Отчёты по практике / RYMO / Rymo отчет

5.7 Глобальная система позиционирования, GPS

Устройства GPS настолько просты и надёжны, что почти все суда, от маленьких яхт до самых больших судов в мире, снабжены одним или несколькими ресиверами (приёмниками)

GPS.

GPS – это независимая автоматическая система позиционирования с ненаправленной

(круговой) антенной. Входящие данные генерируются спутниками. Изначально систем была разработана для нужд Департамента обороны США, но потом была сделана доступной для гражданских нужд. Европа создаёт свою альтернативную систему, GALILEO. Создана и работает российская система GLONASS, китайская BEIDOU, ведутся работы над другими национальными системами позиционирования (прим. перев.).

DGPS (Differential Global Positioning System), дифференциальная GPS – более точная система за счет использования дополнительного сигнала от опорного передатчика. Его позиция известна с высокой точностью, поэтому улучшает результат вычисления спутниковой позиции. Из-за ограниченного радиуса действия это локальное улучшение.

Существуют и используются различные технологии глобального DGPS, с

использованием различных поправочных данных (прим. перев.).

Глобальные системы позиционирования работают с сигналами малой мощности,

передаваемыми большим количеством спутников, облетающих Землю на высоте 20000

километров. Обычно в каждый момент времени приемник получает сигнал в среднем от 8

разных спутников.

Такие (D)GPS приемники дают не только позицию в данный момент времени (в

координатах). Когда приемник (судно) движется, вычисляются также скорость и направление относительно грунта.

5.8 Автопилот. Автоматическая функция курса

Автоматические пилоты – устройства, которые сравнивают текущий курс по гирокомпасу с заданным курсом, и принимает корректирующие меры, если курс отличается от заданного. Большинство таких приборов в наши дни адаптивные, это значит, что они приспосабливаются к характеристикам судна, применяя минимальный угол поворота руля,

чтобы вернуться на установленный курс. Автопилот также может быть настроен на определенный коэффициент усиления, максимальный угол поворота руля, максимальную скорость поворота судна.

Современные автопилоты настолько чувствительны, что начинают подруливать с минимального отклонения от заданного курса, ещё до того, как рулевой это заметит. Таким образом, получается более прямой курс, чем сделал бы человек. Прямой курс экономит время и топливо.

Рисунок 5.3 – Дисплей GPS

5.9 Функция автоматической проводки судна по заданной траектории движения

Система GPS, которая даёт курс и скорость через электронную карту ECDIS (Electronic Chart Display and Informarion System), или сам приемник GPS, делает возможным провести судно по запланированной траектории. Можно ввести путевые точки, в которых судно будет медленно поворачивать на следующий отрезок, после выдачи предупреждения и получения подтверждения.

Рисунок 5.4 – Вид на мостовую консоль управления

Оборудование мостика включает в себя:

1.Репитер гирокомпаса

2.Переключатель способа управления

3.Автопилот

4.Рулевое колесо (штурвал) с контролем угла поворота руля

5.Рулевой рычаг без контроля

6.Управление рулевым оборудованием

7.Индикаторы угла поворота руля (двойной руль)

8.Колесо выбора курса.

5.10 Скорость и расстояние (лаг)

На судах водоизмещением более 500 GT должны измеряться скорость и дистанция по воде. Должен быть установлен один лаг с индикацией скорости и пройденного расстояния по воде. Это может быть, например, электромагнитный лаг. На мелкой воде так называемый Допплер-лаг может измерять скорость по воде и по грунту, путь по воде и по грунту. Это можно выбирать на дисплее.

Двухосевые лаги измеряют скорость вперед и назад, а также поперечное движение.

Такой лаг используется на очень больших судах (танкерах, балкерах), чтобы контролировать силу удара о пристань при швартовке.

5.11 Индикатор угла поворота руля

На дисплее должно отображаться реальное положение руля. Обычно это показывается на установленном на палубе индикаторе, видимом отовсюду на мостике.

5.12 Индикатор скорости поворота (ROT, Rate of Turn)

Такие индикаторы должны устанавливаться на судах водоизмещением 50000 GT и

выше. Скорость поворота важна для больших судов, чтобы определить время, необходимое для того, чтобы судно легло на желаемый курс.

Перед поворотом руль должен быть переведен в нужное положение, чтобы корабль начал поворачивать. Особенно долго реагируют на перекладывание руля большие суда.

На консоли в мостике есть дисплеи (с ROT). Наряду с RPM, направлением вращения винта, упором (pitch) для ВРШ – все эти параметры очень важны при маневрировании и швартовке. Такие дисплеи ставят также на крыльях мостика.

5.13 Ветер и звук

Суда с закрытыми рулевыми рубками, которые чувствительны к ветру при маневрировании, должны быть оборудованы указателем направления и силы ветра и системой приема звука. Она состоит из микрофонов снаружи и системой громкоговорителей внутри,

способной передать направление приходящего снаружи звука.

5.14 Эхолот

Глубина воды под судном измеряется эхолотом. Трансдьюсер (антенна, датчик-

излучатель эхолота) на днище судна посылает вниз акустические импульсы и получает отраженные сигналы. Расстояние между днищем судна и морским дном может быть рассчитано по времени между посылкой и получением.

Скорость импульса (звука) в воде более-менее постоянна. В настройках можно ввести осадку судна (для точной глубины от поверхности). Для любой глубины под трансдьюсером можно настроить предупредительный сигнал. Посылаемый звуковой сигнал имеет вид конуса,

с вершиной на трансдьюсере.

5.15 Лампа дневной сигнализации

Все суда водоизмещением свыше 150 GT должны иметь лампу дневной сигнализации

(судовой сигнальный прожектор, лампа Ратьера). Источник электроэнергии для нее должен быть независим от основного энергоснабжения оборудования мостика. Обычно используются простые аккумуляторные батареи.

5.16 Панель навигационных огней

В рулевой рубке должны быть сигнализация и индикаторная панель для контроля и управления навигационными огнями. В большинстве случаев рядом находится контрольная панель для сигнальных огней типа «судно, лишенное возможности управляться» (NUC, Not

Under Command).

Рисунок 5.5 – Дисплей доплеровского лага, показывающий скорость в режиме «по дну» и

боковые скорости носа и кормы

Рисунок 5.6 – Дисплей эхолота, показывающий глубину под килем

5.17 Регистратор данных рейса

Пассажирские суда и суда тоннажем более 3000 GT, построенные после 1 июля 2002 г,

должны иметь регистратор данных рейса (Voyage Data Recorder, VDR, Black Box) для помощи в расследовании инцидентов. Детали можно найти в SOLAS.

Этот прибор состоит из блока сбора данных, получающего всю необходимую информацию от разных инструментов, и капсулы, где эти данные хранятся. Прибор записывает данные о курсе, скорости, коммуникации, срабатывания сигнализации, внесении

каких-либо изменений, детальные сведения о работе двигателя, а также всё, что было сказано в рулевой рубке. Данные по запросу могут быть переданы на береговую базу судна.

Наподобие «черных ящиков» с самолётов, VDR даёт возможность при расследовании инцидентов восстановить порядок действий и отдаваемые команды в каждый момент времени перед происшествием и помочь установить причину инцидента.

Ящик сбора информации обычно устанавливается в рулевой рубке или рядом, капсула с данными – на крыше рулевой рубки. Она должна быть установлена так, чтобы всплыть, если судно будет тонуть. Устройство должно ежегодно проверяться специально утвержденной компанией.

5.18 Дисплей электронной карты

Вместо бумажных карт вся картографическая информация теперь отображается на компьютерном дисплее. Позиция судна также есть на экране.

Карты могут быть растровые (отсканированные бумажные карты) или векторные,

полностью цифровые. Последний тип имеет существенные преимущества. Электронная карта может быть скомбинирована с АИС (AIS) и радаром, это значит, что вся информация может быть сделана видимой на экране. Обновление карт проходит в цифровом виде. Предусмотрена вторая система электронных карт (на другом компьютере) в качестве резервной. Бумажные карты тоже могут использоваться как резерв, но в этом случае они должны быть откорректированы.

Растровые карты не разрешены в «плавании без бумаг».

Рисунок 5.7 – Дисплей электронной карты района плавания судна

6 Судовые компьютерные информационные системы

Информационно-коммуникационные технологии находят применение во всех отраслях производства, включая и транспорт, обеспечивая повышение их эффективности. Одним из примеров внедрения этих технологий на судах стали навигационно-информационные системы с электронными картами (НИС). Среди них выделяют электронные отображающие карты информационные системы – ЭКДИС (ECDIS - Electronic Chart Display and Information System)

и просто системы с электронными картами – ЭКС (ECS - Electronic Chart System).

Навигационные системы с электронными картами появились на судах в начале 1980-

ых годов. Тогда они выполняли в основном функции видеопрокладки, и их информационные ресурсы были малы. Однако и с такими возможностями НИС обладали преимуществом перед учетом движения судна на бумажной карте.

При ручной прокладке вахтенный помощник ведет графическое счисление, снимая данные с ГК, лага, учитывает ветровой дрейф и течение, производит обсервации, строит линии положения или по координатам наносит место судна на карту. На эти операции требуется время. В результате, при ручной прокладке место на карте получается с запозданием, т.е.

штурман всегда «сзади судна». В открытом море временем, потраченным на определение места и нанесение его на карту, можно пренебречь. Вблизи берегов и опасностей отсутствие запоздания в отображении места на карте становится жизненно важным, особенно при приборной проводке судов.

Возможности вахтенного помощника вручную прокладывать путь судна ограничивают и частоту обсерваций. Даже хорошо обученный судоводитель способен производить простые обсервации с нанесением места на карту обычно не чаще, чем через три минуты.

Появившиеся видеопрокладчики объединили процесс определения места судна и нанесения его на карту, что позволило производить обсервации и отображать положение судна на электронной карте в реальном времени (без задержки) практически непрерывно, с

интервалом в одну секунду и даже чаще. Эти видеосредства показывают цифровые данные о курсе, скорости, глубине под килем, и другие кинематические параметры судна на одном экране, избавляя оператора от необходимости обращения ко многим приборам.

С ходом времени навигационные системы с электронными картами довольно быстро совершенствовались. Процесс возрастания функциональных возможностей этих систем и увеличения количества отображаемой ими информации можно представить следующими этапами:

-Применение упрощенных карт-схем;

-Подключение навигационных позиционных средств;

-Использование растровых карт;

-Отображение векторных карт;

-Поиск данных и отображение карт в разных масштабах;

-Выполнение планирования пути;

-Выдача справок о картографических объектах;

-Автоматическая сигнализация об опасностях;

-Использование формата МГО для данных карт;

-Отображение карт в соответствии со стандартом МГО;

-Соответствие эксплуатационным стандартам ИМО;

-Автоматическая корректура карт;

-Одобрение классификационными обществами на принадлежность к ЭКДИС;

-Использование данных САРП и транспондера АИС;

-Интеграция информации РЛС и др.

В процессе развития информационное обеспечение видеопрокладчиков и количество выполняемых ими навигационных и информационных функций значительно возросли, что позволило эти системы с полным правом называть навигационно-информационными.

Объем данных, которыми оперирует НИС, неуклонно увеличивается. При рассмотрении определенных вопросов всю информацию, с которой оперируют НИС, условно делят на два основных вида: принадлежащую к изображению земной поверхности

(картографическую) и относящуюся к навигации.

В последние годы информационные ресурсы НИС пополняются главным образом относящимися к навигации данными. Здесь можно назвать электронные варианты наставлений для плавания, пособий по радиотехническим средствам, базы сведений о портах,

климатические базы, и т.д. Современные НИС представляют вахтенному помощнику:

–Данные о собственном судне (текущее место, кинематические параметры, прошлый путь, запланированный маршрут и ряд других элементов);

–Радиолокационное изображение и кинематические параметры целей САРП;

–Данные транспондера АИС о других судах;

–Сведения о навигационном ограждении, об оптических и радиотехнических навигационных средствах;

–Наставления для плавания;

–Элементы сервиса береговых систем управления движением;

–Гидрометеорологические сведения (многолетние данные, сведения о текущей погоде,

данные о ледовой обстановке, прогностическую информацию);

Таким образом, четко проявляется тенденция постепенного увеличения в НИС доли относящейся к навигации информации по отношению к картографическим данным.

Неуклонно расширяется и состав навигационных функций НИС.

Использование в НИС для прокладки пути судна векторных карт с автоматической сигнализацией об опасностях создало этим системам репутацию средств, предупреждающих посадку судов на мель (antigrounding tool).

При интеграции информации РЛС и САРП навигационно-информационные системы дополнительно стали действенным средством для предупреждения столкновений судов (anticollision tool). С подключением транспондера АИС эффективность НИС в обеспечении безопасного расхождения судов еще больше возросла.

В настоящее время проводится большая работа для создания НИС возможности в реальном времени получать гидрометеорологическую информацию и оперировать ей для целей решения задач судовождения. В результате, НИС становится эффективным средством и для обеспечения конструктивной безопасности судна и сохранности груза в сложных погодных условиях.

Из сказанного выше следует, что НИС является на судне главной обеспечивающей безопасность судовождения системой.

Прослеживая происходящие перемены и учитывая их тенденцию, можно заметить, что НИС оказывают штурманам все большую информационная помощь в управлении судном. В

результате, в навигационно-информационных системах все четче проявляются черты средств информационной поддержки решений вахтенного помощника. Для такой НИС картографическая информация – лишь небольшая (хотя и очень важная) часть данных,

используемых системой при подготовке решений, а также фон, на которомпредставляются выходные данные НИС судоводителю.

НИС как полноценная система информационной поддержки принятия решений должна:

•Обеспечивать возможность хорошего знания обстановки;

•Предупреждать об элементах, явлениях, требующих внимания вахтенного помощника, а также о ситуациях, обусловливающих необходимость принятия управляющих действий;

•Вырабатывать рекомендации для решения возникающих проблем.

В эргатических (человеко-машинных) системах управления термин «знание

обстановки» имеет следующее значение:

Знание обстановки (Situation awareness) – это восприятие элементов окружающей среды и состояния в ней объекта управления в пространственном и временном измерении,

расшифровка значений этих элементов и прогнозирование их состояния на ближайшее будущее.

Выработка рекомендаций включает определение возможных вариантов решения возникшей задачи, отбор из них наилучшего и рекомендацию его вахтенному помощнику.

В недалеком будущем НИС будет способна получать и оперировать практически всей необходимой для принятия решений по управлению судном информацией. Это является предпосылкой для внедрения в состав НИС (с возможностью эффективного использования)

экспертной системы, обеспечивающей: выработку решений возникающих проблем судовождения, рекомендацию их вахтенному помощнику, автоматическую активацию в критических ситуациях процедур для обеспечения безопасности.

Эта экспертная система представляет собой компьютерную программу, включающую знания опытных судоводителей о путях решения навигационных проблем, и способную предлагать и объяснять пользователю разумные решения в различных ситуациях, встречаемых в судовождении.

Количество НИС, устанавливаемых на судах, непрерывно увеличивается.

Используемые на протяжении двух тысячелетий бумажные карты начинают терять свою ключевую роль в судовождении. Постепенно они будут вытесняться электронными базами данных и бортовыми компьютерами.