SAOBRAAJNI FAKULTET U BEOGRADU

PREDMET: Osnovi telekomunikacionih sistema

Komunikacija i navigacija u vodnom saobraaju

Katarina Milovi, broj indeksa

B e o g r a d, 2 0 1 4.

Rezime:

U radu je dat pregled upotrebe navigacije i komunikacionih sredstava u vodnom saobraaju. Osnovni cilj ovog seminarskog rada ogleda se u bliem upoznavanju italaca o znaaju poznavanja i primene navigacionih i komunikacionih sredstava u vodenom saobraaju. Pre nego to se ozbiljnije posvetimo izuavanju materije, potrebno je da se upoznamo sa pojmom i poetkom razvoja navigacije i komunikacije u vodenom saobracaju.

Kljune rei: navigacija, komunikacija, sigurnost plovidbe

Summary:

This paper provides an overview of the use of navigation and communication tools in water traffic. The main aim of this seminar is reflected in closer introduction readers about the importance of knowledge and application of navigation and communication tools in water traffic. Before we can really devote to the study of matter, it is necessary to introduce the concept and begining of development of navigation and communication in water traffic.

Key words: navigation, communication, safety of sailing

S a d r a j

REZIME ......................................................................................................... 21. UVOD 4 2. NAVIGACIJA U VODNOM SAOBRAAJU 53. RADIONAVIGACIJA 54. RADARSKA NAVIGACIJA 65. HIPERBOLIKA NAVIGACIJA 7 5.1. Sistem Decca 8 5.2. Sistem Loran C 86. SATELITSKA NAVIGACIJA 8 5.1. Transit sistem 8 5.2. GPS sistem 9 5.3. Globalni i regionalni satelitski navigacioni sistemi 107. PODVODNO-AKUSTINA NAVIGACIJA 108. ELEKTRONSKE NAVIGACIONE KARTE 10

LITERATURA PRILOG

1. UVOD

Iako se prva ideja o potrebi razvoja modernog sistema pomorskih komunikacija javila ve poetkom sedamdesetih godina, novi sistem slubeno se uvodi u meunarodni sistem sigurnosti plovidbe tok 1988. godine izmenama Meunarodne Konvencije o zatiti ljudskih ivota na moru.Elektronska navigacija je deo navigacije koja je najkasnije nastala i bila uvedena u eksploataciju neto pre I svetskog rada. Danas, posle gotovo sedamdeset godina, elektronski navigacioni sistemi pokrivaju velike povrine kopna i mora, tako da navigator moe znati svoj poloaj bilo kad, bilo gde i pod bilo kojim vremenskim uslovima. Intenzivan razvoj je uslovio da elektronski navigacioni sistemi budu nezaobilazni elementi inteligentnih informacionih sistema koji se sve intenzivnije koriste u brojnim oblastima poslovanja, pa tako i u lukama, pomorskom saobraaju i saobraaju na unutranjim plovnim putevima.Prvi hiperboliki sistem postavili su Englezi. Sistem GEE se pojavio 1942. godine a sluio je britanskim bombarderima kao pomo za povratak kui. Meutim, veliki uspeh za navigaciju bio je sistem Decca korien prvi put prilikom iskrcavanja u Normandiji. U isto vreme, Amerikanci su otkrili Standard Loran koji e postati Loran A, a nemake pomorske snage koristile su Sonne koji e biti poznatiji pod engleskim imenom Consol. Za uspean razvoj pomorske i vazdune navigacije nastavljeno je sa izuavanjem ovih sistema i odgovarajuih postupaka. Trebalo je poveati domet i preciznost, jo te dve karakteristike koje su kontradiktorne, i malo po malo stvarati sisteme dajui privilegiju jednoj ili drugoj karakteristici.

2. NAVIGACIJA U VODENOM SAOBRAAJU

Po jednoj definiciji, navigacija je vetina voenja broda iz jednog odredita u drugo najsigurnijim putem. Ne najkraim, ve najsigurnijim. Nagli razvoj i napredak navigacionih sredstava zahteva i posebnu obuku navigatora, poto je potrebno detaljno poznavanje metoda, sredstava i mogunosti elektronske navigacije. Elektronska navigacija, pored terestrike i astronomske, predstavlja sr odreivanja pozicije broda i odreivanja najpovoljnije putanje.Mogue ju je podeliti na: radionavigaciju; radarsku navigaciju; hiperboliku navigaciju; satelitsku navigaciju i podvodno-akustina navigacija.Ova podela je izvrena prema vremenu pojave pojedinih grana a ne prema vremenu otkrivanja principa rada, jer su principi rada obino otkriveni znatno ranije nego to je tehnika bila u stanju da ih primeni.U pomorskoj praksi esto brodovi moraju da komuniciraju meusobno, i uzajamno se dogovaraju o izbegavanju sudara.Za uspjeno voenje navigacije potrebno je poznavati razne vetine, kao to su: itanje karte i poznavanje navigacijskih oznaka na moru, odreivanja zemljine duine i irine, odreivanje kurseva i azimuta, vremena plovidbe, odreivanje tane pozicije samo uz pomo kompasa i karte, poznavanje GPS-a i primena GPS-a na pravi nain, poznavanje kompasa, merenja brzine broda i dubine mora.

3. RADIONAVIGACIJA

Goniometrija je najstariji sistem radionavigacije koji ima anse da preivi sve aktuelne sisteme. Ona omoguava merenje pravca jednog predajnika nazvanog Radiofar. Radionavigacija podrazumeva emitovanje elektromagnetnih signala odreenih karakteristika od strane radiofara, koje sa druge strane detektuje radio goniometar ili obini prijemnik (zavisno od tipa fara). Radio goniometar omoguuje da se dobije azimut na radiofaru, a time i pozicija broda. Uzastopnim odreivanjem azimuta na dva ili vie radiofara, ili na jednom u razmaku vremena, dobija se pozicija broda.Radiofarovi su predajne radio stanice koje se nalaze na kopnu ili se nalaze na brodu svetioniku. Svi radiofarovi dele se prema nameni na: pomorske, avijacijske, pomorsko-avijacijske, a prema karakteristikama na: krune (preko vertikalne antene emituju vertikalno polarizovane radiotalasena sve strane); direktne ili usmerene (emituju talase u jednom ili vie sektora i upotrebljavaju se uglavnom za prilaz nekoj luci ili za plovidbu kroz kanale, uopte u sektoru gde je sektor plovidbe ogranien); rotirajue (omoguuju da brod odredi azimut na radiofaru bez upotrebe radio goniometra); zvune i radiostanice.

4. RADARSKA NAVIGACIJA

Radar je savremeno navigaciono sredstvo za izvoenje navigacije u svim uslovima, a posebno kod ograniene vidljivosti za kontrolu pozicije i utvrivanje rizika od sudara. Njegov rad se zasniva na emitovanju elektromagnetnih talasa prema horizontu i prijemu elektromagnetne jeke, odnosno elektronskom merenju vremena proteklog od emitovanja do prijema jeke. Na osnovu toga se na radarskom ekranu uoavaju objekti od kojih se elektromagnetni talas odbija. Izgled radara prikazan je na slici 1.

Slika 1 izgled radara

Radarski prijemnik usmeren rotacionom antenom emituje po horizontu u uskom snopu (irine 1 do 3, visine 18 do 28) impulsno modulisane veoma kratke elektromagnetne impulse vrlo visoke frekvencije i vrlo male talasne duine (3 do 10 cm). Ovi talasi prostiru se gotovo pravolinijski, slino svetlosnim zracima. Kada takav impuls na putu naie na neki predmet prepreku, mali deo te energije se odbija i vraa natrag na antenu kao jeka koju radarski prijemnik pojaava, i na obodu ekrana prikazuje kao svetliji odraz. Poloaj odraza na ekranu odreen je udaljenou objekta i njegovim pravcem azimutom ili pramanim uglom, odnosno poloajem antene u momentu primanja odbijene jeke. Pramani ugao ili azimut odreen je trenutnim poloajem antene u odnosu na simetralu broda pri emitovanju impulsa. Naime, za tako veliku brzinu rasprostiranja talasa moe se zanemariti okretanje antene jer kod navigacionih radara antena se okree 18 do 30 puta u toku jednog minuta. Da bi navigacioni radar zadovoljio potrebe, treba da ispunjava sledeeuslove: da otkriva objekte na to manjoj udaljenosti (to krai impulsi, to nia antena, to manja mrtva zona); da postigne to vei domet, odnosno daljinu otkrivanja (velika snaga, vea duina impulsa, vea osetljivost prijemnika, to via antena); da moe dobro razlikovati objekte po azimutu i udaljenosti (to ua horizontalna irina snopa, to krai impulsi i to vea vertikalna irina snopa); da moe smanjiti, odnosno ponitavati atmosferske smetnje i refleksije od morske povrine radi izdvajanja mrlja stvarnih objekata.Svaki radar je sastavljen od vie delova koji su meusobno povezani I svaki od njih ima odreenu funkciju. Blok ema radarskog ureaja prikazana je na slici 2.

Slika 2 Blok ema radarskog ureaja

Iako je prilikom odreivanja pozicije broda radar kao navigacioni sistem neuporediv u odnosu na druge navigacione sisteme, on je isto tako i veoma opasan sa stanovita bezbednosti broda ako se samo on koristi za pozicioniranje (pogrena identifikacija objekata, tehnika greka radara i slino). Zato se on nikad ne sme upotrebiti kao jedino navigaciono sredstvo. Prednosti radara kao navigacionog ureaja sastoje se u tome to nije ogranien optikom vidljivou (no, magla i slino), daje pri povoljnim uslovima dobru preciznost, jednostavno je pozicioniranje sopstvenog broda i objekata u osmatranju, omoguava pozicioniranje na jedan objekat u bilo kom trenutku, moe se koristiti kao meteoroloko sredstvo (otkrivanje ciklona), itd.

5. HIPERBOLIKA NAVIGACIJAHiperbolika navigacija je deo elektronske navigacije koja za odreivanje pozicije koristi hiperbolu kao liniju pozicija (LOP). Hiperbola kao linija pozicija je u principu odreena razlikom udaljenosti do dve radio predajne stanice. U praksi se hiperbola dobija merenjem azimuta, udaljenosti, razlike udaljenosti, razlike faze, razlike frekvencije ili merenjem dva od navedenih elemenata. Domet i tanost sistema zavisi od frekvencije korienih elektromagnetnih talasa, mernog elementa i tehnikog reenja sistema. Nie frekvencije poveavaju domet uz smanjenje tanosti i obrnuto, dok su po pravilu impulsni sistemi taniji od azimutnih.Savremeniji sistemi navigacije, koji nisu satelitski, na srednje i duge udaljenosti koji ulaze u tu kategoriju su: Loran, Decca, Toran, Rana. Hiperboliki sistemi se dele na dve podkategorije:- sistemi na impuls, odnosno impulsni sistemi, kao Loran C;- sistemi koji mere razliku u fazi, odnosno fazni sistemi, kao Decca.Presek vie linija pozicija (LOP) daje poziciju u mrei hiperbolikih koordinata. Na sreu veine savremenih ureaja-predajnika, linije pozicija (LOP) su zdruene u kalkulatoru, koji omoguava prolaz u nalaenju geografskih koordinata bez potrebe za specijalnim kartama to je u prolosti veoma dugo bio sluaj.

5.1. Sistem Decca

Decca je najstariji, meu hiperbolinim sistemima. Dovren je u najveoj tajnosti, a prvi put je korien za vreme iskrcavanja saveznika u Normandiji juna 1944. godine. Merenje fazne razlike ima smisla samo izmeu dva signala iste frekvencije. U Decca prijemniku frekvencija glavne i frekvencija pomone stanice su umnoene (multiplicirane) da bi dale signale iste frekvencije i da bi se tada moglo uporeivati.

5.2. Sistem Loran C

On je poeo sa radom pedesetih godina prolog veka, a postao je 1976. godine oficijelnisistem SAD za korienje na njihovim obalskim vodama. To je jedan sistem koji nema dvosmislenosti, pa time ni bilo kakvih problema u pogledu otklanjanju sumnje. Koriene niske frekvencije (100 kHz) osiguravaju mu veliki domet na moru ali i na zemlji.Za merenje razlike udaljenosti izmeu para stanica koristi se kombinovana impulsno-fazna metoda kojom se postie vea tanost. Impulsna metoda, koja je manje tana od fazne, daje u prvoj fazi merenja priblinu veliinu razlike udaljenosti. U drugoj fazi merenja fazna metoda daje vrlo taan rezultat razlike vremena prijema dva signala, tj. razliku udaljenosti.

6. SATELITSKA NAVIGACIJA

Za orijentaciju na moru, u poetku su koriena nebeska tela, a kasnije otkriem magnetnog polja, kao referentne take korieni su zemljini magnetni polovi, ime je osnovni problem orijentacije bio praktino reen. Meutim, problem tane pozicije i brzine je sve do skoro neuspeno reavan.Za nekoliko godina satelitski sistem GPS (Global Positioning System) je postao neizbean sistem navigacije. Korien za navigaciju, kao i za precizne topografske radove, na moru, zemlji i vazduhu, u polarnim predelima kao i na ekvatoru, on daje poziciju, brzinu i vreme konstantno bez obzira na meteoroloke i druge uslove.Prvi sistem pozicioniranja putem satelita je bio NAVSAT (Navigation Satellit Timing and Ranging) i njegovi sateliti Transit. Glavni nedostatak ovog sistema je bio davanje pozicije samo u intervalima od 1 do 2 sata, sa preciznou od nekoliko stotina metara, koja je u brojnim sluajevima bila nedovoljna, priemu je on davao samo poziciju u dve dimenzije (na povrini Zemlje). Ti nedostaci nagnali su Odeljenje odbrane SAD da izmisle novi navigacioni sistem: GPS.

6.1. Transit sistem

Satelitski sistem Transit sainjavaju (slika 3): pet vetakih Zemaljskih satelita (6); etiri stanice za praenje satelita (1); pomorska opservatorija vremena (2); kontrolni centar (5); raunski centar (4); centar za predaju popravki putanja satelita (3); promenljiv broj prijemnika na korisnicima (7).

Slika 3 Komponente sistema Transit

Izvori greaka sistema Transit su: smetnje u instrumentima (elektronski um); anomalije u irenju elektromagnetnih talasa; netana visina antene; nedovoljno tano proraunata putanja satelita; netane vrednosti kursa i brzine broda.6.2. GPS sistem

NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging) ili GPS (Global Positioning System) je satelitski navigacioni sistem koji obezbeuje korisnicima preciznu, globalnu, kontinualnu i trodimenzionalnu navigaciju, merenje brzine i transfer informacija o tanom vremenu. Da bi se opisala celina konstitucije GPS-a, potrebno ga je dekomponovati u tri celine nazvane segmentima: Kosmiki segment sastavljen od satelita koji emituju radio signale; Kontrolni segment sastavljen od zemaljskih stanica koje prate, proraunavaju, snabdevaju satelite potrebnim podacima i komanduju satelitima; Korisniki segment konstituisan od GPS prijemnika korisnika navigacionih i drugih usluga.GPS koristi princip merenja vremena prijema signala emitovanog sa satelita za odreivanje poloaja korisnika. Mnoenje ovog vremena sa brzinom signala, tj. brzinom svetlosti dobijamo rastojanje do prijemnika.

6.3. Globalni i regionalni satelitski navigacioni sistemi

Pored GPS-a postoje i drugi satelitski navigacioni sistemi od kojih su neki globalnog, a drugi regionalnog karaktera.GALILEO je otvoreni, globalni satelitski navigacioni sistem potpuno kompatibilan sa GPS-om, ali nezavistan u odnosu na njega. U nadlenosti je Evropske Unije i jo uvek je u eksperimentalnoj fazi.BeiDou (COMPASS) je kineski regionalni satelitski sistem. Jedini koji nije pasivan.QZSS (Quazy-Zenith Satellite System) je japanski regionalni sistem.

7. PODVODNO-AKUSTINA NAVIGACIJA

8. ELEKTRONSKE NAVIGACIONE KARTE

Primena zajednikih standarda je poslednjih nekoliko godina dovela do iznalaenja novog naina prikazivanja navigacionih karata elektronske navigacione karte. Ona je prezentirana u obliku jedne ocrtane karte na ekranu raunara na kojoj se odvija proces predstavljanja broda putem ureaja navigacije.Njena aktuelna evolucija, ozvaniena od strane Meunarodne pomorske organizacije (IMO International Maritime Organization), je razvijena u pravcu koncepta navigaciono informacionog sistema poznata pod imenom ECDIS (Electronic Chart Display and Information System), pomou koga se objedinjuju sva navigaciona pomagala u jednu celinu. Drugim reima informacije od navigacionih senzora, podaci o kursu i brzini broda, kao i podaci o drugim brodovima, ECDIS integrie na jednom mestu i prikazuje na elektronskoj karti.Razvoj elekronskih karata i njihova implementacija u okviru elektronskih kartografskih sistema na komandnom mostu broda, znaajna je iz sledeih razloga: skrauje vreme rada navigatora-sistem elektronske navigacione karte omoguava uoavanje pozicije broda u realnom vremenu, na ekranu monitora u kartografskoj pozadini, bez nepotrebnog unoenja pozicije kao na papirnoj karti; poveava bezbednost-sistem elektronske nautike karte, koristei bazu podataka; moe automatski usavravati funkciju protiv nasukavanja, i naravno, u sprezi sa protivsudarnim radarom izbegavaju se eventualni sudari sa drugim brodovima; poveava tehniku sposobnost u razvoju elektronskih nautikih karata, u smislu hardvera i softvera.Glavne karakteristike elektronskih karata su: preciznost; rezolucija; preciznost i kompletnost digitalizacije.Postoje dva tipa elektronskih karata: rasterske (slika 4) i vektorske elektronske karte. Rasterske elektronske karte se jo nazivaju i skalarne, obino se obeleavaju skraenicom RNC (Raster Navigational Chart), dok se vektorske karte obeleavaju kao ENC (Elektronic Navigational Chart).

Slika 4 skenirana rasterska elektronska karta

Sadraj vektorske karte podeljen je na tematske celine. Skup definisanih taaka moemo spojiti pravom ili krivom linijom. Tako dobijena linija predstavlja jednu tematsku celinu koja se crta na posebnom sloju. Svaki sloj predstavlja odreenu grupu objekata srodnu po tipu (obale, izobate, kanali...), nainu prikaza (take, linije) ili povrine ili boje (plavi, zeleni...).U tabeli broj 1 data je uporedna analiza rasterske i vektorske elektronske karte.

KriterijumRetorske karteVektorske karte

Prihvaena za ECDISPrivremena zamenaDa

Sposobnost obrade podatakaNe mogu se obraivatiDa

Meunarodno priznataNeDa

StandardizovanaNeDa

Koliina podatakaVeaManja

Inteligentna sposobnostNe-inteligentnaInteligentna

elijska strukturaNeDa

Mogunost upozorenja naopasnost alarmNeDa

Laka za korienjeNeDa

Zahtevnost memorijeZahteva CD-RomMala

Mogunost zumiranjaLimitirana tekstualna izoblienjaDa, tekst nije izloendeformacijama

Sposobnost upozorenjaprotiv nasukavanjaNeDa

Obuka i trenaDobar prelazak od analognih do kompletnih vector podatakaPotrebna specijalnaobuka

Lakoa prepoznavanja slike namonitoruDobra kopija i originalne papirne kartePotrebna praksa

Tabela broj 1 Uporedna analiza retorske i vektorske karteRols Rojs (Rolls Royce) eli da izgradi divovski brod koji e okeane prelaziti bez ljudske posade,a kojim e se upravljati daljinskim komandovanjem. Razvoj broda zapoet je prole godine.Bespilotni brod radit e pomou GPS-a kako bi se lake, sigurnije i jefitinije teret prevozio do njegove destinacije. Kako je jedan raunovoa i konsultant objasnio za Bloomberg, trokovi za posadu na nekom velikom kontejnerskom brodu ine 44 odsto ukupnih poslovnih rashoda.Evropska unija sa 3,5 miliona eura finansira studiju pod nazivom Pomorska bespilotna navigacija. Istraivai pripremaju prototip za probne polovidbe, na temelju kojih e procijeniti trokove i koristi, a trebao bi biti zavren idue godine. Bazirae se na GPS sistemu koji bi trebao sprijeiti skretanje brodova s zacrtane putanje, kao i odravati sigurnost.

11