Sveučilište u Zadru

Odjel za promet i pomorstvo

Nautika

Seminarski rad

Integrirani navigacijski sustav

Kolegij: Automatizacija u prometu

Studenti: Antonio Zubčić

Petar Kardum

Zadar 15.6.2011god.

1

Sadržaj:

Integrirana navigacija

Upravljanje brodom

Integrirani navigacijski sustav

Elektornska karta

ECDIS

Stanica za planiranje plovidbe

Sustav nadzora

Radar

Arpa radar

2

Integrirana navigacija:

Časnici plovidbene straže imaju tri glavne dužnosti: voditi navigaciju, izbjegavatisudare i opasne situacije i upravljati brodom.

Navigacija:

Časnici na straži dobivaju navigacijske obavijesti iz nekoliko različitih izvora. Određuju pravu poziciju uz pomoć satelitskih i hiperboličnih sustava, mjere pramčane kutove,azimute i udaljenost pomoću radara i drugih uređaja i te podatke ucrtavaju unavigacijske karte. Nakon ucrtavanja casnici predocavaju navigacijsku situaciju, nadziruda li se brod nalazi na sigurnom kursu i planiraju daljni tijek plovidbe da bi se izbjegleneizvjesnosti. Provjera sigurnosti najvažnija je faza plovidbe. Sigurno planiranje irealizacija plovidbe funkcija je iskustva operatera i prikaza elemenata plovidbe nanavigacijskoj karti, a to je opet funkcija stupnja preciznosti navigacijskih instrumenata itocnosti prilikom ucrtavanja na kartu.

Izbjegavanje sudara:

U slučaju rizika od sudara časnik procjenjuje situaciju i izračunava najbližu udaljenostmimoilaženja (The Closest Point of Approach – CPA ) za brodove u blizini. Ako postojiopasnost od dolaska u položaj opasne blizine časnik poduzima manevar u skladu sMedunarodnim pravilima o izbjegavanju sudara u svrhu procjene najbliže udaljenostimimoilaženja i izbjegavanja sudara.

Upravljanje brodom:

Časnik plovidbene straže prati rad svih sustava broda, nadzire signalizacijska sredstva,rad članova plovidbene straže i ostale rutine tijekom plovidbe.

Integrirani sustav navigacije dizajniran je u svrhu skraćivanja vremena potrebnog da sepotpuno sagleda navigacijska situacija, odustajanjem od individualnog prikupljanjanavigacijskih obavijesti te povezivanjem svih sustava jednu cjelinu i prikazom svihpotrebnih navigacijskih informacija na jednom pokazivaču. Na taj način se navigacijskasituacija može sagledati mnogo brže i točnije.

Preliminarna istraživanja ukazuju na to da se postotak vremena potrebnog zaprikupljanje navigacijskih obavijesti za sigurnu plovidbu, uporabom integriranognavigacijskog sustava drastično smanjio, a istovremeno se razina sigurnosti nije smanjila.

Uštedeno vrijeme u prikupljanju navigacijskih podataka omogućilo je časniku straže da više pažnje posveti izbjegavanju sudara i upravljanju brodskim sustavima.

3

Integrirani navigacijski sustav (Integrated Bridge)

Komponente sustava:

Izraz integrirani navigacijski sustav podrazumijeva više mogućih kombinacija povezivanjem navigacijske opreme i programskih paketa rađenih za usklađivanje svih potrebnih parametara navigacije, tako da pojedini integrirani sustavi mogu biti složeni od različitih komponenti. Općenito, može se reci da integrirani navigacijski sustav povezuje sva raspoloživa navigacijska sredstva na pojedinom brodu u jednu cjelinu.

Racunalo, procesor i mreža:

Ovaj podsustav nadzire proces protoka informacija dobijenih s navigacijskihinstrumenata medu razlicitim komponentama sustava. Podaci o poziciji prikupljaju se sGPS ili nekog drugog raspoloživog sustava za pozicioniranje, navigacijska situacija s radara, nadzor kretanja s gyro kompasa, podaci o dubini s dubinomjera, podaci brzini s brzinomjera.

Slika 1. Integrirani navigacijski most.

Svi ovi podaci mogu biti integrirani u, na primjer, elektronsku kartu tako da časnik usvakom trenutku i na jednom displeju može raspolaže sa svim potrebnim navigacijskimpodacima, bez pojedinačnih opažanja i ucrtavanja na navigacijsku kartu. Uz to, umreženoračunalo može nadzirati cjelokupan proces i slati upozorenja.

4

Elektronska karta:

Centralna jedinica svakog integriranog sustava je elektronska karta. Sustav elektronskekarte koji je nastao na standardima Međunarodne pomorske organizacije (IMO) je ECDIS(Electronic Chart Display and Information System ). Sve ostale vrste elektronskih karatanazivaju se ECS (Electronic Chart System ). Razlika između ECDIS-a i ostalih sustavaelektronskih navigacijskih karata mogu biti vrlo velike.

S obzirom na vrstu digitalnog prikaza koriste se dvije bitno različite vrste elektronskihkarata: rasterske elektronske karte Electronic Raster Chart - ERC vektorske elektronskekarte (Electronic Vector Chart – VRC)

Rasterska elektronska karta zapravo je elektronska reprodukcija klasične navigacijskekarte. Rasterska elektronska karta predstavlja datoteku o formatu slike. Na monitoru računala izgleda jednako kao i klasična navigacijska karta, a sadrži i istepodatke. Dobije se skaniranjem izrađenih karata, a takav način izrade u znatnijoj mjeripojeftinjuje izradu i time cijenu koštanja. Međutim ta okolnost ograničava preciznost i brojinformacija koje su određene upravo brojem informacija koje se nalaze na navigacijskoj karti.

Zumiranjem (povečavanjem) rasterske elektronske karte povečava se broj detalja, već sesamo izrazitije vide one pojedinosti koje su inače na kartu ucrtane. Zbog bolje preglednosti upraksi se skeniraju navigacijske karte krupnijeg mjerila koje se onda međusobno povezuju.Nerijetko su na takvim kartama prikazani i planovi.

Rasterska (skalarna) karta nudi samo podatke koje sadrži originalna papirna karta od koje je nastala rasterska elektronska karta. Ona predstavlja samo jednu površinu, po kojoj se može slojevito nanijeti pozicija broda, ali bez "praćenja broda" kada se brod približi granici karte. Naime, kada brod "izadje" sa karte, on sa ECDIS-a nestaje. Kada brod napusti područje koje karta prikazuje, mora se učitati nova rasterska karta koja prikazuje novo područje gdje se brod nalazi. Ovaj tip elektronske karte ne posjeduje podatke koji mogu aktivirati sigurnosne alarme i razna upozorenja koja prikazuje ECDIS. Podaci koji mogu aktivirati sigurnosne alarme i razna upozorenja se moraju unijeti u ECDIS ručno preko tastature. Kod upotrebe rasterskih karata u programu ECDIS, na brodu mora postojati adekvatna papirnata zamjena elektronske karte

Najpoznatije svjetske firme za izradu rasterskih navigacijskih karata (Navionics, Furuno,Maptech, Chart Kit, Laser Plot, NDI-CHS, ARCS) skaniraju pomorske navigacijske kartekoje su izradile americka agencija NOAA (National Oceanographic and AtmosphericAgency) i britanski Admiralitet.

5

Slika 2. Prikaz elektronske karte.

VEKTORSKE KARTE

Vektorske elektronske karte značajno se razlikuju od rasterskih: prikaz određenog podrucja vrši se izvršavanjem programa koji matematičkom (vektorskom) analizom grafički ispisuje konture obala i sve sadržaje na području koje karta prikazuje. I izgled vektorske elektronske karte bitno je drugačiji od izgleda rasterske elektronske karte: dok su obrisi obala kod rasterske elektronske karte jednaki neovisno o mjerilu, kod vektorske eleketronske kartekonture obala mijenjaju se promjenom mjerila. Buduci da koriste svega stoti dio memorije uodnosu na rastersku kartu vektorske elektronske karte se lakše i brže mogu zumirati,sadrže mnogo veći broj podataka, a broj detalja povečava se povećavanjem mjerila.

Podaci se u vektorsku navigacijsku kartu upisuju na različitim razinama. Na primjer, razinaobalnog reljefa izrađena je neovisno o kopnenom reljefu ili batometriji određenog područja, asve se razine uklapaju jedna u drugu. Uglavnom je izdvojeno osam razina koje se izradujujedna neovisno o drugoj.

SUSTAV ELEKTRONSKIH KARATA:

ECDIS:predstavlja računalski program (sistem) koji služi za prikazivanje i rad

na elektronskim kartama, nadgledanje putovanja i planiranje putovanja. Ovaj sistem može prikazivati rasterske i vektorske elektronske karte. Osnovni radni ekran ECDIS-a, sa prikazom Admiralty Raster Chart u specijalnom režimu ECDIS-a za prikazivanje rasterskih elektronskih karata ECDIS prikazuje realnu situaciju koja se nalazi na plovidbenom području.

6

Drugim riječima, ovaj system prikazuje poziciju svog broda i drugih brodova. Podatke o poziciji svog broda sistem dobija od GPS-a, dok pozicije drugih brodova dobija od ARPA-e. Sistem prikazuje kretanje svog broda kao i drugih brodova, a prikazivanje je slično kao na RADAR-u. Prikazivanje elektronskih karata je samo jedan od aspekata ECDIS-a jer je ECDIS takođe informacijski sustav. Kao informacijski sustav ECDIS omogućuje korisniku da zatraži informaciju o prikazanom predmetu. Npr. svjetionik, je označen na karti simbolom tornja; sistem nam može dati dalje informacije o ovom objektu, tj. npr. da je toranj obojen horizontalnim crveno-bijelim prugama; da je visok 28 m i da se nalazi na mjestu "Roter Sand'; da se ne koristi; da na njemu nema ljudi i da je sačuvan kao spomenik. Takođe je moguće prikazati i fotograflju objekta (ako ti podaci postoje u bazi podataka). ECDIS pohranjuje različite detalje u geografsku, objektno orijentiranu bazu podataka. Ovaj sistem pripada grupi geografskih informacijskih sustava (Geographic Information Systems GIS)

SASTAVNI DJELOVI ECDIS-A

Za korisnika, tj. nautičara, ECDIS je samo dio opreme na komandnom mostu suvremenog broda. Rad na ECDIS-u nije glavna dužnost brodskog časnika. Sistem zamjenjuje klasični kartni stol i pojednostavljuje rad na kartama-čini ga brzim i preciznijim. Ovo uključuje planiranje putovanja, unošenje opažanja, instrukcija i bilješki, određivanje pozicije i ispravljanje karata uz pomoć Oglasa za pomorce (OZP-a). ECDIS predstavlja opremu koja je sačinjena od računala, programa i podataka. Računalo ECDIS-a je obično uređaj sa dobrim grafičkim sposobnostima, osobno računalo visokih performansi ili grafička radna stanica instalirana u konzoli, povezana sa drugim djelovima brodske opreme. Sistem dobija kurs od žiro-kompasa, broj okretaja propulzora dobija od brojača okretaja, brzinu broda kroz vodu od brzinomjera. Glavna odlika ECDIS-a je povezivanje sa pozicioniranim sistemima na brodu (Decca, Loran, GPS i dr.) i time omogučuje konstantno dotok preciznih podataka o poziciji broda. Pored ovoga moguće je priključiti ARPA-u i iz nje preuzimati podatke o kretanju drugih brodova u okolini. Program koji računalo čini ECDIS sistemom je sačinjen od korisničkog dijela (UI) i tzv. ECDIS kernela-dijela programa koji omogućava čitanje podataka i njihovo prikazivanje. Ovaj dio programa se takođe naziva i funkcijska biblioteka (function library). Kao dodatak prikazanoj karti, korisnički dio prikazuje komandne tastere i tastere za rad na nautičkoj karti. Podatak predstavlja zvanični originalni podatak (podatak u S57 formatu). Elektronske nautičke karte se obično isporučuje na CD-u, preko digitalnog telefona ili satelitskog komunikacijskog sistema. Originalni podatak se također naziva Elektronska navigacijska karta (ElectronicNavigation Chart ENC). Baza podataka karata je organizirana u ćelije tako da pokriva čitavu površinu zemlje bez preklapanja. U ćelijama se pohranjuju svi nautički kartografski objekti, kao i objekti nastali tokom rada sistema, kao što su: točke putovanja (waypoints), bilješke, pozicije svog broda i drugih brodova. Izdavači imenovanih podataka za elektronske navigacijske karte su nacionalne hidrografske ustanove pomorskih sila, isto kao i u slučaju papirnih karata. Hidrografske ustanove mogu biti sami proizvođači podataka ili ih mogu uz proviziju provjeriti privatnim kompanijama i po završetku pregledati rezultate. Podatci privatnih proizvođača koji nemaju certifikat ne smiju se koristiti u navigacijske svrhe i jedino je dozvoljeno koristiti ih kao dodatak zvaničnim

7

nautičkim kartama (papirnatim ili elektronskim). Kao jedini izdavač papirnatih karata koje pokrivaju čitav svijet, Britanski Admiralitet (BA) je odlučio da skenira sve papirne karte i objavi ih kao Admiralty Raster Charts (ARCS) sa ispravkama (uz pomoć bitmapiranih zakrpa). Svaki je ECDIS sposoban da čita i prikazuje ove rasterske podatke, iako takva specifikacija nije uključena u ECDIS specifikaciju. Rasterske karte se sastoje samo od tzv. piksela (pixels) koji sačinjavaju sliku, tj. rastersku kartu. ECDIS podaci su vektorski podaci. Geometrija objekata na karti opisana je poligonima koji se tek na ekranu prikazuju, što znači da ne postoji prethodan izgled, već se karta generira na osnovu pročitanih podataka iz baze podataka i onda prikazuje na ekranu.

8

Stanica za planiranje plovidbe:

Ova stanica omogučava korisniku planiranje plovidbe tako da mora omogučavatidostupnost svih potrebnih podataka kao što su koordinate svjetskih luka i uobičajenihtočaka za ateriranje (CapeAgulhas, Cape Horn, Cape St Vincent, Ille d'Ouessant, CaboFinisterre itd.), digitalizirane podatke o posebnostima pojedinih svjetskih luka (Guide toPort Entries, World Pilot), ali i potrebnih programskih paketa za obradu podataka, naprimjer programe za račun ortodromske i loksodromske plovidbe, međutočaka(waypoints). Korisnik mora planirati sve elemente plovidbe koji se mogu unaprijedpredvidjeti prije početka putovanja.

Sustav nadzora:

Neki integrirani navigacijski sustavi snabdjeveni su mogučnošcu automatskog nadzoraplovidbe, to jest praćenje kursa i brzine prema elementima plana putovanja, odnosno unaprijed ucrtane rute. Ako sustav omogučava automatski nadzor plovidbe navigacijskiproces svodi se na intervenciju u slučaju odustajanja od planiranog puta iz bilo kojegrazloga, te nadzor rada samog sustava i sukladnost sa stanjem navigacijskesituacije.

Radar:

Radarski uređaj sastavljen je od tri dijela:- odašiljać (predajnik)- prijemnik- antena.Osim ovih (elektronskih) komponenti u sklopu radara je i motor generator.Odašiljač brodskog radara je oscilator koji generira impulse SHF (Super Hight Frequency)valnih dužina od dva do deset centimetara (frekvencija od 3 GHz do 15 GHz) vrlo velike snage(do 100 kW). Glavni su mu djelovi: multivibrator, modulator i magnetron.

Domet radara: Domet radara ovisi o dva faktora: radarskog horizonta i konstrukcijske izvedbe uredaja.Domet radarskog horizonta funkcija je udaljenosti, s obzirom na zakrivljenost površineZemlje, ali i na atmosferske uvjete koji utjecu na propagaciju. Radarski horizont veci je od optickog jer je valna dužina radarskog impulsa veca od valnedužine svjetlosti, pa se kroz atmosferske slojeve razlicite gustoce više lome

Arpa:Temelj rada ARPA uređaja:

Ugradnjom računala u klasićne radarske sustave dobivene su bitno nove kvalitete ukorištenju radara u navigaciji. U navigacijsku upotrebu ušli su CAS i ARPA radari te radarikoji obraduju primljeni signal računalnom tehnikom, ali nemaju mogućnost automatskogucrtavanja kretanja objekata, odnosno izbjegavanja sudara.ARPA (Automatic Radar Plotting Aid ) je kompjutorizirani radarski sustav za automatskoucrtavanje i izbjegavanje sudara.

9

CAS (Collision Avoidance System ) je kompjutorizirani radarski sustav koji je po svojim konstrukcijskim karakteristikama sličan sustavu ARPA

Slika3. Arpa Radar

10

Literatura:

Udžbenik elektronske navigacije

Odlomci skripti s UNIZD

Web

11