Книга: Электронные системы отображения навигационных карт

Книга: Электронные системы отображения навигационных карт

ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ

Вагущенко Л.Л., Данцевич В.А., Кошевой А.А.

ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ОТОБРАЖЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ КАРТ

Второе издание, переработанное и дополненное

Одесса – 2000

Ватущенко Л.Л, Лдипевич В.А., Кошевой А.А. Электронные системы отображения навигационных карт. - 2-е изд., перераб. и доп. - Одесса, ОГМА, 2000. - 120 с.

УДК 656.61.052.011.56

Приводятся основные понятия об электронных картах и навигационно-информационных компьютерных системах (ECD1S, ECS) в которых прокладка выполняется на электронных картах. Рассмотрены техническое, информационное, лингвистическое обеспечения навигационных систем с электронными картами, охарактеризованы их функциональные возможности, освещены требования ИМО к ECD1S. Особое внимание уделено ограничениям и недостаткам ECD1S.

Предназначена для учащихся судоводительской специальности морских академий, может быть полезной для судоводителей морских транспортных, рыбопромысловых и научно-исследовательских судов.

Ил. 7, библиогр. 16 назв. Рецензент: Н.Н. Цымбал

Книга одобрена научно-методической комиссией по судовождению Министерства образования и науки Украины.

Сдано в набор 01.11.2000. Подписано к печати 03.11.2000. Формат 60х84 1/16. Усл.печ.л. - 6.7. Бумага офсетная. Гарнитура New Baskerville. Тираж 100 экз.

© - составление, текст, оформление: Л-Л. Вагущенко, ВА. Данцевич, А-А-Кошевой - 2000 г.

Введение

В судовождении все более широкое распространение получают высокоэффективные навигационно-информационные компьютерные системы с электронными картами (ЭК). Среди них выделяют в настоящее время два вида систем: ECDIS (Electronic Chart Display and Information System); ECS (Electronic Chart System).

ECDIS - это навигационно-информационная компьютерная система (НИКС), удовлетворяющая специальным требованиям, что позволяет судоводителям официально использовать ее прокладку на электронной карте вместо прокладки на бумажных картах. Такой статус ECD1S определен правилом V/20 международной конвенции ИМО по безопасности жизни на море (SOLAS-74). Согласно этому правилу, все суда должны быть снабжены приведенными на уровень современности картами, наставлениями для плавания, пособиями до огням, знакам, радиотехническим средствам, извещениями мореплавателям, таблицами приливов и другими специальными публикациями, необходимыми на предстоящий рейс. Требуемые карты могут быть обеспечены также путем их представления на экране ECD1S. Это касается и других необходимых на рейс навигационных пособий, информация которых также может быть отображена на экране ECD1S.

Таким образом, ECDIS может быть использована как эквивалент бумажных навигационных карт и пособий для плавания. Это означает не физическую эквивалентность прокладок на электронной и бумажной картах, а юридическое признание использования ECD1S без применения бумажных карт на район плавания.

Эксплуатационные требования к ECDIS, требования к ее аппаратуре и программному обеспечению определены международными организациями: ИМО - международной морской организацией (IMO -International Maritime Organization), МГО - международной гидрографической организацией (ШО - International Hydrographic Organization), МЭК - международной электротехнической комиссией (IEC - International Electrotechnical Comission).

ECS представляет собой навигационную или навигационно-информациоиную компьютерную систему с электронными картами, не удовлетворяющую в полной мере требованиям к ECD1S, ECS не может быть использована без применения официальных бумажных карт.

В ECDIS реализуются последние достижения в области информационной техники и они обладают обширными возможностями.

Корректура электронных карт в ECDIS может осуществляться автоматически через спутниковые каналы связи и, в частности, через всемирную компьютерную сеть Интернет. Через эту сеть можно заказывать и получать также новые электронные карты и другую навигационную информацию.

В результате применения ECDIS судоводитель на ходовой вахте освобождается от выполнения многих рутинных операций. Его основными функциями становится наблюдение за окружающей обстановкой, контроль ECDIS и других средств судовождения, управление их работой для получения требуемой обстановкой информации, оценка предоставляемой информации и принятие решений по управлению судном. ECDIS способна предоставлять судоводителю в интегрированном виде информацию, характеризующую различные стороны процесса судовождения, что позволяет ему уверенно и обоснованно принимать решения. Применение ECDIS повышает результативность деятельности судоводителя, обеспечивает использование большего объема и номенклатуры данных, увеличивает скорость их обработки, улучшает точность и достоверность результатов, повышает безопасность мореплавания и приводит к росту финансовых показателей работы судна.

Однако не надо забывать и об определенной сложности работы с такими системами, как ECDIS. Эта сложность определяется большим набором решаемых ECDIS задач, требующих многочисленных исходных данных; значительным числом ее управляющих функций; вырабатываемыми ей различного вида сигналами, предупреждениями и сообщениями; одновременной работой со многими навигационными приборами и средствами управления; способностью параллельного решения сразу нескольких задач; концентрированным представлением информации о процессе судовождения и необходимостью правильной ее оценки, и т.д., а также имеемыми погрешностями, ограничениями и недостатками, которые надо постоянно иметь ввиду. Все это требует более высокого интеллектуального уровня подготовки судоводителей. Для работы с ECDIS судоводители должны:

• Знать базовые принципы построения навигационно-информационных компьютерных систем и организацию их данных, функциональные возможности НИКС, принципы решения системных и прикладных задач, способы управления данными, виды ввода, отображения и регистрации информации, типы вырабатываемых системами сигналов, сообщений и предупреждений, и что особенно важно - присущие этим системам ограничения, недостатки и потенциальные опасности использования;

• Уметь работать с ECDIS оборудованием, использовать навигационные и информационные функции, выбирать требуемую обстановкой информацию и объективно оценивать ее, принимать правильные решения на основе получаемой от ECDIS информации;

• Оценивать потенциальные погрешности отображаемых данных, вероятность неправильной их интерпретации и четко представлять опасность переоценки возможностей ECDIS.

1. Электронные карты

В общем плане под электронной картой - ЭК (electronic chart -ЕС) - понимается изображение определенного района Земли в условном виде на экране дисплея или набор данных для построения этого изображения.

1.1. Классификация электронных карт

При рассмотрении вопросов использования ЭК применяется их классификация по различным признакам.

В зависимости от полноты информации, представляемой на карте, ЭК разделяют на полномерные и упрощенные (стилизованные). По нагрузке полномерные навигационные ЭК равноценны официальным бумажным навигационным картам и содержат всю картографическую информацию, необходимую для безопасного и эффективного судовождения.

Нагрузка упрощенных электронных карт недостаточна для целей безопасного плавания. Для использования полномерных карт требуются обладающие широкими возможностями средства хранения и отображения информации, которыми ряд автоматизированных навигационных систем не обладает. В таких системах могут использоваться ЭК в упрощенном виде, который позволяет реализовывать имеемая аппаратура. Схематическое изображение на экране дисплея местности в определенной проекции, не эквивалентное бумажной навигационной карте и не удовлетворяющее требованиям к безопасности мореплавания, обычно называется упрощенной (стилизованной) электронной картой.

Упрощенные ЭК получаются самыми разными способами. Для ввода с бумажных карт в память ЭВМ данных для стилизованных карт в ряде автоматизированных навигационных систем используются специальные кодирующие планшеты - дигитайзеры (chart digitizer).

В зависимости от метода цифрового представления информации карты ЭК делят на растровые и векторные.

В растровых картах (Rastr electronic navigational chart - RNC) используется метод цифрового представления изображения карты в виде матрицы точек (пикселей). При таком представлении карты сведений об отдельных картографических объектах в памяти нет. Исходной для получения данных растровых карт служит информация официальных бумажных карт. Растровые карты получаются сканированием основы и раздельно цветного изображения бумажных карт. За основу растровых ЭК приняты печатные платы для обычных бумажных карт. Снятая с основы карта является копией бумажной. Сканерная технология производства растровых карт обеспечила в начале 90-х годов быстрое производство мировой коллекции этих карт.

В векторных ЭК (Vector electronic navigational chart -VENC) применяется метод цифрового представления элементов карты с помощью точек, линий, контуров, заданных своими координатами и соответствующим кодом. При таком методе представления информация карты хранится в памяти в виде последовательности записей, характеризующих каждый имеемый на карте картографический объект. Картографическим объектом (КО) называется реальный объект или явление, изображаемое на карте в условном виде; или описание или группа описаний картографических характеристик реального объекта или явления в цифровом виде для отображения его на ЭК.

Все объекты векторной электронной карты обычно распределяются по определенным тематическим уровням, называемых слоями карты. Такими слоями, например, могут быть: навигационные средства, глубины, качество данных, характеристики и т.д. Разделение нагрузки карты на слои позволяет системе, отображающей ЭК, управлять видимостью этих слоев.

Количество информационных слоев векторной ЭК может быть различным. Требуется их иметь, по крайней мере, три: базовая информация, дополнение базовой информации до стандартной, вся другая информация. Выделение таких слоев позволяет определить три вида нагрузки карты: базовую, стандартную и полную.

Базовая нагрузка - означает уровень информации карты, который не может быть удален с дисплея. Она содержит информацию, которая требуется 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 капитаном для собственного судна безопасную изобату; в ограниченной безопасной изобатой области отдельные подводные опасности с глубинами, меньшими безопасной; в пределах этой же области отдельные опасности, такие как мосты, линии электропередачи, включая буи и знаки, которые используются или не используются как средства навигации; системы движения; масштаб; вид ориентации карты и режим дисплея; единицы глубин и высот.

Стандартная нагрузка - это минимальный набор данных, обеспечивающих безопасность при прокладке и планировании пути. Стандартная нагрузка включает базовую, а также линии осыхания, стационарные и плавучие средства навигации, границы фарватеров, каналов, приметные визуальные и радиолокационные объекты, запретные и ограниченные районы, и некоторые другие сведения.

Полная нагрузка состоит из стандартной и всей другой информации. Вся другая информация включает: значения глубин, подводные кабели и трубопроводы, маршруты паромов, детали всех отдельных опасностей, детали навигационных средств, содержание предупреждений мореплавателям, дату издания ЭК, горизонтальный геодезический датум, ноль глубин, магнитное склонение, географические названия и т.д.

Изображение векторной карты получается путем преобразования цифровых данных картографических объектов в графическое изображение карты. Построение элементов карты производится с помощью точек, прямых линий (векторов), ломаных линий и контуров по координатам точек, представляющих метрику картографических объектов.

Векторные ЭК до недавнего времени создавались в основном путем съема их цифровых данных с бумажных карт с помощью дигитайзерных технологий. В этих технологиях значительное место занимает ручной труд, что приводило к существенным затратам времени на производство векторных карт. В результате долгое время не было полной коллекции векторных карт на весь Мировой океан. В настоящее время для производства векторных карт созданы современные автоматические сканерные технологии, выполняющие «векторизацию» бумажной карты в требуемом формате и контроль качества получаемых данных. В результате скорость создания векторных электронных карт значительно увеличилась.

Кроме официальных бумажных карт, исходной информацией для образования данных векторных ЭК могут служить непосредственно данные геодезической съемки местности, а также результаты аэро и космической фотометрической съемки районов Земли. Это имеет большое значение по следующим причинам:

• Обеспечивается более высокая точность данных карты, так как исходные данные свободны от погрешностей графического их представления на бумажной карте.

• Электронные карты могут создаваться по результатам новых высокоточных съемок местности, не ожидая, когда будут получены по этим результатам бумажные карты.

Дело в том, что съемка многих районов Земли выполнена давно и ее точность не отвечает современным требованиям. Это обстоятельство снижает эффективность спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС и, соответственно, систем с ЭК. Поэтому в настоящее время производятся обширные работы по уточнению положения картографических объектов в системе WGS84 для многих районов Земли. Эта работа рассчитана на несколько лет. Получаемые при выполнении этой работы результаты могут непосредственно использоваться для создания новых высокоточных ЭК.

В зависимости от юридического статуса ЭК подразделяются на официальные и неофициальные карты. Официальными считаются ЭК, выпускаемые государственными гидрографическими организациями. Все другие ЭК относятся к неофициальным картам. Официальные векторные карты, например, создаются Главным управлением навигации и океанографии (ГУНиО) России. Официальные растровые электронные карты (RNC) производятся, например, специальной службой Британского Адмиралтейства (ARCS -Admiralty Raster Chart Strvice), гидрографической службой США (NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration).

В зависимости от вида навигационной системы, в которой ЭК представляются, электронные карты делятся на ecdis-карты и ecs-карты. Ecdis-карты - это официальные векторные электронные навигационные карты, данные которых стандартизованны по содержанию, структуре, действующему формату обмена картографической информацией и полностью удовлетворяют специальным требованиям ИМО и МГО. Они выпускаются для использования с ECDIS. Ecdis-карты в документах ИМО названы Electronic navigational charts - ENC. В основу использования ecdis-карт в судовождении положены следующие принципы:

• точность и полнота ЭК должна быть не ниже бумажных навигационных карт;

• Данные карты и корректуры к ней должны быть представлены в официально принятых ШО стандартных форматах;

• Государственные гидрографические службы должны нести полную ответственность за содержание ЭК и корректур к ним;

• Данные карт и официальных корректур должны храниться в памяти системы в неизменяемом виде;

• размножение, регистрация и распространение ЭК должны соответствовать международным правилам распространения программного обеспечения.

К Ecs-картам относятся: растровые карты, упрощенные ЭК, выпускаемые частными фирмами полномерные векторные ЭК, векторные карты в отличном от действующего формате.

Классификация ЭК в зависимости от масштаба. Как известно, подробность нагрузки карт зависит от их масштаба. Масштаб электронной карты, которому соответствует ее нагрузка, называется оригинальным масштабом ЭК. В зависимости от оригинального масштаба ЭК делятся на:

• карту мира (World) - 1:2500001 и меньше;

• генеральные карты (General) - 1:300001 - 1:2500000;

• прибрежные карты (Coastal) - 1:80001 - 1:300000;

• подходные карты (Approach)- 1:40001 - 1:80000;

• гавани (Harbour)-1:10001-1:40000;

• планы (Plan) -1:10000 и крупнее. Отметим, что традиционно бумажные отечественные навигационные морские карты в зависимости от масштаба подразделяются на следующие виды:

• генеральные - 1:1000000 - 1:5000000;

• путевые - 1:100000 - 1:500000;

• частные - 1:25000 - 1:50000;

• планы - 1:25000 и крупнее.

Классификация ЭК в зависимости от использования в навигационной системе. Среди векторных карт различают основные и системные карты. Основной называют карту, данные которой размещены в отдельном файле, поставляемом государственной или частной организацией. Данные основной карты не могут быть изменены на судне.

Системная электронная карта (System electronic navigational chart - SENC) - это набор данных для отображения откорректированной навигационной карты, представленный во внутреннем формате системы. Он является результатом преобразования системой информации основной ЭК с учетом корректур и данных, добавленных мореплавателем. Это тот набор данных, который составляет дисплейный файл системы для отображения откорректированной навигационной карты и выполнения с ее помощью навигационных функций. SENC может содержать информацию и от дополнительных источников.

1.2 Геодезическая основа отсчета координат ЭК

В общем случае объект на карте характеризуется горизонтальными координатами (широта, долгота) и вертикальной координатой (высота или глубина). В основе отсчета горизонтальных координат лежит та или иная геодезическая система, называемая также горизонтальным геодезическим вотумом. Основой для отсчета вертикальных координат служит уровень моря, принимаемый за ноль глубин. Этот уровень называют вертикальным геодезическим датумом либо приливным уровнем.

Горизонтальный геодезический датум (исходная геодезическая дата) включает в себя геодезические координаты исходного пункта опорной геодезической сети, геодезический азимут направления на один из смежных пунктов, определенные астрономическим путем, и высоту геоида в этом пункте над поверхностью принятого референц-эллипсоида. Референц-эллипсоидом называют Земной эллипсоид определенных размеров, являющийся вспомогательной математической поверхностью, к которой относят результаты всех геодезических измерений на поверхности Земли, на которую проектируют все пункты опорной геодезической сети и к которой относят топографические и гидрографические съемки и составляемые по ним карты земной поверхности.

Система координат, полученная в результате уравнивания опорной геодезической сети на референц-эллипсоиде, и представляет собой ту или иную геодезическую систему координат либо горизонтальный геодезический датум. Исходными пунктами геодезических датумов часто являются определенные точки астрономических обсерваторий, геодезические координаты которых широту и долготу определяют путем астрономических наблюдений, освобожденных от влияния уклонения отвеса.

Различают локальные, региональные и всемирные геодезические системы координат. Локальные датумы являются геодезическими системами небольших участков земной поверхности. В качестве примера можно привести датум "Bissau Base North West and Pillar".

Региональные геодезические системы относятся к обширным районам Земли. В качестве примеров таких систем координат можно назвать: Советскую 1942 года (Pulkovo 1942), Европейский датум 1950 года (ED50), Британскую систему 1936 г. Токийский датум. Индийский датум. Новый североамериканский датум 1983 г, (NAD83-- New North American Datum of 1983). Следует отметить, что если горизонтальный датум относится к территории государства, то он называется национальным.

Всемирный датум - это геодезическая система координат для всего земного шара. Примерами всемирных датумов являются американские системы WGS72, WGS84 и российская система П390 (SGS90 - Soviet Geocentric Coordinate System 1990).

Создание геодезических систем координат обширных районов земной поверхности зависит от возможностей технических средств, используемых при геодезической съемке. Когда эти средства были только оптическими, опорная геодезическая сеть могла включать только пункты, три из которых в любом месте находятся в зоне прямой видимости. Применение в геодезических работах радиотехнических систем высокой точности, таких как РСВТ, Decca, Hifix и др. дало возможность значительно увеличить расстояние между пунктами. Появление космической техники для точного определения положения на поверхности Земли привело к возможности создания всемирной геодезической системы.

Полученные до 1930 года горизонтальные геодезические датумы были локальными. С 1930 и до 1950 года в разных странах были проведены обширные геодезические работы по созданию региональных датумов. Начиная с пятидесятых годов, региональные геодезические системы стали не удовлетворять целям применения появившегося в те годы вооружения, которое требовало геодезическую систему отсчета мирового масштаба. Появление навигационной спутниковой системы «Транзит» позволило в I960 г. Министерству Обороны США создать путем объединения на основе спутниковых наблюдений различных региональных геодезических сетей Мировую геодезическую систему (Word Geodetic System of 1960 - WGS60). Эта система уточнялась в 1966, 1972, 1984 году. В настоящее время используется система координат WGS84, которая получила широкое распространение во всем мире. Она совпадает с NAD83. Большая а и малая b полуоси референц-эллипсоида WGS84 соответственно равны:

а=6378137.00 м; б =6356752.31 м.

WGS84 принята за стандартную при расчетах положения определяющихся объектов в GPS. В WGS84 рекомендуется составлять официальные векторные ЭК. Расчеты кинематических параметров объектов в ГЛОНАСС ведутся в советской мировой геодезической системе П390.

Морские навигационные карты, основанные на съемках разных государственных гидрографических служб и организаций, имеют разные геодезические системы отсчета координат. Список полученных в разные годы датумов, которые использовались при составлении карт Земной поверхности, приведен в приложении 2. В приложении 3 перечислены геодезические системы навигационных карт, входящих в коллекцию Британского адмиралтейства.

Очень важно при судовождении знать, что координаты одного и того же объекта, отнесенные к разным геодезическим датумам, отличаются. Игнорирование этого обстоятельства может привести к аварии. Разность между положением объектов в разных геодезических системах может превышать несколько сот метров. Для современных геодезических систем она невелика. Разность между положением объектов в системах WGS84 и П390 не превышает 15 метров, а между положением в WGS84 и WGS72 - 17 м. Между тем разность между положением в системе WGS84 и в системе отсчета координат карты одного из районов в Эгейском море, основанной ,на съемке 1862 г, доходит до 2-5 миль. Из применяемых в настоящее время карт, съемка которых проводилась в далеком прошлом, большая часть относится к островам Юго-восточной Азии. Наибольшая зафиксированная разность между положением в WGS84 и положением на карте, основанной на старой съемке, составляет 7 миль.

Информация о горизонтальном датуме ЭК имеется для большинства навигационных карт. Однако для ряда карт, основанных на съемке, проведенной в далеком прошлом, горизонтальный датум неизвестен. На бумажных картах информация о горизонтальном датуме приводится в заголовке карты. Начиная с 1982 г., при переиздании карт многие гидрографические службы добавляют на картах поправки по широте и долготе для приведения к карте данных спутниковых определений в системе WGS. Запись об этом "Satellite-Derived Positions" обычно располагается около заголовка карты. Следует отметить, что многие приемоиндикаторы спутниковых систем определений места имеют возможность представлять данные в разных геодезических системах.

Учитывая, что спутниковая навигационная система GPS, которая работает в WGS84, стала основной в судовождении, гидрографические службы разных стран начали работу по приведению выпускаемых ими карт к этому датуму. Однако, из-за отсутствия современной съемки ряда районов Земли некоторые карты не могут быть представлены в системе WGS84. В этом случае для карты приводится информация о невозможности приведения ее к WGS84: "Adjustments to WGS cannot be determined for this chart" или "The diiferences between satellite-derived positions and positions on this chart cannot be determined", и что поправки могут быть значительными - "Differences may be significant to navigation".

Вертикальные датумы морских навигационных карт также отличаются. Уровень, принимаемый при составлении карт за ноль глубин в разных странах, установлен их властями и не является единообразным. Сведения о принятом для карты нуле глубин приведены для большинства навигационных карт. Только на картах, составленных по результатам съемок, выполненных в далеком прошлом, особенно в районах, где приливные колебания невелики, уровень, принятый за ноль глубин, может быть неизвестен.

1.3 Разграфка электронных карт

Разделение земной поверхности на отдельные карты называется разграфкой или нарезкой. Для ЭК используют два вида разграфки: разграфку гидрографических служб, применяемую для нарезки бумажных карт; и равномерную разграфку, предложенную IHO.

Характерной чертой разграфки гидрографических служб является перекрывание соседними картами определенной акватории на их стыке и зависимость шага разграфки от широты, что обеспечивает приблизительное выравнивание площадей поверхности карт на разных широтах. Это в определенной степени способствует в случае равномерного распределения картографической нагрузки выравниванию информационных объемов карт. Когда для ЭК используется разграфка гидрографических служб, то обычно нумерация ЭК соответствует нумерации соответствующих бумажных морских навигационных карт.

В равномерной разграфке, предложенной IHO, в качестве разделяющих карты линий используются отрезки меридианов и параллелей с шагом, одинаковым по угловой величине для широты и долготы. Соседние карты при такой разграфке стыкуются между собой без перекрытия. Параметры разграфки приняты IHO для планов - 7.5'; карт гаваней - 15'; карт подходов - 30'; карт побережья - 1°; генеральных карт - 5°; карты мира - 10°. Карте каждого района по определенной системе присваивается номер (идентификатор), по которому однозначно определяется место этого района на карте мира.

Кроме названных, существуют разграфки, использованные частными фирмами при производстве векторных карт. В качестве примера можно указать равномерную разграфку норвежской фирмы «С-Мар», карты которой имеют размер 4х4°, стыкуются друг с другом без перекрытия и обеспечивают сплошное покрытие акваторий всего Мирового океана.

1.4 Проекции морских навигационных электронных карт

Морские навигационные ЭК в подавляющем большинстве случаев отображаются в проекции Меркатора. Меркаторская проекция - это равноугольная цилиндрическая проекция. Различают нормальную, поперечную и наклонную меркаторские проекции. Из них для представления навигационных ЭК в основном применяются две первые. С точки зрения судовождения главными достоинствами меркаторских проекций являются: возможность измерять натуральные, неискаженные углы, и зависимость частных масштабов только от положения точки, но не от направления измеряемой по небольшим частям искомой длины.

Нормальная проекция Меркатора (НПМ) используется для построения ЭК в диапазоне широт от 0 до 85°. Околополюсные районы в ней не могут быть отображены. Наибольшим достоинством НПМ для целей судовождения является представление локсодромии прямой линией.

НПМ получается проектированием земного эллипсоида на боковую поверхность цилиндра, касательного к эллипсоиду по линии экватора (рис. 1.1,а). Ось этого цилиндра совпадает с осью Земли. Затем боковая поверхность цилиндра разрезается по образующей и разворачивается на плоскость (рис. 1.1,6).

В нормальной меркаторской проекции меридианы являются прямыми параллельными линиями, перпендикулярными к экватору. На поверхности цилиндра проекции меридианов проходят через точки касания земных меридианов с цилиндром, перпендикулярно к плоскости экватора. Расстояние Х в НПМ между двумя меридианами с долготами , равно

; (1.1)

где а - большая полуось земного эллипсоида.

Рис. 1.1. К пояснению нормальной проекции Меркатора.

Земные параллели в НПМ также прямые линии, перпендикулярные к меридианам. Ввиду того, что на земном эллипсоиде меридианы сходятся с приближением к полюсам, с ростом широты длина земной параллели между двумя меридианами становится меньше. Это уменьшение пропорционально уменьшению радиуса параллели r(j), который с учетом сжатия эллипсоида определяется формулой:

 (1.2)

где е-эксцентриситет Земного эллипсоида.

В результате, масштаб проекции по параллели  в НПМ увеличивается с ростом широты:

 (1.3)

Приближенно можно считать изменение  пропорциональным секансу широты.

В равноугольной проекции в каждой точке масштаб по параллели

 равен частному масштабу по любому направлению, естественно, и масштабу по меридиану . В НПМ это достигается, когда расстояние от проекции экватора до проекции параллели с широтой φ на боковой поверхности цилиндра получается по формуле

;   (1.4)

где

.  (1.5)

Следует заметить, что НПМ не является перспективной проекцией, так как элементы Земли не проектируются на боковую поверхность цилиндра с помощью лучей, исходящих из одной точки.

В НПМ расстояние Y по меридиану от экватора до параллели с широтой φ, выраженное в экваториальных милях, называется меридиональной частью (МЧ) этой параллели. Расстояние ∆Y между двумя параллелями с широтами φ,φ0, (ро называется разностью меридиональных частей (РМЧ). Ввиду увеличения масштаба с широтой величина РМЧ, соответствующая одинаковому значению разности широт, с ростом широты в НПМ увеличивается (рис. 1.1,б).

Для построения на экране дисплея карты в НПМ необходимо найти прямоугольные экранные координаты картографических объектов. Обозначим эти координаты х, у. Примем за их начало центр экранной области. Учитывая (1.1)-(1.5), можно найти следующие формулы для расчета значений х, у элементов ориентированной по норду карты:

   (1.6)

где , - параллель и меридиан, проходящие через центр экрана дисплея;

Мо - масштаб по параллели  (масштаб карты).

При ориентации карты "по курсу" прямоугольные экранные координаты картографических объектов рассчитываются по формулам

,

где , - экранные координаты объекта при ориентации карты по курсу.

В навигационно-информационных компьютерных системах для расчета экранных координат х, у применяются и приближенные формулы, обеспечивающие погрешность вычислений, которая не превышает половины размера пиксела. В этом случае ЭК, построенные по результатам расчета положения элементов карты по точным и приближенным формулам, являются идентичными. В качестве упрощенных приближений к меркаторской проекции используются линейное и таблично-интерполяционное.

Линейное приближение к нормальной проекции Меркатора применяется при построении крупномасштабных карт. В его основе лежит представление о Земле как о шаре с радиусом R, при котором одна минута дуги меридиана равняется одной морской миле. НПМ при таком условии получается проектированием точек Земного шара на боковую поверхность цилиндра с помощью лучей (линий), исходящих из центра Земли. В этом случае при ориентации ЭК по норду расчет экранных координат элементов карты производится по известным приближенным формулам

.  (1.7)

Таблично-интерполяционное приближение к проекции Меркатора используется при отображении мелкомасштабных карт, когда линейное приближение не обеспечивает требуемую точность. Сущность этого метода состоит в следующем. В картографической базе данных в таблице опорных точек НПМ помещаются табличные значения широт  (порядка 300-500 на интервал 0-85°) и соответствующие им рассчитанные по строгим формулам значения  и .

Значения экранных координат элементов карты рассчитываются по формулам (1.6), в которых значение , находится линейной интерполяцией между значениями , а значения , -интерполяцией между Uk. При линейной интерполяции значения , , соответствующие широте  , получаются по формулам

,

где

; .

Поперечная проекция Меркатора (ППМ) применяется для создания ЭК околополюсных районов Земли, в диапазоне широт от 80 до 90°. Земной эллипсоид в этом случае проектируется на поверхность цилиндра, касательного к эллипсоиду по меридиану. Ось такого цилиндра перпендикулярна оси Земли.

Рис. 1.2. Вид меридианов и параллелей в поперечной проекции Меркатора.

Если принять касательный к цилиндру земной меридиан за фиктивный экватор Земли, полюса этого экватора - за фиктивные полюса Земли, проходящие через фиктивные полюса большие круги - за фиктивные меридианы, а серию параллельных фиктивному экватору малых кругов на поверхности Земли - за фиктивные параллели, то свойства ППМ такой модели Земли будут аналогичны свойствам НПМ. Фиктивные меридианы и параллели на карте в ППМ будут взаимно перпендикулярными системами параллельных линий, а прямая линия будет фиктивной локсодромией, пересекающей фиктивные меридианы под одним углом.

Что касается действительных меридианов и параллелей, то на карте в ППМ они будут кривыми линиями (рис. 1.2), как и действительная локсодромия. На картах околополюсных районов в ППМ меридианы близки к радиально расходящимся от полюса прямым линиям, а параллели - к концентрическим окружностям.

Область минимальных искажений Земной поверхности на карте в ППМ лежит в узкой полосе, центральной линией которой является фиктивный экватор.

1.5 Формат для обмена картографической информацией

Для унификации использования данных векторных ЭК при выполнении с ними различных работ международными требованиями предусматривается представление их на носителях информации в специальных форматах. Формат - это спецификация последовательности и видов представления элементов информации (чисел, текста) на носителе.

Основным форматом для обмена официальной картографической информацией между Гидрографическими организациями, производителями ECDIS, мореплавателями в настоящее время является формат S57 (версия 3), разработанный Комитетом по обмену цифровыми данными ШО (Comitee of exchange of digital data - CEDD). Описание этого формата содержится в специальной публикацией МГО S-57: ЩО Transfer Standard for Digital Hydrographic Data, edition \Nov 1996 («Стандарт МГО для обмена цифровыми гидрографическими данными»).

Специальная публикация МГО S-57 состоит из двух частей: А и В. Часть А содержит каталог картографических объектов (Object Cataloge) - исчерпывающий список находящихся в обращении определенных классов картографических объектов, соответствующих им характеристик (атрибутов) и полный перечень значений атрибутов. Здесь под классом объектов подразумевается определенная группа объектов, которые считаются эквивалентными друг другу, например, плавучие маяки разных видов. В части В приведен формат S-57. Он описывает структуру данных и формат, который должен быть использован для обмена ENC-данными между Гидрографическими организациями, производителями ECDIS, мореплавателями и другими пользователями.

Следует подчеркнуть, что формат S-57 создан специально для обмена цифровой картографической информацией, а не для представления карт на экране дисплея компьютера. Ввиду определенных неудобств работы с этим форматом внутри ECDIS при выполнении ее операций, производители ECDIS свободны создавать свои внутрисистемные форматы, наиболее соответствующие задачам, решаемым конкретной ECDIS. Однако в любом случае ECDIS должна иметь возможность приема (импорта) данных от гидрографических служб в формате S-57 и преобразования (конвертации) их во внутренний формат, который согласно специальной публикации ИМО должен сохранять логическую структуру и состав информации S-57. Цифровые данные карты, представленные во внутреннем формате ECDIS, называются системными данными электронной карты.

Формат S-57 обладает большими возможностями, он совместим с другими средствами обмена данными и не ориентирован на определенную разграфку (нарезку) карт. Формат S-57 сочетает в себе свойства гибкости и компактности! Он позволяет поддерживать несколько уровней обмена цифровыми данными, представлять место объекта в географической или прямоугольной системах координат с различными единицами и мерами точности, строить карты в различных проекциях, хранить описательную информацию для наборов данных, добавлять новые записи.

Следует отметить, что вторая версия формата S57 называлась DX90. Для неофициальных ЭК требования S-57 не являются обязательными. Электронные карты начали производиться частными фирмами и гидрографическими организациями еще до введения требований к ECDIS. Каяодая из этих организаций использовала свой определенный формат. Фирма "С-Мар" представляет свои ЭК в совместимом с S-57 формате СМ93, Южно-Африканская гидрография при создании своих первых векторных ЭК использовала формат IFF, Финская гидрография создала свои первые карты в формате FINGIS, Канадская гидрографическая служба - в формате ALL. Крупный производитель векторных ЭК фирма «Транзас Марин» производит карты в своем, совместимом с S-57 цифровом формате.

Для обмена картографической информацией по каналам телесвязи разработан специальный формат MACDIF (Map and chart data inter change format).

1.6 Отображение ЭК на экране дисплея

Для повышения безопасности мореплавания и обеспечения возможности быстрого принятия правильных и обоснованных решений судоводителю в наглядном и легко интерпретируемом виде должна представляться информация, характеризующая все стороны процесса судовождения. Основой такой интегрированной информации является электронная карта.

Касаясь отображения самой ЭК, следует отметить следующее. При построении навигационных ЭК на экране дисплея должно отдаваться предпочтение проекции Меркатора, нормальной (НПМ) для широт От-850 или поперечной (ППМ) - 80-90°, наиболее отвечающим целям судовождения. За главную параллель карты обычно принимается параллель, проходящая через центр экрана.

Содержание и вид представляемой на ecdis-карте информации определяется Специальной публикацией МГО S-52: Specification for Chart Content and Display of ECDIS, Edition 5, Dec 1996 ("Спецификация для данных карт и отображаемой информации для ECDIS."). Эта публикация содержит спецификации и руководство относительно выпуска, корректуры и отображения ENC в ECDIS. В приложении 2 к S-52: Provisional Colour & Symbol Specification for ECDIS ("Временная спецификация цветов и символов для ECDIS") определены символы, цвета, цветовые планы, требования к дисплеям, справочные таблицы и правила, по , которым каждый класс картографических объектов с учетом их атрибутов представляется на экране дисплея.

Для удобства пользования ЭК должны отображаться как в оригинальном масштабе, которому соответствуют ее данные, так и в других масштабах. Масштаб, в котором карта представляется на экране дисплея, носит название масштаба ее отображения. Отображение на экране дисплея карты в более крупном масштабе, чем оригинальный, называется перемасштабированием (overscale). Следует иметь ввиду, что при перемасштабировании карта может оказаться недогруженной, т.е. недостаточно подробной, поэтому система должна. сообщать оператору о случаях перемасштабирования.

Представление на экране дисплея карты в масштабе меньшем оригинального называется недомасштабированием (underseale). Если не принимаются специальные меры, то при недомасштабировании карта может оказаться перегруженной информацией.

С изменением масштаба ЭК связаны понятия наибольшего и наименьшего ее масштабов отображения. Наибольший (наименьший) масштаб ЭК - это значение самого крупного (мелкого) масштаба, в котором в системе может представляться определенная карта.

Для того, чтобы избежать перегруженности карты при недомасшгабировании, применяются операции генерализации. Генерализация картографической информации (Generalization) - это процедура, с помощью которой при недомасшгабировании отдельные КО показываются упрощенно, либо не отображаются в соответствии с используемым масштабом, чтобы избежать перегруженности карты. При генерализации в соответствии с изменением масштаба из цифровых данных карты требуется произвести отбор главного и закрепить в виде производной карты. Сложность учета ряда факторов, влияющих на генерализацию, требует непосредственного участия картографа в выполнении этой процедуры, поэтому автоматически в полном объеме генерализация пока не может быть реализована.

Для оптимизации содержания представляемой на карте информации в соответствии с условиями плавания используется операция селекции КО, позволяющая путем включения/отключения определенных видов КО изменять нагрузку отображаемой карты. Селекция картографических объектов (Selection) - это рациональный избирательный выбор для отображения картографических объектов с отличительными характеристиками принадлежности к одному типу.

При отображении ЭК в различных условиях освещенности должны использоваться различные палитры цветов (ясный день, пасмурный день, сумерки, ночь), чтобы не ухудшать способность судоводителя вести наблюдение за окружающей обстановкой.

Помимо представления картографической информации должна быть возможность отображения на карте данных, характеризующих процесс судовождения: текущего места собственного судна и траектории его движения; планируемого маршрута, оперативной информации, вводимой с пульта оператором; безопасной изобаты собственного судна; условных знаков сопровождаемых АРП судов и векторов их скорости либо данных об элементах движения судов, получаемых от транспондера Автоматической идентификационной системы и ряда других данных. Для удобства измерений и возможности выполнения различных функций на карте должен отображаться курсор с географическими координатами.

Безопасная изобата собственного судна (own ship's safety contour) - это изобата, соответствующая наименьшей безопасной, по мнению капитана, глубине для его судна при данной осадке. Значение этой глубины вводится в память системы судоводителем, служит для отличия на дисплее опасных вод от безопасных и применяется для выработки сигнала об опасности посадки на мель.

Знак собственного судна в некоторых системах может выбираться в виде выраженного в масштабе его контура либо символом (own ship's symbol). Отображение судна выраженным в масштабе в соответствии с максимальной длиной и шириной контуром корпуса производится при отображении карты в крупном масштабе и используется, чтобы оценивать на дисплее свободное пространство при плавании в узостях и по фарватерам и расстояние до опасностей. Символ собственного судна - это условный не обязательно в виде "кораблика" знак, который предназначен для указания и простого различения на карте места собственного судна.

1.7 Корректура электронных карт

Для поддержания ЭК на уровне современности предусмотрены операции по их обновлению (корректуре). Как известно, различают корректуры официальные, источником которых являются гидрографические службы; и местные, поступающие от авторитетных местных служб (береговой охраны, лоцманской службы и т.д.). Официальные корректуры могут быть следующими: локальные постоянные или временные (с указанием срока действия), корректуры для добавления, удаления, замещения КО или их атрибутов; пространственные корректуры для полной замены одной или нескольких карт. Вопросы корректуры ЭК рассмотрены в Приложении 1 S-52: «Report of the IHO (СОЕ) Working Group on Updating the Electronic Chart» 1st Edition, June 1990.(«Отчет рабочей группы МГО по корректуре электронных карт»).

При организации корректуры электронных карт, руководствовались следующими положениями:

- обновлению (Update) должна подвергаться системная ЭК, данные основной электронной карты следует сохранять в неизменном виде;

- корректуры должны быть стандартизованы по структуре, системе классификации и кодирования; формат передачи данных должен соответствовать формату S-57, v.3;

- обновление ЭК должно включать использование не только постоянных, временных и предварительных Извещений мореплавателям, но также относящихся к карте навигационных и метеорологических предупреждений Navarea и Navtex;

- текстовую часть информации по корректуре ЭК необходимо подготавливать на английском языке;

- вносимая корректура не должна ухудшать электронную карту;

- сведения о внесенной корректуре следует сохранять в памяти системы и отображать по запросу оператора;

- ответственность национальных гидрографических организаций за корректуры должна быть эквивалентной той ответственности, которую они несут по корректуре бумажных навигационных карт.

Все методы корректуры ЭК разделяются на три группы: ручная, полуавтоматическая, автоматическая. Ручное обновление ЭК предполагает ввод корректурных данных оператором с пульта с использованием специальных программных средств, облегчающих выполнение этой задачи. При полуавтоматической корректуре действия оператора ограничиваются установкой носителя корректурной информации (дискеты, оптического диска) в считывающее устройство. Автоматическая корректура не требует вмешательства оператора при приеме и записи в память корректурных данных. Она осуществляется по каналам мобильной или спутниковой связи. Для ее передачи используется обычно электронная почта всемирной компьютерной сети Интернет.

При ручной корректуре требуется только, чтобы корректурная информация была понятна оператору. Информация по корректуре в этом случае может печататься в традиционном для ИМ виде. При ручной корректуре ввод данных производится оператором с помощью специального языка, в котором определен формат ввода и операции корректур. Набор таких операций может включать в себя: перенос КО; редактирование характеристик КО; удаление КО либо его характеристики; включение КО либо его характеристики; переименование объектов.

Полуавтоматический способ корректуры ЭК применяется, когда судовой компьютер не имеет адреса электронной почты, или имеет его, но выход на этот адрес затруднен. В этом случае используется два пути доставки Извещений мореплавателям. В первом корректурная информация в форматированном виде поставляется по почте на дискетах (дисках) в порты, какие укажет судоводитель. Во втором случае эта информация доставляется через судового агента в порту. Перед заходом в порт судоводитель формирует запрос на получение Извещений мореплавателям и записывает его на дискету. С приходом в порт эта дискета передается судовому агенту. Судовой агент со своего офисного компьютера отправляет полученный запрос, используя электронную почту. Обычно время обработки запроса организацией, поставляющей электронные Извещения, не превышает трех часов. Получив ответ, агент записывает его на дискету и передает на судно. На судне корректурная информация с дискеты загружается в базу данных системы с ЭК.

Наиболее целесообразным режимом обновления ЭК считается автоматическая корректура. В этом случае пользователь должен быть подключен к электронной почте и оборудован современными средствами телекоммуникации: спутниковой или мобильной связью. Корректурная информация в форматированном виде направляется гидрографической организацией по электронному адресу судна. Получение корректурной информации происходит автоматически после проверки содержимого почтового ящика. При подключении берегового телефона на стоянке в порту появляется также возможность получения корректурной информации через E-mail по телефонной линии.

При вводе корректур должны применяться методы защиты и контроля целостности получаемой информации. Принимаемая корректурная информация должна регистрироваться. Система должна сообщать оператору о полученной корректурной информации, а также о номерах пропущенных извещений.

Обычно гидрографическая организация, поставляющая электронные Извещения мореплавателям по электронной почте, предоставляет два вида услуг.

Первый вид услуг - регулярная доставка еженедельных выпусков. Судоводитель должен подписаться на предоставление ему такой услуги. После этого гидрографическая организация регулярно по электронному адресу судна будет пересылать форматированные извещения мореплавателям, которые автоматически загружаются в память навигационно-информационной системы.

Второй вид услуг - это отсылка корректурной информации по запросам клиентов. Возможны случаи, когда по той или иной причине еженедельный выпуск извещений не доходит до потребителя и требуется его повторная отправка. Кроме этого, может быть ситуация, что пользователь не подписался на еженедельные выпуски ИМ, но желает получить некоторые из них или только часть еженедельного выпуска ИМ, относящуюся к району его плавания. Для таких ситуаций предусматривается отсылка информации по запросам клиентов на получение или повторную доставку еженедельного выпуска, или только некоторых ИМ, относящихся к перечисленным в запросе клиентов публикациям и номерам карт. Отсылаемые форматированные сообщения автоматически загружаются в память системы.

2. Понятие о навигационно-информационных компьютерных системах

2.1 НИКС как центральная система автоматизированных комплексов судовождения

2.1.1 Структура и назначение АКС

Электронные навигационно-информационные компьютерные системы являются центральной основной частью современных автоматизированных комплексов судовождения (АКС). Автоматизированный комплекс судовождения представляет собой интегрированную систему, выполняющую различные функции судовождения и контроля его безопасности и содержащую средства информационной поддержки решений судоводителя. Современные АКС называются интегрированными мостиками (IBS - Integrated bridge systems).

НИКС позволяют создавать различные конфигурации АКС. Под конфигурацией комплекса понимается входящая в него совокупность устройств, образующих комплекс определенной мощности. Мощность системы - это характеристика объема решаемых ей задач. Под базовой конфигурацией понимают минимальный комплект системы, достаточный для ее нормального функционирования.

Базовая конфигурация АКС включает НИКС, ГК, лаг, приемник GPS. Стандартную конфигурация АКС на базе ECDIS образует ECDIS, сопряженная с ГК, лагом, РЛС, САРП, приемниками GPS, Loran-C, средствами связи. Мощные автоматизированные комплексы судовождения включают ECDIS, навигационные датчики (ГК, лаг, РЛС, САРП, транспондер АИС, эхолот, приемник NAVTEX и др.), системы контроля технических средств, устройства и системы управления движением судна по курсу и скорости, средства связи. В этих системах ECDIS берет на себя часть функций по управлению судном и становится навигационной информационно-управляющей системой.

Выполняемые НИКС функции зависят от конфигурации АКС, в которой она работает, и от особенностей задач, решаемых судном.

Так как современные средства и системы судовождения являются компьютеризованными, то АКС - это своего рода компьютерная сеть, включающая различные системы, используемые при судовождении. Конфигурация технического и программного обеспечения АКС может быть различной. Она обычно приспосабливается к особенностям задач, решаемых конкретным типом судов, и зависит от финансовых возможностей судовладельца.

АКС с разветвленной конфигурацией позволяет планировать маршрут судна, вести исполнительную прокладку с отображением положения и пути судна на электронной карте, контролировать безопасность плавания, получать необходимые для судовождения сведения из хранимых в памяти АКС баз данных и от внешних источников информации через каналы связи, помогать оценивать состояние мореходности судна, оперативную обстановку в районе плавания, с мостика управлять движением судна по курсу и скорости, контролировать работу приборов и систем, и выполнять другие необходимые при проводке судна операции.

Рис. 2.1. Блок-схема АКС.

В современном автоматизированном комплексе судовождения могут быть выделены следующие системы (рис. 2.1):

• Система получения оперативной информации о процессе судовождения (измерительная система), включающая различные датчики информации (ДИ);

• Системы связи для получения оперативной информации об обстановке в районе плавания, на пути следования и производства радиопереговоров;

• Навигационно-информационная компьютерная система, включающая пульт управления с системами регистрации данных, предупредительной и аварийной сигнализации;

• Система управления движением судна (СУДС).

Измерительная система включает в себя датчики информации: ГК, лаг, радиолокатор, САРП, эхолот, приемоиндикаторы СНС и РНС, позволяющие получить путем измерений информацию о положении и элементах движения своего и встречных судов; приемник NAVTEX; транспондер Автоматической идентификационной системы (AIS). Напомним, что транспондером называется приемо-передающее средство, которое автоматически передает ответный сигнал на определенный внешний запрос с береговой станции или с другого судна, и излучает запрашивающий сигнал по команде оператора. Ответный сигнал может включать идентификационный код судна, данные об элементах его движения и другие сведения. УКВ транспондеры устанавливают на судах для передачи информации о судне, его курсе и скорости по запросу береговой станции и других судов, оборудованных этими средствами. Они повышают безопасность расхождения судов и позволяют усовершенствовать береговой контроль за движением судов.

Системы связи дают возможность получить сведения для поддержания карт и навигационных пособий на уровне современности, принять оперативную информацию об изменении обстановки на пути следования и опасных для судовождения явлениях. Они также используются для передачи сообщений и радиопереговоров.

Навигационно-информационная компьютерная система является центральной системой, управляющей работой АКС. Она обеспечивает выполнение функций навигации, предупреждения столкновений судов, сигнализации об опасных ситуациях, контроля технических средств, управления движением судна, снабжения судоводителя необходимой информацией для обеспечения безопасного судовождения и др.

Система управления движением судна реализует функции управления судном, обеспечивая изменение его кинематических параметров требуемым образом. Она включает в себя систему управления курсом и траекторией судна, автоматизированную дистанционную систему управления главной движительной установкой и дистанционные системы управления активными средствами управления.

Автоматизированный комплекс судовождения, в котором НИКС выполняет функции центра контроля и управления движением судна, создает возможности управления судном одним человеком. В составе мирового флота уже имеется класс автоматизированных транспортных судов, на которых разрешено управление, судном одному человеку в открытом море и в прибрежных водах (следует; отметить, что никто в настоящее время не считает, что только один судоводитель на мостике способен обеспечить безопасное плавание в стесненных водах). На этих судах ходовой мостик является единственным постом управления, на котором непрерывную вахту несет в море судоводитель. Машинное, отделение полностью автоматизировано и обеспечивает возможность безвахтенного обслуживания судовых силовых установок и механизмов.

Классификационные общества по-разному назвали этот класс судов, например: Регистр Ллойда (Англия) - "NAV1", Германский Ллойд -"NAV-OC", Норвежский Веритас - "W1-OC", Американское Бюро судоходства - "ОМВО". Чаще всего эти суда называют OMBO-ships (One Man Bridge Operated ships). Основными классификационными обществами, а также Международной ассоциацией классификационных обществ (МАКО) разработаны минимальные требования к оборудованию ходовых мостиков судов такого класса и установлены специальные знаки в символе класса судна.

2.1.2 Основные принципы построения АКС

Основными принципами построения АКС служат: системный подход, модульность и иерархичность, переход на единые дискретные основы построения аппаратуры, стандартизация оборудования, повышенная надежность, приоритет оператора, самоконтроль.

Системный подход заключается в учете всех особенностей автоматизируемого процесса, всех существенных связей между различными частями системы, между ней и другими системами, между системой и внешней средой, между системой и оператором с целью достижения максимальной эффективности системы.

АКС представляет собой человеко-машинную систему, облегчающую судоводителю принятие решений. Поэтому объем, структура и форма предоставляемой судоводителю информации должна учитывать как особенности автоматизируемого процесса, так и психофизиологические качества человека.

Для связи с другими системами, используемыми при решении задач судовождения, центральная система автоматизированных комплексов судовождения — НИКС должна обеспечивать ввод данных от курсоуказателей, лагов, радиолокатора, САРП, приемников систем определения места, приемника NAVTEX, автоматической идентификационной системы и вывод данных в систему управления движением судна. Она должна также обеспечивать возможность получения информации через всемирную сеть Интернет. Для получения оперативной информации об условиях на пути следования, для поддержания баз данных на уровне современности НИКС должна иметь возможность приема информации от внешних источников по каналам связи. Кроме того, другие приборы, устройства и системы, входящие в АКС, должны иметь возможность принимать информацию, требуемую при их функционировании.

На основе системного подхода намечается общая структура системы, состав информационного, математического и лингвистического обеспечения, организация взаимодействия с другими системами и ряд других вопросов.

Модульность состоит в разделении аппаратуры и/или Программного обеспечения на отдельные, в определенной мере автономные структуры (модули, блоки, подсистемы), которые могут функционировать как отдельно при решении своих локальных задач, так и совместно при решении общей задачи. Модульное построение облегчает приспособление систем к особенностям судов и к отличиям выполняемых ими задач и облегчает расширение функций систем при их совершенствовании.

Иерархичность означает такую организацию структуры системы и ее программного обеспечения, когда модули располагаются по уровням их значимости. Модули на низшем уровне решают узкие задачи, а другие модули, высшие по иерархии, обеспечивают решение задач более высокого уровня путем управления и коррекции модулей низшего уровня.

Переход на единые дискретные принципы аппаратуры означает построение ее на основе микропроцессорной техники. Такое построение позволяет более просто и надежно организовывать взаимодействие между частями системы, а также между системой и другим оборудованием.

В современных навигационных приборах и системах, в системах управления движением судна уже широко применяется микропроцессорная техника - цифровые ГК, цифровые авторулевые, не говоря уже о современных радиолокаторах, САРП, приемоиндикаторах береговых и космических радионавигационных систем, в которых широко использована микропроцессорная техника.

Стандартизация оборудования направлена на обеспечение требуемых эксплуатационных характеристик и совместимости различного вида навигационной аппаратуры, выпускаемой различными фирмами и организациями.

Эксплуатационные требования к морским навигационным приборам и системам определяются ИМО. Технические стандарты к электрическому и электронному оборудованию вырабатываются международной электротехнической комиссией - МЭК (IEC).

МЭК также определяет протокол взаимодействия входящих в АКС устройств Создание информационных систем и сетей открыло возможность разработки международных стандартов определяющих, как должны взаимодействовать между собой компоненты этих систем и сетей. Во всех странах эти стандарты называются протоколами. Протокол в информационной системе - это документ, четко определяющий процедуры и правила взаимодействия входящих и подключаемых к системе устройств. Протокол определяет список команд, которыми могут обмениваться устройства, порядок передачи команд, правила, взаимной проверки работы, размеры передаваемых блоков информации и т.д. Протоколы создаются для того, чтобы изготавливаемые разными объединениями и фирмами устройства могли работать друг с другом.

Стандарты взаимодействия навигационной аппаратуры установлены протоколом IEC 61162-1. Этот протокол совпадает по содержанию с протоколом l'^MEA-0183 национальной морской электронной ассоциации США (NMEA - National Maritime Electronic Association).

В рамках автоматизированных комплексов судовождения НИКС может быть сопряжена с курсоуказателем, лагом, системами, обеспечивающими непрерывное местоопределение (приемниками РНС и СНС), РЛС, САРП, эхолотом, транспонднром АИС, авторулевым, автоматической системой дистанционного управления движительной установкой; приемником NAVTEX и системами связи. Другие приборы, входящие в АКС, также должны взаимодействовать между собой. Так, гирокомпас для автоматической корректировки скоростной погрешности должен иметь возможность получать информацию о скорости от лага, широту места от НИКС либо приемника РНС или СНС; адаптивный авторулевой должен быть сопряжен с гирокомпасом, лагом, эхолотом, датчиком угловой скорости, и т.д. Взаимодействие входящих в АКС устройств и систем в настоящее время определяется протоколом ВЕС 61162-1.

Таким образом, датчики информации, устройства управления и другое оборудование различных фирм, выполняющие протокол IEC 61162-1, могут работать совместно с НИКС. Приборы и системы, входящие в АКС; не должны ухудшать характеристики сопрягаемой с ними аппаратуры.

Повышенная надежность технического и программного обеспечения АКС обусловливается повышенной опасностью Процесса судовождения, высокой стоимостью объекта управления, перевозимого груза и тяжелыми экологическими последствиями аварий судов. В АКС должны быть предусмотрены средства резервирования, повышающие надежность системы и обеспечивающие навигационную безопасность плавания на протяжении части рейса, оставшейся после выхода АКС из строя. Система и сопрягаемые с ней устройства должны работать при отклонениях от номинальных значений параметров судового электропитания и иметь возможность работы от аварийных источников при перерывах в подаче электроэнергии.

Самоконтроль. Ввиду повышенной опасности процесса судовождения, возможных больших убытков от неправильного функционирования, сбоев и выхода из строя, в АКС должен реализовываться автоматический контроль за работой аппаратуры и автоматическая диагностика неисправных элементов. Кроме того, в АКС должны быть и средства проверки правильности работы программного обеспечения. При сбоях в работе и появлении неисправности должна срабатывать сигнализация.

Приоритет оператора. Ввиду невозможности запрограммировать все ситуации, которые могут возникнуть в процессе судовождения, и учесть с помощью средств автоматизации все влияющие на этот процесс факторы, главная роль в принятии решений в этом процессе отводится судоводителю. АКС представляет собой только инструмент, назначение которого - максимальная помощь судоводителю в обеспечении безопасного плавания. Ответственность за принятые решения лежит полностью на судоводителе. Поэтому он должен уметь эффективно использовать средства автоматизации, знать ограничения и недостатки этих средств, использовать малейшую возможность для контроля их работы и правильности получаемой от них информации.

2.1.3 Обеспечение АКС

АКС является микропроцессорной системой и может рассматриваться как совокупность технического, информационного, лингвистического, математического и программного обеспечения для решения задач судовождения.

Техническое обеспечение АКС включает в себя входящую в него аппаратуру: измерительные устройства, средства управления, процессоры, блоки памяти, устройства отображения и регистрации информации, средства сигнализации и т.д.

Информационное обеспечение - это совокупность информационных баз (баз данных, баз знаний, баз программ), системы управления ими, средств и методов, обеспечивающих получение информации от датчиков, обмен информацией между устройствами и системами АКС, а также между АКС и внешними по отношению к нему системами и устройствами. В информационное обеспечение, в частности, входят картографическая база данных, база данных рекомендованных маршрутов, база данных для предвычисления приливо-отливных явлений, базы сведений из различных навигационных пособий, наставлений, руководящих документов, а также методы и средства, обеспечивающие надежность хранения данных, их обновление, использование и др.

Лингвистическое обеспечение - это специальный язык, либо совокупность визуальных и/или звуковых средств и определенных правил, используемых для обеспечения общения судоводителя с АКС.

Математическое обеспечение представляет собой совокупность алгоритмов задач, решаемых автоматизированным комплексом судовождения.

Программное обеспечение - это совокупность программ, хранимых в памяти системы. Это программы для реализации математического и лингвистического обеспечения, управления работой баз данных, управления работой системы.

2.2 Техническое обеспечение и виды НИКС

Навигационно-информационная компьютерная система строится на основе персонального компьютера. Она включает в себя (рис. 2.2): системный блок, клавиатуру, манипулятор, средства отображения информации о процессе судовождения (СОИ), устройства документирования и регистрации информации (УРД), средства сигнализации.

В системном блоке находятся процессор, сопроцессор, оперативная память, накопитель на жестком магнитном диске, дополнительные блоки памяти, устройства для ввода информации с гибких магнитных и оптических дисков, порты ввода/вывода информации и др. устройства.

В качестве манипулятора в НИКС используется трекбол, джойстик или мышка.

Средствами отображения информации являются один или несколько дисплеев, цифровые и аналоговые индикаторы.

К устройствам регистрации информации относятся устройства печати на бумаге и средства запоминания информации на носителях другого вида.

Потребителями информации НИКС являются как ее датчики информации, например, для автоматической коррекции скоростной погрешности ГК в него необходимо вводить широту и скорость судна, так и другие системы, например, автоматическое устройство подачи сигналов бедствия.

Рис. 2.2. Блок-схема НИКС.

В зависимости от уровня автоматизации операций и функциональных возможностей НИКС разделяют на три группы:

• ECDIS (Electronic Chart Display and Information System);

• ECS (Electronic Chart System);

• Комбинированные НИКС.

ECDIS - это навигационно-информационная компьютерная система, удовлетворяющая специальным требованиям ИМО, МГО, МЭК.

В ECDIS должны использоваться только векторные электронные карты ENC (ecdis-карты), данные которых подготовлены государственными гидрографическими организациями, стандартизованы по содержанию, структуре, действующему формату обмена картографической информацией и полностью удовлетворяющие специальным требованиям ИМО и МГО.

Аппаратное и программное обеспечение ECDIS должны обязательно сертифицироваться уполномоченным Классификационным Обществом в соответствии с требованиями IEC: International Standard 1174, Maritime navigation and radiocommunication equipment systems -Electronic Chart Display and Information System (ECDIS)- Operational and Performance Requirements, Method of Testing and Required Test Results, 1998.

Чтобы стать легальным эквивалентом бумажных карт, ECDIS на случай выхода из строя должна быть обеспечена одобренной резервной системой. Требуется, чтобы резервная система имела достаточные средства для обеспечения безопасного судовождения на оставшейся части пейса в случае выхода ECDIS из строя. Резервная система может иметь ограниченные функции ECDIS, либо полностью дублировать ее. Между основной и резервной системами должна быть возможность обмена информацией. По крайней мере, в резервную систему от основной должны передаваться данные предварительной прокладки и даяние всех корректур.

ЕСS — это навигационно-информационные компьютерные системы, не полностью удовлетворяющие требованиям к ECDIS. Применение этих систем не освобождает судоводителя от ведения прокладки на бумажных картах. Используемые в таких системах карты, называемые ниже есs - картами, не полностью отвечают специальным требованиям ИМО и МГО. K ECS относятся:

- RCDS (Rastr Chart Display System) - навигационно-информационные компьютерные системы с растровыми ЭК.

- Навигационно-информационные компьютерные системы с равноценными по нагрузке бумажным картам векторными ЭК, неполностью удовлетворяющими требованиям к ecdis-картам;

- Навигационно-информационные компьютерные системы с упрощенными ЭК.

Комбинированные НИКС. Ввиду того, что не было полного набора ecdis-карт на все районы Мирового океана, производители дополняли ECDIS режимами отображения растровых карт и векторных карт, не полностью соответствующих требованиям к ecdis-картсш. Когда полученная таким образом комбинированная НИКС используется в режиме ECDIS, она имеет статус ECDIS. В режимах работы с растровыми и векторными ecs-картами такие НИКС приравниваются к ECS, что требует наряду с выполняемой системой прокладкой на ЭК обязательного ведения прокладки на бумажных картах.

На 44 сессии ИМО в июле 1998 г. субкомитет по безопасности навигации дал согласие на внесение в Требования к ECDIS добавочного приложения 7 по растровым картам. Эти добавления разрешают работу ECDIS в двух режимах: ECDIS и RCDS. Поскольку режим RCDS fie имеет полных функциональных возможностей ECDIS, ИМО выпустило специальный циркуляр SN/Circ.207. - Differences between RCDS and ECDIS. - 7, Jun, 1999, объясняющий различия между ECDIS и, RCDS режимами. Режим растровых карт разрешается использовать только в районах, на которые нет ecdis-карт, и только при дублировании электронной прокладки прокладкой на откорректированной бумажной карте.

2.3 Информационно-программное обеспечение НИКС

Информационно-программное обеспечение систем отображения ЭК включает операционную систему, систему управления информационными базами, информационные базы (базы данных, базы знаний и базу программ), а также программы, обеспечивающие получение информации от датчиков и обмен информацией между различными устройствами. Операционная система (ОС) представляет собой комплекс программ, которые организуют работу компьютера и управление его ресурсами. Система управления информационными базами (СУБД) - это совокупность программ, обеспечивающих управление работой баз программ и данных, обработку данных, взаимодействие оператора с системой при работе с информационными базами.

Информационные базы хранятся во внешней памяти компьютера. Для хранения в основном используются жесткие магнитные диски и компактные оптические лазерные диски, причем последние являются наиболее подходящими для навигационных систем, они содержат больший объем данных, нечувствительны к магнитным полям, выдерживают значительные физические нагрузки.

2.3.1 Картографическая база данных

Под картографической базой данных (КБД) понимается специально организованная для целей судовождения совокупность картографических и навигационно-гидрографических данных на весь Мировой океан либо его определенную часть.

В КБД входят файлы: каталога-справочника ЭК, цифровых данных основных ЭК, таблицы разграфки, таблицы классификации и кодирования картографических объектов (КО), таблицы опорных точек аппроксимации меркаторской проекции, таблицы селекции объектов ЭК, библиотека символов, сокращений и их описаний и др.

Каталог справочник служит для поиска и выбора данных ЭК. Он содержит идентификаторы ЭК и соответствующие им физические адреса файлов ЭК. Составление этого каталога производится автоматически специальной программой при первичной загрузке файлов ЭК в базу.

Структура файлов ЭК ориентирована на быстрый поиск и вывод данных для отображения ЭК. В начале файла ЭК помещается дескриптор, который содержит общие данные для карты, описание характеристик, признаков и текста, обеспечивающих быстрый поиск нужной информации в файле. В этой части файла приводится следующая информация географический идентификатор (номер карты), определяющий положение района на карте мира; название карты, единицы измерения координат, высот и глубин; горизонтальный геодезический датум; нуль глубин; оригинальный масштаб ЭК, минимальный и максимальный масштабы отображения ЭК, магнитное склонение, дата формирования данных ЭК и др. В описании характеристик текста приводятся сведения: о типах данных, об источнике. Получения информации ЭК и надежности ее информации, о признаках приоритета данных (базовая, стандартная, дополнительная информация) и др.

Непосредственно ЭК в файле задана в виде совокупностей записей переменной длины о картографических объектах. Среди КО различают точечные (point), линейные (line), контурные или площадные (areal). Точечные объекты изображаются с помощью таблицы и генератора условных знаков. Линейные КО представляются линиями (непрерывными, пунктирными, и др.) соответствующего цвета или в виде цепочки условных знаков вдоль линии (например, границы запретных районов). Площадные объекты могут быть с цветовым заполнением контура и без заполнения. Произвольной формы линии на карте (береговая черта, изобаты и др.) задаются набором точек, между которыми они аппроксимируются отрезками прямых. Шаг дискретизации кривых определяется графической точностью исходного материала и разрешающей способностью дисплея.

Запись КО в общем случае состоит из четырех основных частей (полей): I, Т, М, S. Первое поле отводится идентификатору I (имени) объекта, позволяющему однозначно определить объект в составе данных ЭК. Во втором поле помещается признак Т типа объекта, который присваивается объекту согласно кодификатора и определяет его условное изображение. В поле М (метрика), помещаются координаты, характеризующие пространственное положение объекта на земной поверхности. В четвертом поле содержится семантическая характеристика S (атрибуты) объекта, которая определяется набором свойств объекта (географическое название, высота, глубина и другие характеристики).

Код типа КО определяется в соответствии с системой классификации и кодирования картографической информации. Эта система должна удовлетворять трем требованиям: иметь иерархическую структуру, использовать картографические символы IHO, обеспечивать возможность добавления новых и изменения старых данных; Например, данные для всех карт обычно распределяются по семи разделам: искусственные объекты, гидрография, гипсография, физиография, растительность, демаркация и общий раздел. В свою очередь каждый раздел подразделяется на подразделы. Например, гидрография подразделяется на прибрежную гидрографию, порты и бухты, средства навигационного ограждения, опасности, глубины, характер дна, течения, снег и льды. В свою очередь подразделы разбиты на более мелкие подразделы. Код типа объекта обычно формируется в зависимости от места КО в системе классификации.

Метрическое описание объекта включает в себя совокупность координат, полностью определяющих пространственное положение этого КО. Точечный объект на земной поверхности определяется только одной парой координат. Линейные и контурные КО задаются количеством координат, соответствующем числу образующих их точек. В целях экономного использования памяти для хранения данных ЭК применяются дельта-координаты (приращения) относительно юго-западного угла карты. В этом случае в общее описание карты в файле вносятся координаты юго-западного угла карты.

При синтезе ЭК данные метрики используются для графического изображения объекта. Символьные характеристики непосредственно в изображении не участвуют, они выводятся в виде текста по запросу оператора в алфавитно-цифровой форме.

В конце файла ЭК помещаются записи текстовой информации для оператора, характеризующие словесно картографические объекты.

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

2.3.2 Другие базы данных

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

рекомендованных маршрутов; данных для предвычисления приливо-отлиеных явлений; сведений о навигационных средствах (огнях, знаках, радиотехнических и радиолокационных средствах), данных о средствах связи и расписании их работы, правил плавания, сведений о портах, данных о судне, его маневренных и других характеристиках и т.д. Охарактеризуем некоторые из этих баз.

База данных корректур состоит из каталога-справочника корректур и файлов еженедельных извещений мореплавателям. Файлы корректур представляют собой совокупности записей, обеспечивающих выполнение программно реализуемой корректуры картографической информации, содержащейся в файлах основных ЭК.

База рекомендованных маршрутов включает файл каталог списка маршрутов и файлы маршрутов. Файл маршрута содержит его номер, название, координаты путевых точек, значения допустимых отклонении от линии пути, перечень генеральных карт, перечень путевых карт.

Файл предварительной прокладки содержит название маршрута, номера и координаты путевых точек, значения курса и скорости на отрезках маршрута и другие данные, требуемые практикой судовождения.

2.3.3 База программ

База программ включает системные, вспомогательные и прикладные программы.

Характеризуя системные программы, необходимо отметить следующее. Операционная система компьютера состоит из двух частей. Основная (резидентная) часть, которую составляют программы, непрерывно находящиеся в работе, находится в оперативной памяти компьютера. Остальные части ОС помещаются во внешней памяти в базе программ и вызываются в оперативную память по надобности. Аналогично на две части разделяются и программы системы управления базами данных. Программы ОС и СУБД, записанные в базе программ, называются системными. К ним относятся программы: организации диалога с НИКС, облегчения ввода ручной корректуры; драйверы, т.е. программы организации связи компьютера с датчиками информации и другими устройствами; графический пакет, включающий программы генерации условных знаков, поворота и отображения графических элементов, закраски площадей; программы, обеспечивающие выполнение процедур генерализации и селекции данных, программы преобразования координат КО, отсечения объектов и формирования дисплейного файла и др.

В прикладные программы входят программы решения задач судовождения; программы выполнения задач предварительной и исполнительной прокладки; программы анализа картографической, гидрографической и навигационной информации на пути следования для выработки предупреждений судоводителям; программы ведения судового журнала и др.

2.3.4 Система управления базами данных

Система управления информационными базами (СУБД) представляет собой комплекс программ, обеспечивающих управление работой баз программ и данных, выполнения по заказам оператора задач обработки информации. Система управления базами реализует следующие основные функции: введение в базы новых файлов, обновление содержимого баз, удаление оказавшихся ненужными данных, поиск информации, выдачу информации оператору, доступ к информации в КБД синтез электронной карты, отображение ЭК, обработку курсора, корректуру электронных карт, объединение и разделение файлов, копирование и восстановление файлов, защиту информации от несанкционированного доступа, устранение ошибок в работе, учет работы и составление отчетов, помощь в выполнении специальных работ и др.

Предусматривается три способа ввода информации в память НИКС:

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

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

• автоматический ввод текстовой и графической информации о корректурах и оперативной информации об обстановке в портах и гаванях, передаваемой по радиоканалам и по каналам связи с НИКС.

СУБД обеспечивает следующие виды доступа к информации в базах данных:

• только для чтения (Read only);

• для чтения и модификации с сохранением старой информации (Read and Modify);

• для чтения, модификации и стирания устаревшей информации (Read, Modify and Delete).

Выполняются следующие операции обработки курсора: определение его географических координат, нахождение пеленга и дистанции "судно-курсор" и "объект-курсор", идентификация объекта накрытого курсором, с представлением его характеристик и др.

Синтез ЭК - это переход от цифровых данных карты к ее изображению на экране дисплея с помощью средств машинной графики. Синтез электронной карты включает в себя: вычисление размеров экранной области, формирование запросов к КБД и вывод из нее данных основной карты, определение номеров корректурньх документов к основной карте и вывод их из памяти системы, селекцию картографических объектов, преобразование географических координат в экранные, генерализацию, отсечение картографических объектов, формирование дисплейного файла.

При определении необходимых массивов данных для построения ЭК по ее номеру находятся номера корректурных документов. На этой основе формируется запрос, обеспечивающий вывод из памяти НИКС данных основной карты и информации корректур.

Выбор вида нагрузки карты в режиме селекции осуществляет судоводитель. В зависимости от выбранного режима селекции системой выделяются данные для отображения.

При выполнении операции отсечения удаляются КО или их части, не попавшие в окно высвечивания карты на дисплее.

Преобразование географических координат в прямоугольные экранные координаты производится для построения объектов в нужном месте на экране с помощью средств машинной графики.

На основании выполненных операций формируется дисплейный файл. Он представляет собой совокупность команд и параметров для выполнения операций машинной графики при отображении ЭК.

Отображение синтезированной карты включает: генерацию условных знаков, поворот и отображение элементов изображений, заливку площадей, ограниченных замкнутыми контурами.

2.3.5 Справочная система НИКС

Информационные базы и система управления ими являются основой справочной системы НИКС. Электронная справочная система предназначена для хранения больших объемов данных, требуемых при судовождении, и обеспечения судоводителю быстрого доступа к нужным сведениям при решении конкретных задач.

Кроме обеспечения быстрого поиска данных, электронный справочник имеет и другие преимущества перед бумажными справочными пособиями. Требуемая судоводителю информация часто получается на основе хранимых сведений, например, путем интерполяции или более сложных операций. В отличие от бумажного, электронный справочник позволяет представлять судоводителю не только хранимые сведения, но и результаты их математической и логической обработки, значительно ускоряя процесс получения необходимой информации.

Когда НИКС снабжена анализаторами навигационной обстановки и ситуации, электронный справочник может представлять касающиеся конкретной обстановки и конкретной ситуации справочные сведения в автоматическом режиме.

Справочная система НИКС находится в стадии развития. От простых структур данных таких как списки, таблицы, файлы в этой системе переходят к более сложным информационным структурам. Современные СУБД позволяют реализовывать модели данных разных типов (• реляционные, сетевые, иерархические, файловые; •текстовые, графические, картинные, звуковые; статические, динамические) и предоставляют пользователю удобные средства работы с ними. Наибольшие достижения в управлении базами данных связаны с, успехами реляционной технологии.

Обеспечиваются удобные способы запроса данных. Справочная информация, требуемая при судовождении, часто связана с районом плавания или с тем или иным картографическим объектом. Поэтому распространенный в НИКС способ запроса информации включает наведение курсора на отображаемый на электронной карте объект, справочную информацию о котором хотят получить. Таким образом в ECDIS, например, получаются сведения об огнях, знаках, радиотехнических средствах. Кроме названного, в НИКС реализуются и стандартные для справочных систем способы запроса необходимых сведений.

Проводятся работы по дополнению справочных систем НИКС новыми базами данных и базами знаний. Разрабатываемые базы знаний в большинстве случаев касаются действий судоводителя в особых и экстремальных ситуациях. При формировании этих баз используется экспертный опыт. В первую очередь образуются базы знаний, закрепленных в официальных правилах, инструкциях, наставлениях и рекомендациях. Это правила плавания в районах со специальными условиями, на подходах к конкретным портам, при прохождении определенных узкостей и каналов, при пониженной видимости; рекомендации по расхождению с тропическими циклонами, по штормованию, по плаванию во льдах и т.д. Это также базы, включающие сведения о действиях, которые требуется предпринимать в аварийных ситуациях, при обеспечении непотопляемости и в других случаях. Кроме того, базы знаний могут содержать информацию, необходимую для выполнения диагностики судовых систем и механизмов, навигационной аппаратуры и решения ряда других задач.

Используя возможности системы по работе с базами знаний, судоводитель в зависимости от вида ситуации и характеризующих ее параметров, может получать от системы четкие рекомендации и советы по действиям в сложившейся обстановке, уменьшающие вероятность принятия им неправильных решений. В ряде случаев эти рекомендации могут подкрепляться представлением прогнозируемого результата рекомендуемых мероприятий.

Советы и рекомендации в отношении поведения в особых и экстремальных ситуациях могут выдаваться системой по запросу судоводителя, при появлении признаков, указывающих на развитие такой ситуации, при получении по каналам связи предупреждений о возможности ее возникновения.

Более поздняя перспектива, это создание на основе экспертного опыта баз знаний о таких особых и экстремальных ситуациях, для действий в которых не существует готового алгоритма. Для таких случаев база знаний представляется в виде замкнутой системы логических уравнений, описывающих все причинно-следственные связи между элементами ситуации. Для нахождения рекомендуемого алгоритма действий, когда встречается такая ситуация, используются специальные программные средства решения систем логических уравнений при тех или иных начальных условиях. С помощью этих программных средств с учетом оперативной информации о сложившейся обстановке навигационно-информационная компьютерная система находит алгоритм, определяющий последовательность действий судоводителя в особой ситуации с конкретной обстановкой, и выдает его в качестве рекомендации.

2.4 Лингвистическое обеспечение НИКС

Лингвистическое обеспечение представляет собой совокупность методов и средств для диалога судоводителя с системой. В настоящее время используется регламентированный язык общения оператора с НИКС, при котором все элементы диалога жестко запрограммированы и заложены в памяти системы. Лингвистическое обеспечение определяет пользовательский интерфейс системы. В НИКС в основном реализован визуальный графический пользовательский интерфейс, в последних системах он дополнен элементами речевого интерфейса.

В современных НИКС применяются развитые средства для общения судоводителя и системы: пассивный диалог, активный диалог, а также их сочетания. При ведении диалога используются возможности интерактивных видеоустройств. Реализуются системы общения, сочетающие печатный текст, графику, речь, звуковые и видео эффекты. Все шире внедряются программы динамического отображения графики, в том числе трехмерной. Используется полиэкранный режим Работы дисплея.

Визуальный графический пользовательский интерфейс системы организуется с помощью стандартных интерфейсных элементов, отображаемых на экране. Управление этими элементами производится с помощью манипулятора (джойстика, трекбола, мышки), а также клавиатуры. Для выделения интерфейсного элемента на него с помощью манипулятора наводится курсор. Активизация выделенного элемента осуществляется щелчком или двойным щелчком специальной клавиши.

Стандартные интерфейсные элементы разделяются на несколько видов:

• управляющие элементы - различного вида меню, командные кнопки, переключатели, флажки, списки выбора, наборы закладок и т.д.

• элементы для представления данных - поля отображения, метки, списки, текст, ярлыки, таблицы, диаграммы и т.д.

• элементы для ввода и изменения данных - поля ввода, цифровые и аналоговые регуляторы, различного вида редакторы и т.д.

• группирующие элементы: рамки, панели и т.д.

• другие элементы.

С помощью интерфейсных элементов создается иерархический по структуре «язык» для общения судоводителя с системой. Этот «язык» стараются сделать простым, ясным, понятным, обеспечивающим удобное управление НИКС и позволяющим избежать ошибок интерпретации данных и задержек на их расшифровку.

Так как НИКС обычно работает в нескольких режимах (исполнительная прокладка, предварительная прокладка, работа с каталогом, работа с электронным судовым журналом, информация о судне и др.), то для переключения режимов работы используется специальное меню или зависимая группа управляющих кнопок.

Для управления НИКС в конкретном режиме работы создается информационно-управляющая панель, группирующая необходимые при решении задач этого режима интерфейсные элементы. Например, в ECDIS «dKart Navigator», версия 5.10, фирмы «Моринтех» такая панель для режима исполнительной прокладки имеет вид, представленный на рис. 2.3. Она включает в себя: информационные панели текущего места судна, маршрута, карты; управляющую панель, панель индикации сообщений, а также поле информации курсора и поле информации маркера, которые на рисунке не приведены.

Информационная панель текущего места судна

Информационная панель маршрута.     

Информационная панель карты.              

Управляющая панель.                              

Панель индикации сообщений.                

Рис. 2.3 Информационно-управляющая панель режима исполнительной прокладки.

На информационной панели текущего места судна в процессе перехода непрерывно отображаются следующие данные:

• судовое время и дата (SHT);

• широта и долгота текущего места судна;

• путевая скорость (SOG) и путевой угол (COG);

• скорость по лагу (LOG) и курс по компасу (НDG);

• суммарный снос.

На этой панели также выводится на индикацию способ получения координат судна.

На панели маршрута индицируются:

• название маршрута;

• номер путевой точки, к которой следует судно (WP#);

• время до прихода в путевую точку (TTG);

• расчетное время и дата прибытия в путевую точку (ЕТА);

• направление на путевую точку (WTG) и разница между WTG и COG;

• курс, проложенный на карте (CUR.), и следующий курс (NXT) после прохождения путевой точки;

• расстояние до путевой точки (DTG);

• уклонение от линии пути (ХТЕ).

На информационную панель карты выводятся:

• номер карты;

• оригинальный масштаб карты и масштаб ее отображения;

• ориентация отображения карты;

• геодезический датум.

На панели сообщений в соответствующих полях выводится в виде условных сокращений предупредительная информация о случаях:

• приближения судна к опасности;

• нахождения судна в области опасных глубин;

• нахождения судна в районе со специальными условиями;

• уклонения от маршрута на величину, большую заданной;

• при отказах внешних устройств.

Для расшифровки сообщения достаточно навести на его поле курсор.

В поле информации курсора выводятся его географические координаты, дистанция, пеленг и курсовой угол курсора относительно текущего места судна.

В поле маркера отображаются данные о положении судна относительно специальных точек, устанавливаемых оператором.

На панели управления сосредоточены управляющие интерфейсные элементы: кнопки функций. Управляющие кнопки содержат обычно пиктограмму или сокращенную надпись, характеризующую выполняемую ими функцию. Для подробного пояснения назначения управляющих кнопок они снабжаются всплывающими при наведении на кнопку ярлыками. Когда выполнение функции требует ввода ее аргументов, при активизации кнопки этой функции появляется панель для занесения необходимых данных.

Управляющая панель содержит кнопки, которые условно можно отнести к разделам, приведенным ниже.

А) Оперативные функции работы с картой;

Выбор карты (выбор из появляющегося списка);

Установка масштаба отображения карты;

(выбор из появляющегося перечня значений);

Установки нагрузки карты (базовая, стандартная, полная);

Установка режима отображения карты

(привязано к судну/отвязано от судна);

Установка оригинального масштаба карты;

Увеличение масштаба отображения карты по шагам;

Уменьшение масштаба отображения карты по шагам;

Установка стандартной нагрузки ЭК.

Возврат к предыдущему масштабу;

Показ и удаление информационно-управляющей панели.

Б) Плавание по маршруту.

Выбор маршрута;

Выбор путевой точки;

Расчет времени прибытия.

В) Навигационные задачи.

Измерения на карте;

Обсервация по пеленгу и дистанции;

Расчет текущего траверзного расстояния;

Дублирующая навигационная система;

Человек за бортом (место падения отмечается маркером, появляется список с необходимой информацией);

Установка маркера.

Г) Управление РЛ-информацией.

Просмотр формуляров целей САРП;

Просмотр формуляров целей АИС;

Установка критериев опасной цели;

Радиолокационная прокладка.

Д) Выбор режима работы.

Устанавливает меню выбора режима работы (по умолчанию эта закладка активизирована);

Возврат в режим исполнительной прокладки;

Вход в режим планирования маршрута;

Вход в режим работы с картами;

Вход в режим работы с судовым журналом;

Вход в режим установки главной конфигурации;

Расчет приливов;

Вход в режим редактирования слоя пользователя;

Выход из dKart Navigator.

Е) Установки.

Устанавливает меню настроек работы программы;

Выбор режима счисления;

Установка вида и перечня дополнительной информации на карте (выбор из появляющегося списка);

Прогнозирование положения судна для заданных условий плавания;

Дополнительные записи в судовой журнал;

Установка палитры карты (ясный день, пасмурный день, сумерки, ночь);

Установка условий подачи звуковых сигналов;

Установка времени;

Установка области отрисовки судна.

Вызов наиболее важных и часто употребляемых функций может также производиться с помощью комбинации клавиш клавиатуры («горячих» клавиш).

Так как требуемый в разных условиях набор данных о процессе судовождения и набор управляющих функций может несколько отличаться, в ряде систем предусматривается возможность изменения состава интерфейсных элементов на информационно-управляющей панели. В частности, в ECDIS «dKart Navigator» для этой цели имеется функция OPTIONS - «Опции изменения индицируемых данных», с помощью которой можно менять состав индицируемых данных на информационных панелях текущего места судна и маршрута.

Для других режимов работы системы «dKart Navigator» выбраны соответствующие их особенностям виды общения с оператором.

Жестких стандартных требований к пользовательскому интерфейсу нет. Поэтому разные типы НИКС имеют неодинаковые средства общения, хотя, естественно, в них много общего, так как все НИКС применяются для решения одной задачи - задачи судовождения. В результате одни функции являются общими для разного вида НИКС, другие различаются, третьи имеются у одних НИКС, а у других отсутствуют.

2.5 О НИКС как о центре судовой информационной сети

Современное автоматизированное судно представляет собой сложную систему, в которой автоматизированы различные технические и информационные производственные процессы: судовождение, выработка энергии, связь, грузовые операции, балластировка, управление параметрами «микроклимата» грузовых и жилых помещений и т.д. Для автоматизации этих процессов применяется микропроцессорная техника. Наряду с комплексом судовождения, на судне функционируют автоматизированные на базе микропроцессорной техники многочисленные устройства, установки и системы. В качестве примеров можно привести энергетическую установку, системы: грузовую, балластную, электроснабжения, кондиционирования воздуха, пожарной сигнализации и т.д.

При высоком уровне комплексной автоматизации судовых производственных процессов требуется на мостике судна организация централизованного контроля средств автоматизации и централизованного управления ими, так как нарушения в работе автоматизированных систем могут существенно влиять на навигационную, эксплуатационную и техническую безопасность, а также сохранность перевозимого груза. С этой целью были созданы различные судовые автоматизированные системы дистанционного контроля автоматизированных средств и управления ими. Например, система дистанционного управления двигателем, дистанционные средства контроля работы автоматизированных рефрижераторных установок, систем кондиционирования и т.д.

Кроме централизованного контроля, необходима организация согласованной работы всех средств автоматизации. Между судовыми установками, агрегатами, устройствами и системами имеют место разнообразные функциональные связи, В этих условиях можно удовлетворить высокие требования, предъявляемые к судам в техническом и экономическом отношении, только путем всестороннего согласования всех судовых установок, включая средства автоматизации. В частности, это приводит и к необходимости обмена информацией между судовыми автоматизированными системами. Такая задача решается путем объединения автоматизированных судовых систем и установок в рамках судовой локальной информационной микропроцессорной сети.

На современном автоматизированном судне единым местом, где человек в море несет непрерывную вахту, является навигационный мостик. Поэтому центр информационной судовой сети должен находиться на мостике. Таким центром становится высшая по иерархии из автоматизированных систем на судне - НИКС. В результате для НИКС обеспечивается возможность контролировать работу всех входящих в сеть систем, обеспечивать согласованную их работу, запрашивать с пульта НИКС сведения, характеризующие состояние различных систем и параметры регулируемых ими процессов, а также управлять работой этих систем напрямую или через штатные средства дистанционного управления.

Информация о состоянии и параметрах работы судовых автоматизированных систем требуется при судовождении для принятия всесторонне обоснованных решений. Так при входе в зону штормовых условий от автоматизированной грузовой системы могут потребоваться сведения о запасах, данные для оценки остойчивости и нагрузки на корпусе, информация для анализа соответствия условиям погоды балластного состояния (при необходимости должна быть возможность оперативного изменения балластного состояния) и т.д. При подходе к узкостям и к районам со сложными условиями плавания необходимо убедиться в исправном состоянии энергетической установки, рулевого устройства и ряда других средств, а также должна быть возможность перехода на другие режимы их работы. Периодически требуется проверять параметры «микроклимата» грузовых помещений, чтобы избежать порчи груза. При создании судовой информационной сети, объединяющей различные судовые автоматизированные системы, все эти действия могут быть выполнены с пульта НИКС.

При работе НИКС в качестве центра судовой информационной сети число выполняемых ей функций значительно увеличивается, но вместе с тем еще больше возрастает ее роль как системы информационной поддержки решений судоводителя, и как системы, обеспечивающей согласованную работу низших по иерархии судовых автоматизированных систем.

3. Функциональные возможности НИКС.

3.1 Функциональные возможности ECDIS

Навигационно-информационные системы ECDIS предоставляют судоводителю широкий набор функций для работы с картами, для планирования пути, счисления и обсерваций, для контроля прохождения маршрута, навигационной безопасности и т.д. Набор функций ECDIS зависит от конфигурации АКС, созданной на основе ECDIS, и назначения судна, на котором АКС устанавливается. В обобщенном варианте возможные функции ECDIS описаны ниже.

3.1.1 Работа с каталогом карт и с картами

Навигационно-информационная компьютерная система может быть снабжена электронным каталогом карт и книг. В этом случае она обеспечивает просмотр записей о картах и пособиях, имеемых в каталоге, поиск нужных карт и пособий, подбор карт и пособий на переход, загрузку в каталог и регистрацию новых карт и пособий, составление пользовательской коллекции карт и выполнение других функций.

В ECDIS реализуются различные виды загрузки карт для отображения на экране: по номеру, из списка, по позиции судна, путем использования электронного каталога карт, путем формирования конкретного запроса и т.д. Имеется возможность автоматического подбора и загрузки карт. Во время движения судна ECDIS автоматически подбирает и отображает на экране наиболее подробную карту, покрывающую позицию судна. Смена ЭК также может производиться автоматически в соответствии со списком путевых карт, подобранных на переход. При выходе судна из зоны карты, происходит автоматическая загрузка следующей карты.

В зависимости от текущей навигационной задачи ECDIS позволяет обеспечивать выбор различной ориентации карты (по норду или по курсу) и масштаба ее отображения. При изменении масштаба карты размер надписей и символов карты не изменяется, обеспечивая их хорошую разборчивость при любом выбранном масштабе.

В ECDIS также имеется функция «электронной лупы», с помощью которой любой выделенный оператором фрагмент карты может быть вырезан и увеличен на весь экран.

Операция просмотра карты в ECDIS позволяет просматривать все районы текущей карты и любой другой карты.

Важным достоинством ECDIS является функция селекции картографической информации. Она дает возможность установки уровня нагрузки карты (обычно используется один из трех уровней информационной плотности: базовый - Basic, стандартный - Standard, и полный - Full); избирательного вывода или выделения отдельных видов данных: навигационного ограждения, маяков, затонувших судов, изобат и ряда других картографических объектов.

В ECDIS реализовано отображение карты в режиме истинного или относительного движения. В режиме истинного движения при исполнительной прокладке обеспечивается автоматический сдвиг карты при подходе судна к границе экрана, чтобы судно все время находилось в поле отображения дисплея. В режиме относительного движения судно находится в центре экрана, а карта "плывет" относительно него.

Имеется функция для перемещения карты внутри окна высвечивания по команде судоводителя. Она применяется, когда при прокладке требуется увеличить обзор района по ходу судна или с какой-то его стороны.

Для разных условий освещенности в ECDIS обеспечивается выбор подходящей цветовой палитры изображения карты, не требующей времени на изменение адаптации зрения при наблюдении за окружающей обстановкой и при работе с ЭК. Например, для работы с картой ночью можно воспользоваться специальными "ночными" палитрами, обеспечивающими отчетливое восприятие навигационной ситуации в условиях пониженного освещения.

Следует также заметить, что бумажная карта и SEN С являются различными способами представления навигационно-гидрографической информации. Бумажная карта - это собственно носитель информации, состав которой не может измениться. Электронная карта - результат визуализации определенной части данных ЭК, хранимых в памяти. Состав информации на отображаемой электронной карте пользователь может оптимизировать применительно к условиям плавания.

3.1.2 Планирование пути

В ECDIS возможно планирование двух маршрутов, основного и альтернативного.

При планировании пути ECDIS обеспечивает выбор требуемого маршрута из списка маршрутов, имеемых в базе данных, и возможность корректировки его.

Имеются функции для планирования и занесения в память новых маршрутов. При таком планировании обеспечивается возможность задания элементов и параметров нового маршрута, путевых точек, типа отрезков пути (локсодромия или ортодромия), скорости следования по отрезкам маршрута, времени прибытия в точки изменения курса, границ отклонения от маршрута, радиусов поворотов, номеров генеральных и путевых карт. которые будут использоваться на переходе. Плавание на отрезках пути в основном планируется по локсодромии. В этом случае на картах в проекции Меркатора маршрут представляется в виде прямолинейных отрезков,

Операции прокладки маршрута по ортодромии позволяют в ECDIS планировать переход между двумя точками на поверхности Земли по кратчайшему расстоянию. Этот метод является предпочтительным, когда протяженность отрезка пути велика (переход через океан). ECDIS дает возможность рассчитать выигрыш плавания по ортодромии по сравнению с локсодромией, осуществить прокладку маршрута по ортодромии, представляя ее отрезками локсодромий через заданный шаг разности долгот или расстояния; или заменяя ортодромию отрезками локсодромий, при переходе с которых на следующий отрезок курс меняется на одинаковую величину, например, на 5°.

Ряд ECDIS предоставляют судоводителю функцию построения маршрутов по данным прошлых рейсов, т.е. возможность автоматического преобразования записанной в электронный судовой журнал информации о движении судна в маршрут.

Новые маршруты могут быть записаны в базу данных маршрутов. Запись маршрута в базе данных обычно включает его номер, название, координаты путевых точек, значения допустимых отклонений от маршрута, перечень генеральных карт, перечень путевых карт.

Кроме того, при планировании пути ECDIS предоставляет функции:

• цифрового ввода и корректировки параметров маршрута

координат поворотных точек, скорости на отрезках маршрута, времени прибытия в поворотные точки, значения безопасной глубины, а также расчета по опорным значениям всех интересующих судоводителя элементов маршрута;

• отображения выбранного маршрута на ЭК для зрительной оценки с предоставлением возможности графического редактирования положения поворотных точек с помощью курсора. При этом могут использоваться операции добавления, вставки, смещения поворотных точек и изменения их последовательности;

• тестирования безопасности маршрута. Эта функция позволяет судоводителю протестировать запланированный маршрут на навигационные препятствия, опасные области глубин, районы с особыми условиями плавания;

• инверсирования маршрутов (т.е. рассмотрения маршрута в обратном направлении);

• подключения программ имитации маневров для включения в маршрут участков изменения режима хода и поворотов с одного отрезка маршрута на другой;

• печати опорных и расчетных данных выбранного маршрута, а также перечня карт на переход;

• свободного выбора любой точки на линии намеченного маршрута для расчета дистанции и времени следования до любой следующей точки на линии пути;

• пересчета координат поворотных точек на другой геодезический датум.

Большое значение для предварительной прокладки имеют и функции получения дополнительной информации о средствах навигации, правилах плавания, станциях обслуживания мореплавателей, районах маршрутизации движения, взаимодействующих с судовыми транспондерами береговых станциях контроля движения, системах управления движением на подходах к портам и т.д.

3.1.3 Счисление, обсервации, прокладка пути

Для возможности счисления пути и выполнения обсерваций к ECDIS подключаются датчики информации. ECDIS может работать со всеми существующими компасами, лапши, приемниками спутниковых систем GPS (DGPS) и ГЛОНАСС, позиционных систем наземного базирования LORAN-C или DECCA, предоставляющими информацию в соответствии с протоколом IEC 61162-1. Поступающая информация используется для расчета и отображения данных об истинной позиции, скорости и курсе судна, параметрах прохождения маршрута.

В ECDIS обеспечивается выбор позиционных систем для определения мести, одной системы (GPS, DGPS, ГЛОНАСС, DECCA, LORAN-C) или нескольких систем позиционирования одновременно (гибридный режим) с целью повышения надежности определений.

Имеется функция получения обсерваций по вводимым вручную значениям пеленгов и дистанций навигационных ориентиров.

Основной задачей, решаемой на электронной карте, является исполнительная прокладка, которая обычно ведется с непрерывными определениями места судна по GPS. При решении этой задачи и производится индикация цифровых данных, характеризующих процесс движения судна. Отображаются: судовое время (SHT или ST), координаты судна, путевой угол (COG), курс (HDG), путевая скорость (SOG), скорость по лагу (LOG), величина предстоящего изменения скорости и курса, и т.д. Навигационная информация обновляется раз в секунду и отображается как в численном виде, так и непосредственно на карте. Имеется операция оптимизации отображаемых данных, позволяющая судоводителю устанавливать набор данных, отображение которого соответствует условиям плавания.

На экране дисплея ECDIS возможен показ намеченного пути: основного и/или альтернативного запланированного маршрута. Предоставляются операции для модификации основного намеченного пути в процессе плавания или изменения его на альтернативный.

Реализована в ECDIS функция для отображения на карте действительного пути судна за тот или иной промежуток времени с отметками положения судна на определенные моменты времени, интервал между которыми может выбираться судоводителем от 1 мин и больше. Имеется операция оперативной отметки положения судна на линии пути и возможно внесение особых отметок судоводителем.

При прокладке может производиться прогнозирование положения судна на будущие моменты времени и осуществляться просмотр районов на пути следования.

ECDIS предусматривает основной и запасной режимы прокладки пути. В основном режиме прокладки ECDIS может использовать данные:

• Относительного и абсолютного лагов, гирокомпаса, флюксгейт компаса;

• Автоматических приемоиндикаторов систем GPS, ГЛОНАСС, DECCA, LORAN-C, транспондера A1S, САРП;

• Значения курса и скорости, вручную введенные оператором. При отказе системы позиционирования, выбранной для прокладки пути, ECDIS автоматически переходит на запасной (аварийный) режим счисления.

В некоторых ECDIS реализована возможность параллельной одновременной прокладки пути по данным двух позиционных систем, что позволяет оператору наглядно оценить точность приборов.

3.1.4 Контроль прохождения маршрута

ECDIS ведет непрерывный контроль проводки судна по маршруту. Она представляет судоводителю наименование маршрута и данные, характеризующие его прохождение: маршрутные координаты: расстояние (DTG), пеленг и расчетное время (TTG) движения до ближайшей путевой точки; ожидаемое время прибытия в эту точку (ЕТА), направление на эту точку (WTG), и поправку к текущему курсу для выхода в эту точку (разница между HOG и WTG). Индицируются также текущее направление линии запланированного пути (CUR) и следующее за ним направление (NXT), а также боковое смещение от линии пути (ХТЕ).

Для визуального контроля движения судна по намеченному пути ECDIS позволяет показать на карте допустимые границы маршрута (Clearing lines). ECDIS предупреждает об отклонениях от маршрута, выходящих за заданный предел, а также о подходе к точке поворота, чтобы судоводитель мог заблаговременно подготовиться к маневрированию.

Предусмотрена функция для оперативного изменения маршрута без выхода в раздел «предварительная прокладка».

3.1.5 Контроль навигационной безопасности

ECDIS осуществляет контроль безопасности плавания. В некоторых ECDIS программой формируется "Фигура безопасности" (Safety online), которая может быть выведена на индикацию или нет. Реализована функция автоматической подачи сигнала предупреждения при попадании опасного объекта в пределы фигуры безопасности, независимо от того, показывается она на экране или нет. Вырабатывается несколько типов предупреждений. Каждый тип имеет свое поле на панели индикации и сопровождается специальным звуковым сигналом или голосом.

Имеется в ECDIS функция установки ширины полосы движения при плавании по заданному маршруту. В процессе перехода при выходе судна за пределы этой полосы срабатывает сигнализация.

Возможно в ECDIS выделение безопасной глубины и изобаты. Судоводитель может воспользоваться этой функцией для определения на карте областей опасных глубин (т.е. областей с глубиной меньшей или равной глубине безопасности судна). При входе согласно карте судна в область опасных глубин, ECDIS выдаст звуковое предупреждение, сопровождаемое визуальной индикацией. Для предупреждения судоводителя об опасных глубинах к ECDIS также подключается эхолот. Взаимодействие ECDIS с эхолотом осуществляется на основе протокола ГЕС 61162-1. Информация эхолота сохраняется системой и может быть выведена на экран в виде кривой рельефа дна.

Для обращения внимания судоводителя и возможности принятия им своевременных мер предосторожности в ECDIS предусмотрены автоматические предупреждения о вхождении судна в районы с особыми условиями плавания.

Для контроля процесса движения судна по моментам достижения им определенного положения относительно той или иной характерной точки на местности (ориентира, опасности, элемента побережья и др.) возможна постановка маркеров событий. Выбранная на карте точка обозначается специальной отметкой (маркером). Судоводитель может выбрать следующие условия взаимного расположения судна и маркера: достижение заданного пеленга, сближение на заданную дистанцию, удаление на определенное расстояние, достижение судном траверза. После того, как произошло описанное событие, ECDIS подаст звуковое и визуальное предупреждение.

Предусматривается контроль точности навигации. Возможно предвычисление погрешности обсерваций по различным позиционным системам (ЕРЕ - expected position error) с показом на экране ее границ, сравнение данных нескольких позиционных средств, выявление грубых определений на основе сравнения обсервации с предвычисленным по счислению местом и с обсервациями по другой независимой позиционной системе. Выполняется контроль качества информации поступающей от различных датчиков.

Функции работы с пользовательскими слоями информации позволяют судоводителю нанести поверх любой карты дополнительные линии, символы, сектора, текст с целью подъема карты, что способствует повышению безопасности прохождения сложных участков пути.

В ECDIS обеспечивается прием и отображение на экране поступающих от NAVTEX-приемника сообщений (навигационных, метеорологических и ледовых предупреждений, информации об операциях поиска и спасания, метеорологических прогнозов и т.д.).

ECDIS контролирует работу подключенных к ней навигационных устройств и сообщает о неисправности любого из них судоводителю.

3.1.6 Функции для использования радиолокационной информации

ECDIS может работать с РЛС, обеспечивая отображение на ЭК первичной радиолокационной (РЛ) информации, которая может быть выведена поверх ЭК. Это облегчает сравнение РЛ-изображения с картой, позволяет установить неточность положения судна, а также обнаружить цели, о которых не было сигнализации при пересечении ими охранной дистанции.

При подключении САРП к ECDIS на ЭК представляются все взятые на сопровождение РЛ-цели как символы с идентификаторами и векторами истинной скорости. Имеются операции для изменения длины векторов экстраполированного перемещения целей, и обеспечивается выбор для отображения векторов истинного или относительного движения.

У отметок целей на ЭК могут выводиться следы их прошлого движения.

Для получения числовых данных движения целей имеется функция "Просмотр формуляров целей", при использовании которой отображаются пеленг, дистанция цели, ее курс и скорость, расстояние и время кратчайшего сближения. Опасные цели выделяются цветом.

В некоторых картографических системах (например NAVI-SAILOR 2400 ECDIS, разработанной фирмой ТРАНЗАС МАРИН) предусмотрен встроенный радар-интегратор с возможностями документировать и накладывать на электронную карту "сырое" РЛ-изображение, выделять, сопровождать и документировать большое количество целей.

В ECDIS реализуются функции для работы с АИС-траиспондером. Эта идентификационная система предназначена для обеспечения судоводителей максимально точной и подробной информацией об обнаруженных целях, имеющих AIS-транспондеры. Помимо сведений о курсе и скорости судна-цели (передаваемых им самим и поэтому точных), система АИС позволяет получить информацию о названии судна, его владельце, тоннаже и размерах, маршруте и типе перевозимого груза. Подобная информация может быть полезна, например, при планировании маневрирования и в ряде других случаев.

Для определения положения и элементов движения собственного судна и контроля безопасности его движения ECDIS предоставляет функции навигационного использования радиолокационной информации. Кинематические параметры собственного судна могут определяться при сопровождении неподвижных точечных объектов и характерных элементов протяженных РЛ-объектов.

Для возможности решения на основе РЛ-информации широкого спектра навигационных задач к ECDIS может подключаться специальный радиолокационно-навигационный модуль (РНМ). РНМ совместно с ECDIS предоставляют средства для отображения полного РЛ-образа акватории поверх электронной карты. Возможность синхронизации обоих изображений в реальном времени и наблюдения РЛ-образа, как совместно с картографическими данными, так и независимо, позволяет судоводителю легко ориентироваться в узкостях и незнакомых районах плавания. Одним из существенных преимуществ совместного использования РИМ и ECDIS является возможность взаимного контроля навигационных и радиолокационных средств в наглядной форме, что качественно повышает степень надежности всегокомплекса.

С помощью РНМ решаются следующие задачи:

обеспечение полной совместимости ECDIS с различными типами приемо-передатчиков радаров ведущих фирм производителей;

формирование цифрового РЛ-образа всей акватории и передача его в ECDIS;

уменьшение влияния на цифровой РЛ-образ помех естественного и искусственного происхождения (от морского волнения, дождя, тумана, низких облаков, снеговых зарядов, соседних РЛС). Для этой цели применяются алгоритмы "scan-to-scan" и "sweep-to-sweep" корреляции. Первый вид корреляции характеризует стохастическую зависимость РЛ-данных, соответствующих последовательным посылкам зондирующих импульсов. "Sweep-to-sweep" корреляцией оценивается зависимость цифровых РЛ-образов, последовательно получаемых при разных оборотах антенны;

оптимальное выделение малоразмерных морских целей на фоне мешающих отражений от береговой черты и портовых сооружений;

селекция РЛ-целей, измерение их координат и определение кинематических параметров;

реализация устойчивого к помехам алгоритма обработки видеосигналов целей.

3.1.7 Регистрация информации

ECDIS автоматически ведет электронный навигационный журнал и обеспечивает возможность дополнения его оперативньми записями вручную. В электронный журнал автоматически заносятся: сведения о картах, на которых ведется прокладка, данные о корректурах к ним, кинематические параметры своего судна, элементы движения радиолокационных целей, информация об изменении состояния ECDIS и подключенных к ней устройств, параметры движения судна по маршруту.

При ведении судового журнала ECDIS обычно записывает данные только взятых оператором на автосопровождение целей. ECDIS, снабженная специальным целевыделителем, может записывать кинематические параметры всех судов-целей, находящихся в зоне обзора, независимо от того, взяты они оператором на автосопровождение или нет.

Возможен просмотр электронного журнала и воспроизведение обстоятельств плавания на электронной карте в реальном или ускоренном масштабах времени на основе журнальных сведений. Информация электронного судового журнала может быть распечатана на принтере.

Следует отметить, что на современном этапе в электронном журнале детально сохраняются данные о процессе судовождения за определенный до текущего момента времени интервал, достаточный для выяснения причин возможной аварийной ситуации. Этот интервал времени составляет не менее 12 часов. Кинематические параметры нашего судна и судов-целей фиксируются в нем через промежуток времени, не больший 1 минуты. За остальное прошедшее время рейса записи в журнале сохраняются через больший интервал времени. В перспективных разработках ECDIS обращается внимание на возможность детального сохранения всей навигационной информации за рейс с возможностью проигрывания любого участка перехода при его анализе на борту судна или в судоходной компании.

Электронный судовой журнал - это своего рода "черный ящик", который позволяет воспроизвести хронологию событий на любой момент времени. Однако на современном этапе записи электронного судового журнала не имеют юридической силы.

3.1.8 Предоставление дополнительной информации

Для ускорения поиска и представления судоводителю сведений, необходимых при выполнении им своих обязанностей, ECDIS снабжается базами данных из навигационных пособий и средствами Для работы с этими базами. Так как требуемая информация обычно связана с объектом или районом карты, то получение ее в ECDIS организуется с помощью наведения курсора на элемент карты, к которому относятся запрашиваемые судоводителем сведения.

При наличии соответствующих баз данных таким образом быстро могут быть получены сведения об огнях и знаках, радиотехнических средствах, правилах плавания, течениях, приливо—отливных явлениях, портах и портовых службах, обслуживающих мореплавателей станциях и др.

Для того, чтобы судоводитель мог составить представление о качестве карты, в ECDIS имеется возможность представлять сведения о карте (легенду): дату первого издания, дату большой корректуры, номер карты и ее название, оригинальный масштаб, вид проекции, горизонтальный и вертикальный датумы.

В память ECDIS могут вводиться данные о маневренных характеристиках судна в форме, предусмотренной ИМО. Эта информация может при необходимости представляться судоводителю и использоваться при решении задач маневрирования.

3.1.9 Решение дополнительных задач

Из специальных задач наиболее распространенными в ECDIS являются предвычисление высот приливов с построением графика и расчет элементов приливо-отливных течений. Оператор может предвычислять приливы только для пунктов, данные которых хранятся во внутренней базе данных. Это могут быть пункты всего Мирового океана, либо отдельных районов, в которых эксплуатируется судно, Элементы приливо-отливных явлений могут рассчитываться на сутки или несколько суток. В поле графика прилива при помощи курсора можно выделить интервал времени, в котором величина прилива будет менее допустимой.

Некоторые реализуемые в ECDIS программы расчета приливо-отливных явлений предусматривают возможность добавления новых контрольных пунктов, удаление существующих и редактирование данных. Поскольку расчеты приливо-отливных явлений производятся по гармоническим постоянным, то при добавлении и редактировании данных контрольных пунктов оператору необходимо ввести гармонические постоянные в базу данных. Гармонические постоянные для различных пунктов приводятся в Адмиралтейских таблицах приливов.

Кроме расчета приливо-отливных явлений ECDIS может решать задачи, связанные с штормованием судна, плаванием в условиях мелководья, производить расчет освещенности на переходе и т.д. Для производства различного рода вычислений ECDIS снабжается функциями электронного калькулятора.

3.1.10 Поддержание баз данных на уровне современности и обмен данными

Для поддержания баз данных на уровне современности ECDIS снабжается функциями электронной почты, позволяющей через сеть Интернет по каналам системы Инмарсат запрашивать и получать необходимую информацию: корректуры к картам и пособиям, новые карты и другие данные.

Возможен через электронную почту экспорт/импорт данных маршрута. Например, используя эту функцию, судоводитель может осуществлять обмен данными маршрутов между различными судами. Другой возможностью является обмен данными маршрутов между ECDIS и внешними навигационными устройствами. Например, экспорт данных маршрута из GPS-приемника в ECDIS.

По электронной почте может также производиться передача данных электронного судового журнала на другое судно, создание архивов записей, предоставление информации о движении судна сторонним организациям и т.п.

ECDIS также имеет функции для обновления информации вручную. Для внесения оператором срочной корректуры, не дожидаясь ее официального получения по каналам связи, для учета корректур, получаемых от местных представительных служб и построения на карте дополнительных элементов, связанных с подъемом карты в навигационном отношении, ECDIS снабжаются картографическим редактором. Картографический редактор имеет набор инструментов, с помощью которых можно, используя пользовательские слои, наносить на карту различные символы, линии, площади, текст, производить заливку замкнутых фигур цветом и пр.

Операции ручной корректуры просты в работе и могут быть выполнены непосредственно в море. ECDIS учитывает объекты ручной корректуры при решении задач обеспечения навигационной безопасности.

3.1.11 Управление движением судна

ECDIS может работать в режиме управления движением судна по маршруту. Для этой цели предусматривается возможность подключения к ECDIS авторулевого. ECDIS работает с авторулевым на основе протокола IЕС 61162-1. Взаимодействуя с авторулевым. ECDIS обеспечивает выполнение функций управления движением судна:

Мобилизацию центра массы судна на отрезке маршрута, выполнение поворотов запланированным образом, плавание вдоль проложенного маршрута или же к временной путевой точке.

В системах, реализующих автоматическое управление движением судна по маршруту, авторулевой должен быть адаптивным и способным автоматически выполнять повороты при переходе на новый отрезок пути по предварительно заданным значениям радиуса или угловой скорости поворота.

При нарушении в ECDIS функции удержания судна на маршруте, система должна подать тревожный сигнал, отключить функцию автоматического управления движением судна по маршруту и перевести авторулевой в режим стабилизации курса. Если нарушение этой функции происходит при плавании по отрезку маршрута, авторулевой должен перейти на удержание курса, соответствующего направлению активного отрезка пути. Если нарушение происходит во время осуществления поворота, то его выполнение должно быть доведено до конца, после чего авторулевой должен перейти в режим стабилизации курса, соответствующего направлению нового отрезка пути.

3.1.12 Другие функции

ECDIS может выполнять и другие функции, ряд из них характеризуется ниже.

Функции измерений позволяют с помощью курсора определить географические координаты любой точки на карте; пеленг (курсовой угол) и дистанцию между текущим местом судна или выбранной оператором точкой и точкой, указываемой курсором.

Функция "Человек за бортом" - фиксирует место падения человека на карте и выдает на индикацию координаты этого места и все необходимые сведения для поиска человека.

Функции планирования и обеспечения операций поиска и спасания - используются для организации и проведения поисково-спасательных операций на море как индивидуально (одним судном), так и в составе группы судов. Организация операции заключается в расчете маршрута/маршрутов движения судов с учетом квадрата поиска, видимости и т.п. Расчет маршрутов движения ведется на основе рекомендаций MERSAR и IMOSAR, изданных Международной гидрографической организацией.

Функции трехмерного моделирования рельефа дна обеспечивают судоводителю возможность ознакомления с изображением профиля рельефа дна в виде "объемного" изображения. Источниками информации для построения профиля служат данные карты и эхолота.

Возможными областями применения этих функций являются: маневрирование в условиях сложного рельефа дна, проведение гидрографических операций и промысловых работ и т.д.

Функции обучения работе с ECDIS и тренажа. В памяти ECDIS может помещаться программа для обучения работе с ECDIS с примерами использования ее функций. В ряде систем может моделироваться процесс проводки судна в различных районах с предоставлением судоводителю возможности использования функций ECDIS с целью обучения и тренажа. Оператором может быть выбрана карта, помещено на ней свое судно, заданы его элементы движения, нанесены на карту условные цели и заданы их курс и скорость.

3.2 О функциональных возможностях растровых НИКС

Трудности быстрого получения векторных ЭК на начальном этапе развития электронных карт с одной стороны и желание уже в то время использовать преимущества ЭК с другой, обусловили работы по более легкому растровому направлению создания ЭК.

Британское Гидрографическое управление стало первой в мире официальной государственной организацией, которая с 1993 г. стала создавать растровые карты и снабжать ими морские суда. С весны 1994 г. оно ввело в свой состав новую службу - ARCS (Admiralty Raster Chart Sendee - Обслуживание адмиралтейскими растровыми картами). Официальные растровые карты выпускаются и гидрогафической службой США (NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration).

Были разработаны и методы корректировки RNC. Нахождение данных RNC в электронной памяти позволяет на выбранные места карты заносить новую информацию. Еженедельное извещение мореплавателям (ИМ) для корректуры RNC закодировано так, чтобы покрывать в местах корректировки изображение карты растровыми пятнышками размером в один квадратный дюйм. На этих пятнышках и помещается корректурная информация.

Растровая карта довольно точно привязывается к координатной системе и на ней может выполняться планирование пути и ведение исполнительной прокладки. Как и для ENC при отображении RNC в Различных условиях освещенности могут использоваться различные палитры цветов (ясный день, пасмурный день, сумерки, ночь).

Однако системы с растровыми картами - RCDS не имеет полных Функциональных возможностей ECDIS. Поэтому они могут быть использованы только с соответствующим набором бумажных карт, приведенных на уровень современности.

ИМО своим циркуляром (SN/Circ.207. - Differences between RCDS and ECDIS. - 7 Jun, 1999) обращает внимание судоводителей на следующие ограничения RCDS.

Растровые системы не дают возможности организовать автоматическую сигнализацию об опасных ситуациях по данным карты. Определенные сигналы об опасностях могут генерироваться RCDS по введенной пользователем информации, например: об отклонении от маршрута на величину, превышающую заданную; о приближении к введенной линии опасной изобаты и к отдельным отмеченным маркерами опасностям; о пересечении районов со специальными условиями с занесенными предварительно границами и др.

Так как растровые карты создавались по бумажным картам с разными системами отсчета координат, то их горизонтальные датумы отличаются. Данные растровых карт не могут быть пересчитаны на другой датум. На это следует обращать внимание при использовании РНС и СНС, работающих в геодезической системе, отличной от карты. Несоответствие датумов выражается в смещении позиции судна. На растровой карте эта разница наиболее заметна при пересечении отметкой судна сетки карты.

Нагрузка растровой карты не может быть упрощена или убрана с целью ее приспособления к навигационным обстоятельствам или решаемой задаче. Это может влиять на накладываемую от РЛС/САРП информацию.

RNC может отображаться в оригинальном масштабе и в других масштабах, при этом все элементы карты, включая надписи, изменяются пропорционально изменению масштаба. В результате чрезмерное увеличение или уменьшение масштаба может серьезно ухудшить разборчивость изображения.

Без выбора различных по масштабу карт, возможность просмотра районов по пути следования может быть ограничена. Это может вести к определенным неудобствам при определении дистанций, пеленгов или идентификации отдаленных объектов.

При изменении ориентации растровой карты на дисплее происходит поворот всех приведенных на ней надписей и символов. В результате ориентировка RNC иначе, чем по норду, ухудшает разбор текста и символов на карте.

Применение RNC сопровождается затруднениями в получении дополнительной информации. На растровой карте невозможно использовать отличительные особенности нагрузки карты для организации получения дополнительной информации о картографических объектах путем отметки их курсором.

Невозможно автоматически выделить безопасную изобату судна или безопасные глубины и показать их на экране, если только не отметить их вручную при планировании пути.

По объему файл растровой карты значительно больше файла векторной карты, содержащего данные одного с растровой картой района.

Необходимо также заметить, что системы с RNC (также как и автоматизированные навигационные системы с упрощенными и бумажными картами) не совсем корректно называть картографическими, так как в них, за исключением корректуры, картографические операции не производятся.

Системы с растровыми картами рассматриваются IMO как промежуточные, способные восполнить потребность судоводителей в ЭК на этапе, пока работы по созданию полной коллекции ecdis-карт и снабжению ими судов не будут полностью завершены.

4. Анализ информации основных внешних навигационных датчиков НИКС

4.1. Основные навигационные характеристики датчиков информации

Для решения задач судовождения навигационно-информационная компьютерная система должна обеспечивать возможность подключения к ней различных датчиков информации: курсоуказателей (гирокомпаса, магнитного компаса с дистанционной передачей показаний, флюксгейт-компаса); лагов (относительного и абсолютного); эхолота, радиолокатора и САРП; приемников РНС, СНС, NAVTEX; а также УКВ транспондера АИС.

Касаясь позиционных средств, следует отметить, что основными из них при решении задач навигации морских судов стали космические системы GPS и ГЛОНАСС. Роль береговых систем определения положения снизилась. РНС «Омега» уже выведена из эксплуатации. Действие системы «Декка» планируется прекратить в 2002 году.

РНС «Лоран-С» по плану будет оставаться в эксплуатации для обеспечения надежности судовождения до 2015 года, и служить в качестве независимого средства, позволяющего обнаружить нарушения в правильности выдаваемой приемоиндикаторами СНС информации. Погрешность определения положения (Р=0.95) по РНС «Лоран-С» зависит от взаимного расположения судна и станций системы и лежит в пределах 0:1-0.25 NM (nautical miles - морских миль). Точность этой РНС может быть несколько увеличена за счет синхронизации работы наземных станций с помощью сигналов времени от СНС, погрешность которых составляет 10-15 нс.

Качество датчиков информации и их способность выполнять те или иные задачи в области судовождения принято оценивать навигационными характеристиками, которые зависят от технических параметров датчиков. К основным навигационным характеристикам датчиков информации относятся: зона действия (диапазон измерений) разрешающая способность, точность, надежность, помехозащищенность, продолжительность одного измерения и частота измерений.

Диапазон измерений Ym определяется минимальным Ymin и максимальным Ymax значением измеряемой величины: ,

Под разрешающей способностью ∆Y понимается определенная минимальная величина приращения измеряемого параметра, которая еще может быть измерена прибором. Разрешающая способность ряда измерительных устройств может быть вычислена через допустимую относительную погрешность е прибора, выраженную в процентах:

Точность представляет собой характеристику допускаемых при измерении погрешностей. Общепринятым критерием точности в судовождении является величина 95% погрешности измерения параметра (Р=0.95).

Под надежностью понимается способность аппаратуры выполнять свои задачи в течение определенного времени. Надежность аппаратуры характеризуется вероятностью безотказной работы, временем наработки на отказ и другими характеристиками.

Под помехозащищенностью понимается способность прибора сохранять свои навигационные характеристики в условиях действия различных помех.

Продолжительность одного измерения (определения) - это временной интервал от момента начала измерения навигационного параметра до момента выдачи результата измерения. Когда такое время мало, измерения называются мгновенными.

Частота измерений (определений) характеризуется интервалом времени между двумя последовательными измерениями навигационного параметра. Когда такая частота является достаточно высокой, измерения считаются непрерывными.

4.2 Курсоуказатели и лаги

Гирокомпасы. Основным курсоуказателем на судах является гирокомпас. Это достаточно надежный и точный прибор. Он Непрерывно измеряет курс судна в диапазоне 0-360°. Его точность при Установившемся режиме движения судна ухудшается с ростом широты места. На точность ГК влияют маневрирование судна и качка. Согласно требований ИМО в установившемся режиме движения судна точность ГК должна быть в пределах ±0.25°secφ. Инерционная погрешность ГК при маневрах в широтах до 70° не должна превышать: при быстром изменении скорости на 20 уз - ±2.0°; при быстром изменении курса на 180° при скорости 20 уз. - ±3.0°. Для компенсации скоростной погрешности в ГК вручную или автоматически должны вводиться скорость судна и широта места.

Лаги являются датчиками скорости судна и проходимого им расстояния. В настоящее время на судах применяются относительные и абсолютные лаги. Первые измеряют скорость судна относительно воды, а вторые - относительно грунта.

Лаги современных судов должны измерять скорость на переднем и заднем ходу. Из относительных лагов такой способностью обладают индукционные лаги. Диапазон измеряемых индукционным лагом значений скорости судна зависит от вида лага. Для лагов гражданских морских водоизмещающих судов этот диапазон обычно находится в пределах от -15 до +35 узлов. Инструментальная погрешность лага зависит от климатических условий. При относительной влажности 65±15% и температуре воздуха 0-50°С она меньше ±0.2 уз. При отрицательной температуре воздуха погрешность колеблется в пределах ±0.2-1.0 уз. Счетчик пройденного расстояния позволяет снять отсчет с точностью ±0.02 мили. Снос судна течением индукционный лаг не учитывает.

Для измерения скорости относительно грунта применяются гидроакустические доплеровские и корреляционные лиги. Они с высокой точностью измеряют скорость судна, как на переднем, так и на заднем ходу. Рабочие глубины этих лагов не превышают 200-300 м. При плавании на больших глубинах эти лаги работают в относительном режиме. В этом режиме при измерении скорости не учитывается течение. Доплеровские и корреляционные лаги обычно измеряют продольную и поперечную составляющие скорости судна. Поэтому ввод от них скорости в НИКС должен быть двухкоординатным.

Точность измерений доплеровским лагом скорости в абсолютном режиме работы составляет около ±2%, пройденного расстояния - примерно ±0.2%, угла сноса - ±0.2°.

Корреляционный лаг по сравнению с доплеровским лагом имеет следующие преимущества:

• одновременно с измерением скорости измеряется глубина под килем;

• на точность измерения скорости судна не влияет изменение скорости звука;

• широкие диаграммы направленности акустических антенн не требуется стабилизировать на качке.

Корреляционный лаг также характеризуется высокой точностью:

погрешность измерения скорости составляет до ±0.1 уз, пройденного расстояния - до ±0.2%, глубины под килем - ±1%.

4.3 Анализ информации СНС.

4.3.1 Преимущества совместной работы НИКС со спутниковыми навигационными системами

НИКС должна иметь возможность непрерывного отображения места судна на основе обсерваций, точность которых соответствует требованиям безопасного плавания. Информацию для таких обсерваций предоставляют радионавигационные системы, береговые (РНС) или космические (СНС), а также РЛС. В 1989 г. Резолюцией А.666(16) ИМО приняла эксплуатационные требования к Всемирной радионавигационной системе (ВРНС), информация которой отвечает целям судовождения. В соответствии с этими требованиями ВРНС должна обеспечивать глобальность покрытия, непрерывность работы и выдачу координат с точностью, отвечающей стандартам точности судовождения. Система определений места или ее элементы должны быть одобрены ИМО.

Для морского судовождения обсервации могут считаться непрерывными, когда их частота составляет один раз в минуту и больше. Современные требования к точности судовождения определены резолюцией А. 815(19), принятой ИМО в 1995 г. Согласно этим требованиям в открытом море и в прибрежных водах место судна должно быть известно с 95%-погрешностью, не превышающей 4% расстояния до препятствия, но не большей 4 миль. Точность определения места при плавании в стесненных условиях должна быть не хуже 10 м.

К требуемой ИМО ВРНС наиболее близки по своим характеристикам среднеорбитальные спутниковые навигационные системы. В 1996 г. по заявкам правительств США и России ИМО одобрила системы GPS (Global Position System) и ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система), с объявленными точностями 100 м - у GPS и 45 м - у ГЛОНАСС. Приемоиндикаторы среднеорбитальных СНС включены в состав обязательной судовой навигационной аппаратуры, предусматриваемой главой 5 СОЛАС. С 2000 г. по решению Правительства США был отменен ввод погрешностей искусственного происхождения в данные GPS и ее точность повысилась до 35-45 м.

Системы GPS и ГЛОНАСС не соответствуют современным требованиям к точности определений места только при плавании в стесненных условиях. Одним из способов удовлетворения точности плавания в стесненных водах с помощью среднеорбитальных СНС является использование ими дифференциального режима определения - DGPS, который позволяет установить координаты объекта с точностью 1-5 м.

Приемоиндикаторы среднеорбитальных СНС и аппаратура отображения навигационных карт выгодно дополняют друг друга. Их совместное применение позволяет отображать положение судна в реальном масштабе времени, что имеет особенное значение при плавании в стесненных водах. При использовании бумажных карт требуется определенное время для переноса позиции судна с приемоиндикатора СНС на карту, что вызывает запаздывание в отображении текущей позиции. Кроме того, на бумажной карте нет возможности отображать положение судна непрерывно. При использовании систем отображения электронных карт на судне может быть установлен недорогой приемник СНС, так как дополнительные навигационные задачи в этом случае будут решаться НИКС.

При работе GPS в дифференциальном режиме в районе опорной станции НИКС оказывает значительную помощь судоводителю при плавании в стесненных водах, предоставляя в реальном времени точное положение судна на ЭК. Расширение сети опорных станций DGPS способствует значительному повышению роли НИКС в обеспечении безопасного судовождения.

4.3.2 Краткая характеристика GPS и ее погрешностей

Состав системы. Спутниковая навигационная система Министерства Обороны США GPS, называемая также NAVSTAR (Navigation System using Timing and Ranging), состоит из 24 навигационных искусственных спутников Земли (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.

Спутники GPS расположены на шести средневысоких орбитах (высота 20183 км) и имеют период обращения 12 часов. Плоскости орбит расположены через 60° и наклонены к экватору под углом 55˚. На каждой орбите располагается 4 спутника, три основных спутника и один запасной. 18 спутников - это минимальное количество для обеспечения видимости в каждой точке Земли не менее 4-х спутников.

Система предназначена для обеспечения навигации воздушных и морских судов и определения времени с высокой точностью. Она может применяться в режиме двухмерной навигации - 2D (определение навигационных параметров объектов на поверхности Земли) и в трехмерном режиме - 3D (измерение навигационных параметров объектов над поверхностью Земли). Для нахождения положения объекта в трехмерном режиме требуется измерить навигационные параметры не менее 4-х НИСЗ, а при двухмерной навигации - не менее 3-х НИСЗ.

В системе используется псевдодальномерный метод определения положения и псевдорадиально-скоростной метод нахождения скорости объекта. Для повышения точности результаты определений сглаживаются с помощью фильтра Калмана.

Излучение навигационных сигналов спутниками GPS производится на двух частотах: Fl=1575,42 и F2=1227,60 МГц. Режим излучения -непрерывный с псевдошумовой модуляцией. Навигационные сигналы представляют собой защищенный Р-код (precision code), излучаемый на часотах Fl, F2, и общедоступный С/А-код (coarse and acquisition code), излучаемый только на частоте Fl.

В GPS для каждого спутника определен свой уникальный С/А-код и уникальный Р-код. Такой вид разделения сигналов спутников называется кодовым. Он позволяет в приемнике распознавать, какому спутнику принадлежит сигнал, когда несущая частота сигналов всех спутников одинакова.

GPS предоставляет два уровня обслуживания потребителей; точные определения (PPS - Precise Positioning Service) и стандартные определения (SPS - Standard Positioning Service). PPS основывается на точном Р-коде, а SPS - на общедоступном С/А-коде. Уровень обслуживания PPS предоставляется военным и федеральным службам США, а SPS - массовому гражданскому потребителю.

Кроме кодов Р и С/А спутник регулярно передает сообщение, которое содержит информацию о состоянии спутника, его эфемеридах, системном времени, прогнозе ионосферной задержки, показателях работоспособности.

Бортовая аппаратура GPS состоит из антенны и приемоиндикатора (ПИ). ПИ включает в себя приемник, вычислитель, блоки памяти, устройства управления и индикации. В блоках памяти хранятся необходимые данные, программы решения задач и Управления работой приемоиндикатора. В зависимости от назначения используется два вида бортовой аппаратуры: специальная и для массового потребителя.

Специальная аппаратура предназначена для определения кинематических параметров ракет, военных самолетов, кораблей и специальных судов. При нахождении параметров объектов в ней используются Р и С/А коды. Эта аппаратура обеспечивает практически непрерывные определения с точностью: местоположения объекта - 5-7 м, скорости - 0.05-0.15 м/с, времени - 5-15 нс.

Аппаратура для массового гражданского потребителя, в том числе и для морских судов, уступает по своим характеристикам специальной аппаратуре. Определение кинематических параметров объектов ведется в ней по наблюдениям находящихся в зоне видимости НИСЗ с использованием только С/А-кода. Эта аппаратура проще и дешевле специальной аппаратуры. Она способна обеспечивать точность определения местоположения порядка 35-45 м. Однако Министерство Обороны США с военной точки зрения посчитало предоставление такой точности всем без исключения потребителям потенциально опасным и искусственно снижала точность местоопределения до 100 м. Для этого в режиме SPS формировались ошибки искусственного происхождения (погрешности режима селективного доступа), вносимые в сигналы на борту спутников. С 2000 г. Правительством США ввод искусственных ошибок в данные GPS был отменен.

Погрешности и ограничения. Основными источниками погрешностей, влияющих на точность бортовой аппаратуры для массового потребителя, являются:

• Ионосферные погрешности, обусловленные задержками в распространении радиоволн в верхних слоях атмосферы, которые приводят к ошибкам определения положения порядка 20-30 м днем и 3-6 м ночью.

• Тропосферные погрешности, причиной которых являются искажения в прохождении радиоволн через нижние слои атмосферы. Они не превышают 30 м.

• Эфемеридная погрешность, обусловленная разностью между расчетным и действительным положениями спутника, которая составляет не более 3 м.

• Погрешность определения расстояния до спутника, обычно не превышающая 10 м.

Средняя квадратическая величина погрешности режима селективного доступа (ошибки искусственного происхождения, вносимой до 2000 г. с целью загрубления навигационных измерений) составляла примерно 30 м.

Следует также обратить внимание и на периодическое возникновение в системе зон PDOP (Position Dilution of Precision), в которых не обеспечивается объявленная точность навигации. Эти зоны возникают в течении 5-15 мин в диапазоне 30-50° северной и южной широт.

Дифференциальный метод определений. Основным способом повышения точности местоопределений GPS в режиме SPS является применение принципа дифференциальных навигационных измерений. Дифференциальный способ (DGPS) реализуется с помощью опорной станции с известными координатами, устанавливаемой в районе определений места. На станции располагается контрольный GPS-приемник. Сравнивая свои известные координаты с измеренными, контрольный GPS-приемник вырабатывает поправки, которые передаются потребителям по радиоканалу. Аппаратура потребителя в этом случае должна быть дополнена радиоприемником для получения дифференциальных поправок. Поправки, принятые от опорной станции, автоматически вводятся в результаты измерений. Это позволяет установить в районе опорной станции координаты объекта с точностью 1-5 м. Точность DGPS-определений зависит от характеристик опорной станции и от расстояния от объекта до опорной станции. По этой причине опорную станцию рекомендуется располагать не далее 500 км от объекта.

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.

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.

Кроме того, при прокладке система должна выполнять следующие функции:

• Отображать пройденный путь с отметками времени, интервал между которыми может устанавливаться от 1 до 120 мин;

• Представлять вектор путевой скорости, особые отметки, наносимые судоводителем при ведении прокладки и другие символы, требуемые с навигационной целью (счислимое место и время, обсервованное место и время, подвижный круг дальности и визирную линию) и ряд других данных.

• Обеспечивать возможность изменения местоположения судна на карте вручную. Этот процесс должен сопровождаться отображением координат судна в буквенно-цифровом виде;

• Преобразовывать геогра41ические координаты в экранные и обратно; рассчитывать истинные дистанцию и пеленг для двух любых точек; определять географические координаты любой точки экрана, дистанцию и пеленг от собственного места на эту точку; вычислять длину локсодромии, ортодромии; определять место судна по данным РНС и СНС;

6.7 Регистрация данных. Сигнализация и индикация

Система должна иметь возможность отложения в памяти и при необходимости запоминания на длительное время информации о протекании процесса судовождения за последние 12 часов с интервалом в 1 мин, и возможность повторного воспроизведения этой ситуации на экране в любое время. При этом регистрируются данные о времени, месте, курсе и скорости своего судна и взятых на сопровождение судов-целей, электронных картах, на которых ведется прокладка, и корректурах к ним.

Для восстановления всего плавания необходимо в ECDIS обеспечивать запись координат места судна с начала рейса с интервалом времени, не превышающем 4 часа.

Не должно быть возможности изменения зарегистрированной информации и манипуляции с ней. Требуется в ECDIS иметь защиту зарегистрированных данных от стирания и изменений.

В ECDIS необходимо иметь следующую сигнализацию и предупредительную индикацию, где под сигнализацией понимается сообщение акустическими или акустическими и визуальными средствами об условиях и ситуациях, требующих внимания оператора; а под индикацией - визуальное представление оператору определенной информации о событиях, о функционировании системы или оборудования. Согласно требованиям ИМО в ECDIS должна быть:

• Сигнализация о выходе за границы фарватера, пересечении безопасной изобаты, превышении заданного отклонения от маршрута, приближении к критической точке (например, к точке поворота), разных геодезических датумах систем определения места и карты;

• Сигнализация или индикация о перемасштабировании, прохождения пути через районы со специальными условиями, неправильном

функционировании ECDIS;

• Индикация, что есть карта более крупного масштаба, что информация SENC и добавочная (например, от РЛС) в разных координатных системах, о планировании маршрута через безопасную изобату, о планировании маршрута через специальный район, о выходе из строя системы определения места, об ошибках при тестировании системы.

К районам со специальными условиями относятся:

-     Зона разделения движения (Traffic separation zone);

-     Пересечение зон маршрутизации (Traffic routeing scheme crossing Traffic routeing scheme);

-     Зона кругового движения (Traffic routeing scheme roundabout Traffic routeing scheme);

-     Двухсторонний маршрут (Two way traffic route);

-     Глубоководный маршрут (Deepwater route);

-     Рекомендованный путь (Recommended traffic lane);

-     Зона прибрежного плавания (Inshore traffic zone);

-     Фарватер (Fairway);

-      Зона ограниченного плавания (Restricted area);

-     Зона повышенного внимания (Caution area);

-     Шельфовая нефтегазовая зона (Offshore production area);

-     Район, который следует избегать (Areas to be avoided);

-     Район учений (Military practise area);

-     Район посадки гидросамолетов (Seaplane landing area);

-     Транзитный путь подводных лодок (Submarinr transit lane);

-     Ледовый район (Ice area);

-     Канал (Channel);

-     Рыбный грунт (Fishing ground);

-     Район, запретный для лова рыбы (Fishing prohibited);

-     Водо (нефте) провод (Pipeline area);

-     Район подводного кабеля (Cable area);

-     Якорная стоянка (Anchorage area);

-     Район, запретный для постановки на якорь (Anchorage prohibited);

-     Район свалки (Dumping ground);

-     Нечистый грунт (Spoil ground);

-     Район дноуглубительных работ (Dredged area);

-     Район перегрузки судов (Cargo transhipment area);

-      Район сжигания мусора (Incineration area);

-     Специальная защищенная зона (Specially protected areas).

Следующие объекты обычно оцениваются системой как опасности:

-     Взрывчатые вещества (Explosives);

-     Рыбная банка (Fish haven);

-     Нечистый грунт (Foul);

-     Подводное препятствие (Obstruction);

-     Осыхающая опасность (Obstruction, which covers and uncovers);

-     Буровая платформа (Oil/Gas production platform);

-      Скала (Rock);

-     Отмель (Shoal);

-      Буровая скважина (Well);

-     Затонувшее судно (Wreck);

-     Затонувшее судно с часями над водой (Wreck showing any portion of hull at the level of chart datum).

6.8 Точность. Сопряжение с другой аппаратурой

Требуется, чтобы точность всех вычислений, выполняемых ECDIS, соответствовала точности SENC и не зависела от характеристик выходных устройств.

Точность отображения на экране пеленгов, дистанций и других элементов прокладки должна быть не хуже той, которая обеспечивается разрешающей способностью дисплея.

Необходимо сопряжение ECDIS с системами и устройствами, обеспечивающими непрерывное местоопределение, выдачу информации о курсе и скорости, а также решение других задач судовождения.

ECDIS не должна ухудшать характеристики подключенных к ней устройств и точность их информации. Соответственно, при сопряжении с другой аппаратурой характеристики ECDIS не должны ухудшаться.

Список литературы

1. Буров Н.И. Электронная навигация и картография. Под редакцией Козыря Л.А.: ОГМА. -Одесса, 1996-26 с.

2. Вагущенко Л.Л., Кошовий А.А. Автоматизовані комплекси судноводіння. – Київ, КВЩ, 2000. - 292 с.

3. Гофман, Велингоф, Лихтенегер. Глобальная система определения местоположения GPS. Теория и практика. - Киев, Наукова думка, 1996.

4. Кудряшов С., Михайлов В. Пора менять курс /Судоходство, N4-6,. 1995,с.35-37.

5. Руководства оператора систем с электронными картами: "Navy Master", "Navy Sailor", "Горизонт", "dKart Navigator", " dKart Explorer".

6. Электронные карты в. морской навигации: Обзоры по судостроительной технике/ЦНИИ "РУМБ".-Л.. 1989.-130 с.

7. Admiralty List of Radio Signals, Vol. 8, Satellite Navigation Systems. 1998/99.-82 p.

8. N. Bowditch /The American Practical Navigator, Defence Mapping Agency, 1995 Edition.

9. Bridge Procedures Guide, Third edition, Marisec Publications, 1998.

10. Resolution IMO A.817(19) adopted on 23 November 1995. Performance standards for electronic chart display and information systems (ECDIS), 15 p.

11. IMO, SN/Circ.207. - Differences between RCDS and ECDIS. - 7 Jun, 1999.

12. IMO, SN/Circ.213. -Guidance on Chart datums and accuracy of positions on charts. - 31 May, 2000.

13. IHO Special Publication S-57: IHO Transfer Standard for Digital Hydrographic Data, edition 3, Nov 1996

14. IHO Special Publication S-52: Specification for Chart Content and Display of ECDIS, Edition 5, Dec 1996

15. IEC International Standard 61174, - «Maritime navigation and Radiocommunication Equipment systems - Electronic Chart Display and Information Systems (ECDIS) - Operational and performance requirements, methods of testing and required results», 1998.

16. IEC Protocol 61162-1 "Digital Interfaces - .Navigation and Radiocommunication Equipment On Board Ship".

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

Список горизонтальных датумов

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Список горизонтальных датумов карт Британского адмиралтейства

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Некоторые английские сокращения, используемые в навигационно-информационных компьютерных системах

А) ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ НАВИГАЦИИ

Общие обозначения.

В) ПРИ УПРАВЛЕНИИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

Вид векторной карты в системе "dKart Navigator".

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Вид растровой карты в системе "Navmaster"