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 ее 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.

Так как 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 позволяет 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 этот класс судов, например: 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 также 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. Поэтому 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 основе 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 ее 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 ее на основе микропроцессорной техники. Такое построение позволяет более просто и надежно организовывать взаимодействие между частями системы, а также 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 стандартов 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. Этот 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.

Таким образом, 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 элементов. 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 этот процесс 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. Поэтому 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 также между АКС и внешними по отношению к нему системами и устройствами. В информационное обеспечение, в частности, входят картографическая база данных, база данных рекомендованных маршрутов, база данных для предвычисления приливо-отливных явлений, базы сведений из различных навигационных пособий, наставлений, руководящих документов, а также методы и средства, обеспечивающие надежность хранения 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 основе 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 ее датчики информации, например, для автоматической коррекции скоростной погрешности ГК в него необходимо вводить широту и скорость судна, так и другие системы, например, автоматическое устройство подачи сигналов бедствия.

Рис. 2.2. Блок-схема НИКС.

В зависимости 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 подготовлены 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.

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 ее. 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. Поскольку 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 также 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. Для хранения 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 объектов (КО), таблицы опорных точек аппроксимации меркаторской проекции, таблицы селекции объектов 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 ее 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 (например, границы запретных районов). Площадные объекты могут быть с цветовым 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 хранения данных ЭК применяются дельта-координаты (приращения) относительно юго-западного угла карты. В этом 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 текстовой информации для оператора, характеризующие словесно картографические объекты.

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

2.3.2 Другие базы данных

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

рекомендованных маршрутов; 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 маршрутов включает файл каталог списка маршрутов и файлы маршрутов. 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 элементов, закраски площадей; программы, обеспечивающие выполнение процедур генерализации и селекции данных, программы преобразования координат КО, отсечения объектов 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, устранение ошибок в работе, учет работы и составление отчетов, помощь в выполнении специальных работ и др.

Предусматривается три способа ввода информации в память НИКС:

* массовый ввод графической и текстовой информации с носителей информации при подготовке к плаванию;

* ручной ввод текстовой и графической информации в режиме диалога, как при подготовке, так и во время плавания, включающий ввод информации о планируемом маршруте, оперативной информации судоводителя и корректур, передаваемых в виде текстовых документов;

* автоматический ввод текстовой 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 сохранением 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 ее изображению на экране 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 документов к основной карте и вывод их из памяти системы, селекцию картографических объектов, преобразование географических координат в экранные, генерализацию, отсечение картографических объектов, формирование дисплейного файла.

При определении необходимых массивов данных для построения ЭК по ее номеру находятся номера корректурных документов. 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. В зависимости 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 объектов в нужном месте на экране 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 элементов 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 хранения 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 основе хранимых сведений, например, путем интерполяции или более сложных операций. В отличие от бумажного, электронный справочник позволяет 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 сложным информационным структурам. Современные СУБД позволяют реализовывать модели данных разных типов (* реляционные, сетевые, иерархические, файловые; *текстовые, 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 распространенный в НИКС способ запроса информации включает наведение курсора на отображаемый на электронной карте объект, справочную информацию о котором хотят получить. Таким образом в ECDIS, например, 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 ее параметров, может получать от системы четкие рекомендации и советы по действиям в сложившейся 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 ее возникновения.

Более поздняя перспектива, это создание на основе экспертного опыта баз знаний о таких особых и экстремальных ситуациях, для действий в которых не существует готового алгоритма. Для таких случаев база знаний представляется в виде замкнутой системы логических уравнений, описывающих все причинно-следственные связи между элементами ситуации. 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 сложившейся 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 также 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 элементов, отображаемых на экране. Управление этими элементами производится с помощью манипулятора (джойстика, трекбола, мышки), а также клавиатуры. 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 элементов создается иерархический по структуре «язык» для общения судоводителя с системой. Этот «язык» стараются сделать простым, ясным, понятным, обеспечивающим удобное управление НИКС и позволяющим избежать ошибок интерпретации данных и задержек на их расшифровку.

Так как 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 также 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 ее 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 его 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 ее аргументов, 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).

Так как требуемый в разных условиях набор данных о процессе судовождения и набор управляющих функций может несколько отличаться, в ряде систем предусматривается возможность изменения состава интерфейсных элементов 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. Поэтому разные типы НИКС имеют неодинаковые средства общения, хотя, естественно, в них много общего, так как 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 сложную 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. 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, так как нарушения в работе автоматизированных систем могут существенно влиять на навигационную, эксплуатационную и техническую безопасность, а также 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. В частности, 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. Поэтому 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 также 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 потребоваться 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 сложными условиями плавания необходимо убедиться в исправном состоянии энергетической установки, рулевого устройства и ряда других средств, а также 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.