В статье рассматриваются основные принципы построения локальных дифференциальных подсистем ГЛОНАСС/GPS, работающих для нужд внутреннего водного транспорта Российской Федерации. Отмечено, что применение данной системы высокоточного позиционирования ГЛОНАСС/GPS и ее функциональных дополнений позволит осуществлять так называемый «инструментальный метод судовождения», который даст возможность значительно увеличить эффективность и безопасность плавания по внутренним водным путям. Показано, что использование локальных дифференциальных подсистем позволит качественно повысить сбор навигационно-гидрографической информации при производстве комплекса путевых работ, ежегодно выполняемых Администрациями бассейнов ВВП. Описано предназначение основных автоматизированных навигационных комплексов, применяемых при решении производственных задач на речном флоте. Обозначена проблема создания перспективных автоматизированных тральных комплексов, учитывающих специфику обслуживаемых водных путей.
В настоящее время на внутренних водных путях Российской Федерации (ВВП РФ) осуществляется подготовка к внедрению таких конструктивных информационных структур, как корпоративная речная информационная система, речная информационная система, автоматизированная система управления движением судов, определяющих эффективность мониторинга, управления и безопасности судоходства. Необходимым условием их эффективного функционирования, по-видимому, является наличие высокоточного радионавигационного поля, формируемого глобальной навигационной спутниковой системой (ГНСС) ГЛОНАСС/GPS и полем дифференциальной поправки.
Для безопасной навигации по внутренним водным путям (ВВП) на территории РФ развернута наземная система дифференциальной коррекции, т.е. дополнительные информационные сообщения передаются через наземные радиостанции. Система функционирует за счет образования сети ККС. Для навигационного обеспечения судов речного флота дифференциальной подсистемой СРНС ГЛОНАСС/GPS покрыты участки ВВП РФ, для которых выполнены электронные навигационные карты. К таким районам относятся следующие: – Волго-Балтийский бассейн; – Волго-Донской бассейн; – реки Обь, Иртыш, Енисей и Лена; – река Амур. Для обеспечения надлежащего уровня безопасности плавания на ВВП РФ судоводителю необходимо непрерывно определять местоположение судна относительно оси судового хода, его кромок, берегов, а также отдельных опасностей. Данная задача может быть эффективно решена в случае совместного использования целого спектра навигационных систем, комплексов и приборов. Как свидетельствуют результаты натурных испытаний, в настоящее время с помощью дифференциальных дополнений глобальной навигационной спутниковой системы можно осуществлять практически непрерывные высокоточные местоопределения с дискретностью 1 – 5 с и точностью 1 – 5 м (95 %), что применительно к средней скорости движения судов на ВВП РФ составляет 15 км/ч [9], [10]. Естественно, наносить положение судна на навигационную карту с такой дискретностью в ручном режиме крайне сложно и неэффективно. Для решения данной задачи требуется использование электронных навигационных карт (ЭНК) и средств их отображения (система отображения электронных навигационных карт и информации (СОЭНКИ)). В таком случае будет использован так называемый инструментальный метод судовождения, основанный на применении современных технических средств и инфокоммуникационных технологий. Кроме того, следует учитывать, что в настоящее время ежегодно наблюдается рост объемов перевозок, осуществляемых внутренним водным транспортом. Естественно, это сказывается на росте интенсивности движения речных судов и судов смешанного «река-море» плавания на ВВП РФ. В связи с высокой загруженностью как отдельных участков, так и всей Единой глубоководной системы, а также наличием лимитирующих участков, узкостей и участков с односторонним движением средняя скорость движения судов может быть крайне низкой. В результате этого судоводители осуществляют навигацию, руководствуясь лоцманским методом судовождения, т. е. с применением бумажных лоцманских карт и атласов, служащих для визуальной ориентировки на местности. Данный метод с точки зрения безопасности плавания при плохих гидрометеорологических условиях не всегда эффективен, так как в значительной степени ограничен физическими возможностями человека. Использование локальных дифференциальных подсистем на ВВП РФ позволит вывести на новый уровень работы по содержанию водных путей, выполняемые Администрациями бассейнов ВВП с целью обеспечения безопасного плавания для судоводителей. Качественное обслуживание ВВП РФ зависит от использования современных автоматизированных производственных комплексов, предназначенных для сбора навигационно-гидрографической информации при производстве комплекса путевых работ.
Сбор навигационно-гидрографической информации на ВВП РФ. Для проведения путевых работ в автоматизированном режиме достаточно широко используются следующие виды навигационных комплексов: – автоматизированная система дистанционного мониторинга средств навигационного оборудования (АСМ СНО) – предназначена для контроля состояния средств навигационного оборудования; – автоматизированный промерный комплекс – предназначен для сбора и обработки навигационно-гидрографической информации и данных геодезического обоснования при производстве гидрографических работ для создания отчетных планшетов, а также накопления баз данных навигационной информации и последующего кодирования на их основе ячеек ЭНК; – автоматизированный обстановочный комплекс – используется для сбора, обработки, хранения и передачи навигационной информации при производстве путевых работ, в том числе для высокоточной расстановки и оперативного контроля состояния плавучих и береговых СНО, а также для контроля состояния фарватеров и судовых ходов; – автоматизированный комплекс контроля дноуглубительных работ (АК КДР) – необходима для высокоточной постановки дноуглубительных снарядов на прорези при навигационногидрографическом обеспечении дноуглубительных работ. Исходя из ранее изложенного, следует отметить, что для проведения полного комплекса путевых работ на ВВП РФ в автоматизированном режиме крайне необходимы разработка и внедрение перспективного автоматизированного трального комплекса, который позволит определять местоположения подводных препятствий и объектов, осуществлять технический осмотр судоходных гидротехнических сооружений, причальных стенок, а также передачу полученного результата в бассейновую базу данных ЭНК с целью обновления последней для поддержания ее на современном уровне.
Лазерные створы.
Водный транспорт является одним из важнейших элементов Единой транспортной системы России. Повышение эффективности и безопасности эксплуатации водных путей - первостепенная государственная задача. Особенно в сегодняшних условиях, когда становится возможной организация международных транспортных коридоров через территорию РФ и её территориальные воды.В связи с этим появляется острая необходимость оборудования опасных участков судоходства, где требуется высокая точность и надёжность проводки судов, современными устройствами навигации.
Существующие традиционные навигационные средства не всегда удовлетворяют предъявленным требованиям в стеснённых условиях плавания. Использование лазеров для целей навигации позволяет успешно осуществлять проводку судов в данных условиях. Такие особенности лазерного излучения, как: резкое отличие лазерного огня от других; высокая направленность луча; сохранение контраста между яркостью прямого излучения и фоном рассеянного излучения на больших расстояниях, - обусловливают перспективность создания лазерных навигационных средств. Следует отметить потенциально опасные ситуации, где применение лазерных навигационных систем особенно эффективно: проводка судов по каналам, по узким фарватерам, под мостами, при подходах к портам, в том числе при пониженной прозрачности атмосферы, наличии фона береговых огней, застроенности береговой зоны. Особенно необходимо оснащение таким навигационным оборудованием ответственных участков и портов. Важно отметить, что лазерные системы могут обеспечить не только визуальное восприятие судоводителем навигационных огней, но и полуавтоматическое (инструментальное), или даже автоматическое управление судном (сигналы регистрирует фотоприёмное устройство и выдаёт информацию о положении судна или передаёт их на авторулевой). При этом возможно использование инфракрасного, невидимого глазом, излучения. В настоящее время среди лазерных навигационных систем более всего могут найти применение лазерные створы (ЛС), предназначенные для указания направления и границ судового хода.
Разработки в данной области ведутся в мире, начиная с 60-х годов. Однако, как показал анализ имеющихся патентных и других печатных материалов, разработанные системы обладают рядом достаточно существенных недостатков, что препятствует их применению в реальных условиях судоходства. Начиная с 1981 года, в МГАВТ ведутся исследования и разработки по созданию лазерных створов на основе двух маяков, синхронно сканирующих навстречу друг другу. В результате работ был создан первый в стране опытный промышленный образец лазерного створа "Анемон".
Однако в условиях постоянного совершенствования элементной базы (появление новых современных типов лазеров, других комплектующих и т.д.) и возрастающих требований к характеристикам навигационных приборов, "Анемон" нуждался в коренной модернизации. Требовалось разработать на его базе принципиально иной прибор с оптимальными характеристиками, способный работать в режиме автономного питания.