5.3. Количественные критерии навигационной безопасности плавания

Стандарт точности судовождения Международной морской организации. В морской навигации основным является штурманский метод судовождения, который состоит в непрерывном ведении счисления и в регулярном определении места судна.

Постоянный контроль за местоположением судна, знание его точных географических или маршрутных координат в любой момент — залог безаварийного плавания и успешного выполнения рейса. Если определения места выполняются достаточно часто или непрерывно, что возможно при их автоматизации, то счисление приобретает резервное значение. Во всех случаях навигационная безопасность зависит, прежде всего, от частоты и точности определения места, вследствие чего определение места судна относят к основным задачам навигации. Ре­шение этой ответственной задачи в море лежит на вахтенном помощнике капитана, который в соответствии со своими обязанностями не­сет полную ответственность за безопасность судовождения.

Более трети всех аварий судов составляют посадки на мель, причем такие аварии чаше других приводят к гибели судна, многие из них имеют трагические, а некоторые - катастрофические последствия. Для предотвращения таких аварий наряду с другими мероприятиями предпринимаются попытки нормирования требований к точности и частоте обсерваций в зависимости от условий плавания.

Штурманская служба на судне организуется и возглавляется капитаном судна и предназначена для обеспечения навигационной безопасности плавания.

Нахождение судна в море постоянно связано с его пребыванием в тех или иных сложных в навигационном отношении районах. В любой момент времени плавания судна должна быть обеспечена навигационная безопасность плавания, т.е. должно выполняться условие

D_но > 0,

где D_но — расстояние до навигационной опасности.

Для обеспечения навигационной безопасности судна при плавании от момента выхода до момента прихода должна постоянно вестись навигационная прокладка, которая включает в себя счисление, определение места судна и расчеты маневров для расхождения с другими судами.

Процесс измерения и обработки навигационных параметров сопровождается погрешностями, которыми будут отягощены и координаты места судна. Поэтому для обеспечения навигационной безопасности плавания, обоснования маневра судна с целью расхождения с навигационной опасностью необходимо выполнять оценку точнос­ти определения места судна.

Оценка точности места судна должна производиться:

— при выполнении предварительной прокладки;

— при подходе к берегу, навигационной опасности, стесненным водам;

— в случаях, когда невязка обсервованного места превышает допустимую величину.

Интервал между обсервациями в зависимости от навигационных ус­ловий плавания устанавливает капитан судна.

Для предупреждения навигационных происшествий, связанных с посадками на мель, подкомитет Международной морской организации (IMO) разработал стандарт точности судовождения и принял его в Резолюции А.529(13) 17.11.83 г.

Стандарт предназначен для выработки требований к точности судовождения, обеспечения навигационной безопасности плавания с заданной вероятностью (Р_бп = 0,95), оценки эффективности работы систем и средств навигационного оборудования (СНО) и технических средств навигации (ТСН), а также оценки работы судоводителей.

Факторами, влияющими на требования к точности судовождения, являются: скорость судна, расстояние до ближайшей навигационной опасности, район плавания.

Плавание судна осуществляется в трех специфических, с точки зрения наличия навигационных опасностей, районах:

— открытого моря;

— прибрежного плавания;

— стесненного плавания.

В соответствии с требованиями стандарта точности при плавании в районах открытого моря и прибрежных водах со скоростью до 30 узлов погрешность счислимого (текущего) места с вероятностью Р = 0,95 не должна превышать 4% от дистанции до навигационной опасности и при этом ее максимальное значение должно быть не более 4 миль:

М_Т<0,04D_но.

В стандарт IMO включена таблица, содержащая требования к точности определения места М₀, допустимое время плавания по счислению t_д в зависимости от D_но при условии, что гирокомпас и лаг соответствуют требованиям IMO, счисление не корректировалось, погрешности имеют нормальное распределение, а течение и дрейф учи­тываются с возможной точностью (табл. 5.1).

Таблица 5.1. Международные стандарты точности судовождения

Минимальное расстояние до ближайшей навигационной опасности Dно, мили	Допустимая радиальная погрешность места судна Rд с вероят-ностью 95%, мили	Радиальная погрешность обсервованного места судна R0 с вероятностью 95%, мили
		<0,1	0,1	0,25	0,5	1,0	2,0
		Минимально допустимый интервал времени между обсервациями tд, мин
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100	0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0	12 28 48 72 100 132 168 208 252 300	12 28 48 72 100 132 168 208 252 300	9 27 47 71 99 131 167 207 251 300	- 22 44 68 97 129 165 206 250 298	- - 27 56 87 120 157 198 242 291	- - - - - 73 118 162 210 260

Требования данного стандарта имеют ориентировочный характер, так как основаны на усредненных оценках точности исчисления.

Более поздняя Резолюция ИМО А.815(19) определяет следующие точностные нормативы знания координат в стесненных водах и на подходах к портам при наличии на судне современной спутниковой навигационной системы: допустимая величина погрешности определения места - не более 10 м (с вероятностью 0,95), интервал дискретности обновления координат — не более 2с.

Рекомендации IMO позволяют реализовать единый подход к определению требований к точности плавания и способствуют повышению безопасности плавания судов.

В районах стесненного плавания, где место судна контролируется с помощью обсерваций по береговым ориентирам и радионавигационным системам, требования к точности судовождения зависят от конкретных обстоятельств плавания.

Для обеспечения навигационной безопасности плавания необходимо произвести следующие расчеты:

- оценить вероятность безопасного плавания Р_бп для конкретных условий плавания;

- в том случае, когда Р_бп < Р_зад, необходимо рассчитать допустимую РСКП счислимого места М_д в зависимости от Р_зад;

- выбрать способы определения места судна, удовлетворяющие условию М₀ < M_д;

- рассчитать t_д для конкретных способов определения места судна;

- рассчитать дискретность обсерваций Δt₀ = t_д - 2t_обс ;

- построить график изменения М_д и М_т по времени для отдельных участков маршрута перехода.

Навигационная безопасность плавания Р_бп оценивается вероятностью прохода судна по чистой воде без соприкосновения с надводны­ми и подводными препятствиями с известными координатами.

Для расчета Р_бп при плавании среди навигационных опасностей, расположенных на различных направлениях в прибрежной зоне, используется функция кругового распределения Релея

Рбп = 1 - ехр (D/M)²

где D— кратчайшее расстояние до ближайшей навигационной опасности; М— РСКП счислимого места судна в точке кратчайшего расстояния до ближайшей навигационной опасности.

Расчет Р_бп производится с помощью табл. 4.18 МТ-2000 по аргументам D и М.

Таблица 4.18 может быть использована для расчетов М_д при заданной D_min по заданной вероятности безопасного плавания Р_бп, а также для определения минимального допустимого расстояния до навигационной опасности D_min при известной РСКП счислимого места судна М и заданной вероятности безопасного плавания Р_бп.

Если навигационные опасности расположены по одному борту, то вероятность безопасного плавания:

Р_бп = 0,5[1 + Ф(Z)],

где Ф(Z) - функция Лапласа, определяемая по аргументу

Z = D√2/М

И в этом случае для расчетов можно использовать сборник МТ-2000, входя в табл. 4.19 по аргументам D и М.

С появлением лоцманского метода судовождения возник простой и непосредственный количественный критерий безопасности - безопасная дистанция, под которой понимается минимальное расстояние, измеряемое или определяемое глазомерно между судном и опасностью. Если исходить из опыта и здравого смысла, а также науки, то наиболее вероятна и опасна по последствиям встреча с опас­ными объектами, расположенными на острых курсовых углах судна (табл. 5.2).

Таблица 5.2. Вероятность появления объектов, % в зависимости от соотношения скоростей V_H/V₀ и курсовых углов судна

Курсовой угол Соотношение скоростей	0-30^о	30-60^о	60-90^о	90-120^о	120-150^о
0 0,5 1,0 2,0 4,0 ∞	50,2 44,8 40,6 30,0 24,4 16,7	37,1 32,7 31,6 25,0 22,0 16,7	12,7 16,2 17,7 19,4 18,2 16,7	0 5,1 7,9 12,4 14,0 16,7	0 1,2 2,7 7,4 11,4 16,7
Примечания: 1. VH - скорость наблюдателя, V0 - скорость объекта. 2. Вероятности появления объектов по корме, в пределах 150-180^о, составляют незначительные величины (при соотношении скоростей от 1,0 до 4,0), соответственно 0,5-10,0%.

Отсюда можно определить величины безопасных дистанций D_б для расхождения с обнаруженными неподвижными опасностями:

- при уклонении от опасности активным или пассивным торможением судна

D_б ≥ D₀ - VΔt - S_t - m_D - m_S, (5.1)

где D0 -дистанция обнаружения опасности; V — скорость судна до момента начала маневра уклонения; Δt — мертвый промежуток времени при осуществлении маневра машинами; S_t - тормозной путь судна до момента его полной остановки; m_D - предельная с заданной вероятностью погрешность определения дистанции до опасности; m_S - предельная с заданной вероятностью погрешность определения тормозного пути;

- при уклонении от опасности поворотом судна

D_б ≥ D₀ - R - VΔt - S_t - m_R - m_D, (5.2)

где Δt - мертвый промежуток времени при осуществлении маневра поворота; R — радиус фактической циркуляции судна (с учетом его размерений); m_R - предельная погрешность с заданной вероятностью определения реального радиуса (диаметра) циркуляции судна.

В соответствии с требованиями хорошей морской практики, а также норм, регламентируемых Резолюцией ИМО А.601(15) от 20.11.87 г.

«Представление на судах информации об их маневренных характеристиках», погрешности определения тормозного пути и выбега судна, а также диаметра циркуляции не должны, с вероятностью 0,95, превышать значений, составляющих 10% от самих инерционно-тормозных характеристик.

Сложнее обстоит положение, связанное с безопасными дистанциями относительно подвижных объектов (других судов). Если исходить только из посылок здравого смысла, то в этом случае дистанции, приведенные в формулах (5.1) и (5.2), должны быть удвоены.

Международными и национальными требованиями в категоричной форме величины безопасных дистанций при расхождении с другими судами не определены. Однако, Правилом 6 МППСС-72 определено понятие «безопасная скорость», без приведения количественных характеристик. На наш взгляд нельзя пренебрегать опытом прошлого. В толковании требований Правила 16(а) ППСС-60 под термином «умеренный ход» понималась скорость судна, при которой его тормозной путь должен быть не менее 0,5 от дальности обнаружения другого судна визуальным способом при данных условиях видимости. В целях автоматизации управления судном при отсутствии других критериев этот подход может быть рекомендован. В соответствии с принятой международной и отечественной практикой и требованиями Правила 3 МППСС-72 ограниченной видимостью считается видимость менее 3 миль. Эта дистанция и принимается за безопасную при плавании в открытом море, уменьшается до 2 миль в прибрежной зоне и составляет 1 милю при плавании в стесненных условиях.

При видимости менее 5 миль благоразумно, по меньшей мере, держать машину в готовности к реверсам. Но это зависит также от ряда других факторов, не связанных с видимостью, например, района плавания, собственной скорости и тормозного пути, эффективности использования радиолокационной информации и т.д. Так, скорость, выбранную при видимости 5 миль в океане, где маловероятна встреча с малыми судами, нельзя рассматривать как безопасную в узкостях, или в районе интенсивного движения судов, или в районе лова рыбы и т.д.

При плавании по системам разделенного движения, когда суда следуют в одном направлении, наиболее безопасной скоростью будет «скорость потока», соответствующая средней скорости движения других судов.

Таким образом, приведенными выше некоторыми количественными критериями навигационной безопасности плавания надлежит руководствоваться при выборе средств и методов морской навигации, при оборудовании судов средствами навигации и управления, для формализации критериев, положенных в логику анализа навигационной информации с помощью ЭВМ, а также для определения принципов организации штурманской службы на судах.

Требования Международной ассоциации маячных служб. При плавании в стесненных районах, в узкостях, по системам разделения движения, каналам, фарватерам требования к точности судовождении повышены и более детальны, чем требования IMO.

Международная ассоциация маячных служб (МАМС) регламентирует расчет P_бп производить с помощью нормированной функции Лапласа, которая может быть выбрана из табл. 4.20 МТ-2000.

1. В общем случае, когда линия заданного пути (ЛЗП) проложена на расстояниях D_l и D₂ от границ полосы, по которой следует судно, вероятность безопасного плавания рассчитывается по формуле

P_бп = 0,5 [Ф(Z₁) + Ф(Z₂)],

где Ф(Z_i) - нормированная функция Лапласа;

Z_i = D_i / 0,7M_T - нормированное расстояние до опасности, выраженное в средних квадратических отклонениях;

D_i — расстояние до ближайшей границы полосы движения;

0,7M_T — средняя квадратическая погрешность места судна по направлению, перпендикулярному к линии пути.

2. В Случае, когда ЛЗП проложена посредине полосы, т.е. D₁ = D₂ = = 0,5H

(H— ширина полосы следования судна по системе разделения движения, фарватеру, каналу):

Ф(Z₁) = Ф(Z₂) = Ф(Z),

где Z = 0,5Н / 0,7М_Т = 0,7 Н / М_Т,

Р_бп = Ф(Z).

Использование табл. 4.20 МТ-2000 может облегчить решение и обратной задачи, когда для обеспечения заданной вероятности безопасного плавания Р_бп требуется рассчитать допустимую РСКП места судна М_д.

Прокладка ЛЗП посредине узкости наиболее предпочтительна, так как в этом случае Р_бп = max.

3. В соответствии с правилами 9 и 10 МППСС-72 при плавании судна в узкости, по СРД, на фарватерах, по каналам судоводитель должен, насколько это возможно, держаться внешней границы прохода с правого борта.

Если при плавании посредине узкости Р _бп = 1 или Р _бп > Р_зад, то следует рассчитать то минимальное расстояние D_min, на котором может быть положена ЛЗП относительно внешней границы узкости.

При плавании вдоль одной навигационно опасности (одной границы прохода), когда расстояние до другой навигационной опасности D₂ > 3M_T и Р₂ = 1, вероятность безопасного плавания

Р_бп = 0,5(Р₁ + 1),

где Р₁ = Ф(Z₁) = Ф (1,4 D₁ / M_T).

При решении подобной задачи работа упрощается, если воспользоваться табл. 4.23 МТ - 2000.

Российские национальные требования к точности судовождения.

Наша страна традиционно принимает активное участие в разработке международных стандартов точности судовождения и российские национальные нормы в этой области полностью соответствуют международным. Отечественные нормативы точности более детальны и приведены в Инструкции по навигационному оборудованию (ИНО-89) (табл. 5.3).

На основании рекомендаций МАМС отраслевое Наставление по штурманской службе на судах МРФ требует придерживаться точностей места судна и частоты обсерваций в зависимости от ширины полосы следования. При этом точность определения места и частота обсерваций должны обеспечить Р_бп не менее:

0,997 - в каналах с Н ≤ 100 м;

0,993 - на фарватерах с Н ≤ 250 м;

0,950 — на фарватерах в полосе с Н> 0,2 мили.

Перевод известных радиальных средних квадратических погрешностей места судна М в радиальные погрешности R_p заданной вероятности Р_зад производится по формуле:

R_p=Mk_p,

где k_р — коэффициент, выбираемый из табл. 4.15 МТ-2000.

Таблица 5.3. Отечественные нормативы точности судовождения

Зона плавания	Допустимая средняя квадратическая погрешность определения места судна Мд	Частота определений места судна tд	Допустимое время измерения и обработки навигационных параметров, мин
Зона стесненного плавания: - акватории портов, гаваней - узкие (шириной 100 - 200 м) каналы и фарватеры Прибрежная зона: - фарватеры шириной 2-20 кбт - системы разделения движения - рекомендованные пути в расстоянии до 25 миль от берега - рекомендованные пути в расстоянии свыше 25 миль от берега Зона открытого моря	5-20 м 0,15 ширины канала, фарватера 0,2 ширины фарватера 0,2 ширины полосы одностороннего движения 1-5 кбт 2% от расстояния до берега, но не более 2 миль 2% от расстояния до опасности, но не более 2 миль	Непрерывно лоцманским методом, с применением высокоточных РНС
		1-5 мин 1-5 мин 10-30 мин 20-30 мин 1-2 ч 2-4 ч	0,5 - 1 0,5 - 1 1 - 3 1 - 3 5 - 10 10 - 15