Анализ эффективности маневрирования

- определить время расхождения по V_о1 и расстоянию МD;

- определить расстояние отхода S_отх= V_отх t_расх;

- если S_отх> S_безоп, то предполагаемый маневр опасен в навигационном отношении и следует выбрать маневр с меньшей скоростью отхода (например, комбинированный маневр).

2.6 Учет циркуляции судна

В соответствии с НШС-82 элементы поворотливости представлены в таблице маневренных элементов в виде графика циркуляции с полного переднего хода на правый и левый борт в грузу и в балласте с положением руля «на борт» (в = 35°) и «на полборта» (в =15ч20°). При решении данной задачи предполагается, что будут использованы диаграммы циркуляции, приведенные на рис. 2.6. Следует иметь в виду, что параметры фактической циркуляции судна могут существенно отличаться от табличной в зависимости от скорости судна, его посадки (крена и дифферента), соотношения осадки и глубины, направления и силы ветра и волнения.

Рис. 2.6. Диаграммы циркуляции

При изменении курса судном относительное местоположение цели будет перемешаться по криволинейной траектории от точки М₁ на ЛОД (в момент начала маневра нашего судна) до точки F на ОЛОД (в момент окончания маневра). В дальнейшем цель перемещается по ОЛОД, смещенной на расстояние ДD_Ц (Реальное относительное перемещение цели будет сложнее. Вследствие падения скорости нашего судна на циркуляции ОЛОД не будет параллельна вектору V₀₁ до тех пор, пока наше судно вновь не наберет на прямом курсе первоначальную скорость хода. В данном случае падение скорости хода на циркуляции частично компенсирует ДD_Ц. Во многих случаях (например, при расхождении со встречной целью) вследствие падения скорости судна на повороте ДD_Ц значительно увеличивается).

Рис. 2.7. Учет циркуляции

Учет циркуляции возможен следующими способами:

1) Способ условной упрежденной точки.

ОЛОД проводится не из точки M₁ местоположения судна-цели в момент начала маневра, а из условной упрежденной точки М, отнесенной по ЛОД вперед на время упреждения t_упр. В первом приближении в качестве t_упр принимают половину времени поворота. Таким образом, при этом способе учета циркуляции поворот судна начинается на t_упр =0,5 t_ман раньше, чем цель придет в точку, из которой проведена ОЛОД.

Способ наиболее часто применяется на практике, более точен для встречных целей и менее точен для целей, идущих сходящимися курсами. Неприменим при повороте под корму судна-сателлита, так как в этом случае V_o = 0 и при любом t_упр точки М и M_t совпадают.

2) Способ относительного промежуточного курса.

Из графической прокладки находят требуемый угол изменения курса; из таблицы маневренных элементов по углу отворота находят время, затрачиваемое судном на поворот, t_ман; угол промежуточного курса и промежуточное плавание S_пр; из точки М₁ позиции цели в момент начала поворота откладывают за время поворота; из конца вектора в сторону, обратную промежуточному курсу, откладывается промежуточное плавание S_пр; через начало вектора S_пр проводится ОЛОД параллельно.

Способ точен, но трудоемок. При решении задач расхождения на мостике судна не применяется. Применяется при разборе аварий и в качестве эталонного при оценке точности приближенных способов.

3) Способ введения поправки в D_зад.

Как показывают расчеты, при изменении курса нашего судна на угол до 90° ошибки в D_зад вследствие инерционности поворота не превышают тактическою радиуса циркуляции. При больших углах поворота достигают диаметра циркуляции. В этом способе D_зад назначается с запасом на максимально возможную ошибку от неучета циркуляции. Этот способ является основным при повороте под корму потенциально опасного судна, идущего параллельным или почти параллельным курсом.

2.7 Учет инерции

Инерционные характеристики судна в соответствии с НШС-82 представляются в виде графиков, построенных в постоянном масштабе расстояний и имеющих шкалу значений времени и скорости. [10].

При изменении скорости судном относительное местоположение цели будет перемещаться по криволинейной траектории, кривизна которой постепенно уменьшается по мере выхода своего судна на новую установившуюся скорость. Ошибки от неучета инерции при маневре скоростью могут достигать нескольких миль отсюда важность учета инерции. При маневре скоростью на крупнотоннажном судне новая скорость судна устанавливается через десятки минут и все это время цель перемещается по кривой ЛОД - отсюда сложность учета инерции.

Учет инерции возможен следующими способами:

1) Способ построения кривой ОЛОД.

Относительная траектория перемещения судна может быть найдена построением путевых треугольников за последовательные интервалы времени t₁, t₂,…, t_n, после маневра S_o(t_i)=S_ц(t_i) - S_н(t_i).

Рис. 2.8. Учет инерции

Для построения кривой ОЛОД необходимо:

Из точки М местоположения дели в момент начала маневра нашего судна провести линию курса цели и отметить на ней отрезки, проходимые целью через определенные интервалы времени, например, через каждые три минуты (точки В₁, В₂,…, В_n); из точек В_i провести линии в сторону, обратную курсу нашего судна, и отложить по ним отрезки, пройденные судном-наблюдателем за соответствующее время после маневра (точки C₁, C₂,…, C_n); через точки С_i провести кривую ЛОД и определить D_кр как кратчайшее расстояние от центра планшета до кривой.

Способ точный и наглядный, но трудоемкий. Этим способом решается только задача предсказания D_кр no выбранному маневру, но не решается задача по нахождению требуемого изменения скорости для расхождения на заданном расстоянии. Для решения задач в условиях мостика не применяется. Используется при разборе аварий, а также в качестве эталонного для оценки точности приближенных способов учета инерции.

2) Способ введения поправки в D_зад.

Если в качестве меры инерционности судна принять характеристику t_v (Инерционная характеристика t_v численно равна времени падения скорости наполовину при меневре СТОП). Определяется экспериментально в начале рейса на одной скорости и пересчитывается на другие. Может быть снята с графиков инерционного движения судна. В этом случае D_зад может назначаться с запасом на максимально возможную ошибку. Этот способ может быть основным для судов водоизмещением до 1000 т.

3) Способ условной упрежденной точки

При этом способе учета инерции в треугольнике скоростей откладывается новая установившаяся скорость нашего судна, но ОЛОД проводится не из точки M₁ местоположения цели в момент начала маневра, а из условной упрежденной точки М, отнесенной от точки Mi по ЛОД вперед на время упреждения t_ynp (рис. 2.9). В первом приближении в качестве t_упр принимают половину времени, за которое устанавливается новая скорость своего судна. Таким образом, при этом способе учета инерции команда на сбавление хода дается на t_упр? 0,5t_ман раньше, чем судно-цель придет в точку, из которой проведен ОЛОД. При правильном выборе времени упреждения ОЛОД пройдет по касательной к фактической траектории эхо-сигнала.

При этом способе учета инерции условно считается, что в течение t_yпр сохраняется прежняя скорость судна-наблюдателя V_H (при этом завышается пройденный путь), а после мгновенно устанавливается новая скорость V_н1 (при этом пройденный путь занижается). Оптимальным будет такое время упреждения, при котором завышение пройденного пути за время t_yпр компенсируется последующим занижением. Это соответствует равенству заштрихованных площадей на рис. 2.10.

4) Способ средней скорости.

При этом способе учета инерции в треугольнике скоростей откладывается не новая скорость нашего судна, а некоторая средняя (эквивалентная) скорость за время от начала маневра до момента кратчайшего сближения . Через концы векторов V_cp и V_ц проводится вектор средней относительной скорости и параллельно ему из точки М проводится ОЛОД_ср. Фактически эхо-сигнал будет перемещаться по кривой линии, расположенной между ЛОД и ОЛОД_ср выпуклостью в сторону ЛОД, и в точке кратчайшего сближения пересечений ОЛОД_ср.

При малом времени до кратчайшего сближения (t_кр? 2,5t) ошибка при этом не превысит 10% выбега судна при свободном торможении.

Более точно величина средней скорости может быть найдена из универсальной таблицы учета инерции. [8]

2.8 Метод опасных относительных курсов

При выполнении точных расчетов на безопасное расхождение с одной или несколькими целями можно использовать метод секторов опасных относительных курсов (метод О.Г. Морева).

Метод О.Г. Морева дает полное графическое представление о возможных маневрах своего судна при заданном значении Doп. Этот метод реализован в некоторых автоматизированных системах предупреждения столкновений (МР-226, РЛС «Океан-С» и др.).

Настоящий метод позволяет найти вектор скорости своего судна для безопасного расхождения с целями. Это достигается путем:

а) графического построения на планшете:

- вектора скорости цели (с началом в центре планшета);

- сектора опасных относительных курсов (COOK) цели, ограниченного линиями, параллельными касательным, которые проводят из упрежденного места цели к окружности радиусом D_on с центром, находящимся в центре планшета;

б) выбора для маневра такого положения конца вектора скорости своего корабля, при котором он находится вне COOK; при расхождении с несколькими целями положение конца вектора скорости своего корабля выбирают таким, чтобы он находился вне COOK каждой цели.

Сущность метода иллюстрируется рис. 2.12 и 2.13, на которых приняты следующие обозначения:

М - место своего корабля; К - место цели; К_у - упрежденное место цели (на предполагаемый момент начала маневра своего корабля); ЛОД - линия относительного движения цели; V_M - вектор скорости своего корабля; Vр - вектор относительной скорости цели, параллельный ЛОД и равный по длине относительному перемещению цели за 10 мин с учетом принятого на планшете соотношения масштабов треугольников позиций и скоростей 1:10 (Vр находят графически; для случая, представленного на рис. 2.12, Vр=2КК_у; V_к - вектор скорости цели; а, b - концы векторов V_м, V_к соответственно; К_уm, К_уп - касательные к окружности радиусом D_on; bm', bn' - линии, параллельные касательным К_ут, К_уп; тКуП - сектор опасных относительных позиций цели (СООП); т'bn' - сектор опасных относительных курсов цели (COOK); V_M1, V_M2, V_M3 - выбранные векторы скорости своего корабля при выполнении маневра соответственно только скоростью, только курсом, курсом и скоростью; а₁, а₂, а₃ - концы векторов V_M1, V_M2, V_M3 соответственно.

Таким образом, чтобы разойтись с целью на безопасном расстоянии, необходимо выбрать положение конца вектора скорости своего корабля вне COOK. Очевидно, что если точка М находится внутри COOK, то безопасное расхождение одним уменьшением скорости своего корабля невозможно. [11].

3. Маневрирование судов на расхождение. Использование ECDIS

3.1 Введение в электронную картографию

3.1.1 ECDIS: стандарты и спецификации

Последнее десятилетие характеризуется развитием морской электронной картографии, созданием судовых автоматизированных систем и приборов, позволяющих отражать на электронном экране место судна и навигационно-гидрографическую информацию. Цель создания этих систем - коренным образом улучшить организацию работы судоводителей, повысить её эффективность и снизить навигационную аварийность. Первые электронные карты создавались когда не было сложившихся стандартов для создания, отображения, передачи и редактирования электронных карт. Поэтому, разные фирмы - производители электронных карт выпускали их в своих внутренних форматах, часто несовместимых друг с другом. В более позднее время удалось выявить некоторые закономерности в создании таких карт. Появилась возможность сделать выводы, дающие более общий подход к созданию и использованию электронных карт. Сейчас координаторскую деятельность по стандартизации электронных карт осуществляет IHO во взаимодействии с IMO.

В настоящее время электронно-картографическая система может быть признана ECDIS системой, только если входящие в ее состав программное обеспечение и аппаратура, а также используемые электронные карты соответствуют всем ниже перечисленным требованиям:

§ IHO Special Publication S-57 - стандарт МГО (Международного Гидрографического Общества) на обмен гидрографическими данными. Описывает структуру данных и формат обмена между Гидрографическими Службами, производителями ECDIS, судовладельцами. В настоящий момент осуществляется переход от версии 2 документа (DX90) к редакции 3 (S-57 edition 3 от 3 ноября 1996 г.)

§ IHO Special Publication S-52 - спецификация на информацию, содержащуюся в электронных картах, а также перечисление требований по отображению данных. Редакция 5, декабрь 1996 г.

§ IMO Resolution A/817 - рабочий стандарт ИМО на ECDIS системы, перечисляет требования к программному и аппаратному обеспечению, электронным картам и цифровым корректурам. Дата издания: декабрь 1995 г.

§ IEC International Standard 61174 - требования к морскому навигационному и радиокоммуникационному оборудованию ECDIS-систем. Содержит описание методов проверки соответствия систем требованиям стандарта. Дата издания: 1998 г.

§ СОЛАС Глава V, правило 18 - одобрение и освидетельствования навигационных систем и оборудования, эксплуатационные требования к ним; Правило 19 - требования к оснащению судов навигационными системами и оборудованием.

Помимо соответствия перечисленным выше требованиям, электронно-картографическая система должна пройти процедуру официальной проверки в уполномоченной организации.

мореплавание судно расхождение маневрирование

3.1.2 Обзор электронных картографических навигационных информационных систем

Системы отображения карт и информации различаются по уровню предъявляемых к ним требований и возможностям отображения навигационно-гидрографической информации на экране монитора. Электронные картографические системы разделяются на RCDS, ECS и ECDIS. Большинство фирм производят оборудование ECS и ECDIS, которое может работать в режиме отображения растровых карт (RCDS mode). Системы представляют совокупность программных и технических средств, позволяющих решать вопросы безопасности судовождения при использовании электронной базы данных по навигационной гидрографической обстановке в данном регионе.

В RCDS (RCDS mode) на экране монитора воспроизводятся растровые карты, представляющие фотокопию бумажных. Эти карты по отображению совпадают с бумажными. Наличие на судне электронных копий и их бумажных аналогов позволяет наглядно отслеживать местоположение судна на дисплее и производить сравнение предварительной и исполнительной прокладок на мониторе и бумажной карте. Однако использование подобных карт во многом ограничивает возможности судоводителя при решении навигационных задач, обеспечивающих безопасность судовождения (установка сигнализации при приближении к опасностям, обозначенным на карте, плавание по внутренним водным путям и др.), поэтому такие карты могут использоваться только как вспомогательные.

Работа с векторными электронными навигационными картами значительно увеличивает возможности решения навигационных задач, т.к. все элементы карты имеют определенный код, на который может реагировать электронная картографическая система. Функциональные возможности картографических систем, работающих в этом режиме, значительно расширены. Подобная система может решать все основные задачи судовождения и отвечает международным и национальным требованиям. Отображение ENC официальных ГО не является обязательным условием работы системы, поэтому в ECS могут быть использованы VNC различных коммерческих структур, имеющих свой внутренний формат. [12].

Основной комплект ECDIS в соответствии с международными требованиями включает обязательное подключение следующих датчиков:

1) системы определения места судна (СНС, Лоран и др.);

2) гирокомпаса,

3) лага.

Остальные датчики могут быть подключены (активизированы опции) по требованию заказчика. Обычно фирмы-производители оборудования предусматривают возможности сопряжения с другим навигационным оборудованием для интегрирования информации в единой системе.

Подключение к компьютеру основных датчиков и базы данных по навигационной гидрографической обстановке, т.е. откорректированной электронной карты, позволяет оперативно решать навигационные задачи, связанные с безопасностью плавания судна.

Большинство картографических систем имеют расширенные возможности решения дополнительных навигационных задач, что значительно облегчает работу судоводителя как в режиме подготовки к плаванию, так и во время плавания. Подобный сервис может включать индикацию информации Radar/ARPA, AIS, эхолота, Navtex. Эти датчики отображены на рис 3.1, но не требуется обязательного подключения их в ECDIS.

3.1.3 Международные организации, участвующие в развитии ECDIS, и их взаимодействие

Взаимодействие Международных организаций, принимающих участие в развитии ECDIS и внедрении этой технологии на флоте, наблюдается с момента появления первых электронных карт и прослеживается до настоящего времени. На рис. 3.2 приводится схема подобного взаимодействия на 2004 г. Согласно представленной схеме, вопросами судовождения и безопасности при разработке требований к ECDIS занимается подкомитет по безопасности судовождения NAV, входящий в состав Морского комитета по безопасности MSC, который находится в структуре IMO. Документ, разработанный подкомитетом NAV и принятый IMO в ноябре 1995 г. - «Резолюция А.817 (19). Стандарты исполнения ECDIS» - явился основной точкой отсчета в формировании дальнейших требований к ECDIS.

Вопросами разработки требований к оборудованию и тестированию ECDIS занимается рабочая группа, входящая в состав IEC. Изданный документ IEC 61174 является основным стандартом для проверки ECDIS на получение сертификата одобрения типа.

Вопросы содержания, отображения и обновления карт находятся в ведении Комитета по гидрографическим требованиям к информационным системам CHRIS, который входит в состав Международной гидрографической организации IHO. Изданными документами являются:

1) S-52 «Спецификации содержания карт и отображения в ECDIS»;

2) S-52 Appl «Руководство по корректуре электронных навигационных карт»;

3) S-52 Арр2 «Спецификации цветов и символов»;

4) S-52 АррЗ «Толковый словарь ECDIS - установленные термины»;

5) S-52 Арр4 «Информация по тестовым данным для проверки на соответствие стандарту IEC 61174»;

6) S-57 «Стандарт передачи IHO для цифровых гидрографических данных», состоящий из трех частей. [12].

Среди прочих организаций, участвующих в стандартизации ECDIS, можно выделить следующие: рабочую группу цифровой географической информации DGIWG, Международную организацию по стандартам ISO, Международный морской комитет по радио CIRM. Согласование работы этих организаций осуществляет гармонизационная группа HGE.

3.1.4 Организация деятельности WEND

Основные принципы деятельности WEND - качественное и надежное обеспечение безопасности судовождения с использованием электронной базы данных.

WEND предполагает следующую структуру:

1) Система мировой базы данных ENC - общая мировая сеть данных, основанная на стандартах IHO и предназначенная специально для решения проблем международного морского использования ECDIS.

2) Базы данных по ENC национальных ГО, сосредоточенные в RENC.

3) WEND, представляющая собой систему IHO как кооперацию отдельных RENC.

4) RENC, согласно определению WEND, обеспечивающая корректурную поддержку карт данного региона.

3.1.5 Категории информации, отображаемой на дисплее

В соответствии с требованиями международной морской и гидрографической организаций к картографическим системам класса ECDIS, вся информация, которую можно выводить на дисплей, подразделяется на три категории:

1) Базовая, где отображается основная информация слоев, выключение которых невозможно ни при каких обстоятельствах. Такой информацией является:

- береговая черта;

- изобаты и опасности с глубиной меньше, чем указанные ранее в ECDIS для данного судна;

- надводные опасности, включающие линии электропередач и мосты, буи, знаки, которые могут или не могут использоваться для навигации;

- системы установленных путей.

2) Стандартная, включающая наличие следующих слоев:

- все слои базовой информации;

- осушки;

- границы фарватеров и каналов;

- береговые средства навигационного оборудования, радиолокационные ориентиры;

- районы с особыми условиями плавания;

- предупреждения.

3) Полная, где слои стандартной информации дополнены всей имеющейся на карте информацией.

Фиксирование информации с дисплея удобно при решении различных навигационных задач, когда избыток информации может мешать выполнению этой задачи (приближенное составление маршрута перехода).

В системах ECS обычно используется аналогичный подход к фиксированию отображения информации.

3.1.6 Технология изготовления векторных электронных карт

Как отмечалось ранее, гл. V Конвенции SOLAS подтверждает возможность использования электронных баз по навигационной гидрографической обстановке в качестве альтернативы бумажным картам. Это принципиально меняет стереотип мышления судоводителей, привыкших при решении вопросов безопасности судовождения работать с бумажными картами. Подобные базы данных представляют структурированную информацию по конкретному району, которая может быть преобразована в SENC и отображена на экране монитора. Навигационно-гидрографические базы данных могут создаваться официальными ГО или уполномоченными на подобную деятельность организациями. [13].

Требования к официальным базам данных являются для всех открытыми и изложены в руководящих документах IHO. Они выполняются всеми официальными ГО, изготавливающими электронные карты.

Для неофициальных ГО, представляемых коммерческими компаниями, основным руководящим документом является стандарт ECS Database Standard ISO 19379, в котором отражены требования к технологии и качеству электронных карт, используемых в ECS.

Такие компании представляют информацию с использованием своего внутреннего формата, доступ к которому может быть ограничен для фирм-производителей картографических систем. Однако неофициальность этих карт не позволяет использовать их вместо бумажных. Практика судовождения подтверждает высокую эффективность применения таких карт в оборудовании ECS и ECDIS в качестве вспомогательных.

Технология изготовления векторных карт представляет процесс, включающий автоматизированную обработку информации и одновременный контроль ее профессиональными инженерами-гидрографами для предоставления конечного продукта пользователю. В этом процессе можно выделить несколько этапов, которые являются обязательными. Электронная карта может быть получена на основе использования информации бумажной карты или электронной базы данных, находящейся в архиве. Современная технология позволяет получить электронную карту одновременно с ведением промерных работ на судне.

В настоящее время активно используется технология изготовления электронных карт по информации имеющихся бумажных. Первичный этап включает сканирование бумажной карты и получение растрового образа, т.е. файла рисунка этой карты. Последующая обработка предполагает векторизацию оператором полученной растровой карты с помощью специальной программы.

Первоначально создается файл пустой электронной карты с параметрами координат углов, соответствующими углам растровой карты, указываются система координат (эллипсоид) и проекция бумажной (растровой) карты.

После привязки углов растровой карты в координаты образовавшейся пустой электронной устанавливается определенный уровень контрастности и видимость растровой карты в определенной тональности (палитре). Оператор в рекомендованной последовательности выбирает объекты цифрования, которым будет присваиваться определенный код. Все объекты карты можно разделить на следующие виды:

- площадные (берега, районы якорных стоянок, районы закрытые и ограниченные для плавания, заповедники и т.д.);

- точечные (скалы, навигационные ориентиры, буи, маяки и т.д.);

- линейные (пирсы, свайные преграды, рыболовные сети и т.д.);

- справочная информация (информация о проекции, системе координат, требования портовых властей, выдержки из лоции и т.д.).

При фиксировании точечных объектов происходит запоминание координат этой точки и кода, по которому он будет распознаваться картографической системой впоследствии.

Линейные объекты векторизуются программой, позволяющей распознавать точки растровой карты. Так, программным способом образуется линия с точками, закодированными определенным образом. Площадные объекты представляются в виде замкнутого контура с автоматическим кодированием всех точек внутри него.

Справочная информация может относиться ко всей карте (проекция и система координат), группе объектов (условия движения судов внутри портовых вод) или иметь пояснительный характер описания отдельных точек, отражаемых на карте (места якорных стоянок).

Кодированные таким образом объекты бумажной карты представляют векторизованную базу данных, которая может обрабатываться, распознаваться и отображаться в картографической системе.

3.1.7 Использование официальных векторных электронных карт

В соответствии с новыми требованиями гл. V Конвенции SOLAS-74 на судне может быть использовано конвенционное оборудование ECDIS. Судоводитель может работать без бумажных карт при наличии резервного комплекта ECDIS и официальных ENC на район плавания, откорректированных на уровень современности.

Морские администрации государств вправе вносить поправки по обязательному оснащению своих судов, имеющих на борту ECDIS, дополнительной коллекцией бумажных.

Официальными ENC являются карты, изготовленные официальной ГО или уполномоченной ею организацией. Они должны быть выполнены в соответствии со стандартом IHO S57 после 1996 г., который называется «Стандарт передачи IHO цифровых гидрографических данных». Официальные ENC, изготовленные в соответствии с этим стандартом, имеют версию 3 (1996 г.) и выше - S57 (3), S57 (3.1),… - позднее 1996 г. Все другие электронные карты, выпущенные официальными ГО ранее по стандарту S57 или выпускаемые в настоящее время различными коммерческими структурами, не имеют статуса официальных.

Некоторые официальные ГО изготавливают растровые карты RNC, которые также называются официальными RNC и могут отображаться в ECDIS и ECS, но не могут заменять официальные ENC. Только в системе ECDIS откорректированная официальная электронная карта может заменять бумажную.

Единицей распространения векторной электронной карты является ячейка, представляющая базу данных по навигационно-гидрографической обстановке на определенный географический район. Она ограничена двумя параллелями и двумя меридианами. Нарезка ячеек может отличаться от традиционной нарезки бумажных карт. Обновление и дополнение коллекции официальных карт осуществляется средствами картографической системы с помощью встроенной программы, предназначенной для этой цели.

Обязательным требованием для дополнения коллекции официальных карт является процедура конвертирования их в SENC с помощью специальной программы. Описание работы с программой обычно приводится в руководстве пользователю или отдельном руководстве работы с утилитами. Корректура ENC, как правило, производится при помощи той же программы.

В настоящее время некоторые фирмы, имеющие одобренный сертификат на дистрибуцию SENC, могут конвертировать официальные карты в SENC конкретного производителя ECDIS и распространять уже готовые для отображения карты. Эта процедура, проводимая на берегу, сокращает трудозатраты судоводителя в море, уменьшает вероятность допуска ошибок и позволяет формировать заказ на электронные карты от различных производителей. Она не требует обработки заказов в море от разных поставщиков информации.

Работа судоводителя с ECDIS при отображении ENC требует обобщенных знаний цифрования электронных карт, которые могут отличаться от требований к цифрованию неофициальных карт.

Все картографические объекты разделены на классы, каждый из которых имеет набор атрибутов. Эта информация последовательно может выводиться на экран по запросу судоводителя.

3.1.8 Использование неофициальных векторных электронных карт

Электронные карты, изготовленные коммерческими компаниями, могут преобразовываться в SENC ECDIS и ECS и отображаться на экране. В этом случае они не могут заменить бумажные карты.

Оборудование ECS не является конвенционным, однако очень эффективно используется на судах, представляя дополнительное средство контроля местоположения судна при приближении к опасностям и решении различных навигационных задач.

Практическое отличие программного обеспечения ECS от ECDIS может быть очень незначительным и обычно заключается только в перечне спектра решаемых задач. У фирм, предлагающих ECS и ECDIS оборудование, обычно используется типовое программное обеспечение. Это дает возможность судовладельцу производить переинсталляцию судовой картографической системы и заменять системы более низкого уровня системами более высокого уровня с соответствующим изменением статуса оборудования и документации на него. Важным условием является выполнение требований сертификационных организаций к компьютерной технике и размещению ее на судне.

С помощью оборудования ECS судоводитель имеет возможность решать практически все основные навигационные задачи, что многих вполне устраивает. [12].

Как отмечалось, векторные электронные карты, изготовленные коммерческими компаниями, являются только информационными и не могут заменять бумажные карты. Однако многие судоводители используют их значительно эффективнее, чем имеющиеся на этот же район официальные. Это вызвано тем, что графика представления информации по объектам и окружающей обстановке может быть более наглядна и удобна для решения вопросов безопасности судовождения. Обработка подобной информации не требует дополнительных затрат времени. Кроме того, много информации на официальных картах остается невостребованной.

Изготавливая неофициальные карты во внутреннем формате, присущем только конкретной фирме, производители сами принимают решение о виде их представления на экране, использовании цветовой гаммы, библиотеке отображаемых символов, последовательности и уровне насыщенности информацией объектов карты. Обычно уровень качества этой работы, контролируемой профессиональными гидрографами, является высоким. Результаты анализа показывают, что такая продукция на флоте в картографических системах в настоящее время более востребована. В этих электронных картах может быть не только упрощенная информация, но и наоборот - информация, которая не предусмотрена для официальных карт, но часто используется в международной практике судовождения. Так, например, на большинстве судов есть адмиралтейская коллекция огней и знаков, но в официальных картах отсутствуют требования по фиксированию номеров маяков согласно этому пособию и иногда очень трудно сверить по книге фактическое состояние огня маяка с его характеристиками. У большинства фирм, производящих неофициальные электронные карты, эта информация присутствует, что часто является важным и востребованным при решении спорных и неопределенных вопросов.

В качестве примера достоинств некоторых неофициальных электронных карт отметим возможность производить подсветку точек береговых маяков определенным цветом при нахождении судна в секторе соответствующего огня Это выполняется только при условии, если дальность от судна до маяка меньше дальности видимости огня При наличии подобной подсветки судоводитель имеет возможность ориентироваться в условиях пониженной видимости при следовании по ведущим узконаправленным створам, отслеживать моменты «открытия» и «закрытия» маяков, использовать эту информацию при выходе судна в опасные сектора и т.д.

Фирмы, занимающиеся картографическим производством профессионально, обычно выпускают неофициальные электронные карты, полностью копируя информацию бумажных. Для соответствующего масштаба там представлена абсолютно вся информация и эта карта не может являться «приближенной», т.к. она полностью отвечает требованиям точности и достоверности информации.

3.1.9 Применение дополнительных баз данных для решения навигационных задач

Многие картографические системы способны решать навигационные задачи с использованием не только базы данных по навигационной гидрографической обстановке, но и дополнительных баз данных, которые могут храниться отдельно. Такие базы данных могут включать информацию по лоциям, портам, приливо-отливным течениям, поверхностным течениям, морским астрономическим ежегодникам, каталогам карт и книг, таблицам приливов. Перечень может быть расширен с учетом специализации судов или места установки картографических систем (береговой или судовой вариант).

Конвенция SOLAS-1974 предусматривает официальное использование этих баз данных, при условии предоставления их официальными гидрографическими службами. Корректура их должна быть приведена к уровню современности.

Подобная информация, представляемая в картографических системах, позволяет аккумулировать информацию и решать навигационные задачи применительно к конкретным условиям плавания с учетом всех имеющихся данных.

Некоторые картографические системы имеют возможность обрабатывать также оперативную информацию для решения навигационных задач. Примером является возможность обработки прогнозов погоды при планировании движения судна по созданному маршруту в сложных гидрометеорологических условиях. Наличие подобной программы позволяет своевременно внести изменения в график движения, изменить маршрут или предусмотреть дополнительные мероприятия по креплению и размещению груза.

3.1.10 Работа с растровыми картами. Ограничения картографических систем RCDS

Растровые карты в RCDS представляют графическую копию бумажных карт, отображаемую на экране монитора. Она удобна в восприятии, т.к. полностью соответствует бумажной, но менее информативна и не позволяет решать многие навигационные задачи, связанные с безопасностью судовождения.

Наличие мировой коллекции растровых карт позволяет использовать их в картографических системах любого типа. Требования по отображению растровых карт в ECDIS (RCDS mode) изложены в стандарте IЕС 61174.

Плавание в районах рек также затруднено, т.к. бумажные карты обычно имеют ориентацию не на север, а произвольную, т.е. при их печати используют «косую» сетку. При сканировании этих карт ориентация остается, а при отображении в ECDIS все карты ориентированы строго на север (или по курсу), что разворачивает текст, не позволяя его читать на экране.

Как известно, растровые карты занимают большой объем памяти, что вызывает определенные трудности для их хранения и приводит к перезагрузке экрана в некоторых картографических системах.

Отмеченные наиболее существенные недостатки подчеркивают ограничения картографических систем RCDS, являющиеся причиной продолжающихся дискуссий на международном уровне при рассмотрении вопросов альтернативности электронных карт их бумажным аналогам. [14].

3.1.11 Национальные технико-эксплуатационные требования, предъявляемые к ECS

Активное участие в разработке требований к оборудованию ECS принимает RTCM. К этим системам предъявляются национальные требования, выполнение которых должно быть подтверждено национальным сертификационным обществом. В Российской Федерации это Российский Морской Регистр Судоходства. Ниже приводятся основные технико-эксплуатационные требования (ТЭТ), предъявляемые к ECS, устанавливаемым на российских судах.

1) Отключение питания: в системе должно быть предусмотрено восстановление работы с сохранением всей ранее содержащейся информации при отключении основного питания системы не более чем на 45 с.

2) Отображение информации:

а) возможность удаления информации с экрана;

б) масштабы карт должны быть от 1:10000 до 1:50000000 с возможностью перехода от одного к другому;

в) перечень выводимых на экран данных о плавании;

г) возможность ориентации на север;

д) ECS должна иметь минимум два набора цветов (дневной и ночной).

3) Корректура: должна указываться дата последней корректуры. Наносится в автоматическом и ручном режиме. Цвет - оранжевый. Основные требования, предъявляемые корректуре, можно найти в приложении.

4) Оповещения и предупреждения:

а) информация о несоответствии масштаба изображения масштабу базы данных;

б) два режима работы: навигация и планирование;

в) сигналы тревог:

- сбой в работе приемоиндикатора;

- предел отклонения от курса, линии пути;

- заданная дистанция до точки поворота;

- заданная дистанция до опасного района.

5) Дополнительная информация на экране:

а) совпадение масштабов и ориентации Radar и VNC;

б) на экран карты можно выводить и убирать радиолокационную информацию, включая информацию о целях.

6) Требования к дисплею:

а) высота букв и цифровых знаков должна быть не менее 2 мм;

б) размеры символов при изменении масштаба должны оставаться неизменными;

в) диагональ изображения должна быть не менее 300 мм с разрешением 640х480 пикселей.

7) Рабочие режимы:

а) должно быть два режима - навигация и планирование;

б) в памяти должно храниться минимум 10 маршрутов по 100 точек;

в) данные координирования выводятся на экран каждые 5с с задержкой, не превышающей 2 с;

г) в памяти должна оставаться информация о 30 мин плавания или шести пройденных милях. На экране должна оставаться траектория с отображением одной точки за 30 с или через 0,1 милю;

д) данные о месте положения архивируются с интервалом, не превышающим 60 мин.

8) Точность вычислений:

а) расстояния - наиболее высокая из следующих:

- 1 метр при дистанции до 1000 м;

- D /1 000 при дистанции более 1000 м;

б) пеленга - 0,1°,

в) точность снятия с бумажной карты для нанесения на электронную:

- линейных объектов (берега, изобаты) - 1 мм;

- точечных объектов (буи, маяки) - 0,5 мм.

9) Время перестроения экрана не должно превышать 5 с. В технико-эксплуатационных требованиях определено содержание базы данных, включая требования к стандартному дисплею - всё то, что должно обязательно отражаться на экране: береговая линия, осушки, обязательные изобаты до 30 м, опасности и т.д. Также в ТЭТ определены требования к дополнительной базе данных: паромным переправам, подводным кабелям, трубопроводам и т.д.

3.2 Решение навигационных задач и работа с оборудованием в период плавания

3.2.1 Контроль работы навигационных датчиков

Как отмечалось, требования к ECDIS предусматривают обязательное сопряжение навигационных датчиков определения места судна, гирокомпаса и лага. Работа ECDIS в сети с датчиками дополнительной информации, к которым относится ARPA, Radar, AIS, эхолот и др., не должна ухудшать функционирование этого оборудования. В ECDIS должны быть предусмотрены средства для автоматической проверки сопряжения датчиков. Особые требования предъявляются сопряжению с оборудованием ARPA, Radar и AIS, что регламентировано стандартами IEC.

Результаты отказа работы датчиков навигационной информации или причины поступления недостоверных данных должны индицироваться на экране или оповещаться тревожной сигнализацией. В случае обнаружения неисправности аппаратуры должна быть указана причина поступления недостоверных данных.

Судоводитель обязан постоянно контролировать работу сопряжения оборудования и своевременно предпринимать меры в случаях сбоев или при отказе в его работе. Традиционные методы навигации должны быть востребованы и использованы для решения вопросов безопасности судовождения. Особое внимание уделяется контролю работы системы позиционирования и отображению местоположения судна на экране монитора.

Конвенционные требования предусматривают обязательное дублирование способов определения места судна и использование различных вариантов комбинаций с целью исключения возможных систематических ошибок.

Важным является то, что картографическая система фиксирует только текущее событие, наступление которого является свершившимся фактом, а судоводитель должен упреждать ситуацию и предусматривать заранее возможность допуска ошибки, связанную как с техническими вопросами, так и с вопросами человеческого фактора.

Картографические системы позволяют постоянно производить контроль работы основных приборов, сравнивая показания курса и скорости по GPS относительно грунта с показаниями лага и гирокомпаса, что очень важно для безопасности судовождения.

Обязательным условием является возможность установки местоположения своего судна вручную по информации любых способов ОМС. Допускается режим ведения прокладки посредством ручного ввода значений курса и скорости движения судна. Приоритет отдается той автоматизированной системе или ручной прокладке, надежность которой в сложившейся ситуации является наиболее высокой.

Возможность наложения «сырой» радиолокационной картинки на электронную карту и автоматическое совмещение этой информации дает возможность получать действительные данные о параметрах движения судна и контролировать показания датчиков курса и скорости движения судна. Этот режим работы позволяет получать дополнительную информацию о работе основных навигационных приборов. [12].

3.2.2 Решение навигационных задач во время рейса

В режиме реального мониторинга судоводитель решает текущие задачи, которые относятся к загруженному реальному маршруту следования. Эти задачи можно разделить на две категории:

1) Задачи, решаемые картографической системой автоматически.

2) Задачи, решаемые по запросу.

Автоматически решаются задачи приближения к поворотным точкам, выходу на новый курс и рекомендациям по дальнейшему планируемому пути следования. Эти данные доступны без ввода дополнительной информации и могут быть востребованы судоводителем.

По запросу могут быть произведены расчеты времени прихода в заданные координаты по планируемой скорости движения и скорости движения судна по задаваемому времени прихода в указываемую на маршруте точку. Эти задачи решаются для загруженного в режиме мониторинга маршрута. [12].

3.2.3 Работа с электронным судовым журналом

Действия судоводителя автоматически фиксируются в судовом электронном журнале. Внесение каких-либо изменений и дополнений в судовой журнал в течение последних 12 часов должно быть исключено. Требования стандарта IEC 61174 предусматривают запись всех основных параметров движения судна с возможностью их последующего восстановления. В течение этого периода должны фиксироваться время, координаты, курс и скорость судна, а также данные по электронной карте и ее корректуре. Автоматическое фиксирование этих данных за последние 12 часов должно происходить с интервалом 1 мин. Система сохраняет данные о рейсе в виде координат широты и долготы за последние 3 месяца с частотой 4 часа.

Судоводитель, согласно требованиям компании для данного типа судна и условий плавания, должен правильно указать параметры ведения журнала, т.е. фиксирования координат точек на маршруте следования, периодичности сохранения файлов архивируемых траекторий. Впоследствии данную информацию можно использовать на электронных картах для восстановления траекторий движения судна. Это может быть востребовано при анализе прошедшего рейса или повторном заходе в порт.

Обязательной является возможность мгновенного фиксирования местоположения судна с указанием отметки на электронной карте. Эта информация может быть использована для повторного выхода судна в эту точку (команда «человек за бортом»).

Хранение информации в архивированном виде необходимо производить до окончания рейса. Электронный судовой журнал не заменяет бумажный, но может его дополнять в случаях необходимости восстановления информации по рейсу.

3.3 Возможности ЭКНИС для расчета различных манёвров

Современные ЭКНИС позволяют определять обстоятельства встречи и элементы движения целей, а также проигрывать всевозможные маневры. Для этого используются функции «маневренный планшет» и «маневренные элементы». Рассмотрим эти функции на примере систем dKart Navigator компании «Моринтех» и OCEAN MONARCH компании «Морские навигационные системы».

Функция «Маневренный планшет» предназначена для графоаналитического решения задач для расхождения с опасными целями САРП и / или АИС. На рисунке 3.3 показано основное окно данной функции.

Вся необходимая информация о целях поступает от САРП и AIS. Окно «САРП цели» отображает информацию по целям САРП, предварительно взятым на автосопровождение, позволяет создавать ручные цели. При выборе цели вручную, её положение фиксируется на карте, указывается пеленг и расстояние, производится расчёт курса и скорости цели.

Описание элементов основного окна функции «Маневренный планшет»:

Индикатор максимальной дальности отображает максимальное значение радиуса (в морских милях) отрисовки маневренного планшета. Индикатор масштаба векторов отображает значение длин векторов (в минутах с учетом скорости) скорости судна и целей.

Кнопки выбора режима планшета. При нажатии на планшет отображает все реальные цели в режиме реального времени и с реальными значениями курса и скорости, позволяет моделировать различные ситуации, задавая разные значения курса и скорости судна. Также возможно отображение в ускоренном режиме. В режиме «Моделирование» пользователь может задать свое значение параметров в строках редактирования, во всех остальных режимах строки отображают текущие значения курса и скорости.

Блок настройки ускорения предназначен для настройки параметров работы планшета в режиме ускорения. Блок времени расхождения предназначен для расчета времени расхождения судна с целью.

Так же можно произвести выбор маневра, произвести его расчёты и проиграть. Для этого нужно выбрать окно «Маневренные элементы» и задать вид манёвра (циркуляция, инерция, экстренный маневр торможения, человек за бортом) и основные параметры состояния судна.

3.4 ЭКНИС для крупнотоннажного флота Navi-Sailor 3000

Navi-Sailor 3000 разработана в соответствии с требованиями Конвенции SOLAS и Резолюции IMO, имеет сертификаты Российского Морского Регистра Судоходства, Российского Речного Регистра и норвежского сертификационного общества DNV.

Конфигурация:

ЭКНИС включает в себя процессор, монитор, клавиатуру с трекболом и программное обеспечение. Именно в такой конфигурации система получила сертификаты одобрения типа от Департамента морского транспорта Минтранса РФ и Морского Регистра Судоходства России и в такой конфигурации предлагается для установки на суда. Монитор для отображения электронной карты может устанавливаться в специальной консоли, встраиваться в пульт управления судном или монтироваться на специальном кронштейне.

Позиционирование

Navi-Sailor 3000 автоматически предоставляет судоводителю всю необходимую информацию:

· текущее местоположение и вектор движения судна

· получение информации от радара/САРП и работа с РЛ целями

· данные, полученные от других подключенных навигационных датчиков

· данные АИС

· отображение контура судна в соответствии с заданными параметрами и масштабом карты

· информация об опасных объектах и районах на карте

· данные о приливах, течениях, погоде

Navi-Sailor 3000 позволяет сохранить несколько графиков (расписаний) прохождения одного и того же маршрута. В сетевой конфигурации существует возможность обмена данными о маршруте между несколькими интерактивными системами NaviSailor.

Информация по объектам на карте.

Navi-Sailor 3000 позволяет получать информацию по всем навигационным объектам, нанесенным на векторную карту:

· Точечные объекты (маяки, буи, информационные объекты, и т.д.);

· Линейные или пространственные объекты (рекомендуемые маршруты, кабели, трубопроводы, границы раздела, районы, и т.д.);

· Символы сообщений NAVTEX (при подключении функции Navtex Manager).

Информация из баз данных:

Пользователи системы Navi-Sailor 3000 имеют доступ к следующим базам данных Транзас, содержащим ценную информацию для правильных и точных вычислений, позволяющих сократить потребление топлива и оптимизировать время перехода: