Maritime University of Szczecin
Akademia Morska w Szczecinie
2008, 13(85) pp. 115‐119 2008, 13(85) s. 115‐119
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
1Akademia Morska w Szczecinie, Katedra Geoinformatyki
70-500 Szczecin, ul. Wały Chrobrego 1–2, tel. 091 48 09 439, e-mail: piotr@am.szczecin.pl
1Akademia Morska w Szczecinie, Instytut Nawigacji Morskiej
70-500 Szczecin, ul. Wały Chrobrego 1–2, tel. 091 48 09 566, e-mail: 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 pre-zentuje wymagania dotyczące obowiązkowego wyposażenia statków morskich w systemy i urządzenia nawi-gacyjne, 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 concern-ing obligatory ship equipment in navigational systems and devices, and 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 zało-żonej 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
obowiąz-kowemu 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). Konwen-cja przewiduje następujące grupy tonażowe:
do 150 GT, 150–300 GT, 300–500 GT, 500–3000 GT, 3000–10 000 GT, 10 000–50 000 GT, powyżej 50 000 GT.
W tabeli 1 przedstawiono pełne wymagania za-warte w paragrafie 19.
Tabela 1. Obowiązkowe wyposażenie statków morskich w systemy i urządzenia nawigacyjne [1] Table 1. Obligatory sea vessel equipment with systems and navigational devices [1]
Equipment for ships built on or after 1 July 2002 Para
No. Reg.
19
Equipment Item ShipsAll
150 gt and over & all passenger
ships
300 gt and over & all passenger ships 500 gt and over 3000 gt and over 10 000 gt and over 50 000 gt and over
2.1.1 Standard magnetic compass X X X X X X X
2.1.2 Pelorus X X X X X X X
2.1.3 Means of correcting headings / bearings to true X X X X X X X
2.1.4 Nautical Charts or ECDIS X X X X X X X
2.1.5 Back up if ECDIS fitted X X X X X X X
2.1.6 GNSS receiver or terrestrial position finding equipment X X X X X X X 2.1.7 Radar reflector (v/ls under 150 gt only) X . . . . 2.1.8 Sound Reception System (if bridge totally enclosed) X X X X X X X 2.1.9 Telephone to emergency steering position (where fitted) X X X X X X X
2.2.1 Spare magnetic compass . X X X X X X
2.2.2 Daylight signalling lamp . X X X X X X
2.3.1 Echo sounder . . X X X X X
2.3.2 9 GHz radar . . X X X X X
2.3.3 Electronic plotting aid (EPA) . . X . . . .
2.3.4 Speed and distance measuring equipment (SDME) (through water)) . . X X X X X
2.3.5 Means to transmit heading heading information to Radar, EPA and AIS . . X . . . . 2.4 Automatic identification system (AIS) See also ANNEX 17-AIS for timetable
2.5.1 Gyro compass . . . X X X X
2.5.2 Gyro Repeater at emergency steering position . . . X X X X 2.5.3 Gyro Repeater for bearings over 360° of horizon . . . X X X X 2.5.4 Indicators for rudder angle, propeller thrust, pitch and revs . . . X X X X
2.5.5 Automatic tracking aid (ATA) Radar Equipment Notes . . . X X X X
2.7.1 3 GHz radar (or where Administration considers appropriate a second 9 GHz radar) . . . . X X X
2.7.2 Second ATA . . . . X . .
2.8.1 Automatic radar plotting aid (ARPA) . . . X X 2.8.2 Heading or track control system See also ANNEX 18 – STEER-GEAR for Guidance Notes . . . . . X X
2.9.1 Rate of turn indicator . . . X
2.9.2 SDME (over ground in forward and thwartships direction) . . . . . . X
Poniżej przedstawiono wymagania dla statków z ostatniej grupy, których budowa rozpoczęła się po 01.07.2002 r. Statek taki powinien posiadać nastę-pujące wyposażenie (w wykazie nie uwzględniono repetytorów, wskaźników i urządzeń sygnałowych) [1]:
AIS (Universal Ship borne Automatic Identifica-tion System),
odbiornik systemu nawigacji satelitarnej okre-ślający pozycję statku w sposób automatyczny, radar 3 cm i 10 cm (X-band and S-band), ARPA (Automatic Radar Plotting Aids), ATA (Automatic Tracking Aid),
ECDIS (Electronic Chart Display and Informa-tion 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 za-pasowy).
Źródła informacji nawigacyjnej dostępne na statku
Z punktu widzenia przydatności dla systemu wspomagania decyzji powyższe źródła zostały po-dzielone na dwie grupy:
grupa urządzeń podstawowych będąca źródłem informacji niezbędnych dla prawidłowego dzia-łania systemu;
grupa urządzeń dodatkowych będąca źródłem informacji, które mogą stanowić uzupełnienie informacji podstawowych.
Źródła podstawowe:
AIS, z którego możemy uzyskać następujące informacje w standardzie 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 sys-temu AIS.
GPS (Global Positioning System), z którego możemy uzyskać następujące informacje w stan-dardzie NMEA 0183:
a) czas uniwersalny, b) szerokość geograficzna, c) długość geograficzna, d) wskaźnik jakości,
e) liczba satelitów użytych do określenia pozy-cji,
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 standardzie 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/au-tomatyczny),
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, elektroma-gnetyczny:
– prędkość względem wody, – droga przebyta względem wody.
b) dopplerowski (w zależności od aktualnej głębokości):
– 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
bezpie-czeństwa (Navtex, EGC – Enhanced Group
Calling, radioteleks): a) ostrzeżenia nawigacyjne, b) ostrzeżenia meteorologiczne,
c) informacje o akcjach poszukiwania i ratowa-nia. 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 cza-sie 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 Infor-mation
$--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 and 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 and Local Time Zone
$--ZDA,hhmmss.ss,xx,xx,xxxx,xx,xx*hh VTG Track Made Good and 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 and 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 and 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 Infor-mation
$--RMC,hhmmss.ss,A,llll.ll,a,yyyyy.yy,a,x.x,x. x,xxxx,x.x,a*hh
VTG Track Made Good and Ground Speed $--VTG,x.x,T,x.x,M,x.x,N,x.x,K*hh
ZDA Time & Date – UTC, Day, Month, Year and Local Time Zone
$--ZDA,hhmmss.ss,xx,xx,xxxx,xx,xx*hh
Radar/ARPA model: JMA-5330-12
TLL Target Latitude and 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 technicz-nej)
Echosonda model: Skipper GDS 101
Depth & Draught
$SDDPT,xxxx.x,xxxx.x,xxxx.x*hh<CR><LF> Depth below surface
$SDDBS,xxxx.x,f,xxxx.x,M,xxx.x,F*hh<CR> <LF>
Depth below transducer
$SDDBT,xxxx.x,f,xxxx.x,M,xxx.x,F*hh<CR> <LF>
Depth below keel
$SDDBK,xxxx.x,f,xxxx.x,M,xxx.x,F*hh<CR> <LF>
[Fore/Aft] transducer
Tabela 2. Dokładności urządzeń nawigacyjnych deklarowane przez producentów
Table 2. Accuracy of the navigation devices declared by the producers Urzą-dzenie Dokładność AIS 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%) GPS
Trimble NT 200D – brak danych
Radar
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° ECDIS Brak danych
Żyro-kompas
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)
Log Brak danych (teoretycznie 0,05 kt)
Echo-sonda
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 odle-głości, prawdopodobieństwo 63–68%.
2DRMS (twice the distance root mean square) – podwojo-ny średni błąd kwadratowy odległości, prawdopodobieństwo 95–98%.
R95 (95% radius) 95 – promień okręgu zawierającego 95% wyników pomiarów pozycji dwuwymiarowej.
Podsumowanie
Na podstawie przeprowadzonej analizy infor-macji nawigacyjnych dostępnych na statku Nawiga-tor 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 dopple-rowskiego,
– 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 pr-wadzących do rozwiązania sytuacji kolizyjnej, przeprowadzić fuzję wyżej wymienionych danych. W procesie integracji należy uwzględnić deklaro-wane przez producentów dokładności poszczegól-nych urządzeń.
Bibliografia
1. Carriage requirements for shipborne navigational systems and equipment https://mcanet.mcga.gov.uk/public/c4/solasv/ Regulations/regulation19.htm
2. Dokumentacja techniczna AIS model Nauticast X-Pack DS.; http://www.navsoft.com.br/download/X-Pack%20DS% 20prod_specs_11_2003.pdf
3. Dokumentacja techniczna odbiornika GPS model Koden KGP-913D; http://www.escort.com.pl/pdf/kgp913d.pdf 4. Dokumentacja techniczna odbiornika GPS model CSI
MiniMax; http://www.csi-wireless.ru/files/91/875-0124-001_Mini%20MAX%20Manual%20052801_.pdf
5. Dokumentacja techniczna radaru JRC model JMA-5330-12; https://resources.myeporia.com/company_44/JMA-5300%20 Instruction.pdf
6. Dokumentacja techniczna żyrokompasu Gyro STD22 Anschutz; http://www.sam-electronics.de/dateien/navigation/ broschueren/std22%20sc.pdf
7. Dokumentacja techniczna echosondy Skipper GDS 101; http://www.km.kongsberg.com/KS/WEB/NOKBG0397.nsf/ AlWeb/EC7F1F8ECC0C28D1C125725E002F2113/$file/ GDS101Cbrochure.pdf?OpenElement
Recenzent: dr hab. inż. Wiesław Galor, prof. AM Akademia Morska w Szczecinie
