Расчет точек начала поворота (WheelOverPoints)

Общеизвестно, что судно, имея большую массу и значительную скорость, безусловно, является инерционным объектом. Инерция же, в свою очередь, пропорциональна массе и скорости судна, в связи с этим, мгновенные изменения курса невозможны. После перекладки руля, судно, как правило, проходит путь, приблизительно равный своей длине, прежде чем начнет движение в сторону намеченного изменения курса. Подобное инерционное поведение судна становится особенно важным в узостях и фарватерах, где запоздалая перекладка руля может обернуться малоприятными последствиями. В связи со всем вышеизложенным, возникает проблема определения момента, в который необходимо начинать поворот, или, говоря иначе, на каком расстоянии от намеченной точки поворота необходимо начинать перекладку, чтобы с заданной скоростью поворота выйти на новый курс.

Точка, в которой дается команда на перекладку руля с целью своевременно и точно выйти на намеченный курс, называется точкой начала поворота, или в судоходной практике, WheelOverPoint (WOP).

Расстояние, на котором расположена точка начала поворота от намеченной маршрутной точки можно рассчитать по формуле:

F – расстояние, которое проходит судно с момента начала перекладки руля до момента, когда судно начинает движение в сторону перекладки (данная величина определяется экспериментально, но в большинстве случаев приближенно равна длине судна в милях);

θ – угол, на который происходит изменение курса;

R – радиус поворота, эту величину можно найти из выражения для угловой скорости поворота (Rateofturn);

V – скорость судна;

57,3 - значение одного радиана в градусах;

Rateofturn – угловая скорость поворота, для каждого изменения курса подбирается судоводителем индивидуально, с учетом маневренных характеристик судна.

Расчет безопасного UKC

UKC (UnderKeelClearance) запас глубины под килем, с достаточной точностью можно определить по следующей эмпирической формуле:

 

UKC = Min. Charted Depth + Min. Tidal Level – Max. Draught – Max. SQUAT

Где:

Min. ChartedDepth – минимальная глубина под килем, на рассматриваемом плече маршрута;

Min. TidalLevel – минимальный уровень прилива в рассматриваемом районе;

Max. Draught – максимальная осадка судна для данного перехода;

Max. SQUAT – максимальное проседание судна при движении на мелководье.

Расчет приливов мы рассмотрели в предыдущей главе, осадку на переход всегда можно снять перед отходом из порта по шкалам осадки, нанесенным на корпус судна. Единственной неизвестной величиной в нашей формуле остается SQUAT, или, говоря иначе, проседание судна на мелководье. Данная величина становится значительной при соотношении глубины к осадке D/T менее 3.

Основным выражением для расчета проседания судна на открытом мелководье является следующая формула:

,

 

где:

Δ T – увеличение осадки от проседания судна в метрах;

С_b – коэффициент полноты;

V – скорость судна в узлах;

 

Коэффициент полноты можно вычислить следующим образом:

,

где:

Vol. ofDisp – объем водоизмещения в м³;

L – длина судна между перпендикулярами;

B – ширина судна;

T – осадка судна;

Для определения проседания в стесненных водах полученную величину Δ T умножают на 2.

 

Вопросы для самопроверки:

1. Основные документы, регламентирующие планирование рейса.

2. Побор карт и руководств для плавания.

3. Выполнение предварительной прокладки.

4. Расчёт точек поворота.

Раздел 5. Использование электронной картографии

Тема 5.1. Функции электронных картографических систем. Использование ЭКНИС.

Современные информационно-коммуникационные технологии всё больше находят применение в водном транспорте, обеспечивая повышение его эффективности. Одним из примеров внедрения этих технологий на судах стали навигационно - информационные системы с электронными картами (НИС).

Среди них можно выделить электронные картографические информационные системы - ЭКДИС (ECDIS)–ElectronicChartDisplayandInformationSystem) и просто системы с электронными картами - ЭКС (ECS –ElectronicChartSystem).

Такие системы обладают рядом существенных преимуществ перед традиционными бумажными картами. При ручной прокладке вахтенный помощник ведет графическое счисление, снимая данные с ГК, лага, учитывает ветровой дрейф и течение, производит обсервации, строит линии положения или по координатам наносит место судна на карту. На эти операции требуется время. В результате при ручной прокладке место на карте получается с запозданием, т.е. штурман всегда «сзади судна». Возможности вахтенного помощника вручную прокладывать путь судна ограничивают и частоту обсерваций. Даже хорошо обученный судоводитель способен производить простые обсервации с нанесением места на карту обычно не чаще, чем через три минуты.Электронные карты и картографические системы, лишены такого недостатка, так как время обработки и выдачи навигационной информации минимально и происходит практически в режиме реального времени.

Система отображения электронных карт и информации (ECDIS – ElectronicChartDisplayandInformationSystem) означает систему навигационной информации, которая вместе с надлежащими устройствами резервирования может приниматься как эквивалентная откорректированной карте, требуемой правилом V/20 Конвенции СОЛАС 1974 года, поскольку она отображает информацию, выбранную из системной электронной навигационной карты (SENC – SystemElectronicNavigationChart), вместе с информацией о местоположении, получаемой от навигационных датчиков с целью помочь мореплавателю выполнять предварительную и исполнительную прокладку, и, если требуется, отображает дополнительную информацию, относящуюся к судовождению.

Электронная навигационная карта (ENC – ElectronicNavigationChart) означает базу данных, стандартизированную по содержанию, структуре и формату, выпускаемую правительствами гидрографических учреждений. ENC содержит всю картографическую для использования с ECDIS по разрешению уполномоченных информацию, необходимую для безопасного плавания, и может содержать, кроме информации, содержащейся на бумажной карте, дополнительную информацию (например, лоции), которая может считаться необходимой для безопасного плавания.

Описательная картографическая информация для электронных карт может храниться в растровом или векторном формате.

Растровые картографические дисплейные системы (РКДС) представляют собой растровые навигационные карты (РНК) и средства электронного позиционирования (определения места судна).В основе технологии производства РНК лежит сканирование обычных бумажных навигационных карт.

В процессе сканирования создаются компьютерные цифровые файлы, содержащие визуальное изображение бумажной карты в виде матрицы точек (пикселей) различного цвета и плотности, называемое побитовым изображением. Разрешение выбирается таким, чтобы обеспечить качественное и достоверное изображение карты на мониторе компьютера. При этом, однако, возникают проблемы с объемом файлов, поскольку увеличение разрешения ведет к увеличению объема файла и, соответственно, требует увеличения памяти в геометрической прогрессии.

Затем производится тщательная привязка цифровых файлов к соответствующему референц-эллипсоиду с тем, чтобы навигационное программное обеспечение могло определять географические координаты объектов на изображении карты. Полученные файлы дополняются метеоданными, которые описывают карту, ее систему геодезических координат (нуль карты), проекцию и другую информацию о карте и цифровом файле.

После этого специалисты-гидрографы обычно корректируют цифровые файлы, чтобы получить совершенную картографическую проекцию. При этом устраняются остаточные искажения, которые могли иметь место на цветовых оттисках или могли быть внесены в изображение при сканировании.

На завершающем этапе результирующий массив цифровых данных транслируется в конкретный растровый формат, готовый для последующего распространения. Конечный продукт поступает на рынок в виде дискет или лазерных дисков.

Функциональные возможности растровой карты значительно ниже, чем векторной карты. Векторная информация хранится в виде системы инструкций для определения и вывода на экран какого-либо фрагмента карты. Эта информация трансформируется в изображение на экране с помощью процессора. Поскольку картографическая информация здесь хранится в табличной форме, векторная система по сравнению с растровой обеспечивает более высокий уровень информации.

Системы векторного формата представляют также возможность получения "слоеной" информации, когда пользователь имеет выбор в части того, какой навигационной информации следует появиться на экране дисплея. К сожалению, составление и проверка данных для векторной карты требует больших усилий, тогда как растровую карту сделать сравнительно легко.

Векторное представление данных позволяет создать электронную карту, как совокупность отдельных элементов, и поэтому даёт много дополнительных возможностей.

Судоводитель может включать или выключать на экране отображение различных классов картографических объектов, подбирая удобную для данных условий плавания конфигурацию отображения карты. Можно установить слежение за любым ориентиром, установив на нем специальный маркер, включить тревожную сигнализацию при подходе к опасностям и т. п. Векторное представление данных позволяет объединять картографическую информацию с информацией, которой нет на самой карте, вводить новые информационные слои, например:

· создавать прямо на карте предварительную прокладку, которую можно записать в виде отдельного файла для использования в дальнейшем;

· наносить на карту различные зоны, линии, надписи, условные знаки. При этом содержимое самой карты не изменяется;

· накладывать на карту данные о целях, получаемые от САРП, и т. п.

ECDIS — это векторная форматная система, эффективно использующая сведения, имеющиеся в базе картографических данных, однако формирование баз для этой системы оказалось значительно труднее, чем предполагалось ранее. Именно поэтому для развития ECDIS потребуется ряд лет. Этот факт открыл возможности для параллельного использования других электронных картографических систем, особенно базирующихся на растровой технологии (RCDS –RasterChartDisplaySystem), ввиду легкости перевода в электронную форму данных существующих бумажных навигационных карт.

Значительное преимущество систем, использующих растровую технологию, состоит в том, что растровая карта, выводимая на экран дисплея, абсолютно знакома судоводителю и ему не надо осваивать новые или измененные картографические символы.

Крупнейшими производителями подробных цветных векторных электронных карт являются фирмы TransasMarine, C-MAP, LiveChart. Их продукция используется известными мировыми поставщиками навигационных систем. Так, например, карты фирмы LiveChart, являясь одними из лучших, характеризуются следующими параметрами:

· полностью слоистые, при этом любые слои информации могут "удаляться" за ненадобностью использования в данных условиях плавания;

· полностью векторизованные;

· полноцветные;

· высокоточные (векторная линия проходит по центру бумажной карты);

· максимально подробные, так как содержат всю информацию, представленную бумажными картами.

Для сравнения ниже перечислены качественные характеристики электронных карт растрового сканирования и векторных.

Преимущества растровых карт:

· являются прямыми копиями с существующих бумажных карт;

· используют привычные для пользователей цвета и символы;

· обладают такой же точностью и достоверностью, что и бумажные;

· дешевле, проще и легче в производстве, чем векторные;

· официально изданные растровые карты широко доступны;

· могут быть использованы для решения большинства навигационных задач,обычно выполняемых с помощью бумажных карт.

Недостатки:

· не представляют возможности избирательного ввода информации на экран дисплея;

· при наложении другой навигационной информации возможны искажения изображения;

· затрудненность в организации автоматических тревожных предупреждений о предельных глубинах и других опасностях;

· карту нельзя запросить без применения сформированной определенным образом дополнительной базы данных в рамках общей справочной системы;

· невозможность изменить ориентировку карты относительно экрана;

· нуждаются в большей по объёму компьютерной памяти, чем векторные.

Преимущества векторных карт:

· карты выполнены слоями, которые можно выборочно выводить на экран;

· имеется возможность избирательного показа карт;

· легко осуществляется вывод данных без стыков карт;

· судоводитель имеет возможность укрупнять или уменьшать масштаб изображения (эффект "наезд /откат");

· возможность отмечать безопасные для собственного судна глубины или контур таких глубин и автоматически предупреждать о подходе к опасным;

· возможность получения по запросу дополнительной информации об объектах карты;

· в целом более быстрый вывод на экран, чем растровых карт;

· карта может быть повернута относительно экрана на любой угол;

· данные карты могут быть легко совмещены с информацией другого навигационного оборудования (например, САРП, РЛС, GPS и т. п.).

Недостатки:

· повышенная сложность изготовления карт, большая продолжительность по времени и стоимость их производства;

· неустойчивость официальных форматов векторных карт, их частая смена;

· отсутствие данных по обширным морским районам, что, вероятно, продлится еще несколько лет;

· необходимость подготовки и сертификации штурманского состава для безопасной эксплуатации систем ECDIS;

· большие трудности в обеспечении качества и целостности выводимых на экран данных.

5.1.1. Эксплуатационные требования, предъявляемые к ECDIS

Основной функцией ECDIS является содействие повышению безопасности мореплавания.ECDIS вместе с надлежащими устройствами резервирования могут приниматься как эквивалентные откорректированным картам, требуемым правилом V/20 Конвенции СОЛАС 1974 года.

В дополнение к общим требованиям к судовому радиооборудованию, составляющему часть Глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности (ГМССБ), и требованиям к радионавигационным средствам, содержащимся в резолюции ИМО А.694(17), ECDIS должны отвечать настоящим эксплуатационным требованиям:

· ECDIS должны быть способны отображать всю картографическую информацию, необходимую для безопасного и эффективного плавания, которая выпускается уполномоченными правительствами гидрографическими учреждениями и распространяется по их разрешению.

· ECDIS должны позволять выполнение простой и надежной корректуры электронной навигационной карты.

· Использование ECDIS должно облегчить работу судоводителя по сравнению с использованием бумажной карты.

· ECDIS должны позволять мореплавателю удобно и своевременно выполнять всю предварительную и исполнительную прокладки и непрерывно определять местоположение, осуществляемые в настоящее время на бумажных картах. Они должны быть способны постоянно отображать местоположение судна.

· ECDIS должны иметь по меньшей мере такую же надежность и доступность изображения, как и бумажная карта, публикуемая уполномоченными правительствами гидрографическими учреждениями.

· ECDIS должны обеспечивать соответствующую аварийно-предупредительную сигнализацию или индикацию в отношении отображаемой информации или неисправности оборудования.

Стандартное отображение означает информацию SENC, которая должна появляться, когда карта впервые отображается в ECDIS. В зависимости от потребностей мореплавателя, объем информации, которую она обеспечивает для выполнения предварительной или исполнительной прокладки, может изменяться мореплавателем.

Базовое отображение означает объем информации SENC, который не может быть выведен из отображения, состоящий из информации, постоянно требующейся в любое время, во всех географических районах и при любых обстоятельствах. Эта информация не считается достаточной для обеспечения безопасного плавания.

Отображение информации SENC

· ECDIS должна быть способна отображать всю информацию SENC.

· Информация SENC, которую можно отобразить в процессе предварительной и исполнительной прокладки, подразделяется на три категории: базовое отображение, стандартное отображение и любая другая информация.

· ECDIS должна обеспечивать получение стандартного отображения в любое время одним действием оператора.

· При первом вызове карты на дисплей ECDIS должно появляться стандартное отображение в наиболее крупном масштабе, имеющемся в SENC для отображаемого района.

· Добавление или удаление информации на дисплее ECDIS должно выполняться легко. Не должно иметься возможности удалить информацию, входящую в состав базового отображения.

· Мореплаватель должен иметь возможность выбирать безопасную изобату из тех изобат, которые обеспечиваются SENC. Безопасная изобата должна выделяться на дисплее ECDIS среди других изобат.

· Мореплаватель должен иметь возможность выбирать безопасную глубину. ECDIS должна выделять отметки глубин, равных или меньших, чем безопасная глубина, всякий раз, когда глубины выбираются для отображения.

· ENC и вся корректура к ней должны отображаться без какого-либо искажения содержащейся в них информации.

· В ECDIS должны быть предусмотрены средства, позволяющие убедиться, что ENC и вся корректура к ней были правильно введены в SENC.

· Данные ENC и корректура к ней должны четко отличаться от другой отображаемой информации.