Analiza dostępnych na statku informacji nawigacyjnych na podstawie m/s Nawigator XXI

Transkrypt

1 Scientific Journals Maritime University of Szczecin Zeszyty Naukowe Akademia Morska w Szczecinie 2008, 13(85) pp , 13(85) s Analiza dostępnych na statku informacji nawigacyjnych na podstawie m/s Nawigator XXI Analysis of navigational data availability on the basis of m/s Nawigator XXI Piotr Wołejsza, Tomasz Szewczuk 1 Akademia Morska w Szczecinie, Katedra Geoinformatyki Szczecin, ul. Wały Chrobrego 1 2, tel , piotr@am.szczecin.pl 1 Akademia Morska w Szczecinie, Instytut Nawigacji Morskiej Szczecin, ul. Wały Chrobrego 1 2, tel , slon@am.szczecin.pl Słowa kluczowe: informacje nawigacyjne, wspomaganie decyzji Abstrakt W celu poprawnego opracowania systemu wspomagania decyzji nawigatora należy na etapie projektowania określić informacje, na których podstawie decyzja będzie wypracowywana. Artykuł w pierwszej części prezentuje wymagania dotyczące obowiązkowego wyposażenia statków morskich w systemy i urządzenia nawigacyjne, a w drugiej szczegółową analizę dostępnych informacji nawigacyjnych na przykładzie statku m/s Nawigator XXI. Key words: navigational data, decision support Abstract In order to devise a navigator s decision support system correctly, information should be specified, on stage of projecting, on basis of which the decision shall be worked out. The article presents requirements concerning obligatory ship equipment in navigational systems devices, the second part presents the detailed analysis of accessible navigational information on example of the m/s Nawigator XXI. Wstęp Podstawowym celem prowadzenia nawigacji jest sprawne i bezpieczne przejście statku po założonej trajektorii. Wychodząc z powyższego celu, nawigacyjny system wspomagający podejmowanie decyzji musi realizować dwa podstawowe zadania: prowadzenie statku po założonej trajektorii oraz unikanie kolizji. Podstawą opracowania takiego systemu jest szczegółowa analiza informacji nawigacyjnych dostępnych na statku. Wymagania konwencyjne Rozdział V, paragraf 19 Konwencji SOLAS (Safety Of Life At Sea) poświęcony jest obowiązkowemu wyposażeniu statków morskich w systemy i urządzenia nawigacyjne. To, jakie wyposażenie powinien posiadać konkretny statek, zależy od daty rozpoczęcia jego budowy (położenia stępki) oraz od tonażu brutto (GT Gross Tonnage). Konwencja przewiduje następujące grupy tonażowe: do 150 GT, GT, GT, GT, GT, GT, powyżej GT. W tabeli 1 przedstawiono pełne wymagania zawarte w paragrafie 19. Zeszyty Naukowe 13(85) 115

2 Piotr Wołejsza, Tomasz Szewczuk Tabela 1. Obowiązkowe wyposażenie statków morskich w systemy i urządzenia nawigacyjne [1] Table 1. Obligatory sea vessel equipment with systems navigational devices [1] Para No. Reg. 19 Equipment Item Equipment for ships built on or after 1 July 2002 All Ships 150 gt & all passenger ships 300 gt & all passenger ships 500 gt 3000 gt gt Stard magnetic compass X X X X X X X Pelorus X X X X X X X Means of correcting headings / bearings to true X X X X X X X Nautical Charts or ECDIS X X X X X X X Back up if ECDIS fitted X X X X X X X GNSS receiver or terrestrial position finding equipment gt X X X X X X X Radar reflector (v/ls under 150 gt only) X Sound Reception System (if bridge totally enclosed) X X X X X X X Telephone to emergency steering position (where fitted) X X X X X X X Spare magnetic compass. X X X X X X Daylight signalling lamp. X X X X X X Echo sounder.. X X X X X GHz radar.. X X X X X Electronic plotting aid (EPA).. X Speed distance measuring equipment (SDME) (through water)) Means to transmit heading heading information to Radar, EPA AIS 2.4 Automatic identification system (AIS) See also ANNEX 17-AIS for timetable.. X X X X X.. X Gyro compass... X X X X Gyro Repeater at emergency steering position... X X X X Gyro Repeater for bearings 360 of horizon... X X X X Indicators for rudder angle, propeller thrust, pitch revs Automatic tracking aid (ATA) Radar Equipment Notes 3 GHz radar (or where Administration considers appropriate a second 9 GHz radar)... X X X X... X X X X.... X X X Second ATA.... X Automatic radar plotting aid (ARPA)..... X X Heading or track control system See also ANNEX 18 STEER-GEAR for Guidance Notes..... X X Rate of turn indicator X V/20 SDME ( ground in forward thwartships direction) Voyage Data Recorder (VDR) Simplified Voyage Data Recorder (S-VDR) See ANNEX 10 VDR for implementation timetable X 116 Scientific Journals 13(85)

3 Analiza dostępnych na statku informacji nawigacyjnych na podstawie m/s Nawigator XXI Poniżej przedstawiono wymagania dla statków z ostatniej grupy, których budowa rozpoczęła się po r. Statek taki powinien posiadać następujące wyposażenie (w wykazie nie uwzględniono repetytorów, wskaźników i urządzeń sygnałowych) [1]: AIS (Universal Ship borne Automatic Identification System), odbiornik systemu nawigacji satelitarnej określający pozycję statku w sposób automatyczny, radar 3 cm i 10 cm (X-b S-b), ARPA (Automatic Radar Plotting Aids), ATA (Automatic Tracking Aid), ECDIS (Electronic Chart Display Information System) 2 szt., żyrokompas, urządzenie mierzące prędkość i drogę przebytą względem wody, urządzenie mierzące prędkość i drogę przebytą względem dna, echosonda, kompas magnetyczny 2 szt. (w tym jeden zapasowy). Źródła informacji nawigacyjnej dostępne na statku Z punktu widzenia przydatności dla systemu wspomagania decyzji powyższe źródła zostały podzielone na dwie grupy: grupa urządzeń podstawowych będąca źródłem informacji niezbędnych dla prawidłowego działania systemu; grupa urządzeń dodatkowych będąca źródłem informacji, które mogą stanowić uzupełnienie informacji podstawowych. Źródła podstawowe: AIS, z którego możemy uzyskać następujące informacje w stardzie NMEA 0183: a) identyfikator wiadomości, b) wskaźnik ilości powtórzeń komunikatu, c) identyfikator użytkownika systemu (numer MMSI Maritime Mobile Service Identity), d) status nawigacyjny statku, e) prędkość obrotowa statku, f) prędkość statku nad dnem, g) dokładność wyznaczonej pozycji, h) szerokość i długość geograficzna, i) kąt drogi nad dnem, j) kurs, k) czas utworzenia pakietu, l) nazwa statku, m) znak wywoławczy, n) przypuszczalny czas przybycia do celu, o) cel podróży, p) inne informacje potrzebne do działania systemu AIS. GPS (Global Positioning System), z którego możemy uzyskać następujące informacje w stardzie NMEA 0183: a) czas uniwersalny, b) szerokość geograficzna, c) długość geograficzna, d) wskaźnik jakości, e) liczba satelitów użytych do określenia pozycji, f) geometryczne miary dokładności, g) wysokość anteny, h) system odniesienia, i) tryb pracy, j) prędkość względem dna, k) kurs względem dna, l) zejście z kursu, m) kurs do najbliższego punktu drogi, n) współrzędne najbliższego punktu drogi, o) odległość do najbliższego punktu drogi, p) namiar do najbliższego punktu drogi, q) deklinacja. Radar/ARPA/ATA, z których możemy uzyskać następujące informacje w stardzie NMEA 0183: a) numer obiektu, b) odległość obiektu od statku własnego, c) namiar rzeczywisty/względny na obiekt, d) prędkość obiektu (rzeczywista/względna), e) Kurs obiektu (rzeczywisty/względny), f) CPA (Closest Point of Approach), g) TCPA (Time to Closest Point of Approach), h) status śledzenia obiektu, i) czas uniwersalny, j) tryb wprowadzenia do śledzenia (ręczny/automatyczny), k) szerokość geograficzna obiektu, l) długość geograficzna obiektu. ECDIS: a) przeszkody stałe: oznakowanie nawigacyjne, linia brzegowa. b) głębokość akwenu. Żyrokompas: a) kurs żyrokompasowy (kurs rzeczywisty). Log: a) mechaniczny, hydrodynamiczny, elektromagnetyczny: prędkość względem wody, droga przebyta względem wody. b) dopplerowski (w zależności od aktualnej głębokości): prędkość względem wody/dna, Zeszyty Naukowe 13(85) 117

4 Piotr Wołejsza, Tomasz Szewczuk droga przebyta względem wody/dna. Echosonda: a) głębokość wody pod stępką. Źródła dodatkowe anemometr: a) kierunek wiatru względnego/rzeczywistego, b) prędkość wiatru względnego/rzeczywistego. system odbioru morskich informacji bezpieczeństwa (Navtex, EGC Enhanced Group Calling, radioteleks): a) ostrzeżenia nawigacyjne, b) ostrzeżenia meteorologiczne, c) informacje o akcjach poszukiwania i ratowania. kompas magnetyczny: a) kurs kompasowy czujnik zanurzenia: a) zanurzenie na dziobie, b) zanurzenie na rufie, c) zanurzenie na śródokręciu (lewa burta), d) zanurzenie na śródokręciu (prawa burta). Źródła informacji nawigacyjnej dostępne na statku Nawigator XXI System wspomagania decyzji, pracujący w czasie rzeczywistym, będzie mógł wypracowywać rozwiązania sytuacji kolizyjnej na podstawie danych pochodzących z następujących urządzeń nawigacyjnych dostępnych na statku szkolno- -badawczym m/s Nawigator XXI: AIS model: Nauticast X-Pack DS AIVDM zaszyfrowane dane AIS DTM Datum Reference RMC Recommended Minimum Navigation Information $--RMC,hhmmss.ss,A,llll.ll,a,yyyyy.yy,a,x.x,x.x, xxxx,x.x,a*hh GGA Global Positioning System Fix Data. Time, Position fix related data for a GPS receiver $--GGA,hhmmss.ss,llll.ll,a,yyyyy.yy,a,x,xx,x.x,x. x,m,x.x,m,x.x,xxxx*hh GLL Geographic Position Latitude/Longitude $--GLL,llll.ll,a,yyyyy.yy,a,hhmmss.ss,A*hh ZDA Time & Date UTC, Day, Month, Year Local Time Zone $--ZDA,hhmmss.ss,xx,xx,xxxx,xx,xx*hh VTG Track Made Good Ground Speed $--VTG,x.x,T,x.x,M,x.x,N,x.x,K*hh GPS model: CSI MiniMax GPS model: Koden KGP-913D GGA Global Positioning System Fix Data. Time, Position fix related data for a GPS receiver $--GGA,hhmmss.ss,llll.ll,a,yyyyy.yy,a,x,xx,x.x,x. x,m,x.x,m,x.x,xxxx*hh GLL Geographic Position Latitude/Longitude $--GLL,llll.ll,a,yyyyy.yy,a,hhmmss.ss,A*hh GSA GPS DOP active satellites $--GSA,a,a,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x.x,x.x,x. x*hh RMC Recommended Minimum Navigation Information $--RMC,hhmmss.ss,A,llll.ll,a,yyyyy.yy,a,x.x,x. x,xxxx,x.x,a*hh VTG Track Made Good Ground Speed $--VTG,x.x,T,x.x,M,x.x,N,x.x,K*hh ZDA Time & Date UTC, Day, Month, Year Local Time Zone $--ZDA,hhmmss.ss,xx,xx,xxxx,xx,xx*hh Radar/ARPA model: JMA TLL Target Latitude Longitude TTM Tracked Target Message $--TTM,xx,x.x,x.x,a,x.x,x.x,a,x.x,x.x,a,c--c,a, a*hh OSD Own Ship Data (do potwierdzenia) $--OSD,x.x,A,x.x,a,x.x,a,x.x,x.x,a*hh Żyrokompas model: Gyro STD22 Anschutz (możliwe wyprowadzenie danych w formacie NMEA przez złącze drugiego repetytora forma danych do sprawdzenia w dokumentacji technicznej) Echosonda model: Skipper GDS 101 Depth & Draught $SDDPT,xxxx.x,xxxx.x,xxxx.x*hh<CR> Depth below surface $SDDBS,xxxx.x,f,xxxx.x,M,xxx.x,F*hh<CR> Depth below transducer $SDDBT,xxxx.x,f,xxxx.x,M,xxx.x,F*hh<CR> Depth below keel $SDDBK,xxxx.x,f,xxxx.x,M,xxx.x,F*hh<CR> [Fore/Aft] transducer $SDXDR,D,x,x,M,c-c,<Cr><Lf> 118 Scientific Journals 13(85)

5 Analiza dostępnych na statku informacji nawigacyjnych na podstawie m/s Nawigator XXI Tabela 2. Dokładności urządzeń nawigacyjnych deklarowane przez producentów Table 2. Accuracy of the navigation devices declared by the producers AIS GPS Radar ECDIS Log Urządzenie Żyrokompas Echosonda Dokładność Nauticast X-Pack DS [2] Dokładność pozioma: 10 m (2drms) pionowa: 15 m (2drms) DGPS: < 5 m (2drms) Koden KGP-913D [3] Określanie pozycji: 10 m RMS (włączony tryb DGPS), 100 m 2DRMS (wyłączony tryb DGPS), współczynnik PDOP: 3 lub mniejszy. Dokładność określania prędkości 0,1 knot RMS (włączony tryb DGPS) Maksymalna określana prędkość: 200 kts CSI MiniMax [4] Dokładność pozioma: mniejsza niż 1 m (95%) Trimble NT 200D brak danych JMA-5300 [5] rozróżnialność promieniowa: mniejsza niż 1% używanego zakresu lub mniej niż 15 m w zależności, która wartość jest większa rozróżnialność kątowa: mniejsza niż 1 Brak danych Gyro STD22 Anschutz [6] błąd statyczny: 0,1 x sec(ϕ), RMS błąd dynamiczny: 0,4 x sec(ϕ), RMS (przyspieszenia poziome oraz kołysania boczne i wzdłużne) Brak danych (teoretycznie 0,05 kt) Skipper GDS 101 [7] dokładność pomiaru: lepsza niż 1% zakresu pracy Źródło: [2, 3, 4, 5, 6, 7]. Objaśnienie: RMS (root mean square) średni błąd kwadratowy odległości, prawdopodobieństwo 63 68%. 2DRMS (twice the distance root mean square) podwojony średni błąd kwadratowy odległości, prawdopodobieństwo 95 98%. R95 (95% radius) 95 promień okręgu zawierającego 95% wyników pomiarów pozycji dwuwymiarowej. Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonej analizy informacji nawigacyjnych dostępnych na statku Nawigator XXI można wyciągnąć następujące wnioski: pozycję geograficzną, prędkość i kąt drogi nad dnem statku własnego można uzyskać z czterech różnych odbiorników GPS, prędkość i droga przebyta względem dna jest dostępna z odbiorników GPS oraz logu dopplerowskiego, pozycję geograficzną statków obcych można uzyskać z systemu AIS oraz ARPY. Wydaje się zasadnym, aby przed przystąpieniem do obliczania parametrów spotkania (CPA, TCPA) oraz nowych parametrów ruchu danego statku prwadzących do rozwiązania sytuacji kolizyjnej, przeprowadzić fuzję wyżej wymienionych danych. W procesie integracji należy uwzględnić deklarowane przez producentów dokładności poszczególnych urządzeń. Bibliografia 1. Carriage requirements for shipborne navigational systems equipment Regulations/regulation19.htm 2. Dokumentacja techniczna AIS model Nauticast X-Pack DS.; 20prod_specs_11_2003.pdf 3. Dokumentacja techniczna odbiornika GPS model Koden KGP-913D; 4. Dokumentacja techniczna odbiornika GPS model CSI MiniMax; 001_Mini%20MAX%20Manual% _.pdf 5. Dokumentacja techniczna radaru JRC model JMA ; Instruction.pdf 6. Dokumentacja techniczna żyrokompasu Gyro STD22 Anschutz; broschueren/std22%20sc.pdf 7. Dokumentacja techniczna echosondy Skipper GDS 101; AlWeb/EC7F1F8ECC0C28D1C125725E002F2113/$file/ GDS101Cbrochure.pdf?OpenElement Recenzent: dr hab. inż. Wiesław Galor, prof. AM Akademia Morska w Szczecinie Zeszyty Naukowe 13(85) 119