежным способом планировать путь судна. Требуется выполнять планирование основного и, при необходимости, альтернативного маршрутов. Планируемый маршрут должен четко отличаться от других маршрутов на карте.

При предварительной прокладке следует обеспечивать нанесение прямолинейных и криволинейных участком пути по планируемому основному и альтернативному маршрутам и внесение необходимых отметок. Судоводитель должен иметь возможность ввода пределов отклонения от заданного маршрута и активизации при исполнительной прокладке автоматической сигнализации о превышении заданного отклонения от линии пути. Для ситуаций планирования пути через опасную изобату и районы со специальными условиями необходимо предусматривать предупредительную индикацию. При корректировке планируемого маршрута должна быть возможность:

• Добавления путевой точки;

• Уничтожения путевой точки;

• Изменения положение путевой точки;

• Изменения порядка точек в маршруте.

Исполнительная прокладка.

Основной режим отображения карты при исполнительной прокладке должен обеспечивать нахождение отметки судна в пределах окна высвечивания. Для возможности в процессе перехода просматривать районы, где нет судна, следует иметь дополнительный режим отображения. В дополнительном режиме ECDIS должна продолжать учитывать перемещение судна, отображать его кинематические параметры, выполнять функции предупредительной сигнализации и индикации, а также предоставлять судоводителю возможность одним действием немедленно возвращаться к основному режиму отображения.

Положение судна должно определяться с помощью позиционной системы непрерывно и с точностью, соответствующей требованиям безопасного судовождения. Где только возможно, необходимо использовать для обсерваций вторую независимую позиционную систему, причем ECDIS должна определять различия между определениями места по этим системам.

Геодезические датумы системы определения места судна и системной навигационной карты должны быть одинаковыми.

В ECDIS требуется иметь возможность отображения намеченного альтернативного маршрута в дополнение к основному. Необходимо, чтобы отображаемый запланированный маршрут четко отличался от других путей на карте. В течение рейса судоводитель должен иметь возможность модификации запланированного маршрута либо изменения его на альтернативный.

Кроме того, при прокладке система должна выполнять следующие функции:

• Отображать пройденный путь с отметками времени, интервал между которыми может устанавливаться от 1 до 120 мин;

• Представлять вектор путевой скорости, особые отметки, наносимые судоводителем при ведении прокладки и другие символы, требуемые с навигационной целью (счислимое место и время, обсервованное место и время, подвижный круг дальности и визирную линию) и ряд других данных.

• Обеспечивать возможность изменения местоположения судна на карте вручную. Этот процесс должен сопровождаться отображением координат судна в буквенно-цифровом виде;

• Преобразовывать геогра41ические координаты в экранные и обратно; рассчитывать истинные дистанцию и пеленг для двух любых точек; определять географические координаты любой точки экрана, дистанцию и пеленг от собственного места на эту точку; вычислять длину локсодромии, ортодромии; определять место судна по данным РНС и СНС;

Анализ информации основных внешних навигационных датчиков НИКС.