Prezentacja wyników badań rzeczywistej dokładności żyrokompasów i kompasów magnetycznych

Transkrypt

1 ŁUSZNIKOW Eugeniusz 1 PLESKACZ Krzysztof 2 Prezentacja wyników badań rzeczywistej dokładności żyrokompasów i kompasów magnetycznych WSTĘP Jak wiadomo z historii, pierwszymi wskaźnikami kursu, były kompasy magnetyczne. Przez wieki spełniały doskonale swoje zadania, a w obecnej dobie, zgodnie z przepisami muszą znajdować się na wyposażeniu każdego statku, niezależnie od jego wielkości. Na współczesnych statkach, od początków XX wieku, wykorzystuje się żyrokompas bardziej dokładny wskaźnik kursu skonstruowany w oparciu o zjawisko żyroskopowe. Jednakże zastosowanie kompasów żyroskopowych nie wyeliminowało z powszechnego użycia kompasów magnetycznych. Wynika to, nie tylko bezpośrednio z przepisów, ale również z faktu, że kompas magnetyczny: jest tańszym, bardziej niezawodnym i co najważniejsze, w pełni autonomicznym wskaźnikiem kursu. Porównanie obu wskaźników kursu można dokonać zestawiając ich wady i zalety. Tab. 1. Porównanie kompasów magnetycznych i żyrokompasów Wskaźnik jakości Rodzaj kompasu Kompasy magnetyczne yrokompasy Wymagania obsługi Kontrola bieżąca oraz coroczna Kontrola bieżąca oraz zgodny kompensacja dewiacji z instrukcją, regularny serwis Cena USD USD Dokładność 1,2 1,8 0,5 0,8 Statystyka awaryjności Brak danych godzin Autonomiczność Pełna Brak ywotność Cały okres eksploatacji statku godzin źródło: opracowanie własne Analizując powyższe zestawienie można zauważyć, że oba rodzaje wskaźników kursu wzajemnie się uzupełniają. Dlatego współcześnie są łączone w systemy zintegrowane, które umożliwiają maksymalną optymalizację ich wykorzystania. W systemach zintegrowanych następuje automatyczne porównanie wskazań obu urządzeń, a przekroczenie zadanej wartości różnicy powoduje generowanie alarmu. W sytuacji braku takiego systemu, zbyt duży odstęp czasu pomiędzy kolejnymi obserwacjami prowadzi do ryzyka nie wykrycia awarii kompasu żyroskopowego, co przekłada się w bezpośredni sposób na bezpieczeństwo statku. Analiza statystyczna dokładności wskaźników kursu na statkach floty światowej Ponieważ brakuje opracowań w dziedzinie kontroli wskaźników kursu w połączeniu z bezpieczeństwem nawigacji dlatego autorzy postanowili przeanalizować jak w rzeczywistości wygląda wypełnianie przepisów. Konieczność badania i weryfikacji stanu rzeczywistego wynika z faktu, że wejście na mieliznę statków o pojemności brutto 3000 GT i większej, ma największy wskaźnik awaryjności floty światowej. Wynosi 35% wszystkich awarii na morzu [3]. Przeprowadzone przez autorów badania wykazały, że główną i wielokrotnie jedyną stosowaną w praktyce metodą kontroli dokładności i niezawodności wskaźników kursu jest porównywanie ich wzajemnych wskazań. Należy pamiętać, że porównanie dwóch źródeł informacji zapewnia możliwości kontroli układu na poziomie elementu o gorszej dokładności. Zwykle jest to kompas magnetyczny. 1 E.M. Łusznikow, kpt. ż. w., dr hab. profesor Akademii Morskiej w Szczecinie, Polska, Szczecin, e.lusznikow@am.szczecin.pl 2 K. Pleskacz, kpt. ż. w., dr. inż. Akademia Morska w Szczecinie, Polska, Szczecin, k.pleskacz@am.szczecin.pl 770

2 W celu określenia, jakie wartości osiągają realnie poprawki kompasu magnetycznego i żyrokompasu, a tym samym kursy rzeczywiste określone w oparciu o żyrokompas i kompas magnetyczny dokonano pomiarów na różnych statkach podczas wejścia i wyjścia z portu Szczecin. Wszystkie pomiary odbyły się za każdorazową zgodą kapitanów danych jednostek. Za każdym razem odczytywano kierunek z żyrokompasu i kompasu magnetycznego, gdy statek znajdował się dokładnie w linii nabieżnika optycznego i sternik sterował równocześnie na nabieżnik. Wówczas oś symetrii statku pokrywała się z linią nabieżnika. Pomiary dokonywane były w okresie od 02/03/2012 do 28/06/2012 przez pilota kpt. ż. w. Piotra Szelepajło. Został on wcześniej poinstruowany o zasadach obowiązujących podczas dokonywania pomiarów oraz szczegółach, na które ma zwrócić uwagę. Wyniki obserwacji dokonanych w oparciu o żyrokompas prezentuje w tabela 2. Tab. 2. Wyniki kontroli wskazań żyrokompasów Kierunek rzeczywisty Kierunek odczytany Lp. Nazwa statku odczytany z żyrokompasu pż = KR K z mapy KR K 1 Athos 173, ,1-2,0 2 Alva 173, ,9 1,0 3 Magda D Kapitan Zykharev Sardius ,0-1,0 6 Fast Sam ,5 0,5 0,5 7 Celine 141, ,7-1,0 8 Viscaria 141, ,3 2,5 9 Vita Theresa 141, ,7-2,0 10 Flinterhaven 141, ,3 0,5 11 Ostanhav 141, ,7-2,0 12 Gas Arctic 141, ,7-1,0 13 Fast Julia 141, ,3 0,5 14 Kniyaz Vladimir 141, ,3 1,5 15 Magda D 141, ,3 0,5 16 Brovig Wind 141, ,3 1,5 17 Ovi Victoria 141,3 141,5-0, Grand 141, ,3 1,5 19 RMS Ratingen 141, ,3 2,5 20 Aasheim 141, ,3 0,5 21 Wilson Bar 321, ,8-1,0 22 Valentin Pikul 321,2 321,5-0,3-0,5 23 Wilson Ghent 321, ,8-1,0 24 Frisian Ocean 321, ,2 1,0 25 Leonid Leonov 321, ,8-1,0 26 Karl-Erik 321,2 320,5 0,7 1,0 27 Solvegk 321,2 321,5-0,3-0,5 28 Iris Bolten 321, ,8-1,0 29 Karina C 321, ,8-1,0 30 Volgo-Balt , ,8-1,0 31 Osterems 321, ,8-1,0 32 Elizabeth 321, , Frisian Summer 321, , Yigt Bey 1 321, , Wilson Brugge 321, ,2 1,0 Źródło: opracowanie własne Odczytów dokonywano, gdy statki znajdowały się w linii jednego z nabieżników: Byki kierunek rzeczywisty 173,9 ; Mańków 141,3 ; Łąki 354 ; Raduń 168 ; Karsibór 321,2. Wartość pż zaokrąglona do 0,5 Krótki okres obserwacji gwarantował minimalne zmiany deklinacji. Deklinacja magnetyczna 771

3 w rejonie i czasie obserwacji wynosiła d = +3. Aby maksymalnie wyeliminować wpływ znosu i dryfu wiatrowego wybierane były dni o dobrych warunkach hydrometeorologicznych. Analizując uzyskane dane otrzymano, że średnie kwadratowe odchylenie ( m ) różnicy wartości pomiędzy kursem rzeczywistym odczytanym z mapy oraz kursem rzeczywistym określonym przy pomocy żyrokompasu, czyli poprawki żyrokompasu, dla średnio statystycznego statku, wynosi: m = ±1,2. Wynik ten w pełni odpowiada analizie teoretycznej. Podobne badania przeprowadzono dla kompasów magnetycznych. Otrzymane wyniki przedstawiono w tabeli 3. Tab. 3. Wyniki kontroli wskazań kompasów magnetycznych Lp Nazwa statku Kierunek rzeczywisty odczytany z mapy KR Kierunek odczytany z kompasu magnetycznego KK δ = KR KK d wartość zaokrąglona do 0,5 δ z tabeli Różnica dewiacji obliczonej i odczytanej z tabeli 1 Athos 173, ,0 1,0 3,0 2 Alva 173, Magda D* ,0 2,5 11,5 4 Kapitan Zykharev ,0-0,5 5,5 5 Sardius ,0 4,0 3,0 6 Fast Sam ,0 1,0 0 7 Celine 141, ,0 0 6,0 8 Viscaria 141, ,5 0,5 0 9 Vita Theresa 141, ,5 0,5 3,0 10 Flinterhaven 141, ,5 1,0 0,5 11 Ostanhav 141, ,5 1,0 0,5 12 Gas Arctic 141, ,0-0,5 4,5 13 Fast Julia 141, ,5-0,5 2,0 14 Kniyaz Vladimir 141, ,5-1 8,5 15 Magda D 141, ,0 +0,5 4,5 16 Brovig Wind 141, ,5 +1,0 27,5 17 Ovi Victoria 141, ,5 +0,5 5,0 18 Grand 141, ,0 0 2,0 19 RMS Ratingen 141, ,5 +1 1,5 20 Aasheim 141, ,0 +1 3,0 21 Wilson Bar 321, ,0 0 4,0 22 Valentin Pikul 321, ,0-2,5 4,5 23 Wilson Ghent 321, ,0 +0,5 7,5 24 Frisian Ocean 321, ,0 +1,0 2,0 25 Leonid Leonov 321, ,0-1 5,0 26 Karl-Erik 321, ,0 +0,5 1,5 27 Solvegk 321, ,0 +1 6,0 28 Iris Bolten 321, ,0-0,5 1,5 29 Karina C 321, ,0-1 3,0 30 Volgo-Balt , Osterems 321, ,0-0,5 2,5 32 Elizabeth 321, ,0 33 Frisian Summer 321, ,0 +2 4,0 34 Yigt Bey 1 321, ,0 35 Wilson Brugge 321, * Dane dla statku m/s "Magda D" należy odrzucić, ponieważ ładunkiem pokładowym statku były bardzo duże konstrukcje stalowe, które miały bezpośredni wpływ na wskazania kompasu magnetycznego. Źródło: opracowanie własne Średnie kwadratowe odchylenie ( m ) wartości dewiacji kompasu magnetycznego określonej, dla danego statku, w wyniku eksperymentu oraz odczytanej z obowiązującej w danym dniu tabeli dewiacji, dla średnio statystycznego statku, wynosi: m = ±4,8. 772

4 Większe odchylenie błędu m = ±4,8 dla kompasu magnetycznego, niż m = ±1,2 dla żyrokompasu może być wynikiem obniżenia statusu tego pierwszego do poziomu urządzenia kontrolno-rezerwowego. Wskazują na to również wyniki metody eksperckiej 56% pytanych zadeklarowało, że regularnie kontrolują kompas magnetyczny. Natomiast w przypadku żyrokompasu regularną kontrolę deklaruje 76% ankietowanych. Zastanawiający jest również odsetek 14% członków załóg, którzy nigdy nie byli świadkami przeprowadzania kompensacji kompasu magnetycznego oraz 7 % osób, z 16 letnim stażem, którzy nigdy nie spotkali dewiatora podczas pracy na statku. O niewłaściwych praktykach świadczy, że 9% ankietowanych deklaruje, iż obowiązująca na ostatnim statku tabela dewiacji kompasu magnetycznego nie została opracowana ani przez dewiatora, ani przez członka załogi. Jest to zdecydowane odstępstwo od przepisów i dobrej praktyki morskiej. Przepisy wyraźnie określają procedury związane z systematyczną kontrolą wskaźników kursu. Nie istnieje inna droga pozyskania tabeli dewiacji kompasu magnetycznego, niż opracowanie jej przez członka załogi lub wykwalifikowanego dewiatora. Zestawiając wyniki z tabeli 2 i 3 uzyskano porównanie kursów rzeczywistych otrzymanych z żyrokompasu i kompasu magnetycznego. Różnicę tych kursów prezentuje tabela 4. Tab. 4. Porównanie kursów rzeczywistych uzyskanych z różnych wskaźników kursu Lp Nazwa statku Kurs rzeczywisty Kurs rzeczywisty z żyrokompasu z kompasu K KR M KR ż magnetycznego KR KR M 1 Athos ,0 2 Alva ,0 3 Magda D* ,5 13,5 4 Kapitan Zykharev ,5 5,5 5 Sardius ,0 6 Fast Sam 353, ,5 7 Celine ,0 8 Viscaria ,5 2,5 9 Vita Theresa ,5 4,5 10 Flinterhaven ,0 11 Ostanhav ,0 12 Gas Arctic ,5 3,5 13 Fast Julia ,5 1,5 14 Kniyaz Vladimir ,0 15 Magda D ,5 4,5 16 Brovig Wind ,0 17 Ovi Victoria 141,5 136,5 5,0 18 Grand ,0 19 RMS Ratingen ,0 20 Aasheim ,0 21 Wilson Bar ,0 22 Valentin Pikul 321,5 316,5 5,0 23 Wilson Ghent ,5 6,5 24 Frisian Ocean ,0 25 Leonid Leonov ,0 26 Karl-Erik 320,5 318,5 2,0 27 Solvegk 321, ,5 28 Iris Bolten ,5 0,5 29 Karina C ,0 30 Volgo-Balt ,0 31 Osterems ,5 0,5 32 Elizabeth ,0 33 Frisian Summer ,0 34 Yigt Bey ,0 35 Wilson Brugge ,0 * Dane dla statku m/s "Magda D" należy odrzucić, ponieważ ładunkiem pokładowym statku były bardzo duże konstrukcje stalowe, które miały bezpośredni wpływ na wskazania kompasu magnetycznego. Źródło: opracowanie własne 773

5 Z analizy otrzymanych wyników widać jasno, że różnice wartości ΔK=0, powszechnie wpisywane na statkach floty światowej nie występują. W 17 przypadkach różnica przekraczała 5 lub więcej, na 9 statkach była w granicach od 3 do 5 i również na 9 różnica kursów rzeczywistych była mniejsza niż 3. Otrzymane dane pozwalają stwierdzić w sposób udokumentowany, że cały świat marynarski postępuje niewłaściwie. Konceptualna analiza przyczyn i konsekwencji wynikających z nieprzestrzegania przepisów odnoszących się do kontroli wskaźników kursu Z zebranych danych statystycznych wynika, że zbieżność wartości kursu rzeczywistego z żyrokompasu i kompasu magnetycznego w rozumieniu oficerów jest zupełnie normalnym faktem. Oczywiste stało się dla nich, że analiza różnic dwóch kursów rzeczywistych uzyskanych dla statku płynącego jednym określonym kursem w rozumieniu nawigatora jest sztuczną komplikacją problemu. Łatwo tego uniknąć. Wystarczy,,nieco dopasować odczyt kursu rzeczywistego z mniej dokładnego kompasu magnetycznego do bardziej dokładnego kursu rzeczywistego z żyrokompasu. W ten sposób rutynowe, obowiązkowe obliczenia poprawki kompasu magnetycznego ulega eliminacji. Oczywiście, że takie,,dopasowanie poprawki kompasu magnetycznego nie odpowiada rzeczywistości. Poprawka kompasu magnetycznego nie jest dowolną liczbą, którą można szacować w przypadkowy sposób. Jest ona pojęciem naukowym, jako suma deklinacji i dewiacji. Gdyby poprawka kompasu określana była zgodnie z zasadami uczonymi w szkołach wówczas nie występowałoby zjawisko idealnej zbieżności kursów rzeczywistych z żyrokompasu i kompasu magnetycznego. Natomiast wartość uzyskanej różnicy pomiędzy tymi kursami pozwoliłaby ocenić stopień zaufania do wskaźników kursu. Wartości dopasowanych kursów rzeczywistych nie dają żadnej informacji o jakości wskazań kompasów. W związku z tym rodzi się pytanie: po co istnieje tabela dewiacji? Jak również, po co podawana jest informacja o deklinacji oraz po co trzeba to wszystko znać i uwzględniać w praktyce dnia codziennego? Czy to oznacza, że współcześni nawigatorzy prowadzą umyślne fałszerstwo danych istotnych dla bezpieczeństwa nawigacji? Formułując pozytywna odpowiedź, oznaczałoby to przyjęcie na siebie bardzo dużej odpowiedzialności. W realnym życiu zapewne istnieje cały spektrum charakterów zachowania się. Począwszy od nierozumienia problemu przez nawigatora do świadomej eliminacji pewnych kwestii celem osiągnięcia chwilowych korzyści. Zdaniem autorów taki tok postępowania nawigatorów całego świata jest linią najmniejszego oporu, która już od dawna ukształtowała się w masowej świadomości i pozwala skrócić oraz uprościć rutynową pracą. Nawet za cenę fałszerstwa. Dzisiaj w warunkach stałej pozycji obserwowanej uzyskiwanej z systemu GPS już nie ma bodźców, aby walczyć o super dokładność kompasów magnetycznych. O takiej sytuacji popularnie mówi się, że wylano dziecko z kąpielą. Przecież główny cel wzajemnej kontroli wskaźników kursu polega na tym, żeby w odpowiednim czasie zaobserwować konieczność rezygnacji z jednego z nich dzięki niedopuszczalnie dużej rozbieżności kursów rzeczywistych powstałej pomiędzy wskazaniami obu urządzeń. W efekcie dążenia do uproszczeń codziennej pracy wyeliminowało pierwotny cel wzajemnej kontroli wskaźników kursu. Wyniki analizy Problem oceny dokładności żyrokompasu, jak również i kompasu magnetycznego na statku w warunkach rzeczywistych traktowany jest przez nawigatorów, jako problem czysto akademicki. Z tego powodu wszyscy uchylają się od realnej oceny rozbieżności, przyjmując wadliwą drogę dopasowywania wyników obserwacji. Jedną z przyczyn problemu wpisów niezgodnych ze stanem rzeczywistym jest ogólne spojrzenie na dokładność urządzeń pomiarowych. Im dokładniejsze są tworzone urządzenia pomiarowe tym mniej istotna wydaje się w obliczu rutynowej pracy konieczność kontroli dokładności ich wskazań. Takie dążenie do uproszczeń stanowi łamanie przepisów oraz zasad dobrej praktyki morskiej i jest też działaniem szkodliwym i z pewnością kryminogennym, ponieważ w przypadku wejścia statku na mieliznę nieistotne jest czy błąd był świadomy, czy nie. 774

6 Każda osoba subiektywnie zniekształca w różnym stopniu informacje, nie zdając sobie z tego sprawę. Jednak w zasadniczych sprawach stosuje ona zasady i pojęcia uzyskane podczas szkoleń specjalistycznych. W tym przypadku istotne jest to, czy podczas tych szkoleń dostatecznie zwraca się uwagę na pewne szczegóły? Dążenie do uproszczeń, których celem jest w rozumieniu nawigatorów ograniczenie niepotrzebnych, niczym nieuzasadnionych czynności jest działaniem niezgodnym z prawem i dobrą praktyką morską. Ponieważ problem ten jest obserwowany w całym marynarskim świecie, dlatego należy tą krótkowzroczną mentalność nawigatorów zlikwidować wszystkimi dostępnymi środkami i metodami. Jeżeli setki nawigatorów, codziennie, popełniają te same błędy to rodzi się wiele pytań. Dlaczego tak jest? Co jest przyczyną takich działań? Gdzie tkwi źródło zła? Jak temu przeciwdziałać? Odpowiadając na powyższe pytania należy na początku sprawdzać poprawność sformułowania podstawowych pojęć i zasad przyjętych w aktach prawnych oraz programach szkolenia nawigatorów na wszystkich poziomach kształcenia. Problem polega na tym, że twórcy i egzekutorzy systemów edukacji morskiej na całym świecie nie podejrzewali, że nagminnie są łamane podstawowe zasady prowadzenia dzienników okrętowych polegające na zapisywaniu tylko prawdziwych informacji. Przyzwyczajenie do dopasowania wyników, a nie analiza rzeczywistego stanu rzeczy jest zdecydowanie niezgodne z głównym celem kontroli wskaźników kursu. W przypadku zaistnienia nadmiernej rozbieżności we wskazaniach kompasów nawigator przyzwyczajony do rutynowego dopasowania wyników (bez odpowiedniej analizy) znaczne dłużej nie wykryje niebezpiecznej sytuacji. Tym samym nie będzie we właściwym czasie gotów do prawidłowej reakcji na powstałe zagrożenie. Zmiana mentalności nawigatorów całego świata nie jest prostym zagadnieniem. Odpowiednie działanie zawiera kilka różnych aspektów, takich jak: aspekt bezpieczeństwa nawigacji, gdyż problem bezpieczeństwa ludzi i statków na morzu zawsze był i będzie priorytetem; aspekt techniczny i ekonomiczny regularna kontrola wyeliminuje ryzyko większych awarii, a co za tym idzie może ograniczać koszty eksploatacji; aspekt prawny postępowanie zgodne z przepisami i dobrą praktyką morska; aspekt naukowy związany z badaniami, rozwojem i projektowaniem nowych urządzeń; aspekt pedagogiczny przekazywanie zdobytej wiedzy praktycznej i teoretycznej następcom. Tylko prawdziwa kontrola różnicy kursów rzeczywistych z żyrokompasu i kompasu magnetycznego daje podstawy dla właściwej oceny stopnia zaufania do systemu kontroli kursu statku. Podsumowanie Radykalnym rozwiązaniem problemu kontroli wskaźników kursu może być automatyczna rejestracja kursów z żyrokompasu i kompasu magnetycznego razem z określeniem ich poprawek. Operator powinien móc ustawić funkcję alarmu, który zostanie zainicjowany przy przekroczeniu założonych wartości granicznych dewiacji. Obliczone wartości dewiacji kompasu magnetycznego i poprawki żyrokompasu muszą być zapisywane w elektronicznym dzienniku okrętowym, spełniając przepisy mówiące o dokumentacji kontroli wskazań tych urządzeń. Zastosowanie takiej praktyki pozwoli oficerowi nawigacyjnemu skupić się na bezpiecznym prowadzeniu statku. Automatyczne podanie wartości całkowitej poprawki kompasu magnetycznego ułatwi pracę przy korzystaniu z namierników kompasowych i wykluczy błędy aktualizacji deklinacji magnetycznej. Równocześnie przy pomocy programu graficznego można wygenerować tabelę lub wykres dewiacji kompasu magnetycznego. Tabela taka przedstawia zależność dewiacji od kursu kompasowego. Ponieważ kontrola może być przeprowadzana przy każdym pomiarze namiaru, to tabela lub wykres dewiacji kompasu magnetycznego będą odzwierciedlać aktualną i rzeczywistą sytuację. 775

7 Streszczenie Artykuł prezentuje wyniki badań dokładności i niezawodności żyrokompasów i kompasów magnetycznych przeprowadzone na torze wodnym Szczecin - Świnoujście. Zawiera analizę prawdopodobnych przyczyn nieprawidłowego postępowania ogółu nawigatorów w aspekcie kontroli wskaźników kursu. Przedstawia propozycje autorów dotyczące środków i metody naprawienia sytuacji. Autorzy przedstawiają problemy, które wymagają zdecydowanych rozwiązań poprzez działania w dziedzinach: technicznych, dydaktycznych, prawnych oraz moralnych. Presentation of research results of the real accuracy of gyrocompasses and magnetic compasses This article presents the results of controlling the accuracy and reliability of gyrocompasses and magnetic compasses carried out on the fairway Szczecin - Świnoujście. Contains a study of the likely causes of improper conduct general navigators in the aspect of control indicators of the course. Authors submit proposals on the means and methods to improve the situation. The authors present problems which require decisive solutions through action in the areas of technical, educational, legal, and moral BIBLIOGRAFIA 1. Jagniszczak I., Łusznikow E.M., Bezpieczeństwo nawigacji. Fundacja promocji przemysłu okrętowego i Gospodarki Morskiej. Gdańsk 2010, s Łusznikow Е.М., Bezpieczeństwo nawigacji przy wejściu statku w port Teoria i praktyka nawigacji. Zeszyty BGARF, N8, Kaliningrad 1995, s Łusznikow Е.М., Bezpieczeństwo nawigacji statku morskiego. Wyd. LULU, USA 2012, s Łusznikow Е.М., Nawigacyjne bezpieczeństwo żeglugi. BGARF, Kaliningrad 2007, s Łusznikow Е.М., O roli wskaźników kursu w bezpieczeństwie nawigacji Teoria i praktyka nawigacji. Zeszyty BGARF, N25, Kaliningrad 1999, s Łusznikow Е.М., Problem wskazania kursu w aspekcie współczesnej nawigacji, 7. Łusznikow Е.М., Ferlas Z., Bezpieczeństwo nawigacji. Szczecin 1999, s Moskov E., Kolizja na oceanie. М. Transport, 1989, s dostęp: dostęp: