POLITECHNIKA RADOMSKA im. K. Pułaskiego PRACE NAUKOWE TRANSPORT NR...(...) 2005 WYMAGANIA DOKŁADNOŚCIOWE DLA RADAROWEGO SYSTEMU VTS

Transkrypt

1 POLITECHNIKA RADOMSKA im. K. Pułaskiego PRACE NAUKOWE TRANSPORT NR...(...) 2005 WYMAGANIA DOKŁADNOŚCIOWE DLA RADAROWEGO SYSTEMU VTS Henryk ŚNIEGOCKI Akademia Morska w Gdyni, Wydział Nawigacyjny ul. Morska 81-87, Gdynia, tel.: (58) , henryksa@am.gdynia.pl 1. WSTĘP Systemy nadzoru i kontroli ruchu statków stają się systemami powszechnie zakładanymi na obszarze podejściowym do portów oraz na akwenach o dużym natężeniu ruchu. Od systemów tych, opartych dotychczas na urządzeniach radarowych, oczekuje się podniesienia poziomu bezpieczeństwa żeglugi. Przepisy prawne (międzynarodowe) dotyczące tych systemów niezbyt precyzyjnie podają, jaki poziom dokładności wskazań muszą one zapewnić. Powoduje to, że poziom bezpieczeństwa, jaki ten system ma zapewnić nie zawsze jest wystarczający. Dokumentem dotyczącym wymagań prawnych związanych z VTS jest rezolucja A.857(20) Zgromadzenia Ogólnego Międzynarodowej Organizacji Morskiej (International Maritime Organisation IMO) zatytułowana "Wytyczne dla systemów kontroli i nadzoru ruchu statków". We wstępie tej rezolucji czytamy, że należy jej używać łącznie z rezolucją Komitetu Bezpieczeństwa na Morzu (Maritime Safety Committee) MSC.43(64) dotyczącą wytycznych i kryteriów dla statkowych systemów raportowania oraz z przewodnikiem dla systemów VTS wydawanym przez International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities (IALA). 2. WYMAGANA DOKŁADNOŚĆ JEST STAWIANA PRZEZ PRZEWODNIK IALA DLA SYSTEMÓW VTS Wymagania dla wykrywalności radaru: Radar powinien być w stanie wykryć w celu dalszego wyświetlenia, wszystkie poruszające się lub stałe obiekty, które spełniają kryteria wykrywalności w obszarze pokrycia radaru podczas wszystkich określonych okoliczności pracy radaru. Wykrywalność radaru może się, więc zmieniać w zależności od określonych wymagań poszczególnego VTS, jednak następujące kryteria powinny być użyte jako podstawa do oceny wykrywalności radaru: Dla nieruchomych obiektów pływających radar powinien być w stanie wykryć wszystkie współcześnie stawiane pływające pomoce nawigacyjne wyposażone w ośmiościenny reflektor radarowy, o średnicy 1 metra, ustawione w odległości 8 mil

2 morskich od pozycji anteny radarowej, przy zasięgu widzialności 5 kabli, lub podczas opadu deszczu o intensywności do 10 mm/godz. i przy stanie morza 1. Dla statków przy określaniu wykrywalności radaru należy wziąć pod uwagę typy statków najczęściej operujących w rejonie VTS. Charakteryzując pracę radaru przy wykrywaniu statków różnej wielkości należy brać pod uwagę wytyczne zawarte w tabeli nr 1: Przykładowe wymagania, co do wykrywalności radaru Rozmiar statku 6m 20m 80m drewniany drewniany stalowy GRT Zakres radaru 6 Mm X X X X 12 Mm X X X 18 Mm X X 24 Mm X X Widzialność Dobra X X X X 0,5 Mm X X X Opad deszczu na godz. 18 mm X X X 25 mm X X X 60 mm X X Stan morza 1 X X X X 2 X X X 3 X X 4 X X 5 X Tabela 1 Przykładowe wymagania co do wykrywalności radaru wg IALA Vessel Traffic Services Manual. Znak x oznacza, że jako minimum radar powinien być w stanie wykryć obiekty w 5 z każdych 10 obrotów anteny, uśredniając w okresie 2 minut i udostępnić je do wyświetlenia 2.1. Wymagania dla dokładności wskazań radaru: Wymagana rozdzielczość radaru jest zależna od rodzaju zadań, jakie ma spełniać VTS. Ostatecznym operacyjnym testem może być zdolność radaru i innych podsystemów do utrzymania widocznego rozdziału pomiędzy statkami manewrującymi w określonym obszarze w niewielkiej odległości od siebie lub statkami a obiektami stałymi. W celu zachowania obiektywności pomiaru rozdzielczości można użyć dwóch reflektorów radarowych odpowiadających przekrojom poprzecznym dwóch wybranych statków, ustawionych na odpowiedniej wysokości nad poziom morza. Rozróżnialność odległościowa i dokładność pomiaru odległości mogą się różnić w zależności od zastosowań. W normalnych warunkach można przyjąć następujące wytyczne: Radar powinien być w stanie rozróżnić pomiędzy dwoma stalowymi statkami o długości 20 metrów, znajdującymi się w tym samym namiarze, między którymi odległość wynosi 30 metrów na zakresie 6 mil morskich podczas opadów deszczu o intensywności do 25 mm/godz. Radar powinien określać odległość z dokładnością plus minus 30 metrów na zakresie 6 mil morskich. Rozróżnialność kątowa i dokładność namiaru mogą się różnić w zależności od zastosowań. W normalnych warunkach można przyjąć następujące wytyczne:

3 Radar powinien być w stanie wyróżnić na zakresie 6 mil morskich dwa 20 metrowe stalowe statki oddalone od siebie w azymucie o 75 metrów podczas opadów deszczu o intensywności do 25 mm/godz., a podczas opadów deszczu 80 mm/godz, oddalonych od siebie w azymucie o 185 metrów. Radar pracujący w paśmie X ( MHz) powinien być w stanie określić namiar, w którym znajduje się obiekt z dokładnością 0,6 stopnia, a radar pracujący w paśmie S ( MHz) z dokładnością 1 stopnia. 3. DOKŁADNOŚĆ ŚLEDZENIA OBIEKTÓW PRZEZ KOMPUTER (ARPA). Komputer śledzący powinien umożliwiać we wszystkich warunkach akwizycję i utrzymanie śledzenia jakiegokolwiek obiektu, który zostaje wykryty przez radar przynajmniej w 5 z 10 obrotów anteny uśredniając w okresie 2 minut. Natomiast dokładność danych o obiektach, dostarczanych przez komputer śledzący powinna mieścić się we wcześniej wyznaczonych granicach, związanych z ograniczeniami urządzeń pomiarowych (radarów). Brak jest, więc konkretnych (mierzalnych) wytycznych, co do dokładności poszczególnych danych o ruchu statku na wyjściu z komputera śledzącego. Organizacja budująca VTS jest zobowiązana wyznaczyć granice dokładności tych danych (uwzględniając ograniczenia radaru), istnieje, więc tutaj duże prawdopodobieństwo rozbieżności dokładności tych danych w poszczególnych VTS. Do danych tych mogą należeć: informacja o pozycji, prędkości i kursie obiektu, ETA do określonego punktu, CPA i TCPA do innych statków. Należy brać pod uwagę, że w związku z procesem filtracji danych z radaru w komputerze śledzącym jakiekolwiek zmiany w prędkości lub kursie obiektu są widoczne dopiero po pewnym czasie (około 10 obrotów anteny) a wskazywane informacje o pozycji, kursie, prędkości i CPA pozostają w opóźnieniu wobec danych rzeczywistych Opóźnienia wskazań przez system VTS. W poradniku nie sprecyzowano ograniczeń w opóźnieniu prezentacji parametrów ruchu jednostki. Na torze podejściowym do Portu Północnego będącego w obszarze działania VTS Gdańsk wykonano badania wektora ruchu statku wskazywanego przez VTS i porównano go ze składowymi rejestrowanymi za pomocą przyrządów statkowych. Dane rzeczywiste rejestrowano z dokładnością nie mniejszą niż 1 (kurs) i 0,5 kn (prędkość). Czas pomiaru został zsynchronizowany z czasem wskazywanym przez system. Statek Horyzont II (długość 56,34 m, szerokość 11,36 m i wysokość 21,75 m) przechodząc torem podejściowym w kierunku portu z prędkością ok. 11 w. wykonał zmianę kursu o 45 stopni. Badania wykazały, że wskazania kursu z VTS wykazują różnice 30 w stosunku do wskazań przyrządów statkowych, a opóźnienie wykrycia niewielkich zmian kursu przekracza minutę. Dużo większe różnice wskazań występują w przypadku wykonywania manewrów kursem i prędkością jednocześnie.

4 Rysunek 1 Porównanie badanych wektorów ruchu statku na zwrocie o 45 przy stałej prędkości: czerwony wektor ruchu z GPS, niebieski wektor ruchu z żyrokompasu, zielony wektor ruchu z VTS. Rysunek 2. Diagramy przedstawiające różnice mierzonych parametrów ruchu względem układu wzorcowego na zwrocie o 45 przy stałej prędkości Na podstawie tego badania stwierdzono, że pomoc VTS w kierunkowym prowadzeniu statku na ograniczonym torze jest znikoma i ogranicza się do wiarygodnych wskazań prędkości statku, szczególnie, kiedy jest ona niewielka rzędu kilku węzłów. Przykład powyższy nasuwa wątpliwości, czy wyżej wymienione kryteria pozwalają na spełnienie przez system podstawowego postulatu, czyli dostarczenia operatorowi informacji do jasnej i wyraźnej oceny ruchu statków. W praktyce nawigacyjnej obserwuje się, że w obszarach podejść do portów w wąskich przejściach statki poruszają się blisko niebezpieczeństw i mijają się na odległościach mieszczących się w granicach rozróżnialności dwóch ech radarowych. Wątpliwość ta znajduje potwierdzenie w sytuacjach, w których operator nie jest w stanie z informacji radarowych dostatecznie

5 szybko wywnioskować o manewrach statków i informacja do statków przychodzi zbyt późno lub nie przychodzi wcale i dochodzi do wypadku. Trzeba mieć jednak świadomość, że kryteria były formułowane w ten sposób, aby na współczesnym poziomie rozwoju techniki można było wyprodukować urządzenia spełniające te kryteria i aby były one dostępne dla organizacji planujących poprawić stan bezpieczeństwa na podległych im obszarach. 4. WNIOSKI: Niewielka zmiana wektora ruchu statku lub jej brak oraz kilkuminutowy okres czasu do osiągnięcia niebezpieczeństwa umożliwiają operatorowi VTS podjęcie działań zapobiegawczych. Szybka zmiana wektora ruchu, krótki okres czasu do osiągnięcia przez statek niebezpieczeństwa, uniemożliwiają podjęcie reakcji przez operatora. W sytuacji, gdy normalną praktyką jest przechodzenie statków obok siebie w odległościach mniejszych niż rozdzielczość radaru obsługującego dany obszar, nawet przy stałych kursach i prędkościach statków operator nie ma możliwości prawidłowej oceny sytuacji. Jeżeli sytuacja niebezpieczna rozwija się bardzo szybko obok bezwładności wskazań radaru i komputera śledzącego znaczenia nabiera czas na nawiązania łączności między VTS a statkami i przekazanie ostrzeżenia. Przewodnik dla systemów VTS zaznacza, że dokładność wskazań VTS jest zależna od przeznaczenia systemu, jednak kryteria, które podaje dla normalnych warunków dotyczą zarówno systemu informacyjnego, asysty nawigacyjnej oraz organizacji ruchu. W takim sensie należy, więc traktować je jako wymagania minimalne. Kryteria odwołują się też do normalnych warunków, należy, więc uważnie przyjrzeć się warunkom na konkretnym akwenie. Nie są sprecyzowane warunki normalne i organizacja jest odpowiedzialna za rozpoznanie warunków i ewentualne zakwalifikowanie ich do trudniejszych, a przez to zwiększenie wymagań, co do dokładności urządzeń. Brak jest jednak konkretnych wartości parametrów, do których należy ją zwiększyć. Podsumowując dokładność danych uzyskanych z VTS opartego na radarze jest niewystarczająca do jasnej i wyraźnej oceny ruchu statków w sytuacjach: Gdy dopuszcza się przepływanie statków obok niebezpieczeństwa nawigacyjnego w odległości mniejszej niż odległość, której przepłyniecie, biorąc pod uwagę ewentualność gwałtownej zmiany kursu w kierunku niebezpieczeństwa, zajmie statkowi mniej czasu, niż łącznie: operatorowi VTS rozpoznanie zejścia statku z kursu w tamtym obszarze, nawiązanie łączności i przekazanie ostrzeżenia a statkowi wykonanie manewru zapobiegawczego, to operator nie może zareagować. Podobnie jest przy mijaniu statków, gdy dopuszcza się odległość mijania mniejszą niż odległość, której przebycie, dla obydwu statków uwzględniając ich łączną gwałtowną zmianę kursu na siebie, zajmie mniej czasu, niż łącznie: operatorowi VTS rozpoznanie zejścia statków z kursu w tamtym obszarze, nawiązanie łączności i przekazanie ostrzeżenia a statkom wykonanie manewrów zapobiegawczych. Ważnym czynnikiem obok dokładności są parametry manewrowe statków i prędkość przejścia oraz czas do nawiązania łączności i przekazanie ostrzeżenia. Czas ten jest niezależny od pozostałych czynników i nawet przy bardzo dużej dokładności danych z VTS opartego na radarze, w bardzo wąskich przejściach nie byłoby możliwe

6 zapobieżenie rozwojowi sytuacji niebezpiecznej przez operatora. Wydaje się, że w takich obszarach tylko bezpośrednia informacja o kursie statku, np.: pochodząca z automatycznego systemu identyfikacji AIS pozwala operatorowi VTS lepiej ocenić ruch statku, ale tutaj również występują ograniczenia. 5. LITERATURA [1] IMO Assembly Resolution A.857(20). [2] Maritime Safety Committee Resolution MSC.43(64). [3] IALA VTS Manual, wydanie drugie. [4] IALA Guidelines on AIS as a VTS Tool. [5] SOLAS Regulation V/12 Vessel traffic services. [6] Śniegocki H. Badanie wektora ruchu statku na torze podejściowym VTS Gdańsk. Rozprawa doktorska, Gdynia ACCURACY REQUIREMENTS OF RADAR VTS SYSTEMS (Summary) The Systems of vessels traffic control are based on radar systems so far, are meant to improve the safety of navigation. They are systems which are commonly employed in port approaches and in areas of high traffic. The safety level to be assured by such systems is not always met because the international regulations regarding these systems are not very precise as to the accuracy of indications of these systems.