DOWIĄZANIE GEODEZYJNE W WYBRANYCH ZADANIACH SPECJALNYCH REALIZOWANYCH NA MORZU 1

Transkrypt

1 kmdr rez. dr Zdzisław KOPACZ Akademia Marynarki Wojennej, SHM RP kmdr rez. dr inż. Wacław MORGAŚ Akademia Marynarki Wojennej, SHM RP DOWIĄZANIE GEODEZYJNE W WYBRANYCH ZADANIACH SPECJALNYCH REALIZOWANYCH NA MORZU 1 WSTĘP Wprowadzenie do użytku na morzu zestawów pomiarowych uwzględniających współczesny rozwój nauki i techniki powodują, że procesy nawigacyjne w czasie wykonywania prac specjalnych w coraz mniejszym stopniu wymagają zwiększenia dokładności pozycji, natomiast inne źródła błędów powodują, że ich wartości mogą być porównywalne z błędami pozycji. Zaistniała sytuacja powoduje bardziej szczegółowe podejście do uwzględniania dokładności nawigacji okrętu w czasie realizacji zadań specjalnych oraz mniejszą rolę dostarczenia okrętowi dokładnych informacji, ponieważ lepsze wyposażenie pomiarowe tych okrętów (np. hydrograficznych) powoduje, że są one bardziej autonomiczne w realizacji zadań. Wynika stąd potrzeba modyfikacji technologii realizacji NHZ-tu i większej wiedzy załóg. 1. ZADANIA REALIZOWANE NA MORZU Szczegółowe przedstawienie wszystkich rodzajów zadań wykonywanych na morzu jest prawie niemożliwe ze względu na ich liczbę i zróżnicowanie technologii ich realizacji. Przyjmując jednak, jako kryterium, wymaganą dokładność pomiaru parametrów nawigacyjnych dla zrealizowania zadań można je pogrupować: transport, sport i rekreację; pozostałe. Około 80% wykonywanych zadań, to zadania transportowe wymagające realizacji standardowego procesu nawigacji, a pozostałe trudno wyróżnić, należą do nich m.in. pomiary hydrograficzne, militarne, zabezpieczenia żeglugi, eksploatacji bogactw naturalnych itp. Biorąc pod uwagę wymagania procesu nawigacji dla transportu oraz koordynacji tych wymagań realizowanych głównie przez IMO, IHO, IALA, można przyjąć za IMO Res. A860 i Res. A953, że dokładność pozycji okrętu 2 dla potrzeb bezpieczeństwa w rejonach 1 Artykuł powstał w ramach pracy naukowej finansowanej ze środków na naukę w latach jako projekt badawczy nr 0 N Ściślej wymagania operacyjne dla systemu radionawigacyjnego mającego zastosowanie w standardowym procesie nawigacyjnym. 37

2 ograniczonych nawigacyjnie powinna być nie gorsza niż 10 m z prawdopodobieństwem 95%. Mając na uwadze powyższe wymaganie można szacować, że dokładność pomiarów w czasie realizacji procesów specjalnych powinna być dziesięciokrotnie wyższa. Stosunek błędów pomiarów nawigacyjnych do hydrograficznych powinien być jak 10:1, stąd wymagana dokładność określania współrzędnych punktów pomiaru powinna być lepsza niż 1 m. Technologia realizacji wszystkich zadań specjalnych nie wymaga aż tak wygórowanych dokładności i dlatego, że ich osiągnięcie jest kosztowne, w niektórych sytuacjach realizuje się je z taką dokładnością, z jaką jest możliwa do osiągnięcia dla wykonawcy pomiarów. 2. ZADANIA SPECJALNE REALIZOWANE DLA POTRZEB BEZPIECZEŃSTWA NAWIGACJI Realizując standardowy proces nawigacyjny należy zapewnić dla niego informacje nawigacyjno-hydrograficzne dla potrzeb bezpieczeństwa oraz efektywności. Realizując specjalny proces nawigacyjny należy dla niego zapewnić informacje dla potrzeb bezpieczeństwa, efektywności i realizacji zadania. Realizując zadania na potrzeby bezpieczeństwa żeglugi Administracja morska musi wykonać szereg różnorodnych prac specjalnych wymagających zabezpieczenia nawigacyjnego. W szczególności do organów Administracji morskiej, należą następujące obszary działalności, wymagające tego zabezpieczenia: 1) bezpieczeństwo żeglugi morskiej; 2) ochrona portów morskich i żeglugi morskiej, w tym związane z wykonywaniem zadań obronnych oraz zadań o charakterze niemilitarnym, w szczególności zapobieganie aktom terroru oraz likwidacji skutków zaistniałych zdarzeń; 3) korzystanie z dróg morskich oraz portów i przystani morskich; 4) bezpieczeństwo związane z badaniami, rozpoznawaniem i eksploatacją zasobów mineralnych dna morskiego; 5) ochrona środowiska morskiego przed zanieczyszczaniem wskutek korzystania z morza oraz przez zatapianie odpadów i innych substancji w zakresie nieuregulowanym przepisami prawa geologicznego i górniczego; 6) ratowanie życia, prowadzenia prac podwodnych i wydobywania mienia z morza; 7) nadzór przeciwpożarowy w polskich obszarach morskich oraz morskich portach i przystaniach; 8) wyznaczania dróg morskich, kotwicowisk i badania warunków ich żeglowności; 9) oznakowanie nawigacyjne dróg morskich i kotwicowisk w portach i przystaniach morskich oraz na wybrzeżu; 38

3 10) sporządzanie planów zagospodarowania przestrzennego morskich wód wewnętrznych, morza terytorialnego i wyłącznej strefy ekonomicznej; 11) organizacja pilotażu morskiego; 12) zarządzanie portami nie mającymi podstawowego znaczenia dla gospodarki narodowej i przystaniami morskimi; 13) monitorowanie i informowanie o ruchu statków; 14) zarząd nad morzem terytorialnym i morskimi wodami wewnętrznymi oraz nad gruntami pokrytymi tymi wodami. 3. WYBRANE WYMAGANIA NAWIGACYJNO-HYDROGRAFICZNE STAWIANE PRZED BADANIEM CZYSTOŚCI DNA MORSKIEGO Planując realizację zadań wymienionych wyżej np. w pkt. 2, 7, 8 należy sprawdzić czystość dna. Nawiązując do wyników badań zaprezentowanych w listopadzie 2010 r. na zebraniu Stowarzyszenia Hydrografów Morskich RP, ich znaczenia dla poprawy bezpieczeństwa nawigacji i kulturowego dziedzictwa narodowego chcielibyśmy zauważyć, że technologie ich uzyskiwania można zaliczyć do trałowania hydrograficznego wykonanego trałami hydroakustycznymi. Głównym celem takiego trałowania jest przeszukanie akwenu morskiego trałami hydrograficznymi dla potrzeb bezpieczeństwa pływania statków. Do wybranych szczegółowych celów zalicza się m.in. wykrywanie podwodnych przeszkód (wraków, kamieni, ławic itp.); ustalenie najmniejszych głębokości i określenie miejsc ich występowania; uzyskanie dodatkowej informacji o kształcie dna itp. Procedury do przeprowadzenia takich badań zostały wprowadzone przez Urząd Morski w Gdyni w drugiej połowie lat 80., z wykorzystaniem opracowania pt. Projekt przepisów i dokumentów regulujących organizację i wykonawstwo trałowania hydrograficznego wykonanego przez Instytut Nawigacji i Hydrografii Morskiej AMW w 1985 r. W punkcie 15 wspomnianego opracowania napisano: Jako podstawę geodezyjną prac trałowych przyjmuje się państwową sieć geodezyjną, lub dowiązaną do niej sieć lokalną, a w pkt. 16 Do przedstawienia rezultatów trałowania stosuje się głównie planszety trałowe w odwzorowaniu Gaussa-Krügera. Obecnie wymagania te często nie są precyzyjnie realizowane głównie z dwóch powodów, a mianowicie: zmiany ówcześnie obowiązującego państwowego geodezyjnego systemu odniesienia; zmiany ówczesnego systemu geodezyjnego wykorzystywanego w systemach nawigacyjnych do określania pozycji w czasie trałowania. W rezultacie należy uwzględnić zmiany wynikające z różnych układów geodezyjnych stosowanych na morzu i lądzie w czasie dowiązywania wyników pomiarów morskich do polskiej sieci geodezyjnej. 39

4 Potrzeba uwzględnienia tych zmian wynika również ze wzrostu dokładności pomiarów w stosowanych urządzeniach i systemach nawigacyjnych na morzu, w czasie wykonywania prac specjalnych. 4. GEODEZYJNE SYSTEMY ODNIESIENIA Do produkcji morskich map nawigacyjnych na całym świecie przyjęto stosować system geodezyjny WGS-84 (World Geodetic System 1984). Ten sam system geodezyjny wykorzystywany jest w satelitarnym systemie określania pozycji GPS. W systemie WGS-84 stosowana jest elipsoida GRS-80 o parametrach geometrycznych: a = f = 1/298, W rezultacie nie ma różnic pomiędzy układami stosowanymi w systemie określania pozycji i map morskich. Na obszarze Polski obowiązującym jest Państwowy system odniesień przestrzennych, który tworzą: geodezyjny układ odniesienia; układ wysokości; układ współrzędnych płaskich prostokątnych 2000 ; układ współrzędnych płaskich prostokątnych Geodezyjny układ odniesienia zwany dalej EUREF-89 jest rozszerzeniem europejskiego układu odniesienia ETRF (European Terrestrial Reference Frame) na obszar Polski. W EUREF-89 stosuje się elipsoidę GRS-80 o parametrach geometrycznych: a = f = 1/298, W państwowym systemie odniesień przestrzennych stosowany jest układ współrzędnych płaskich prostokątnych 2000 na płaszczyźnie odpowiadającej odwzorowaniu Gaussa-Krügera. W odwzorowaniu tym obszar kraju podzielono na cztery pasy południkowe o szerokości 3º długości geograficznej każdy o południkach osiowych: 15º, 18º, 21º, i 24º. Współczynnik zmiany skali na południku osiowym jest równy 0, Należy zaznaczyć, że geodezyjny układ odniesienia EUREF-89 przemieszcza się z prędkością 2-3 cm/rok w stosunku do systemu ITRF (International Terrestrial Reference System), tak więc podając współrzędne punktu w EUREF-89 należy podać jeszcze epokę, na którą zostały określone. Dowiązując pomiary morskie do państwowego systemu odniesień należy pamiętać, że: system GPS pracuje w systemie ITRF (International Terrestrial Reference System) i wykorzystuje elipsoidę o spłaszczeniu nieznacznie różniącym się od stosowanego w EUREF-89; 40

5 nanosząc wyniki pomiarów na mapę morską, do konstrukcji której przyjęto układ WGS-84, to należy dowiązując je do państwowego geodezyjnego układu odniesienia, uwzględnić różnice pomiędzy układami wynikające z przesunięć między nimi i epoki pomiarów. Jeżeli wykorzystujemy system określania pozycji, którego znaki (stacje) brzegowe wystawione są na lądzie należy uwzględnić tylko różnice pomiędzy układami. Należy pamiętać, że ETRS (European Terrestrial Reference System) będzie pokrywał się z ITRS z dokładnością do 1 m, a współrzędne nie będą miały zmian czasowych. Wykonując pomiary dla celów militarnych należy pamiętać, że oprócz osnowy cywilnej POLREF, w 1993 r. powstała, przy współpracy z amerykańską Defence Mapping Agency, Wojskowa Osnowa Podstawowa GPS, zawierająca 53 punkty na terytorium Polski. Osnowę tę dowiązano do 11 punktów osnowy zerowego rzędu EUREF-POL 92. Współrzędne punktów sieci są w dyspozycji Zarządu Sztabu Generalnego WP. 5. UKŁAD WYSOKOŚCI W Państwowym Systemie Odniesień Przestrzennych układ wysokości tworzą wartości geopotencjalne podzielone przez przeciętne wartości przyspieszenia normalnego siły ciężkości, zwane dalej wysokościami normalnymi odniesione do średniego poziomu Morza Bałtyckiego w Zatoce Fińskiej, wyznaczonego dla mareografu w Kronsztadzie. W Polsce poziom zerowy dla Morza Bałtyckiego opisany jest liczbą 500 na mareografach znajdujących się na linii brzegowej. Zasięg działania mareografu określa się wychodząc z założenia, aby na jego obszarze działania można było określić faktyczny poziom z żądaną dokładnością. Na morzach bez pływów odległości pomiędzy sąsiednimi stanowiskami mareografów powinny wynosić od 100 do 30 kilometrów, w zależności od kształtu akwenów morskich i linii brzegowej. WNIOSKI 1. Uwzględnianie systemów odniesienia dla pomiarów morskich jest tym istotniejsze im dokładniejsza aparaturą pomiarową dysponujemy. 2. Wymagana dokładność pomiarów nawigacyjnych w pracach specjalnych jest znacznie zróżnicowana i uzależniona od technologii realizacji prac specjalnych. 3. Każda operacja pomiarowa wykonana przez instytucje finansowane z budżetu państwa powinna być odpowiednio udokumentowana i złożona do krajowej (państwowej) bazy danych nawigacyjno-hydrograficznych. 41

6 BIBLIOGRAFIA 1. Praca zbiorowa: Projekt przepisów i dokumentów regulujących organizację i wykonawstwo trałowania hydrograficznego. WSMW Gdynia 1985 (maszynopis). 2. Rozporządzenie Rady Ministrów z dn. 8 sierpnia 2000 r. w sprawie państwowego systemu odniesień przestrzennych (Dz.U. z dnia 24 sierpnia 2000 r.). 3. Praca zbiorowa: Metodologia wykorzystania pozycji odniesienia w pomiarach morskich (część IV). Sprawozdanie z realizacji zadania badawczego wchodzącego w skład Projektu Celowego KBN Nr C/2437 Olsztyn Pażus R.: Państwowy system odniesień przestrzennych. Część 1. Główny Urząd Geodezji i Kartografii. Departament Geodezji Kartografii i Systemów Informacji Przestrzennej. 42