ZESZYTY NAUKOWE NR 11(83) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Analiza dokładności wskazań obiektów nawodnych. Accuracy Analysis of Sea Objects

Transkrypt

1 ISSN ZESZYTY NAUKOWE NR 11(83) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE IV MIĘDZYNARODOWA KONFERENCJA NAUKOWO-TECHNICZNA E X P L O - S H I P Adrzej Burzyński Aaliza dokładości wskazań obiektów awodych Słowa kluczowe: dokładość, radar, obiekty awode W artykule aalizowao dokładości wskazań obiektów zajdujących się a wodzie. Badaia wybraych obiektów prowadzoo wykorzystując zespół radarów Cetrum VTS Zatoka Gdańska i porówywao je z rzeczywistymi pozycjami odczytaymi za pomocą DGPS. Accuracy Aalysis of Sea Objects Key words: accuracy, radar, sea objects I his article the author aalyses the accuracy of objects which are situated o the sea. Research o selected objects has bee carried out i the Vessel Traffic Service coverig the Gulf of Gdask. The author compares positios of those objects o the basis of VTS ad DGPS readigs. 29

2 Adrzej Burzyński Wstęp Statystyki ostatich lat wykazują wzrost atężeia ruchu a obszarze Morza Bałtyckiego. Raporty z polskich portów wskazują a coraz większą liczbę zawijających statków oraz rosące ilości przeładowaego towaru. Pojawiają się jedostki o coraz większym toażu, a tym samym dłuższe i szersze. Bałtyk jest obszarem zamkiętym, co przy zwiększającej się liczbie przebywających a im obiektów pływających, powoduje większe prawdopodobieństwo wzajemych spotkań, jak rówież kolizji. W roku 2005 Bałtyk został zakwalifikoway przez Międzyarodową Orgaizację Morską (IMO) do grupy szczególie wrażliwych obszarów morskich (Particulary Sesitive Sea Area PSSA). Ozacza to, że admiistracje państw muszą dołożyć szczególych starań ukierukowaych a bezpieczeństwo środowiska aturalego. Zagadieie bezpieczeństwa posiada wiele aspektów. Jedym z ich jest dokłada zajomość położeia obiektów stałych, zakotwiczoych a morzu, jak i zajdujących się a im w ruchu. Jedostki pływające oraz pozostałe obiekty zajdujące się a morzu obserwowae są przez operatorów a róże sposoby. Jedym z ich, który pozwala a wykrycie i śledzeie obiektów w różych warukach atmosferyczych jest radar/arpa [4]. Dodatkowo większość jedostek pływających posiada zaistalowae a pokładzie urządzeie do automatyczej idetyfikacji statków (AIS) [5]. Umożliwia oo zidetyfikowaie jedostki poprzez jej azwę, sygał wywoławczy, umer MMSI, IMO oraz odczytaie jej aktualej pozycji. Iformacje te wysyłae są przez urządzeie w stałych określoych odstępach czasu i odbierae przez wszystkie odbioriki AIS zajdujące się w zasięgu jego pracy. Zasięgi obu urządzeń, radaru/arpa i AIS są porówywale i wystarczające, aby z odległości 24 mil morskich odebrać i zobaczyć echo statku a radarze oraz odczytać iformacje wysyłae przez iego a AIS. Należy jedak pamiętać, że oba wyżej wymieioe urządzeia pracują wykorzystując dwa róże algorytmy idetyfikacyje. Radar/ARPA sam wysyła i odbiera sygał, który służy mu do idetyfikacji echa. AIS tylko wysyła iformacje, które otrzymuje z różych źródeł zewętrzych. Tymi źródłami są operator, który wprowadza azwę statku, sygał wywoławczy oraz czujiki, p. log czy urządzeie do automatyczego określaia pozycji (GNSS, obecie ajczęściej GPS). Iformacje te ie muszą być spóje. Autor w pracy [1] przedstawił różice zarejestrowae przez radar i AIS w pozycji i kursie jedostki płyącej. Z pracy tej wyika, jak istota jest zajomość i świadomość wielkości powyższych różic. Nabiera to szczególego zaczeia w czasie, gdy coraz więcej statków posiada oba urządzeia i operator obserwujący echo ma dylemat, która wartość jest prawdziwa dla daego obiektu. 30

3 Aaliza dokładości wskazań obiektów awodych Nowe zarządzeia IMO akazują admiistracjom państw wyzaczeie obszarów schroieia. Mogą to być specjale miejsca w porcie, ale też mogą być to obszary wyzaczoe a morzu. Obszar schroieia to miejsce osłoięte, bezpiecze, chroiące jedostkę w czasie p. silych wiatrów czy w sytuacji jakiejś awarii. Powyższe przykłady ie wyczerpują oczywiście możliwości wykorzystaia obszarów schroieia. Jedak końcowym efektem przebywaia jedostki w takim obszarze może być zaieczyszczeie środowiska aturalego a awet katastrofa ekologicza. Jedym z waruków uikięcia iekorzystych skutków zaieczyszczeia jest dokłada zajomość położeia iebezpieczego obiektu oraz obiektów zajdujących się w ajbliższym jego otoczeiu. Autor w swojej pracy określa błąd wskazań obiektów stałych, zarejestrowaych przez zespół radarów systemu VTS Zatoka Gdańska. 1. Miejsce prowadzeia badań Badaia przeprowadzoo w Cetrum Nadzoru Ruchu VTS Zatoka Gdańska, zwaym dalej Cetrum, a przełomie roku 2005/2006. Cetrum to zajduje się w Gdyi i adzoruje ruch statków wchodzących i wychodzących z obszaru Zatoki Gdańskiej. Obejmuje swym zasięgiem porty morskie Gdyia i Gdańsk (rys. 1). Cetrum powstało w celu zwiększeia bezpieczeństwa żeglugi oraz zdolości reagowaia w iebezpieczeństwie a wodach Zatoki Gdańskiej. W ramach fukcjoowaia systemu operatorzy mogą przekazywać statkom zaleceia, ostrzeżeia i istrukcje w celu określoego zachowaia się. Powyższa iterwecja astąpi, jeżeli parametry ruchu czy też pozycja statku będą zagrażały bezpieczeństwu żeglugi lub będą aruszały obowiązujące w daym państwie przepisy portowe oraz w przypadku, gdy będzie to koiecze ze względu a właściwą orgaizację ruchu morskiego [3]. System adzoru ruchu jest serwisem idetyfikującym i śledzącym statki a obszarze działaia VTS Zatoka Gdańska, który jest oparty a radarach brzegowych rozmieszczoych w pięciu miejscach: Lataria morska Hel, Kapitaat Portu Gdyia, Kapitaat Portu Gdańsk, Górki Zachodie, Lataria morska Kryica Morska. Iformacje z ww. pięciu radarów brzegowych przekazywae są do Cetrum w Gdyi za pośredictwem liii radiowych lub kabla światłowodowego. Liie radiowe łączą stacje: Hel z Gdyią, Górki Zachodie z Gdańskiem oraz Kryicę 31

4 Adrzej Burzyński z Gdańskiem poprzez Stegę. Zakopay w die morskim kabel światłowodowy łączy stację Gdyia z Gdańskiem. Rys. 1. System adzoru ruchu statków VTS Zatoka Gdańska [3] Fig. 1. Vessel Traffic Services coverig the Gulf of Gdask Uzyskae w te sposób dae są poddawae obróbce komputerowej przez program holederskiej firmy HITT. Końcowy efekt jego pracy wyświetlay jest a moitorach operatorskich Cetrum w Gdyi. Obiekt badań W czasie badań dokoao rejestracji obiektów stałych i ruchomych, zajdujących się a Zatoce Gdańskiej. Pozycję tych obiektów otrzymao z Ispektoratu Ozakowaia Nawigacyjego Urzędu Morskiego w Gdyi, zwaego dalej ION. Badaia prowadzoe były a przełomie roku 2005/2006. Zarejestrowae temperatury powietrza, wg Istytutu Meteorologii i Gospodarki Wodej w Gdyi, wyosiły od +2,5 C do 8,5 C. Temperatura wody morskiej wyosiła od +1,0 C do +0,0 C. Stwierdzoo istieie refrakcji ujemej subrefrakcji. W czasie badań zaobserwowao przelote, lokale opady śiegu. Jedym z obiektów badań była stawa P-5, umocowaa a stałe do da, przez co wpływ falowaia, kieruku wiejącego wiatru, kieruku przemieszczaia się prądu ie zmieia jej pozycji. Tym samym stawa ta pozwala a precyzyje określeie błędu wskazań pozycji zarejestrowaych przez zespół radarów 32

5 Aaliza dokładości wskazań obiektów awodych Cetrum. Tak dobray obiekt może być wzorcem do określaia błędu pozycji pozostałych obiektów. Stawa P-5 umieszczoa jest a pozycji (wg ION, w odwzorowaiu WGS- 84): φ = λ = 54 24,905 N ,993 E Wyiki pomiarów Aalizie poddao wyiki pomiarów dokoaych w diu 23 styczia 2006 roku w godziach Rysuek 2 przedstawia pozycje stawy P-5 a podstawie wybraych 500 pomiarów, w odstępach co 3 sekudy, we współrzędych geograficzych, zarejestrowaą przez zespół radarów Cetrum. Rysuek 3 określa położeie stawy P-5, względem pozycji podaej przez ION. Na rysuku tym puktem 0,0 jest pozycja podaa przez ION. Oś pozioma dodatia przedstawia wartość przesuięcia wskazań przez zespół radarów Cetrum w kieruku wschodim, a oś pioowa ujema, to wartość przesuięcia tych wskazań w kieruku połudiowym. szerokość geograficza 24,906 [miuty] 24, N 24,904 24,903 24,902 Pozycja stawy P-5 zespół radarów ION średia Średia 24,901 47,99 47, ,005 48,01 długość geograficza 018 E [miuty] Rys. 2. Pozycja stawy P-5 Fig. 2. Positio of beaco P-5 Rysuek 4 przedstawia różicę między długością geograficzą zarejestrowaą przez zespół radarów Cetrum a podaą przez ION. Dodatia oś pioowa ozacza przesuięcie w kieruku wschodim pomiarów zarejestrowaych przez Cetrum w stosuku do wartości ION. 33

6 Adrzej Burzyński 0 [ m ] [ m ] 18 przesuięcie pioowe przesuięcie poziome -2 Położeie stawy P zespół radarów -8 położeie stawy P-5 Rys. 3. Położeie stawy P-5 Fig. 3. Orietatio of beaco P-5 Wartość średia tego rozkładu, obliczoa ze wzoru [2]: 1 WZ gdzie: WZ i między długościami geograficzymi badaej obserwacji, liczba obserwacji (tu: wybrae 500 pomiarów). Wartość ta wyosi 11,90 m. i WZ i Odchyleie stadardowe dla tego rozkładu obliczoe ze wzoru: wyosi 0,89 m. S WZ 1 i1 2 WZ i WZ Podwója wartość S WZ = 1,78 m ozacza, że 95,5% otrzymaych wyików mieści się w tym obszarze. Współczyik dyspersji pozwalający oceić atężeie zróżicowaia badaego rozkładu obliczoy ze wzoru: (1) (2) wyosi 7,46. SWZ V SWZ WZ (3) 34

7 Aaliza dokładości wskazań obiektów awodych 18 [ m ] liczba obserwacji Rys. 4. Różica pozycji po długości geograficzej zarejestrowaych przez zespół radarów Cetrum i podaych przez ION [m] Fig. 4. Logitude differece registered by VTS radars ad give by ION [m] -1 [ m ] -2 liczba obserwacji Rys. 5. Różica pozycji po szerokości geograficzej zarejestrowaych przez zespół radarów Cetrum i podaych przez ION [m] Fig. 5. Latitude differece registered by VTS radars ad give by ION [m] Rysuek 5 przedstawia różicę między szerokościami geograficzymi zarejestrowaymi przez zespół radarów Cetrum a podaą przez ION. Ujema oś pioowa ozacza przesuięcie pomiarów zarejestrowaych przez zespół radarów Cetrum w kieruku połudiowym w stosuku do wartości podaej przez ION. 35

8 Adrzej Burzyński Wartość średia rozkładu obliczoa ze wzoru: 1 NS i NS i (4) gdzie NS i między szerokościami geograficzymi badaej obserwacji. Wartość ta wyosi 3,18 m. Odchyleie stadardowe dla tego rozkładu obliczoe ze wzoru: S NS 1 i1 2 NS i NS (5) wyosi 0,65 m. Podwója wartość S NS wyosi 1,32 m. Współczyik dyspersji: wyosi 20,69. SNS V ( SNS ) (6) NS Postępując podobie ze współrzędymi (φ, λ) kolejych obserwacji oraz wykorzystując aalogicze wzory zastosowae powyżej, otrzymujemy wartość średią pozycji zarejestrowaej przez zespół radarów Cetrum. Pozycja ta wyosi (rys. 2): φ = λ = 54 24,903 N ,004 E Odległość między dwoma pozycjami, średią a ION, przedstawioymi a rysuku 1 wyosi 12,3 m. Rysuek 6 przedstawia między pozycją zarejestrowaą przez zespół radarów Cetrum a pozycją podaą przez ION. Średia wartość wyosi 12,3 m, odchyleie stadardowe 1,0 m, a podwója wartość odchyleia stadardowego 2,0 m. 36

9 Aaliza dokładości wskazań obiektów awodych -8 [ m ] -10 Różica (w metrach) między pozycją zarejestrow aą przez zespół radarów Cetrum a pozycją podaą przez ION liczba obserwacji Rys. 6. Różica pozycji zarejestrowaych przez zespół radarów Cetrum i podaych przez ION [m] Fig. 6. Positio differece registered by VTS radars ad give by ION [m] Podsumowaie Cetrum Nadzoru Ruchu VTS Zatoka Gdańska pracuje wykorzystując zespół pięciu radarów brzegowych. Ich sygały przekazywae są do główego komputera, który wykorzystując firmowy algorytm obliczeiowy wyświetla a moitorze operatorskim echo śledzoego obiektu. Operator ie jest jedak zaiteresoway zasadą działaia algorytmu obliczeiowego, sposobem zbieraia daych o śledzoym obiekcie. Iteresuje go główie to, czy iformacja jest dokłada i jaka jest jej dokładość. Otrzymaą z pomiarów między pozycjami wyosząca 12,3 m staowi szerokość miejszego lub połowę szerokości dużego statku. Wartość ta może mieć poważe zaczeie przy orzekaiu, czy śledzoy obiekt pływający ajechał, ziszczył iy obiekt, p. ozakowaie awigacyje. W pracy operatora coraz większą rolę odgrywa urządzeie do automatyczej idetyfikacji statków (AIS). Połączeie obu iformacji jest ważym elemetem bezpieczeństwa awigacyjego. AIS pracuje korzystając z systemu automatyczego określaia pozycji (GNSS), który określa pozycje obiektów z coraz większą dokładością. Radary samodzielie określają pozycje obiektu. Tak więc zajomość charakteru błędów zespołu radarów jest istota i pozwala operatorowi precyzyjie określić pozycję śledzoego obiektu, statku a podstawie dwóch różych źródeł iformacji, radaru i AIS. 37

10 Adrzej Burzyński Literatura 1. Burzyński A., Porówaie zobrazowaia iformacji a moitorach AIS i radar/arpa, Prace Naukowe, Politechika Radomska, Elektryka, Nr 1(9) Makać W., Urbaek-Krzysztofiak D., Metody opisu statystyczego, Wydawictwo Uiwersytetu Gdańskiego, Gdańsk Materiały źródłowe Urząd Morski w Gdyi. 4. Wawruch R., ARPA, zasady działaia i wykorzystaie, WSM Gdyia, Wawruch R., Uiwersaly statkowy system automatyczej idetyfikacji, FRWSM w Gdyi, Recezet prof. dr hab. iż. kpt.ż.w. Evgeiy Lushikov Adres Autora mgr iż. Adrzej Burzyński Akademia Morska w Gdyi Wydział Nawigacyjy Katedra Maewrowaia Statkiem Al. Jaa Pawła II 3, Gdyia burzad@klif.am.gdyia.pl Wpłyęło do redakcji w lutym 2006 r. 38