Вагущенко Л.Л.
СУДОВЫЕ НАВИГАЦИОННОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Одесса – 2004
Вагущенко Л.Л. Судовые навигационно-информационные системы.
– Одесса, Латстар, 2004. – 302 с.
УДК 656.61.052.011.56
Приводятся основные сведения о судовых навигационноинформационных системах (НИС) и об используемых в них электронных картах. Охарактеризованы составные части, функциональные возможности, особенности отображения информации НИС. Дан анализ датчиков оперативной навигационной информации. Уделено внимание ограничениям и недостаткам рассматриваемых систем.
Предназначена для учащихся судоводительской специальности морских академий, может быть полезной для штурманского состава транспортных и рыбопромысловых судов.
Ил. 66, табл. 10, библиогр. 41 назв.
Рецензенты:
В.Г.Алексишин, доцент; В.А.Синяев, к.ф-м.н, доцент.
Книга одобрена Ученым советом Одесской национальной морской академии (протокол № 1 от 30 января 2004 г.).
ISBN
©– Л.Л.Вагущенко, 2004.
©– Латстар, 2004.
Охраняется законодательством о печати.
2
Введение
Информационно-коммуникационные технологии находят применение во всех отраслях производства, включая и транспорт, обеспечивая повышение их эффективности. Одним из примеров внедрения этих технологий на судах стали навигационноинформационные системы с электронными картами (НИС). Среди них выделяют электронные отображающие карты информационные системы – ЭКДИС (ECDIS - Electronic Chart Display and Information System) и просто системы с электронными картами – ЭКС (ECS - Electronic Chart System).
Навигационные системы с электронными картами появились на судах в начале 1980-ых годов. Тогда они выполняли в основном функции видеопрокладки, и их информационные ресурсы были малы. Однако и с такими возможностями НИС обладали преимуществом перед учетом движения судна на бумажной карте.
При ручной прокладке вахтенный помощник ведет графическое счисление, снимая данные с ГК, лага, учитывает ветровой дрейф и течение, производит обсервации, строит линии положения или по координатам наносит место судна на карту. На эти операции требуется время. В результате, при ручной прокладке место на карте получается с запозданием, т.е. штурман всегда «сзади судна». В открытом море временем, потраченным на определение места и нанесение его на карту, можно пренебречь. Вблизи берегов и опасностей отсутствие запоздания в отображении места на карте становится жизненно важным, особенно при приборной проводке судов.
Возможности вахтенного помощника вручную прокладывать путь судна ограничивают и частоту обсерваций. Даже хорошо обученный судоводитель способен производить простые обсервации с нанесением места на карту обычно не чаще, чем через три минуты.
Появившиеся видеопрокладчики объединили процесс определения места судна и нанесения его на карту, что позволило производить обсервации и отображать положение судна на электронной карте в реальном времени (без задержки) практически непрерывно, с интервалом в одну секунду и даже чаще. Эти видеосредства показывают цифровые данные о курсе, скорости, глубине под килем, и другие кинематические параметры судна на одном экране, избавляя оператора от необходимости обращения ко многим приборам.
3
С ходом времени навигационные системы с электронными картами довольно быстро совершенствовались. Процесс возрастания функциональных возможностей этих систем и увеличения количества отображаемой ими информации можно представить следующими этапами:
-Применение упрощенных карт-схем;
-Подключение навигационных позиционных средств;
-Использование растровых карт;
-Отображение векторных карт;
-Поиск данных и отображение карт в разных масштабах;
-Выполнение планирования пути;
-Выдача справок о картографических объектах;
-Автоматическая сигнализация об опасностях;
-Использование формата МГО для данных карт;
-Отображение карт в соответствии со стандартом МГО;
-Соответствие эксплуатационным стандартам ИМО;
-Автоматическая корректура карт;
-Одобрение классификационными обществами на принадлежность к ЭКДИС;
-Использование данных САРП и транспондера АИС;
-Интеграция информации РЛС и др.
Впроцессе развития информационное обеспечение видеопрокладчиков и количество выполняемых ими навигационных и информационных функций значительно возросли, что позволило эти системы с полным правом называть навигационно-
информационными.
Объем данных, которыми оперирует НИС, неуклонно увеличивается. При рассмотрении определенных вопросов всю информацию, с которой оперируют НИС, условно делят на два основных вида: принадлежащую к изображению земной поверхности (картографическую) и относящуюся к навигации.
Впоследние годы информационные ресурсы НИС пополняются главным образом относящимися к навигации данными. Здесь можно назвать электронные варианты наставлений для плавания, пособий по радиотехническим средствам, базы сведений о портах, климатические базы, и т.д. Современные НИС представляют вахтенному помощнику:
– Данные о собственном судне (текущее место, кинематические параметры, прошлый путь, запланированный маршрут и ряд других элементов);
– Радиолокационное изображение и кинематические параметры целей САРП;
– Данные транспондера АИС о других судах;
– Сведения о навигационном ограждении, об оптических и радиотехнических навигационных средствах;
– Наставления для плавания;
4
–Элементы сервиса береговых систем управления движением;
–Гидрометеорологические сведения (многолетние данные, сведения о текущей погоде, данные о ледовой обстановке, прогностическую информацию);
–И ряд других.
Таким образом, четко проявляется тенденция постепенного увеличения в НИС доли относящейся к навигации информации по отношению к картографическим данным (рис. В.1).
Доля
данных
1.0 |
Относящиеся к |
|
навигации сведения |
||
|
||
|
Данные карт |
t
Рис. В.1. Тенденция изменения соотношения между основными видами информации в НИС.
Неуклонно расширяется и состав навигационных функций НИС. Использование в НИС для прокладки пути судна векторных карт с автоматической сигнализацией об опасностях создало этим системам репутацию средств, предупреждающих посадку судов на мель (anti-
grounding tool).
При интеграции информации РЛС и САРП навигационноинформационные системы дополнительно стали действенным средством для предупреждения столкновений судов (anti-collision tool). С подключением транспондера АИС эффективность НИС в обеспечении безопасного расхождения судов еще больше возросла.
В настоящее время проводится большая работа для создания НИС возможности в реальном времени получать гидрометеорологическую информацию и оперировать ей для целей решения задач судовождения. В результате, НИС становится эффективным средством и для обеспечения конструктивной безопасности судна и сохранности груза в сложных погодных условиях.
Из сказанного выше следует, что НИС является на судне главной обеспечивающей безопасность судовождения системой.
Прослеживая происходящие перемены и учитывая их тенденцию, можно заметить, что НИС оказывают штурманам все большую информационная помощь в управлении судном. В результате, в
5
навигационно-информационных системах все четче проявляются черты средств информационной поддержки решений вахтенного помощника. Для такой НИС картографическая информация – лишь небольшая (хотя и очень важная) часть данных, используемых системой при подготовке решений, а также фон, на котором представляются выходные данные НИС судоводителю.
НИС как полноценная система информационной поддержки принятия решений должна:
•Обеспечивать возможность хорошего знания обстановки;
•Предупреждать об элементах, явлениях, требующих внимания вахтенного помощника, а также о ситуациях, обусловливающих необходимость принятия управляющих действий;
•Вырабатывать рекомендации для решения возникающих проблем.
Вэргатических (человеко-машинных) системах управления термин «знание обстановки» имеет следующее значение:
Знание обстановки (Situation awareness) – это восприятие элементов окружающей среды и состояния в ней объекта управления в пространственном и временном измерении, расшифровка значений этих элементов и прогнозирование их состояния на ближайшее будущее.
Выработка рекомендаций включает определение возможных вариантов решения возникшей задачи, отбор из них наилучшего и рекомендацию его вахтенному помощнику.
Внедалеком будущем НИС будет способна получать и оперировать практически всей необходимой для принятия решений по управлению судном информацией. Это является предпосылкой для внедрения в состав НИС (с возможностью эффективного использования) экспертной системы, обеспечивающей: выработку решений возникающих проблем судовождения, рекомендацию их вахтенному помощнику, автоматическую активацию в критических ситуациях процедур для обеспечения безопасности.
Эта экспертная система представляет собой компьютерную программу, включающую знания опытных судоводителей о путях решения навигационных проблем, и способную предлагать и объяснять пользователю разумные решения в различных ситуациях, встречаемых в судовождении.
Количество НИС, устанавливаемых на судах, непрерывно увеличивается. Используемые на протяжении двух тысячелетий бумажные карты начинают терять свою ключевую роль в судовождении. Постепенно они будут вытесняться электронными базами данных и бортовыми компьютерами.
6
Применяя НИС, вахтенный помощник освобождается от выполнения многих рутинных операций. Его основными функциями становится наблюдение за окружающей обстановкой, контроль НИС и других средств судовождения, управление их работой для получения требуемых обстановкой сведений, оценка предоставляемой информации и принятие решений по управлению судном.
НИС повышает результативность деятельности судоводителя, обеспечивает использование большего объема и номенклатуры данных, увеличивает скорость их обработки, улучшает точность и достоверность результатов, упрощает оценку ситуаций, повышает безопасность мореплавания и приводит к росту финансовых показателей работы судна.
Не надо забывать и о сложности работы с такими системами, как НИС. Эта сложность определяется:
-большим набором решаемых НИС задач, требующих многочисленных исходных данных;
-значительным числом функций НИС;
-вырабатываемыми различного вида сигналами, предупреждениями и сообщениями, которые требуют правильного и быстрого реагирования;
-одновременной работой со многими навигационными приборами и средствами управления;
-способностью параллельного решения нескольких задач;
-концентрированным условным представлением информации о процессе судовождения, необходимостью правильной ее интерпретации и оценки,
-имеемыми погрешностями, ограничениями и недостатками, которые следует учитывать при оценке ситуаций.
Таким образом, с одной стороны навигационно-информационная система облегчает труд судоводителя, но с другой, делает его сложнее.
Эффективность НИС напрямую зависит от профессионализма штурманского состава. Здесь уместно напомнить известное изречение,
что любая система настолько хороша, насколько хорош тот, кто ее использует.
Для эффективного применения НИС судоводители должны:
–Знать базовые принципы построения навигационно-информационных систем, организацию их данных, функциональные возможности, 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 всем частям этих систем ограничения и недостатки;
–Уметь работать с НИС оборудованием, использовать навигационные и информационные функции, выбирать требуемые обстановкой данные, объективно оценивать отображаемую информацию, принимать правильные решения на ее основе;
7
–Учитывать погрешности отображаемых данных и четко представлять опасность переоценки возможностей НИС.
–Реагировать должным образом на нарушения в функционировании системы;
–Использовать любую возможность для контроля работы НИС, включая визуальные определения, а также получение информации независимых от НИС источников.
Ни у кого не вызывает сомнений, что для работы с НИС
необходима специальная подготовка. В июне 2001 года ИМО выпустило циркуляр STCW.7/Circ.10, в котором содержится Временное руководство по практической подготовке и оценке знаний обучающихся на тренажере ЭКДИС (Interim Guidance on training and assessment in the operational use of the ECDIS simulators),
обусловливающее подготовку судоводителей на тренажерах ЭКДИС. В этом документе определено, что при тренаже должны моделироваться информационные потоки ЭКДИС, включая данные о целях САРП, АИС и сведения для записи в регистратор данных рейса. Подтверждением достаточного уровня подготовки оператора к работе с ЭКДИС должен быть специальный Сертификат.
На основе Руководства ИМО в ряде стран были разработаны программы подготовки судоводителей на ЭКДИС-тренажерах, отвечающие Стандартам по обучению, сертификации и несению вахты на мостике (STCW). Такую подготовку необходимо выполнять на обоих, определенных STCW, уровнях: операционном (для третьих и вторых помощников) и управляющем (для старпомов и капитанов).
Предлагаемая книга содержит основные сведения о судовых навигационно-информационных системах с электронными картами. Она является учебным пособием по курсу “Навигационноинформационные системы”, читаемом в морских учебных заведениях Украины.
Следует отметить, что судовые навигационно-информационные системы пока не являются окончательно разработанным продуктом с установившимся перечнем задач и функций. Даже требования официальных организаций к НИС окончательно не определены. Ряд из них выступает лишь в качестве рекомендаций и руководств, а не стандартов. НИС находятся в состоянии довольно быстрого развития. С течением времени они совершенствуются. Из-за этого, ряд происшедших в НИС изменений может быть не отражен в представленном пособии.
При написании книги использованы источники, приведенные в списке литературы, и касающиеся ЭКДИС и ЭКС материалы, найденные в Интернете.
8
По изложению книга соответствуют уровню подготовки курсантов судоводительской специальности старших курсов. В ней не входящие в специальность «Судовождение» вопросы (организация баз данных, синтез электронных карт, расчет картографических проекций, геодезические датумы и др.) освещены нестрого, в популярной форме. Элементы, влияющие на безопасность мореплавания, представлены более детально.
Автор глубоко признателен В.Г.Алексишину, В.А.Синяеву за труд по просмотру рукописи книги и за ценные замечания, которые способствовали ее улучшению.
9