Существенной проблемой, снижающей эффективность системы GPS, является неточность геодезической съемки ряда районов Земли. GPS представляет координаты определяющихся объектов во всемирной геодезической системе WGS84. Существуют поправки для перехода от этой системы к ряду других геодезических систем. Однако не ко всем. Кроме этого, горизонтальный датум значительного количества навигационных карт неизвестен. В ряде районов Земли (например, 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 потребителей. Она является глобальной, всепогодной, навигационной системой, обеспечивающей определение координат объектов 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. Таким образом, 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. Для приема навигационных сигналов имеется 24 частотных канала. В среднем точность определения положения с помощью специальной бортовой 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 позволяет 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 потребителя, 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. Кроме этого, информация РЛС и САРП играет основную роль при решении задач предупреждения столкновений судов. Характеризуя информацию РЛС и САРП, необходимо отметить следующее.

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

При нормальных условиях распространения 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 объектов: 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; объектов, 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 экране РЛС, начиная с минимальной горизонтальной дистанции 50 м от позиции антенны.

Определение места судна с помощью РЛС производится по измерениям пеленгов и расстояний береговых объектов 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 квантования по времени РЛ-сигнала и нестабильность генератора квантов 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 квантования 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" объектов, срывов автосопровождения целей, увеличения погрешностей измерений и погрешностей элементов движения целей, вычисляемых на основе измерений.

Точность результатов 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, ее мертвой зоны, состояния моря. Устойчиво САРП сопровождает только точечные ориентиры. Предсказать стабильность автосопровождения протяженного ориентира очень сложно. 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 объектов.

4.5 Автоматические идентификационно-информационные системы

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

Согласно пересмотренного в сентябре 1999 г. правила 19 главы 5 «Конвенции по охране 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 также пассажирские суда независимо от их размера, следует в ближайшее время оборудовать АИС.

Так, все вновь 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 также 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, ее 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 распространения 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. Для передачи информации используется один частотный канал.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 также 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 бортовой 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

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 распространению радиоволн и их приему средне тоннажные суда обнаруживаются с помощью РЛС на дистанциях 10-18 миль, а малые суда - 3-10 миль.

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

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

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

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

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

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

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

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

* Производить непрерывное автоматическое опознавание контролируемых судов;

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

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

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

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

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

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

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

* Прогнозировать движение судна.

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

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

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

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

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

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

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. Поэтому в полной мере достоинства АИС могут быть использованы только при полномасштабном оснащении всех судов этими средствами.

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

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

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 ее 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 ее 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 экране дисплея составляет примерно 1/6 часть бумажной карты, поэтому при одинаковом масштабе ЭК отображает меньший район. Величина акватории обзора в истинном режиме движения в этом случае 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. Для карты масштаба 1:50000 при размере пиксела 0.3 мм она, например, 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 пунктов определены с недостаточной точностью. Относительно опорных пунктов на карту наносятся остальные картографические объекты, при этом на карте сохраняется верная картина взаимного расположения изображаемых на ней объектов. Кроме этого, на этих картах существенными могут быть и погрешности определения положения объектов относительно опорных пунктов.

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. Поэтому на морских навигационных картах, основанных на гидрографических съемках, выполненных до 1980 г, точность положения картографических объектов 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.

Таким образом, несмотря на то, что требуемая точность определения места судна в стесненных водах ±10м, точность положения картографических объектов на большинстве навигационных карт ниже.

Ввиду существенного отличия от WGS84 систем отсчета координат карт ряда районов Земли, основанных на старой съемке, судовождение на основе информации GPS в таких районах опасно. Безопаснее здесь плавание с применением визуальных и радиолокационных определений места относительно береговых ориентиров и опасностей. В этом случае погрешности определения опорных точек геодезической съемки не влияют на точность определений места относительно опасностей. 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", недостоверных (пунктирных) изобат, а также 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 сложным рельефом дна. Обычно это районы с каменистым грунтом, в которых резко изменяются глубины. В случаях недостаточности промеров в акваториях со сложным 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.

В зависимости от результатов 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 объектов.

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 этом случае в разных частях Земли отличаются неоднородностью, которую используемые способы пересчета датумов не могут полностью учесть. Поэтому 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. 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 ее 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. Поэтому 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 ее 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 ее 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 ее 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, подготовленные государственными гидрографическими службами. Такая информация готовится по стандартам IHO. В системе не должно быть возможности ее изменения. Необходимо корректурные данные и информацию ЭК хранить в ECDIS отдельно друг от друга. Система должна автоматически принимать корректурные данные по каналам связи и вводить их в свою память. Ручная корректура также допускается, однако ее знаки должны отличаться от официальной корректуры, принимаемой автоматически. Требуется, чтобы ECDIS регистрировала корректурную информацию, включая время начала использования ее в SENC.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

6.3 Ориентация изображения, режим движения, другая информация

Карта в ECDIS должна ориентироваться по меридиану - "Север вверху". Допускается другой вид ориентации, например, "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 ее цветность стандартизированы ИМО и приведены в публикации МЭК 1147.

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

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

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

6.5 Предварительная прокладка

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

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

* Добавления путевой точки;

* Уничтожения путевой точки;

* Изменения положение путевой точки;

* Изменения порядка точек в маршруте.

6.6 Исполнительная прокладка

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

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

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

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