В. М. Кошевой, А. В. Шишкин, В. И. Купровский Система и устройства
 Скачать 0.95 Mb.
|
|
Разрешаю опубликование Проректор по научно-методической работе С.И.Горб «____»_____________2005 г. Министерство образования и науки Украины ОДЕССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ В.М. Кошевой, А.В. Шишкин, В.И. Купровский Система и устройства автоматической идентификации судов Одесса 2005 Служебное произведение 2 ББК 39.471-522 УДК 629.5.072 K76 Кошевой В.М., Шишкин А.В., Купровский В.И. Система и устройства автоматической идентификации судов: Учебное пособие. – Одесса: ОНМА, 2005. - с. Рецензент Ляшенко А.С., заместитель начальника Государствен- ной морской инспекции по безопасности судоходства. Изложены назначение, принцип работы, устройство и использова- ние в судовых условиях нового судового навигационного средства – автоматической идентификационной системы (АИС). Подробно рас- смотрены операторские функции на примере двух устройств – транс- пондеров типа КТМ-201 производства фирмы Izumi Boeki Co и МТ-1 производства фирмы McMurdo, Transas. Предназначено для курсантов, обучающихся по специальностям 7.090702 – «Радиоэлектронные устройства, системы и комплексы» и 7.100301 – «Судовождение». Может быть использовано при профес- сиональной подготовке и в практической работе судоводителями, лоц- манами, операторами систем регулирования движением судов (СРДС) и персоналом береговых станций АИС. Утверждено ученым советом ОНМА в качестве учебного пособия по специальностям 7.090702 – «Радиоэлектронные устройства, системы и комплексы» и 7.100301 – «Судовождение» 26 января 2005 г., протокол № 5. © В.М. Кошевой, А.В. Шишкин, В.И. Купровский, 2005 3 Сокращения Русские АИС − Автоматическая идентификационная система ГЛОНАСС − Глобальная навигационная спутниковая система, Россия ГМССБ − Глобальная морская система связи при бедствии и для обес- печения безопасности ГНСС − Глобальная навигационная спутниковая система ДГНСС − Дифференциальная подсистема ГНСС ИМО − Международная морская организация ИНМАРСАТ − Международная морская спутниковая система ИПД − Интерфейс представления данных КБМ − Международный комитет по безопасности мореплавания КВ − Короткие радиоволны КСВН − Коэффициент стоячей волны по напряжению МАМС − Международная ассоциация маячных служб МДВР − Множественный доступ с временным разделением МКД − Минимальные клавиатура и дисплей МППСС − Международные правила предупреждения столкновения су- дов МСЭ − Международный союз электросвязи МЭК − Международная электротехническая комиссия ПВ − Промежуточные радиоволны ПУО − Пульт управления и отображения информации САРП − Система автоматической радиолокационной прокладки СВ − Средние радиоволны СКЦ − Спасательно-координационный центр СНО − Средства навигационного оборудования СОЛАС − Международная конвенция по охране человеческой жизни на море ССС − Система судовых сообщений СУДС (СРДС) − Система управления (регулирования) движением судов УКВ − Ультракороткие волны ЦИВ − Цифровой избирательный вызов ЭКНИС − Электронная картографическая навигационная информацион- ная система 4 Английские AIS − Automatic Identification System (АИС) ARPA − Automatic Radar Plotting Aid (САРП) AtoN − Aids to Navigation (СНО) BIIT − Built-In Integrity Test (Средства встроенного контроля работо- способности) COG − Course Over Ground (Путевой угол) COLREGS − IMO Collision avoidance Regulations (МППСС) DG − Dangerous Goods (Опасные грузы) DGNSS − Differential GNSS (ДГНСС) DSC − Digital Selective Calling (ЦИВ) DTE − Data terminal equipment (Оконечное оборудование аппаратуры передачи данных) ECNIS − Electronic Chart Display Information System (ЭКНИС) ECS − Electronic Chart System (Электронная картографическая сис- тема) EEZ − Economic Exclusion Zone (Исключительная экономическая зона) EPFS − Electronic Position Fixing System (Электронная система фикса- ции координат) ETA − Estimated Time of Arrival (Расчетное время прибытия) FATDMA − Fixed Time Division Multiple Access (МДВР с фиксированным доступом) GBS − GNSS Satellite Fault Detection (Обнаружение выхода спутника из строя в ГНСС) GMDSS − Global Maritime Distress and Safety System (ГМССБ) GNSS − Global Navigation Satellite System (ГНСС) GPS − Global Positioning System (Глобальная система позициониро- вания, США) HDG − Heading (Курс) HF − High Frequency (КВ) HSC − High Speed Craft (Высокоскоростное судно) IALA − International Association of aids to navigation and Lighthouse Authorities (МАМС) IEC − International Electromechanical Commission (МЭК) IMO − International Maritime Organisation (ИМО) INMARSAT − International Maritime Satellite system (ИНМАРСАТ) ITU − International Telecommunication Union (МСЭ) LR − Long Range (Режим работы АИС в дальней зоне) MF − Medium Frequency (СВ и ПВ) MKD − Minimum Keyboard and Display (МКД) 5 MMSI − Maritime Mobile Service Identity (ИМПС) MSC − Maritime Safety Committee (Международный комитет по безо- пасности ИМО) NMEA − National Marine Electronics Association (Стандарт интерфейса судовой электроники) NRZI − Non-Return to Zero Inverted (Кодирование по методу инверсии без возврата к нулю) OOW − Officer Of the Watch (Вахтенный офицер) OSD − Own Ship Data (Данные по своему судну) PI − Presentation Interface (ИПД) RAIM − Receiver Autonomous Integrity Monitoring (Автономный при- емник интегрального контроля) RATDMA − Random Access Time Division Multiple Access (МДВР со слу- чайным доступом) RCC − Rescue Coordination Center (СКЦ) ROT − Rate of turn (Угловая скорость поворота судна) Rx − Receiver (Приемник) SAR − Search and Rescue (Поиск и спасание) SOG − Speed Over Ground (Путевая скорость) SOLAS − Safety Of Life At Sea (Международная Конвенция по охране человеческой жизни на море) SOTDMA − Self-Organised Time Division Multiple Access (Самооргани- зующийся МДВР) SRS − Ship Reporting System (ССО) TDMA − Time Division Multiple Access (Множественный доступ с вре- менным разделением) TEZ − Tanker Exclusive Zone (Исключительная танкерная зона) TSS − Traffic Separation Scheme (Схема раздельного движения судов) Tx − Transmitter (Передатчик) UTC − Universal Time Coordinated (Универсальное всемирное коор- динированное время) VDL − VHF Data Link (УКВ линия передачи данных) VHF − Very High Frequency (УКВ) VSWR − Voltage Standing Wave Ratio (КСВН) VTS − Vessel Traffic Services (СРДС) WGS84 − World Geodesic Survey 84 (Всемирная геодезическая система координат 1984 года) 6 ВВЕДЕНИЕ Автоматическая идентификационная система – это новое навигацион- ное средство, устанавливаемое на морских судах. Курсантам, обучающимся по специальностям 7.090702 – «Радиоэлектронные устройства, системы и комплексы» и 7.100301 – «Судовождение» необходимо изучение принципов работы АИС, так как морской специалист, будь то вахтенный помощник ка- питана судна, помощник капитана по радиоэлектронике, или инженер по ра- диосвязи и электрорадионавигации береговых служб, обязательно столкнутся в своей практической деятельности с эксплуатацией аппаратуры АИС. АИС изучается курсантами указанных специальностей во многих спе- циальных дисциплинах: «Глобальная морская система связи при бедствии и для обеспечения безопасности мореплавания», «Технические средства судо- вождения» и другие. Однако учебно-методическая литература по АИС отсут- ствует. Информация по данному вопросу содержится только в специальных международных документах: резолюциях ИМО, рекомендации Междуна- родного союза электросвязи, руководстве Международной ассоциации ма- ячных служб и других, которые не могут в оригинальном виде использовать- ся в учебном процессе. Это и обусловило необходимость подготовки на- стоящего учебного пособия. Учебное пособие написано на основе анализа многочисленных между- народных документов, другой литературы, а также опыта практической рабо- ты с реальной аппаратурой АИС двух типов: КТМ-201 производства фирмы Izumi Boeki Co и МТ-1, производства фирмы McMurdo, Transas. При подго- товке пособия также был учтен опыт тренажерной подготовки радиоэлектро- ников ГМССБ и судовых вахтенных помощников. Оно может использоваться как для теоретической подготовки, так и в практической работе на реальном оборудовании АИС. Опыт эксплуатации АИС на судне показал, что очень интенсивное вне- дрение ее в сжатые сроки выявило неготовность судоводителей к правильно- му, осознанному использованию аппаратуры АИС. Непонимание принципов работы, технических возможностей и ограничений АИС отпугивает судово- дителей, а неправильная эксплуатация подрывает доверие к ней как навига- ционному средству. Первоначально АИС задумывалась как “hands-free” система, т.е. авто- матическая система, не требующая вмешательства человека-оператора. Тем не менее, полностью автономная работа АИС оказалась невозможной. Для правильного её функционирования необходим достоверный ручной ввод данных о своем судне (идентификатор, тип груза, осадка, порт назначения и др.), а также умение оперативно проконтролировать соответствие автомати- чески вводимых параметров (координаты, курс, скорость) истинным динами- ческим значениям. Неправильно введенные и передаваемые данные не толь- 7 ко сводят на нет ценность передаваемой информации, но и могут послужить причиной возникновения аварийной ситуации. В настоящее время значительно возросли требования к правильной эксплуатации судовых АИС со стороны береговых служб. С появлением АИС компетентные береговые власти получили практически неограничен- ные возможности мониторинга акватории в пределах УКВ радиосвязи от ба- зовой станции АИС. Соблюдение правил и протоколов обмена, правильность и достоверность передаваемых данных судовыми станциями АИС играют решающую роль в обеспечении надежной и целостной работы всей системы АИС. Достоверность передаваемых данных отдельными станциями АИС по- зволяет реализовать функциональные возможности всей системы и тем са- мым способствовать повышению безопасности мореплавания. А это, в свою очередь, требует высокого уровня подготовки персонала как береговых стан- ций, так и палубного состава морских судов, использующего судовые ком- плекты АИС. Неправильная эксплуатация аппаратуры АИС и недостоверность пере- даваемых данных влечет за собой соответствующие санкции со стороны бе- реговых властей. Кроме того, непонимание принципов действия и незнание технических характеристик АИС, а также особенностей ее работы, например, в условиях тропосферного прохождения радиоволн УКВ диапазона, может привести и к курьезным ситуациям. Так, при тропосферном УКВ прохожде- нии береговая базовая станция может осуществлять мониторинг судов с АИС станциями, находящихся на удалении нескольких сотен морских миль, и тем самым выявлять возможные нарушения правил плавания и защиты окру- жающей среды. Содержание пособия по разделам и рекомендуемый материал для изу- чения курсантами судоводительских и радиоэлектронной специальностей следующие. В разделе 1 содержатся общие сведения по работе АИС, принцип дей- ствия, ее функциональные возможности и ограничения. В разделе 2 анализируется работа АИС как отдельного устройства, так и функционирование всей сети судовых и береговых станций АИС на раз- личных информационных уровнях обмена данными. В разделе 3 рассмотрено функционирование АИС в так называемом режиме дальней связи. В разделе 4 рассмотрены общие требования к судовой аппаратуре АИС, состав судового оборудования, назначение и принцип действия основ- ных блоков и модулей, а также требования к размещению оборудования АИС на судне, вводу информационных данных по судну и проведению диагности- ки работоспособности аппаратуры. В разделе 5 рассмотрены вопросы использования АИС в береговых службах, системах управления движением судов, системах судовых сообще- ний. В разделах 6 и 7 рассмотрены практические вопросы по эксплуатации двух конкретных видов судового оборудования: транспондеров типа МТ-1 8 производства фирмы McMurdo, Transas и типа КТМ-201 производства фирмы Izumi Boeki Co соответственно. Данные разделы могут служить в качестве руководств оператора по работе с аппаратурой АИС указанных типов на суд- не. В конце каждого раздела приведены контрольные вопросы, призван- ные помочь усвоить и упорядочить прочитанный материал. Курсантам радиоэлектронной специальности для теоретической подго- товки необходимо изучение всего материала разделов 1 – 5. Курсанты судо- водительских специальностей раздел 2 и параграф 4.5 могут опустить из под- робного изучения и ограничиться прочтением данного материала для полу- чения сведений на ознакомительном уровне. Разделы 6 и 7 должны использо- ваться для практической (тренажерной) подготовки в зависимости от типа аппаратуры, на которой проводятся практические занятия. В приложениях даны форматы всех сообщений, используемых в АИС. 9 1. АВТОМАТИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИОННАЯ СИСТЕМА 1.1. История разработки АИС Рост интенсивности мирового судоходства, появление высокоэффек- тивных дорогостоящих судов, увеличение их размеров и скоростей опреде- ляют повышенные требования к обеспечению безопасности мореплавания. Одним из путей повышения безопасности мореплавания является широкое внедрение автоматических систем, основанных на комплексном использова- нии средств связи, вычислительной техники и навигации. В результате объе- динения возможностей глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), систем автоматической цифровой радиосвязи и систем электронной картографии появились реальные предпосылки внедрения принципиально новых информационных технологий и систем, позволяющих эффективно и оперативно решать вопросы управления движением судов, обмена информа- цией как между судами, так и между судами и берегом. Такие системы, по- лучившие название АИС (автоматические идентификационные системы, Automatic Identification System - AIS), обеспечивают автоматический обмен наиболее важными навигационными данными между судами и береговыми станциями в УКВ в диапазоне морской подвижной службы и в значительной мере дополняют традиционные судовые навигационные комплексы на основе РЛС. Идея разработки АИС возникла в конце восьмидесятых годов прошло- го века в результате возросшей необходимости информационного обмена су- дов с берегом для обеспечения безопасности судоходства и повышения эф- фективности эксплуатации судов. Первоначально в качестве технического средства выступал «транспондер» (от transmit – передавать и respond – отве- чать, реагировать) – устройство, которое отвечало на запросы береговых станций системы регулирования движением судов и передавало самую необ- ходимую информацию о судне. Впоследствии данная идея была расширена и включила в себя дополнительные требования по обеспечению обмена дан- ными между судами для решения задач предупреждения столкновений. Од- нако название «транспондер» успело закрепиться за данным устройством и сейчас этот термин часто используется для обозначения судовой аппаратуры АИС. Значительные изменения в развитии информационных технологий, техники связи и телекоммуникаций, навигационных систем обеспечили воз- можность решения задач информационного обмена между судами и берего- выми станциями на более высоком уровне, чем это предполагалось в перво- начальных вариантах. Сегодня АИС – это автоматическое приемо- передающее устройство, работающее в УКВ диапазоне, способное осуществ- 10 лять оперативный обмен данными между судами (идентификатор, координа- ты, курс, скорость и др.) и береговыми станциями. АИС позволяет обрабаты- вать свыше 4000 донесений в минуту и обновлять содержание сообщений каждые две секунды; использует технические средства самоорганизующегося множественного доступа с временным уплотнением, обеспечивая устойчи- вую и надежную работу при высокой скорости обмена данными и высокой плотности судов. АИС является одним из основных элементов системы мониторинга су- дов не только в прибрежной зоне, но и далеко за её пределами, поскольку имеет так называемый режим дальней связи, использующий спутниковые системы связи. Предусмотрено также использование АИС при лоцманской проводке судов, передаче сообщений по безопасности мореплавания, переда- че дифференциальных поправок для приемников глобальной спутниковой навигации и в других специальных приложениях. 1.2. Международные требования В соответствии с требованиями новой главы 5 «Навигационная безо- пасность» Конвенции по охране человеческой жизни на море 1974 года (Кон- венция СОЛАС-74) АИС необходимо устанавливать на судах поэтапно, на- чиная с 1 июля 2002 года. Требования Конвенции СОЛАС-74 с поправками по оснащению судов аппаратурой АИС сведены в табл. 1.1. Таблица 1.1 – Сроки оборудования судов аппаратурой АИС Суда, совершающие международные рейсы Тип судна Тоннаж, б.р.т Сроки Все новые суда >300 с 01.07.2002 года Существующие пассажирские суда все суда до 01.07.2003 года Существующие танкеры все суда до первого освидетель- ствования после 01.07.2003 года Существующие суда >50000 до 01.07.2004 года Существующие суда 300...50000 до 01.01.2005 года Суда, не совершающие международные рейсы Все новые суда >500 с 01.07.2002 года Существующие суда >500 до 01.07.2008 года Таким образом, оборудование аппаратурой АИС всех судов, совер- шающих международные рейсы, должно быть завершено до 31 декабря 2004 года. Суда тоннажем более 500 б.р.т, не совершающие международных рей- сов, должны быть оснащены АИС до 1 июля 2008 года. 11 |