книга "НИС". Вагущенко Л. Л. Судовые навигационно информационные системы одесса 2004
 Скачать 5.96 Mb.
|
|
8. Достоинства и недостатки НИС. 8.1. Достоинства навигационно- информационных систем. Навигационно-информационные системы снижают риск аварий за счет уменьшения влияние субъективного фактора на судовождение. Это важно, так как причиной более 70% морских аварий являются ошибки судоводителей. По оценкам специалистов применение ЭКДИС уменьшает риск посадок на мель порядка на 15%. В этом отношении уместно отметить, что только страховые выплаты по аварии коммерческих судов составляют от 50 до 200 миллионов долларов. Затраты на очистку окружающей среды от загрязнения, происшедшего в результате аварии, могут быть во много раз больше. Следует также отметить роль ЭКДИС в повышении безопасности малых судов, которые могут даже не иметь радиолокатора. Для таких плавсредств недорогой комплект ЭКДИС, включающий простой GPS приемник, персональный компьютер с электронными картами и дешевый транспондер АИС, в условиях плохой видимости дает возможность точно знать свою позицию, положение и элементы движения судов в районе плавания, заблаговременно получать сигналы об опасности. НИС уменьшает убытки от простоя судов, обеспечивая возможность безопасной проводки при плохой видимости, в ночных условиях, в тумане. При океанском переходе способность ЭКДИС получать прогнозы погоды, просто и быстро корректировать маршрут с учетом ожидаемых условий плавания, приводит к ощутимой экономии топлива. Применение технологий ЭКДИС снижает требования к наличию длительного опыта проводок у капитанов, штурманов и лоцманов, и позволяет им обеспечивать необходимое качество управления судами после меньшего стажа работы. НИС значительно снижает нагрузку судоводителей на вахте, особенно в стесненных водах. Применяя НИС, судоводитель освобождается от многих рутинных операций, отвлекающих его от выполнения главных задач на вахте. Его основными функциями становится наблюдение за окружающей обстановкой, контроль НИС и других средств судовождения, управление их работой для получения 251 требуемых обстановкой сведений, оценка предоставляемой информации и принятие решений по управлению судном. Навигационно-информационные системы по сравнению с бумажными картами обеспечивают более высокий уровень знания ситуации, отображая в реальном времени ее элементы и прогнозируя их на определенное время вперед. Они дают возможность повысить безопасность мореплавания за счет использования более полной информации о процессе судовождения, увеличения скорости ее получения и обработки, автоматического выполнения анализа и контроля сведений, улучшения представления данных, одним словом - оказания существенной помощи судоводителю в проводке судна из пункта отхода в порт назначения. Особое значение эта помощь имеет в случаях дефицита времени на решение навигационных задач: при плавании в стесненных водах и на высокоскоростных судах. Интеграция НИС с береговыми системами для управления движением уменьшает потребность в лоцманских проводках. Анализируя возможности НИС, можно отметить такие ее преимущества перед выполнением навигационных задач на мостике судна вручную. С помощью НИС значительно повышается скорость и качество планирования пути, а также коррекции запланированного маршрута в процессе рейса. При электронной прокладке на экране в реальном времени отображается место судна, что невозможно сделать вручную на бумажной карте. Впервые судоводитель получает возможность точно знать, где в данный момент находится его судно, а не где оно было на момент производимых им наблюдений. С помощью справочной системы НИС оператор быстро получает практически любую требуемую для судовождения информацию. При отсутствии НИС эти сведения находятся в различных бумажных навигационных пособиях. Поиск нужных данных в этих пособиях занимает у судоводителя существенное время. В НИС, хотя и не в полном объеме, осуществляется автоматический контроль безопасности процесса судовождения. НИС сообщает о недостаточных для судна глубинах или о приближении к ним, о препятствиях и опасностях в охранной зоне, о целях, с которыми возникает опасность столкновения, о вхождении судна в запретные районы и районы со специальными условиями. Кроме того, НИС дают возможность организовать дополнительную предупредительную сигнализацию с помощью маркеров событий. Навигационно-информационные системы автоматически контролируют правильность работы подключенных к ним датчиков информации, и сообщают об их неисправности. Некоторые 252 НИС через локальные системы мониторинга контролируют работу судовых силовых средств. Реализованная в НИС автоматическая и полуавтоматическая корректура электронных карт, значительно ускоряет этот процесс, делает его менее трудоемким и повышает качество, так как компьютер практически не делает ошибок при выполнении корректуры, что присуще человеку. Это относится как к ЭКДИС, так и ко всем другим навигационно-информационным системам с электронными картами. Судоводителям при использовании НИС не потребуется больше тратить массу времени на учет, просмотр корректурных документов и нанесения вручную изменений в содержание бумажных карт. Достаточно для этого только обеспечить прием корректур по каналам связи, либо вставить компакт-диск с корректурой в компьютер. Одним из важных достоинств НИС с векторными картами является возможность избирательного отображения и выделения отдельных видов данных, что позволяет «приспособить» изображение к обстоятельствам плавания. Таблица 8.1. Сравнительная характеристика функциональных возможностей. Функции Бумажные карты РКДС ЭКДИС Отображение позиции Вручную Автоматически в реальном времени Автоматически в реальном времени Контроль прохождения маршрута - - + Предотвращение посадок на мель - - + Сигнализация об отклонении от пути - + + Справка об объекте под курсором - - + Ориентация карты «по норду» «по норду» «по норду», «по курсу», «по заданному направлению» Интеграция данных РЛС, АИС, САРП - + + Изменение масштаба, «вырез» района - ограничено + Автоматическая корректура - + + Определенное значение для повышения эффективности проводки судна имеет возможность использования: – разных масштабов отображения карты; – ориентации карты «по курсу», «по норду» и по любому заданному направлению; 253 – представления обстановки, как в истинном, так и в относительном движении. В табл. 8.1 сведены некоторые из перечисленных выше преимуществ НИС перед бумажными картами. В НИС автоматически ведется электронный судовой журнал. Вахтенному помощнику остается больше времени на выполнение его основных задач. Кроме того, на одном экране система позволяет просмотреть данные всех навигационных приборов, освобождая от необходимости обращения к ним в отдельности, а также быстро ознакомиться с необходимыми картами, не тратя, как при использовании бумажных карт, времени на их поиск в ящиках штурманского стола. 8.2. Понятие об источниках погрешностей НИС. Выделяют три основные аспекта, обеспечивающие эффективность НИС: • Использование точных откорректированных данных, включающих картографическую и всю другую относящуюся к навигации информацию; • Четкое знание возможностей и ограничений всей системы (аппаратных средств, программного обеспечения, данных, датчиков информации, дисплея); • Знание, какую информацию и когда необходимо использовать при решении задач. При работе с НИС 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 систем отсчета датчиков с координатной системой карты; - ошибочной интерпретацией данных. 8.3. Недостатки цифрования карт и средств отображения Погрешности цифрования карты. В большинстве случаев данные ЭК получаются путем цифрового представления информации бумажных карт с помощью дигитайзерных или сканерных технологий. В результате электронные карты наследуют все недостатки, присущие бумажным картам, и включают погрешности процесса перевода данных в цифровой вид. 254 Погрешности, обусловленные разрешающей способностью устройств цифрования. Современные дигитайзеры и сканеры имеют определенную разрешающую способность, что приводит к соответствующим погрешностям данных ЭК. Так, например, после сканирования бумажной карты пиксель официальной растровой карты масштаба 1:40000 в формате BSB при представлении на экране занимает площадь 4 м 2 Погрешности графики бумажных карт. Точки, различного вида линии на бумажной карте имеют определенную толщину и нанесены не абсолютно точно. Толщина линий на бумажной карте может достигать 1 мм. Погрешности графики превышают разрешающую способность масштаба бумажной карты. При цифровании бумажных карт, погрешности их графики переносятся в данные ЭК. При масштабе 1:40000 они могут быть причиной ошибок от 40 до 80 м. в положении объектов. Погрешности графики и устройств цифрования бумажных карт полностью входят в данные ЭК. Следует иметь в виду, что при отображении электронной карты в масштабе, более крупном, чем оригинальный, величина этих погрешностей не уменьшается. Погрешности, обусловленные человеческим фактором. Следует отметить, что процесс получение цифровых данных ЭК на основе бумажных карт не является полностью автоматическим. В дигитайзерных технологиях производства векторных карт доля ручного труда велика. При использовании сканерных методов получения этих карт доля ручного труда значительно меньше, но все равно остается. Касаясь растровых карт, следует обратить внимание, что их проекционная сетка, служащая основой для определения координат судна при исполнительной прокладке и для нахождения координат других объектов, нередко наносилась вручную, с присущими для этого способа погрешностями. Когда для ряда карт основа была пересчитана с помощью компьютера, то нередко выявлялись расхождения между результатами ручного и компьютерного выполнения этой задачи. На основании вышеизложенного можно заключить, что данным электронных карт могут быть присущи погрешности, обусловленные человеческим фактором. Касаясь несовершенства средства отображения карты – дисплея, отметим следующее. Недостаточные размеры экрана монитора. Окно высвечивания карты на экране дисплея обычно составляет примерно 1/6 часть бумажной карты. Поэтому при одинаковом с бумажной картой масштабе ЭК отображает меньший район, размеры которого в ряде случаев могут быть малы для оценки ситуации. Кроме того, дистанция 255 обзора акватории по носу судна в истинном режиме движения может оказаться недостаточной при подходе символа судна к рамке карты. Эти случаи приводят к необходимости смещения карты либо периодического использования более мелкого масштаба отображения. С течением времени происходит постепенное увеличение экранов мониторов, применяемых в НИС, и приближение их к размерам бумажных навигационных карт. Поэтому определенное негативное влияние малости размеров экранов НИС постепенно ослабляется. Погрешности, обусловленные разрешающей способностью монитора. Размер пикселя 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 пикселя 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. На точность положения объектов на карте влияет и размер символов. Например, точка, представляющая огонь на растровых картах в формате BSB включает по ширине минимум девять пикселей. В масштабе 1:40000 это составляет площадь с диаметром 36 м 2 8.4. Качество картографических данных. Под качеством навигационных карт (картографических данных) понимается совокупность свойств, обеспечивающих способность карты удовлетворять целям судовождения. Качество карты оценивается набором показателей, характеризующих отдельные ее свойства: полноту, достоверность, современность, точность, наглядность изображения и др. Точность карт может быть определена как соответствие позиций изображенных на карте объектов и явлений действительности, т.е. как истинность местоположения, размеров, плановых очертаний и высот объектов. Точность оценивается величинами абсолютных и относительных позиционных погрешностей, характеризующих отклонения координат объектов на карте от их истинных значений. Неточность картографической информации является следствием ошибок геодезических съемок и погрешностей, допущенных при составлении карты. С ходом времени точность картографических съемок улучшалась, так как совершенствовалась аппаратура для производства геодезических наблюдений. Поэтому, как правило, карты, основанные 256 на данных более поздних съемок, точнее карт, составленных по результатам раньше проведенных съемок. Погрешности карт, основанных на данных старых съемок. В настоящее время наблюдается отсутствие современных гидрографических съемок побережья ряда развивающихся стран, особенно островов. В практике судовождения еще используются карты, составленные по съемкам 19 века. Этим картам присущи существенные погрешности определения, как опорных геодезических пунктов, так и объектов, положение которых находилось путем привязки к ним. Погрешности опорных точек обычно больше и вносят систематические отклонения (сдвиг системы отсчета) в положение участков побережья. Ошибки привязки других элементов карты к опорным пунктам меньше, но имеют случайный, трудно учитываемый характер. Погрешности опорных геодезических пунктов являются причиной смещения позиций участков побережья и опасностей, причем направление и величина сдвига разных участков могут отличаться. Так как ошибки привязки объектов к опорным пунктам меньше погрешностей этих пунктов, то на карте сохраняется верная картина расположения объектов, однако все изображение имеет сдвиг по широте и долготе. Относительно WGS84 этот сдвиг нередко превышает одну милю. Максимальное зафиксированное его значение составляет 7 миль. До недавнего времени существующим «сдвигам» систем отсчета координат карт не придавалось особого значения, так как позиция судна находилась по береговым ориентирам. В результате обсервованное место судна по отношению к опасностям не имело сдвига. Чтобы исключить влияние различных датумов карт на точность прокладки, выполнялась лишь рекомендация: переходить с карты на карту не по координатам, а по пеленгу и дистанции определенного объекта. Положение изменилось при широком использовании приемоиндикаторов GPS, дающих координаты места в единой для всего Земного шара системе WGS84, относительно которой локальные системы координат отдельных карт смещены на ту или другую величину. Сдвиг положения элементов карты, основанной на старой съемке, имеет плавное с разным характером изменение по мере перехода от участков, найденным по одним опорным пунктам, к участкам, нанесенным относительно других опорных точек, что затрудняет его учет. Случайные погрешности определения отдельных объектов по опорным пунктам не имеют никакой системы. Поэтому пересчитать положение объектов этих карт в систему WGS84 с удовлетворительной точностью не удается. 257 Ввиду существенного отличия от WGS84 систем отсчета координат карт, составленных по результатам старых съемок, судовождение по информации GPS на этих картах опасно. Используя эти карты, безопаснее применять визуальные и радиолокационные обсервации по береговым ориентирам. В этом случае погрешности опорных пунктов не влияют на точность определений места относительно препятствий. Чтобы учесть погрешности позиций объектов, определенных относительно опорных точек, следует, при использовании карт, основанных на старых съемках, обходить опасности на большем расстоянии. Информация о глубинах на картах, базирующихся на старой съемке, также не отличается высокой точностью и подробностью. Недостатки карт, основанных на результатах нескольких съемок. Достаточно много бумажных карт представляют собой комбинацию данных нескольких съемок, собранных из разных источников за большой период времени. В результате одна карта может включать районы, где съемки основывались на использовании уровня и секстана, и области высокоточных геодезических данных. Неточность карт, основанных на съемках, проводимых с помощью береговых РНС. Многие мореплаватели, часто в своей деятельности определявшие место судна путем привязки к береговым объектам, считают, что точность данных карты всегда выше, чем проводимых обсерваций. К сожалению, в настоящее время как бумажные, так и электронные карты не всегда оправдывают эти ожидания. Гидрографические съемки, которые проводились с использованием высокоточных береговых РНС вплоть до 1980 г, и по результатам которых составлено большинство навигационных карт, обеспечивали в среднем точность ±20 м (Р=0.95). Однако современные навигационные спутниковые системы, даже не в дифференциальном режиме, представляют данные с более высокой точностью. В результате, нередко от мореплавателей приходят жалобы на системы с электронными картами, что при их использовании символ судна оказался на пирсе, или вне канала, по которому идет судно, либо о других подобных ситуациях. Судоводители должны понимать, что нередко причиной этого является неточность данных карт (бумажных, ЭНК, РНК). Учитывая серьезные недостатки старых съемок и значительно меньшие, но существенные (с точки зрения требований современного судовождения) погрешности геодезических съемок местности, проводимых в недавнем прошлом, необходимо осознавать, что – судовождение по данным GPS при плавании в узких проходах и в других стесненных водах небезопасно. С большим доверием здесь необходимо 258 относиться к радиолокационным и визуальным определениям по береговым ориентирам; – считать основными определения по GPS и полностью полагаться на них можно только в открытом море и в прибрежных водах вдали от опасностей, а также в районах, где данные электронных карт получены по результатам новых высокоточных съемок. |