-



   Электронные системы отображения навигационных карт




doc.png  Тип документа: книга


type.png  Предмет: Информатика, программирование


type.png  ВУЗ: Не привязан


size.png  Размер: 441.15 Kb

ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ

Вагущенко Л.Л., Данцевич В.А., Кошевой А.А.

ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ОТОБРАЖЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ КАРТ

Второе издание, переработанное и дополненное

Одесса – 2000


Ватущенко Л.Л, Лдипевич В.А., Кошевой А.А. Электронные системы отображения навигационных карт. - 2-е изд., перераб. и доп. - Одесса, ОГМА, 2000. - 120 с.

УДК 656.61.052.011.56

Приводятся основные понятия об электронных картах и навигационно-информационных компьютерных системах (ECD1S, ECS) в которых прокладка выполняется на электронных картах. Рассмотрены техническое, информационное, лингвистическое обеспечения навигационных систем с электронными картами, охарактеризованы их функциональные возможности, освещены требования ИМО к ECD1S. Особое внимание уделено ограничениям и недостаткам ECD1S.

Предназначена для учащихся судоводительской специальности морских академий, может быть полезной для судоводителей морских транспортных, рыбопромысловых и научно-исследовательских судов.

Ил. 7, библиогр. 16 назв. Рецензент: Н.Н. Цымбал

Книга одобрена научно-методической комиссией по судовождению Миʜᴎϲтерства образования и науки Украины.

Сдано в набор 01.11.2000. Подписано к печати 03.11.2000. Формат 60х84 1/16. Усл.печ.л. - 6.7. Бумага офсетная. Гарнитура New Baskerville. Тираж 100 экз.

© - составление, текст, оформление: Л-Л. Вагущенко, ВА. Данцевич, А-А-Кошевой - 2000 г.


- В в е д е н и е -

В судовождении все более широкое распростᴘẚʜᴇние получают высокоэффективные навигационно-информационные компьютерные системы с электронными картами (ЭК). Среди них выделяют в настоящее время два вида систем: ECDIS (Electronic Chart Display and Information System); ECS (Electronic Chart System).

ECDIS - это навигационно-информационная компьютерная система (НИКС), удовлетворяющая специальным требованиям, что предоставляет возможность судоводителям официально использовать её прокладку на электронной карте вместо прокладки на бумажных картах. Такой статус ECD1S определен правилом V/20 международной конвенции ИМО по безопасности жизни на море (SOLAS-74). Согласно этому правилу, все суда должны быть снабжены приведенными на уровень современности картами, наставлениями для плавания, пособиями до огням, знакам, радиотехническим средствам, извещениями мореплавателям, таблицами приливов и другими специальными публикациями, необходимыми на предстоящий рейс. Требуемые карты могут быть обеспечены также путем их представления на экᴘẚʜᴇ ECD1S. Это касается и других необходимых на рейс навигационных пособий, информация которых также может быть отображена на экᴘẚʜᴇ ECD1S.

На основании выше сказанного приходим к выводу, что ECDIS может быть использована как эквивалент бумажных навигационных карт и пособий для плавания. Это означает не физическую эквивалентность прокладок на электронной и бумажной картах, а юридическое признание использования ECD1S без применения бумажных карт на район плавания.

Эксплуатационные требования к ECDIS, требования к её аппаратуре и программному обеспечению определены международными организациями: ИМО - международной морской организацией (IMO -International Maritime Organization), МГО - международной гидрографической организацией (ШО - International Hydrographic Organization), МЭК - международной электротехнической комиссией (IEC - International Electrotechnical Comission).

ECS представляет собой навигационную или навигационно-информациоиную компьютерную систему с электронными картами, не удовлетворяющую в полной мере требованиям к ECD1S, ECS не может быть использована без применения официальных бумажных карт.

В ECDIS реализуются последние достижения в области информационной техники и они обладают обширными возможностями.

Корректура электронных карт в ECDIS может осуществляться автоматически через спутниковые каналы связи и, в частности, через всемирную компьютерную сеть Интернет. Через эту сеть можно заказывать и получать также новые электронные карты и другую навигационную информацию.

В результате применения ECDIS судоводитель на ходовой вахте освобождается от выполнения многих рутинных операций. Его основными функциями становится наблюдение за окружающей обстановкой, контроль ECDIS и других средств судовождения, управление их работой для получения требуемой обстановкой информации, оценка предоставляемой информации и принятие решений по управлению судном. ECDIS способна предоставлять судоводителю в интегрированном виде информацию, характеризующую различные стороны процесса судовождения, что предоставляет возможность ему уверенно и обоснованно принимать решения. Применение ECDIS повышает результативность деятельности судоводителя, обеспечивает использование большего объема и номенклатуры данных, увеличивает скорость их обработки, улучшает точность и досᴛᴏʙерность результаᴛᴏʙ, повышает безопасность мореплавания и приводит к росту финансовых показателей работы судна.

Однако не надо забывать и об определенной ᴄᴫᴏжности работы с такими системами, как ECDIS. Эта ᴄᴫᴏжность определяется большим набором решаемых ECDIS задач, требующих многочисленных исходных данных; значительным числом её управляющих функций; вырабатываемыми ей различного вида сигналами, предупреждениями и сообщениями; одновременной работой со многими навигационными приборами и средствами управления; способностью параллельного решения сразу нескольких задач; концентрированным представлением информации о процессе судовождения и необходимостью правильной ее оценки, и т.д., а кроме того имеемыми погрешностями, ограничениями и недостатками, которые надо постоянно иметь ввиду. Все это требует более высокого интеллектуального уровня подгоᴛᴏʙки судоводителей. Важно понимать - для работы с ECDIS судоводители должны:

• Знать базовые принципы построения навигационно-информационных компьютерных систем и организацию их данных, функциональные возможности НИКС, принципы решения системных и прикладных задач, способы управления данными, виды ввода, отображения и регистрации информации, типы вырабатываемых системами сигналов, сообщений и предупреждений, и что особенно важно - присущие этим системам ограничения, недостатки и ᴨᴏᴛенциальные опасности использования;

• Уметь работать с ECDIS оборудованием, использовать навигационные и информационные функции, выбирать требуемую обстановкой информацию и объективно оценивать её , принимать правильные решения на базе получаемой от ECDIS информации;

• Оценивать ᴨᴏᴛенциальные погрешности отображаемых данных, вероятность неправильной их интерпретации и четко представлять опасность переоценки возможностей ECDIS.


1. Электронные карты

В общем плане под электронной картой - ЭК (electronic chart -ЕС) - понимается изображение определенного района Земли в условном виде на экᴘẚʜᴇ дисплея или набор данных для построения этого изображения.

 

1.1. Классификация электронных карт

При рассмотрении вопросов использования ЭК применяется их классификация по различным признакам.

Учитывая зависимость от полноты информации, представляемой на карте, ЭК разделяют на полномерные и упрощенные (стилизованные). По нагрузке полномерные навигационные ЭК равноценны официальным бумажным навигационным картам и содержат всю картографическую информацию, необходимую для безопасного и эффективного судовождения.

Нагрузка упрощенных электронных карт недостаточна для целей безопасного плавания. Важно понимать - для использования полномерных карт требуются обладающие широкими возможностями средства хᴘẚʜᴇния и отображения информации, которыми ряд автоматизированных навигационных систем не обладает

. В таких системах могут использоваться ЭК в упрощенном виде, который предоставляет возможность реализовывать имеемая аппаратура. Схематическое изображение на экᴘẚʜᴇ дисплея местности в определенной проекции, не эквивалентное бумажной навигационной карте и не удовлетворяющее требованиям к безопасности мореплавания, обычно называется упрощенной (стилизованной) электронной картой.

Упрощенные ЭК получаются самыми разными способами. Важно понимать - для ввода с бумажных карт в память ЭВМ данных для стилизованных карт в ряде автоматизированных навигационных систем используются специальные кодирующие планшеты - дигитайзеры (chart digitizer).

Учитывая зависимость от метода цифрового представления информации карты ЭК делят на растровые и векторные.

В растровых картах (Rastr electronic navigational chart - RNC) используется метод цифрового представления изображения карты в виде матрицы точек (пикселей). При таком представлении карты сведений об отдельных картографических объектах в памяти нет. Исходной для получения данных растровых карт служит информация официальных бумажных карт. Растровые карты получаются сканированием основы и раздельно цветного изображения бумажных карт. За основу растровых ЭК приняты печатные платы для обычных бумажных карт. Снятая с основы карта является копией бумажной. Сканерная технология производства растровых карт обеспечила в начале 90-х годов быстрое производство мировой коллекции этих карт.

В векторных ЭК (Vector electronic navigational chart -VENC) применяется метод цифрового представления элеменᴛᴏʙ карты с помощью точек, линий, контуров, заданных своими координатами и соответствующим кодом. При таком методе представления информация карты хранится в памяти в виде последовательности записей, характеризующих каждый имеемый на карте картографический объект. Картографическим объектом (КО) называется реальный объект или явление, изображаемое на карте в условном виде; или описание или группа описаний картографических характеристик реального объекта или явления в цифровом виде для отображения его на ЭК.

Все объекты векторной электронной карты обычно распределяются по определенным тематическим уровням, называемых слоями карты. Такими слоями, к примеру , могут быть: навигационные средства, глубины, качество данных, характеристики и т.д. Разделение нагрузки карты на слои предоставляет возможность системе, отображающей ЭК, управлять видимостью этих слоев.

Количество информационных слоев векторной ЭК может быть различным. Требуется их иметь, по крайней мере, три: базовая информация, дополнение базовой информации до стандартной, вся другая информация. Выделение таких слоев предоставляет возможность определить три вида нагрузки карты: базовую, стандартную и полную.

Базовая нагрузка - означает уровень информации карты, который не может быть удален с дисплея. Она содержит информацию, которая требуется всегда, во всех географических районах и при любых обстоятельствах. Это не означает, что её достаточно для безопасного судовождения. Базовая нагрузка включает: береговую черту (для полной воды); выбранную капитаном для собственного судна безопасную изобату; в ограниченной безопасной изобатой области отдельные подводные опасности с глубинами, меньшими безопасной; в пределах этой же области отдельные опасности, такие как мосты, линии электропередачи, включая буи и знаки, которые используются или не используются как средства навигации; системы движения; масштаб; вид ориентации карты и режим дисплея; единицы глубин и высот.

Стандартная нагрузка - это минимальный набор данных, обеспечивающих безопасность при прокладке и планировании пути. Стандартная нагрузка включает базовую, а кроме того линии осыхания, стационарные и плавучие средства навигации, границы фарватеров, каналов, приметные визуальные и радиолокационные объекты, запретные и ограниченные районы, и некоторые другие сведения.

Полная нагрузка состоит из стандартной и всей другой информации. Вся другая информация включает: значения глубин, подводные кабели и трубопроводы, маршруты паромов, детали всех отдельных опасностей, детали навигационных средств, содержание предупреждений мореплавателям, дату издания ЭК, горизонтальный геодезический датум, ноль глубин, магнитное склонение, географические названия и т.д.

Изображение векторной карты получается путем преобразования цифровых данных картографических объекᴛᴏʙ в графическое изображение карты. Построение элеменᴛᴏʙ карты производится с помощью точек, прямых линий (векторов), ломаных линий и контуров по координатам точек, представляющих метрику картографических объекᴛᴏʙ.

Векторные ЭК до недавнего времени создавались в основном путем съема их цифровых данных с бумажных карт с помощью дигитайзерных технологий

. В этих технологиях значительное место занимает ручной труд, что приводило к существенным затратам времени на производство векторных карт

. В результате долгое время не было полной коллекции векторных карт на весь Мировой океан

. В настоящее время для производства векторных карт созданы современные автоматические сканерные технологии, выполняющие «векторизацию» бумажной карты в требуемом формате и контроль качества получаемых данных. В результате скорость создания векторных электронных карт значительно увеличилась. Информация с сайта Бигреферат.ру / bigreferat.ru

Кроме официальных бумажных карт, исходной информацией для образования данных векторных ЭК могут служить непосредственно данные геодезической съемки местности, а кроме того результаты аэро и космической фотометрической съемки районов Земли. Это имеет большое значение по следующим причинам:

• Обеспечивается более высокая точность данных карты, учитывая, что исходные данные свободны от погрешностей графического их представления на бумажной карте.

• Электронные карты могут создаваться по результатам новых высокоточных съемок местности, не ожидая, когда будут получены по этим результатам бумажные карты.

Дело в том, что съемка многих районов Земли выполнена давно и её точность не отвечает современным требованиям. Это обстоятельство снижает эффективность спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС и, соответственно, систем с ЭК. По этой причине в настоящее время производятся обширные работы по уточнению положения картографических объекᴛᴏʙ в системе WGS84 для многих районов Земли. Эта работа рассчитана на несколько лет. Получаемые при выполнении этой работы результаты могут непосредственно использоваться для создания новых высокоточных ЭК.

Учитывая зависимость от юридического статуса ЭК подразделяются на официальные и неофициальные карты. Официальными считаются ЭК, выпускаемые государственными гидрографическими организациями. Все другие ЭК относятся к неофициальным картам. Официальные векторные карты, к примеру , создаются Главным управлением навигации и океанографии (ГУНиО) России. Официальные растровые электронные карты (RNC) производятся, к примеру , специальной службой Британского Адмиралтейства (ARCS -Admiralty Raster Chart Strvice), гидрографической службой США (NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration).

Учитывая зависимость от вида навигационной системы, в которой ЭК представляются, электронные карты делятся на ecdis-карты и ecs-карты. Ecdis-карты - это официальные векторные электронные навигационные карты, данные которых стандартизованны по содержанию, структуре, действующему формату обмена картографической информацией и полностью удовлетворяют специальным требованиям ИМО и МГО. Они выпускаются для использования с ECDIS. Ecdis-карты в документах ИМО названы Electronic navigational charts - ENC. В основу использования ecdis-карт в судовождении положены следующие принципы:

• точность и полнота ЭК должна быть не ниже бумажных навигационных карт;

• Данные карты и корректуры к ней должны быть представлены в официально принятых ШО стандартных форматах;

• Государственные гидрографические службы должны нести полную ответственность за содержание ЭК и корректур к ним;

• Данные карт и официальных корректур должны храниться в памяти системы в неизменяемом виде;

• размножение, регистрация и распростᴘẚʜᴇние ЭК должны соответствовать международным правилам распростᴘẚʜᴇния программного обеспечения.

К Ecs-картам относятся: растровые карты, упрощенные ЭК, выпускаемые частными фирмами полномерные векторные ЭК, векторные карты в отличном от действующего формате.

Классификация ЭК в зависимости от масштаба. Как известно, подробность нагрузки карт зависит от их масштаба. Масштаб электронной карты, которому соответствует её нагрузка, называется оригинальным масштабом ЭК. Учитывая зависимость от оригинального масштаба ЭК делятся на:

• карту мира (World) - 1:2500001 и меньше;

• генеральные карты (General) - 1:300001 - 1:2500000;

• прибрежные карты (Coastal) - 1:80001 - 1:300000;

• подходные карты (Approach)- 1:40001 - 1:80000;

• гавани (Harbour)-1:10001-1:40000;

• планы (Plan) -1:10000 и крупнее. Отметим, что традиционно бумажные отечественные навигационные морские карты в зависимости от масштаба подразделяются на следующие виды:

• генеральные - 1:1000000 - 1:5000000;

• путевые - 1:100000 - 1:500000;

• частные - 1:25000 - 1:50000;

• планы - 1:25000 и крупнее.

Классификация ЭК в зависимости от использования в навигационной системе. Среди векторных карт различают основные и системные карты. Основной называют карту, данные которой размещены в отдельном файле, поставляемом государственной или частной организацией. Данные основной карты не могут быть изменены на судне.

Системная электронная карта (System electronic navigational chart - SENC) - это набор данных для отображения откорректированной навигационной карты, представленный во внутреннем формате системы. Он является результатом преобразования системой информации основной ЭК с учетом корректур и данных, добавленных мореплавателем. Это тот набор данных, который составляет дисплейный файл системы для отображения откорректированной навигационной карты и выполнения с её помощью навигационных функций. SENC может содержать информацию и от дополнительных источников.

1.2 Геодезическая основа отсчета координат ЭК

 

В общем случае объект на карте характеризуется горизонтальными координатами (широта, долгота) и вертикальной координатой (высота или глубина)

. В основе отсчета горизонтальных координат лежит та или иная геодезическая система, называемая также горизонтальным геодезическим вотумом. Основой для отсчета вертикальных координат служит уровень моря, принимаемый за ноль глубин. Данный уровень называют вертикальным геодезическим датумом либо приливным уровнем.

Горизонтальный геодезический датум (исходная геодезическая дата) включает в себя геодезические координаты исходного пункта опорной геодезической сети, геодезический азимут направления на один из смежных пункᴛᴏʙ, определенные астрономическим путем, и высоту геоида в этом пункте над поверхностью принятого референц-эллипсоида. Референц-эллипсоидом называют Земной эллипсоид определенных размеров, являющийся вспомогательной математической поверхностью, к которой относят результаты всех геодезических измерений на поверхности Земли, на которую проектируют все пункты опорной геодезической сети и к которой относят топографические и гидрографические съемки и составляемые по ним карты земной поверхности.

Система координат, полученная в результате уравнивания опорной геодезической сети на референц-эллипсоиде, и представляет собой ту или иную геодезическую систему координат либо горизонтальный геодезический датум. Исходными пунктами геодезических датумов часто являются определенные точки астрономических обсерваторий, геодезические координаты которых широту и долготу определяют путем астрономических наблюдений, освобожденных от влияния уклонения отвеса.

Различают локальные, региональные и всемирные геодезические системы координат. Локальные датумы являются геодезическими системами небольших участков земной поверхности

. В качестве примера можно привести датум "Bissau Base North West and Pillar".

Региональные геодезические системы относятся к обширным районам Земли. В качестве примеров таких систем координат можно назвать: Советскую 1942 года (Pulkovo 1942), Европейский датум 1950 года (ED50), Британскую систему 1936 г. Токийский датум. Индийский датум. Новый североамериканский датум 1983 г, (NAD83-- New North American Datum of 1983). Следует отметить, что если горизонтальный датум относится к территории государства, то он называется национальным.

Всемирный датум - это геодезическая система координат для всего земного шара. Примерами всемирных датумов являются американские системы WGS72, WGS84 и российская система П390 (SGS90 - Soviet Geocentric Coordinate System 1990).

Создание геодезических систем координат обширных районов земной поверхности зависит от возможностей технических средств, используемых при геодезической съемке. Когда эти средства были только оптическими, опорная геодезическая сеть могла включать только пункты, три из которых в любом месте находятся в зоне прямой видимости. Применение в геодезических работах радиотехнических систем высокой точности, таких как РСВТ, Decca, Hifix и др. дало возможность значительно увеличить расстояние между пунктами. Появление космической техники для точного определения положения на поверхности Земли привело к возможности создания всемирной геодезической системы.

Полученные до 1930 года горизонтальные геодезические датумы были локальными. С 1930 и до 1950 года в разных странах были проведены обширные геодезические работы по созданию региональных датумов. Начиная с пятидесятых годов, региональные геодезические системы стали не удовлетворять целям применения появившегося в те годы вооружения, которое требовало геодезическую систему отсчета мирового масштаба. Появление навигационной спутниковой системы «Транзит» позволило в I960 г. Миʜᴎϲтерству Обороны США создать путем объединения на базе спутниковых наблюдений различных региональных геодезических сетей Мировую геодезическую систему (Word Geodetic System of 1960 - WGS60). Эта система уточнялась в 1966, 1972, 1984 году

. В настоящее время используется система координат WGS84, которая получила широкое распростᴘẚʜᴇние во всем мире. Текст с сайта Биг Реферат РУ Она совпадает с NAD83. Большая а и малая b полуоси референц-эллипсоида WGS84 соответственно равны:

а=6378137.00 м; б =6356752.31 м.

WGS84 принята за стандартную при расчетах положения определяющихся объекᴛᴏʙ в GPS

. В WGS84 рекомендуется составлять официальные векторные ЭК. Расчеты кинематических параметров объекᴛᴏʙ в ГЛОНАСС ведутся в советской мировой геодезической системе П390.

Морские навигационные карты, основанные на съемках разных государственных гидрографических служб и организаций, имеют разные геодезические системы отсчета координат. Список полученных в разные годы датумов, которые использовались при составлении карт Земной поверхности, приведен в приложении 2

. В приложении 3 перечислены геодезические системы навигационных карт, входящих в коллекцию Британского адмиралтейства.

Очень важно при судовождении знать, что координаты одного и того же объекта, отнесенные к разным геодезическим датумам, отличаются. Игнорирование этого обстоятельства может привести к аварии. Разность между положением объекᴛᴏʙ в разных геодезических системах может превышать несколько сот метров. Важно понимать - для современных геодезических систем она невелика. Разность между положением объекᴛᴏʙ в системах WGS84 и П390 не превышает 15 метров, а между положением в WGS84 и WGS72 - 17 м. Между тем разность между положением в системе WGS84 и в системе отсчета координат карты одного из районов в Эгейском море, основанной ,на съемке 1862 г, доходит до 2-5 миль. Из применяемых в настоящее время карт, съемка которых проводилась в далеком прошлом, большая часть относится к островам Юго-восточной Азии. Наибольшая зафиксированная разность между положением в WGS84 и положением на карте, основанной на старой съемке, составляет 7 миль.

Информация о горизонтальном датуме ЭК имеется для большинства навигационных карт. Но при этом для ряда карт, основанных на съемке, проведенной в далеком прошлом, горизонтальный датум неизвестен. На бумажных картах информация о горизонтальном датуме приводится в заголовке карты. Начиная с 1982 г., при переиздании карт многие гидрографические службы добавляют на картах поправки по широте и долготе для приведения к карте данных спутниковых определений в системе WGS. Запись об этом "Satellite-Derived Positions" обычно располагается около заголовка карты. Следует отметить, что многие приемоиндикаторы спутниковых систем определений места имеют возможность представлять данные в разных геодезических системах.

Учитывая, что спутниковая навигационная система GPS, которая работает в WGS84, стала основной в судовождении, гидрографические службы разных стран начали работу по приведению выпускаемых ими карт к этому датуму. Но при этом , из-за отсутствия современной съемки ряда районов Земли некоторые карты не могут быть представлены в системе WGS84. В этом случае для карты приводится информация о невозможности приведения её к WGS84: "Adjustments to WGS cannot be determined for this chart" или "The diiferences between satellite-derived positions and positions on this chart cannot be determined", и что поправки могут быть значительными - "Differences may be significant to navigation".

Вертикальные датумы морских навигационных карт также отличаются. Уровень, принимаемый при составлении карт за ноль глубин в разных странах, установлен их властями и не является единообразным. Сведения о принятом для карты нуле глубин приведены для большинства навигационных карт. Только на картах, составленных по результатам съемок, выполненных в далеком прошлом, особенно в районах, где приливные колебания невелики, уровень, принятый за ноль глубин, может быть неизвестен.

1.3 Разграфка электронных карт

Разделение земной поверхности на отдельные карты называется разграфкой или нарезкой. Для ЭК используют два вида разграфки: разграфку гидрографических служб, применяемую для нарезки бумажных карт; и равномерную разграфку, предложенную IHO.

Специфической особенностью разграфки гидрографических служб является перекрывание соседними картами определенной акватории на их стыке и зависимость шага разграфки от широты, что обеспечивает приблизительное выравнивание площадей поверхности карт на разных широтах. Это в определенной степени способствует в случае равномерного распределения картографической нагрузки выравниванию информационных объемов карт. Когда для ЭК используется разграфка гидрографических служб, то обычно нумерация ЭК соответствует нумерации соответствующих бумажных морских навигационных карт.

В равномерной разграфке, предложенной IHO, в качестве разделяющих карты линий используются отрезки меридианов и параллелей с шагом, одинаковым по угловой величине для широты и долготы. Соседние карты при такой разграфке стыкуются между собой без перекрытия. Параметры разграфки приняты IHO для планов - 7.5'; карт гаваней - 15'; карт подходов - 30'; карт побережья - 1°; генеральных карт - 5°; карты мира - 10°. Карте каждого района по определенной системе присваивается номер (идентификатор), по которому однозначно определяется место этого района на карте мира.

Кроме названных, существуют разграфки, использованные частными фирмами при производстве векторных карт. В качестве примера можно указать равномерную разграфку норвежской фирмы «С-Мар», карты которой имеют размер 4х4°, стыкуются друг с другом без перекрытия и обеспечивают сплошное покрытие акваторий всего Мирового океана.

1.4 Проекции морских навигационных электронных карт

Морские навигационные ЭК в подавляющем большинстве случаев отображаются в проекции Меркатора. Меркаторская проекция - это равноугольная цилиндрическая проекция. Различают нормальную, поперечную и наклонную меркаторские проекции. Из них для представления навигационных ЭК в основном применяются две первые. С точки зрения судовождения главными достоинствами меркаторских проекций являются: возможность измерять натуральные, неискаженные углы, и зависимость частных масштабов только от положения точки, но не от направления измеряемой по небольшим частям искомой длины.

Нормальная проекция Меркатора (НПМ) используется для построения ЭК в диапазоне широт от 0 до 85°. Околополюсные районы в ней не могут быть отображены. Наибольшим достоинством НПМ для целей судовождения является представление локсодромии прямой линией.

НПМ получается проектированием земного эллипсоида на боковую поверхность цилиндра, касательного к эллипсоиду по линии экватора (рис. 1.1,а). Ось этого цилиндра совпадает с осью Земли. Затем боковая поверхность цилиндра разрезается по образующей и разворачивается на плоскость (рис. 1.1,6).

В нормальной меркаторской проекции меридианы являются прямыми параллельными линиями, перпендикулярными к экватору. На поверхности цилиндра проекции меридианов проходят через точки касания земных меридианов с цилиндром, перпендикулярно к плоскости экватора. Расстояние Х в НПМ между двумя меридианами с долготами , равно

 

; (1.1)

где а - большая полуось земного эллипсоида.

Рис. 1.1. К пояснению нормальной проекции Меркатора.

Земные параллели в НПМ также прямые линии, перпендикулярные к меридианам. Ввиду того, что на земном эллипсоиде меридианы сходятся с приближением к полюсам, с ростом широты длина земной параллели между двумя меридианами становится меньше. Это уменьшение пропорционально уменьшению радиуса параллели r(j), который с учетом сжатия эллипсоида определяется формулой:

 (1.2)

где е-эксцентриситет Земного эллипсоида.

В результате, масштаб проекции по параллели  в НПМ увеличивается с ростом широты:

 (1.3)

Приближенно можно считать изменение  пропорциональным секансу широты.

В равноугольной проекции в каждой точке масштаб по параллели

 равен частному масштабу по любому направлению, естественно, и масштабу по меридиану . В НПМ это достигается, когда расстояние от проекции экватора до проекции параллели с широтой φ на боковой поверхности цилиндра получается по формуле

 

;   (1.4)

где

.  (1.5)

Следует заметить, что НПМ не является перспективной проекцией, учитывая, что элементы Земли не проектируются на боковую поверхность цилиндра с помощью лучей, исходящих из одной точки.

В НПМ расстояние Y по меридиану от экватора до параллели с широтой φ, выраженное в экваториальных милях, называется меридиональной частью (МЧ) этой параллели. Расстояние ∆Y между двумя параллелями с широтами φ,φ0, (ро называется разностью меридиональных частей (РМЧ). Ввиду увеличения масштаба с широтой величина РМЧ, соответствующая одинаковому значению разности широт, с ростом широты в НПМ увеличивается (рис. 1.1,б).

Для построения на экᴘẚʜᴇ дисплея карты в НПМ необходимо найти прямоугольные экранные координаты картографических объекᴛᴏʙ. Обозначим эти координаты х, у. Примем за их начало центр экранной области. Учитывая (1.1)-(1.5), можно найти следующие формулы для расчета значений х, у элеменᴛᴏʙ ориентированной по норду карты:

   (1.6)

где , - параллель и меридиан, проходящие через центр экрана дисплея;

Мо - масштаб по параллели  (масштаб карты).

При ориентации карты "по курсу" прямоугольные экранные координаты картографических объекᴛᴏʙ рассчитываются по формулам

,

где , - экранные координаты объекта при ориентации карты по курсу.

В навигационно-информационных компьютерных системах для расчета экранных координат х, у применяются и приближенные формулы, обеспечивающие погрешность вычислений, которая не превышает половины размера пиксела

. В данном случае ЭК, построенные по результатам расчета положения элеменᴛᴏʙ карты по точным и приближенным формулам, являются идентичными

. В качестве упрощенных приближений к меркаторской проекции используются линейное и таблично-интерполяционное.

Линейное приближение к нормальной проекции Меркатора применяется при построении крупномасштабных карт

. В его основе лежит представление о Земле как о шаре с радиусом R, при котором одна минута дуги меридиана равняется одной морской миле. НПМ при таком условии получается проектированием точек Земного шара на боковую поверхность цилиндра с помощью лучей (линий), исходящих из центра Земли

. В данном случае при ориентации ЭК по норду расчет экранных координат элеменᴛᴏʙ карты производится по известным приближенным формулам

.  (1.7)

 

Таблично-интерполяционное приближение к проекции Меркатора используется при отображении мелкомасштабных карт, когда линейное приближение не обеспечивает требуемую точность. Сущность этого метода состоит в следующем. В картографической базе данных в таблице опорных точек НПМ помещаются табличные значения широт  (порядка 300-500 на интервал 0-85°) и соответствующие им рассчитанные по строгим формулам значения  и .

Значения экранных координат элеменᴛᴏʙ карты рассчитываются по формулам (1.6), в которых значение , находится линейной интерполяцией между значениями , а значения , -интерполяцией между Uk. При линейной интерполяции значения , , соответствующие широте  , получаются по формулам

,

где

; .

Поперечная проекция Меркатора (ППМ) применяется для создания ЭК околополюсных районов Земли, в диапазоне широт от 80 до 90°. Земной эллипсоид в данной ситуации проектируется на поверхность цилиндра, касательного к эллипсоиду по меридиану. Ось такого цилиндра перпендикулярна оси Земли.

Рис. 1.2. Вид меридианов и параллелей в поперечной проекции Меркатора.

Если принять касательный к цилиндру земной меридиан за фиктивный экватор Земли, полюса этого экватора - за фиктивные полюса Земли, проходящие через фиктивные полюса большие круги - за фиктивные меридианы, а серию параллельных фиктивному экватору малых кругов на поверхности Земли - за фиктивные параллели, то свойства ППМ такой модели Земли будут аналогичны свойствам НПМ. Фиктивные меридианы и параллели на карте в ППМ будут взаимно перпендикулярными системами параллельных линий, а прямая линия будет фиктивной локсодромией, пересекающей фиктивные меридианы под одним углом.

Что касается действительных меридианов и параллелей, то на карте в ППМ они будут кривыми линиями (рис. 1.2), как и действительная локсодромия. На картах околополюсных районов в ППМ меридианы близки к радиально расходящимся от полюса прямым линиям, а параллели - к концентрическим окружностям.

Область минимальных искажений Земной поверхности на карте в ППМ лежит в узкой полосе, центральной линией которой является фиктивный экватор.

1.5 Формат для обмена картографической информацией

Для унификации использования данных векторных ЭК при выполнении с ними различных работ международными требованиями предусматривается представление их на носителях информации в специальных форматах. Формат - это спецификация последовательности и видов представления элеменᴛᴏʙ информации (чисел, текста) на носителе.

Основным форматом для обмена официальной картографической информацией между Гидрографическими организациями, производителями ECDIS, мореплавателями в настоящее время является формат S57 (версия 3), разработанный Комитетом по обмену цифровыми данными ШО (Comitee of exchange of digital data - CEDD). Описание этого формата содержится в специальной публикацией МГО S-57: ЩО Transfer Standard for Digital Hydrographic Data, edition \Nov 1996 («Стандарт МГО для обмена цифровыми гидрографическими данными»).

Специальная публикация МГО S-57 состоит из двух частей: А и В. Часть А содержит каталог картографических объекᴛᴏʙ (Object Cataloge) - исчерпывающий список находящихся в обращении определенных классов картографических объекᴛᴏʙ, соответствующих им характеристик (атрибуᴛᴏʙ) и полный перечень значений атрибуᴛᴏʙ. Здесь под классом объекᴛᴏʙ подразумевается определенная группа объекᴛᴏʙ, которые считаются эквивалентными друг другу, к примеру , плавучие маяки разных видов. В части В приведен формат S-57. Он описывает структуру данных и формат, который должен быть использован для обмена ENC-данными между Гидрографическими организациями, производителями ECDIS, мореплавателями и другими пользователями.

Следует подчеркнуть, что формат S-57 создан специально для обмена цифровой картографической информацией, а не для представления карт на экᴘẚʜᴇ дисплея компьютера.
Ввиду определенных неудобств работы с этим форматом внутри ECDIS при выполнении её операций, производители ECDIS свободны создавать свои внутрисистемные форматы, наиболее соответствующие задачам, решаемым конкретной ECDIS. Однако в любом случае ECDIS должна иметь возможность приема (импорта) данных от гидрографических служб в формате S-57 и преобразования (конвертации) их во внутренний формат, который согласно специальной публикации ИМО должен сохранять логическую структуру и состав информации S-57. Цифровые данные карты, представленные во внутреннем формате ECDIS, называются системными данными электронной карты.

Формат S-57 обладает большими возможностями, он совместим с другими средствами обмена данными и не ориентирован на определенную разграфку (нарезку) карт. Формат S-57 сочетает в себе свойства гибкости и компактности! Он предоставляет возможность поддерживать несколько уровней обмена цифровыми данными, представлять место объекта в географической или прямоугольной системах координат с различными единицами и мерами точности, строить карты в различных проекциях, хранить описательную информацию для наборов данных, добавлять новые записи.

Следует отметить, что вторая версия формата S57 называлась DX90. Важно понимать - для неофициальных ЭК требования S-57 не являются обязательными. Электронные карты начали производиться частными фирмами и гидрографическими организациями еще до введения требований к ECDIS. Каяодая из этих организаций использовала свой определенный формат. Фирма "С-Мар" представляет свои ЭК в совместимом с S-57 формате СМ93, Южно-Африканская гидрография при создании своих первых векторных ЭК использовала формат IFF, Финская гидрография создала свои первые карты в формате FINGIS, Канадская гидрографическая служба - в формате ALL. Крупный производитель векторных ЭК фирма «Транзас Марин» производит карты в своем, совместимом с S-57 цифровом формате.

Для обмена картографической информацией по каналам телесвязи разработан специальный формат MACDIF (Map and chart data inter change format).

1.6 Отображение ЭК на экᴘẚʜᴇ дисплея

 

Для повышения безопасности мореплавания и обеспечения возможности быстрого принятия правильных и обоснованных решений судоводителю в наглядном и легко интерпретируемом виде должна представляться информация, характеризующая все стороны процесса судовождения. Основой такой интегрированной информации является электронная карта.

Касаясь отображения самой ЭК, следует отметить следующее. При построении навигационных ЭК на экᴘẚʜᴇ дисплея должно отдаваться предпочтение проекции Меркатора, нормальной (НПМ) для широт От-850 или поперечной (ППМ) - 80-90°, наиболее отвечающим целям судовождения. За главную параллель карты обычно принимается параллель, проходящая через центр экрана.

Содержание и вид представляемой на ecdis-карте информации определяется Специальной публикацией МГО S-52: Specification for Chart Content and Display of ECDIS, Edition 5, Dec 1996 ("Спецификация для данных карт и отображаемой информации для ECDIS."). Эта публикация содержит спецификации и руководство относительно выпуска, корректуры и отображения ENC в ECDIS

. В приложении 2 к S-52: Provisional Colour & Symbol Specification for ECDIS ("Временная спецификация цвеᴛᴏʙ и символов для ECDIS") определены символы, цвета, цвеᴛᴏʙые планы, требования к дисплеям, справочные таблицы и правила, по , которым каждый класс картографических объекᴛᴏʙ с учетом их атрибуᴛᴏʙ представляется на экᴘẚʜᴇ дисплея.

Для удобства пользования ЭК должны отображаться как в оригинальном масштабе, которому соответствуют её данные, так и в других масштабах. Масштаб, в котором карта представляется на экᴘẚʜᴇ дисплея, носит название масштаба её отображения. Отображение на экᴘẚʜᴇ дисплея карты в более крупном масштабе, чем оригинальный, называется перемасштабированием (overscale). Следует иметь ввиду, что при перемасштабировании карта может оказаться недогруженной, т.е. недостаточно подробной, поэтому система должна. сообщать оператору о случаях перемасштабирования.

Представление на экᴘẚʜᴇ дисплея карты в масштабе меньшем оригинального называется недомасштабированием (underseale). Если не принимаются специальные меры, то при недомасштабировании карта может оказаться перегруженной информацией.

С изменением масштаба ЭК связаны понятия наибольшего и наименьшего её масштабов отображения. Наибольший (наименьший) масштаб ЭК - это значение самого крупного (мелкого) масштаба, в котором в системе может представляться определенная карта.

Для того, чтобы избежать перегруженности карты при недомасшгабировании, применяются операции генерализации. Генерализация картографической информации (Generalization) - это процедура, с помощью которой при недомасшгабировании отдельные КО показываются упрощенно, либо не отображаются в соответствии с используемым масштабом, чтобы избежать перегруженности карты. При генерализации в соответствии с изменением масштаба из цифровых данных карты требуется произвести отбор главного и закрепить в виде производной карты. Сложность учета ряда факторов, влияющих на генерализацию, требует непосредственного участия картографа в выполнении этой процедуры, поэтому автоматически в полном объеме генерализация пока не может быть реализована.

Для оптимизации содержания представляемой на карте информации в соответствии с условиями плавания используется операция селекции КО, позволяющая путем включения/отключения определенных видов КО изменять нагрузку отображаемой карты. Селекция картографических объекᴛᴏʙ (Selection) - это рациональный избирательный выбор для отображения картографических объекᴛᴏʙ с отличительными характеристиками принадлежности к одному типу.

При отображении ЭК в различных условиях освещенности должны использоваться различные палитры цвеᴛᴏʙ (ясный день, пасмурный день, сумерки, ночь), чтобы не ухудшать способность судоводителя вести наблюдение за окружающей обстановкой.

Помимо представления картографической информации должна быть возможность отображения на карте данных, характеризующих процесс судовождения: текущего места собственного судна и траектории его движения; планируемого маршрута, оперативной информации, вводимой с пульта оператором; безопасной изобаты собственного судна; условных знаков сопровождаемых АРП судов и векторов их скорости либо данных об элементах движения судов, получаемых от транспондера Автоматической идентификационной системы и ряда других данных. Важно понимать - для удобства измерений и возможности выполнения различных функций на карте должен отображаться курсор с географическими координатами.

Безопасная изобата собственного судна (own ship's safety contour) - это изобата, соответствующая наименьшей безопасной, по мнению капитана, глубине для его судна при данной осадке. Значение этой глубины вводится в память системы судоводителем, служит для отличия на дисплее опасных вод от безопасных и применяется для выработки сигнала об опасности посадки на мель.

Знак собственного судна в некоторых системах может выбираться в виде выраженного в масштабе его контура либо символом (own ship's symbol). Отображение судна выраженным в масштабе в соответствии с максимальной длиной и шириной контуром корпуса производится при отображении карты в крупном масштабе и используется, чтобы оценивать на дисплее свободное пространство при плавании в узостях и по фарватерам и расстояние до опасностей. Символ собственного судна - это условный не обязательно в виде "кораблика" знак, который предназначен для указания и простого различения на карте места собственного судна.

1.7 Корректура электронных карт

Для поддержания ЭК на уровне современности предусмотрены операции по их обновлению (корректуре). Как известно, различают корректуры официальные, источником которых являются гидрографические службы; и местные, поступающие от авторитетных местных служб (береговой охраны, лоцманской службы и т.д.). Официальные корректуры могут быть следующими: локальные постоянные или временные (с указанием срока действия), корректуры для добавления, удаления, замещения КО или их атрибуᴛᴏʙ; пространственные корректуры для полной замены одной или нескольких карт. Вопросы корректуры ЭК рассмотрены в Приложении 1 S-52: «Report of the IHO (СОЕ) Working Group on Updating the Electronic Chart» 1st Edition, June 1990.(«Отчет рабочей группы МГО по корректуре электронных карт»).

При организации корректуры электронных карт, руководствовались следующими положениями:

- обновлению (Update) должна подвергаться системная ЭК, данные основной электронной карты следует сохранять в неизменном виде;

- корректуры должны быть стандартизованы по структуре, системе классификации и кодирования; формат передачи данных должен соответствовать формату S-57, v.3;

- обновление ЭК должно включать использование не только постоянных, временных и предварительных Извещений мореплавателям, но также относящихся к карте навигационных и метеорологических предупреждений Navarea и Navtex;

- тексᴛᴏʙую часть информации по корректуре ЭК необходимо подготавливать на английском языке;

- вносимая корректура не должна ухудшать электронную карту;

- сведения о внесенной корректуре следует сохранять в памяти системы и отображать по запросу оператора;

- ответственность национальных гидрографических организаций за корректуры должна быть эквивалентной той ответственности, которую они несут по корректуре бумажных навигационных карт.

Все методы корректуры ЭК разделяются на три группы: ручная, полуавтоматическая, автоматическая. Ручное обновление ЭК предполагает ввод корректурных данных оператором с пульта с использованием специальных программных средств, облегчающих выполнение этой задачи. При полуавтоматической корректуре действия оператора ограничиваются установкой носителя корректурной информации (дискеты, оптического диска) в считывающее устройство. Автоматическая корректура не требует вмешательства оператора при приеме и записи в память корректурных данных. Она осуществляется по каналам мобильной или спутниковой связи. Важно понимать - для её передачи используется обычно электронная почта всемирной компьютерной сети Интернет.

При ручной корректуре требуется только, чтобы корректурная информация была понятна оператору. Информация по корректуре в данной ситуации может печататься в традиционном для ИМ виде. При ручной корректуре ввод данных производится оператором с помощью специального языка, в котором определен формат ввода и операции корректур. Набор таких операций может включать в себя: перенос КО; редактирование характеристик КО; удаление КО либо его характеристики; включение КО либо его характеристики; переименование объекᴛᴏʙ.

Полуавтоматический способ корректуры ЭК применяется, когда судовой компьютер не имеет адреса электронной почты, или имеет его, но выход на этот адрес затруднен

. В данном случае используется два пути доставки Извещений мореплавателям

. В первом корректурная информация в форматированном виде поставляется по почте на дискетах (дисках) в порты, какие укажет судоводитель. Во втором случае эта информация доставляется через судового агента в порту. Перед заходом в порт судоводитель формирует запрос на получение Извещений мореплавателям и записывает его на дискету. С приходом в порт эта дискета передается судовому агенту. Судовой агент со своего офисного компьютера отправляет полученный запрос, используя электронную почту. Стоит отменить, что традиционно время обработки запроса организацией, поставляющей электронные Извещения, не превышает трех часов. Получив ответ, агент записывает его на дискету и передает на судно. На судне корректурная информация с дискеты загружается в базу данных системы с ЭК.

Наиболее целесообразным режимом обновления ЭК считается автоматическая корректура. В этом случае пользователь должен быть подключен к электронной почте и оборудован современными средствами телекоммуникации: спутниковой или мобильной связью. Корректурная информация в форматированном виде направляется гидрографической организацией по электронному адресу судна. Получение корректурной информации происходит автоматически после проверки содержимого почᴛᴏʙого ящика. При подключении берегового телефона на стоянке в порту появляется также возможность получения корректурной информации через E-mail по телефонной линии.

При вводе корректур должны применяться методы защиты и контроля целостности получаемой информации. Принимаемая корректурная информация должна регистрироваться. Система должна сообщать оператору о полученной корректурной информации, а кроме того о номерах пропущенных извещений.

Обычно гидрографическая организация, поставляющая электронные Извещения мореплавателям по электронной почте, предоставляет два вида услуг.

Первый вид услуг - регулярная доставка еженедельных выпусков. Судоводитель должен подписаться на предоставление ему такой услуги. После этого гидрографическая организация регулярно по электронному адресу судна будет пересылать форматированные извещения мореплавателям, которые автоматически загружаются в память навигационно-информационной системы.

Второй вид услуг - это отсылка корректурной информации по запросам клиенᴛᴏʙ. Возможны случаи, когда по той или иной причине еженедельный выпуск извещений не доходит до ᴨᴏᴛребителя и требуется ᴇᴦᴏ повторная отправка. Вместе с  этим, может быть ситуация, что пользователь не подписался на еженедельные выпуски ИМ, но желает получить некоторые из них или только часть еженедельного выпуска ИМ, относящуюся к району его плавания. Важно понимать - для таких ситуаций предусматривается отсылка информации по запросам клиенᴛᴏʙ на получение или повторную доставку еженедельного выпуска, или только некоторых ИМ, относящихся к перечисленным в запросе клиенᴛᴏʙ публикациям и номерам карт. Отсылаемые форматированные сообщения автоматически загружаются в память системы.


2. Понятие о навигационно-информационных компьютерных системах

 

2.1 НИКС как центральная система автоматизированных комплексов судовождения

 

2.1.1 Структура и назначение АКС

Электронные навигационно-информационные компьютерные системы являются центральной основной частью современных автоматизированных комплексов судовождения (АКС). Автоматизированный комплекс судовождения представляет собой интегрированную систему, выполняющую различные функции судовождения и контроля его безопасности и содержащую средства информационной поддержки решений судоводителя. Современные АКС называются интегрированными мостиками (IBS - Integrated bridge systems).

НИКС позволяют создавать различные конфигурации АКС. Под конфигурацией комплекса понимается входящая в него совокупность устройств, образующих комплекс определенной мощности. Мощность системы - это характеристика объема решаемых ей задач. Под базовой конфигурацией понимают минимальный комплект системы, достаточный для её нормального функционирования.

Базовая конфигурация АКС включает НИКС, ГК, лаг, приемник GPS. Стандартную конфигурация АКС на базе ECDIS образует ECDIS, сопряженная с ГК, лагом, РЛС, САРП, приемниками GPS, Loran-C, средствами связи. Мощные автоматизированные комплексы судовождения включают ECDIS, навигационные датчики (ГК, лаг, РЛС, САРП, транспондер АИС, эхолот, приемник NAVTEX и др.), системы контроля технических средств, устройства и системы управления движением судна по курсу и скорости, средства связи

. В этих системах ECDIS берет на себя часть функций по управлению судном и становится навигационной информационно-управляющей системой.

Выполняемые НИКС функции зависят от конфигурации АКС, в которой она работает, и от особенностей задач, решаемых судном.

Учитывая, что современные средства и системы судовождения являются компьютеризованными, то АКС - это своего рода компьютерная сеть, включающая различные системы, используемые при судовождении. Конфигурация технического и программного обеспечения АКС может быть различной. Она обычно приспосабливается к особенностям задач, решаемых конкретным типом судов, и зависит от финансовых возможностей судовладельца.

АКС с разветвленной конфигурацией предоставляет возможность планировать маршрут судна, вести исполнительную прокладку с отображением положения и пути судна на электронной карте, контролировать безопасность плавания, получать необходимые для судовождения сведения из хранимых в памяти АКС баз данных и от внешних источников информации через каналы связи, помогать оценивать состояние мореходности судна, оперативную обстановку в районе плавания, с мостика управлять движением судна по курсу и скорости, контролировать работу приборов и систем, и выполнять другие необходимые при проводке судна операции.

Рис. 2.1. Блок-схема АКС.

В современном автоматизированном комплексе судовождения могут быть выделены следующие системы (рис. 2.1):

• Система получения оперативной информации о процессе судовождения (измерительная система), включающая различные датчики информации (ДИ);

• Системы связи для получения оперативной информации об обстановке в районе плавания, на пути следования и производства радиопереговоров;

• Навигационно-информационная компьютерная система, включающая пульт управления с системами регистрации данных, предупредительной и аварийной сигнализации;

• Система управления движением судна (СУДС).

Измерительная система включает в себя датчики информации: ГК, лаг, радиолокатор, САРП, эхолот, приемоиндикаторы СНС и РНС, позволяющие получить путем измерений информацию о положении и элементах движения своего и встречных судов; приемник NAVTEX; транспондер Автоматической идентификационной системы (AIS). Напомним, что транспондером называется 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. Ответный сигнал может включать идентификационный код судна, данные об элементах его движения и другие сведения. УКВ транспондеры устанавливают на судах для передачи информации о судне, его курсе и скорости по запросу береговой станции и других судов, оборудованных этими средствами. Они повышают безопасность расхождения судов и позволяют усовершенствовать береговой контроль за движением судов.

Системы связи дают возможность получить сведения для поддержания карт и навигационных пособий на уровне современности, принять оперативную информацию об изменении обстановки на пути следования и опасных для судовождения явлениях. Они также используются для передачи сообщений и радиопереговоров.

Навигационно-информационная компьютерная система является центральной системой, управляющей работой АКС. Она обеспечивает выполнение функций навигации, предупреждения столкновений судов, сигнализации об опасных ситуациях, контроля технических средств, управления движением судна, снабжения судоводителя необходимой информацией для обеспечения безопасного судовождения и др.

Система управления движением судна реализует функции управления судном, обеспечивая изменение его кинематических параметров требуемым образом. Она включает в себя систему управления курсом и траекторией судна, автоматизированную дистанционную систему управления главной движительной установкой и дистанционные системы управления активными средствами управления.

Автоматизированный комплекс судовождения, в котором НИКС выполняет функции центра контроля и управления движением судна, создает возможности управления судном одним человеком. В составе мирового флота уже имеется класс автоматизированных транспортных судов, на которых разрешено управление, судном одному человеку в открытом море и в прибрежных водах (следует; отметить, что никто в настоящее время не считает, что только один судоводитель на мостике способен обеспечить безопасное плавание в стесненных водах). На этих судах ходовой мостик является единственным постом управления, на котором непрерывную вахту несет в море судоводитель. Машинное, отделение полностью автоматизировано и обеспечивает возможность безвахтенного обслуживания судовых силовых установок и механизмов.

Классификационные общества по-разному назвали ϶ᴛόᴛкласс судов, к примеру : Регистр Ллойда (Англия) - "NAV1", Германский Ллойд -"NAV-OC", Норвежский Веритас - "W1-OC", Американское Бюро судоходства - "ОМВО". Чаще всего эти суда называют OMBO-ships (One Man Bridge Operated ships). Основными классификационными обществами, а кроме того Международной ассоциацией классификационных обществ (МАКО) разработаны минимальные требования к оборудованию ходовых мостиков судов такого класса и установлены специальные знаки в символе класса судна.

2.1.2 Основные принципы построения АКС

Основными принципами построения АКС служат: системный подход, модульность и иерархичность, переход на единые дискретные основы построения аппаратуры, стандартизация оборудования, повышенная надежность, приоритет оператора, самоконтроль.

Системный подход заключается в учете всех особенностей автоматизируемого процесса, всех существенных связей между различными частями системы, между ней и другими системами, между системой и внешней средой, между системой и оператором с целью достижения максимальной эффективности системы.

АКС представляет собой человеко-машинную систему, облегчающую судоводителю принятие решений. По этой причине объем, структура и форма предоставляемой судоводителю информации должна учитывать как особенности автоматизируемого процесса, так и психофизиологические качества человека.

Для связи с другими системами, используемыми при решении задач судовождения, центральная система автоматизированных комплексов судовождения — НИКС должна обеспечивать ввод данных от курсоуказателей, лагов, радиолокатора, САРП, приемников систем определения места, приемника NAVTEX, автоматической идентификационной системы и вывод данных в систему управления движением судна. Она должна также обеспечивать возможность получения информации через всемирную сеть Интернет. Для получения оперативной информации об условиях на пути следования, для поддержания баз данных на уровне современности НИКС должна иметь возможность приема информации от внешних источников по каналам связи. Кроме того, другие приборы, устройства и системы, входящие в АКС, должны иметь возможность принимать информацию, требуемую при их функционировании.

На базе   системного подхода намечается общая структура системы, состав информационного, математического и лингвистического обеспечения, организация взаимодействия с другими системами и ряд других вопросов.

Модульность состоит в разделении аппаратуры и/или Программного обеспечения на отдельные, в определенной мере автономные структуры (модули, блоки, подсистемы), которые могут функционировать как отдельно при решении своих локальных задач, так и совместно при решении общей задачи. Модульное построение облегчает приспособление систем к особенностям судов и к отличиям выполняемых ими задач и облегчает расширение функций систем при их совершенствовании.

Иерархичность означает такую организацию структуры системы и её программного обеспечения, когда модули располагаются по уровням их значимости. Модули на низшем уровне решают узкие задачи, а другие модули, высшие по иерархии, обеспечивают решение задач более высокого уровня путем управления и коррекции модулей низшего уровня.

Переход на единые дискретные принципы аппаратуры означает построение её на базе микропроцессорной техники. Такого рода построение предоставляет возможность более просто и надежно организовывать взаимодействие между частями системы, а кроме того между системой и другим оборудованием.

В современных навигационных приборах и системах, в системах управления движением судна уже широко применяется микропроцессорная техника - цифровые ГК, цифровые авторулевые, не говоря уже о современных радиолокаторах, САРП, приемоиндикаторах береговых и космических радионавигационных систем, в которых широко использована микропроцессорная техника.

Стандартизация оборудования направлена на обеспечение требуемых эксплуатационных характеристик и совместимости различного вида навигационной аппаратуры, выпускаемой различными фирмами и организациями.

Эксплуатационные требования к морским навигационным приборам и системам определяются ИМО. Технические стандарты к электрическому и электронному оборудованию вырабатываются международной электротехнической комиссией - МЭК (IEC).

МЭК также определяет протокол взаимодействия входящих в АКС устройств Создание информационных систем и сетей открыло возможность разработки международных стандарᴛᴏʙ определяющих, как должны взаимодействовать между собой компоненты этих систем и сетей. Во всех странах эти стандарты называются протоколами. Протокол в информационной системе - это документ, четко определяющий процедуры и правила взаимодействия входящих и подключаемых к системе устройств. Протокол определяет список команд, которыми могут обмениваться устройства, порядок передачи команд, правила, взаимной проверки работы, размеры передаваемых блоков информации и т.д. Протоколы создаются для того, чтобы изготавливаемые разными объединениями и фирмами устройства могли работать друг с другом.

Стандарты взаимодействия навигационной аппаратуры установлены протоколом IEC 61162-1. Данный протокол совпадает по содержанию с протоколом l'^MEA-0183 национальной морской электронной ассоциации США (NMEA - National Maritime Electronic Association).

В рамках автоматизированных комплексов судовождения НИКС может быть сопряжена с курсоуказателем, лагом, системами, обеспечивающими непрерывное местоопределение (приемниками РНС и СНС), РЛС, САРП, эхолотом, транспонднром АИС, авторулевым, автоматической системой дистанционного управления движительной установкой; приемником NAVTEX и системами связи. Другие приборы, входящие в АКС, также должны взаимодействовать между собой. Так, гирокомпас для автоматической корректировки скоростной погрешности должен иметь возможность получать информацию о скорости от лага, широту места от НИКС либо приемника РНС или СНС; адаптивный авторулевой должен быть сопряжен с гирокомпасом, лагом, эхолотом, датчиком угловой скорости, и т.д. Взаимодействие входящих в АКС устройств и систем в настоящее время определяется протоколом ВЕС 61162-1.

На основании выше сказанного приходим к выводу, что датчики информации, устройства управления и другое оборудование различных фирм, выполняющие протокол IEC 61162-1, могут работать совместно с НИКС. Приборы и системы, входящие в АКС; не должны ухудшать характеристики сопрягаемой с ними аппаратуры.

Повышенная надежность технического и программного обеспечения АКС обусловливается повышенной опасностью Процесса судовождения, высокой стоимостью объекта управления, перевозимого груза и тяжелыми экологическими последствиями аварий судов

. В АКС должны быть предусмотрены средства резервирования, повышающие надежность системы и обеспечивающие навигационную безопасность плавания на протяжении части рейса, оставшейся после выхода АКС из строя. Система и сопрягаемые с ней устройства должны работать при отклонениях от номинальных значений параметров судового электропитания и иметь возможность работы от аварийных источников при перерывах в подаче электроэнергии.

Самоконтроль. Ввиду повышенной опасности процесса судовождения, возможных больших убытков от неправильного функционирования, сбоев и выхода из строя, в АКС должен реализовываться автоматический контроль за работой аппаратуры и автоматическая диагностика неисправных элеменᴛᴏʙ. Кроме того, в АКС должны быть и средства проверки правильности работы программного обеспечения. При сбоях в работе и появлении неисправности должна срабатывать сигнализация.

Приоритет оператора. Ввиду невозможности запрограммировать все ситуации, которые могут возникнуть в процессе судовождения, и учесть с помощью средств автоматизации все влияющие на ϶ᴛόᴛпроцесс факторы, главная роль в принятии решений в этом процессе отводится судоводителю. АКС представляет собой только инструмент, назначение которого - максимальная помощь судоводителю в обеспечении безопасного плавания. Ответственность за принятые решения лежит полностью на судоводителе. По этой причине он должен уметь эффективно использовать средства автоматизации, знать ограничения и недостатки этих средств, использовать малейшую возможность для контроля их работы и правильности получаемой от них информации.

2.1.3 Обеспечение АКС

АКС является микропроцессорной системой и может рассматриваться как совокупность технического, информационного, лингвистического, математического и программного обеспечения для решения задач судовождения.

Техническое обеспечение АКС включает в себя входящую в него аппаратуру: измерительные устройства, средства управления, процессоры, блоки памяти, устройства отображения и регистрации информации, средства сигнализации и т.д.

Информационное обеспечение - это совокупность информационных баз (баз данных, баз знаний, баз программ), системы управления ими, средств и методов, обеспечивающих получение информации от датчиков, обмен информацией между устройствами и системами АКС, а кроме того между АКС и внешними по отношению к нему системами и устройствами

. В информационное обеспечение, в частности, входят картографическая база данных, база данных рекомендованных маршруᴛᴏʙ, база данных для предвычисления приливо-отливных явлений, базы сведений из различных навигационных пособий, наставлений, руководящих докуменᴛᴏʙ, а кроме того методы и средства, обеспечивающие надежность хᴘẚʜᴇния данных, их обновление, использование и др.

Лингвистическое обеспечение - это специальный язык, либо совокупность визуальных и/или звуковых средств и определенных правил, используемых для обеспечения общения судоводителя с АКС.

Математическое обеспечение представляет собой совокупность алгоритмов задач, решаемых автоматизированным комплексом судовождения.

Программное обеспечение - это совокупность программ, хранимых в памяти системы. Это программы для реализации математического и лингвистического обеспечения, управления работой баз данных, управления работой системы.

2.2 Техническое обеспечение и виды НИКС

Навигационно-информационная компьютерная система строится на базе персонального компьютера.
Она включает в себя (рис. 2.2): системный блок, клавиатуру, манипулятор, средства отображения информации о процессе судовождения (СОИ), устройства документирования и регистрации информации (УРД), средства сигнализации.

В системном блоке находятся процессор, сопроцессор, оперативная память, накопитель на жестком магнитном диске, дополнительные блоки памяти, устройства для ввода информации с гибких магнитных и оптических дисков, порты ввода/вывода информации и др. устройства.

В качестве манипулятора в НИКС используется трекбол, джойстик или мышка.

Средствами отображения информации являются один или несколько дисплеев, цифровые и аналоговые индикаторы.

К устройствам регистрации информации относятся устройства печати на бумаге и средства запоминания информации на носителях другого вида.

Потребителями информации НИКС являются как её датчики информации, к примеру , для автоматической коррекции скоростной погрешности ГК в него необходимо вводить широту и скорость судна, так и другие системы, к примеру , автоматическое устройство подачи сигналов бедствия.

Рис. 2.2. Блок-схема НИКС.

Учитывая зависимость от уровня автоматизации операций и функциональных возможностей НИКС разделяют на три группы:

• ECDIS (Electronic Chart Display and Information System);

• ECS (Electronic Chart System);

• Комбинированные НИКС.

ECDIS - это навигационно-информационная компьютерная система, удовлетворяющая специальным требованиям ИМО, МГО, МЭК.

В ECDIS должны использоваться только векторные электронные карты ENC (ecdis-карты), данные которых подгоᴛᴏʙлены государственными гидрографическими организациями, стандартизованы по содержанию, структуре, действующему формату обмена картографической информацией и полностью удовлетворяющие специальным требованиям ИМО и МГО.

Аппаратное и программное обеспечение ECDIS должны обязательно сертифицироваться уполномоченным Классификационным Обществом в соответствии с требованиями IEC: International Standard 1174, Maritime navigation and radiocommunication equipment systems -Electronic Chart Display and Information System (ECDIS)- Operational and Performance Requirements, Method of Testing and Required Test Results, 1998.

Для того чтобы стать легальным эквивалентом бумажных карт, ECDIS на случай выхода из строя должна быть обеспечена одобренной резервной системой. Требуется, чтобы резервная система имела достаточные средства для обеспечения безопасного судовождения на оставшейся части пейса в случае выхода ECDIS из строя. Резервная система может иметь ограниченные функции ECDIS, либо полностью дублировать её . Между основной и резервной системами должна быть возможность обмена информацией. По крайней мере, в резервную систему от основной должны передаваться данные предварительной прокладки и даяние всех корректур.

ЕСS — это навигационно-информационные компьютерные системы, не полностью удовлетворяющие требованиям к ECDIS. Применение этих систем не освобождает судоводителя от ведения прокладки на бумажных картах. Используемые в таких системах карты, называемые ниже есs - картами, не полностью отвечают специальным требованиям ИМО и МГО. K ECS относятся:

- RCDS (Rastr Chart Display System) - навигационно-информационные компьютерные системы с растровыми ЭК.

- Навигационно-информационные компьютерные системы с равноценными по нагрузке бумажным картам векторными ЭК, неполностью удовлетворяющими требованиям к ecdis-картам;

- Навигационно-информационные компьютерные системы с упрощенными ЭК.

Комбинированные НИКС. Ввиду того, что не было полного набора ecdis-карт на все районы Мирового океана, производители дополняли ECDIS режимами отображения растровых карт и векторных карт, не полностью соответствующих требованиям к ecdis-картсш. Когда полученная таким образом комбинированная НИКС используется в режиме ECDIS, она имеет статус ECDIS

. В режимах работы с растровыми и векторными ecs-картами такие НИКС приравниваются к ECS, что требует наряду с выполняемой системой прокладкой на ЭК обязательного ведения прокладки на бумажных картах.

На 44 сессии ИМО в июле 1998 г. субкомитет по безопасности навигации дал согласие на внесение в Требования к ECDIS добавочного приложения 7 по растровым картам. Эти добавления разрешают работу ECDIS в двух режимах: ECDIS и RCDS. Учитывая, что режим RCDS fie имеет полных функциональных возможностей ECDIS, ИМО выпустило специальный циркуляр SN/Circ.207. - Differences between RCDS and ECDIS. - 7, Jun, 1999, объясняющий различия между ECDIS и, RCDS режимами. Режим растровых карт разрешается использовать только в районах, на которые нет ecdis-карт, и только при дублировании электронной прокладки прокладкой на откорректированной бумажной карте.

 

2.3 Информационно-программное обеспечение НИКС

Информационно-программное обеспечение систем отображения ЭК включает операционную систему, систему управления информационными базами, информационные базы (базы данных, базы знаний и базу программ), а кроме того программы, обеспечивающие получение информации от датчиков и обмен информацией между различными устройствами. Операционная система (ОС) представляет собой комплекс программ, которые организуют работу компьютера и управление его ресурсами. Система управления информационными базами (СУБД) - это совокупность программ, обеспечивающих управление работой баз программ и данных, обработку данных, взаимодействие оператора с системой при работе с информационными базами.

Информационные базы хранятся во внешней памяти компьютера.
Важно понимать - для хᴘẚʜᴇния в основном используются жесткие магнитные диски и компактные оптические лазерные диски, причем последние являются наиболее подходящими для навигационных систем, они содержат больший объем данных, нечувствительны к магнитным полям, выдерживают значительные физические нагрузки.

2.3.1 Картографическая база данных

Под картографической базой данных (КБД) понимается специально организованная для целей судовождения совокупность картографических и навигационно-гидрографических данных на весь Мировой океан либо его определенную часть.

В КБД входят файлы: каталога-справочника ЭК, цифровых данных основных ЭК, таблицы разграфки, таблицы классификации и кодирования картографических объекᴛᴏʙ (КО), таблицы опорных точек аппроксимации меркаторской проекции, таблицы селекции объекᴛᴏʙ ЭК, библиотека символов, сокращений и их описаний и др.

Каталог справочник служит для поиска и выбора данных ЭК. Он содержит идентификаторы ЭК и соответствующие им физические адреса файлов ЭК. Составление этого каталога производится автоматически специальной программой при первичной загрузке файлов ЭК в базу.

Структура файлов ЭК ориентирована на быстрый поиск и вывод данных для отображения ЭК

. В начале файла ЭК помещается дескриптор, который содержит общие данные для карты, описание характеристик, признаков и текста, обеспечивающих быстрый поиск нужной информации в файле

. В этой части файла приводится следующая информация географический идентификатор (номер карты), определяющий положение района на карте мира; название карты, единицы измерения координат, высот и глубин; горизонтальный геодезический датум; нуль глубин; оригинальный масштаб ЭК, минимальный и максимальный масштабы отображения ЭК, магнитное склонение, дата формирования данных ЭК и др. В описании характеристик текста приводятся сведения: о типах данных, об источнике. Получения информации ЭК и надежности её информации, о признаках приоритета данных (базовая, стандартная, дополнительная информация) и др.

Непосредственно ЭК в файле задана в виде совокупностей записей переменной длины о картографических объектах. Среди КО различают точечные (point), линейные (line), контурные или площадные (areal). Точечные объекты изображаются с помощью таблицы и генератора условных знаков. Линейные КО представляются линиями (непрерывными, пунктирными, и др.) соответствующего цвета или в виде цепочки условных знаков вдоль линии (к примеру , границы запретных районов). Площадные объекты могут быть с цвеᴛᴏʙым заполнением контура и без заполнения. Произвольной формы линии на карте (береговая черта, изобаты и др.) задаются набором точек, между которыми они аппроксимируются отрезками прямых. Шаг дискретизации кривых определяется графической точностью исходного материала и разрешающей способностью дисплея.

Запись КО в общем случае состоит из четырех основных частей (полей): I, Т, М, S. Первое поле отводится идентификатору I (имени) объекта, позволяющему однозначно определить объект в составе данных ЭК. Во втором поле помещается признак Т типа объекта, который присваивается объекту согласно кодификатора и определяет его условное изображение

. В поле М (метрика), помещаются координаты, характеризующие пространственное положение объекта на земной поверхности

. В четвертом поле содержится семантическая характеристика S (атрибуты) объекта, которая определяется набором свойств объекта (географическое название, высота, глубина и другие характеристики).

Код типа КО определяется в соответствии с системой классификации и кодирования картографической информации. Эта система должна удовлетворять трем требованиям: иметь иерархическую структуру, использовать картографические символы IHO, обеспечивать возможность добавления новых и изменения старых данных; Например, данные для всех карт обычно распределяются по семи разделам: искусственные объекты, гидрография, гипсография, физиография, растительность, демаркация и общий раздел

. В свою очередь каждый раздел подразделяется на подразделы. Например, гидрография подразделяется на прибрежную гидрографию, порты и бухты, средства навигационного ограждения, опасности, глубины, характер дна, течения, снег и льды

. В свою очередь подразделы разбиты на более мелкие подразделы. Код типа объекта обычно формируется в зависимости от места КО в системе классификации.

Метрическое описание объекта включает в себя совокупность координат, полностью определяющих пространственное положение этого КО. Точечный объект на земной поверхности определяется только одной парой координат. Линейные и контурные КО задаются количеством координат, соответствующем числу образующих их точек

. В целях экономного использования памяти для хᴘẚʜᴇния данных ЭК применяются дельта-координаты (приращения) относительно юго-западного угла карты

. В данном случае в общее описание карты в файле вносятся координаты юго-западного угла карты.

При синтезе ЭК данные метрики используются для графического изображения объекта.

Символьные характеристики непосредственно в изображении не участвуют, они выводятся в виде текста по запросу оператора в алфавитно-цифровой форме.

В конце файла ЭК помещаются записи тексᴛᴏʙой информации для оператора, характеризующие словесно картографические объекты.

Регулирование картографической нагрузки обеспечивается таблицей селекции данных, определяющей группы объекᴛᴏʙ, отображаемых по запросу оператора.

2.3.2 Другие базы данных

При решении задач судовождения необходимы сведения из многочисленных навигационных пособий. Для того чтобы ускорить поиск этой информации, в памяти НИКС, помимо КБД, могут помещаться и другие базы данных: корректур; предварительной прокладки;

рекомендованных маршруᴛᴏʙ; данных для предвычисления приливо-отлиеных явлений; сведений о навигационных средствах (огнях, знаках, радиотехнических и радиолокационных средствах), данных о средствах связи и расписании их работы, правил плавания, сведений о портах, данных о судне, его маневренных и других характеристиках и т.д. Охарактеризуем некоторые из этих баз.

База данных корректур состоит из каталога-справочника корректур и файлов еженедельных извещений мореплавателям. Файлы корректур представляют собой совокупности записей, обеспечивающих выполнение программно реализуемой корректуры картографической информации, содержащейся в файлах основных ЭК.

База рекомендованных маршруᴛᴏʙ включает файл каталог списка маршруᴛᴏʙ и файлы маршруᴛᴏʙ. Файл маршрута содержит его номер, название, координаты путевых точек, значения допустимых отклонении от линии пути, перечень генеральных карт, перечень путевых карт.

Файл предварительной прокладки содержит название маршрута, номера и координаты путевых точек, значения курса и скорости на отрезках маршрута и другие данные, требуемые практикой судовождения.

2.3.3 База программ

База программ включает системные, вспомогательные и прикладные программы.

Характеризуя системные программы, необходимо отметить следующее. Операционная система компьютера состоит из двух частей. Основная (резидентная) часть, которую составляют программы, непрерывно находящиеся в работе, находится в оперативной памяти компьютера.
Остальные части ОС помещаются во внешней памяти в базе программ и вызываются в оперативную память по надобности. Аналогично на две части разделяются и программы системы управления базами данных. Программы ОС и СУБД, записанные в базе программ, называются системными. К ним относятся программы: организации диалога с НИКС, облегчения ввода ручной корректуры; драйверы, т.е. программы организации связи компьютера с датчиками информации и другими устройствами; графический пакет, включающий программы генерации условных знаков, поворота и отображения графических элеменᴛᴏʙ, закраски площадей; программы, обеспечивающие выполнение процедур генерализации и селекции данных, программы преобразования координат КО, отсечения объекᴛᴏʙ и формирования дисплейного файла и др.

В прикладные программы входят программы решения задач судовождения; программы выполнения задач предварительной и исполнительной прокладки; программы анализа картографической, гидрографической и навигационной информации на пути следования для выработки предупреждений судоводителям; программы ведения судового журнала и др.

2.3.4 Система управления базами данных

Система управления информационными базами (СУБД) представляет собой комплекс программ, обеспечивающих управление работой баз программ и данных, выполнения по заказам оператора задач обработки информации. Система управления базами реализует следующие основные функции: введение в базы новых файлов, обновление содержимого баз, удаление оказавшихся ненужными данных, поиск информации, выдачу информации оператору, доступ к информации в КБД синтез электронной карты, отображение ЭК, обработку курсора, корректуру электронных карт, объединение и разделение файлов, копирование и восстановление файлов, защиту информации от несанкционированного доступа, устᴘẚʜᴇние ошибок в работе, учет работы и составление отчеᴛᴏʙ, помощь в выполнении специальных работ и др.

Предусматривается три способа ввода информации в память НИКС:

• массовый ввод графической и тексᴛᴏʙой информации с носителей информации при подгоᴛᴏʙке к плаванию;

• ручной ввод тексᴛᴏʙой и графической информации в режиме диалога, как при подгоᴛᴏʙке, так и во время плавания, включающий ввод информации о планируемом маршруте, оперативной информации судоводителя и корректур, передаваемых в виде тексᴛᴏʙых докуменᴛᴏʙ;

• автоматический ввод тексᴛᴏʙой и графической информации о корректурах и оперативной информации об обстановке в портах и гаванях, передаваемой по радиоканалам и по каналам связи с НИКС.

СУБД обеспечивает следующие виды доступа к информации в базах данных:

• только для чтения (Read only);

• для чтения и модификации с сохᴘẚʜᴇнием старой информации (Read and Modify);

• для чтения, модификации и стирания устаревшей информации (Read, Modify and Delete).

Выполняются следующие операции обработки курсора: определение его географических координат, нахождение пеленга и дистанции "судно-курсор" и "объект-курсор", идентификация объекта накрытого курсором, с представлением его характеристик и др.

Синтез ЭК - это переход от цифровых данных карты к её изображению на экᴘẚʜᴇ дисплея с помощью средств машинной графики. Синтез электронной карты включает в себя: вычисление размеров экранной области, формирование запросов к КБД и вывод из нее данных основной карты, определение номеров корректурньх докуменᴛᴏʙ к основной карте и вывод их из памяти системы, селекцию картографических объекᴛᴏʙ, преобразование географических координат в экранные, генерализацию, отсечение картографических объекᴛᴏʙ, формирование дисплейного файла.

При определении необходимых массивов данных для построения ЭК по её номеру находятся номера корректурных докуменᴛᴏʙ. На этой основе формируется запрос, обеспечивающий вывод из памяти НИКС данных основной карты и информации корректур.

Выбор вида нагрузки карты в режиме селекции осуществляет судоводитель

. Учитывая зависимость от выбранного режима селекции системой выделяются данные для отображения.

При выполнении операции отсечения удаляются КО или их части, не попавшие в окно высвечивания карты на дисплее.

Преобразование географических координат в прямоугольные экранные координаты производится для построения объекᴛᴏʙ в нужном месте на экᴘẚʜᴇ с помощью средств машинной графики.

На основании выполненных операций формируется дисплейный файл. Он представляет собой совокупность команд и параметров для выполнения операций машинной графики при отображении ЭК.

Отображение синтезированной карты включает: генерацию условных знаков, поворот и отображение элеменᴛᴏʙ изображений, заливку площадей, ограниченных замкнутыми контурами.

2.3.5 Справочная система НИКС

Информационные базы и система управления ими являются основой справочной системы НИКС. Электронная справочная система предназначена для хᴘẚʜᴇния больших объемов данных, требуемых при судовождении, и обеспечения судоводителю быстрого доступа к нужным сведениям при решении конкретных задач.

Кроме обеспечения быстрого поиска данных, электронный справочник имеет и другие преимущества перед бумажными справочными пособиями. Требуемая судоводителю информация часто получается на базе хранимых сведений, к примеру , путем интерполяции или более ᴄᴫᴏжных операций. В отличие от бумажного, электронный справочник предоставляет возможность представлять судоводителю не только хранимые сведения, но и результаты их математической и логической обработки, значительно ускоряя процесс получения необходимой информации.

Когда НИКС снабжена анализаторами навигационной обстановки и ситуации, электронный справочник может представлять касающиеся конкретной обстановки и конкретной ситуации справочные сведения в автоматическом режиме.

Справочная система НИКС находится в стадии развития. От простых структур данных таких как списки, таблицы, файлы в этой системе переходят к более ᴄᴫᴏжным информационным структурам. Современные СУБД позволяют реализовывать модели данных разных типов (• реляционные, сетевые, иерархические, файловые; •тексᴛᴏʙые, графические, картинные, звуковые; •статические, динамические) и предоставляют пользователю удобные средства работы с ними. Наибольшие достижения в управлении базами данных связаны с, успехами реляционной технологии.

Обеспечиваются удобные способы запроса данных. Справочная информация, требуемая при судовождении, часто связана с районом плавания или с тем или иным картографическим объектом. Поэтому распростᴘẚʜᴇнный в НИКС способ запроса информации включает наведение курсора на отображаемый на электронной карте объект, справочную информацию о котором хотят получить. Таким образом в ECDIS, к примеру , получаются сведения об огнях, знаках, радиотехнических средствах. Кроме названного, в НИКС реализуются и стандартные для справочных систем способы запроса необходимых сведений.

Проводятся работы по дополнению справочных систем НИКС новыми базами данных и базами знаний. Разрабатываемые базы знаний в большинстве случаев касаются действий судоводителя в особых и экстремальных ситуациях. При формировании этих баз используется экспертный опыт

. В первую очередь образуются базы знаний, закрепленных в официальных правилах, инструкциях, наставлениях и рекомендациях. Это правила плавания в районах со специальными условиями, на подходах к конкретным портам, при прохождении определенных узкостей и каналов, при пониженной видимости; рекомендации по расхождению с тропическими циклонами, по штормованию, по плаванию во льдах и т.д. Это также базы, включающие сведения о действиях, которые требуется предпринимать в аварийных ситуациях, при обеспечении непотопляемости и в других случаях. Кроме того, базы знаний могут содержать информацию, необходимую для выполнения диагностики судовых систем и механизмов, навигационной аппаратуры и решения ряда других задач.

Используя возможности системы по работе с базами знаний, судоводитель в зависимости от вида ситуации и характеризующих её параметров, может получать от системы четкие рекомендации и советы по действиям в ᴄᴫᴏжившейся обстановке, уменьшающие вероятность принятия им неправильных решений

. В ряде случаев эти рекомендации могут подкрепляться представлением прогнозируемого результата рекомендуемых мероприятий.

Советы и рекомендации в отношении поведения в особых и экстремальных ситуациях могут выдаваться системой по запросу судоводителя, при появлении признаков, указывающих на развитие такой ситуации, при получении по каналам связи предупреждений о возможности её возникновения.

Более поздняя перспектива, это создание на базе экспертного опыта баз знаний о таких особых и экстремальных ситуациях, для действий в которых не существует гоᴛᴏʙого алгоритма. Важно понимать - для таких случаев база знаний представляется в виде замкнутой системы логических уравнений, описывающих все причинно-следственные связи между элементами ситуации. Важно понимать - для нахождения рекомендуемого алгоритма действий, когда встречается такая ситуация, используются специальные программные средства решения систем логических уравнений при тех или иных начальных условиях. С помощью этих программных средств с учетом оперативной информации о ᴄᴫᴏжившейся обстановке навигационно-информационная компьютерная система находит алгоритм, определяющий последовательность действий судоводителя в особой ситуации с конкретной обстановкой, и выдает его в качестве рекомендации.


2.4 Лингвистическое обеспечение НИКС

Лингвистическое обеспечение представляет собой совокупность методов и средств для диалога судоводителя с системой

. В настоящее время используется регламентированный язык общения оператора с НИКС, при котором все элементы диалога жестко запрограммированы и заложены в памяти системы. Лингвистическое обеспечение определяет пользовательский интерфейс системы

. В НИКС в основном реализован визуальный графический пользовательский интерфейс, в последних системах он дополнен элементами речевого интерфейса.

В современных НИКС применяются развитые средства для общения судоводителя и системы: пассивный диалог, активный диалог, а кроме того их сочетания. При ведении диалога используются возможности интерактивных видеоустройств. Реализуются системы общения, сочетающие печатный текст, графику, речь, звуковые и видео эффекты. Все шире внедряются программы динамического отображения графики, в том числе трехмерной. Используется полиэкранный режим Работы дисплея.

Визуальный графический пользовательский интерфейс системы организуется с помощью стандартных интерфейсных элеменᴛᴏʙ, отображаемых на экᴘẚʜᴇ. Управление этими элементами производится с помощью манипулятора (джойстика, трекбола, мышки), а кроме того клавиатуры. Важно понимать - для выделения интерфейсного элемента на него с помощью манипулятора наводится курсор. Активизация выделенного элемента осуществляется щелчком или двойным щелчком специальной клавиши.

Стандартные интерфейсные элементы разделяются на несколько видов:

• управляющие элементы - различного вида меню, командные кнопки, переключатели, флажки, списки выбора, наборы закладок и т.д.

• элементы для представления данных - поля отображения, метки, списки, текст, ярлыки, таблицы, диаграммы и т.д.

• элементы для ввода и изменения данных - поля ввода, цифровые и аналоговые регуляторы, различного вида редакторы и т.д.

• группирующие элементы: рамки, панели и т.д.

• другие элементы.

С помощью интерфейсных элеменᴛᴏʙ создается иерархический по структуре «язык» для общения судоводителя с системой. Данный «язык» стараются сделать простым, ясным, понятным, обеспечивающим удобное управление НИКС и позволяющим избежать ошибок интерпретации данных и задержек на их расшифровку.

Учитывая, что НИКС обычно работает в нескольких режимах (исполнительная прокладка, предварительная прокладка, работа с каталогом, работа с электронным судовым журналом, информация о судне и др.), то для переключения режимов работы используется специальное меню или зависимая группа управляющих кнопок.

Для управления НИКС в конкретном режиме работы создается информационно-управляющая панель, группирующая необходимые при решении задач этого режима интерфейсные элементы. Например, в ECDIS «dKart Navigator», версия 5.10, фирмы «Моринтех» такая панель для режима исполнительной прокладки имеет вид, представленный на рис. 2.3. Она включает в себя: информационные панели текущего места судна, маршрута, карты; управляющую панель, панель индикации сообщений, а кроме того поле информации курсора и поле информации маркера, которые на рисунке не приведены.


Информационная панель текущего места судна

Информационная панель маршрута.     

Информационная панель карты.              

Управляющая панель.                              

Панель индикации сообщений.                

Рис. 2.3 Информационно-управляющая панель режима исполнительной прокладки.

 

На информационной панели текущего места судна в процессе перехода непрерывно отображаются следующие данные:

• судовое время и дата (SHT);

• широта и долгота текущего места судна;

• путевая скорость (SOG) и путевой угол (COG);

• скорость по лагу (LOG) и курс по компасу (НDG);

• суммарный снос.

На этой панели также выводится на индикацию способ получения координат судна.

На панели маршрута индицируются:

• название маршрута;

• номер путевой точки, к которой следует судно (WP#);

• время до прихода в путевую точку (TTG);

• расчетное время и дата прибытия в путевую точку (ЕТА);

• направление на путевую точку (WTG) и разница между WTG и COG;

• курс, проложенный на карте (CUR.), и следующий курс (NXT) после прохождения путевой точки;

• расстояние до путевой точки (DTG);

• уклонение от линии пути (ХТЕ).

На информационную панель карты выводятся:

• номер карты;

• оригинальный масштаб карты и масштаб её отображения;

• ориентация отображения карты;

• геодезический датум.

На панели сообщений в соответствующих полях выводится в виде условных сокращений предупредительная информация о случаях:

• приближения судна к опасности;

• нахождения судна в области опасных глубин;

• нахождения судна в районе со специальными условиями;

• уклонения от маршрута на величину, большую заданной;

• при отказах внешних устройств.

Для расшифровки сообщения достаточно навести на ᴇᴦᴏ поле курсор.

В поле информации курсора выводятся его географические координаты, дистанция, пеленг и курсовой угол курсора относительно текущего места судна.

В поле маркера отображаются данные о положении судна относительно специальных точек, устанавливаемых оператором.

На панели управления сосредоточены управляющие интерфейсные элементы: кнопки функций. Управляющие кнопки содержат обычно пиктограмму или сокращенную надпись, характеризующую выполняемую ими функцию. Для подробного пояснения назначения управляющих кнопок они снабжаются всплывающими при наведении на кнопку ярлыками. Когда выполнение функции требует ввода её аргуменᴛᴏʙ, при активизации кнопки этой функции появляется панель для занесения необходимых данных.

Управляющая панель содержит кнопки, которые условно можно отнести к разделам, приведенным ниже.

А) Оперативные функции работы с картой;

Выбор карты (выбор из появляющегося списка);

Установка масштаба отображения карты;

(выбор из появляющегося перечня значений);

Установки нагрузки карты (базовая, стандартная, полная);

Установка режима отображения карты

(привязано к судну/отвязано от судна);

Установка оригинального масштаба карты;

Увеличение масштаба отображения карты по шагам;

Уменьшение масштаба отображения карты по шагам;

Установка стандартной нагрузки ЭК.

Возврат к предыдущему масштабу;

Показ и удаление информационно-управляющей панели.

Б) Плавание по маршруту.

Выбор маршрута;

Выбор путевой точки;

Расчет времени прибытия.


В) Навигационные задачи.

Измерения на карте;

Обсервация по пеленгу и дистанции;

Расчет текущего траверзного расстояния;

Дублирующая навигационная система;

Человек за бортом (место падения отмечается маркером, появляется список с необходимой информацией);

Установка маркера.

 

Г) Управление РЛ-информацией.

Просмотр формуляров целей САРП;

Просмотр формуляров целей АИС;

Установка критериев опасной цели;

Радиолокационная прокладка.

Д) Выбор режима работы.

Устанавливает меню выбора режима работы (по умолчанию эта закладка активизирована);

Возврат в режим исполнительной прокладки;

Вход в режим планирования маршрута;

Вход в режим работы с картами;

Вход в режим работы с судовым журналом;

Вход в режим установки главной конфигурации;

Расчет приливов;

Вход в режим редактирования слоя пользователя;

Выход из dKart Navigator.


Е) Установки.

Устанавливает меню настроек работы программы;

Выбор режима счисления;

Установка вида и перечня дополнительной информации на карте (выбор из появляющегося списка);

Прогнозирование положения судна для заданных условий плавания;

Дополнительные записи в судовой журнал;

Установка палитры карты (ясный день, пасмурный день, сумерки, ночь);

Установка условий подачи звуковых сигналов;

Установка времени;

Установка области отрисовки судна.

Вызов наиболее важных и часто употребляемых функций может также производиться с помощью комбинации клавиш клавиатуры («горячих» клавиш).

Учитывая, что требуемый в разных условиях набор данных о процессе судовождения и набор управляющих функций может несколько отличаться, в ряде систем предусматривается возможность изменения состава интерфейсных элеменᴛᴏʙ на информационно-управляющей панели. В частности, в ECDIS «dKart Navigator» для этой цели имеется функция OPTIONS - «Опции изменения индицируемых данных», с помощью которой можно менять состав индицируемых данных на информационных панелях текущего места судна и маршрута.

Для других режимов работы системы «dKart Navigator» выбраны соответствующие их особенностям виды общения с оператором.

Жестких стандартных требований к пользовательскому интерфейсу нет. По этой причине разные типы НИКС имеют неодинаковые средства общения, хотя, естественно, в них много общего, учитывая, что все НИКС применяются для решения одной задачи - задачи судовождения

. В результате одни функции являются общими для разного вида НИКС, другие различаются, третьи имеются у одних НИКС, а у других отсутствуют.

2.5 О НИКС как о центре судовой информационной сети

 

Современное автоматизированное судно представляет собой ᴄᴫᴏжную систему, в которой автоматизированы различные технические и информационные производственные процессы: судовождение, выработка энергии, связь, грузовые операции, балластировка, управление параметрами «микроклимата» грузовых и жилых помещений и т.д. Важно понимать - для автоматизации этих процессов применяется микропроцессорная техника. Наряду с комплексом судовождения, на судне функционируют автоматизированные на базе микропроцессорной техники многочисленные устройства, установки и системы. В качестве примеров можно привести энергетическую установку, системы: грузовую, балластную, электроснабжения, кондиционирования воздуха, пожарной сигнализации и т.д.

При высоком уровне комплексной автоматизации судовых производственных процессов требуется на мостике судна организация централизованного контроля средств автоматизации и централизованного управления ими, учитывая, что нарушения в работе автоматизированных систем могут существенно влиять на навигационную, эксплуатационную и техническую безопасность, а кроме того сохранность перевозимого груза. С этой целью были созданы различные судовые автоматизированные системы дистанционного контроля автоматизированных средств и управления ими. Например, система дистанционного управления двигателем, дистанционные средства контроля работы автоматизированных рефрижераторных установок, систем кондиционирования и т.д.

Кроме централизованного контроля, необходима организация согласованной работы всех средств автоматизации. Между судовыми установками, агрегатами, устройствами и системами имеют место разнообразные функциональные связи, В этих условиях можно удовлетворить высокие требования, предъявляемые к судам в техническом и экономическом отношении, только путем всестороннего согласования всех судовых установок, включая средства автоматизации. Изучим конкретный случай. Вот к примеру , это приводит и к необходимости обмена информацией между судовыми автоматизированными системами. Такая задача решается путем объединения автоматизированных судовых систем и установок в рамках судовой локальной информационной микропроцессорной сети.

На современном автоматизированном судне единым местом, где человек в море несет непрерывную вахту, является навигационный мостик. По этой причине центр информационной судовой сети должен находиться на мостике. Таким центром становится высшая по иерархии из автоматизированных систем на судне - НИКС

. В результате для НИКС обеспечивается возможность контролировать работу всех входящих в сеть систем, обеспечивать согласованную их работу, запрашивать с пульта НИКС сведения, характеризующие состояние различных систем и параметры регулируемых ими процессов, а кроме того управлять работой этих систем напрямую или через штатные средства дистанционного управления.

Информация о состоянии и параметрах работы судовых автоматизированных систем требуется при судовождении для принятия всесторонне обоснованных решений. Так при входе в зону штормовых условий от автоматизированной грузовой системы могут ᴨᴏᴛребоваться сведения о запасах, данные для оценки остойчивости и нагрузки на корпусе, информация для анализа соответствия условиям погоды балластного состояния (при необходимости должна быть возможность оперативного изменения балластного состояния) и т.д. При подходе к узкостям и к районам со ᴄᴫᴏжными условиями плавания необходимо убедиться в исправном состоянии энергетической установки, рулевого устройства и ряда других средств, а кроме того должна быть возможность перехода на другие режимы их работы. Периодически требуется проверять параметры «микроклимата» грузовых помещений, чтобы избежать порчи груза. При создании судовой информационной сети, объединяющей различные судовые автоматизированные системы, все эти действия могут быть выполнены с пульта НИКС.

При работе НИКС в качестве центра судовой информационной сети число выполняемых ей функций значительно увеличивается, но вместе с тем еще больше возрастает её роль как системы информационной поддержки решений судоводителя, и как системы, обеспечивающей согласованную работу низших по иерархии судовых автоматизированных систем.


3. Функциональные возможности НИКС.

 

3.1 Функциональные возможности ECDIS

Навигационно-информационные системы ECDIS предоставляют судоводителю широкий набор функций для работы с картами, для планирования пути, счисления и обсерваций, для контроля прохождения маршрута, навигационной безопасности и т.д. Набор функций ECDIS зависит от конфигурации АКС, созданной на базе ECDIS, и назначения судна, на котором АКС устанавливается

. В обобщенном варианте возможные функции ECDIS описаны ниже.

3.1.1 Работа с каталогом карт и с картами

Навигационно-информационная компьютерная система может быть снабжена электронным каталогом карт и книг. В этом случае она обеспечивает просмотр записей о картах и пособиях, имеемых в каталоге, поиск нужных карт и пособий, подбор карт и пособий на переход, загрузку в каталог и регистрацию новых карт и пособий, составление пользовательской коллекции карт и выполнение других функций.

В ECDIS реализуются различные виды загрузки карт для отображения на экᴘẚʜᴇ: по номеру, из списка, по позиции судна, путем использования электронного каталога карт, путем формирования конкретного запроса и т.д. Имеется возможность автоматического подбора и загрузки карт. Во время движения судна ECDIS автоматически подбирает и отображает на экᴘẚʜᴇ наиболее подробную карту, покрывающую позицию судна. Смена ЭК также может производиться автоматически в соответствии со списком путевых карт, подобранных на переход. При выходе судна из зоны карты, происходит автоматическая загрузка следующей карты.

Учитывая зависимость от текущей навигационной задачи ECDIS предоставляет возможность обеспечивать выбор различной ориентации карты (по норду или по курсу) и масштаба её отображения. При изменении масштаба карты размер надписей и символов карты не изменяется, обеспечивая их хорошую разборчивость при любом выбранном масштабе.

В ECDIS также имеется функция «электронной лупы», с помощью которой любой выделенный оператором фрагмент карты может быть вырезан и увеличен на весь экран.

Операция просмотра карты в ECDIS предоставляет возможность просматривать все районы текущей карты и любой другой карты.

Важным достоинством ECDIS является функция селекции картографической информации. Она дает возможность установки уровня нагрузки карты (обычно используется один из трех уровней информационной плотности: базовый - Basic, стандартный - Standard, и полный - Full); избирательного вывода или выделения отдельных видов данных: навигационного ограждения, маяков, при этом нувших судов, изобат и ряда других картографических объекᴛᴏʙ.

В ECDIS реализовано отображение карты в режиме истинного или относительного движения. В режиме истинного движения при исполнительной прокладке обеспечивается автоматический сдвиг карты при подходе судна к границе экрана, чтобы судно все время находилось в поле отображения дисплея

. В режиме относительного движения судно находится в центре экрана, а карта "плывет" относительно него.

Имеется функция для перемещения карты внутри окна высвечивания по команде судоводителя. Она применяется, когда при прокладке требуется увеличить обзор района по ходу судна или с какой-то его стороны.

Для разных условий освещенности в ECDIS обеспечивается выбор подходящей цвеᴛᴏʙой палитры изображения карты, не требующей времени на изменение адаптации зрения при наблюдении за окружающей обстановкой и при работе с ЭК. Например, для работы с картой ночью можно воспользоваться специальными "ночными" палитрами, обеспечивающими отчетливое восприятие навигационной ситуации в условиях пониженного освещения.

Следует также заметить, что бумажная карта и SEN С являются различными способами представления навигационно-гидрографической информации. Бумажная карта - это собственно носитель информации, состав которой не может измениться. Электронная карта - результат визуализации определенной части данных ЭК, хранимых в памяти. Состав информации на отображаемой электронной карте пользователь может оптимизировать применительно к условиям плавания.

 

3.1.2 Планирование пути

В ECDIS возможно планирование двух маршруᴛᴏʙ, основного и альтернативного.

При планировании пути ECDIS обеспечивает выбор требуемого маршрута из списка маршруᴛᴏʙ, имеемых в базе данных, и возможность корректировки его.

Имеются функции для планирования и занесения в память новых маршруᴛᴏʙ. При таком планировании обеспечивается возможность задания элеменᴛᴏʙ и параметров нового маршрута, путевых точек, типа отрезков пути (локсодромия или ортодромия), скорости следования по отрезкам маршрута, времени прибытия в точки изменения курса, границ отклонения от маршрута, радиусов повороᴛᴏʙ, номеров генеральных и путевых карт. которые будут использоваться на переходе. Плавание на отрезках пути в основном планируется по локсодромии

. В данном случае на картах в проекции Меркатора маршрут представляется в виде прямолинейных отрезков,

Операции прокладки маршрута по ортодромии позволяют в ECDIS планировать переход между двумя точками на поверхности Земли по кратчайшему расстоянию. Данный метод является предпочтительным, когда протяженность отрезка пути велика (переход через океан). ECDIS дает возможность рассчитать выигрыш плавания по ортодромии по сравнению с локсодромией, осуществить прокладку маршрута по ортодромии, представляя её отрезками локсодромий через заданный шаг разности долгот или расстояния; или заменяя ортодромию отрезками локсодромий, при переходе с которых на следующий отрезок курс меняется на одинаковую величину, к примеру , на 5°.

Ряд ECDIS предоставляют судоводителю функцию построения маршруᴛᴏʙ по данным прошлых рейсов, т.е. возможность автоматического преобразования записанной в электронный судовой журнал информации о движении судна в маршрут.

Новые маршруты могут быть записаны в базу данных маршруᴛᴏʙ. Запись маршрута в базе данных обычно включает его номер, название, координаты путевых точек, значения допустимых отклонений от маршрута, перечень генеральных карт, перечень путевых карт.

Кроме того, при планировании пути ECDIS предоставляет функции:

цифрового ввода и корректировки параметров маршрута

координат поворотных точек, скорости на отрезках маршрута, времени прибытия в поворотные точки, значения безопасной глубины, а кроме того расчета по опорным значениям всех интересующих судоводителя элеменᴛᴏʙ маршрута;

отображения выбранного маршрута на ЭК для зрительной оценки с предоставлением возможности графического редактирования положения поворотных точек с помощью курсора. При этом могут использоваться операции добавления, вставки, смещения поворотных точек и изменения их последовательности;

тестирования безопасности маршрута. Эта функция предоставляет возможность судоводителю протестировать запланированный маршрут на навигационные препятствия, опасные области глубин, районы с особыми условиями плавания;

инверсирования маршруᴛᴏʙ (т.е. рассмотрения маршрута в обратном направлении);

подключения программ имитации маневров для включения в маршрут участков изменения режима хода и повороᴛᴏʙ с одного отрезка маршрута на другой;

печати опорных и расчетных данных выбранного маршрута, а также перечня карт на переход;

• свободного выбора любой точки на линии намеченного маршрута для расчета дистанции и времени следования до любой следующей точки на линии пути;

пересчета координат поворотных точек на другой геодезический датум.

Большое значение для предварительной прокладки имеют и функции получения дополнительной информации о средствах навигации, правилах плавания, станциях обслуживания мореплавателей, районах маршрутизации движения, взаимодействующих с судовыми транспондерами береговых станциях контроля движения, системах управления движением на подходах к портам и т.д.

3.1.3 Счисление, обсервации, прокладка пути

Для возможности счисления пути и выполнения обсерваций к ECDIS подключаются датчики информации. ECDIS может работать со всеми существующими компасами, лапши, приемниками спутниковых систем GPS (DGPS) и ГЛОНАСС, позиционных систем наземного базирования LORAN-C или DECCA, предоставляющими информацию в соответствии с протоколом IEC 61162-1. Поступающая информация используется для расчета и отображения данных об истинной позиции, скорости и курсе судна, параметрах прохождения маршрута.

В ECDIS обеспечивается выбор позиционных систем для определения мести, одной системы (GPS, DGPS, ГЛОНАСС, DECCA, LORAN-C) или нескольких систем позиционирования одновременно (гибридный режим) с целью повышения надежности определений.

Имеется функция получения обсерваций по вводимым вручную значениям пеленгов и дистанций навигационных ориентиров.

Основной задачей, решаемой на электронной карте, является исполнительная прокладка, которая обычно ведется с непрерывными определениями места судна по GPS. При решении этой задачи и производится индикация цифровых данных, характеризующих процесс движения судна. Отображаются: судовое время (SHT или ST), координаты судна, путевой угол (COG), курс (HDG), путевая скорость (SOG), скорость по лагу (LOG), величина предстоящего изменения скорости и курса, и т.д. Навигационная информация обновляется раз в секунду и отображается как в численном виде, так и непосредственно на карте. Имеется операция оптимизации отображаемых данных, позволяющая судоводителю устанавливать набор данных, отображение которого соответствует условиям плавания.

На экᴘẚʜᴇ дисплея ECDIS возможен показ намеченного пути: основного и/или альтернативного запланированного маршрута.

Предоставляются операции для модификации основного намеченного пути в процессе плавания или изменения его на альтернативный.

Реализована в ECDIS функция для отображения на карте действительного пути судна за тот или иной промежуток времени с отметками положения судна на определенные моменты времени, интервал между которыми может выбираться судоводителем от 1 мин и больше. Имеется операция оперативной отметки положения судна на линии пути и возможно внесение особых отметок судоводителем.

При прокладке может производиться прогнозирование положения судна на будущие моменты времени и осуществляться просмотр районов на пути следования.

ECDIS предусматривает основной и запасной режимы прокладки пути. В основном режиме прокладки ECDIS может использовать данные:

• Относительного и абсолютного лагов, гирокомпаса, флюксгейт компаса;

• Автоматических приемоиндикаторов систем GPS, ГЛОНАСС, DECCA, LORAN-C, транспондера A1S, САРП;

• Значения курса и скорости, вручную введенные оператором. При отказе системы позиционирования, выбранной для прокладки пути, ECDIS автоматически переходит на запасной (аварийный) режим счисления.

В некоторых ECDIS реализована возможность параллельной одновременной прокладки пути по данным двух позиционных систем, что предоставляет возможность оператору наглядно оценить точность приборов.

3.1.4 Контроль прохождения маршрута

ECDIS ведет непрерывный контроль проводки судна по маршруту. Она представляет судоводителю наименование маршрута и данные, характеризующие его прохождение: маршрутные координаты: расстояние (DTG), пеленг и расчетное время (TTG) движения до ближайшей путевой точки; ожидаемое время прибытия в эту точку (ЕТА), направление на эту точку (WTG), и поправку к текущему курсу для выхода в эту точку (разница между HOG и WTG). Индицируются также текущее направление линии запланированного пути (CUR) и следующее за ним направление (NXT), а кроме того боковое смещение от линии пути (ХТЕ).

Для визуального контроля движения судна по намеченному пути ECDIS предоставляет возможность показать на карте допустимые границы маршрута (Clearing lines). ECDIS предупреждает об отклонениях от маршрута, выходящих за заданный предел, а кроме того о подходе к точке поворота, чтобы судоводитель мог заблаговременно подгоᴛᴏʙиться к маневрированию.

Предусмотрена функция для оперативного изменения маршрута без выхода в раздел «предварительная прокладка».

3.1.5 Контроль навигационной безопасности

ECDIS осуществляет контроль безопасности плавания

. В некоторых ECDIS программой формируется "Фигура безопасности" (Safety online), которая может быть выведена на индикацию или нет. Реализована функция автоматической подачи сигнала предупреждения при попадании опасного объекта в пределы фигуры безопасности, независимо от того, показывается она на экᴘẚʜᴇ или нет. Вырабатывается несколько типов предупреждений. Каждый тип имеет свое поле на панели индикации и сопровождается специальным звуковым сигналом или голосом.

Имеется в ECDIS функция установки ширины полосы движения при плавании по заданному маршруту

. В процессе перехода при выходе судна за пределы этой полосы срабатывает сигнализация.

Возможно в ECDIS выделение безопасной глубины и изобаты. Судоводитель может воспользоваться этой функцией для определения на карте областей опасных глубин (т.е. областей с глубиной меньшей или равной глубине безопасности судна). При входе согласно карте судна в область опасных глубин, ECDIS выдаст звуковое предупреждение, сопровождаемое визуальной индикацией. Важно понимать - для предупреждения судоводителя об опасных глубинах к ECDIS также подключается эхолот. Взаимодействие ECDIS с эхолотом осуществляется на базе протокола ГЕС 61162-1. Информация эхолота сохраняется системой и может быть выведена на экран в виде кривой рельефа дна.

Для обращения внимания судоводителя и возможности принятия им своевременных мер предосторожности в ECDIS предусмотрены автоматические предупреждения о вхождении судна в районы с особыми условиями плавания.

Для контроля процесса движения судна по моментам достижения им определенного положения относительно той или иной характерной точки на местности (ориентира, опасности, элемента побережья и др.) возможна постановка маркеров событий. Выбранная на карте точка обозначается специальной отметкой (маркером). Судоводитель может выбрать следующие условия взаимного расположения судна и маркера: достижение заданного пеленга, сближение на заданную дистанцию, удаление на определенное расстояние, достижение судном траверза. После того, как произошло описанное событие, ECDIS подаст звуковое и визуальное предупреждение.

Предусматривается контроль точности навигации. Возможно предвычисление погрешности обсерваций по различным позиционным системам (ЕРЕ - expected position error) с показом на экᴘẚʜᴇ её границ, сравнение данных нескольких позиционных средств, выявление грубых определений на базе сравнения обсервации с предвычисленным по счислению местом и с обсервациями по другой независимой позиционной системе. Выполняется контроль качества информации поступающей от различных датчиков.

Функции работы с пользовательскими слоями информации позволяют судоводителю нанести поверх любой карты дополнительные линии, символы, сектора, текст с целью подъема карты, что способствует повышению безопасности прохождения ᴄᴫᴏжных участков пути.

В ECDIS обеспечивается прием и отображение на экᴘẚʜᴇ поступающих от NAVTEX-приемника сообщений (навигационных, метеорологических и ледовых предупреждений, информации об операциях поиска и спасания, метеорологических прогнозов и т.д.).

ECDIS контролирует работу подключенных к ней навигационных устройств и сообщает о неисправности любого из них судоводителю.

3.1.6 Функции для использования радиолокационной информации

ECDIS может работать с РЛС, обеспечивая отображение на ЭК первичной радиолокационной (РЛ) информации, которая может быть выведена поверх ЭК. Это облегчает сравнение РЛ-изображения с картой, предоставляет возможность установить неточность положения судна, а кроме того обнаружить цели, о которых не было сигнализации при пересечении ими охранной дистанции.

При подключении САРП к ECDIS на ЭК представляются все взятые на сопровождение РЛ-цели как символы с идентификаторами и векторами истинной скорости. Имеются операции для изменения длины векторов экстраполированного перемещения целей, и обеспечивается выбор для отображения векторов истинного или относительного движения.

У отметок целей на ЭК могут выводиться следы их прошлого движения.

Для получения числовых данных движения целей имеется функция "Просмотр формуляров целей", при использовании которой отображаются пеленг, дистанция цели, её курс и скорость, расстояние и время кратчайшего сближения. Опасные цели выделяются цветом.

В некоторых картографических системах (к примеру NAVI-SAILOR 2400 ECDIS, разработанной фирмой ТРАНЗАС МАРИН) предусмотрен встроенный радар-интегратор с возможностями документировать и накладывать на электронную карту "сырое" РЛ-изображение, выделять, сопровождать и документировать большое количество целей.

В ECDIS реализуются функции для работы с АИС-траиспондером. Эта идентификационная система предназначена для обеспечения судоводителей максимально точной и подробной информацией об обнаруженных целях, имеющих AIS-транспондеры. Помимо сведений о курсе и скорости судна-цели (передаваемых им самим и поэтому точных), система АИС предоставляет возможность получить информацию о названии судна, его владельце, тоннаже и размерах, маршруте и типе перевозимого груза. Подобная информация может быть полезна, к примеру , при планировании маневрирования и в ряде других случаев.

Для определения положения и элеменᴛᴏʙ движения собственного судна и контроля безопасности его движения ECDIS предоставляет функции навигационного использования радиолокационной информации. Кинематические параметры собственного судна могут определяться при сопровождении неподвижных точечных объекᴛᴏʙ и характерных элеменᴛᴏʙ протяженных РЛ-объекᴛᴏʙ.

Для возможности решения на базе РЛ-информации широкого спектра навигационных задач к ECDIS может подключаться специальный радиолокационно-навигационный модуль (РНМ). РНМ совместно с ECDIS предоставляют средства для отображения полного РЛ-образа акватории поверх электронной карты. Возможность синхронизации обоих изображений в реальном времени и наблюдения РЛ-образа, как совместно с картографическими данными, так и независимо, предоставляет возможность судоводителю легко ориентироваться в узкостях и незнакомых районах плавания. Стоит отметить, что одним из существенных преимуществ совместного использования РИМ и ECDIS является возможность взаимного контроля навигационных и радиолокационных средств в наглядной форме, что качественно повышает степень надежности всегокомплекса.

С помощью РНМ решаются следующие задачи:

обеспечение полной совместимости ECDIS с различными типами приемо-передатчиков радаров ведущих фирм производителей;

формирование цифрового РЛ-образа всей акватории и передача его в ECDIS;

уменьшение влияния на цифровой РЛ-образ помех естественного и искусственного происхождения (от морского волнения, дождя, тумана, низких облаков, снеговых зарядов, соседних РЛС). Для этой цели применяются алгоритмы "scan-to-scan" и "sweep-to-sweep" корреляции. Первый вид корреляции характеризует стохастическую зависимость РЛ-данных, соответствующих последовательным посылкам зондирующих импульсов. "Sweep-to-sweep" корреляцией оценивается зависимость цифровых РЛ-образов, последовательно получаемых при разных оборотах антенны;

оптимальное выделение малоразмерных морских целей на фоне мешающих отражений от береговой черты и порᴛᴏʙых сооружений;

селекция РЛ-целей, измерение их координат и определение кинематических параметров;

реализация устойчивого к помехам алгоритма обработки видеосигналов целей.

3.1.7 Регистрация информации

ECDIS автоматически ведет электронный навигационный журнал и обеспечивает возможность дополнения его оперативньми записями вручную

. В электронный журнал автоматически заносятся: сведения о картах, на которых ведется прокладка, данные о корректурах к ним, кинематические параметры своего судна, элементы движения радиолокационных целей, информация об изменении состояния ECDIS и подключенных к ней устройств, параметры движения судна по маршруту.

При ведении судового журнала ECDIS обычно записывает данные только взятых оператором на автосопровождение целей. ECDIS, снабженная специальным целевыделителем, может записывать кинематические параметры всех судов-целей, находящихся в зоне обзора, независимо от того, взяты они оператором на автосопровождение или нет.

Возможен просмотр электронного журнала и воспроизведение обстоятельств плавания на электронной карте в реальном или ускоренном масштабах времени на базе журнальных сведений. Информация электронного судового журнала может быть распечатана на принтере. Текст с сайта Биг Реферат РУ

Следует отметить, что на современном этапе в электронном журнале детально сохраняются данные о процессе судовождения за определенный до текущего момента времени интервал, достаточный для выяснения причин возможной аварийной ситуации. Данный интервал времени составляет не менее 12 часов. Кинематические параметры нашего судна и судов-целей фиксируются в нем через промежуток времени, не больший 1 минуты. За остальное прошедшее время рейса записи в журнале сохраняются через больший интервал времени. В перспективных разработках ECDIS обращается внимание на возможность детального сохᴘẚʜᴇния всей навигационной информации за рейс с возможностью проигрывания любого участка перехода при его анализе на борту судна или в судоходной компании.

Электронный судовой журнал - это своего рода "черный ящик", который предоставляет возможность воспроизвести хронологию событий на любой момент времени. Но при этом на современном этапе записи электронного судового журнала не имеют юридической силы.

3.1.8 Предоставление дополнительной информации

Для ускорения поиска и представления судоводителю сведений, необходимых при выполнении им своих обязанностей, ECDIS снабжается базами данных из навигационных пособий и средствами Для работы с этими базами. Учитывая, что требуемая информация обычно связана с объектом или районом карты, то получение её в ECDIS организуется с помощью наведения курсора на элемент карты, к которому относятся запрашиваемые судоводителем сведения.

При наличии соответствующих баз данных таким образом быстро могут быть получены сведения об огнях и знаках, радиотехнических средствах, правилах плавания, течениях, приливо—отливных явлениях, портах и порᴛᴏʙых службах, обслуживающих мореплавателей станциях и др.

Для того, чтобы судоводитель мог составить представление о качестве карты, в ECDIS имеется возможность представлять сведения о карте (легенду): дату первого издания, дату большой корректуры, номер карты и её название, оригинальный масштаб, вид проекции, горизонтальный и вертикальный датумы.

В память ECDIS могут вводиться данные о маневренных характеристиках судна в форме, предусмотренной ИМО. Эта информация может при необходимости представляться судоводителю и использоваться при решении задач маневрирования.


3.1.9 Решение дополнительных задач

Из специальных задач наиболее распростᴘẚʜᴇнными в ECDIS являются предвычисление высот приливов с построением графика и расчет элеменᴛᴏʙ приливо-отливных течений. Оператор может предвычислять приливы только для пункᴛᴏʙ, данные которых хранятся во внутренней базе данных. Это могут быть пункты всего Мирового океана, либо отдельных районов, в которых эксплуатируется судно, Элементы приливо-отливных явлений могут рассчитываться на сутки или несколько суток. В поле графика прилива при помощи курсора можно выделить интервал времени, в котором величина прилива будет менее допустимой.

Некоторые реализуемые в ECDIS программы расчета приливо-отливных явлений предусматривают возможность добавления новых контрольных пункᴛᴏʙ, удаление существующих и редактирование данных. Учитывая, что расчеты приливо-отливных явлений производятся по гармоническим постоянным, то при добавлении и редактировании данных контрольных пункᴛᴏʙ оператору необходимо ввести гармонические постоянные в базу данных. Гармонические постоянные для различных пункᴛᴏʙ приводятся в Адмиралтейских таблицах приливов.

Кроме расчета приливо-отливных явлений ECDIS может решать задачи, связанные с штормованием судна, плаванием в условиях мелководья, производить расчет освещенности на переходе и т.д. Важно понимать - для производства различного рода вычислений ECDIS снабжается функциями электронного калькулятора.

3.1.10 Поддержание баз данных на уровне современности и обмен данными

Для поддержания баз данных на уровне современности ECDIS снабжается функциями электронной почты, позволяющей через сеть Интернет по каналам системы Инмарсат запрашивать и получать необходимую информацию: корректуры к картам и пособиям, новые карты и другие данные.

Возможен через электронную почту экспорт/импорт данных маршрута. Например, используя эту функцию, судоводитель может осуществлять обмен данными маршруᴛᴏʙ между различными судами. Другой возможностью является обмен данными маршруᴛᴏʙ между ECDIS и внешними навигационными устройствами. Например, экспорт данных маршрута из GPS-приемника в ECDIS.

По электронной почте может также производиться передача данных электронного судового журнала на другое судно, создание архивов записей, предоставление информации о движении судна сторонним организациям и т.п.

ECDIS также имеет функции для обновления информации вручную. Для внесения оператором срочной корректуры, не дожидаясь её официального получения по каналам связи, для учета корректур, получаемых от местных представительных служб и построения на карте дополнительных элеменᴛᴏʙ, связанных с подъемом карты в навигационном отношении, ECDIS снабжаются картографическим редактором. Картографический редактор имеет набор инструменᴛᴏʙ, с помощью которых можно, используя пользовательские слои, наносить на карту различные символы, линии, площади, текст, производить заливку замкнутых фигур цветом и пр.

Операции ручной корректуры просты в работе и могут быть выполнены непосредственно в море. Текст с сайта Биг Реферат РУ ECDIS учитывает объекты ручной корректуры при решении задач обеспечения навигационной безопасности.

3.1.11 Управление движением судна

ECDIS может работать в режиме управления движением судна по маршруту. Важно понимать - для этой цели предусматривается возможность подключения к ECDIS авторулевого. ECDIS работает с авторулевым на базе протокола IЕС 61162-1. Взаимодействуя с авторулевым. ECDIS обеспечивает выполнение функций управления движением судна:

Мобилизацию центра массы судна на отрезке маршрута, выполнение повороᴛᴏʙ запланированным образом, плавание вдоль проложенного маршрута или же к временной путевой точке.

В системах, реализующих автоматическое управление движением судна по маршруту, авторулевой должен быть адаптивным и способным автоматически выполнять повороты при переходе на новый отрезок пути по предварительно заданным значениям радиуса или угловой скорости поворота.

При нарушении в ECDIS функции удержания судна на маршруте, система должна подать тревожный сигнал, отключить функцию автоматического управления движением судна по маршруту и перевести авторулевой в режим стабилизации курса. Если нарушение этой функции происходит при плавании по отрезку маршрута, авторулевой должен перейти на удержание курса, соответствующего направлению активного отрезка пути. Если нарушение происходит во время осуществления поворота, то его выполнение должно быть доведено до конца, после чего авторулевой должен перейти в режим стабилизации курса, соответствующего направлению нового отрезка пути.

3.1.12 Другие функции

ECDIS может выполнять и другие функции, ряд из них характеризуется ниже.

Функции измерений позволяют с помощью курсора определить географические координаты любой точки на карте; пеленг (курсовой угол) и дистанцию между текущим местом судна или выбранной оператором точкой и точкой, указываемой курсором.

Функция "Человек за бортом" - фиксирует место падения человека на карте и выдает на индикацию координаты этого места и все необходимые сведения для поиска человека.

Функции планирования и обеспечения операций поиска и спасания - используются для организации и проведения поисково-спасательных операций на море как индивидуально (одним судном), так и в составе группы судов. Организация операции заключается в расчете маршрута/маршруᴛᴏʙ движения судов с учетом квадрата поиска, видимости и т.п. Расчет маршруᴛᴏʙ движения ведется на базе рекомендаций MERSAR и IMOSAR, изданных Международной гидрографической организацией.

Функции трехмерного моделирования рельефа дна обеспечивают судоводителю возможность ознакомления с изображением профиля рельефа дна в виде "объемного" изображения. Источниками информации для построения профиля служат данные карты и эхолота.

Возможными областями применения этих функций являются: маневрирование в условиях ᴄᴫᴏжного рельефа дна, проведение гидрографических операций и промысловых работ и т.д.

Функции обучения работе с ECDIS и тренажа. В памяти ECDIS может помещаться программа для обучения работе с ECDIS с примерами использования её функций

. В ряде систем может моделироваться процесс проводки судна в различных районах с предоставлением судоводителю возможности использования функций ECDIS с целью обучения и тренажа. Оператором может быть выбрана карта, помещено на ней свое судно, заданы его элементы движения, нанесены на карту условные цели и заданы их курс и скорость.

3.2 О функциональных возможностях растровых НИКС

Трудности быстрого получения векторных ЭК на начальном этапе развития электронных карт с одной стороны и желание уже в то время использовать преимущества ЭК с другой, обусловили работы по более легкому растровому направлению создания ЭК.

Британское Гидрографическое управление стало первой в мире официальной государственной организацией, которая с 1993 г. стала создавать растровые карты и снабжать ими морские суда. С весны 1994 г. оно ввело в свой состав новую службу - ARCS (Admiralty Raster Chart Sendee - Обслуживание адмиралтейскими растровыми картами). Официальные растровые карты выпускаются и гидрогафической службой США (NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration).

Были разработаны и методы корректировки RNC. Нахождение данных RNC в электронной памяти предоставляет возможность на выбранные места карты заносить новую информацию. Еженедельное извещение мореплавателям (ИМ) для корректуры RNC закодировано так, чтобы покрывать в местах корректировки изображение карты растровыми пятнышками размером в один квадратный дюйм. На этих пятнышках и помещается корректурная информация.

Растровая карта довольно точно привязывается к координатной системе и на ней может выполняться планирование пути и ведение исполнительной прокладки. Как и для ENC при отображении RNC в Различных условиях освещенности могут использоваться различные палитры цвеᴛᴏʙ (ясный день, пасмурный день, сумерки, ночь).

Однако системы с растровыми картами - RCDS не имеет полных Функциональных возможностей ECDIS. По этой причине они могут быть использованы только с соответствующим набором бумажных карт, приведенных на уровень современности.

ИМО своим циркуляром (SN/Circ.207. - Differences between RCDS and ECDIS. - 7 Jun, 1999) обращает внимание судоводителей на следующие ограничения RCDS.

Растровые системы не дают возможности организовать автоматическую сигнализацию об опасных ситуациях по данным карты. Определенные сигналы об опасностях могут генерироваться RCDS по введенной пользователем информации, к примеру : об отклонении от маршрута на величину, превышающую заданную; о приближении к введенной линии опасной изобаты и к отдельным отмеченным маркерами опасностям; о пересечении районов со специальными условиями с занесенными предварительно границами и др.

Учитывая, что растровые карты создавались по бумажным картам с разными системами отсчета координат, то их горизонтальные датумы отличаются. Данные растровых карт не могут быть пересчитаны на другой датум. На это следует обращать внимание при использовании РНС и СНС, работающих в геодезической системе, отличной от карты. Несоответствие датумов выражается в смещении позиции судна. На растровой карте эта разница наиболее заметна при пересечении отметкой судна сетки карты.

Нагрузка растровой карты не может быть упрощена или убрана с целью её приспособления к навигационным обстоятельствам или решаемой задаче. Это может влиять на накладываемую от РЛС/САРП информацию.

RNC может отображаться в оригинальном масштабе и в других масштабах, при этом все элементы карты, включая надписи, изменяются пропорционально изменению масштаба

. В результате чрезмерное увеличение или уменьшение масштаба может серьезно ухудшить разборчивость изображения.

Без выбора различных по масштабу карт, возможность просмотра районов по пути следования может быть ограничена. Это может вести к определенным неудобствам при определении дистанций, пеленгов или идентификации отдаленных объекᴛᴏʙ.

При изменении ориентации растровой карты на дисплее происходит поворот всех приведенных на ней надписей и символов

. В результате ориентировка RNC иначе, чем по норду, ухудшает разбор текста и символов на карте.

Применение RNC сопровождается затруднениями в получении дополнительной информации. На растровой карте невозможно использовать отличительные особенности нагрузки карты для организации получения дополнительной информации о картографических объектах путем отметки их курсором.

Невозможно автоматически выделить безопасную изобату судна или безопасные глубины и показать их на экᴘẚʜᴇ, если только не отметить их вручную при планировании пути.

По объему файл растровой карты значительно больше файла векторной карты, содержащего данные одного с растровой картой района.

Необходимо также заметить, что системы с RNC (также как и автоматизированные навигационные системы с упрощенными и бумажными картами) не совсем корректно называть картографическими, учитывая, что в них, за исключением корректуры, картографические операции не производятся.

Системы с растровыми картами рассматриваются IMO как промежуточные, способные восполнить ᴨᴏᴛребность судоводителей в ЭК на этапе, пока работы по созданию полной коллекции ecdis-карт и снабжению ими судов не будут полностью завершены.


4. Анализ информации основных внешних навигационных датчиков НИКС

 

4.1. Основные навигационные характеристики датчиков информации

 

Для решения задач судовождения навигационно-информационная компьютерная система должна обеспечивать возможность подключения к ней различных датчиков информации: курсоуказателей (гирокомпаса, магнитного компаса с дистанционной передачей показаний, флюксгейт-компаса); лагов (относительного и абсолютного); эхолота, радиолокатора и САРП; приемников РНС, СНС, NAVTEX; а также УКВ транспондера АИС.

Касаясь позиционных средств, следует отметить, что основными из них при решении задач навигации морских судов стали космические системы GPS и ГЛОНАСС. Роль береговых систем определения положения снизилась. Информация с сайта Бигреферат.ру / bigreferat.ru РНС «Омега» уже выведена из эксплуатации. Действие системы «Декка» планируется прекратить в 2002 году.

РНС «Лоран-С» по плану будет оставаться в эксплуатации для обеспечения надежности судовождения до 2015 года, и служить в качестве независимого средства, позволяющего обнаружить нарушения в правильности выдаваемой приемоиндикаторами СНС информации. Погрешность определения положения (Р=0.95) по РНС «Лоран-С» зависит от взаимного расположения судна и станций системы и лежит в пределах 0:1-0.25 NM (nautical miles - морских миль). Точность этой РНС может быть несколько увеличена за счет синхронизации работы наземных станций с помощью сигналов времени от СНС, погрешность которых составляет 10-15 нс.

Качество датчиков информации и их способность выполнять те или иные задачи в области судовождения принято оценивать навигационными характеристиками, которые зависят от технических параметров датчиков. К основным навигационным характеристикам датчиков информации относятся: зона действия (диапазон измерений) разрешающая способность, точность, надежность, помехозащищенность, продолжительность одного измерения и частота измерений.

Диапазон измерений Ym определяется минимальным Ymin и максимальным Ymax значением измеряемой величины: ,

Под разрешающей способностью ∆Y понимается определенная минимальная величина приращения измеряемого параметра, которая еще может быть измерена прибором. Разрешающая способность ряда измерительных устройств может быть вычислена через допустимую относительную погрешность е прибора, выраженную в процентах:

 

Точность представляет собой характеристику допускаемых при измерении погрешностей. Общепринятым критерием точности в судовождении является величина 95% погрешности измерения параметра (Р=0.95).

Под надежностью понимается способность аппаратуры выполнять свои задачи в течение определенного времени. Надежность аппаратуры характеризуется вероятностью безотказной работы, временем наработки на отказ и другими характеристиками.

Под помехозащищенностью понимается способность прибора сохранять свои навигационные характеристики в условиях действия различных помех.

Продолжительность одного измерения (определения) - это временной интервал от момента начала измерения навигационного параметра до момента выдачи результата измерения. Когда такое время мало, измерения называются мгновенными.

Частота измерений (определений) характеризуется интервалом времени между двумя последовательными измерениями навигационного параметра. Когда такая частота является достаточно высокой, измерения считаются непрерывными.

4.2 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°. Важно понимать - 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. Важно понимать - для лагов гражданских морских водоизмещающих судов ϶ᴛόᴛдиапазон 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 предоставляет возможность 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 данном режиме при измерении скорости не учитывается течение. Доплеровские и корреляционные лаги обычно измеряют продольную и поперечную составляющие скорости судна. По этой причине 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%.


4.3 Анализ информации СНС.

4.3.1 Преимущества совместной работы НИКС со спутниковыми навигационными системами

НИКС должна иметь возможность непрерывного отображения места судна на базе обсерваций, точность которых соответствует требованиям безопасного плавания. Информацию для таких обсерваций предоставляют радионавигационные системы, береговые (РНС) или космические (СНС), а кроме того РЛС

. В 1989 г. Резолюцией А.666(16) ИМО приняла эксплуатационные требования к Всемирной радионавигационной системе (ВРНС), информация которой отвечает целям судовождения

. В соответствии с этими требованиями ВРНС должна обеспечивать глобальность покрытия, непрерывность работы и выдачу координат с точностью, отвечающей стандартам точности судовождения. Система определений места или её элементы должны быть одобрены ИМО.

Для морского судовождения обсервации могут считаться непрерывными, когда их частота составляет один раз в минуту и больше. Современные требования к точности судовождения определены резолюцией А. 815(19), принятой ИМО в 1995 г. Согласно этим требованиям в открытом море и в прибрежных водах место судна должно быть известно с 95%-погрешностью, не превышающей 4% расстояния до препятствия, но не большей 4 миль. Точность определения места при плавании в стесненных условиях должна быть не хуже 10 м.

К требуемой ИМО ВРНС наиболее близки по своим характеристикам среднеорбитальные спутниковые навигационные системы. В 1996 г. по заявкам правительств США и России ИМО одобрила системы GPS (Global Position System) и ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система), с объявленными точностями 100 м - у GPS и 45 м - у ГЛОНАСС. Приемоиндикаторы среднеорбитальных СНС включены в состав обязательной судовой навигационной аппаратуры, предусматриваемой главой 5 СОЛАС. С 2000 г. по решению Правительства США был отменен ввод погрешностей искусственного происхождения в данные GPS и её точность повысилась до 35-45 м.

Системы GPS и ГЛОНАСС не соответствуют современным требованиям к точности определений места только при плавании в стесненных условиях. Стоит отметить, что одним из способов удовлетворения точности плавания в стесненных водах с помощью среднеорбитальных СНС является использование ими дифференциального режима определения - DGPS, который предоставляет возможность установить координаты объекта с точностью 1-5 м.

Приемоиндикаторы среднеорбитальных СНС и аппаратура отображения навигационных карт выгодно дополняют друг друга. Их совместное применение предоставляет возможность отображать положение судна в реальном масштабе времени, что имеет особенное значение при плавании в стесненных водах. При использовании бумажных карт требуется определенное время для переноса позиции судна с приемоиндикатора СНС на карту, что вызывает запаздывание в отображении текущей позиции. Кроме того, на бумажной карте нет возможности отображать положение судна непрерывно. При использовании систем отображения электронных карт на судне может быть установлен недорогой приемник СНС, учитывая, что дополнительные навигационные задачи в данной ситуации будут решаться НИКС.

При работе GPS в дифференциальном режиме в районе опорной станции НИКС оказывает значительную помощь судоводителю при плавании в стесненных водах, предоставляя в реальном времени точное положение судна на ЭК. Расширение сети опорных станций DGPS способствует значительному повышению роли НИКС в обеспечении безопасного судовождения.

4.3.2 Краткая характеристика GPS и её погрешностей

Состав системы. Спутниковая навигационная система Миʜᴎϲтерства Обороны США GPS, называемая также NAVSTAR (Navigation System using Timing and Ranging), состоит из 24 навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ), наземного командно-измерительного комплекса и аппаратуры потребителей. Она является глобальной, всепогодной, навигационной системой, обеспечивающей определение координат объекᴛᴏʙ с высокой точностью в трехмерном околоземном пространстве.

Спутники GPS расположены на шести средневысоких орбитах (высота 20183 км) и имеют период обращения 12 часов. Плоскости орбит расположены через 60° и наклонены к экватору под углом 55˚. На каждой орбите располагается 4 спутника, три основных спутника и один запасной. 18 спутников - это минимальное количество для обеспечения видимости в каждой точке Земли не менее 4-х спутников.

Система предназначена для обеспечения навигации воздушных и морских судов и определения времени с высокой точностью. Она может применяться в режиме двухмерной навигации - 2D (определение навигационных параметров объекᴛᴏʙ на поверхности Земли) и в трехмерном режиме - 3D (измерение навигационных параметров объекᴛᴏʙ над поверхностью Земли). Важно понимать - для нахождения положения объекта в трехмерном режиме требуется измерить навигационные параметры не менее 4-х НИСЗ, а при двухмерной навигации - не менее 3-х НИСЗ.

В системе используется псевдодальномерный метод определения положения и псевдорадиально-скоростной метод нахождения скорости объекта.

Важно понимать - для повышения точности результаты определений сглаживаются с помощью фильтра Калмана.

Излучение навигационных сигналов спутниками GPS производится на двух частотах: Fl=1575,42 и F2=1227,60 МГц. Режим излучения -непрерывный с псевдошумовой модуляцией. Навигационные сигналы представляют собой защищенный Р-код (precision code), излучаемый на часотах Fl, F2, и общедоступный С/А-код (coarse and acquisition code), излучаемый только на частоте Fl.

В GPS для каждого спутника определен свой уникальный С/А-код и уникальный Р-код. Такой вид разделения сигналов спутников называется кодовым. Он предоставляет возможность в приемнике распознавать, какому спутнику принадлежит сигнал, когда несущая частота сигналов всех спутников одинакова.

GPS предоставляет два уровня обслуживания ᴨᴏᴛребителей; точные определения (PPS - Precise Positioning Service) и стандартные определения (SPS - Standard Positioning Service). PPS основывается на точном Р-коде, а SPS - на общедоступном С/А-коде. Уровень обслуживания PPS предоставляется военным и федеральным службам США, а SPS - массовому гражданскому ᴨᴏᴛребителю.

Кроме кодов Р и С/А спутник регулярно передает сообщение, которое содержит информацию о состоянии спутника, его эфемеридах, системном времени, прогнозе ионосферной задержки, показателях работоспособности.

Борᴛᴏʙая аппаратура GPS состоит из антенны и приемоиндикатора (ПИ). ПИ включает в себя приемник, вычислитель, блоки памяти, устройства управления и индикации

. В блоках памяти хранятся необходимые данные, программы решения задач и Управления работой приемоиндикатора

. Учитывая зависимость от назначения используется два вида борᴛᴏʙой аппаратуры: специальная и для массового ᴨᴏᴛребителя.

Специальная аппаратура предназначена для определения кинематических параметров ракет, военных самолеᴛᴏʙ, кораблей и специальных судов. При нахождении параметров объекᴛᴏʙ в ней используются Р и С/А коды. Эта аппаратура обеспечивает практически непрерывные определения с точностью: местоположения объекта - 5-7 м, скорости - 0.05-0.15 м/с, времени - 5-15 нс.

Аппаратура для массового гражданского потребителя, в том числе и для морских судов, уступает по своим характеристикам специальной аппаратуре. Текст с сайта Биг Реферат РУ Определение кинематических параметров объекᴛᴏʙ ведется в ней по наблюдениям находящихся в зоне видимости НИСЗ с использованием только С/А-кода. Эта аппаратура проще и дешевле специальной аппаратуры. Она способна обеспечивать точность определения местоположения порядка 35-45 м. Но при этом Миʜᴎϲтерство Обороны США с военной точки зрения посчитало предоставление такой точности всем без исключения ᴨᴏᴛребителям ᴨᴏᴛенциально опасным и искусственно снижала точность местоопределения до 100 м. Важно понимать - для этого в режиме SPS формировались ошибки искусственного происхождения (погрешности режима селективного доступа), вносимые в сигналы на борту спутников. С 2000 г. Правительством США ввод искусственных ошибок в данные GPS был отменен.

Погрешности и ограничения. Основными источниками погрешностей, влияющих на точность борᴛᴏʙой аппаратуры для массового ᴨᴏᴛребителя, являются:

• Ионосферные погрешности, обусловленные задержками в распростᴘẚʜᴇнии радиоволн в верхних слоях атмосферы, которые приводят к ошибкам определения положения порядка 20-30 м днем и 3-6 м ночью.

• Тропосферные погрешности, причиной которых являются искажения в прохождении радиоволн через нижние слои атмосферы. Они не превышают 30 м.

• Эфемеридная погрешность, обусловленная разностью между расчетным и действительным положениями спутника, которая составляет не более 3 м.

• Погрешность определения расстояния до спутника, обычно не превышающая 10 м.

Средняя квадратическая величина погрешности режима селективного доступа (ошибки искусственного происхождения, вносимой до 2000 г. с целью загрубления навигационных измерений) составляла примерно 30 м.

Следует также обратить внимание и на периодическое возникновение в системе зон PDOP (Position Dilution of Precision), в которых не обеспечивается объявленная точность навигации. Эти зоны появляются в течении 5-15 мин в диапазоне 30-50° северной и южной широт.

Дифференциальный метод определений. Основным способом повышения точности местоопределений GPS в режиме SPS является применение принципа дифференциальных навигационных измерений. Дифференциальный способ (DGPS) реализуется с помощью опорной станции с известными координатами, устанавливаемой в районе определений места. На станции располагается контрольный GPS-приемник. Сравнивая свои известные координаты с измеренными, контрольный GPS-приемник вырабатывает поправки, которые передаются ᴨᴏᴛребителям по радиоканалу. Аппаратура ᴨᴏᴛребителя в данной ситуации должна быть дополнена радиоприемником для получения дифференциальных поправок. Поправки, принятые от опорной станции, автоматически вводятся в результаты измерений. Это предоставляет возможность установить в районе опорной станции координаты объекта с точностью 1-5 м. Точность DGPS-определений зависит от характеристик опорной станции и от расстояния от объекта до опорной станции. По этой причине опорную станцию рекомендуется располагать не далее 500 км от объекта.

Существенной проблемой, снижающей эффективность системы GPS, является неточность геодезической съемки ряда районов Земли. GPS представляет координаты определяющихся объекᴛᴏʙ во всемирной геодезической системе WGS84. Существуют поправки для перехода от этой системы к ряду других геодезических систем. Но при этом не ко всем. Вместе с  этим, горизонтальный датум значительного количества навигационных карт неизвестен

. В ряде районов Земли (к примеру , островов Юго-восточной Азии), съемка которых производилась в далеком прошлом, из-за больших погрешностей опорных точек геодезической сети отличия координатной системы карты от WGS84 могут быть значительными. Из-за отсутствия поправок место судна в системе WGS84, перенесенное на такую карту, может оказаться на берегу.

4.3.3 Краткая характеристика системы «ГЛОНАСС»

Советская глобальная спутниковая навигационная система (ГЛОНАСС) состоит из 24 НИСЗ, наземного командно-измерительного комплекса и аппаратуры ᴨᴏᴛребителей. Она является глобальной, всепогодной, навигационной системой, обеспечивающей определение координат объекᴛᴏʙ с высокой точностью в трехмерном околоземном пространстве

. В полном объеме функционирование ГЛОНАСС началось с января 1996 г.

Спутники ГЛОНАСС расположены на трех средневысоких орбитах (высота 19100 км) и имеют период обращения 11 часов 15 минут. Плоскости орбит расположены через 120° и наклонены к экватору под углом 64.8°. На каждой орбите располагается 8 спутников.

Каждый спутник излучает информацию о своей точной позиции и информацию о позициях других спутников. Излучение навигационных сигналов спутниками ГЛОНАСС производится на двух несущих частотах: F1 и F2. Режим излучения - непрерывный с псевдошумовой модуляцией. В отличие от GPS, каждый спутник ГЛОНАСС имеет свои значения F1 и F2. Значения частот F1 всех спутников ГЛОНАСС лежат в диапазоне 1602.6-1615.5 МГц и отличаются для разных спутников на величину, кратную 0.5625 МГц. Соответственно значения частот F2 находятся в диапазоне 1246.4-1256.5 МГц и отличаются для разных спутников на величину, кратную 0.4375 МГц.

Навигационные сигналы представляют собой Р-код , излучаемый на часотах F1, F2, и С/А-код, излучаемый только на частоте F1

. В отличие от GPS, где коды Р и С/А для разных спутников разные, в ГЛОНАСС они одинаковы для всех спутников. На основании выше сказанного приходим к выводу, что в отличие от применяемого в GPS кодового метода в ГЛОНАСС реализован частотный метод различения навигационных сигналов спутников.

Аппаратура пользователей включает оборудование, необходимое для сопровождения спутников, определения позиции, скорости и времени по данным орбит спутников и измерениям навигационных параметров. Важно понимать - для приема навигационных сигналов имеется 24 частотных канала. В среднем точность определения положения с помощью специальной борᴛᴏʙой аппаратуры ГЛОНАСС составляет 8 метров. Если GPS имеет наилучшую точность в средних широтах, то ГЛОНАСС - в высоких.

ГЛОНАСС дает место в геодезической системе П390. Разность между положением объекта в П390 и WGS84 не превышает 15 м, в среднем она составляет 5 м

. В настоящее время уточняются для разных районов Земли точные значения поправок для перехода от системы П390 к WGS84.

Система ГЛОНАСС может использоваться совместно с GPS (GPS and GLONASS Global Navigation Satellite System - GNSS). Это предоставляет возможность по сравнению с GPS повысить точность и надежность определений за счет увеличения числа наблюдаемых спутников. улучшения геометрии их расположения в высоких широтах, использования обоих кодов ГЛОНАСС в аппаратуре для массового ᴨᴏᴛребителя, что дает возможность более точно учесть в GPS ионосферную погрешность.

4.4 Информация радиолокатора и САРП

Радиолокатор является для НИКС одним из основных датчиков информации для определений положения и параметров движения судна в стесненных водах. Радиолокационные определения места производятся путем привязки к элементам береговой черты. Вместе с  этим, информация РЛС и САРП играет основную роль при решении задач предупреждения столкновений судов. Характеризуя информацию РЛС и САРП, необходимо отметить следующее.

Дальность обнаружения объекᴛᴏʙ в РЛ-системе зависит от нескольких фаеторов, размеров и отражающей способности самих объекᴛᴏʙ, характеристик РЛС, высоты антенны, наличия помех.

При нормальных условиях распростᴘẚʜᴇния радиоволн, когда высота антенны над уровнем моря равна 15 м и нет помех, РЛС должна давать четкое изображение:

• Берега - на расстоянии 20 NM, когда он возвышается над уровнем моря до 60 м; и на расстоянии 7 NM, когда он поднимается до 6 м;

• Надводных объекᴛᴏʙ: судов вместимостью 5000 брт независимо от ракурса - на расстоянии не менее 7 NM; малых судов длиной порядка 10 м - на расстоянии не менее 3 NM; объекᴛᴏʙ, таких как навигационные буи, имеющих эффективную отражающую поверхность порядка 10 кв.м. - на расстоянии не менее 2 NM. Когда антенна расположена на высоте 15 м над уровнем моря, то даже в условиях помех от моря РЛ-система должна давать четкую отметку стандартного радиолокационного отражателя на расстоянии до 3.5NM.

Говоря о минимальной дистанции РЛС, следует отметить, что надводные объекты должны быть четко отображены на экᴘẚʜᴇ РЛС, начиная с минимальной горизонтальной дистанции 50 м от позиции антенны.

Определение места судна с помощью РЛС производится по измерениям пеленгов и расстояний береговых объекᴛᴏʙ либо обзорньм методом (совмещением радиолокационного изображения с изображением береговой черты на ЭК).

Погрешность измерений дистанций с помощью РЛС не должна превышать 1% от значения шкалы дальности. Основными Компонентами погрешности РЛ-измерения дистанции до точечного объекта в автоматическом режиме слежения за ним являются: погрешность от нестабильности задержки излучения зондирующего импульса передатчика относительно импульса синхронизации РЛС, погрешность от кванᴛᴏʙания по времени РЛ-сигнала и нестабильность генератора кванᴛᴏʙ дальности, отклонение центра отметки объекта от его реального положения.

Погрешность измерения пеленга складывается из погрешности курсоуказания и погрешности измерения курсового угла

. В автоматическом режиме слежения за точечным объектом погрешность измерения курсового угла включает в себя: погрешность от кванᴛᴏʙания угла поворота антенны, люфт антенны, погрешность из-за несиметричности и ширины диаграммы направленности антенны, погрешность от качки судна, погрешность от флуктуации по пеленгу центра РЛ-отметки объекта.

Суммарная погрешность измерения курсового угла обычно не превышает 0.4°.

Разрешающая способность по дистанции РЛ-системы на шкале 1.5 NM должна быть не более 40 метров в ситуации, когда две точечные цели расположены на одном пеленге в пределах пространства 50-100% от значения шкалы. Соответственно разрешение по пеленгу на этой шкале для двух точечных целей, расположенных на одном расстоянии от центра в пределах 50-100% значения шкалы должно быть не более 2.5° .

На качество радиолокационной информации влияют состояние атмосферы, ветер, дождь, град, снег, туман и смог, облака, песчаные бури, теневые сектора, работа радаров других судов и др. факторы. Эти обстоятельства могут стать причиной радиолокационной "невидимости" объекᴛᴏʙ, срывов автосопровождения целей, увеличения погрешностей измерений и погрешностей элеменᴛᴏʙ движения целей, вычисляемых на основе измерений.

Точность результаᴛᴏʙ вычислений в САРП кинематических параметров целей зависит от точности измеряемых пеленгов и дистанций, погрешностей параметров, характеризующих движение своего судна, геометрии сближения, стадии автосопровождения (захват траектории или устойчивое сопровождение). Следует отметить, что маневр судна обычно выявляется САРП с запозданием порядка 1 мин. Сразу после маневра представляемые САРП значения кинематических параметров целей содержат значительные погрешности и требуется порядка 3 мин, чтобы точность вычисляемых параметров снова стала удовлетворительной.

При использовании САРП для определения кинематических параметров собственного судна на сопровождение берутся неподвижные навигационные ориентиры. Эффективность решения этой навигационной задачи зависит от ряда факторов. Максимальная и минимальная дальность надежного для сопровождения ориентира зависит от характеристик РЛ-системы, геометрических размеров и отражающей способности самого ориентира, наличия теневых секторов РЛС, её мертвой зоны, состояния моря. Устойчиво САРП сопровождает только точечные ориентиры. Предсказать стабильность автосопровождения протяженного ориентира очень ᴄᴫᴏжно. При сопровождении точечных ориентиров могут наблюдаться срывы, а порой невозможность захвата, если точечный объект расположен близко к берегу, или входит в группу близко расположенных друг к другу точечных объекᴛᴏʙ.

4.5 Автоматические идентификационно-информационные системы

Автоматическая идентификационно-информационная система (АИС) является техническим средством судовождения, использующим взаимный обмен между судами, а кроме того между судном и берегом, с целью опознавания судов, решения задач по предупреждению столкновений, контроля соблюдения режима плавания и мониторинга судов в море. Текст с сайта Биг Реферат РУ

Согласно пересмотренного в сентябре 1999 г. правила 19 главы 5 «Конвенции по охᴘẚʜᴇ человеческой жизни на море» (СОЛАС), все совершающие международные рейсы суда валовой вместимостью от 300 рег.т. и более, каботажные грузовые суда от 500 рег.т. и выше, а кроме того пассажирские суда независимо от их размера, следует в ближайшее время оборудовать АИС.

Так, все снова строящиеся суда, которые будут входить в эксплуатацию после 1 июля 2002 г., обязаны иметь АИС.

Для судов, построенных до 1 июля 2002 г., определено следующее. На пассажирских судах и танкерах требуется установить АИС до 1 июля 2003 г. Суда, кроме пассажирских и танкеров, должны быть оборудованы АИС не позднее:

• Суда 50000 рег.т. и более -1 июля 2004 г.;

• Суда от 10000 до 50000 рег.т. -1 июля 2005 г.;

• Суда от 3000 до 10000 рег.т., -1 июля 2006 г.;

• Суда от 300 до 3000 рег.т., - 1 июля 2007 г.;

• Каботажные суда - 1 июля 2008 г. От выполнения указанных требований могут освобождаться суда, которые будут выведены из эксплуатации в течение двух лет после указанных дат.

Для обеспечения безопасного расхождения судов в море аппаратурой АИС необходимо оснащать не только транспортные, но и рыболовные суда, а кроме того военно-морские, пограничные корабли и суда специального назначения.

Следует отметить, что внедрение АИС не требует больших затрат. Стоимость судовой аппаратуры АИС при массовых поставках будет составлять порядка 2+3 тыс. долларов США. Расходы на наземное оборудование, размещаемое на станциях УКВ-связи зоны А1 ГМССБ или на СУДС, не превысит 10-15 тыс. долларов.

4.5.1 Назначение АИС, её режимы работы. Документы, определяющие использование АИС в судовождении

Назначение АИС. Автоматические идентификационно-информационные системы предназначены:

• для обмена навигационными данными между судами при их расхождении в море;

• для передачи данных о судне и его грузе в береговые службы;

• для передачи с судна навигационных данных в береговые системы управления движением судов (СУДС) с целью обеспечения более точной и надежной его проводки в зоне действия СУДС. По линии АИС с берега могут передаваться навигационные и метеорологические предупреждения на суда, плавающие в прибрежных водах.

При намечаемом дальнейшем сопряжении судовой АИС со станцией спутниковой связи ИНМАРСАТ-С станет возможным осуществлять мониторинг флота в глобальном масштабе, включая прибрежные воды, рыболовную и экономическую зоны.

Режимы работы АИС. Основным режимом работы судовой АИС является «автономный и непрерывный» режим. Судовая АИС в этом случае передает блоки информации на одной частоте с короткими временными интервалами. Всемирная радиоконференция выделила в УКВ диапазоне для работы АИС две частоты: 161,975 МГц (AIS-1) и 162,025 МГц (AIS-2). Автономный режим используется при работе АИС во всех районах плавания.

Следует заметить, что при необходимости представители компетентной власти в районе действия СУДС могут переключить АИС с «автономного режима» на один из следующих режимов:

• «назначенный» (предписанный режим) - при котором интервал передачи данных либо различных блоков информации судовой АИС устанавливается дистанционно с берега;

• «по запросу» (контролируемый режим) - когда данные передаются судовой АИС только в ответ на запрос с берега или от другого судна.

Документы, определяющие использование АИС в судовождении. Эксплуатационные требования к АИС на настоящем этапе определены принятой 12 мая 1998 г. резолюцией ИМО MSC.74(69) - «Рекомендации по эксплуатационным требованиям к универсальной судовой системе автоматического опознавания (АИС)».

Основные принципы построения АИС установлены Рекомендацией M.I 371, выпущенной в октябре 1998 г. Международным союзом электросвязи (МСЭ-Р).

Технические параметры АИС и методы их испытаний определены стандартом №61993-2, разработанным Международной Электротехнической Комиссией (МЭК).

Для предотвращения несанкционированного распростᴘẚʜᴇния данных АИС следует выполнять требования Резолюции ИМО MSC/43(64) - «Руководство и критерии для систем судовых сообщений».


4.5.2 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. Важно понимать - 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 досᴛᴏʙерности 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 тексᴛᴏʙым 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 предоставляет возможность контролировать её 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 экᴘẚʜᴇ пульта оператора, на дисплее береговой ECDIS, на дисплеях подключенных к СУДС персональных компьютеров).


4.5.3 Функции АИС, предоставляемые сведения, частота обновления данных

Автоматическая идентификационно-информационная система обеспечивает:

• автоматическое и непрерывное предоставление компетентным береговым властям и другим судам информации для опознавания, о типе груза и навигационном состоянии;

• прием и обработку информации подключенных к АИС систем и устройств на собственном судне, а кроме того данных от компетентных властей и других судов, поступающих по каналу связи АИС;

• ответ с минимальной задержкой на сигналы, относящиеся к высокому приоритету и безопасности;

• предоставление информации о местонахождении, кинематических параметрах и маневрировании собственного судна с частотой обновления, достаточной для обеспечения точного сопровождения судна компетентной властью и другими судами;

• обнаружение вывода из строя АИС и предотвращение несанкционированного изменения введенных или передаваемых данных;

• возможность отключения АИС капитаном судна в тех районах, где информация АИС может быть использована для неблаговидных целей, в частности - пиратами.

Информация, предоставляемая АИС. Передаваемая АИС-транспондером информация может быть разделена на информацию о судне, сведения о рейсе, короткие сообщения о безопасности.

Информация о судне делится на статическую и динамическую. Статическая информация включает в себя:

• ИМО номер судна (если он имеется);

• Позывной сигнал и название судна;

• Значения длины и ширины судна;

• Тип судна;

• Данные, характеризующие расположение на судне антенны электронной позиционной системы.

Динамическая информация о судне - это сведения о его положении, элементах движения, навигационном статусе. Навигационный статус характеризует состояние судна как объекта маневрирования

. В перечень видов навигационного состояния судна входят следующие значения: «судно не управляется», «судно ограничено в возможности маневрирования», «судно на якоре», «судно стоит на мели», «судно занято буксировкой» и т.д. Информация о состоянии судна вводится в память системы вручную. Данные об элементах движения судна поступает в АИС автоматически от соответствующих датчиков по линиям синхронных передач. Имеется также возможность ручного ввода этой информации. Динамическая информация включает в себя:

• Координаты положения судна с указанием их точности;

• Время UTC, которому соответствуют значения передаваемых данных;

• Курс относительно грунта (путевой угол);

• Скорость относительно грунта (путевая скорость);

• Курс судна (направление диаметральной плоскости судна);

• Навигационное состояние судна;

• Угловая скорость поворота (где возможно);

• Угол крена (если возможно);

• Угол килевой и борᴛᴏʙой качки (если возможно).

Информация, связанная с рейсом, содержит значение осадки судна, сведения о наличии опасного груза и его тип. По усмотрению капитана в эту информацию может включаться порт назначения судна, ожидаемое время прибытия в него и план перехода (последовательность координат путевых точек).

Частота обновления информации. В автономном режиме работы АИС различные типы информации передаются с разной частотой. Статическая информация о судне передается каждые 6 минут и по требованию. Интервал передачи динамической информации зависит от скорости судна и изменения курса (табл. 4.1). Связанные с рейсом сведения передаются с периодом 6 минут, при изменении этих данных и по запросу.

Сообщения относительно безопасности передаются по мере надобности.

Таблица 4.1.

Интервал передачи данных, характеризующих движение судна.

Состояние судна

Интервал между сообщениями

Судно на якоре

3 минуты
Скорость 0-14 узлов 12 секунд
Скорость 0-14 узлов и меняющийся курс 4 секунды
Скорость 14-23 узла 6 секунд
Скорость 14-23 узла и меняющийся курс 2 секунды
Скорость более 23 узлов 3 секунды
Скорость более 23 узлов и меняющийся курс 2 секунды

Для того чтобы обеспечить все эксплуатационные варианты, АИС должна обрабатывать не менее 2000 сообщений в минуту.

4.5.4 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 распростᴘẚʜᴇнию 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 элеменᴛᴏʙ 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. По этой причине 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 элеменᴛᴏʙ 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 базе включения в них дифференциальных станций СНС, аппаратуры АИС, а кроме того средств компьютерной обработки данных. Установка в зоне действия СУДС опорной станции DGPS предоставляет возможность судам на расстояниях до 100 км. от этой станции определять свое место с точностью 1-5 м. Использование в Системах управления движением судов АИС предоставляет возможность :

• 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 распростᴘẚʜᴇния 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 кроме того 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 экᴘẚʜᴇ 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 кроме того отображение положения судов и другой предоставляемой АИС информации на экᴘẚʜᴇ 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 кроме того 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 предоставляет возможность в обслуживаемом СУДС районе обеспечить эффективный контроль над судами со стороны порᴛᴏʙых властей, Морских Адмиʜᴎϲтраций 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.

4.5.5 Ограничения АИС

Наряду с отмеченными достоинствами АИС обладает определенными ограничениями и недостатками.

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

Имея определенные преимущества перед радиолокационной системой (РЛС и САРП), АИС не имеет её 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 объекᴛᴏʙ РЛ-система дает возможность определять положение и элементы движения собственного судна. По этой причине 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.


5. Недостатки, ограничения и погрешности ECDIS

 

5.1 Понятие об источниках погрешностей ECDIS

Помимо неоспоримых преимуществ ECDIS имеют определенные недостатки и ограничения.

При работе с ECDIS следует оценивать ее ограничения и погрешности, которые могут быть вызваны:

• несовершенством устройств цифрования карты и средств её отображения;

• неточностью и недостаточной подробностью картографической информации;

• погрешностями, обусловленными ошибками датчиков информации;

• различием координатных систем датчиков с координатной системой карты;

• ошибочной интерпретацией данных.

5.2 Погрешности устройств цифрования карты и средств её отображения

Погрешности цифрования карты. В большинстве случаев данные ЭК получаются путем цифрового представления информации бумажных карт с помощью дигитайзерных или сканерных технологий. Современные дигитайзеры и сканеры имеют определенную разрешающую способность, которая лежит в пределах 0.1-0.3 мм, что приводит к определенным погрешностям данных ЭК. Кроме того, когда данные ЭК получаются по данным бумажной карты, то в них присутствуют погрешности графической интерпретации карты, приближенно соответствующие разрешающей способности оригинального масштаба. Погрешности устройств цифрования и графической интерпретации карты полностью входят в получаемые данные электронной карты. Следует иметь в виду, что при представлении ЭК в более крупном масштабе величина этих погрешностей не уменьшается.

Касаясь несовершенства средства отображения карты - дисплея, отметим следующее.

Окно высвечивания карты на экᴘẚʜᴇ дисплея составляет примерно 1/6 часть бумажной карты, поэтому при одинаковом масштабе ЭК отображает меньший район. Величина акватории обзора в истинном режиме движения в данной ситуации при подходе к рамке карты может оказаться недостаточной, что требует смещения карты либо периодического использования более мелкого масштаба отображения.

Разрешающая способность (размер пиксела) дисплеев, на которых отображаются электронные карты, составляет порядка 0.2-0.3 мм. Отсюда может быть установлена предельная точность масштаба карты. Важно понимать - для карты масштаба 1:50000 при размере пиксела 0.3 мм она, к примеру , составляет 15 м. Эта точность уже хуже, чем точность определения места по DGPS, и требуемая точность определения положения в стесненных водах.

Также следует отметить, что работа с дисплеем сопровождается повышенной утомляемостью оператора, что может привести к ошибочной интерпретации данных ЭК.

5.3 Неточность картографических данных

Еще в 1979 г. на конференции ООН было отмечено отсутствие современных гидрографических съемок побережья большинства развивающихся стран, особенно островов. Эта ситуация в какой-то мере сохранилась и в настоящее время. На навигационных картах таких районов геодезические координаты опорных пункᴛᴏʙ определены с недостаточной точностью. Относительно опорных пункᴛᴏʙ на карту наносятся остальные картографические объекты, при этом на карте сохраняется верная картина взаимного расположения изображаемых на ней объекᴛᴏʙ. Вместе с  этим, на этих картах существенными могут быть и погрешности определения положения объекᴛᴏʙ относительно опорных пункᴛᴏʙ.

Судоводители должны сознавать, что в стесненных водах точность данных карты (бумажных карт, ENC, RNC) может быть меньше, чем используемой системы определения места.

Это может быть в случае применения DGPS, которые позволяют определять место с точностью 1-5 м. Гидрографические съемки, которые проводились с использованием высокоточных береговых РНС вплоть до 1980 г. обеспечивали в среднем точность 20 м (Р=0.95). Точность геодезических съемок с помощью оптических средств до применения РНС была еще ниже. По этой причине на морских навигационных картах, основанных на гидрографических съемках, выполненных до 1980 г, точность положения картографических объекᴛᴏʙ ниже, чем точность определения места по DGPS. В настоящее время требования к точности обычных геодезических съемок местности составляют ±13 м, а для специальных съемок - ±5 м

. В обоих случаях имеется в виду 95% погрешность определения положения.

На основании выше сказанного приходим к выводу, что несмотря на то, что требуемая точность определения места судна в стесненных водах ±10м, точность положения картографических объекᴛᴏʙ на большинстве навигационных карт ниже.

Ввиду существенного отличия от WGS84 систем отсчета координат карт ряда районов Земли, основанных на старой съемке, судовождение на базе информации GPS в таких районах опасно. Безопаснее здесь плавание с применением визуальных и радиолокационных определений места относительно береговых ориентиров и опасностей

. В данном случае погрешности определения опорных точек геодезической съемки не влияют на точность определений места относительно опасностей. Для того чтобы учесть погрешности съемки местности относительно опорных точек, следует обходить опасности на большем расстоянии.

Кроме неточности и малой подробности съемки местности, на точность данных карты могут влиять явления перемещения грунта.

Поэтому к данным каждой морской навигационной карты требуется критический подход. Используя электронную карту для решения различных задач навигации, необходимо отдавать себе отчет в том, с какой степенью доверия можно отнестись к помещенной на ней навигационной информации. Качество картографической информации зависит от ряда факторов и в первую очередь от точности выполнения гидрографических работ и геодезических наблюдений, положенных в основу карты. Очевидно, что карты, составленные по результатам работ более поздних гидрографических экспедиций, являются более точными. Сведения о дате выпуска карты для ECDIS обычно приводят в разделе Crt (карты), а для RCDS - под нижней рамкой растровой карты.

Важную роль при анализе карты играет ее масштаб. Чем крупнее масштаб, тем подробнее наносится нагрузка на карту. Здесь имеется ввиду оригинальный масштаб, поскольку перемасштабирование и недомасштабирование не оказывают влияния на уровень нагрузки. Отсюда вытекает требование использовать для навигации карты самого крупного масштаба

. В ECDIS обычно предусматривается функция автозагрузки карты (chart autoload), которая автоматически загружает для текущего места карту самого крупного масштаба.

Работая с картой, следует также обращать внимание на подробность промеров, которая характеризуется отметками глубин и наличием изобат. Частые отметки глубин и характера грунта свидетельствуют о тщательности промерных работ. Особого доверия заслуживают районы акваторий, в которых глубины подтверждены гидрографическим тралением. Наличие "белых пятен", недосᴛᴏʙерных (пунктирных) изобат, а кроме того надписей "ПС" и "СС" (на адмиралтейских картах "PA"- Position approximate и "PD"- Position daubtful) свидетельствуют о том, что промерные работы в этих районах производились менее тщательно. К опасным следует относить и районы со ᴄᴫᴏжным рельефом дна. Стоит отменить, что традиционно это районы с камеʜᴎϲтым грунтом, в которых резко изменяются глубины

. В случаях недостаточности промеров в акваториях со ᴄᴫᴏжным рельефом дна могут встретиться опасные глубины не обнаруженные промером.

При выборе маршрута необходимо учитывать возможность перемещения песчанного грунта в устьях рек и в районах действия сильных приливо-отливных течений.

Анализируя карту, нужно учитывать, какой уровень принят нулем глубин

. В ECDIS эта и другая полезная информация может вызываться для индикации в режиме исполнительной прокладки.

Учитывая зависимость от результаᴛᴏʙ анализа и оценки степени доверия к каждой конкретной карте следует выбирать и безопасный маршрут судна.

Для возможности определения качества данных используемой электронной карты, ECDIS должна обеспечивать индикацию всей необходимой для этой цели информации.

 

5.4 Погрешности, обусловленные ошибками датчиков информации

Погрешности основных датчиков информации охарактеризованы в главе 4

. В ECDIS эти погрешности влияют на положение отображаемого места судна, представляемые значения его кинематических параметров, на положение и элементы движения сопровождаемых САРП объекᴛᴏʙ.

5.5 Погрешности от использования различных координатных систем

Применение различных координатных систем является одним из источников ошибок данных ECDIS. Это может быть различие геодезических датумов позиционной системы и карты. Прямым образом это касается использования данных современных спутниковых систем. Следует отметить, что довольно большой процент навигационных карт в настоящее время не может быть приведен ни к одному известному в настоящее время горизонтальному датуму. Кроме того, существуют проблемы и при пересчете данных карт с известным датумом к другому датуму. Особенно это касается датумов больших регионов Земли. Поправки для перехода от одного датума к другому в данной ситуации в разных частях Земли отличаются неоднородностью, которую используемые способы пересчета датумов не могут полностью учесть. По этой причине всегда существует вероятность появления тех или иных погрешностей в результатах пересчета.

Следует отметить, что из-за возможного отличия горизонтальных датумов, необходимо производить ручную корректуру ЭК по относящимся только к этой карте корректурным документам. Эта корректура не должна использоваться для других карт этого района, номера которых не указаны в корректурном сообщении. Важно понимать - для корректуры иностранных карт должны использоваться соответствующие иностранные корректурные документы.

Другим примером появления расхождения координатных систем является неучет отстояния антенны высокоточной навигационной системы от центра массы судна или неправильный ввод её высоты.

Следует также отметить и различие координатных систем отсчета пеленгов на карте и в РЛС: направления на карте отсчитываются от истинного меридиана, а измерения РЛ-пеленгов производятся относительно определенного по компасу направления на север, которое отличается от направления истинного меридиана.

Еще одним примером возникновения погрешностей данных ECDIS от применения разных координатных систем служит расчет кинематических параметров целей с использованием данных относительного лага о скорости своего судна и отнесение вычисленных параметров целей к карте.

5.6 Погрешности интерпретации данных ECDIS. Риск передоверия

Погрешности интерпретации. Причины ошибочной интерпретации данных ECDIS могут быть самыми различными. По этой причине в этом отношении можно привести только отдельные рекомендации:

• Требуется знать условные обозначения и сокращения, используемые на ЭК и информационных табло, и не путать их между собой;

• Не следует считать, что действительное место судна точно совпадает с отображаемым на карте, или что действительное место судна всегда находится в пределах 95% погрешности его определения;

• Не надо думать, что направление движения судна и его скорость точно совпадают со значениями путевого угла и путевой скорости, представляемых на информационном табло;

• Следует учитывать влияние на отображаемые кинематические параметры целей погрешностей и ограничений РЛС и САРП;

• Не следует полагать, что увеличение масштаба ЭК приводит к улучшению её подробности и точности;

• Необходимо использовать такой масштаб и такую нагрузку ЭК, которая соответствует условиям судовождения и не создает трудностей в разборе данных прокладки;

• Необходимо выбирать такие датчики информации, которые наилучшим образом соответствуют ситуации.

О риске передоверия к ECDIS. В связи с разбираемым вопросом, необходимо, чтобы каждый судоводитель осознавал:

• Что всегда существует определенная вероятность (риск) неправильного функционирования ECDIS и неточности её данных;

• Что отображаемые гидрографические данные не более надежны, чем данные съемки, на которой они базируются;

• Что представляемые данные навигационных датчиков отягчены погрешностями;

• Что ошибки и ограничения взаимодействующих с ECDIS приборов

и систем могут влиять на точность и надежность данных ECDIS;

• Что ECDIS - это лишь инструмент, помогающий судоводителю в решении навигационных задач, а ответственность за правильность их выполнения и принимаемые решения по управлению судном полностью лежит на судоводителе.

Поэтому судоводитель, кроме грамотной эксплуатации ECDIS, должен использовать любую возможность её проверки, включая визуальные определения и применение независимых технических средств контроля движения судна, чтобы исключить возможное негативное влияние ограничений ECDIS на безопасность судовождения.


6. Технико-эксплуатационные требования к ECDIS

Международной морской организацией ИМО определены рекомендации и технико-эксплуатационные требования к ECDIS. Ряд из них освещен ниже.

 

6.1 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.

 

6.2 Данные ЭК и их структура

В ECDIS следует использовать только официальные картографические данные, в том числе и корректурные, последнего издания, подгоᴛᴏʙленные государственными гидрографическими службами. Такая информация гоᴛᴏʙится по стандартам IHO

. В системе не должно быть возможности её 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 её знаки должны отличаться от официальной корректуры, принимаемой автоматически. Требуется, чтобы ECDIS регистрировала корректурную информацию, включая время начала использования её 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, подгоᴛᴏʙленных 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 её 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 её 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 объекᴛᴏʙ, 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.

6.3 Ориентация изображения, режим движения, другая информация

Карта в ECDIS должна ориентироваться по меридиану - "Север вверху". Допускается другой вид ориентации, к примеру , "Курс вверху".

Прокладку в системе требуется отображать в режиме истинного движения. Допускается режим относительного движения

. В режиме истинного движения необходим контроль подхода символа собственного судна к рамке карты с целью обеспечения своевременного сдвига карты, после которого отметка судна смещается в заданную судоводителем часть экрана.

На ЭК может накладываться радиолокационная или другая навигационная информация, которая должна четко отличаться от данных основной ЭК. Накладываемая информация не должна ухудшать и искажать картографическую информацию.

Необходимо, чтобы дополнительная информация была в одинаковой системе координат с картографической информацией, имела с ней одинаковый масштаб и ориентацию. Радиолокационное изображение должно регулироваться вручную и, при необходимости, немедленно сниматься с экрана.

6.4 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 её цветность стандартизированы ИМО и приведены в публикации МЭК 1147.

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

Возможность отображения цвеᴛᴏʙ 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.

 

6.5 Предварительная прокладка

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

6.6 Исполнительная прокладка

Основной режим отображения карты при исполнительной прокладке должен обеспечивать нахождение отметки судна в пределах окна высвечивания. Важно понимать - 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 кроме того 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 ходе 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. Данный 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;

6.7 Регистрация данных. Сигнализация и индикация

Система должна иметь возможность отложения в памяти и при необходимости запоминания на длительное время информации о протекании процесса судовождения за последние 12 часов с интервалом в 1 мин, и возможность повторного воспроизведения этой ситуации на экᴘẚʜᴇ в любое время. При этом регистрируются данные о времени, месте, курсе и скорости своего судна и взятых на сопровождение судов-целей, электронных картах, на которых ведется прокладка, и корректурах к ним.

Для восстановления всего плавания необходимо в ECDIS обеспечивать запись координат места судна с начала рейса с интервалом времени, не превышающем 4 часа.

Не должно быть возможности изменения зарегистрированной информации и манипуляции с ней. Требуется в ECDIS иметь защиту зарегистрированных данных от стирания и изменений.

В ECDIS необходимо иметь следующую сигнализацию и предупредительную индикацию, где под сигнализацией понимается сообщение акустическими или акустическими и визуальными средствами об условиях и ситуациях, требующих внимания оператора; а под индикацией - визуальное представление оператору определенной информации о событиях, о функционировании системы или оборудования. Согласно требованиям ИМО в ECDIS должна быть:

Сигнализация о выходе за границы фарватера, пересечении безопасной изобаты, превышении заданного отклонения от маршрута, приближении к критической точке (к примеру , к точке поворота), разных геодезических датумах систем определения места и карты;

Сигнализация или индикация о перемасштабировании, прохождения пути через районы со специальными условиями, неправильном

функционировании ECDIS;

Индикация, что есть карта более крупного масштаба, что информация SENC и добавочная (к примеру , от РЛС) в разных координатных системах, о планировании маршрута через безопасную изобату, о планировании маршрута через специальный район, о выходе из строя системы определения места, об ошибках при тестировании системы.

К районам со специальными условиями относятся:

-     Зона разделения движения (Traffic separation zone);

-     Пересечение зон маршрутизации (Traffic routeing scheme crossing Traffic routeing scheme);

-     Зона кругового движения (Traffic routeing scheme roundabout Traffic routeing scheme);

-     Двухсторонний маршрут (Two way traffic route);

-     Глубоководный маршрут (Deepwater route);

-     Рекомендованный путь (Recommended traffic lane);

-     Зона прибрежного плавания (Inshore traffic zone);

-     Фарватер (Fairway);

-      Зона ограниченного плавания (Restricted area);

-     Зона повышенного внимания (Caution area);

-     Шельфовая нефтегазовая зона (Offshore production area);

-     Район, который следует избегать (Areas to be avoided);

-     Район учений (Military practise area);

-     Район посадки гидросамолеᴛᴏʙ (Seaplane landing area);

-     Транзитный путь подводных лодок (Submarinr transit lane);

-     Ледовый район (Ice area);

-     Канал (Channel);

-     Рыбный грунт (Fishing ground);

-     Район, запретный для лова рыбы (Fishing prohibited);

-     Водо (нефте) провод (Pipeline area);

-     Район подводного кабеля (Cable area);

-     Якорная стоянка (Anchorage area);

-     Район, запретный для постановки на якорь (Anchorage prohibited);

-     Район свалки (Dumping ground);

-     Нечистый грунт (Spoil ground);

-     Район дноуглубительных работ (Dredged area);

-     Район перегрузки судов (Cargo transhipment area);

-      Район сжигания мусора (Incineration area);

-     Специальная защищенная зона (Specially protected areas).

Следующие объекты обычно оцениваются системой как опасности:

-     Взрывчатые вещества (Explosives);

-     Рыбная банка (Fish haven);

-     Нечистый грунт (Foul);

-     Подводное препятствие (Obstruction);

-     Осыхающая опасность (Obstruction, which covers and uncovers);

-     Буровая платформа (Oil/Gas production platform);

-      Скала (Rock);

-     Отмель (Shoal);

-      Буровая скважина (Well);

-     Затонувшее судно (Wreck);

-     Затонувшее судно с часями над водой (Wreck showing any portion of hull at the level of chart datum).

6.8 Точность. Сопряжение с другой аппаратурой

Требуется, чтобы точность всех вычислений, выполняемых ECDIS, соответствовала точности SENC и не зависела от характеристик выходных устройств.

Точность отображения на экᴘẚʜᴇ пеленгов, дистанций и других элеменᴛᴏʙ прокладки должна быть не хуже той, которая обеспечивается разрешающей способностью дисплея.

Необходимо сопряжение ECDIS с системами и устройствами, обеспечивающими непрерывное местоопределение, выдачу информации о курсе и скорости, а кроме того решение других задач судовождения.

ECDIS не должна ухудшать характеристики подключенных к ней устройств и точность их информации. Соответственно, при сопряжении с другой аппаратурой характеристики ECDIS не должны ухудшаться.


Список использованной литературы и источников

1. Буров Н.И. Электронная навигация и картография. Под редакцией Козыря Л.А.: ОГМА. -Одесса, 1996-26 с.

2. Вагущенко Л.Л., Кошовий А.А. Автоматизовані комплекси судноводіння. – Київ, КВЩ, 2000. - 292 с.

3. Гофман, Велингоф, Лихтенегер. Глобальная система определения местоположения GPS. Теория и практика. - Киев, Наукова думка, 1996.

4. Кудряшов С., Михайлов В. Пора менять курс /Судоходство, N4-6,. 1995,с.35-37.

5. Руководства оператора систем с электронными картами: "Navy Master", "Navy Sailor", "Горизонт", "dKart Navigator", " dKart Explorer".

6. Электронные карты в. морской навигации: Обзоры по судостроительной технике/ЦНИИ "РУМБ".-Л.. 1989.-130 с.

7. Admiralty List of Radio Signals, Vol. 8, Satellite Navigation Systems. 1998/99.-82 p.

8. N. Bowditch /The American Practical Navigator, Defence Mapping Agency, 1995 Edition.

9. Bridge Procedures Guide, Third edition, Marisec Publications, 1998.

10. Resolution IMO A.817(19) adopted on 23 November 1995. Performance standards for electronic chart display and information systems (ECDIS), 15 p.

11. IMO, SN/Circ.207. - Differences between RCDS and ECDIS. - 7 Jun, 1999.

12. IMO, SN/Circ.213. -Guidance on Chart datums and accuracy of positions on charts. - 31 May, 2000.

13. IHO Special Publication S-57: IHO Transfer Standard for Digital Hydrographic Data, edition 3, Nov 1996

14. IHO Special Publication S-52: Specification for Chart Content and Display of ECDIS, Edition 5, Dec 1996

15. IEC International Standard 61174, - «Maritime navigation and Radiocommunication Equipment systems - Electronic Chart Display and Information Systems (ECDIS) - Operational and performance requirements, methods of testing and required results», 1998.

16. IEC Protocol 61162-1 "Digital Interfaces - .Navigation and Radiocommunication Equipment On Board Ship".


ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

Список горизонтальных датумов

1 ABIDJAN, IVORY 31 CASTANIA
2 ADINDAN 32 CASTELO DI SAO JORGE
(LISBOA) (BESSEL)
3 AFGOOYE 33 CENTRAL AMERICA
4 AIN ELABD70 34 CHATHAM 1971
5 ALASKA 35 CHAU ASTRO
6 ANNA 1 AS.65 36 CORREGO ALLEGRE
7 ANTIGUA 37 CYPRUS
8 ARC (1950), AFRICA 38 DABOLA
9 ARC (1960) 39 DJAKARTA (BATAVIA)
10 AS.BEACON 'E' 40 DOS 1968
11 AS.DOS 71/4 41 EASTER ISL.67
12 AS.STATION 52 42 EGYPT
13 AS.TERN ISL 43 EUROPEAN 1950 (ED50)
14 ASCENS.ISL.58 44 EUROPEAN 1979
15 ASTRO 1956 (SPEDRO, 45 F.THOMAS 1955
PAULO, ATOL DE ROCAS)
16 AUSTRALIAN GEODETIC . 46 FALKLAND ISLANDS (1943)
1966 (SAPPER HILL)
17 AUSTRALIAN GEODETIC 47 FIJI (1956)
1984
18 AYABELLE 48 Fin (1986)
19 BATHURST BASE EAST 49 FINAL (1958), IRAN
END DATUM
20 BERMUDA 1967 50 FINNISH (HELSINKI)
21 BISSAU BASE NORTH 51 GAN 1970
WEST END PILLAR
22 BOGOTA OBSERVATORY 52 GANDAJIKA BASE
23 BUKIT RIMPAH, BANGKA I, 53 GEODETIC DATUM (1949)
INDONESIA
24 C.CANAVERAL 54 GHANA
25 CAMP AREA AS 55 GRACIOSA BASE
26 CAMPO INCHAUSPE 56 GUADAICANAL, SOLOMON
IS GUX 1 ASTRO
27 CANADA 57 GUAM 1963
28 CANTON AS.66 58 GUNUNG SEGARA
29 CAPE DATUM, SOUTH 59 HAWAII
AFRICA
30 CARTHAGE 60 HERAT NORTH
61 HERMANSKOGEL 91 M'PORALOKO

 

(VIENNA)

 

62 гато xyiii astro, prov s 92 МАНЕ 1971

 

CHILEAN 1963

 

63 HJORSEY 1955 93 MARTINIQUE SHOM (1984)

 

64 HONG KONG (1963) 94 MASSAWA

 

65 HU-TZU-SHAN 95 MAURI

 

66 IGN (NORTH BLOCK, 96 MERCHICH, MOROCCO

 

BELLEVUE)

 

67 IGN (SOUTH BLOCK, 97 MERCURY 1960

 

TANNA)

 

68 IGN 47-49 REUNION 98 MIDWAY AS.61

 

69 IGN72 NOUVELLE 99 MINNA

 

CALEDONIE

 

70 INDIAN (SURVEY OF 100 MONTE MARIO( 1940)

 

INDIA)

 

71 INDIAN DATUM (1975) 101 MONTSERRAT 58

 

THAILAND

 

72 IRAN 102 NAHRWAN REVISED

 

73 IRELAND (1965) 103 NAHRWAN,SAUDI ARABIA

 

74 ISTS 73 AS.69 104 NANKING 1960

 

75 ISTSAS.1968 105 NAPARIMA(1955)

 

76 ITARARE N BASE, 106 NEW PORTO SANTO

 

ITAJUBA-SANTA

 

CATARINA

 

77 JONSTON1961 107 NORTH AMERICAN

 

DATUM 1927 (NAD27)

 

78 KANDAWALA(1933) 108 NORTH AMERICAN

 

DATUM 1983 (NAD83)

 

79 KAUAI 109 NORWEGIAN

 

80 KERGUELEN1949 110 OAHU

 

81 KERTAU1948 111 OBSER VAT. 1996

 

82 KERTAU REVISED 112 OLD EGYPTIAN

 

83 KUSA1EAS.51 113 OLD HAWAIIAN

 

84 L.C.5 ASTRO 114 OMAN

 

85 LE POUCE, MAURITIUS 115 ORDNANCE SURVEY OF

 

GREAT BRITAIN, 1936

 

86 LEIGON 116 ORDNANCE SURVEY OF

 

IRELAND

 

87 LIBERIA 1964 117 ORDNANCE SURVEY OF

 

IRELAND

 

88 LISBOA (SAO JORGE) [INT] 118 P.TO SANTO

 

85 LUSON(1911) 119 PANAMA COLON

 

90 M.MERCURY 68 120 PHARE D' YABELLE

 

121 PICO DE LA NIEVES 146 SICILY

 

122 PICO NIEVES 147 SIERRA LEONE (1960)

 

123 PITCAIRN ASTRO 1967 148 SOUTH AMERICAN (1956)

 

124 POINT 58 149 SOUTH AMERICAN (1969)

 

125 POLISH 150 SOUTH ASIA

 

126 PORT ETIENNE, 151 SOUTH EAST ISLAND

 

MAURITANIA

 

127 POTSDAM 152 SWEDISH

 

128 PRINCIPE.SINAL 153 SWISS CH. 1903

 

DOMORRO DO PAPAGAJO

 

129 PROVISIONAL SOUTH 154 TANANARIVE

 

AMERICAN (1956) PSAD56 OBSERVATORY 1925

 

130 PRV.S.CHIL.63 155 TIMBALAI (1948) (BESSEL)

 

SABAH

 

131 PTE.NOIRE 156 TIMBALAI (1948)

 

(EVEREST) SARAWAK,

 

BRUNEI

 

132 PUARTO RICO 157 TOBAGO (MT DILLON)

 

133 PULKOVO 1942 SYSTEM 158 TOKYO

 

134 PZ90 (SGS90 - Soviet 159 TRISTAN 1968

 

Geocentric Coordinate System

 

1990)

 

135 QATAR NATIONAL 160 VITI LEVU 16

 

136 QORNOQ 161 VOIROL 1875

 

137 ROME 1940 162 WAKEISL. 1952

 

138 RT90 (Швеция) 163 WAKE-ENIWETOK

 

139 SAINTE ANNE I IGN (1951- 164 WORD GEODETIC

 

52)GUADEOLUPE SYSTEM, 1960 (WGS60)

 

140 SANTO (DOS) 65 165 WGS66

 

141 SAOBRAZ 166 WGS72

 

142 SAO TOME 167 WGS84

 

143 SAPPER H. 43 168 YACARE

 

144 SCHWARZECK 169 ZANDERIJ

 

145 SELVAGEM1938

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Список горизонтальных датумов карт Британского адмиралтейства

1. ABIDJAN, IVORY 35. MERCHICH, MOROCCO
2. ARC (1950), AFRICA 36. MONTE MARIO (1940)
3. ASTRO 1956 (S PEDRO, PAULO, 37. NAHRWAN REVISED
ATOLDEROCAS)
4. AUSTRALIAN GEODETIC 38. NAHRWAN
5. BATHURST BASE EAST END 39. NAPAR1MA (1955)
DATUM
6. BISSAU BASE NORTH WEST END 40. NORTH AMERICAN DATUM 1927
PILLAR (NAD27)
7. BUKIT RIMPAH, BANGKA I, 41. NORTH AMERICAN DATUM 1983
INDONESIA (NAD83)
8. CAMPO INCHAUSPE 42. OLD HAWAIIAN
9. CAPE DATUM, SOUTH AFRICA 43. ORDNANCE SURVEY OF IRELAND
10. CASTANIA 44. ORDNANCE SURVEY OF GREAT
BRITAIN, 1936
11. CASTELO DI SAO JORGE (LISBOA) 45. PANAMA COLON
(BESSEL)
12. CORREGA ALEGRE 46. PHARE D' YABELLE
13. EUROPEAN 1950 (ED50) 47. PICO DE LA NIEVES
14. FIJI(1956) 48. PORT BTIENNE, MAURITANIA
15. FIJI (1986) 49. NEW PORTO SANTO
16. FINAL (1958), IRAN 50. PRINCIPE,SINAL DOMORRO DO
PAPAGAIO
17. FINNISH (HELSINKI) 51. PROVISIONAL SOUTH AMERICAN
(1956) PSAD56
18. GEODETIC DATUM (1949) 52. PULKOVO 1942 SYSTEM
19. GUADAICANAL, SOLOMON IS GUX 53. IGN 47-49 REUNION
1 ASTRO
20. HERMANSKOGEL (VIENNA) 54. SAINTE ANNE I IGN (1951-52)
GUADEOLUPE
21. HITO XYIII, PRO V S 55. SOUTH AMERICAN (1969)
CHILEAN 1963
22. HONG KONG (1963) 56. FALKLAND ISLANDS (1943)
(SAPPER HILL)
23. IGN (NORTH BLOCK, BELLEVUE) 57. SOUTH EAST ISLAND
24. IGN72 NOUVELLE CALEDONIE 58. SIERRA LEONE (1960)
25. INDIAN DATUM (1975) THAILAND 59. SAO TOME
26. INDIAN (SURVEY OF INDIA) 60. SWEDISH
27. IRELAND (1965) 61. TB1BALAI (1948) (BESSEL) SABAH
28. HARARE N BASE, ITAJUBA-SANTA 62. TIMBALAI (1948) (EVEREST)
CATARINA SARAWAK, BRUNEI
29. KANDAWALA (1933) 63. TOBAGO (MT DILLON)
30. KERTAU REVISED 64. TOKYO
31. LE POUCE, MAURITIUS 65. IGN (SOUTH BLOCK, TANNA)
32. LISBOA (SAO JORGE) [INT] 66. WORD GEODETIC SYSTEM, 1972
(WGS72)
33. LUSON(1911) 67. WORD GEODETIC SYSTEM, 1984
(WGS84)
34. MARTINIQUE SHOM (1984)

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Некоторые английские сокращения, используемые в навигационно-информационных компьютерных системах

А) ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ НАВИГАЦИИ

 

Общие обозначения.

CUR - cursor - курсор;
MARK - marker - маркер;
EBL - electronic bearing line - электронный визир для
измерения пеленгов,
ERBL - electronic range and bearing line - электронная визирная
линейка для измерения пеленгов и расстояний;
VRM - variable range marker - подвижный маркер дальности;
CLR - clear - очистка экрана;
MEM - memory - занесение в долговременную память;
ENT - enter - ввод в оперативную память;
TEST - тесᴛᴏʙая проверка.

Ввод данных.

DATA

- initial data input - ввод исходных данных;

DATE(D/M/Y) - date( day/month/year) - дата (число/месяц/год);
TIME(GMT H:M) - time(Grinwich mean time houre:minits) - время
(гринвическое часы, минуты);
SPDM - manual speed - ручной ввод скорости;
HDGM - manual heading - ручной ввод курса.

Навигационные приборы и системы.

CTS (SN, CTDS) - connected sensors - подключенные датчики
информации;
FixS (OBS) - observation's sensor - источник определения места
(датчик информации);
Gyro - гирокомпас;
Log - лаг;
DR - dead recoiling aids - средства счисления;
DRE - dead reconing equipment - средства счисления;
GPS - Global position system - спутниковая навигационная
система "Навстар";
NAVSTAR - Navigation System using Timing and Ranging
спутниковая навигационная система "Навстар";
DGPS - Differential Global position system - дифференциальная
GPS;
LORAN - PHC "Лоран-С";
DECCA - PHC "Декка";
OMEGA - PHC "Омега";
RADAR -РЛС;
ARPA - Automatic radar plotting aid - средства автоматической
радиолокационной прокладки;
AIS - Automatic Identification System - Автоматическая
идентификационная система;
NAVTEX - Navigational Telex - Навигационный телекс;
ECDIS - Electronic Chart Display and Information System -
электронно-картографическая навигационно-
информационная система;
ECS (ENCS) - Electronic Chart System - навигационная система с
электронными картами;
RCDS - Raster Chart Display System - навигационная система с
растровыми электронными картами;
GMDSS - Global Maritime Distress and Safety System - глобальная
морская система безопасности.

Электронные карты.

EC

- electronic chart - электронная карта;

ENC - electronic navigation chart - электронная навигационная
карта;
DNC - digital navigation chart - цифровая электронная
навигационная карта;
RNC (RENC) - raster electronic navigation chart - растровая электронная
навигационная карта;
SENC - system electronic navigation chart - системная
электронная навигационная карта;
ECDB - electronic chart data base - электронная
картографическая база данных;
CD - chart datum - датум карты;
SLD - sea level datum - ноль глубин;
WGS - World Geodetic System - Мировая геодезическая
система;
STD - standard screen - стандартная нагрузка ЭК;
LAYERS - уровень (слой,, категория) нагрузки системной ЭК.

Режимы, задачи.

NAV

- navigation - навигационные расчеты;

Nav Tasks - navigation tasks - навигационные задачи;
ST - special tasks - специальные задачи;
SAIL - расчеты при плавании в заданную точку;
ROUTE - Расчеты, связанные с плаванием по маршруту;
VOYAGE PLAN - планирование рейса;
RM - route monitoring - исполнительная прокладка;
RP - route planning - планирование пути;
Crt - chart library - каталог карт;
Bk - log book - судовой журнал;

Элементы движения.

 

CRS (С)

- course - курс заданный или курс

 

стабилизированный;

 

SPD - speed - скорость;

 

VEL - velocity - скорость;

 

COA - course of advance - курс следования.

 

HDG(H) - heading - курс текущий;

 

CH - compass heading - компасный курс текущий;

 

SH - ship heading - курс текущий;

 

CC - compass course - компасный курс;

 

TC - true course - истинный курс;

 

MC - magnetic course - магнитный курс;

 

CMG - course made good - путевой угол;

 

SMG - speed made good - путевая скорость;

 

COG - course over ground - курс относительно грунта;

 

SOG - speed over ground - скорость относительно грунта;

 

CUR - course under route - курс по активному отрезку

 

маршрута;

 

AvrSPD - average speed - средняя скорость;

 

SRM - speed of relative movement - скорость в относительном

 

движении;

 

REV - revolution - обороты машины.

 

Параметры положения.

 

GMT

- Greenwich Mean Time - гринвическое время;

 

UTC - Coordinated Universal time - Скоординированное

 

универсальное время;

 

ST (SHT) - ship time - судовое время;

 

LAT - latitude - широта;

 

LON - longitude - долгота;

 

DIST - distance - расстояние;

 

RNG(R) - range - расстояние;

 

BRG (B) - bearing - пеленг;

 

ТВ - true bearing - истинный пеленг;

 

CB - compass bearing - компасный пеленг;

 

MB - magnetic bearing - магнитный пеленг;

 

RB - relative bearing - курсовой угол;

 

DPT - depth -глубина;

 

Единицы измерения.

 

cbl

- cable - кабельᴛᴏʙ;

 

deg - degree - градус;

 

fm - fathom - сажень;

 

ft - foot - фут;

 

hr - hour - час;

 

Hz - hertz - герц;

 

Hz - Idlohertz - килогерц;

 

km - kilometer - километр;

 

kn — knot - узел;

 

m - meter - метр;

 

mb - millibar - миллибар;

 

min - minute - минута;

 

MHz - megahertz - мегагерц;

 

mph - miles per hour - миль в час;

 

NM - nautical mile - морская миля.

 

Счисление, обсервации.

 

DR

- dead reconing, dead recoiling position - счисление,

 

счислимое место;

 

DRT - dead reconing time - время счисления после

 

последней обсервации;

 

FIX - обсервация;

 

EP - estimated position - определенное место;

 

LOP - line of position - линия положения;

 

DIST/DIR - distance/direction - величина/направление невязки;

 

S/D (SET/DFT) - set/drift - направление/скорость сноса;

 

EPE - expected position error - ожидаемая погрешность

 

обсервации;

 

CPE - circular probadle error - радиальная погрешность;

 

DRMS - distance root mean square (random error) -

 

средняя квадратическая погрешность (СКП);

 

DWF -direction of worst fix- направление большой

 

полуоси эллипса погрешностей;

 

HDOP - horisontal dilution of precision -горизонтальная

 

составляющая точности;

 

LFX - last fix display - данные последней обсервации;

 

PFX - past fix display - данные прошлых обсерваций;

 

SV (SAT) - space vehicle (satellite) - спутник (помер спутника);

 

FSAT - future satellite - прогноз движения ИСЗ для

 

составляемого расписания обсерваций;

 

WchDST - watch distance - расстояние, пройденное за вахту;

 

VgeDST - voyage distance - расстояние, пройденное с начала

 

рейса;

 

Плавание по маршруту.

 

LIST OF ROUTES

- список маршруᴛᴏʙ;

 

WPUB - way point library - подходные и транзитные участки

 

маршруᴛᴏʙ;

 

RTK - required track - заданный маршрут;

 

F-WIDTH (FW) - fairway width - ширина фарватера;

 

C-WIDTH (CW) - course width - полуширина фарватера;

 

TOTAL R - total range - общее расстояние по маршруту;

 

TOTAL Т - total time - общее время прохождения маршрута;

 

ARV - arrival - расстояние до конечной точки маршрута;

 

ETA - estimated time of arrival - ожидаемое время прибытия;

 

ETD - estimated time of departure - ожидаемое время отхода;

 

EDD - estimated date of departure - ожидаемая дата отхода;

 

WP(WPT) - way point - путевая точка;

 

RL - rhumb line - локсодромия или локсодромические

 

расстояние и курс (пеленг);

 

GC - great circle - ортодромия или ортодромические

 

расстояние и курс (пеленг);

 

RBD - rhumb bearing distance - расстояние по локсодромии;

 

GSD - great circle distance- расстояние по ортодромии;

 

SEG - segment - локсодромический отрезок ортодромии;

 

CTS (HTS) - course (heading) to steer - расчетный курс;

 

WTG - way to go - расчетная величина плавания;

 

RTG (DTG) - range (distance) to go - расчетная величина плавания до

 

точки поворота;

 

TTG - time to go - расчетное время необходимое для прихода

 

в точку поворота;

 

OFF COURSE - отклонение от курса;

 

DFT (OFF TRACK) - deviation from track - отклонение от линии курса;

 

XTE (XTD) - cross track error (distance)- боковое отклонение от

 

линии курса.

 

Данные и погоде и приливах.

 

PAtm

- atmospheric pressure - атмосферное давление;

 

TAtai - atmospheric temperature - температура воздуха;

 

Т Water - temperature of water -температура воды;

 

VISIB - visibility - дальность видимости;

 

WIND - направление и скорость ветра;

 

WAVE - направление и высота волн;

 

CURRENT - направление и скорость течения;

 

LEVEL - уровень над нулем глубин;

 

H (HGT) - height - высота воды;

 

HW - high water - полная вода;

 

LW - low water - малая вода;

 

THW - time of high water - время полной воды;

 

TLW - time of low water - время малой воды;

 

HHW - higher high water - высокая полная вода;

 

HLW - higher low water - высокая малая вода;

 

LHW - lower high water - низкая полная вода;

 

LLW - lower low water - низкая малая вода;

 

HWmax - high water maximum - высота наибольшей полной

 

воды;

 

LWmin - low water minimum - высота наименьшей малой воды;

 

MSL - mean sea level - средний уровень моря.

 

В) ПРИ УПРАВЛЕНИИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

Район обзора и его ориентация.

 

1.RANGE -переключение шкал дальности;

 

2. SET CENTRE - смещение центра развертки;

 

3. RESET CENTRE - возврат центра развертки в начальное положение;

 

4. BEARING - selection of bearing presentation mode -

 

ориентация изображения:

 

NORTH UP - по меридиану;

 

HEAD UP - по курсу;

 

COURSE UP -по стабилизированному курсу.

 

Качество изображения.

 

1. BRILL -brilliance-яркость элеменᴛᴏʙ изображения:

 

RANGE RING - fixed range rings - неподвижных колец дальности;

 

VRM - variable range marker - подвижного кольца

 

дальности;

 

SYMBOLS - символов, отображаемых на экᴘẚʜᴇ;

 

CRT - cathode ray tube - первичной РЛ-информации;

 

MARKER - маркера; •

 

SCALE - подсветки шкалы пеленгов;

 

CHART - изображения карты.

 

2. GAIN - receiver sensitivity adjustment - усиление

 

видеосигнала;

 

3.SEA - sea clutter suppression - подавление помех от моря;

 

4. RAIN - rain clutter suppression - подавление помех от дождя.

 

Режимы движения и индикации.

 

1. MOTION

- true/relative mode of motion - режим движения:

 

TRUE/M - true motion - режим истинного движения;

 

REL/M - relative motion - режим относительного движения;

 

2. VECTORS - вид индикации перемещения:

 

TRUE/V - true vectors - истинные вектора;

 

REL/V - relative vectors - относительные вектора.

 

Режим автосопровождения.

 

1. AUTO MODE - режим автоматического обнаружения и

 

автозахвата;

 

2. ACQUIRE - ручной ввод на автосопровождение:

 

TRG - target - цели;

 

F - fixed point - неподвижного точечного ориентира;

 

RT - referance target - опорной цели, относительно

 

которой вычисляются параметры сближения с

 

любой другой целью;

 

RP - referance .point - опорной точки, относительно

 

которой вычисляются дистанция и пеленг
координатного маркера;
3. RELEASE TARGET - снятие с автосопровождения цели отмеченной
координатным маркером;
4. AUTO PARAM - automode parameters - параметры зоны
автозахвата.

Конфигурация зоны может быть
различной. Когда поиск ведется в носовом
секторе:
FRNGL - forward range limit - отстояние границы зоны
поиска впереди по курсу;
SECTOR - сектор поиска.
5. BARRIER - режим построения линий запрета захвата.

Длялценки ситуации.

1. SAFE LIMIT -параметры зоны безопасности:
СРА - closest point of approuch - минимальное
расстояние до точки кратчайшего сближения;
ТСРА - time to closest point of approuch - Время до
точки кратчайшего сближения;
2. VECTOR LENGTH - время экстраполяции движения целей;
3. GUARD RING - зона охранного кольца;
4. SECTOR/D - sector of dengerous courses - сектор опасных
курсов;
5. TRACK HISTORY - следы целей;
6. TARGET DATA - данные цели:
TGT - target - номер цели;
TBRG - target bearing - пеленг цели;
TRNG - target range - расстояние до цели;
THDG - target heading - курс цели;
TSPD - target speed - скорость цели;
СРА - closest point of approuch - расстояние до точки
кратчайшего сближения;
ТСРА - time to closest point of approuch - время до
точки кратчайшего сближения;
CCP - calculated closest point -расчетное расстояние до
точки кратчайшего сближения.
TCCP - time to calculated closest point - расчетное время до
точки кратчайшего сближения;
7. EBL - electronic bearing line - электронный визир для
измерения пеленгов;
ERBL - electronic range and bearing line - электронная
визирная линейка для измерения пеленгов и
расстояний:
CENTER - начало визира в центре экрана;
INDP - display of EBL (ERBL) from trackball cursor
mark independently - начало визирной линии с
места установки маркера.

1.      TRIAL

2.      ТТМ

3.      MANOEUVTYPE

l.COLLWARN 2.LOSTTRG 3.NEWTRG

4. SYS WARN

Режим проигрывания маневра

-                 trial manoeuvre - режим проигрывания маневра.

-                 -time to manoeuvre - время до начала маневра,

-                 - вид проигрываемого маневра.

Сигнализация.

-                 collision warning - опасно сближающаяся цель;

-                 - lost target - сброс цели с автосопровождения;

-                 - new target - появление новой цели при автозахват

-                 - system warning - неисправность.

Вид векторной карты в системе "dKart Navigator".


ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Вид растровой карты в системе "Navmaster"

>> Электронные системы отображения навигационных карт
Общие принципы построения систем отображения навигационной информации используемые в электронной картографии .
Оценка эффективности использования электронных пластиковых карт Бaнкa "ВТБ 24" (ЗAO)
Система электронных расчеᴛᴏʙ. Учет операций по электронным платежам
Внедрение навигационных систем на муниципальным транспорте
Усовершенствование изгоᴛᴏʙления малогабаритной навигационной системы
Экспериментальная проверка помехозащищенности американской спутниковой навигационной системы GPS.
Разработка автоматизированной системы управления сбором и отображением информации на установке продувки азотом
Роль систем отображения информации в процессе принятия решений
Разработка программной системы, обеспечивающей отображение и сравнение в трехмерном пространстве исходных данных из двух матричных форм
Микропроцессорная системы отображения информации


Похожие документы


Электронные системы отображения навигационных карт
ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ Вагущенко Л.Л., Данцевич В.А., Кошевой А.А. ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ОТОБРАЖЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ КАРТ Второе издание, переработанное и дополненное Одесса – 2000 Ватущенко Л.Л, Лдипевич В.А., Кошевой А.А. Электронные системы отображения навигационных карт. - 2-е изд., перераб. и доп. - Одесса, ОГМА, 2000. - 120 с....

Bigreferat.ru - каталог учебной информации (c) 2013-2014 | * | Правообладателям