THE AUTOMATIZATION OF THE CALCULATION CONNECTED WITH PROJECTING LEADING LIGHTS

Transkrypt

1 XIII-th International Scientific and Technical Conference THE PART OF NAVIGATION IN SUPPORT OF HUMAN ACTIVITY ON THE SEA Naval University in Poland Institute of Navigation and Hydrography Rafał Ropiak, Krzysztof Czaplewski Naval University of Gdynia Institute of Navigation and Hydrography 69, Śmidowicza Str Gdynia Poland THE AUTOMATIZATION OF THE CALCULATION CONNECTED WITH PROJECTING LEADING LIGHTS Abstract The paper presents conception of the automatization of the leading lights calculation. The process of the automatization is assisted with computer's programme which was created during realization of the master's thesis subject. Authors proposed labour saving procedures for calculation and checking the leading lights parameters. The presents method was checked basis of three leading lights in Polish harbours

2 Rafał Ropiak, Krzysztof Czaplewski AUTOMATYZACJA OBLICZEŃ ZWIĄZANYCH Z PROJEKTOWANIEM NABIEŻNIKA LINIOWEGO METODYKA PROJEKTOWANIA NABIEŻNIKA LINIOWEGO Proces projektowania dziennego nabieżnika liniowego można podzielić na trzy zasadnicze etapy. Etap pierwszy zawiera zebranie danych początkowych, w etapie drugim należy wykonać obliczenia wstępne, trzeci etap obejmuje kontrolę obliczeń i optymalizację parametrów nabieżnika. Etap pierwszy - zebranie danych początkowych. Zawiera elementy, które są indywidualne dla każdego nabieżnika. Na tym etapie należy określić: - szerokość toru wodnego lub odległość od przeszkody nawigacyjnej (w zależności od charakteru nabieżnika), - długość odcinka użytecznego, - odległość od pierwszego znaku do najbliższego punktu odcinka użytecznego, - dane taktyczno techniczne jednostki maksymalnej, która może wykorzystać określony nabieżnik (długość jednostki, szerokość jednostki, wzniesienie oczu obserwatora i elementy manewrowe), - widzialność meteorologiczną w rejonie (zebranie danych statystycznych), - punkty wysokościowe terenu na linii nabieżnika, - kierunek osi nabieżnika. Etap drugi - obliczenia wstępne elementów nabieżnika. Zawiera następujące fazy obliczeń: - określenie dopuszczalnego odchylenia bocznego od osi nabieżnika (w zależności od szerokości toru oraz parametrów jednostki maksymalnej), - obliczenie odległości pomiędzy znakami nabieżnika (w niektórych wypadkach może być ona zdeterminowana poprzez warunki zewnętrzne), - rozmiary znaków nabieżnika (zwłaszcza wysokości staw nabieżnikowych), - określenie światłości, koloru oraz charakterystyki świateł nabieżnikowych oraz wysokości ich umieszczenia. Etap trzeci - kontrola obliczeń i optymalizacja parametrów nabieżnika. Ostatni i najważniejszy z etapów zawiera następujące fazy: 1. Sprawdzenie warunku minimalnego natężenia oświetlenia źrenicy oka obserwatora

3 2. Sprawdzenie natężenia oświetlenia źrenicy oka obserwatora w strefie akwizycji. 3. Sprawdzenie stosunku natężeń oświetlenia źrenicy oka obserwatora w kolejnych punktach odcinka użytecznego. 4. Sprawdzenie warunku zapobiegania olśnieniom. 5. Porównanie minimalnego kąta rozdzielczości pionowej świateł z rzeczywistym kątem rozdzielczości pionowej świateł. 6. Porównanie rzeczywistego odchylenia bocznego od osi nabieżnika z bezpiecznym odchyleniem bocznym od osi nabieżnika. 7. Ocena nabieżnika poprzez współczynnik jakości K. 8. Optymalizacja parametrów nabieżnika. Ostatnią fazą obliczeń jest optymalizacja parametrów nabieżnika. Jest ona konieczna, gdy którekolwiek z kryteriów przedstawionych powyżej wychodzi poza dopuszczalne granice. Proces optymalizacji polega na zmianie odległości pomiędzy stawami nabieżnika, jak również na zmianie wysokości staw nabieżnikowych i światłości świateł. Zwiększenie odległości pomiędzy stawami nabieżnikowymi poprawi czułość. Większa czułość może spowodować to, że jednostki pływające będą miały problem z utrzymaniem się w linii nabieżnika. Dotyczy to głównie punktów w niewielkiej odległości od stawy przedniej. W takim wypadku niezbędne w oznakowaniu toru wodnego jest wystawienie oznakowania pływającego. Zwiększenie wysokości znaku tylnego (bądź zmniejszenie wysokości znaku przedniego) spowoduje wzrost kąta pionowego. Zbyt duża wartość tego kąta wpływa na jakość obserwacji i zwiększa wartość bezpiecznego kąta poziomego, co powoduje zmniejszenie czułości. Warunki dotyczące świateł można poprawiać poprzez zmianę ich światłości. Proces optymalizacji może wymagać wielokrotnego powtarzania obliczeń, to główny powód stworzenia narzędzia wspomagającego, jakim jest aplikacja komputerowa Projektowanie nabieżnika liniowego. Efektem obliczeń powinien być zbiór danych pozwalających na wystawienie nabieżnika. Są to: - odległość pomiędzy stawami nabieżnika, - wysokości staw nabieżnikowych, - światłości, kolory i charakterystyki świateł nabieżnikowych. APLIKACJA KOMPUTEROWA Aplikacja komputerowa Projektowanie nabieżnika liniowego pozwala wyznaczyć elementy nabieżnika liniowego, a także przeprowadzić ich kontrolę zgodnie z przyjętymi kryteriami. Wykorzystanie programu znacznie skraca czas projektowania i pozwala na szybkie wprowadzanie zmian. Wykorzystując aplikację można przeprowadzić kontrolę jakości parametrów nabieżnika już wystawionego. Program zbudowany jest z jednego obiektu głównego i czterech obiektów podrzędnych

4 Obiekt główny łączy obiekty podrzędne w jedną całość. Obiekty podrzędne to: a.) Tor wodny. b.) Stawy nabieżnikowe. c.) Światła nabieżnikowe. d.) IALA info. Obiekt <Tor wodny> pozwala na obliczenie dopuszczalnego odchylenia bocznego od osi nabieżnika. W obliczeniach przyjmuje się parametry jednostki maksymalnej korzystającej z nabieżnika. Obiekt <Stawy nabieżnikowe> pozwala obliczyć odległości pomiędzy stawami nabieżnika oraz wysokości i szerokości staw nabieżnikowych. Obiekt <Światła nabieżnikowe> pozwala obliczyć wymagane światłości źródeł świateł nabieżnikowych dla określonych parametrów. Do obiektu dołączono obiekt podrzędny o nazwie < Sprawdź światła >, którego zadaniem jest sprawdzenie obliczeń świateł zgodnie z kryteriami IALA Obiekt <IALA info> ma charakter wyłącznie informacyjny. W celu sprawdzenia jakości obliczeń komputerowych wprowadzono współczynnik Ω. Ideą współczynnika Ω było porównanie wartości parametrów istniejącego nabieżnika z wartościami parametrów tego samego nabieżnika obliczonymi z wykorzystaniem aplikacji komputerowej. gdzie: Κ - analizowana wartość z obliczeń komputerowych, Λ - analizowana wartość rzeczywista. Κ Ω = (1) Λ W związku z tym, że nie wszystkie wartości rzeczywiste były znane z równą dokładnością przyjęto oceniać poprawność działania programu zgodnie z przedziałami opisanymi w tabeli 1. Tab. 1. Interpretacja współczynnika Ω. Wartość Ω Ocena poprawności działania programu 1 Bardzo dobry (0,95; 1) lub (1; 1,05) Dobry <0,8; 0,95> lub <1,05; 1,20> Dostateczny <0,8 lub >1,2 Niedostateczny W celu sprawdzenia elementów programu komputerowego posłużono się trzema nabieżnikami wystawionymi na polskim wybrzeżu: - STEPNICA PORT, - JASTARNIA, - PUCK REDA

5 Nabieżnik STEPNICA PORT Obliczenia dotyczące staw nabieżnikowych przedstawia tabela 2. Tab. 2. Porównanie obliczeń staw nabieżnika STEPNICA PORT. Rodzaj parametru Λ Κ Ω Długość linii bazy d [m] ,7 0,985 Wysokość przedniego światła H 1 [m] Wysokość przedniego światła po ,000 uwzględnieniu warunków terenowych [m] Wysokość tylnego światła dla kąta pionowego 16,7 14,7 0,880 4 i wysokości oka obserwatora 3 m [m] Wysokość tylnego światła dla kąta pionowego 16,7 16,3 0,976 6 i wysokości oka obserwatora 3 m [m] Wysokość tylnego światła dla kąta pionowego 16,7 14,4 0,862 4 i wysokości oka obserwatora 8 m [m] Wysokość tylnego światła dla kąta pionowego 6 i wysokości oka obserwatora 8 m [m] 16,7 16,0 0,958 Wartości współczynnika Ω <0,862; 1,000>. Nabieżnik JASTARNIA Obliczenia kontrolne wykonane dla nabieżnika JASTARNIA przedstawia tabela 3. Tab. 3. Porównanie obliczeń kontrolnych świateł nabieżnika JASTARNIA. Parametr nabieżnika Odległość Λ Κ Ω [m] Stosunek natężeń 1,8 1,9 1,056 Wymagany kąt pionowy [ ] 6,1 6,1 1,000 Obserwowany kąt pionowy (a = 2 m) [ ] 23,5 23,5 1,000 Obserwowany kąt pionowy (a = 4 m) [ ] 373,5 29,8 29,8 1,000 Odchylenie od osi nabieżnika (a = 2 m) [m] 1,6 2,0 1,250 Odchylenie od osi nabieżnika (a = 4 m) [m] 1,8 2,4 1,333 Stosunek natężeń 1,02 1,07 1,049 Wymagany kąt pionowy [ ] 5,2 5,1 0,981 Obserwowany kąt pionowy (a = 2 m) [ ] 15,3 15,2 0,993 Obserwowany kąt pionowy (a = 4 m) [ ] ,9 15,9 1,000 Odchylenie od osi nabieżnika (a = 2 m) [m] 11,8 11,8 1,000 Odchylenie od osi nabieżnika (a = 4 m) [m] 12,1 12,2 1,008 Stosunek natężeń 0,86 0,91 1,058 Wymagany kąt pionowy [ ] 4,5 4,2 0,933 Obserwowany kąt pionowy (a = 2 m) [ ] 6,5 6,5 1,000 Obserwowany kąt pionowy (a = 4 m) [ ] ,6 6,6 1,000 Odchylenie od osi nabieżnika (a = 2 m) [m] 48,3 48,4 1,002 Odchylenie od osi nabieżnika (a = 4 m) [m] 48,7 48,7 1,000 Wartości współczynnika Ω <0,933; 1,333>

6 Nabieżnik PUCK REDA Obliczenia kontrolne nabieżnika PUCK REDA przedstawia tabela 4. Parametr nabieżnika Odległość Λ Κ Ω [m] Wymagany kąt pionowy [ ] 7,65 7,81 1,033 Obserwowany kąt pionowy [ ] -20,0-20,0 1, Odchylenie od osi nabieżnika [m] 0,2 0,2 1,000 Współczynnik jakości K 16,8 16,7 0,994 Wymagany kąt pionowy [ ] 5,21 5,19 0,996 Obserwowany kąt pionowy [ ] 11,56 11,56 1, Odchylenie od osi nabieżnika [m] 19,9 19,9 1,000 Współczynnik jakości K 0,39 0,40 1,027 Wymagany kąt pionowy [ ] 4,62 4,59 0,994 Obserwowany kąt pionowy [ ] ,25 6,23 0,997 Odchylenie od osi nabieżnika [m] 53,58 53,71 1,002 Wartości współczynnika Ω <0,994; 1,033>. Wartości współczynnika Ω wyznaczają ocenę jakościową aplikacji komputerowej. W zdecydowanej większości przypadków, zgodnie z przyjętym wcześniej kryterium (tab. 1.), można uznać, że obliczenia programu są zgodne z parametrami istniejących nabieżników. WNIOSKI 1. Najistotniejszym elementem, który powinien być zautomatyzowany w procesie projektowania nabieżnika jest wykonywanie obliczeń kontrolnych (odchylenia bocznego, kąta pionowego, współczynnika jakości nabieżnika K). Powtarzanie obliczeń kontrolnych pozwala zoptymalizować parametry nabieżnika w zależności od wybranego kryterium. Powinny być one wykonywane dla całego odcinka użytecznego, a także dla strefy akwizycji z odpowiednio małym krokiem obliczeń. Ilość obliczeń kontrolnych w procesie projektowania jest bardzo duża, a zatem ich zautomatyzowanie wydaje się koniecznością. 2. Program Projektowanie nabieżnika liniowego pozwala na częściowe zautomatyzowanie procesu projektowania nabieżnika liniowego. Indywidualny charakter każdego nabieżnika nie pozwala na pełną automatyzację obliczeń. Aplikacja znacznie skraca czas obliczeń i pozwala na tabelaryczne przedstawienie wyników obliczeń kontrolnych. Jednocześnie uniemożliwia popełnienie błędu w trakcie prac projektowych. Program odpowiednio realizuje postawione przed nim zadanie i może służyć, jako pomoc przy projektowaniu nabieżników liniowych

7 LITERATURA [1] BHMW Spis świateł i sygnałów nawigacyjnych 521. Tom I. Gdynia. [2] CZAPLEWSKI K Modernizacja nabieżnika podejściowego do portu w Jastarni. Przegląd Morski nr 5, Gdynia. [3] IALA Recommendation for Leading Lights. IALA, Francja. [4] IALA Aids to Navigation Guide (Navquide), III edition. IALA, Francja. [5] KIERZKOWSKI W Pomiary morskie. Cz. I. Pomiary hydrograficzne. Tom III. WSMW, Gdynia. [6] KOPACZ Z. + zespół Nawigacyjne zagospodarowanie Zatoki Puckiej. Praca naukowo-badawcza pod kryptonimem PUCK. AMW, Gdynia. [7] LIPOK A Port Stepnica Obliczanie parametrów nawigacyjnych nabieżnika STEPNICA. maszynopis. Urząd Morski, Szczecin. [8] ROPIAK R Automatyzacja obliczeń związanych z projektowaniem nabieżnika liniowego. Praca magisterska, AMW, Gdynia