книга "НИС". Вагущенко Л. Л. Судовые навигационно информационные системы одесса 2004
 Скачать 5.96 Mb.
|
|
интегрированный (многофункциональный) дисплей , отображающий все стороны сложившейся навигационной обстановки. Устройство отображения, представляющее данные о процессе судовождения в интегрированном виде и обеспечивающее высокий уровень понимания оператором обстановки, принято называть дисплеем для знания ситуаций (Situation awareness display). Для обеспечения надежности непрерывного отображения данных и на случаи управления судном командой судоводителей на мостике может быть два или большее число интегрированных мониторов. Все они должны иметь одинаковые характеристики и равные возможности предоставления всех видов данных навигационно-информационной системы. Естественно, сложившаяся в процессе управления обстановка может быть отражена как единое целое, когда все датчики навигационной информации интегрированы в навигационно- информационную систему. Если это не реализовано, то отображение информации об обстановке будет распределенным. 5. Условные обозначения и принципы оперирования с изображением должны быть едиными для всех НИС, независимо от их производителя. В настоящее время в эксплуатации находится большое число навигационных приборов и систем, изготовленных различными фирмами и организациями в разное время, на базе технологий различного уровня. Имеются отличия в отображаемых на дисплеях этих устройств терминах, сокращениях и символах, характеризующих навигационную обстановку, а также в принципах оперирования с изображением. Особенностью современного этапа развития судовождения является неуклонный рост числа дисплеев на мостике судов. Различия в представлении одной и той же информации в устанавливаемых на судах навигационных приборах и системах может оказать отрицательное влияние на безопасность судовождения. Поэтому настоятельным стало требование обеспечения единообразия 202 отображения данных во всех навигационных приборах и системах (независимо от их изготовителя), не говоря уже об интегрированных дисплеях для представления обстановки в целом. Определенная работа в этом направлении уже выполнена. Отображение официальных векторных карт (ЭНК) во всех образцах ЭКДИС одинаково. Этого нельзя пока сказать о другой, относящейся к проводке судна информации и о способах организации пользовательских интерфейсов ЭКДИС. Решение вопроса единообразия символики и других условных обозначений, по мнению специалистов ИМО, должно проходить с учетом человеческого фактора по пути следования традициям (наследования), отбора и увязки. На интегрированном дисплее навигационно-информационной системы должны использоваться хорошо знакомые судоводителям условные обозначения, широко применяемые длительное время в теории и в практике судовождения. Если же для того или другого объекта (или его характеристики) используется несколько обозначений, то должно быть отобрано (или составлено из элементов нескольких обозначений) только одно, наиболее подходящее. При определении комплекса единых условных обозначений для всех НИС необходимо исходить из следующих положений: - простота и наглядность символов; - универсальность и согласованность условных обозначений; - уникальность - единственность по значению; - недвусмысленность – четко выраженная разность с другими обозначениями; - интуитивная очевидность – похожесть с оригиналом, или соответствие широкораспространенным в данной области знаний обозначениям; - доступность – возможность получения разъясняющей информации. Принципы организации пользовательского интерфейса также должны быть едиными. Это предполагает применение одинаковых или похожих способов оперирования с данными в аппаратуре НИС различных производителей. Путь решения этой задачи такой же: следование традициям, отбор и согласование наилучших вариантов. Выполнение этой работы предполагает анализ используемых в разных образцах НИС методов оперирования с отображаемой информацией, отбор наилучших вариантов и их увязка по определенным критериям. 6. Перед отображением информация в НИС должна агрегироваться (фильтроваться, объединяться и сжиматься) с целью обеспечения как полного, так и незагроможденного ненужными и второстепенными деталями представления данных. Основная задача агрегации – отбор существенного для сложившейся ситуации и 203 представление его в концентрированной форме. Эта задача должна решаться совместно судоводителем и системой. Фильтрация. В проведении отбора (фильтрации) данных для отображения встречаются определенные затруднения, заключающиеся в следующем. Процесс судовождения является многоплановым. В нем могут возникнуть самые различные ситуации и необходимость решения разных задач. Те данные, которые жизненно важны для принятия решений в одной ситуации, могут оказаться абсолютно ненужными в другой. При наличии большого числа классов объектов, которые могут быть отображены на экране, вахтенному помощнику становится затруднительно быстро отобрать из них на отображение те, которые требуются ситуацией. В этом вопросе целесообразной становится помощь НИС. Для выполнения системой отбора информации на отображение необходимо, прежде всего, найти принципы построения хорошего фильтра. Задача фильтра состоит в определении (в зависимости от вида ситуации, задачи), какие данные и каким образом отобразить в совокупности с другой, относящейся к навигации информации. Из сказанного выше можно заключить, что для выбора состава отображаемой информации и характера ее представления на экране определяющим является вид ситуации или тип решаемой задачи. Поэтому, прежде всего, в системе необходимо иметь: классификатор ситуаций и задач, стандартные перечни отображаемых объектов для ситуации и задачи каждого вида, таблицы презентации, определяющие вид отображения объектов в совокупности с другой информацией. Вид ситуации определяют многие факторы: район плавания, время суток, интенсивность движения, погодные условия и т.д. Полная информация о всех этих факторах будет в НИС в ближайшем будущем. Требуется только разработать алгоритм распознавания по ней ситуаций. При выполнении системой основного отбора данных на отображение задачей судоводителя становится лишь проведение небольших изменений, которые он посчитает необходимыми. Объединение и сжатие . С помощью средств навигации одновременно могут быть получены различные «образы» внешней среды судна. По цифровым данным ЭНК и корректурной информации на экране формируется образ обстановки в виде карты, в котором не все объекты внешней среды представлены, например, отсутствуют суда и другие мобильные плавучие объекты, находящиеся в районе карты. 204 По информации РЛС и САРП получается радиолокационный образ внешней среды с искажениями, вытекающими из принципа работы РЛС и от действия помех на ее информацию. АИС представляет внешнюю среду объектами, на которых установлена аппаратура этой системы. В общем случае на интегрированном дисплее из этих образов следует создать единый наиболее полный. Если для одного объекта имеются дублирующие сведения от нескольких навигационных средств, то в общем случае при отображении предпочтительно использовать правило – один символ представляет один объект. При объединении информации должны учитываться характеристики и ошибки навигационных средств. Иногда при выполнении перехода может понадобиться анализ отдельных образов обстановки. Эта возможность должна реализовываться как частный случай. 7. Необходимо иметь эффективные средства прогнозирования элементов обстановки и наглядного отображения прогнозов. Навигационно-информационная система способна эффективно выполнять поддержку решений судоводителей только тогда, когда она имеет развитые средства для прогнозирования состояния элементов внешней среды и судна, как объекта управления движением. Средства прогнозирования должны соответствовать целям решаемых задач. Ввиду разнообразия выполняемых при судовождении задач, в НИС используются разные виды прогнозов. Охарактеризуем некоторые из них. Для предупреждения судоводителя о возможности посадки на мель осуществляется прогноз движения собственного судна на определенное время вперед. Когда прогнозируемое место попадает в область опасных глубин, подается предупреждающий сигнал. С целью облегчения судоводителю оценки опасности столкновений широко используется прогнозирование относительного движения целей с помощью ЛОДов на определенное время вперед. Для задачи выбора маневров курсом может применяться прогноз зон опасности целей . В планировании маневров на расхождение и при проверке их эффективности используется третий вид прогнозирования обстановки – проигрывание маневров. Для обеспечения в стесненных водах точного выхода на следующий отрезок пути после изменения курса выбранным способом, у символа судна на экране (рис. 5.2) отображается прогноз траектории движения судна для запланированного варианта поворота. Он позволяют судоводителю уверенно выбрать момент начала поворота (когда прогнозируемая точка F конца поворота совпадет с новой линией пути). 205 Рис. 5.2. Использование прогноза траектории поворота для определения момента его начала. Соответственно, когда необходимо знать (например, при швартовке или в условиях плохой видимости), в каком месте остановится судно после дачи хода назад, у отметки судна показывается прогноз траектории торможения от текущего значения скорости хода до остановки судна. Существенную помощь в управлении речным судном оказывает краткосрочное прогнозирование в реальном времени его траектории с учетом действия ветра и течения. Такой прогноз обновляется каждую секунду. Рис. 5.3. Текущий прогноз траектории судна на реке для повышения эффективности управления им. На рис. 5.3 приведен пример текущего прогнозирования траектории, осуществляемый в речной ЭКДИС фирмы CEACT Information Systems, Inc. Прогнозирование выполняется компьютером с учетом данных о положении судна, скорости его хода, значений курса и скорости поворота. Так как все эти параметры подвержены влиянию Прогноз траектории поворота F Новая линия пути Прогнозируемое положение судна 206 ветра и течения, то прогноз курса принимает их во внимание. Наличие краткосрочного прогноза траектории позволяет при управлении курсом уменьшить число включений рулевой машины, избежать больших перерегулирований. Это приводит к уменьшению сопротивления движению судна, расхода топлива, потерь в скорости хода, износа механизмов. Скорость судна при движении против течения при таком управлении возрастает до 10% (по данным фирмы). Довольно широко в НИС используется отображение прогнозов гидрометобстановки на заданные будущие моменты времени по информации, полученной через каналы связи от береговых гидрометцентров или со спутников, и хранящейся в памяти системы. Одним из видов прогнозов, позволяющих эффективно проанализировать те или другие элементы обстановки на оставшемся пути перехода, является прогнозирование по планируемому маршруту на ожидаемое время прибытия в его точки . Таким способом (естественно, при наличии в памяти необходимой информации) могут быть отображены на экране по линии будущего пути судна прогнозируемые значения: – Скорости и направления приливных течений; – Высот волн; – Напряжений на корпусе; – Потерь в скорости хода; – Глубин с учетом высот приливов на подходах к порту; – И других элементов. Наличие прогнозируемых значений тех или иных параметров, характеризующих внешнюю среду либо состояние объекта управления в точках запланированного маршрута на ожидаемое время прихода, позволяет системе выделить на будущем пути опасные участки, заблаговременно предупредить судоводителя о явлениях, требующих его внимания, выработать определенные рекомендации. Иными словами, дает возможность системе полнее выполнить функции поддержки принятия решений. 8. Отображение на дисплее должно дополняться автоматической сигнализацией и визуальными предупреждениями об элементах обстановки, требующих внимания вахтенного помощника, а также его действий. Предупреждения, вырабатываемые НИС, являются одним из элементов, снижающих роль субъективного фактора и обеспечивающих своевременность принятия необходимых решений. 9. При необходимости обстановку следует отображать в трехмерном виде . Традиционно используемое в НИС отображение обстановки в двухмерном виде на горизонтальной плоскости (вид 207 сверху) является только одним из способов ее представления, который не всегда наилучший. Для определенных задач и ситуаций трехмерная модель внешней среды обеспечивает более высокий уровень понимания обстановки. Успехи в развитии компьютерных технологий позволяют на современном этапе использовать трехмерную графику для повышения информативности НИС. В пространственном виде может представляться как надводная, так и подводная обстановка. Для выполнения этой задачи в памяти системы должны храниться данные топографических и/или батиметрических карт районов, где предполагается использовать трехмерную их модель. В общем случае при формировании трехмерных образов надводной обстановки должны использоваться как данные топографических карт, так и данные позиционных средств, РЛС, АИС и других приборов. Охарактеризуем ряд задач, где трехмерное отображение обстановки повышает уровень ее понимания. Первая из них, наблюдение в ночное время и при ограниченной видимости в стесненных водах. Рис. 5.4. Представление в трех измерениях вида обстановки из рулевой рубки. Одной из главных задач вахтенного помощника является ведение непрерывного визуального наблюдения, которое дает основную информацию, необходимую для принятия решений. Однако, в ночных условиях и при плохой видимости, количество получаемой с помощью визуального наблюдения информации (по сравнению с наблюдением в ясный день) значительно уменьшается, так как исчезают очертания берега, судов и других объектов. В результате усложняется оценка обстановки и труднее становится принимать решения. Поэтому районы 208 со сложными условиями плавания судоводители предпочитают проходить в дневное время, но это не всегда удается. Формирование «вида из рулевой рубки» (рис. 5.4) на экране дисплея в ночное время с очертаниями окружающих судно объектов (судов, берега, стационарных и плавучих средств ограждения) с отображением, если необходимо, огней, мигающих в реальном времени в соответствии с их характеристиками, позволяет судоводителю быстро сориентироваться в обстановке, наблюдаемой им визуально. Полезным это оказывается и в условиях ограниченной видимости. На трехмерной модели обстановки могут показываться маршруты, цели, маркеры, пользовательские объекты. Она может дополняться поясняющими надписями, данными о расстояниях до объектов и другими элементами, повышающими уровень понимания ситуации. Кроме “вида из рулевой рубки” на экране дисплея может быть представлен образ обстановки из других точек пространства под разными углами и с разных расстояний (рис. 5.5). В ряде случаев это значительно улучшает наглядность важных деталей сложившейся ситуации. Lighthouse Рис. 5.5. Трехмерная модель ситуации в узкости. При отображении обстановки может использоваться и многооконный режим , содержащий ее обзоры из разных точек. Здесь трехмерное изображение может показываться на экране и рядом с традиционным двухмерным. Возможность выбора двухмерного, трехмерного или совместно в двух окнах первого и второго режима отображения способствует лучшему пониманию особенностей сложившейся ситуации. 209 Следует отметить, что трехмерный режим отображения пока возможен только для векторных данных. В трех измерениях в судовых навигационно-информационных системах может показываться и подводная обстановка. Это уже реализовано в ряде ЭКДИС для гидрографических и рыболовных судов. Здесь можно назвать модуль трехмерной обстановки фирмы ICAN, который интегрируется с ЭКДИС для рыболовных судов, изготавливаемых этой фирмой. Пример отображения данных в этом модуле представлен на рис. 5.6. Такой вид отображения облегчает наблюдения за тралом, сетью или другими орудиями лова с целью обеспечения их безопасности. Трехмерная батиметрическая модель используется и в ЭКДИС фирмы «Транзас Марин» для гидрографических судов, а также в ЭКДИС «Шкипер М» организации «Промышленные компьютерные технологии» (Россия). В недалеком будущем в трехмерном виде планируется представлять надводную и подводную обстановку в ЭКДИС для крупнотоннажных транспортных судов. На этих судах трехмерная батиметрическая модель может оказать существенную помощь при проводке в стесненных водах со сложным рельефом дна. 87.3 31.2 Рис. 5.6. Трехмерное отображение подводной обстановки. Совместное трехмерное отображение надводной и подводной обстановки требует учета несовпадений датумов карт для высот и для глубин. Радикальное решение этого вопроса состоит в разработке 210 глобального (одного для всех государств и единого для высот и глубин) международного вертикального датума. Основным достоинством трехмерного отображения данных в НИС является возможность лучшего представления важных элементов обстановки и более полного ее анализа при плавании в стесненных водах, особенно в ночных условиях и при ограниченной видимости. Это способствует повышению безопасности плавания и уменьшению простоев судов. Оказывает помощь трехмерная модель подводной обстановки и при плавании на мелководье со сложным рельефом дна. Имеются и трудности во внедрении методов пространственного отображения ситуаций. К ним можно отнести: - Высокие требования к аппаратному и программному обеспечению компьютеров НИС; - Значительное увеличение объема хранимых данных НИС, рост и усложнение программного обеспечения; - Усложнение процедур обновления хранимой в НИС информации; - Недостаточное качество данных для некоторых районов плавания; - Отсутствие стандартов презентации трехмерных изображений. Тем не менее, развитие и внедрение этих способов отображения навигационной информации начато, совершенствуется, и, без сомнения, найдет воплощение в будущих поколениях судовых навигационно-информационных систем. Стандарты трехмерных изображений надводной и подводной обстановки предполагается определить в новых изданиях публикаций МГО. ОБЩЕЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Устройство отображения судовой навигационно-информационной системы должно быть |