curs navigatie electronic a

NavigaŃie ElectronicăNavigaŃie ElectronicăNavigaŃie ElectronicăNavigaŃie Electronică

1

S.l. drd. Radu Hanzu-Pazara

NavigaŃie electronică (note de curs)


2


3

Sistemele electronice de navigaŃie au apărut pe scara istoriei evoluŃiei tehnice odată cu dezvoltarea tehnico-ştiinŃifică şi industrială cunoscută de-a lungul secolului al XX-lea.

Necesitatea dezvoltării acestor mijloace de navigaŃie s-a impus odată cu creşterea complexităŃii activităŃilor de transport pe apă.

Tehnicile tradiŃionale de navigaŃie utilizate până la începutul secolului al XX-lea ofereau suficientă precizie şi rapiditate în determinarea poziŃiei comparativ cu nevoile de transport ale vremii. Aceste tehnici sunt folosite cu succes şi astăzi datorită independenŃei faŃă de resursele tehnice de la bordul navelor.

Principalul dezavantaj al tehnicilor tradiŃionale de navigaŃie este dat de imposibilitatea aplicării lor în orice condiŃii de vreme şi/sau amplasare geografică. Alte dezavantaje ale procedeelor clasice sunt reprezentate de durata de timp necesară efectuării observaŃiilor, erorilor aleatoare şi sistematice care pot apărea, etc.

Creşterea traficului de mărfuri transportate pe mare a dus la necesitatea apariŃiei unor tehnici noi de determinare a poziŃiei navei şi prezervarea drumului acesteia în condiŃii de siguranŃă. Odată cu dezvoltarea industrială din prima jumătate a secolului al XX-lea a apărut o nouă ramură a navigaŃiei, bazată pe tehnologia electronică.

Începutul navigaŃiei electronice a constat în introducerea la bordul navelor a radiogoniometrului, primul mijloc de navigaŃie care a oferit independenŃă de navigarea în condiŃii de vizibilitate redusă. MulŃi ani a fost singurul mijloc de navigaŃie radioelectronică.

În preajma celui de al doilea război mondial au apărut tehnici de radio şi hidro locaŃie, destinate iniŃial armatei, dar, mai apoi dezvoltate pe larg şi pentru navigaŃia comercială.

Sistemele RADAR sunt utilizate atât pentru stabilirea poziŃiei navei proprii cât şi pentru detecŃia Ńintelor apropiate. NecesităŃile crescânde apărute după cel de-al doilea război mondial în ceea ce priveşte precizia şi fiabilitatea determinării poziŃiei navei a dus la introducerea pe scară largă a sistemelor electronice de navigaŃie hiperbolică Loran, Decca şi Omega.

În paralel cu tehnicile de navigaŃie hiperbolică, odată cu dezvoltarea tehnologiilor spaŃiale au fost introduse şi sistemele de navigaŃie cu ajutorul sateliŃilor artificiali. Există şi o serie de alte tehnici complementare de navigaŃie electronică folosind principiul inerŃiei (navigaŃia inerŃială).


4


5

1.1. Sisteme electronice de navigaŃie şi frecvenŃele de lucru ale acestora

Undele radio nu pot şi nu trebuie să respecte graniŃele internaŃionale, lucru ce a dus de multe ori la dispute între state privind utilizarea diferitelor frecvenŃe. În acest context a apărut OrganizaŃia InternaŃională pentru TelecomunicaŃii (ITU), care reglementează şi alocă frecvenŃe pentru diferite servicii, precum şi supraveghează modul de utilizare al acestora pe plan internaŃional. ToŃi utilizatorii sistemelor de telecomunicaŃii trebuie să cunoască faptul că au dreptul, conform licenŃei deŃinute, să utilizeze numai anumite frecvenŃe alocate în scopul transferului de informaŃii. În caz contrar, în domeniul telecomunicaŃiilor s-ar produce un adevărat haos, în special prin suprapunerea frecvenŃelor de lucru ale diverşilor operatori.

Serviciile esenŃiale de comunicaŃii, aeriene, maritime şi terestre nu ar putea funcŃiona altfel şi asigura în acelaşi timp gradul necesar de siguranŃă şi securitate a serviciilor aferente.

Sistemele de navigaŃie radio au necesitat întotdeauna o mare atenŃie din partea operatorilor. Realizarea unor sisteme de navigaŃie radio performante situate la bordul unei nave pe mare a creat multe probleme inginerilor navali. Nava fiind construită din oŃel, care plutind în apă sărată devine un foarte bun generator de câmp electromagnetic, capabil să respingă sau să reflecte undele radio. De asemenea, altă problemă apărută în cazul navelor moderne, este reprezentată de suprastructurile metalice, care reprezintă obstacole în cale transmisiei şi recepŃiei undelor radio, indiferent de performanŃa antenelor amplasate la bord

Sistemele de navigaŃie şi comunicaŃii maritime au alocate frecvenŃe specifice de lucru, astfel:

� Loran-C pe frecvenŃa medie de 100 kHz � Navtex transmisii date pe 518 kHz � Voce, radiotelex şi comunicare digitală selectivă în banda de frecvenŃă

medie 1.6 – 3.4 MHz � Voce, radiotelex şi DSC în benzile de înaltă frecvenŃă cuprinse între 3 şi 30

MHz � Voce şi DSC în banda de foarte înaltă frecvenŃă 30 – 300 MHz � RADAR şi SART pe frecvenŃa de 9 Ghz � GPS pe frecvenŃe din banda L � ComunicaŃii INMARSAT în banda de frecvenŃă L

În fiecare caz, frecvenŃa de lucru a fost aleasă pentru a satisface două criterii de bază, acela al ariei geografice acoperite şi al abilităŃii de a transporta informaŃiile necesare. Aria geografică acoperită de undele radio este influenŃată de mulŃi parametrii, aria poate fi definită, în principiu, de alegerea benzii de frecvenŃă, care va determina metoda de propagare a undelor radio.


6

Abreviere Banda FrecvenŃa Lungimea de undă

AF Audio 0 Hz – 20 kHz ∞ la 15 km RF Radio 10 kHz – 300 GHz 30 km la 0,1 cm VLF Ultra scurtă 10 – 30 kHz 30 km la 10 km LF Scurtă 30 – 300 kHZ 10 km la 1 km MF Medie 300 – 3000 kHz 1 km la 100 m HF Înaltă 3 – 30 MHz 100 m la 10 m VHF Foarte înaltă 30 – 300 Mhz 10 m la 1 m UHF Ultra înaltă 300 – 3000 MHz 1 m la 10 cm SHF Supra înaltă 3 – 30 GHz 10 cm la 1 cm EHF Extrem de înaltă 30 – 300 GHz 1 cm la 0,1 cm

Tabelul 1.1 Spectrul frecvenŃelor

Caracteristicile de propagare ale undelor radio depind de frecvenŃa utilizată.

Denumire şi frecvenŃă Mod de propagare Caracteristici Ultra scurtă 3 – 30 kHz Unde de suprafaŃă (terestre) TransmiŃătoare foarte

puternice şi antene mari Scurtă 30 – 300 kHz Unde de suprafaŃă şi

componente reflectate de atmosferă

TransmiŃătoare puternice, număr limitat de canale, posibile distorsionări

Medie 0.3 – 3 MHz Unde de suprafaŃă ziua. Unele componente reflectate

de atmosferă noaptea

Acoperire mare noaptea, posibile distorsionări

Înaltă 3 – 30 MHz Unde reflectate de atmosferă pe distanŃe mari

Acoperire globală utilizând reflecŃia din ionosferă

Foarte înaltă 30 – 300 MHz În principal unde spaŃiale Acoperirea depinde de înălŃimea antenei

Ultra înaltă 0.3 – 3 GHz Numai unde spaŃiale Utilizare sateliŃi şi puncte terestre

Supra înaltă 3 – 30 GHz Numai unde spaŃiale SateliŃi şi radar Extrem de înaltă 30 – 300

GHz Numai unde spaŃiale Nu se utilizează pentru

comunicaŃii mobile

Tabelul 1.2 Caracteristicile benzilor de frecvenŃă radio


7

1.2. Caracteristicile frecvenŃelor utilizate

1.2.1. Banda de frecvenŃă ultra scurtă Propagarea semnalelor radio se face utilizând combinarea undelor terestre şi

spaŃiale. Necesită transmiŃătoare de putere mare pentru a combate curbura terestră şi pot fi ghidate pe distanŃe mari. Deoarece posedă o lungime de undă foarte mare necesită antene de dimensiuni mari. De exemplu, la 10 kHz lungimea de undă este de 30 km. O antenă eficientă trebuie să aibă o lungime de 15 km, uzual acestea se realizează cu sprijinirea capetelor antenei pe două vârfuri muntoase.

1.2.2. Banda de frecvenŃă scurtă Comunicarea se realizează în special cu unde terestre care se atenuează odată

cu creşterea frecvenŃei. Acoperirea depinde de amplitudinea puterii transmiŃătorului şi de eficienŃa antenei utilizate. Acoperirea aşteptată de la un transmiŃător de putere dată este cuprinsă între 1500 şi 2000 km. Lungimea de unde se reduce în cazul utilizării de antene de dimensiuni mici. De asemenea, componenta atmosferică a propagării undelor scurte poate cauza anumite probleme pe timpul nopŃii când se produce întoarcerea din ionosferă.

1.2.3. Banda de frecvenŃă medie Atenuarea undelor terestre creşte rapid cu frecvenŃa, în capătul bandei efectul

acesteia devine nesemnificativ. Pentru un transmiŃător de putere dată, aşadar, acoperirea undelor terestre este inversă proporŃional cu frecvenŃă. Acoperirea tipică este cuprinsă între 1500 km până la sub 50 km pentru un semnal transmis, utilizând un transmiŃător de 1 kW legat de o antenă corespunzătoare.

În banda de sub 1500 kHz, undele atmosferice se întorc din ionosferă atât ziua cât şi noaptea şi astfel transmisiile pe aceste unde nu pot fi realizate. Peste 1500 kHz undele reflectate au o mare fiabilitate dar sunt afectate de schimbările din ionosferă datorate modificărilor diurne, sezoniere şi a exploziilor solare.

1.2.4. Banda de frecvenŃă înaltă Această bandă de frecvenŃă este utilizată în special pentru comunicaŃiile terestre

globale. Undele terestre sunt de asemenea atenuate odată cu creşterea frecvenŃei. La capătul inferior al bandei, se pot utiliza unde terestre, dar modul general de propagare este cel atmosferic.

Deoarece ionizarea stratului înalt al atmosferei depinde de radiaŃia solară, reflectarea undelor din ionosferă va fi sporadică, de asemenea predictibilă. În partea inferioară a benzii, pe durata zilei, undele sunt absorbite de atmosferă şi nu se mai reflectă. Comunicarea se realizează în principal cu ajutorul undelor terestre. Noaptea, de obicei, undele din partea inferioară a benzii se reflectă şi comunicarea poate fi realizată pe aceste frecvenŃe, dar în general distorsionat. Undele din partea superioară a benzii trec de ionosferă şi se pierd. Cei mai mulŃi operatori pe această bandă de frecvenŃă evită


8

utilizarea frecvenŃelor din partea inferioară şi superioară a benzi, utilizând cu precădere frecvenŃele din zona mediană a benzii.

1.2.5. Banda de frecvenŃă foarte înaltă În acest caz, atât undele terestre, cât şi undele atmosferice sunt virtuale,

inexistente şi pot fi ignorate. Comunicarea se realizează cu ajutorul undelor spaŃiale care pot fi reflectate de pământ. Undele spaŃiale oferă efectiv comunicare directă şi în consecinŃă, înălŃimea antenei, atât a transmiŃătorului, cât şi a receptorului devine un factor important. O antenă utilizată pentru comunicare în banda foarte înaltă poate fi de asemenea direcŃională. Dispunerea de obiecte de dimensiuni mari în calea undelor spaŃiale produc aşa numite „zone oarbe”, condiŃii în care recepŃia este extrem de dificilă, chiar imposibilă.

1.2.6. Banda de frecvenŃă ultra înaltă Undele spaŃiale şi terestre reflectate sunt utilizate cu ajutorul unor sisteme de

antene direcŃionale eficiente. Distorsionarea semnalului este minimă, este posibilă afectarea polarizării undei în cazul undelor reflectate de pământ, fiind posibilă pierderea puterii semnalului. „Zonele oarbe” reprezintă în acest caz o problemă majoră.

1.2.7. Banda de frecvenŃă supra înaltă FrecvenŃele din această bandă posedă lungimi de undă foarte scurte şi sunt

cunoscute ca microunde. Comunicarea se realizează numai prin propagare spaŃială. Din cauza lungimii de undă se pot utiliza numai antene compacte şi cu un grad ridicat de orientare. Această bandă este utilizată pentru transmisii radar şi comunicaŃii prin satelit.

1.2.8. Banda de frecvenŃă extrem de înaltă Comunicarea se realizează exclusiv cu ajutorul undelor spaŃiale. Se utilizează

antene cu un înalt grad de orientare. Bruiajul şi pierderea semnalului reprezintă problemele majore ale acestei benzi. Banda nu este utilizată pentru comunicaŃii în domeniul maritim.


9

2.1. NoŃiuni generale

A fost primul şi multă vreme singurul mijloc electronic de navigaŃie. Radiogoniometrul se bazează pe proprietăŃile de propagare a undelor electromagnetice (radio) emise de staŃii fixe amplasate în locaŃii în locaŃii precis cunoscute.

FuncŃional, radiogoniometrul determină direcŃia geometrică la o sursă radio-emiŃătoare. Considerente ce Ńin de teoria propagării undelor radioelectrice permit determinarea direcŃiei lor de propagare dincolo de limita orizontului vizibil fără alterări importante în calitatea măsurătorilor.

Pentru determinarea precisă a poziŃiei navei este necesară măsurarea relevmentului prova radio, respectiv unghiul format între axul longitudinal al navei şi direcŃia din care sunt recepŃionate undele electromagnetice emise de radiofar. Stabilirea poziŃiei navei se face prin relevarea poziŃiei a cel puŃin două radiofaruri aflate în poziŃie convenabilă.

În condiŃii perfecte de propagare şi la distanŃe mici (vizibilitate directă la radiofar) determinarea relevmentului radio este relativ precisă. În cazul recepŃionării undelor reflectate, la distanŃe mai mari (vizibilitate indirectă la radiofar) succesiunea de reflexii ionosferice apărute pot induce erori relative mari la determinarea corectă a relevmentului radio.

Figura 2.1. Propagarea undelor radio (electromagnetice)

Strat F

Strat E

Strat D

Receptor EmiŃător

Undă


10

Propagarea undelor electromagnetice este influenŃată de activitatea ionosferei

terestre prin apariŃia unor reflexii multiple la nivelul E – Kenelly (90 km) şi F – Appleton (200-300 km).

VariaŃiile de reflexivitate ale straturilor ionosferice sunt cauzate de activitatea solară, anotimp, alternanŃa zi/noapte. În general propagarea undelor reflectate este mai bună pe timp de noapte.

Principial, cu ajutorul radiogoniometrului de la bordul navei se măsoară relevmente prova radio.

2.2. InfluenŃele mediului de propagare asupra preciziei radiogoniometrării Datorită caracteristicilor de neomogenitate ale mediului de propagare, direcŃia sub

care se recepŃionează undele electromagnetice emise de o radiosursă nu este rectilinie. Abaterea de la direcŃia de propagare teoretică poate fi mare şi este influenŃată de o serie de factori.

Pentru a putea fi trecute pe hartă relevmentele radio, se corectează pentru anularea efectelor tuturor erorilor care apar în timpul goniometrării.

Erorile cele mai mari în practica radiogoniometrării sunt date de următoarele efecte:

� efectul de noapte � efectul de coastă � efectul de deviere a undelor electromagnetice datorită prezenŃei la bord a

maselor metalice � efectele aleatoare de atenuare a semnalului datorate descărcărilor electrice

pe timp de furtună.

2.2.1. Efectul de noapte Apare în intervalul cuprins între o oră înainte de apus şi o oră după răsăritul

Soarelui, având intensitate maximă în timpul crepusculului. ApariŃia sa este determinată de interacŃiunea dintre unda reflectată de stratul F şi

câmpul magnetic terestru. Efectul se face simŃit la distanŃe mai mari de 30 mile marine de emiŃător.

În practică, influenŃele negative ale acestui efect pot fi considerate suficient de mici până la aproximativ 100 mile marine.

La distanŃe mai mari de 100 mile marine faŃă de emiŃător, aproximativ 10% dintre relevmentele radio măsurate au abateri mai mari de 10 grade.

2.2.2. Efectul de coastă Apare atunci când undele electromagnetice se propagă de la coastă (emiŃător) la

navă (receptor) sub un unghi diferit de direcŃia normalei la coastă.


11

Efectul este cu atât mai pronunŃat cu cât depărtarea de la normală este mai mare.

În anumite cazuri, refracŃia coastei poate atinge valori de aproximativ 5 grade. Eroarea este cu atât mai mare cu cât radiofarul este amplasat mai departe de

coastă.

2.2.3. Efectul de deviere a undelor electromagnetice datorită prezenŃei la bord a maselor metalice

Este datorat apariŃiei emiŃătoarelor secundare şi are o influenŃă cu atât mai mică

cu cât ne îndepărtăm de sursa de emisie. Erorile apărute în practică au valori de 1 la 3 grade la distanŃe de 1 milă marină.

2.2.4. Efectele aleatoare de atenuare a semnalului datorate descărcărilor electrice pe timp de furtună

Acest gen de erori nu sunt cuantificabile şi nu pot fi corectate. InfluenŃa lor se

poate înlătura prin alegerea potrivită a momentului efectuării radiogoniometrării.

2.3. Corectarea indicaŃiilor radiogoniometrului. DeviaŃia radio

IndicaŃiile directe ale radiogoniometrului nu pot fi utilizate în practică datorită existenŃei unei diferenŃe însemnate între poziŃia reală a unei radiosurse şi poziŃia primară indicată de radiogoniometru. PrezenŃa la bordul navei a elementelor de greement şi a altor mase metalice care se comportă ca emiŃătoare secundare introduc o deviaŃie permanentă care poate fi determinată în mod experimental.

DeviaŃia radio (δr) reprezintă diferenŃa dintre relevmentul prova determinat prin procedee optice şi relevmentul prova goniometrat la un radiofar.

prpr RR −=δ (2.1)

unde: δr – deviaŃia radio Rp – relevment prova Rpr – relevment prova radio

Efectul prezenŃei conductoarelor electrice la bord poate fi cuantificat Ńinând cont de

variaŃia periodică a deviaŃiei radio odată cu unghiul de orientare al antenei prin următoarea dezvoltare în serie Fourier:

...sin...cossincossin

422+++++++= prprprprprr RKRERDRCRBAδ (2.2)

CoeficienŃii deviaŃiei radio (A, B, C, D, …,K,…) se determină experimental. Din punct de vedere practic, în ecuaŃia deviaŃiei radio sunt luaŃi în considerare

numai primii termeni, ceilalŃi având valori mici şi putând fi neglijaŃi.


12

łinând cont de cele amintite anterior, expresia deviaŃiei radio δr include efectele

generale de natură mecanică şi electrică, efectele generate de emiŃătoarele secundare de tip antenă şi cadru, precum şi efectele generate de oscilaŃia navei şi frecvenŃa de lucru a radiofarului.

2.3.1. Determinarea deviaŃiei radio

Determinarea experimentală a deviaŃiei radio poate fi făcută atât de către echipe specializate, cât şi de echipajul de la bordul navei. Principial, determinarea deviaŃiei radio se face asemănător cu determinarea deviaŃiei compasului magnetic, prin compararea valorilor relevmentelor optice şi radio la acelaşi reper.

Pentru determinarea deviaŃiei radio se Ńine cont de valoarea paralaxei dintre direcŃia radiofar – alidadă şi radiofar – antenă cadru.

pRDd sin/031,0=α (2.3)

unde: d - distanŃa dintre alidadă şi antena cadru, măsurată în metri. D – distanŃa măsurată între navă şi radiofar

În cazul amplasării antenei cadru în prova alidadei, paralaxa va avea valori pozitive pentru radiofarurile observate în babord şi negative pentru cele observate la tribord.

Dacă antena cadru este amplasată în pupa alidadei, atunci regula mai înainte enunŃată se schimbă.

Pentru determinarea practică a deviaŃiei radio la bordul navei, putem aplica două procedee, în funcŃie de condiŃiile existente şi anume, emiŃător fix şi nava care girează, sau, emiŃător mobil şi navă fixă.

Valorile simultane, din 10 în 10 grade, determinate cu ajutorul radiogoniometrului şi al alidadei sunt reprezentate grafic şi trecute în tabelul de deviaŃii.

Radiogoniometrul trebuie reetalonat la depăşirea valorii de 1 grad faŃă de valorile deviaŃiei radio tabelate.

Rpr(0) δr Rp(

0) Rpr(0) δr Rp(

0) 0

10

20

30

40

.

.

. 170

+0.5 +1.5 +2.5 +3.4 +3.9 . . .

-1.5

0.5 11.5 22.5 33.4 43.9 . . .

168.5

1800

1900

2000

2100

2200

.

.

. 3500

-0.5 +0.5 +1.2 +1.9 +2.6 . . .

-0.5

179.5 190.5 201.2 211.9 222.6 . . .

349.5

Tabelul 2.1. Tabelul de deviaŃii


13

2.4. Procedee practice de determinare a deviaŃiei radio la bordul navei

2.4.1. Stabilirea condiŃiilor în care se desfăşoară observaŃiile

� se determină metoda observaŃiilor (giraŃie sau drumuri succesive); � se stabileşte repetitorul cu care se vor măsura relevmentele prova optice; � se stabileşte personalul care participă la observaŃii; � se stabileşte sistemul de comunicaŃii între alidadă şi radiogoniometru pentru

a se asigura simultaneitatea observaŃiilor; � se întocmesc fişele de observaŃii; � se înregistrează pescajul navei şi se verifică dacă masele metalice mobile

de la bord sunt la post; � se deconectează antenele staŃiei radio de pe navă.

2.4.2. Desfăşurarea observaŃiilor

• când nava a luat unul din drumurile stabilite, ofiŃerul cu navigaŃia (însărcinat cu conducerea operaŃiunilor), atenŃionează operatorul de la radiogoniometru;

• operatorul de la radiogoniometru măsoară relevmentul gonio cu o precizie de 0.2 – 0.3 grade şi în momentul măsurării transmite un semnal la alidadă;

• observatorul de la alidadă va citi relevment prova la antena radiofarului; • se recomandă ca pentru fiecare relevment prova să se măsoare 3 – 5

relevmente gonio, pentru a se elimina eventualele erori de observare. NAVA: DATA: RADIOFARUL: PESCAJ:

Nr. crt. obs.

Ora Rp Paralaxa α0

Rp’ (col. 3+4)

Rpr δr (col. 5-6)

ObservaŃii

1 2 3 4 5 6 7 8

Tabelul 2.2. Tabel utilizat pentru determinarea practică a deviaŃiei radio

La întocmirea tabelului anterior se va Ńine seama de următoarele considerente: � funcŃie de valorile deviaŃiei radio rezultate în urma observaŃiilor se trasează

curba deviaŃiei radio, care trebuie să aibă o formă sinusoidală; � funcŃie de acest grafic se scot valorile deviaŃiei radio din 10 în 10 grade şi

se completează tabelul; � în condiŃii corecte de lucru, eroarea medie care poate apărea este de

maxim 0.5 grade. Dacă s-a utilizat metoda drumurilor intermediare, curba deviaŃiei radio se poate

trasa şi numai pentru opt puncte, dar erorile în determinarea tablei de deviaŃii radio din 10 în 10 grade pot fi mari.


14

Ca urmare, în acest caz valorile deviaŃiei radio se vor obŃine prin calcularea

coeficienŃilor A, B, C, D, E, …, K, … din formula deviaŃiei radio şi apoi, calcularea cu ajutorul formulei matematice a valorilor deviaŃiei radio.

2.4.3. Etapa finală a calculului deviaŃiei radio

• după calcularea coeficienŃilor deviaŃiei radio se completează tabelul de deviaŃie radio;

• după determinarea tuturor valorilor necesare ale deviaŃiei radio se va trasa curba deviaŃiei radio pentru a se observa dacă apar erori de calcul;

• avantajul determinării deviaŃiei radio prin calcul constă în faptul că erorile accidentale de observare pentru cele opt relevmente prova goniometrate se repartizează uniform pe întreaga suprafaŃă a tabelului de deviaŃii;

• analiza valorilor coeficienŃilor deviaŃiei radio ne va da indicaŃii asupra caracterului influenŃelor electrice exercitate asupra antenei cadru a radiogoniometrului.


15

3.1. Principiul sistemelor hiperbolice

Principiul funcŃionării sistemelor hiperbolice constă în măsurarea diferenŃei de fază sau de timp dintre semnalele emise de două staŃii situate la coastă şi recepŃionate la bordul navei.

Dacă două staŃii (X şi Y) transmit simultan câte un impuls radio, aceste semnale vor fi recepŃionate simultan de către un receptor situat în punctele A, B sau C, puncte situate pe mediatoarea liniei care uneşte cele două staŃii (denumită linia de bază).

În punctele situate mai aproape de staŃia X decât faŃă de staŃia Y, va fi recepŃionat mai întâi semnalul de la staŃia X şi apoi semnalul de la staŃia Y.

Fig. 3.1. Principiul sistemelor hiperbolice

Pentru un receptor situat în punctele P, Q sau R, unde diferenŃa de distanŃă între staŃiile X şi Y este aceeaşi, diferenŃa de timp între recepŃionarea celor două semnale radio va fi aceeaşi.

Locul geometric determinat de punctele situate la egală diferenŃă de distanŃă faŃă de două focare este hiperbola.

Ca urmare, pentru o pereche de staŃii poate fi trasată o familie de hiperbole prin multiplicarea sau demultiplicarea unei anumite diferenŃe de distanŃă luată ca unitate de referinŃă.


16

În principiu, o navă dotată cu un receptor capabil să măsoare diferenŃa de timp

sau de fază dintre semnalele recepŃionate, poate să determine hiperbola de poziŃie pe care este situată nava la un moment dat.

Pentru a se obŃine poziŃia navei mai este necesară şi o a doua linie de poziŃie. Ca urmare, pentru determinarea poziŃiei navei în sistemele hiperbolice, este suficientă recepŃionarea la un moment dat a trei staŃii de emisie, care generează două perechi de semnale emise simultan.

Familiile de hiperbole generate de un astfel de lanŃ de staŃii sunt trasate pe harta de navigaŃie.

Fig. 3.2. Familii de hiperbole pe harta LORAN


17

3.2. Sistemul LORAN (LOLOLOLOng RARARARAnge NNNNavigation)

3.2.1. Introducere. Scurt istoric

Sistemul LORAN este un sistem electronic de navigaŃie bazat pe staŃii de emisie de la uscat, ce emis impulsuri în banda de frecvenŃă joasă şi care este utilizat pentru determinarea poziŃiei navelor şi a aeronavelor.

Acest procedeu de determinare a poziŃiei a fost propus pentru întâia oară în anii 1930 şi implementat de către Amiralitatea Britanică în timpul celui de al doilea război mondial, sub denumirea „British Gee”.

Sistemul utiliza staŃii de emisie grupate în staŃii principale şi staŃii secundare, situate la distanŃe de aproximativ 100 mile între ele şi care utilizau frecvenŃe cuprinse între 30 şi 80 Mhz. Utilizarea de frecvenŃe din banda de foarte înaltă frecvenŃă a făcut ca sistemul să nu aibă a arie de acoperire foarte mare, dar acest lucru nu reprezenta o problemă la acel moment, având în vedere utilizarea lui în scopul de a efectua raiduri aeriene asupra Germaniei.

Ulterior, sistemul a fost dezvoltat şi îmbunătăŃit în cadrul Institutului Technologic din Massachusetts (S.U.A) şi astfel în anul 1943 existau un număr considerabil de staŃii sub controlul Pazei de Coastă a Statelor Unite.

În stadiul iniŃial, sistemul a fost cunoscut sub denumirea de Sistemul Loran sau LORAN – A. acest sistem opera pe frecvenŃe cuprinse între 1850 kHz şi 1950 kHz, având staŃii principale şi secundare situate la distanŃe de 600 mile marine între ele. Prin utilizarea undelor terestre sistemul acoperea o arie de 600 până la 900 de mile marine pe timp de zi şi o arie de 1250 până la 1500 mile marine pe timp de noapte, pe timp de noapte utilizând şi unde reflectate atmosferic. AcurateŃea poziŃiei determinate cu ajutorul sistemului LORAN – A era de 1 milă marină pe timp de zi, utilizând numai unde terestre şi de 6 mile marine pe timp de noapte, utilizând şi unde reflectate.

Sistemul LORAN – A se baza pe măsurarea diferenŃei de timp dintre recepŃionarea semnalului de la staŃia principală şi recepŃionarea semnalului de la staŃia secundară.

Sistemul LORAN – A a fost utilizat de Statele Unite până în anul 1980 când a fost înlocuit de sistemul LORAN – C. Utilizarea sistemului LORAN – A a continuat în alte zone de pe glob mult timp după apariŃia sistemului LORAN – C, trecerea la acest nou sistem necesitând o perioadă mai mare de timp. Ultimul sistem LORAN – A operaŃional se mai găseşte pe coastele Chinei.

3.2.2. Principiul sistemului LORAN

StaŃia principală (Master) formează cu fiecare dintre staŃiile secundare (Slave) o pereche de staŃii. StaŃiile LORAN emit semnale sub forma unor impulsuri de o anumită durată, care se repetă la intervale de timp regulate. Numărul de impulsuri transmise într-o secundă determină frecvenŃa de repetiŃie a impulsurilor (PRR – pulse reccurance rate).

Receptorul LORAN instalat la bordul navei măsoară diferenŃa de timp dintre momentele recepŃionării impulsurilor provenite de la o pereche de staŃii. DiferenŃele de timp sunt măsurate la precizie de microsecunde.


18

Considerând viteza de propagare a undelor constantă, rezultă că diferenŃa de timp

din momentul recepŃionării semnalelor este funcŃie de diferenŃa de distanŃă dintre navă şi staŃiile perechi recepŃionate.

Fig. 3.3. Sistemul LORAN: două staŃii de emisie caracterizate de impulsuri de lungime specificată

repetate la intervale de timp specifice

Locul geometric al punctelor de egală diferenŃă de distanŃă faŃă de cele două staŃii este hiperbola care are ca focare cele două staŃii, respectiv, linia de poziŃie LORAN.

Punctul navei se obŃine prin intersectarea a cel puŃin două linii de poziŃie LORAN. Problema de poziŃie se poate rezolva în două moduri, şi anume:

• pe hărŃile LORAN unde sunt trasate reŃele de hiperbole determinate de un lanŃ de staŃii;

• prin trasarea unor porŃiuni scurte ale hiperbolei de poziŃie direct pr harta de navigaŃie în proiecŃie Mercator, poziŃia hiperbolelor fiind determinată cu ajutorul tablelor de punct LORAN.

3.2.3. Linii de poziŃie LORAN

Considerând două staŃii de emisie, A şi B, transmiŃând simultan acelaşi tip de impulsuri şi situate la distanŃă cunoscută.

Un receptor situat pe linia de bază determinată de cele două staŃii va recepŃiona ambele impulsuri la o diferenŃă de timp determinată de poziŃionarea acestuia faŃă de cele două staŃii.

Conform figurii 3.4. receptorul este situat mai aproape de staŃia A decât de staŃia B şi totalitatea punctelor de egală diferenŃă de timp dintre semnalele recepŃionate de la cele două staŃii vor determina linia de poziŃie LORAN sau hiperbola de poziŃie.


19

Fig. 3.4. Linia de poziŃie a punctelor de egală diferenŃă de timp determinată de semnalele emise simultan de două staŃii LORAN

Linia de poziŃie din figura 3.4. este reprezentată ca o hiperbolă a cărui focarele sunt reprezentate de cele două staŃii de emisie. Din acest motiv, sistemul LORAN, şi alte sisteme similare, sunt cunoscute ca sisteme hiperbolice.

DiferenŃa de timp poate să fie diferită şi hiperbolele trasate să fie la distanŃe egale cu această diferenŃă de timp, respectând regula ca focarele hiperbolelor trasate să fie reprezentate de staŃiile de emisie, ca în figura 3.5.

Fig. 3.5. Linia de poziŃie a punctelor de egală diferenŃă de timp determinată de semnalele emise simultan de două staŃii LORAN


20

În cazul sistemului din figura 3.5., liniile de poziŃie sunt dispuse simetric faŃă de

linia centrală. Totuşi, dacă singura informaŃie primită de receptor este diferenŃa de timp, atunci pot apărea ambiguităŃi. AmbiguităŃile pot fi evitate dacă considerăm că staŃia secundară, B, depinde de impulsul recepŃionat de la staŃia A. Linia de poziŃie obŃinută în acest caz nu diferă de cazul iniŃial, dar valorile diferenŃelor de timp sunt diferite pentru fiecare linie de poziŃie.

Fig. 3.6. StaŃia B nu poate transmite până nu emite staŃia A

În acest caz, staŃia A este denumită staŃie principală şi staŃia B este denumită staŃie secundară. Această situaŃie, deşi aparent rezolvă problema ambiguităŃii, creează de fapt o altă problemă. După cum se vede în figura 3.6., în regiunea de extensie a liniei de bază pentru staŃia secundară B, diferenŃă dintre timpi de recepŃie a două seturi de impulsuri este mai mică, de fapt este chiar nulă. Astfel, în această regiune este imposibil de separat două impulsuri şi să se poată măsura diferenŃa de timp dintre recepŃionarea acestora.

Această lipsă se rezolvă prin întârzierea transmiterii impulsului de către staŃia secundară pe o perioadă de timp cunoscută după recepŃionarea impulsului de la staŃia principală. Această întârziere este cunoscută ca întârziere de codificare sau întârziere intenŃionată. În figura 3.7. se arată aplicarea acestei întârzieri de codificare, precum şi valoarea pe care poate să o aibă, particulară fiecărui caz în parte.

DiferenŃa de timp dintre recepŃionarea impulsului de la staŃia principală până la recepŃionarea impulsului de la staŃia secundară este cunoscută sub denumirea de întârziere de emisie. Această este egală cu timpului necesar impulsului să parcurgă distanŃa dintre staŃia principală şi cea secundară, plus valoarea întârzierii de codificare.

În acest fel se elimină posibilele ambiguităŃi şi întârzierea de codificare face să nu existe zone unde să nu se recepŃioneze două impulsuri separate. Este important să se asigure că întârzierea de codificare este menŃinută constantă, deoarece orice variaŃie a valorii acesteia poate cauza erori în diferenŃa de timp a recepŃionării şi astfel în poziŃionarea eronată.


21

Fig. 3.7. Aplicarea întârzierii de codificare semnalului emis de staŃia secundară

Liniile de poziŃie astfel obŃinute sunt trecute pe hărŃi specifice arătându-se valoarea diferenŃei de timp pentru fiecare linie de poziŃie. Pentru aceasta se utilizează la bordul navelor un aparat de recepŃie capabil să compare întârzierea în recepŃionarea impulsurilor de la staŃia principală şi cea secundară şi făcând posibilă punerea poziŃiei navei pe linia de poziŃie aferentă ( sau utilizând interpolarea între două linii de poziŃie adiacente, în cazul în care diferenŃa de timp obŃinută nu este aceeaşi cu valoarea trecută în hartă). Cu toate acestea, pentru stabilirea unei poziŃii exacte a navei, este necesară stabilirea poziŃiei de-a lungul unei a doua linii de poziŃie, ce intersectează prima linie de poziŃie (reală sau interpolată), pentru aceasta utilizând altă pereche de staŃii de emisie, staŃia principală poate fi comună, dar staŃia secundară trebuie să fie diferită faŃă de cea folosită pentru determinarea primei linii de poziŃie.


22

Fig. 3.8. Determinarea poziŃiei utilizând linii de poziŃie de la două perechi de staŃii principală - secundară


23

4.1. FuncŃionarea sistemului „LORAN – C”

Sistemul LORAN – C este derivat din sistemul LORAN – A şi a fost introdus spre utilizare în anul 1970, deoarece sistemul anterior nu mai oferea acoperirea şi acurateŃea necesară, prezentul sistem putând rezolva aceste probleme.

În prezent sistemul de navigaŃie hiperbolică LORAN – C dispune de 34 de staŃii de emisie, cuprinse în 8 lanŃuri.

StaŃiile funcŃionează pe frecvenŃa de 100 kHZ, asigurând o precizie a punctului navei de 0,05 – 1,5 mile marine la distanŃe faŃă de staŃia de emisie cuprinse între 1200 – 1400 mile marine, atât pe timp de zi cât şi pe timp de noapte, indiferent de anotimp.

Această precizie este obŃinută prin compararea diferenŃei de fază a oscilaŃiilor impulsurilor recepŃionate numai pe unde de suprafaŃă.

EmiŃătoarele LORAN – C pot produce o putere de emisie de 4 MW utilizând în acest scop o singură antenă verticală, cu înălŃimi de până la 390 metri.

DistanŃa liniei de bază dintre staŃia principală şi staŃiile secundare este în general de 600 mile marine. LanŃurile de staŃii ale sistemul LORAN – C sunt formate dintr-o staŃie principală (notată M) şi un număr de 2 – 4 staŃii secundare (notate X, Y, W, Z), dispuse radial faŃă de staŃia principală.

Fig. 4.1. LanŃ de staŃii ale sistemului de navigaŃie hiperbolică LORAN-C


24

4.2. Amplasarea lanŃurilor „LORAN – C”

4.2.1. Acoperirea sistemului LORAN – C

Acoperirea LORAN-C depinde de staŃiile de coastă ce sunt grupate în lanŃuri. InformaŃiile prezente referitoare la lanŃurile de staŃii, intervalul de repetiŃie aferent fiecărui lanŃ, locaŃia, emisia şi întârzierea de codificare şi puterea nominală sunt prezentate în anexe pentru fiecare staŃie inclusă într-un lanŃ.

Diagramele sunt realizate pentru a arăta acoperirea estimată a undelor terestre pentru fiecare lanŃ. Pe scurt, diagramele de acoperire sunt generate conform următoarelor criterii:

� Limitele preciziei punctului geometric: fiecare două linii de poziŃie dintr-un lanŃ au aceeaşi diferenŃă de timp de 0,1 µs. Precizia punctului geometric este determinată la o valoare de 1500 picioare (aproximativ 500 metri),

RMSd2 unde RMSd reprezintă eroarea posibilă a poziŃiei geometrice. Utilizând aceste condiŃii un contur este generat în interiorul ariei lanŃului reprezentând limitele de acurateŃe a punctului geometric.

� Limitele de acoperire a semnalului (SNR): estimarea interferenŃelor generate de factorii externi este proporŃională cu puterea semnalului emis de fiecare staŃie şi acoperirea semnalului se consideră în raport de 3:1 funcŃie de această putere de emisie.

� Precizie estimată: acoperirea estimată pentru fiecare lanŃ de staŃii este determinată de limitele preciziei punctului geometric şi de limitele de acoperire ale semnalului. Unde limitele preciziei punctului geometric depăşesc limitele de acoperire ale semnalului, se utilizează valoarea limitelor de acoperire ale semnalului în determinarea diagramelor.

În figura 4.2. sunt prezentate modul de exprimare a valorilor factorului RMSd2 pentru diferite perechi de staŃii din partea de nord-est a SUA.

Fig. 4.2. Contururile zonelor egale cu RMSd2 pentru diferite lanŃuri LORAN – C


25

De exemplu, în diagrama A, se arată conturul zonei de precizie pentru pereche de

staŃii formată din staŃia principală W (whiskey) şi staŃia principală Y (yankee). Linia îngroşată exprimă valoarea lui RMSd2 pentru o zonă de precizie absolută de 500 metri, prima linie punctată pentru 300 metri şi a doua linie punctată pentru 150 metri.

Diagrama completă de acoperire este ilustrată în figura 4.3. pentru staŃiile arătate în figura 4.2.

Fig. 4.3. LanŃul LORAN – C din zona de nord-est a Statelor Unite

unde: M – Seneca, NY W – Caribou, ME X – Nantucket, MA Y – Carolina Beach, NC Z – Dana, IN SNR: 1:3 Precizia punctului: 1/4 mile marine (95% RMSd2 )

În figura 4.4.a, 4.4.b, 4.4.c şi 4.4.d sunt prezentate zonele globale de acoperire ale sistemului de navigaŃie hiperbolică LORAN – C.

În cazul utilizării pentru determinarea poziŃiei navei a sistemului LORAN – C trebuie în prealabil consultate avizele periodice pentru navigatori sau avizele speciale privind sistemul pentru a obŃine informaŃii asupra anumitor modificări ce pot apărea în caracteristicile sistemului.


26

Fig. 4.4. a – Sistemul LORAN-C pentru Oceanul Pacific

Fig. 4.4. b Sistemul LOAN-C pentru Oceanul Atlantic


27

Fig. 4.4. c Sistemul LORAN – C pentru nord-vest Europa

Fig. 4.4. d Sistemul LORAN – C pentru Arabia Saudită şi India

Fig. 4.4. Acoperirea globală a sistemul LORAN – C conform Admirality List of Radio Signals volumul 2


28

4.2.2. StaŃii LORAN - C

StaŃiile de emisie ale sistemului LORAN-C operează conform statutului lor în

sistem, staŃii principale şi staŃii secundare, după cum urmează: • staŃia principală (Master) emite grupe de 9 impulsuri, cu o frecvenŃă de

repetiŃie de 10 – 25 grupe/secundă; • după ce staŃia principală a emis primul grup de impulsuri, urmează o

perioadă de pauză necesară undei directe să parcurgă spaŃiul liniei de bază până la staŃia secundară;

• în continuare, staŃia secundară va emite o grupă de 8 impulsuri, pauza dintre impulsuri fiind de 1000 microsecunde.

FuncŃie de divizarea intervalului de repetiŃie, fiecare staŃie a unui lanŃ LORAN-C este codificată astfel:

SL2 – M unde: SL – rata de repetare a impulsului (PRR – pulse recurrance rate) 2 – intervalul de repetare a impulsului (PRI + pulse recurrance interval) M – staŃie principală sau:

SL2 – Y unde: SL – rata de repetare a impulsului (PRR – pulse recurrance rate) 2 – intervalul de repetare a impulsului (PRI – pulse recurrance interval) Y – staŃie secundară

Notarea hiperbolelor se face în mod similar, adăugându-se şi valoarea diferenŃei de timp ce defineşte hiperbola de poziŃie (în microsecunde), de forma:

SL2-Y-19724 sau sub forma:

7990 – Y - 19724

4.2.3. Receptoare LORAN - C

Pentru ca un receptor să aibă capacitatea de a arăta poziŃia cu o precizie cerută de sistem, acesta trebuie să aibă următoarele caracteristici:

o recepŃionarea semnalelor LORAN-C să fie automată; o identificarea automată a impulsurilor terestre emise de staŃiile principale şi

secundare, şi realizarea unui ciclu complet al tuturor celor opt impulsuri pentru fiecare pereche de staŃii principală-secundară folosite;

o urmărirea automată a semnalului din momentul în care recepŃionarea a fost efectuată;

o ca o cerinŃă minimă, afişarea a două citiri realizate în momente diferite cu o precizie de cel puŃin 0,1 microsecunde;

o să aibă filtre pentru interferenŃe, calibrate de către producător, pentru minimalizarea efectelor datorate interferenŃelor frecvenŃelor radio în aria de operare a sistemului.

La unele receptoare mai vechi este necesară selectarea de către utilizator a lanŃului de staŃii şi a perechilor de staŃii pe durata procesului de măsurare. Niciodată receptoarele nu vor procesa automat dacă utilizatorul a introdus latitudinea şi longitudinea


29

navei, doar vor selecta cel mai bun lanŃ de staŃii şi perechi de staŃii din zona respectivă. Procesul de selectare automată poate fi înlocuit cu selectarea manuală a staŃiilor şi lanŃurilor de staŃii de către operator.

Având selectate staŃiile principală şi secundară aferente, sistemul trebuie să primească semnale cu suficientă acurateŃe pentru a permite poziŃionare şi urmărirea acestora.

Timpul necesar procesării informaŃiilor primite de la staŃiile principală şi secundară şi afişarea poziŃiei depinde de caracteristicile receptorului şi de rata semnalelor recepŃionate.

Semnalul recepŃionat trebuie să nu fie afectat de interferenŃe determinate de alte semnale care ar putea apărea ca şi semnal primit şi astfel reducând rata semnalului loran recepŃionat şi afectând precizia punctului de poziŃie. Filtrele de purificare a semnalului cu care este prevăzut receptorul pot reduce influenŃa interferenŃelor. Aceste filtre pot fi presetate de către producător sau să fie ajustate de către operator.

Receptoarele moderne LORAN-C sunt prevăzute cu un ecran frontal care conŃine elemente de afişaj, de regulă un ecran cu cristale lichide care este uşor de citit în orice condiŃii de luminozitate şi o tastatură cu taste pentru funcŃii şi taste numerice pentru introduce date sau schimba datele afişate. Pe ecran se afişează date ca: date generale şi de avertizare, informaŃii despre staŃia principală şi secundară utilizate, alarme, poziŃia pentru momente diferite sau poziŃia esprimată prin latitudine şi longitudine şi informaŃii de navigaŃie cum ar fi punctele de schimbare de drum, relevment şi distanŃă până la punctul de schimbare de drum, abaterea de la drum, timpul până la schimbarea drumului, viteza şi cursul urmat. Unele receptoare pot utiliza ferestre diferite pentru informaŃii, funcŃie de alegerea operatorului. DiferenŃele de timp sunt măsurate de către receptor şi pot fi convertite în latitudine şi longitudine cu ajutorul programului încorporat, acest program având în baza sa de date şi factori secundari de corecŃie.

Receptoarele moderne oferă operatorului posibilitatea de a monitoriza deplasarea navei şi pentru a face modificările de drum necesare dacă este nevoie. Receptorul furnizează poziŃia (exprimată ca diferenŃă de timp sau latitudine şi longitudine) şi folosind o măsurare precisă a timpului poate oferi informaŃii foarte utile efectuării navigaŃiei, cum ar fi drumul urmat şi viteza navei.

Receptorul permite introducerea datelor punctelor de schimbare de drum şi realizează ruta ce trebuie urmată, astfel permiŃând operatorului să monitorizeze deplasarea navei pe ruta determinată, oferind în acelaşi timp informaŃii despre abaterea de la această rută, timpul rămas până la următorul punct de schimbare a drumului. Receptoarele de ultimă generaŃie indică abaterea de la ruta trasată şi arată distanŃa perpendiculară dintre ruta actuală a navei şi ruta determinată de punctele de schimbare a drumului.

De asemenea, se pot stoca în memoria receptorului date referitoare la variaŃia câmpului magnetic din zona unde se navigă şi posibilitatea de a selecta drumul urmat de navă, ca drum adevărat sau drum magnetic. În cazul utilizării drumul magnetic utilizatorul va fi avertizat că drumul afişat nu este drum adevărat.

Receptoarele LORAN-C pot fi utilizate ca şi echipamente de navigaŃie independente sau pot fi integrate cu alte echipamente, cum ar fi harta electronică sau GPS-ul. Receptoarele moderne au posibilitatea de a transmite informaŃia către alte echipamente electronice ce utilizează protocoale de tipul NMEA (National Marine Electronics Association). Astfel de receptoare pot fi conectate cu pilotul automat, harta electronică, radarul, precum şi cu girocompasul de la bord sau loch-ul, astfel reuşind să calculeze şi să determine deriva datorată curentului marin din zona unde se navigă.


30

Fig. 4.5. Panou frontal receptor LORAN-C

În receptor, determinarea hiperbolei de poziŃie se face prin măsurarea diferenŃei de timp dintre momentele recepŃionării impulsurilor şi compararea diferenŃei de fază a oscilaŃiilor impulsurilor, ceea ce permite verificarea şi anularea interferenŃelor produse de recepŃionarea simultană a semnalelor recepŃionate pe unda directă Ńi pe unda reflectată.


31

4.3. Determinarea punctului navei cu ajutorul sistemului hiperbolic de navigaŃie „LORAN – C”

4.3.1. HărŃi LORAN - C

Harta LORAN este reprezentarea în proiecŃie Mercator a familiei de hiperbole sferice generate de perechea de staŃii, recepŃia fiind considerată pe unda directă.

Fig. 4.6. Hartă LORAN-C

Fiecare familie de hiperbole este trasată cu o anumită culoare, iar fiecare hiperbolă în parte are un indice distinctiv, corespunzător perechii de staŃii care a generat-o şi diferenŃei de timp calculate.

Uneori, pe hărŃile LORAN pot fi găsite şi tabele cu valorile corecŃiei pentru unda reflectată pentru fiecare pereche de staŃii reprezentată.

FuncŃie de scara hărŃii, hiperbolele pot fi trasate pentru diferenŃe de timp de 20, 100 sau 200 de microsecunde.

Determinarea punctului navei se face prin interpolarea hiperbolelor citite la receptor, optimă fiind o intersecŃie a două hiperbole cât mai apropiată de 90 grade, iar pentru trei hiperbole intersecŃia optimă este de 60 – 120 grade.


32

Fig. 4.7. Hartă LORAN-C: patru familii de hiperbole provenind de la lanŃul LORAN-C 7980

Pentru determinarea punctului navei cu ajutorul sistemul hiperbolic de navigaŃie LORAN-C se pot utiliza mai multe procedee, cum ar fi:

� interpolare grafică cu două familii de hiperbole; � interpolare grafică completă.

4.3.1.1. Determinarea punctului navei pe harta LORAN-C prin interpolare grafică

cu două familii de hiperbole Pe harta LORAN-C se aleg primele două familii de hiperbole, caracterizate prin

codificarea aferentă staŃiei de emisie. Se trasează prima familie de hiperbole.

Fig. 4.8. Hartă LORAN-C: alegerea familiilor de hiperbole


33

Se trasează prima familie de hiperbole.

Fig. 4.9. Hartă LORAN-C: trasarea primei familii de hiperbole, generate de staŃia secundară X

Se trasează a doua familie de hiperbole.

Fig. 4.10. Hartă LORAN-C: trasarea celei de a doua familii de hiperbole, generate de staŃia secundară Y


34

Se trasează medianelor celor două familii de hiperbole.

Fig. 4.11. Hartă LORAN-C: trasarea liniilor mediane pentru hiperbolele determinate de cele două staŃii de emisie X şi Y

La intersecŃia celor două linii mediane se obŃine punctul de poziŃie al navei,

determinat cu ajutorul sistemului hiperbolic de navigaŃie LORAN-C.

Fig. 4.12. Hartă LORAN-C: punctul de poziŃie al navei determinat cu două familii de hiperbole


35

4.3.1.2. Determinarea punctului navei pe harta LORAN-C prin interpolare grafică

completă Procedeul este similar celui anterior, cu deosebirea că punctul de poziŃie al navei

se determină prin interpolarea familiilor de hiperbole două câte două, determinarea locurilor geometrice de poziŃie rezultate din intersectarea acestora şi obŃinerea punctului navei în cadrul locului geometric aferent intersecŃiei tuturor familiilor de hiperbole utilizate.

Fig. 4.13. Alegerea staŃiilor de emisie utilizate

Fig. 4.14. Trasarea hiperbolelor determinate de staŃia X


36

Fig. 4.15. Trasarea hiperbolelor determinate de staŃia Y

Fig. 4.16. Locul geometric determinat de intersecŃia hiperbolelor recepŃionate de la staŃiile X şi Y


37

Fig. 4.17. Trasarea hiperbolelor determinate de staŃia W

Fig. 4.18. Trasarea hiperbolelor determinate de staŃia Z


38

Fig. 4.19. Locul geometric determinat de intersecŃia hiperbolelor recepŃionate de la staŃiile W şi Z

Fig. 4.20. Locul geometric determinat de intersecŃia celor 4 familii de hiperbole


39

Fig. 4.21. Trasarea liniilor mediane aferente celor 4 familii de hiperbole

Fig. 4.22. Determinarea poziŃiei prin utilizarea hărŃii LORAN-C cu ajutorul procedeului interpolării complete


40

4.3.2. Determinarea punctului navei cu tablele de punct LORAN

Tablele LORAN pentru determinarea punctului navei sunt întocmite pentru fiecare

pereche de staŃii şi conŃin coordonatele punctelor de intersecŃie ale hiperbolelor de poziŃie cu paralele sau meridiane, funcŃie de orientarea liniei de poziŃie.

Hiperbolele luate în calcul sunt determinate pentru diferenŃe de timp (T) din 10 în 10 microsecunde, considerând că recepŃia se efectuează pe unda directă.

Prin utilizarea procedeului grafic de determinare a punctului navei, arcele hiperbolelor sferice în proiecŃie Mercator sunt înlocuite cu segmente de loxodromă corespunzătoare, numite drepte LORAN.

Pentru ca această aproximare să nu influenŃeze precizia punctului, tablele LORAN sunt calculate astfel:

• în zona familiei de hiperbole ale perechii de staŃii, unde curbura nu este mare, tablele LORAN dau coordonatele punctelor de intersecŃie ale hiperbolelor (din 10 în 10 microsecunde) cu paralelele şi meridianele la intervale de 1 grad;

• în apropierea staŃiilor de emisie, unde curbura hiperbolelor este accentuată, datele punctelor de intersecŃie se dau pentru intervale ale diferenŃelor de latitudine sau longitudine (∆φ, ∆λ) de 15 sau 30 de minute.

Mărimile ∆ înscrise pe coloana diferenŃei de timp (T), reprezintă variaŃia latitudinii sau longitudinii pentru o diferenŃă de timp de 1 microsecundă.

Valoarea ∆ este exprimată în sutimi de minut de arc şi serveşte la interpolarea coordonatelor punctului de intersecŃie al hiperbolei cu meridianul sau paralelul respectiv, interpolarea fiind efectuată funcŃie de valoarea diferenŃei de timp citire la receptor (TG) pentru o anumită hiperbolă.

DiferenŃa de coordonate ∆φ sau ∆λ se poate obŃine şi cu ajutorul relaŃiei:

(∆φ, ∆λ) = (TG – T) x ∆ (4.1)

Fig. 4.23. Table de punct LORAN

SL4-X

T 13430 13440 13450

LAT L ∆∆∆∆ L ∆∆∆∆ L ∆∆∆∆ LONG

33 54.3 N +15 33 55.8 N +15 250 E

33 49.4 N +16 33 51.0 N +16 260 E

SL4-Y

T 31870 31880 31890

LAT L ∆∆∆∆ L ∆∆∆∆ L ∆∆∆∆ LONG

340 N 25 10.4 E -18 25 08.6 E -18

330 N 25 33.5 E +20 25 31.5 E +20


41

4.3.2.1. Model de calcul pentru determinarea punctului navei cu ajutorul tablelor

LORAN Data: zz/ll/aa Ora: h/min LT Punct estimat: LAT 300 40’ N LONG 250 40’ E La receptorul LORAN C acordat pe lanŃul SL4 se fac următoarele citiri:

� perechea M – SL4 – X (Matratin): TG = 13435 µsec � perechea M – SL4 – Y (Targaburun): TG = 31872 µsec

Table de punct LORAN:

Determinarea punctelor de intersecŃie:

- pentru perechea M – SL4 – X TG = 13435

- T = 13430 (TG – T) = + 5 pentru LONG 1 = 250 E; LAT = 330 54’.3 N ∆ = + 15 +(0.15’ x 5) = 0’.8 LAT 1 = 330 55’.1 N


42

pentru LONG 2 = 260 E; LAT = 330 49’.4 N ∆ = + 16 +(0.16’ x 5) = 0’.8 LAT 2 = 330 50’.2 N

Table de punct LORAN:

Determinarea punctelor de intersecŃie:

- pentru perechea M – SL4 – Y TG = 31872

- T = 31870 (TG – T) = + 2 pentru LAT 3 = 340 N; LONG = 250 10’.4 E ∆ = + 15 -(0.18’ x 2) = -0’.4 LONG 3 = 250 10’ E pentru LAT 4 = 330 N; LONG = 250 33’.5 E ∆ = + 16 -(0.2’ x 5) = -0’.4 LONG 4 = 250 33’.1 E


43

Se obŃin astfel două segmente loxodromice (drepte LORAN) definite astfel:

� linia de poziŃie M (LAT1, LONG1; LAT2, LONG2) � linia de poziŃie P (LAT3, LONG3; LAT4, LONG4)

Problema se poate rezolva fie direct pe harta de navigaŃie Mercator – LORAN

pentru zona respectivă, fie prin procedeul construirii scării grafice. Punctul LORAN – C rezultat este de coordonate: LAT = 330 54’ N LONG = 250 12’ E

Fig. 4.24. Punctul navei determinat prin calcul utilizând tablele LORAN

4.4. Precizia punctului LORAN

SuprafaŃa rombului erorilor determina de o eroare de măsurare este minimă dacă liniile de poziŃie hiperbolice se intersectează perpendicular.

Amplasarea staŃiilor LORAN este astfel calculată încât familiile de hiperbole pe care le generează să se intersecteze sub unghiuri mai mari de 30 grade.

Precizia punctului LORAN – C, în cazul recepŃionării undei directe, are o toleranŃă de măsurare de ± 0,5 microsecunde, deci o eroare totală de ± 2,5 microsecunde.

În cazul unui unghi de intersecŃie favorabil pentru hiperbolele de poziŃie, precizia punctului este de ± 0,1 mile marine pentru o distanŃă de până la 350 mile marine faŃă de staŃia principală şi de ± 0,3 mile marine la o distanŃă de 750 mile marine,

Sistemul hiperbolic de navigaŃie LORAN – C va mai rămâne în exploatare cel puŃin până în anul 2015.


44


45

5.1. Introducere. Scurt istoric

Este surprinzător faptul că tehnologia spaŃială, aşa de comună şi intens utilizată în ziua de azi, îşi are originile cu peste 50 de ani în urmă, la începutul anilor 1950, moment în care URSS lansa primul vehicul spaŃial pe o orbită joasă, concomitent cu naşterea programului spaŃial în Statele Unite. De altfel un vehicul spaŃial de dimensiuni mult reduse faŃă de cele din zilele noastre, primul satelit „Sputnik” era dotat cu un emiŃător radio, frecvenŃa pe care opera acesta generând un puternic efect Doppler în momentul în care tranzita o anumită zonă terestră. Fenomenul Doppler era un fenomen foarte bine documentat, dar acesta a fost primul moment în care efectul a fost generat şi recepŃionat de către un satelit aflat pe orbita terestră. În scurt timp s-a trecut la utilizarea acestui efect în scopul obŃinerii unui sistem de poziŃionare mult mai precis şi independent de constrângerile care afectau sistemele terestre existente, cum ar fi sistemul hiperbolic de navigaŃie.

Primul sistem comercial de poziŃionare cu ajutorul sateliŃilor a fost Navy Navigation Satellite System (NNSS) utilizând efectul Dopller mult îmbunătăŃit şi furnizând o poziŃionare precisă pentru navigaŃie vreme îndelungată.

Cu timpul, tehnologia folosită de acest sistem a fost depăşită şi sistemul a fost închis la 31 decembrie 1996, în favoarea net superiorului Sistem de PoziŃionare Globală (G.P.S). În prezent, mai există pe orbită sateliŃi de tip Nova utilizaŃi de sistemul NNSS, dar nu mai sunt folosiŃi în scopul determinării poziŃiei.

În anul 1973 s-a început dezvoltarea unui nou sistem de navigaŃie utilizând sateliŃii în scopul înlocuirii deja învechitului sistem NNSS.

Vehiculul spaŃial lansat primul în cadrul noului program a fost denumit Navigation Technology Satellite (NTS) şi a fost lansat pe orbită în anul 1974, fiind embrionul a ceea ce avea să devină mai târziu Sistemul Global de PoziŃionare. Sistemul GPS a fost declarat oficial complet operaŃional pe data de 27 aprilie 1995 şi intră în operare la data de 1 ianuarie 1997, odată cu închiderea sistemului NNSS.

Sistemul GPS, deseori denumit NAVSTAR, are multe puncte comune cu Sistemul Global de NavigaŃie dezvoltat în Rusia (GLONASS), dar nu sunt compatibile. Sistemul GPS este compus din trei segmente operaŃionale: segmentul spaŃial, segmentul de control şi segmentul utilizatorului.


46

5.2. Compunerea Sistemului Global de PoziŃionare

5.2.1. Segmentul spaŃial

ConstelaŃia de sateliŃi utilizaŃi în cadrul sistemului GPS este formată dintr-un număr de 24 de sateliŃi, câte 4 sateliŃi pe fiecare din cele 6 orbite, existând de asemenea şi alŃi sateliŃi pentru a asigura funcŃionarea sistemului. Orbitele pe care se deplasează sateliŃii sunt orbite aproape circulare la o altitudine de 20.200 Km (10.900 mile marine) şi au o înclinare de 55 grade.

Bazat pe timpul standard, fiecare satelit are o perioadă orbitală aproximativă de 12 ore, dar când se exprimă în mult mai corectul timp sideral, aceasta este de 11 ore şi 58 minute. Deoarece Pământul se roteşte sub orbita sateliŃilor, toŃi vor apărea peste orice punct fix de pe Pământ la fiecare 23 ore şi 56 minute, sau, cu 4 minute mai devreme în fiecare zi. Acest lucru se întâmplă datorită faptului că ziua siderală este cu 4 minute mai scurtă decât ziua solară şi fiecare satelit parcurge de două ori într-o zi orbita. Pentru a menŃine precizia orbitală, sateliŃii sunt dotaŃi cu echipamente speciale pentru corectarea deplasării la abaterii de 1 metru de la orbita iniŃială.

Fig. 5.1. ConstelaŃia de sateliŃi ai sistemului GPS

Această configuraŃie orbitală, incluzând toŃi cei 24 de sateliŃi, asigură ca şi ultimii 6

sateliŃi, să aibă o elevaŃie mai mare de 9.5 grade, astfel fiind în câmpul de recepŃie a oricărei antene terestre în orice moment. Acest lucru s-a realizat deoarece sub o elevaŃie de 9.5 grade erorile datorate troposferei şi începând de la această elevaŃie se poate realiza recepŃia utilizând orice sistem de antenă.

SateliŃii originali numerotaŃi de la 1 – 11 şi denumiŃi Block I, sunt retraşi din uz în momentul de faŃă. În prezent, constelaŃia de sateliŃi ai sistemului GPS se bazează pe a doua generaŃie de sateliŃi, denumiŃi Block II. SateliŃii Block II (numerele 13 – 21) şi Block IIA (numerele 22 – 40) au fost lansaŃi pe orbită în perioada februarie 1989 – noiembrie


47

1997. Pe lângă cele două categorii menŃionate anterior pe orbită mai sunt şi sateliŃi de tip Block IIR (numerele 41 – 62) denumiŃi şi sateliŃi de completare. ViaŃa operaŃională a unui satelit de completare este de aproximativ 8 ani.

ToŃi sateliŃii transmit un mesaj ce conŃine date despre orbită, timpul orar, timpul aferent sistemului şi starea actuală.

5.2.2. Segmentul de control

Sistemul GPS este supravegheat de la baza aeriană din Schriever (Colorado, SUA) şi are rolul de a controla şi îmbunătăŃii funcŃiile sistemului. Există 5 staŃii de monitorizare, situate în Insulele Hawai, Oceanul Pacific, Insulele Ascension, în Oceanul Atlantic, pe Insula Diego Garcia în Oceanul Indian, pe Insula Kwajalein, Oceanul Pacific şi la Colorado Spring în Statele Unite. Parametrii orbitali ai sateliŃilor sunt constant monitorizaŃi de către una sau mai multe staŃii terestre, care transmit toate aceste date către staŃia centrală de la Schiever.

Pe baza acestor date se prefigurează viitoarele orbite şi parametrii operaŃionali ce vor fi încărcaŃi în programul de bază al sateliŃilor.

Toate staŃiile terestre au fost alese cu precizie pentru a respecta Sistemul Geodezic Terestru 1984 (WGS-84).

5.3. Receptoarele GPS

Practic, la începutul acestui mileniu, receptoarele GPS pot fi întâlnite la bordul tuturor tipurilor de nave şi ambarcaŃiuni, devenind un aparat comun de navigaŃie. Evident că fiecare model şi tip de echipament are propriile sale caracteristici, mod de prezentare a datelor şi algoritm de utilizare.

În principiu însă, toate receptoarele GPS destinate navigaŃiei maritime asigură un minim de facilităŃi comune, menite în principal să asigure navigatorului o informare foarte precisă de poziŃie, pe baza căreia acesta să poată să piloteze nava pe ruta dorită.

În continuare vor fi prezentate principalele tipuri de informaŃii pe care orice receptor GPS le pune la dispoziŃia utilizatorului, forma grafică şi alfanumerică sub care este afişată această informaŃie.

EsenŃial este faptul că terminologia utilizată pentru etichetarea datelor prezentate este comună tuturor echipamentelor, iar ideea de bază pentru prezentarea informaŃiei o constituie utilizarea „ferestrelor”.

În consecinŃă, utilizând o tastatură minimă (în general 10 taste numerice şi alte 4 – 8 taste funcŃionale, în care includem şi tastele cu „săgeŃi”, pentru receptoarele mai vechi şi 5 – 8 taste la receptoarele noi) pot fi apelate şi activate toate funcŃiile puse la dispoziŃia operatorului.

Având în vedre faptul că toate receptoarele GPS execută aceleaşi operaŃiuni, diferenŃele între modele constând în modul de afişare al informaŃiei şi dispunerea tastelor, fiecare ofiŃer de punte trebuie să citească manualul de utilizare al echipamentului respectiv, pentru a învăŃa cum trebuie operat receptorul GPS cu care lucrează la un moment dat.


48

Fig. 5.2. Tipuri de receptoare GPS

5.4. Terminologie utilizată de sistemul G.P.S.

Terminologia utilizată (în limba engleză) şi în special semnificaŃia abrevierilor utilizate, aceste prescurtări fiind cel mai des utilizat mod de etichetare a diferitelor date.

� BRG – Bearing � CMG – Course Made Good � COG – Course Over Ground � CTE – Course Track Error � CTS – Course to steer � DTK – Desired Track � ETA – Estimated Time of Arrival � ETE – Estimated Time Enroute � HDG – Heading � OCE – Off Course Error � SOG – Ground Speed � ROUTE – Route � SPD – Speed � TRK – Track (COG/CMG) � VMG – Velocity Made Good � WP – Way Point � XTE – Cross Track Error

Datele referitoare la direcŃii pot fi grupate în două categorii distincte:

• direcŃia reală de deplasare a navei la un moment dat (CMG, TRK), respectiv drumul deasupra fundului;


49

• direcŃiile care derivă din faptul că receptorul GPS are memorată o

anumită rută (ROUTE, DTK), definită prin punctele de schimbare de drum (WP).

Astfel, poziŃia actuală a navei este comparată o dată cu ruta de navigaŃie specificată şi în funcŃie de care se stabileşte abaterea laterală (CTE, XTE), iar în funcŃie de poziŃia următorului punct de schimbare a drumului se indică direcŃia pe care trebuie să o ia nava (BRG, HDG) pentru a ajunge în punctul de schimbare a drumului respectiv.

5.5. Ferestre de date

Receptorul GPS oferă următoarele ferestre de interes primordial pentru navigator: o fereastra pentru sateliŃi; o fereastra pentru poziŃia navei; o fereastra pentru navigaŃie (pilotarea navei); o fereastra pentru definirea rutei de navigaŃie; o fereastra pentru controlul rutei; o fereastra pentru funcŃia „OM LA APĂ” (Man Over Board); o fereastra pentru harta electronică de navigaŃie.

5.5.1. Fereastra pentru sateliŃi

Fig. 5.3. Fereastra pentru sateliŃi


50

Barele verticale reprezintă sateliŃii recepŃionaŃi, înălŃimea acestora fiind echivalentă

cu modul în care este captat semnalul acestora. Modul de dispunere al sateliŃilor pe bolta cerească este schematizată prin două

cercuri concentrice (orizont şi cercul de înălŃime 45 grade). SateliŃii nerecepŃionaŃi sunt subliniaŃi.

Fig. 5.4. Fereastra pentru sateliŃi

În funcŃie de numărul sateliŃilor recepŃionaŃi şi luaŃi în calcul la determinarea punctului navei, sunt afişate şi datele referitoare la precizia punctului obŃinut. SituaŃii standard:

� precizie 2 D – când punctul navei se calculează cu 3 sateliŃi; � precizie 2 D -D – când punctul navei se calculează cu 3 sateliŃi în

sistem DGPS � precizie 3 D – când punctul navei se calculează cu minim 5 sateliŃi � precizie 3 D-D – când punctul navei se calculează cu minim 5 sateliŃi

în sistem DGPS

5.5.2. Fereastra pentru poziŃia navei

Datele prezentate în această fereastră reprezintă informaŃia esenŃială pentru orice echipament hiperbolic de navigaŃie şi practic elementul primordial de interes pentru navigator.

Scopul acestui tip de afişaj este acela de a concentra toate informaŃiile referitoare la poziŃia navei (coordonate geografice), respectiv la mişcarea reală a acesteia (drum deasupra fundului, viteză deasupra fundului), chiar dacă aceleaşi date mai apar împreună sau separat şi în alte ferestre.

De remarcat că reprezentarea grafică a drumului navei (compasul grafic), nu este un repetitor giro, ci valoarea afişată este corespunzătoare traiectoriei reale a navei, respectiv indică tot valoarea drumului deasupra fundului.


51

Formatul în care este afişată ora poate fi ales de către utilizator, în varianta 12/24 ore, respectiv ora bordului (LT) sau GMT.

Fig. 5.5. Fereastra pentru poziŃia navei

În zona Utilizator, pot fi afişate o serie de date, la alegerea navigatorului, date care sunt considerate ca şi un loch digital, astfel:

o TRIP reprezintă distanŃa parcursă de către navă de la ultima resetare a contorului de distanŃă;

o ELPSD reprezintă timpul total scurs de la ultima resetare a cronometrului; o TTIME este timpul în care viteza deasupra fundului nu s-a modificat; o AVSPD este viteza medie realizată de la ultima resetare a loch-ului; o MXSPD este viteza maximă atinsă, de la ultima resetare a loch-ului.

Fig. 5.6. Afişarea pe ecranul receptorului GPS a poziŃiei navei


52

5.5.3. Fereastra pentru navigaŃie

Fereastra pentru navigaŃie este fereastra în care sunt afişate informaŃiile

referitoare la pilotarea navei, respectiv datele care compară poziŃia actuală a navei cu ruta pe care aceasta trebuie să o urmeze, date care sunt de foarte multe ori mult mai importante decât datele din fereastra de poziŃie.

Din punct de vedere practic, în funcŃie de caracteristicile zonei în care se navigă, GPS-ul va fi setat astfel încât să afişeze pe display una din cele două ferestre amintite, asta în varianta în care receptorul GPS nu are şi facilitatea de afişare a hărŃilor electronice vectoriale.

Dacă se navigă la larg, se va prefera în general afişarea permanentă a ferestrei de poziŃie, astfel încât navigatorul să aibă la îndemână în permanenŃă datele necesare pentru punerea punctului pe hartă.

Dacă se navigă costier, sau în zonele dificile pentru navigaŃie, atunci respectarea drumului trasat pe harta de navigaŃie este esenŃială. Ca urmare, navigatorul va dori să vadă în permanenŃă indicaŃiile date de GPS referitoare la abaterea navei faŃă de drumul care este trasat pe hartă.

Pentru ca pagina de navigaŃie să funcŃioneze, este necesar ca receptorul GPS să aibă în memorie ruta pe care nava trebuie să o urmeze, sau cel puŃin un punct de schimbare a drumului (Way Point) definit ca destinaŃie imediată.

În fereastra de navigaŃie avem posibilitatea să vedem care este poziŃia navei noastre în raport cu ruta pe care dorim să o urmăm şi ce avem de făcut pentru ca nava noastră să se menŃină cât mai aproape de ruta stabilită.

Pentru echipamentele GPS mai puŃin sofisticate forma de prezentare a ferestrei de navigaŃie este limitată la porŃiunea dintre poziŃia actuală a navei şi primul punct de schimbare a drumului care urmează.

Modul de prezentare grafică al acestei porŃiuni de drum pe care nava urmează să o parcurgă, care seamănă cu o şosea, a făcut ca această variantă de afişare a datelor să fie denumită „Highway – Autostradă”.

De regulă, pe mijlocul „Autostrăzii” este trasată o linie care uneşte punctul navei cu următorul punct de schimbare a drumului şi care reprezintă în acelaşi timp şi relevmentul (BRG) la respectivul punct de schimbare a drumului (WP).

Din punct de vedere al navigatorului, interpretarea acestei imagini este foarte elocventă.

Fig. 5.7. Afişarea informaŃiilor în fereastra pentru navigaŃie a receptorului GPS


53

Dacă linia de relevment la WP (BRG) apare verticală, atunci nava se află pe ruta trasată pe hartă sau mai bine zis nava nu are abatere laterală faŃă de porŃiunea activă (LEG) a rutei care se află în memoria GPS-ului.

Dacă această linie este oblică, nava este abătută lateral faŃă de drumul ce trebuie urmat (DTK).

Reprezentarea grafică simbolizează direcŃia în care nava trebuie să schimbe de drum pentru a reveni pe drumul de urmat. Acelaşi lucru este indicat şi de orientarea săgeŃii (pointer) care apare sub „Highway”.

Valoarea acestei schimbări de drum pentru a readuce nava pe drumul trasat pe hartă se poate determina în mai multe feluri, astfel:

� valoarea drumului deasupra fundului care conduce nava către WP, din poziŃia ei actuală, este valoarea dată de relevmentul la WP (BRG);

� diferenŃa dintre relevment (BRG) şi drumul deasupra fundului (COG) TRK ne indică numărul de grade cu care trebuie să modificăm drumul actual (schimbare de drum la tribord, dacă BRG > COG sau o schimbare de drum la babord dacă BRG < COG) pentru a atinge WP-ul următor; această valoare poate fi afişată şi în zona de date utilizator, dacă navigatorul solicită afişarea valorii TRN (turn);

� în cazul în care dorim să revenim mai repede la drum, atunci vom efectua o schimbare mai amplă decât cea dată de diferenŃa dintre relevment şi drum deasupra fundului (BRG – COG).

Fig. 5.8. Afişarea unei porŃiuni din „Autostradă” şi datele referitoare la deplasarea navei


54

Fig. 5.9. Afişarea datelor de interes pentru navigaŃie

5.5.4. Fereastra cu date specifice GPS

Trebuie reŃinut faptul că toate indicaŃiile GPS-ului referitoare la drumuri se referă la drumuri reale (deasupra fundului), care vor trebui corectate în funcŃie de derivă pentru a stabili valoarea drumului care trebuie Ńinut la timonă. Un astfel de calcul nu este însă necesar, dacă se vor urmări, după efectuarea schimbării de drum, indicaŃiile GPS. Astfel, vom ordona timonierului o anumită schimbare de drum în direcŃia dorită şi vom corecta valoarea drumului la timonă astfel încât valoarea indicată de GPS pentru drum deasupra fundului (COG) să fie egală cu valoarea relevmentului (BRG).

Fig. 5.10. Fereastra pentru Pilotarea navei


55

În cazul în care dorim să revenim mai repede la ruta trasată pe hartă, vom efectua

o schimbare de drum mai amplă în direcŃia indicată de pointer şi vom menŃine acest nou drum până când linia de relevment de pe „Autostradă” (Highway) va deveni verticală (XTE = 0). După aceea vom Ńine la timonă un drum egal cu valoarea relevmentului (BRG), sau în caz de derivă, un astfel de drum încât drumul deasupra fundului (COG) să fie egal cu relevmentul (BRG).

În fereastra utilizator, la cererea navigatorului, mai pot fi afişate date suplimentare, cum ar fi:

o durata marşului pe ruta respectivă până în momentul de faŃă (ETE); o timpul necesar pentru atingerea următorului punct de schimbare a drumului

(WP) sau ora sosirii (ETA) la WP, acest calcul fiind efectuat în funcŃie de viteza reală actuală (SPD, VMG);

o valoarea şi direcŃia schimbării de drum pentru reintrarea pe rută în punctul desemnat de WP.

Scala grafică, care la unele echipamente GPS apare în partea de jos a „Autostrăzii” (Highway), este exprimată în mile marine şi are rolul de a indica navigatorului valoarea aproximativă a abaterii laterale faŃă de ruta activă. Unele receptoare GPS exprimă această abatere laterală (CTE, XTE) şi în format alfanumeric, fie numai ca distanŃă, fie ca distanŃă şi direcŃie.

Receptoarele GPS mai performante au posibilitatea prezentării unei porŃiuni mai mari din ruta care urmează a fi parcursă, respectiv vor afişa un „Highway” care va conŃine mai multe dintre WP-urile care urmează a fi atinse.

În completarea imaginii grafice date de „Highway”, WP-ul care urmează poate fi afişat cu un număr de ordine sau chiar cu o denumire dată de către utilizator WP-ului respectiv.

De asemenea, la unele aparate, fiecărui WP i se poate atribui şi un anumit simbol (ales dintr-o bibliotecă de simboluri grafice), astfel încât punctul respectiv să poată fi identificat mai uşor.

5.5.5. Fereastra pentru definirea rutei de navigaŃie

La prezentarea ferestrei destinate pilotării navei am spus că informaŃia existentă aici nu este viabilă decât în cazul în care avem definit cel puŃin un punct de schimbare de drum care să marcheze destinaŃia imediată a navei. În general, metoda tradiŃională pentru marcarea punctelor caracteristice, care definesc o rută de navigaŃie, este legată de harta de navigaŃie tipărită. Pe aceasta, ofiŃerul cu navigaŃia a trasat drumurile pe care urmează să le parcurgă nava, între portul de plecare şi cel de destinaŃie.

Practica curentă, este ca punctele de schimbare de drum să corespundă punctelor de schimbare de drum care apar pe harta de navigaŃie. În cele mai multe dintre cazuri, definirea rutei numai prin intermediul acestor tipuri de puncte este suficientă.

OfiŃerul cu navigaŃia va întocmi un tabel, în care va nota datele scoase din harta de navigaŃie, un model de tabel fiind prezentat mai jos.


56

Lista WP-uri pentru ruta: Madison - Bahia

Nr. WP

Denumire WP Prescurtare Nr. hartă Latitudine Longitudine Drum

1 York Head YKHD 1599 50 20.4 N 070 22.8 E 050

2 BD racon RACON 1728 50 23.5 N 077 17.3 E 080

3 Kimley Lt. H. KIMLEY 1906 50 25.3 N 085 36.1 E 120

4 Bella Bank BELBK 1906 50 02.7 N 086 44.7 E 100

Tabel 5.1. Model de tabel pentru înregistrarea WP-urilor unei rute de navigaŃie

(datele din acest tabel sunt cu titlu de exemplu, fictive)

Pentru înregistrarea acestor puncte de schimbare de drum în memoria GPS-ului, sunt suficiente numai datele referitoare la coordonatele geografice ale punctului şi un număr de ordine.

GPS-urile pot memora între 100 şi 3000 de puncte de schimbare de drum, deci numerotarea acestora nu va putea începe de fiecare dată de la 1, decât în cazul în care ştergem din memoria GPS-ului punctele caracteristice care au fost deja înregistrate pe poziŃiile respective.

Nu este obligatorie conferirea unor denumiri punctelor de schimbare de drum, dar dacă receptorul GPS are această resursă este bine ca ele să fie denumite, pentru a putea fi mai uşor de identificat atunci când se parcurge lista de WP-uri.

În general, toate GPS-urile moderne oferă această facilitate de atribuire a unor nume pentru punctele de schimbare de drum. De multe ori însă, numărul de caractere alfanumerice ce pot fi utilizate pentru acest lucru este limitat (5 – 10 caractere), moment în care trebuie să intervină inspiraŃia ofiŃerului cu navigaŃia pentru a găsi cele mai adecvate prescurtări.

O dată terminată operaŃiunea de completare a tabelului cu informaŃii privitoare la punctele de schimbare de drum scoase din hartă, se poate trece la introducerea acestora în memoria GPS-ului, prin tastarea coordonatelor.

Fig. 5.11. Crearea unui nou WP pe baza coordonatelor geografice şi denumirea lui „DAY 2”


57

Unele receptoare GPS dispun şi de o bibliotecă de simboluri, care poate fi utilizată

pentru a ataşa punctului de schimbare de drum şi o pictogramă. După ce au fost introduse toate punctele de schimbare de drum, se poate trece la

etapa următoare, respectiv definirea rutei de navigaŃie. Ca şi în cazul punctelor de schimbare de drum, numărul de rute ce pot fi alcătuite

şi memorate de către receptorul GPS este limitat în funcŃie de resursele hardware ale receptorului. În general pot fi stocate simultan între 2 şi 10 rute, dintre care se va alege ruta activă pentru voiajul respectiv.

Fig. 5.12. Afişarea denumirii şi a datei de creare a WP-ului în lista de WP-uri

Alcătuirea unei rute se realizează foarte simplu, alegând din lista punctelor de schimbare de drum pe acelea care sunt necesare în funcŃie de parcursul navei.

Fig. 5.13. Lista cu rutele aflate în memoria GPS-ului


58

AtenŃie! Punctele de schimbare de drum utilizate trebuie selectate în ordinea

parcurgerii lor de către navă. Rutei astfel create i se dă o denumire şi ea trebuie salvată în memoria receptorului GPS.

Fig. 5.14. Lista cu WP-urile care definesc o anumită rută

Modificarea unei rute deja existente, este de asemenea o operaŃiune relativ simplă şi se poate realiza prin:

o eliminarea unuia sau mai multor puncte de schimbare de drum de pe lista rutei;

o introducerea de noi puncte de schimbare de drum aflate deja în memoria receptorului GPS, dar în cadrul altor rute;

o pot fi definite noi puncte de schimbare de drum, care după ce au fost memorate de GPS, pot fi selectate pentru a fi introduse în lista de puncte de schimbare a rutei care se editează.

Fig. 5.15. Editarea WP-urilor din lista unei rute


59

Receptoarele GPS furnizează şi facilitatea de reversibilitate a rutei. Acest lucru

înseamnă că dacă nava are de parcurs o rută (de exemplu: ConstanŃa – Istanbul şi după descărcare/încărcare la Istanbul se întoarce la ConstanŃa), nu va mai fi necesară crearea unei noi rute în memoria GPS-ului, ci se va apela la reversul rutei iniŃiale ConstanŃa – Istanbul, procesorul receptorului GPS inversând ordinea punctelor de schimbare de drum, puncte care au fost deja definite pentru ruta iniŃială, în lista respectivă.

În cazul inversării unei rute, ruta iniŃială nu este modificată, ruta inversată fiind salvată şi memorată ca o nouă rută.

Fig. 5.16. Procedeul de inversare a unei rute iniŃiale

Pentru ca munca ofiŃerului cu navigaŃia să fie mult mai simplă în ceea ce priveşte alcătuirea rutelor şi în acelaşi timp pentru ca această activitate o dată realizată să poată fi utilizată şi ulterior, se recomandă ca pentru rutele lungi (marş pe o perioadă de timp mai mare de 48 – 72 ore), să se definească tronsoane de rută.

De exemplu, având în vedere particularităŃile navigaŃiei între ConstanŃa şi un port din Marea Mediterană, tronsoanele de rută pot fi definite astfel:

� ConstanŃa – Bosfor Nord � Sud Bosfor – Est Dardanele � Vest Dardanele – Rodos (pentru rute către est Mediterana) � Vest Dardanele – Cap Maleas (pentru rute către vest Mediterana)

5.5.6. Fereastra pentru afişarea hărŃi electronice de navigaŃie Echipamentele GPS actuale, în special cele destinate posesorilor de ambarcaŃiuni

de agrement, respectiv, pentru cei care navigă de regulă în zone restrânse, oferă şi o facilitate de afişare a hărŃilor electronice în formatul S-57.

Aceste hărŃi electronice sunt variante digitalizate în sistem vectorial a hărŃilor de navigaŃie tipărite. RezoluŃia asigurată pe display-ul LCD al receptoarelor GPS este suficient de bună pentru a asigura un control eficient al navigaŃiei.

Pentru astfel de echipamente, fereastra în care se afişează poziŃia navei este practic înlocuită cu o fereastră numită „Hartă” (Map).


60

Fig. 5.17. Definirea unei rute prin mai multe sub-rute

Având în vedere că aceste hărŃi electronice pot înlocui cu adevărat hărŃile de navigaŃie tipărite, programarea rutei care urmează a fi parcursă se poate face direct pe harta electronică. În fereastra „Hartă”(Map) se comunică procesorului receptorului GPS că urmează a fi definită o nouă rută de navigaŃie. Aceasta este catalogată printr-un număr şi/sau denumire, după care se trece la definirea direct pe harta electronică a punctelor de schimbare de drum respective, prin marcarea poziŃiei acestora cu ajutorul unui cursor.

Procedura corectă pentru definirea unei noi rute, utilizând harta electronică a receptorului GPS, este următoarea:

o se apelează o hartă electronică la scară mică, care să cuprindă pe cât posibil întreaga zonă în care urmează să se efectueze navigaŃia;

o pe această hartă se va schiŃa o primă variantă (varianta brută) a rutei de navigaŃie, prin marcarea principalelor puncte de schimbare de drum;

o după această primă variantă, harta electronică va fi trecută la o scară convenabilă de detaliu, în care se vor stabili poziŃiile definitive pentru

principalele puncte de schimbare de drum care definesc ruta şi eventual se vor defini noi puncte de schimbare de drum intermediare;

o la încheierea operaŃiunii de definire a tuturor punctelor de schimbare de drum necesare, ruta respectivă va fi salvată şi apoi activată în momentul în care nava îşi începe marşul.


61

Fig. 5.18. Definirea unei rute de navigaŃie direct pe harta electronică afişată în fereastra „Hartă”

5.5.7. Afişarea hărŃilor electronice de navigaŃie pe GPS

Receptoarele GPS destinate în primul rând ambarcaŃiunilor de agrement, dar nu numai, au la ora actuală posibilitatea de afişare a unei hărŃi electronice de navigaŃie, pe care va fi marcată în permanenŃă poziŃia actuală a navei.

O astfel de facilitate, deosebit de utilă, ridică foarte mult standardul echipamentul GPS ca element în realizarea navigaŃiei, deoarece, se trece de la simpla afişare a coordonatelor geografice ale punctului în care se află nava la un moment dat, de la urmărirea deplasării acesteia în raport cu o rută prestabilită, la vizualizarea direct pe display a poziŃiei navei în raport cu zona geografică în care se navigă.

Harta electronică, este vectorizată, astfel încât suportă diferite nivele de detaliu în funcŃie de scara hărŃii pe care se lucrează la un moment dat, incluzând toate elementele şi caracteristicile unei hărŃi de navigaŃie tipărite.

Ca urmare, fereastra de navigaŃie „Hartă”(Map), devine principala fereastră de lucru a receptorului GPS, având în vedere că în această fereastră sunt afişate, în afară de harta de navigaŃie în format electronic şi toate celelalte date necesare pilotării navei.


62

Fig. 5.19. Elementele ferestrei de navigaŃie „Hartă”

De regulă, există două modalităŃi de urmărire a deplasării navei pe harta electronică a receptorului GPS, şi anume:

o o primă modalitate constă în menŃinerea navei noastre tot timpul în centrul display-ului, ceea ce implică derularea automată a hărŃii, corespunzător deplasării navei;

o cea de a doua modalitate, este de a se menŃine fixă harta electronică, iar nava noastră se va deplasa pe hartă, în funcŃie de traiectoria ei reală.

Pentru a lucra în mod interactiv cu harta electronică, avem la dispoziŃie un cursor, cu ajutorul căruia putem selecta diferitele obiecte grafice care apar pe harta de navigaŃie.

O dată selectate aceste simboluri (repere de navigaŃie, puncte de schimbare de drum, etc), informaŃiile legate de acestea vor fi afişate într-o fereastră anume desemnată.

În plus, pe harta electronică a receptorului GPS pot fi măsurate distanŃele şi relevmentele, cu ajutorul cursorului, după ce în prealabil, a fost definit punctul de referinŃă din care se măsoară aceste linii de poziŃie.


63

Fig. 5.20. Măsurarea relevmentelor şi a distanŃelor pe harta electronică şi obŃinerea de informaŃii despre anumite repere de navigaŃie (Nav Aid)

Fig. 5.21. Hartă electronică la scară mică şi modul de selectare al nivelului de informaŃie afişată la un moment dat pe hartă, funcŃie de scara acesteia

Pentru ca toate aceste funcŃii să poată fi utilizate, este necesar ca receptorul GPS

să poată afişa harta electronică pentru zona în care se află nava la un moment dat. Din acest punct de vedere, tocmai pentru a se putea lărgi aria geografică în care

aceste produse pot fi vândute, practica curentă în rândul producătorilor de astfel de echipamente este aceea de a include în echipamentul GPS şi un set de hărŃi, care pot acoperi chiar tot globul, dar evident acestea vor fi la o scară foarte mică.


64

Fig. 5.22. Hartă electronică la scara de 64 mile marine pentru zonele încadrate pe planiglob şi care se află în memoria permanentă a receptorului GPS

Inclusiv noŃiunea de scară a unei hărŃi electronice a fost modificată, tocmai pentru

ca aceste echipamente se adresează şi navigatorilor amatori. Forma clasică de afişare a scării unei hărŃi printr-un raport, a fost înlocuită cu afişarea diferenŃei de latitudine pe care o acoperă harta electronică la un moment dat, această diferenŃă de latitudine fiind afişată în Mile Marine.

În cazul în care navigatorul doreşte să aibă o hartă electronică la o scară convenabilă pentru navigaŃia în zonele costiere, el va trebui să-şi procure o serie de diskette speciale, denumite cartridge, pe care sunt stocate hărŃi electronice la scară mare pentru o anumită zonă geografică limitată.

În momentul în care receptorul GPS dispune de ambele seturi de hărŃi, cele aflate permanent în memorie şi cele de pe cartridge, el va selecta în mod automat harta electronică disponibilă la cea mai bună scară.

HărŃile aflate în memoria permanentă a receptorului GPS nu pot fi general utilizate pentru navigaŃie, scara lor fiind foarte mică, ceea ce înseamnă că pentru a putea utiliza cu adevărat facilităŃile acestei funcŃii, este esenŃială cumpărarea cartridge-urilor cu hărŃile de navigaŃie detaliate, corespunzătoare unei anumite zone.

5.5.8. Înregistratorul de drum al receptorului GPS

Având în vedere că receptorul GPS afişează în mod continuu poziŃia navei exprimată în coordonate geografice, din punct de vedere tehnic, nu este nici o problemă ca receptorul să şi memoreze aceste poziŃii.

Practic, totul depinde de memoria care este alocată pentru această funcŃie. Ca urmare, echipamentele GPS pot memora ultimele 100 – 1000 puncte avute în timp de


65

nava noastră. Intervalul de timp între două puncte care vor fi memorate poate fi stabilit de către utilizator, el putând fi de ordinul minutelor.

Dacă se navigă în apropierea coastei, probabil că un interval optim de memorare ar putea fi stabilit la 2 minute. Dacă, însă tranzităm o strâmtoare, sau o altă zonă dificilă de navigaŃie (zone ca au în general şi o lungime destul de limitată) este bine ca acest interval să fie redus la 0,5 minute. Dacă nava noastră execută un marş în mare liberă sau traversadă, intervalul de timp între punctele care vor fi memorate poate fi mărit la 5 – 10 minute.

În memoria receptorului GPS, alocată acestui tip de date, procesul de memorare se derulează în mod continuu, în momentul în care capacitatea de stocare a fost atinsă, se vor şterge automat primele puncte memorate pentru a se crea spaŃiul necesar memorării noilor poziŃii.

Pe baza acestor puncte aflate în memoria înregistratorului de drum, la cererea navigatorului, poate fi afişat sub formă grafică parcursul anterior al navei, respectiv traiectoria reală pe care aceasta a parcurs-o în timp.

Utilitatea acestei funcŃii va fi de cele mai multe ori evidentă doar în situaŃiile nefericite în care nava noastră este implicată într-un accident maritim. În astfel de cazuri, manevrele întreprinse pentru evitarea accidentului vor putea fi probate pe baza datelor furnizate de către înregistratorul de drum.

Fig. 5.23. Setarea Înregistratorului de drum şi modul grafic de afişare al parcursului anterior

La unele echipamente GPS există posibilitatea ca pe baza poziŃiilor memorate să se alcătuiască o rută de întoarcere, în varianta în care revenirea navei la punctul de plecare trebuie să se facă exact pe aceeaşi rută.

De asemenea, unele echipamente GPS au o interfaŃă care permite transferul acestor date din memoria receptorului către un PC în vederea prelucrării ulterioare a lor.


66


67

AcurateŃea preciziei punctului obŃinut cu ajutorul sistemului GPS poate fi foarte mult îmbunătăŃită utilizând tehnicile diferenŃiale. Sisteme diferenŃiale experimentale au fost utilizate pentru câŃiva ani ca parte a sistemului de navigaŃie hiperbolică terestră. Sistemul Global de PoziŃie DiferenŃial este relativ, o variantă îmbunătăŃită a sistemului utilizat în navigaŃia hiperbolică terestră.

În principiu, datele privind poziŃia primite de la satelit sunt recepŃionate atât de către un receptor mobil, cât şi de un receptor fix, de poziŃie cunoscută. Un sistem de calcul instalat la receptorul fix calculează distanŃa de la satelit şi o compară cu o distanŃă standard cunoscută pentru determinarea preciziei punctului geografic. Dacă în urma calculului rezultă o eroare, această informaŃie este transmisă receptorului mobil care o utilizează în corectarea informaŃiei primite direct de la satelit.

Utilizarea sistemului diferenŃial de poziŃionare globală nu elimină însă erorile determinate de receptarea atenuată sau de interferenŃe.

Fig. 6.1. Principiul de operare al Sistemului de PoziŃionare Globală DiferenŃial

Pentru uzul maritim, staŃii de monitorizare a sistemului global de poziŃie diferenŃial (DGPS) au fost stabilite de-a lungul coatelor maritime ale unui număr de 28 de state. Spre exemplu, Paza de Coastă a Statelor Unite (U.S.C.G) administrează staŃii de transmisie pentru sistemul DGPS atât pe coasta de est, cât şi pe coasta de vest a Statelor Unite.

Datele corectate sunt transmise cu ajutorul unor balize pe frecvenŃe sin banda de joasă frecvenŃă şi din această cauză aria de receptare este limitată la distanŃe cuprinse între 100 şi 250 kilometri. Dar, acest sistem este foarte util în zone în care libertatea de


68

manevră a navelor este limitată, aceste zone fiind de regulă în apropierea zonelor de coastă.

Fig. 6.2. Zona maritimă de acoperire a sistemului DGPS pe coastele Statelor Unite

Cu ajutorul OrganizaŃiei Mondiale de TelecomunicaŃii s-a realizat suplimentarea datelor transmise utilizând radiobalize ce lucrează pe frecvenŃele de 283,5 – 315 kHz, în unele zone de pe glob în frecvenŃele 285 – 325 kHz, acest lucru determinând o viteză mărită de transmisie, cu o rată de 100 sau 200 biŃi pe secundă.


69

7.1. Introducere. Scurt istoric

Încă de la prima ieşire a omului pe mare s-a impus ca necesară cunoaşterea mediului în care se navigă, în scopul realizării unei navigaŃii sigure către destinaŃia propusă. Cunoaşterea zonelor costiere şi a configuraŃiei acestora, a şenalelor sigure pentru navigaŃie, evitarea bancurilor de nisip sau a zonelor cu epave şi informaŃiile referitoare la maree, toate având rolul de asistare a navigatorului. HărŃile de carton furnizează informaŃii despre particularităŃile zonelor ce au studiate timp de secole de către hidrografi din diferite Ńări, ce au străbătut oceanele lumii cu scopul de a menŃine la zi hărŃile nautice, cu un rol nepreŃuit în avertizarea navigatorilor aflaŃi pe oceanele lumii.

În anul 1683 s-a iniŃiat de către Comandamentul Regal Britanic o operaŃiune de inspectare a apelor din jurul Marii Britani, finalizată 10 ani mai târziu prin apariŃia informaŃiilor colectate. În secolul 18 un număr mare de hidrografi britanici lucrau peste tot în lume pentru realizarea de cartografieri cu scopul utilizării lor în navigaŃie. În anul 1795 ia fiinŃă oficiul hidrografic de pe lângă Amiralitatea Britanică, care de atunci şi până în prezent a reuşit colectarea de informaŃii şi editarea unui număr de 3300 de hărŃi nautice, hărŃi actualizate ori de câte ori apar modificări în zonele de navigaŃie acoperite.

În anul 1807 apare în Statele Unite Oficiul pentru Monitorizarea Zonelor de Coastă, transformat ulterior în Serviciul Hidrografic al Statelor Unite şi care de-a lungul timpului a editat un număr de 1000 de hărŃi.

Toate autorităŃile hidrografice locale ce editează hărŃi nautice trebuie să respecte standardele şi indicaŃiile impuse de către OrganizaŃia Hidrografică InternaŃională (I.H.O), autoritate ce asigură corectitudinea informaŃiilor şi uniformitatea documentaŃiei hărŃii. În prezent OrganizaŃia Hidrografică InternaŃională numără un număr de 67 de state membre, majoritatea editând hărŃi nautice pentru apele naŃionale, dar există şi 3 state ce editează cataloage cu hărŃi şi hărŃi nautice ce acoperă şi zonele ce nu reprezintă ape naŃionale. OrganizaŃia Hidrografică InternaŃională supervizează standardizarea modului de editare al hărŃilor din întreaga lume şi acest lucru este foarte important pentru realizarea hărŃilor digitale de navigaŃie.

În prezent majoritatea autorităŃilor hidrografice încă utilizează hărŃile pe suport de hârtie ca principala şi unica activitate de editare. Oricum, în ultimii ani, electronica a pătruns şi în sfera editării de hărŃi şi în prezent hărŃile digitale devin din ce în ce mai populare, acest lucru obligând autorităŃile hidrografice să treacă în principal pe editarea de hărŃi cu suport electronic în anii următori.

Cu ajutorul acestei noi tehnologi, navigatorul are posibilitatea utilizării unei hărŃi dispuse pe un monitor, cu informaŃii complete şi identică cu harta pe suport de hârtie. InformaŃiile hărŃii sunt conŃinute pe un suport electronic şi pot fi salvate pe hardul unui computer. Programe speciale pentru navigaŃie oferă posibilitatea vizualizării hărŃii în scopul realizării unei „navigaŃii sigure şi eficiente”. Harta electronică este o hartă ce poate


70

furniza informaŃii geografice atât în format grafic cât şi sub formă scrisă în scopul ajutării navigatorului.

După modul de editare al lor, hărŃile electronice se împart în: � hărŃi oficiale, sunt hărŃile în format electronic emise de către sau sub egida

unei autorităŃi hidrografice naŃionale, acestea fiind agenŃii guvernamentale ce au atribuŃii legale referitoare la calitatea pe care trebuie să o aibă o hartă pe suport de hârtie sau suport electronic; acest tip de hărŃi sunt menŃinute la zi în conformitate cu cerinŃele ConvenŃiei SOLAS, cerinŃe ce impun ca aceste hărŃi să fie sigure pentru efectuarea navigaŃiei;

� hărŃi neoficiale, sunt acele hărŃi electronice emise de către organizaŃii comerciale, ce pot utiliza date de la autorităŃi hidrografice acreditate, dar nu sunt confirmate de către acestea.

7.2. Conceptul GI & S (Geospatial Information and Services)

InformaŃia geospaŃială obŃinută cu ajutorul sateliŃilor constă în existenŃa unei

măsurători în 2 sau 3 dimensiuni a oricărui punct de pe suprafaŃă Pamântului. Cartografii vor transforma aceste date în mod formal, echivalându-le cu direcŃii, distanŃe, mărimi şi poziŃii relative.

Obiectele tridimensionale. Care variază în poziŃie sau timp, pot fi de asemenea reprezentate ca puncte, linii sau suprafeŃe. Pe baza acestei criptări, pot fi apoi trasate hărŃi tip raster sau hărŃi tip vectoriale.

Acest gen de informaŃie poate fi tipărită sau afişată pe ecran ca text, imagine plană sau modele 3D, rezultând de fapt o reprezentare a unei anumite porŃiuni a Pământului care, pentru o utilizare curentă a informaŃiei, va fi stocată în format electronic, ceea ce permite vizualizarea ei cu ajutorul unui computer.

Acest nou model de abordare a modului de editare şi vizualizare a unei suprafeŃe terestre a fost denumită GI&S (Geospatial Information & Services – InformaŃie şi Servicii GeospaŃiale).

InformaŃia tridimensională primară, poate fi stocată în diferite categorii de baze de date, cum ar fi:

o baze de date în format raster; o baze de date în format vectorial; o baze de date 3D pentru elevaŃia terenului; o baze de date 3D pentru adâncimi (batimetrie).

Toate aceste tipuri de date, vor necesita apoi un program specializat pentru a putea fi vizualizate sau tipărite.

Activitatea principală de obŃinere şi stocare a măsurătorilor tridimensionale efectuate cu ajutorul sateliŃilor, este activitate relativ recentă (ultimii 5 – 10 ani). Avantajul utilizării acestui model electronic de generare a hărŃilor este indiscutabil superior metodelor clasice de cartografie, bazat pe măsurători topografice, deoarece:

o măsurătorile sunt mai precise; o generarea hărŃilor se poate face mult mai rapid dacă dispunem de resursele

hardware şi software necesare; o măsurătorile pot fi reactualizate şi schimbarea datelor în hărŃile finale este

foarte facilă


71

7.3. HărŃile electronice

Din punct de vedere al utilizărilor pentru navigaŃie, la ora actuală există două tipuri de hărŃi electronice, şi anume:

� HărŃile Raster – care sunt alcătuite din matrici de elemente care generează pixeli alb-negru sau color, în funcŃie de elementele matricii.

� HărŃile Vectoriale – sunt generate de matrici de date mult mai complexe, care practic vor genera puncte, linii, suprafeŃe, text.

7.3.1. InformaŃia de tip Raster

InformaŃiile in format Raster sunt obŃinute prin scanarea unei hărŃi de hârtie. Acest proces produce o imagine care este replica exactă a hărŃii de hârtie şi care cuprinde un număr de linii compuse dintr-un număr mare de puncte colorate sau pixeli. Această tehnică nu recunoaşte obiectele individual, lucru ce limitează abilitatea sa de a se conforma cerinŃelor internaŃionale. Oricum permite utilizarea vectorilor prin suprapunere, fapt ce permite utilizatorului introducerea de date specifice cum ar fi puncte de schimbare de drum, suprapunerea imaginii radar şi alte operaŃiuni ce pot reduce această deficienŃă.

Avantajele hărŃilor de tip Raster sunt următoarele: o utilizare familiară deoarece foloseşte aceleaşi simboluri şi culori ca şi hărŃile

de hârtie; o sunt copii exacte ale hărŃilor de hârtie având aceeaşi relevanŃă şi

integritate; o utilizatorul nu poate omite din neglijenŃă informaŃii de navigaŃie de pe

display; o costuri de producere reduse în comparaŃie cu hărŃile de tip vectorial; o posibilitatea utilizării cataloagelor oficiale pentru hărŃi pe plan global, de

exemplu hărŃile ARCS au acoperire aproape globală; o utilizând tehnica suprapunerii vectoriale, împreună cu un program

computerizat adecvat, hărŃile tip Raster pot fi utilizate pentru toate activităŃile standard de navigaŃie, dar împreună cu harta de hârtie aferentă.

Dezavantajele hărŃilor de tip Raster: o utilizatorul nu poate particulariza modul de dispunere; o la utilizarea suprapunerii vectoriale pot apărea umbre pe imagine; o nu pot fi întrebuinŃate fără o bază de date adiŃională cu un sistem de

referinŃă comun; o nu pot furniza în mod directe indicaŃii şi avertizări pentru utilizator; o chiar dacă cantitatea de informaŃie stocată este aceeaşi ca şi pentru o hartă

de tip vectorial, necesită o capacitate de memorie mai mare.


72

7.3.2. InformaŃia de tip Vectorial

Spre deosebire de hărŃile electronice de navigaŃie (ENC – Electronic Navigation

Chart), care sunt realizate prin utilizarea datelor în stare brută, directă, informaŃia vectorială poate fi obŃinută şi prin scanarea unei hărŃi de hârtie. Imaginea obŃinută prin scanare este vectorizată prin codare digitală a fiecărui obiect cartografiat şi a atributelor sale (codarea structurii) şi stochează aceste informaŃii, împreună cu locaŃia geografică a obiectului în baza de date. HărŃile obŃinute pot fi grupate şi stocate în directoare tematice care să caracterizeze fiecare grup. Spre exemplu, zona de coastă poate forma un director în timp ce zona de mare adâncime formează un alt director. Operatorul poate optimiza modul de afişare, primind numai datele de interes şi evitând expunere de date nedorite ce pot îngreuna activitatea. HărŃile vectoriale pot furniza informaŃii ce permit detectarea unui pericol.

Procesul de realizare al hărŃilor vectoriale este mai îndelungat şi mai costisitor decât cel necesar obŃinerii hărŃilor de tip Raster.

Avantajele hărŃilor Vectoriale sunt: o aşezarea informaŃiilor în directoare permite selectarea datelor afişate; o modul de afişare poate fi personalizat de către utilizator; o posibilitatea de modificare a scării de expunere fără distorsionarea imaginii; o indicaŃiile şi avertizările pot fi furnizate în situaŃii periculoase, cum ar fi

depăşirea conturului de siguranŃă; o obiectele pot fi ilustrate utilizând diferite simboluri ca cele utilizate în hărŃile

Raster sau de hârtie; o informaŃia din hartă poate fi corelată cu alte echipamente cum ar fi radarul

ARPA; o comparativ cu hărŃile tip Raster necesită un spaŃiu de memorie mai mic

pentru acelaşi volum de informaŃie stocată. Dezavantajele hărŃilor tip Vectorial:

o tehnic sunt mult mai complexe; o au costuri de producŃie ridicate şi timp îndelungat de producere; o acoperirea nu este încă globală; o este dificil de asigurat calitatea şi integritatea informaŃiei vectoriale afişate; o instruirea pentru utilizarea lor este mult mai complexă decât pentru hărŃile

tip Raster. Modul de furnizare al hărŃilor în format electronic este reprezentat de sistemul

ECDIS (Electronic Chart Display and Information System), sistem informaŃional pentru navigaŃie ce utilizează hărŃi vectoriale editate de către o autoritate recunoscută. Un astfel de echipament trebuie să fie conform cu standardele internaŃionale adoptate de OrganizaŃia Maritimă InternaŃională (I.M.O) privind satisfacerea cerinŃelor de realizare a unui voiaj în siguranŃă specificate în ConvenŃia SOLAS. Componenta hardware a sistemului ECDIS poate fi reprezentată de un simplu computer cu rezoluŃie grafică de bună calitate sau de un display încorporat în sistemul punŃii integrate de comandă. Echipamentul poate primi informaŃii din alte surse electronice, cum ar fi informaŃii despre poziŃia navei de la GPS or LORAN, informaŃii asupra drumului urmat de navă de la girocompas, informaŃii despre viteza navei de la loch sau despre alte nave de la radarul ARPA.

InformaŃiile sunt transmise sistemului ECDIS utilizând protocolul NMEA (National Marine Electronics Association). InformaŃiile radar pot fi utilizate prin suprapunerea datelor obŃinute prin scanarea unui ecran radar sau în mod electronic, utilizând


73

informaŃiilor furnizate de un dispozitiv radar ARPA (Automatic Radar Plotting Aid). Componenta software a sistemului ECDIS trebuie să conŃină elemente necesare afişării hărŃilor în format electronic şi de asemenea să permită afişarea datelor proprii şi a celor primite de la celelalte echipamente electronice.

HărŃile conŃinute de echipamentul ECDIS sunt hărŃi electronice de navigaŃie (ENC) care trebuie să respecte specificaŃiile de editare a hărŃilor ENC conform formatului S-57 adoptat de OrganizaŃia Hidrografică InternaŃională (I.H.O) privind transferul de date şi informaŃii.

7.4. Tipuri de hărŃi electronice

Există diferite tipuri de hărŃi electronice ce utilizează diverse formate, niveluri de conŃinut şi atribuŃii şi care pot fi editate de autorităŃi oficiale sau private. Toate aceste tipuri de hărŃi pot fi, de asemenea, în format raster sau vectorial, dar trebuie să fie realizate în format IHO S-57 ori un format similar. Pot fi considerate HărŃi Electronice de NavigaŃie, conforme cu standardele I.M.O pentru echipamentele ECDIS, numai acele hărŃi care respectă nivelul de conŃinut şi atribuŃii cerute de specificaŃiile de producere I.H.O ENC şi sunt editate de către sau sub egida unei autorităŃi hidrografice naŃionale sau oficiu hidrografic guvernamental.

HărŃile vectoriale emise de către autorităŃile hidrografice recunoscute sunt conforme cu normele de producere ale hărŃilor electronice nautice şi respectă formatul I.H.O S-57. HărŃile vectoriale emise de către entităŃi private pot fi sau nu conforme cu respectivele standarde, lucru ce poate duce către neconcordanŃa acestora cu un echipament ECDIS standardizat.

OrganizaŃia Maritimă InternaŃională a acceptat doar hărŃile vectoriale ca substitut legal pentru hărŃile tipărite pe suport de hârtie, în activitatea de navigaŃie. Cu toate acestea, până în prezent, nu există nici o rezoluŃie naŃională sau internaŃională care să permită navelor maritime comerciale înlocuirea totală şi definitivă a hărŃilor tipărite cu hărŃi electronice, fie ele şi vectoriale.

Nivelele (categoriile) de informaŃii pe care le poate defini o hartă vectorială, nivele ce pot fi selectate spre afişare de către utilizator sunt:

o informaŃia culturală, reprezentată de construcŃiile executate de către om, cum ar fi drumuri, oraşe, zone industriale;

o informaŃia topografică referitoare la linia Ńărmului, insule, forme de relief, graniŃe internaŃionale;

o informaŃia de navigaŃie despre repere de navigaŃie, zone periculoase, zone de ancoraj, epave, scheme de separare a traficului;

o informaŃii de uz general cu referire la declinaŃia magnetică, note privind zona de navigaŃie, datum-ul hărŃii.


74

7.4.1. HărŃile Vectoriale neoficiale

Sunt în general realizate prin scanarea hărŃilor pe suport de hârtie editate de

autorităŃile hidrografice. Imaginea obŃinută este apoi digitalizată prin copierea liniilor principale şi ulterior puse în format electronic. Acest proces de vectorizare stochează viitoarele hărŃi în straturi ce pot fi ulterior transpuse automat la o mărime corespunzătoare scării de utilizare a hărŃii. Categoriile de informaŃii, cum ar fi adâncimile, reperele de navigaŃie, pot fi adăugate sau şterse la cerere. În unele sisteme specifice aceste elemente pot fi utilizate în scopul obŃinerii de mai multe informaŃii.

Modul de vizualizare vectorial este de aşa natură creat încât informaŃiile sunt expuse electronic altfel decât au fost copiate de pe harta de hârtie. Cele mai multe sisteme automate decid ce informaŃie trebuie expusă, funcŃie de scara de expunere, astfel încât să se evite neclarităŃile de imagine. Acest nou regim operaŃional a fost conceput pentru a Ńine cont de implicaŃiile generate de:

o adăugare/ştergerea de informaŃii; o modificarea scării de expunere şi vizualizarea numai a datelor aferente

scării de lucru; o vizualizarea hărŃii la o scară mai mare decât cea la care a fost realizată

harta pe suport de hârtie.

7.4.2. HărŃile Raster oficiale

Există două formate oficiale pentru hărŃile Raster: � HărŃi raster BSB, care conŃin toate datele aflate în hărŃile pe suport de

hârtie emise de NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), incluzând corecŃiile emise săptămânal. Aceste corecŃii sunt accesibile via internet şi realizate după avizele de navigaŃie emise de Paza de Coastă a Statelor Unite, Canadei şi AgenŃia de Editare şi Control a HărŃilor (NIMA). Baza de date NOAA conŃine un număr de 1000 de hărŃi ce sunt valabile în format raster din 1995. Mărirea gradului de utilizare a sistemelor electronice de navigaŃie, împreună cu poziŃionarea prin GPS sau alte sisteme de poziŃie, a dus la creşterea vânzărilor de hărŃi în format raster şi în prezent se utilizează de două ori mai multe hărŃi raster decât hărŃi pe suport de hârtie. HărŃile raster se furnizează pe suport electronic (CD-ROM), fiecare conŃinând un număr de 55 de hărŃi împreună cu facilităŃile necesare navigaŃiei.

� UKHO – ARCS (United Kingdom Hydrographic Office – Admirality Raster Chart Service) (Serviciul pentru hărŃi Raster al AmiralităŃii Britanice) şi AHO (Australian Hydrographic Office) (Oficiul Hidrografic Australian) produc hărŃi raster conform standardelor şi utilizând hărŃile pe suport de hârtie editate de Amiralitatea Britanică. HărŃi raster britanice sunt corectate săptămânal prin intermediul suportului electronic (CD-ROM) cuprinzând aceleaşi informaŃii ca şi ediŃiile săptămânale ale Avizelor pentru Navigatori (Notice to Mariners) utilizate pentru corectarea hărŃilor la bordul navelor. Cele australiene (numite Seafarers) se corectează lunar pe acelaşi principiu. Amiralitatea Britanică are aproximativ un număr de 2700 de hărŃi în format raster, valabile pe suport electronic.


75

HărŃile raster britanice şi australiene sunt realizate prin acelaşi procedeu ca şi

hărŃile pe suport de hârtie, procesul constând în tipărirea şi scanarea unei hărŃi sau crearea directă a unei hărŃi raster. Aceste hărŃi reproduc exact hărŃile originale pe suport de hârtie cu fiecare pixel raportat la latitudine şi longitudine. În utilizare, schimbările orizontale de datum sunt incluse în fiecare hartă şi toate informaŃiile acoperite să fie conforme cu sistemul WGS-84 (World Geodetic System 1984). Nu toate hărŃile au informaŃiile conforme cu sistemul WGS-84 şi trebuie utilizate cu atenŃie când se folosesc date de poziŃie furnizate de echipamentul GPS.

Sistemul de producere a hărŃilor raster britanice implică utilizarea unei baze principale şi un sistem on-line de copiere, denumit ABRAHAM, care este utilizat pentru corectarea şi înnoirea hărŃilor raster, controlul şi schiŃarea hărŃilor de bază.

Fig. 7.1. Sistemul ABRAHAM de producere a hărŃilor Raster editate de Amiralitatea Britanică


76

Sistemul Abraham reprezintă totalitatea proceselor necesare creării şi menŃinerii unei base raster monocrome de înaltă rezoluŃie (25µ/1016 dpi) pentru fiecare hartă produsă.

Suportul electronic pentru corectarea hărŃilor raster electronice este emis în concordanŃă cu Avizele de NavigaŃie şi poate avea o periodicitate săptămânală, periodică sau lunară, funcŃie de complexitatea corecŃiilor ce trebuie realizate.

Fig. 7.2. Zonele de acoperire a hărŃilor raster editate de Amiralitatea Britanică


77

7.4.3. HărŃile electronice de navigaŃie

Acestea sunt hărŃile destinate utilizării de către echipamentele ECDIS si se realizează într-un singur format universal. Utilizează informaŃii vectoriale bazate pe standardele emise de OrganizaŃie Hidrografică InternaŃională, S-57, referitoare la standardele pentru informaŃiile hidrografice digitale.

Câteva dintre elementele majore de identificare a proprietăŃilor unice ale acestor hărŃi sunt:

o sunt editate numai de către o autoritate hidrografică guvernamentală sau cu avizul acesteia;

o elementele din hartă trebuie să fie codate şi să poată furniza informaŃii; o informaŃia este furnizată sub formă de celule ce vor furniza numai date

necesare şi pot fi modificate conform nevoilor de utilizare; o toate informaŃiile din hartă sunt raportate sistemul geodezic global WGS-84,

utilizat şi de către echipamentele GPS. InformaŃiile sunt accesibile la orice scară a hărŃii şi sunt afişate numai informaŃiile

necesare operatorului pentru aria prezentată. Dacă se solicită adăugarea sau ştergerea de date acestea pot fi grupate in directoare şi utilizate la cerere. Modificarea scalei hărŃii permite ca imaginea să fie mărită şi utilizată mai uşor. Mărirea unei hărŃi de tip raster poate duce la modificarea mărimii reperelor de navigaŃie şi implicit la crearea unei hărŃi nesigure pentru navigaŃie. Mărirea unei hărŃi electronice de navigaŃie rezolvă această problemă, în sensul că reperele de navigaŃie îşi păstrează mărimea raportate la scala utilizată şi în caz de modificare acest lucru este imediat adus spre cunoştinŃă utilizatorului.

Liniile de contur individuale pot fi definite ca linii de siguranŃă sau anti-eşuare, avertizarea fiind dată de apropierea navei de ele. Alarmele vor fi generate în mod automat dacă echipamentul ECDIS sesizează un conflict între ruta stabilită a navei şi caracteristicile hidrografice conŃinute de harta electronică de navigaŃie, ce ar reprezenta un potenŃial pericol pentru navă.

Echipamentul ECDIS poate oferi diferite informaŃii din hartă prin prezentarea conŃinutului complet al hărŃi electronice de navigaŃie, prin prezentarea unei expuneri standard a conŃinutului sau prin prezentarea unui conŃinut minim admis al hărŃii electronice, denumit expunere de bază. Primele două moduri de expunere permit adăugarea sau ştergerea de informaŃii, în timp ce expunerea de bază nu permite ştergerea de informaŃii, acestea fiind considerate ca minim necesare pentru siguranŃa navigaŃiei.

Validitatea unei hărŃi electronice de navigaŃie depinde de o serie de factori ce Ńin de autoritatea hidrografică editoare şi includ următoarele elemente:

o experienŃa în realizarea de hărŃi electronice; validitatea creşte odată cu acumularea de experienŃă a echipei de realizare;

o calitatea informaŃiei; programele utilizate pentru asigurarea calităŃii unei baze de date digitale trebuie să fie conforme cerinŃelor standardului S-57;

o uniformitatea datelor; este necesar ca toate autorităŃile hidrografice să asigure editarea de hărŃi electronice de navigaŃie standard, utilizarea centrelor de coordonare regională fiind o soluŃie optimă în acest sens;

o acoperirea geografică; concentrarea pe zone geografice intens utilizate de companiile de navigaŃie poate asigurarea furnizarea de hărŃi electronice conform cererilor.


78

HărŃi vectoriale produse

privat HărŃi raster oficiale HărŃi electronice de

navigaŃie Sunt produse de companii private

Sunt realizate de către sau cu avizul autorităŃilor hidrografice naŃionale

Sunt realizate de către sau cu avizul autorităŃilor hidrografice naŃionale

Sunt neoficiale Sunt oficiale Sunt oficiale Nu sunt acceptate ca utilizare generală

Sunt acceptate pentru utilizare cu condiŃia ca datele cuprinse să fie complete şi asemenea cu cele din harta de hârtie originală

Sunt acceptate pentru utilizare cu condiŃia ca datele cuprinse să fie complete şi conforme

PuŃin probabil să devină înlocuitorul oficial al hărŃilor pe suport de hârtie

PuŃin probabil să devină oficial înlocuitorul hărŃilor pe suport de hârtie

Sunt echivalentul legal al hărŃilor pe suport de hârtie

Posibil să aibă modificări ale datelor originale din hartă

InformaŃiile din hartă sunt sigure

InformaŃiile din hartă sunt sigure

Au posibilitatea de mărire a scalei de expunere

Mărirea scalei de lucru este limitată la un nivel ce nu modifică imaginea originală şi informaŃia rămâne nealterată

HărŃile pot fi utilizate la o scală mărită fără restricŃii, detaliile expuse depinzând de scala folosită

Controlul calităŃii depinde de producător

Controlul calităŃii este realizat conform standardelor guvernamentale

Controlul calităŃii este realizat conform standardelor guvernamentale

Tabel 7.1. Date referitoare la integritatea diferitelor tipuri de hărŃi în format electronic


79

HărŃi vectoriale produse

privat HărŃi raster oficiale HărŃi electronice de

navigaŃie În general copii ale hărŃilor pe suport de hârtie

Copie exactă a hărŃilor originale pe suport de hârtie

Toate datele sunt separate pe celule

O diferenŃă de imagine faŃă de original este prezenŃă la toate nivelele de mărire utilizate

Tot timpul este prezentată aceeaşi imagine ca şi originalul. HărŃile sunt mult mai echivalente cu hărŃile pe suport de hârtie, decât cele vectoriale, inclusiv hărŃile electronice de navigaŃie

Nu există similitudine cu harta pe suport de hârtie

Simbolurile şi culorile diferă funcŃie de producător

Simbolurile şi culorile sunt identice cu cele din harta originală

Standardul IHO S-52 defineşte noile culori şi simboluri utilizate pe hărŃile electronice de navigaŃie

AcurateŃea, concordanŃa şi complexitatea variază funcŃie de producător

AcurateŃea, concordanŃa şi complexitatea ca şi a hărŃii originale

Pot fi mult mai precise decât hărŃile pe suport de hârtie

Un nou regim operaŃional este solicitat

Acelaşi mod de lucru utilizat ca şi pentru hărŃile pe suport de hârtie, unele modificări pot apărea datorită mărimii ecranului pe care se afişează

Un nou regim de operare este solicitat

Tabel 7.2. Echivalarea diferitelor tipuri de hărŃi electronice cu hărŃile pe suport de hârtie


80

HărŃi vectoriale produse privat

HărŃi raster oficiale HărŃi electronice de navigaŃie

Aducerea la zi a hărŃilor depinde de producător

HărŃile au corecŃiile la zi în momentul vânzării

HărŃile au corecŃiile la zi în momentul vânzării

Este dificil de determinat politica producătorul faŃă de emiterea de corecŃii

InformaŃiile sunt corectate conform unor standarde clare

InformaŃiile din hartă sunt menŃinute conform unor standarde precise

Depinde de producător Pot fi furnizate ediŃii noi la cererea utilizatorului

Nu se aplică

Depinde de producător CorecŃii on-line pentru utilizatorii comerciali

CorecŃiile on-line sunt valabile

Depinde de producător Integrarea automată a corecŃiilor

Integrarea automată a corecŃiilor

Tabel 7.3. Corectarea diferitelor tipuri de hărŃi electronice

HărŃi vectoriale produse privat

HărŃi raster oficiale HărŃi electronice de navigaŃie

Datum-ul hărŃii poate să nu fie conform WGS-84

Conforme cu WGS-84 Toate datele sunt conform WGS-84

InformaŃiile hărŃii pot fi scoase din afişaj, posibil informaŃii importante pentru navigaŃie să fie modificate

InformaŃiile hărŃii nu pot fi şterse, utilizatorul nu poate şterge informaŃiile vitale din greşeală

InformaŃiile hărŃii pot fi scoase din afişaj, posibil informaŃii importante pentru navigaŃie să fie modificate

Tabel 7.4. SiguranŃa în utilizarea diferitelor tipuri de hărŃi electronice

7.5. Caracteristicile hărŃilor electronice de navigaŃie

7.5.1. Standarde pentru hărŃile electronice de navigaŃie

Începând cu deceniul 8 al secolului XX, o serie de factori au determinat schimbări radicale în ceea ce priveşte modul de asigurare al navigaŃiei:

o creşterea considerabilă a traficului maritim, în special în zone înguste de navigaŃie;

o generalizarea utilizării şi precizia deosebită a sistemelor electronice de determinare a poziŃiei navei (sistemele de determinare a poziŃiei cu ajutorul sateliŃilor);

o creşterea alarmantă a cazurilor de poluare a mediului marin; o apariŃia unor nave de mari dimensiuni, care navigă cu viteze de peste 20 de

noduri;


81

o reducerea numărului de membrii ai echipei de cart şi timpul limitat pe care

îl au la dispoziŃie pentru studierea, analizarea şi completarea documentaŃiei nautice (în forma tipărită);

Acestea au fost principalele motive legate de domeniul strict al navigaŃiei care au condus la ideea introducerii unui sistem de vizualizare în timp real al poziŃiei navei pe un ecran video.

Modul în care acest lucru a fost realizat în practică a fost strict legat de evoluŃia microprocesoarelor şi a sistemelor de radiocomunicaŃii.

În anul 1985, OrganizaŃia Maritimă InternaŃională a recunoscut oficial posibilitatea utilizării hărŃilor de navigaŃie electronice, precum şi a sistemelor de vizualizare ale acestora, sistemele ECDIS.

Având cele mai avansate tehnologii în domeniul colectării şi prezentării datelor geografice în format electronic, echipamentul ECDIS a fost considerat ca un mijloc eficient pentru:

o creşterea siguranŃei navigaŃiei; o menŃinerea la zi a informaŃiei de navigaŃie, corectarea hărŃilor; o simplificarea activităŃii ofiŃerului de cart în ceea ce priveşte lucrul pe hartă.

Uniformizarea modului de prezentare al informaŃiei geografice în mod electronic, precum şi a echipamentelor ce permit vizualizarea acestui tip de informaŃie (ECDIS) a fost elaborată de patru organizaŃii mondiale şi anume:

� OrganizaŃia Hidrografică InternaŃională (I.H.O), care pune la dispoziŃia producătorilor principalele seturi de date ce stau la baza alcătuiri hărŃilor electronice de navigaŃie;

� OrganizaŃia Maritimă InternaŃională (I.M.O), care stabileşte normele pe care hărŃile electronice de navigaŃie trebuie să le respecte, pentru ca acest produs să fie util navigatorului, atât din punct de vedere al modului în care este prezentată informaŃia cât şi în ceea ce priveşte tipul de informaŃie;

� Comisia InternaŃională de Electronică (I.E.C), care controlează produsele din punct de vedere al standardelor de fiabilitate electronică şi informatică;

� Comisia InternaŃională Radio-Maritimă (I.R.M.C), care verifică standardele pentru transmisia datelor pe cale radio.

La elaborarea acestor standarde au fost avute în vedere două opŃiuni de bază şi anume:

o Compensarea scăderii în rezoluŃie a imaginii hărŃii electronice de navigaŃie, în raport cu o hartă de navigaŃie pe suport de hârtie, prin asigurarea unei interfeŃe cu ajutorul căreia ofiŃerul de cart să poată accesa şi interoga baza de date alfanumerică, astfel s-a optat pentru harta electronică în variantă vectorială în defavoarea variantei raster;

o Standardele impuse pentru echipamentul ECDIS sunt limitate numai în ceea ce priveşte interfaŃa de lucru a utilizatorului (pentru a face cât mai accesibilă utilizarea sistemului de către orice navigator), permiŃând în schimb o evoluŃie informatică în ceea ce priveşte generarea şi vizualizarea hărŃilor electronice de navigaŃie.

Echipamentele ECDIS, pentru a fi omologate ca aparatură de navigaŃie, trebuie să satisfacă patru tipuri de norme:

o echipamentele ECDIS trebuie să corespundă normelor pentru aparatura de navigaŃie prevăzută de ConvenŃia SOLAS, standardul specific ECDIS fiind elaborat de către OrganizaŃia Maritimă InternaŃională prin rezoluŃia A/817(19) din 15 decembrie 1995, inclusiv amendamentele din 1999;


82

o harta electronică, care redă caracteristicile geografice, trebuie să fie

conformă cu standardele S-52 şi S-57 elaborate de OrganizaŃia Hidrografică InternaŃională (I.H.O);

o partea de hardware şi software a echipamentului ECDIS trebuie să corespundă normelor specifice IEC 61174 (1999) elaborate de Comisia InternaŃională de Electronică (I.E.C).

o având în vedere că aceste echipamente se instalează la bordul navelor, tipul echipamentului va trebui aprobat de către registrul naval naŃional.

7.6. Echipamente ECDIS (Electronic Chart Display and Information System)

Echipamentul ECDIS este definit de OrganizaŃia Maritimă InternaŃională (I.M.O), ca fiind:

„Un sistem de informare pus la dispoziŃia navigatorului, putând fi acceptat ca un echivalent pentru harta de navigaŃie tipărită, în accepŃiunea termenilor prezentaŃi de Regula V, Capitolul 20 din ConvenŃia SOLAS 1974. Echipamentul ECDIS permite afişarea tipului de informaŃie solicitat de către utilizator, pe baza imaginii unei hărŃi electronice de navigaŃie şi a informaŃiei de poziŃie furnizată de aparatura electronică de navigaŃie, având ca scop asistarea navigatorului în ceea ce priveşte stabilirea rutei de navigaŃie şi urmărirea deplasării navei. Dacă este necesar, sistemul permite afişarea unor informaŃii suplimentare privitoare la navigaŃie.”

Ca urmare, echipamentul ECDIS este un sistem acceptat de către OrganizaŃia Maritimă InternaŃională pentru a înlocui harta de navigaŃie tradiŃională.

Echipamentul ECDIS este un sistem informaŃional de navigaŃie cuprinzând parte hardware, vizualizare software şi hărŃi vectoriale oficiale, toate acestea trebuind să fie conforme cu standardele cerute pentru acest tip de echipament, care pe lângă alte aspecte cuprind standarde referitoare la structura informaŃiei din hărŃi, cerinŃe minime de vizualizare şi specificaŃiile minime ale echipamentului.

HărŃile utilizate de echipamentele ECDIS trebuie să fie conform cu specificaŃiile standardul S-57 pentru hărŃile electronice de navigaŃie şi performanŃele acestor hărŃi conform cerinŃelor aprobate de OrganizaŃia Hidrografică InternaŃională (I.H.O) în februarie 1996. Sunt acceptate numai acele hărŃi editate de către o autoritate hidrografică guvernamentală.

Modul de concepere al unui echipament ECDIS a fost reglementat şi acceptat de către OrganizaŃia Maritimă InternaŃională (I.M.O) în noiembrie 1996, devenind Anexa 6 la Standardele de PerformanŃă şi permiŃând astfel ca echipamentul ECDIS să fie echivalentul legal al hărŃilor pe suport de hârtie conform Reguli V, Capitolul 20 din ConvenŃia SOLAS 1974.

Există o cerinŃă a OrganizaŃiei Maritime InternaŃionale (I.M.O) ce prevede ca obligaŃie a Serviciile Hidrografice ale statelor membre să editeze sau să supervizeze editarea de hărŃi electronice de navigaŃie, împreună cu corecŃiile aferente, şi producătorii de echipament ECDIS trebuie să producă respectivele echipamente conform cu cerinŃele din Standardele de PerformanŃă.

Alte indicaŃii notabile privind echipamentele ECDIS includ: o Standardul S-52 a OrganizaŃiei Hidrografice InternaŃionale (I.H.O) care

specifică ce trebuie să conŃină harta electronică şi modul de vizualizare prin intermediul echipamentului ECDIS. Aceasta conŃine anexe privind editarea,


83

aducerea la zi şi vizualizarea hărŃilor electronice de navigaŃie, specificaŃii prind simbolurile şi culorile utilizate. Acest Standard a fost publicată în decembrie 1996.

o Standardul InternaŃional 61174 al Comisiei InternaŃionale pentru Electronică (I.E.C). În acesta se descriu metodele de testare, rezultatele ce trebuie obŃinute, pentru ca un echipament ECDIS să fie conform cu cerinŃele I.M.O. Standardul a fost publicat oficial în august 1998 şi reprezintă cerinŃele de bază pentru aprobarea şi certificarea unui echipament ECDIS ce corespunde cerinŃelor OrganizaŃiei Maritime InternaŃionale (I.M.O).

7.6.1. Termeni utilizaŃi în operarea echipamentelor ECDIS

Electronic Chart Display and Information System (ECDIS) – „Sistem de vizualizare a hărŃi electronice şi a informaŃiei” – înseamnă un sistem de navigaŃie care, cu suportul necesar, poate fi acceptat ca fiind conform cu, cerinŃele privind hărŃile de navigaŃie în concordanŃă cu Regula V/20 din ConvenŃia SOLAS 1974, afişarea informaŃiilor selectate de la un sistem de hărŃi electronice de navigaŃie cu informaŃii referitoare la poziŃie de la un sistem de navigaŃie, afişarea de informaŃii suplimentare de navigaŃie, dacă sunt solicitate, în scopul asistării navigatorilor în planificarea şi executarea rutei stabilite.

Electronic Navigational Chart (ENC) – „Hartă electronică de navigaŃie” – este o bază de date, cu conŃinut, structură şi format standardizate, editate pentru a fi utilizate de către echipamentele ECDIS de către o autoritate hidrografică guvernamentală autorizată.

System Electronic Navigational Chart (SENC) – „Sistem de hărŃi electronice de navigaŃie” – este o bază de date rezultată din transformarea hărŃilor electronice de navigaŃie de către echipamentul ECDIS în scopul unei utilizări adecvate, realizarea de corecŃii şi aduceri la zi a hărŃilor electronice corespunzătoare, şi posibilitatea adăugării de date de către utilizator.

Standard Display – „Vizualizare standard” – reprezintă informaŃia ce trebuie arătată la prima vizualizare pe un echipament ECDIS a unui sistem de hărŃi electronice de navigaŃie. Nivelul informaŃiilor furnizate în vederea planificării şi monitorizării rutei poate fi modificată de către navigator.

Display Base – „Vizualizare de bază” – reprezintă nivelul de informaŃii al sistemului de hărŃi electronice de navigaŃie ce nu poate fi şters, format din informaŃii ce sunt necesare tot timpul, în orice zonă geografică şi în orice situaŃie.

7.6.2. CerinŃele de bază pentru un echipament ECDIS

InformaŃia hărŃi electronice de navigaŃie – trebuie să fie furnizată de către autorităŃile hidrografice guvernamentale autorizate şi reactualizată regulat conform standardelor cerute de OrganizaŃia Hidrografică InternaŃională (I.H.O).

Culorile/Simbolurile – trebuie să fie conforme cu specificaŃiile impuse prin standardul S-52. Mărimea şi aspectul simbolurilor sunt specificate şi navigatorii trebuie să aibă posibilitatea de selectare a culorilor funcŃie de condiŃii de lucru, ziua, la apus/răsărit sau noaptea.


84

PoziŃia navei proprii – echipamentul ECDIS trebuie să arate poziŃia navei proprii

pe ecran. Această poziŃie este rezultatul informaŃiilor primite de la alte echipamente electronice de poziŃionare şi trebuie să fie continuu reactualizată şi afişată.

Modificarea scalei hărŃii – utilizarea funcŃiei de mărire sau micşorare a hărŃii trebuie să permită ca informaŃia să fie vizualizată indiferent de scala utilizată. Echipamentul ECDIS trebuie să afişeze un avertisment dacă informaŃia expusă este la o scală mai mare decât cea conŃinută de harta electronică de navigaŃie sau dacă poziŃia navei este realizată pe o hartă electronică de navigaŃie cu o scală mai mare decât cea la care este vizualizată pe ecran.

Modul de vizualizare – utilizatorii trebuie să aibă posibilitatea selectării modului de lucru, „nordul sus” sau „prova sus”. De asemenea, afişarea trebuie să poată furniza mişcare reală, când simbolul navei proprii se mişcă pe ecran, sau mişcare relativă, când simbolul navei proprii este staŃionar şi harta se mişcă relativ la navă.

Adâncime/Contur de siguranŃă – utilizatorii pot selecta adâncimea de siguranŃă, astfel toate adâncimile măsurate cu valoare mai mică sau egală cu adâncimea de siguranŃă sunt accentuate, sau contur de siguranŃă când linia batimetrică de siguranŃă este accentuată faŃă de celelalte linii batimetrice.

Alte informaŃii pentru navigaŃie – informaŃiile primite de la radar sau radar ARPA pot fi afişate pe ecran.

7.6.3. FuncŃiile echipamentului ECDIS referitoare la planificarea şi monitorizarea rutei

Planificarea rutei – utilizatorul trebuie să aibă posibilitatea planificării unei rute

necesare, incluzând crearea de puncte de schimbare de drum ce pot fi modificate dacă este necesar. De asemenea, utilizatorul trebuie să aibă posibilitatea de a specifica o limită a deviaŃiei maxime admise de la ruta planificată şi care să declanşeze automat un sistem de alarmă privind devierea de la ruta trasată.

Monitorizarea rutei – echipamentul ECDIS trebuie să arate poziŃia navei proprii când pe ecran este afişată zona de navigaŃie. Utilizatorul trebuie să aibă posibilitatea de a vizualiza alte zone ale hărŃii şi revenirea la poziŃia navei proprii să se facă cu ajutorul unei singure comenzi. InformaŃiile afişate trebuie să conŃină continuu indicaŃii asupra poziŃiei navei, valoarea drumului urmat şi viteza navei şi alte informaŃii, cum ar fi, istoricul rutei parcurse, timpul estimat de ajungere la destinaŃie, considerate necesare de către utilizator. Alarmele trebuie să activeze conform setărilor date de utilizator.

AtenŃionări/Alarme – echipamentul ECDIS trebuie să furnizeze informaŃii despre starea sistemului sau a componentelor acestuia; o alarmă trebuie să se declanşeze în cazul în care se solicită o atenŃie imediată. O atenŃionare poate fi vizuală, în timp ce o alarmă poate fi vizuală dar trebuie să aibă şi un caracter sonor. AtenŃionările, trebuie să cuprindă, printre altele, informaŃii referitoare la depăşirea scalei hărŃii, diferite referiri de sistem, planificarea rutei în afara unui contur de siguranŃă. Alarmele se referă la erori ale sistemului, devieri de la rută, depăşirea unui contur de siguranŃă.

Înregistrarea voiajului – echipamentul ECDIS trebuie să aibă capacitatea de a înregistra deplasarea navei pe durata întregului voiaj în intervale de 4 ore. De asemenea, echipamentul ECDIS trebuie să înregistreze ultimele 12 ore de voiaj, o astfel de înregistrare trebuie făcută de aşa manieră încât să nu se deterioreze în nici un fel şi să existe posibilitatea reproducerii informaŃiilor de navigaŃie şi verificarea bazei de date utilizate. InformaŃii de genul, drumul parcurs de navă, ora, poziŃia, viteza, cursul urmat şi o


85

înregistrarea a informaŃiilor oficiale din harta electronică de navigaŃie utilizate, incluzând sursa, ediŃia, data, celula, istoricul corecŃiilor, trebuie să fie înregistrate la intervale de timp de 1 minut.

Sistemul de rezervă – este necesar în caz de defectare a sistemului ECDIS. Sistemul de rezervă trebuie să afişeze în format grafic informaŃii geografice şi hidrografice relevante pentru siguranŃa navigaŃiei. Un astfel de sistem trebuie avut pentru planificarea şi monitorizarea rutei. Dacă sistemul de rezervă este unul electronic, acesta trebuie să aibă cel puŃin capacitatea afişării informaŃiilor din vizualizarea standard aşa cum sunt ele prezentate în standardele de performanŃă.

7.6.4. FuncŃiile principale ale echipamentului ECDIS conform RezoluŃiei A817(19) a I.M.O

� Creşterea siguranŃei navigaŃiei � Afişarea pe ecran a tuturor elementelor cartografice necesare pentru

navigaŃie, pe baza datelor furnizate de autorităŃile hidrografice autorizate � Asigurarea reactualizării datelor cartografice şi hidrografice într-o manieră

simplă şi eficientă � Prin comparaŃie cu lucrul pe harta de navigaŃie pe suport de hârtie, sistemul

ECDIS trebuie să asigure: o indicarea în mod continuu şi în timp real a poziŃiei navei; o posibilitatea planificării rutei, urmărirea acesteia şi posibilitatea

efectuării determinărilor care se practică uzual pe harta de navigaŃie pe suport de hârtie;

� Echipamentul ECDIS trebuie să aibă fiabilitate şi să asigure aceeaşi

capacitate de lucru ca şi harta de navigaŃie pe suport de hârtie � Echipamentul ECDIS trebuie să posede alarmele necesare pentru

semnalarea erorilor unor date sau a funcŃionării defectuoase a echipamentului.

7.7. AcurateŃea hărŃilor electronice utilizate de echipamentele ECDIS

O hartă este bună dacă datele conŃinute au o acurateŃe ridicată de la prima lor colectare de către cartograf. O hartă de navigaŃie se realizează Ńinând cont de două raporturi: orizontal, pentru latitudine şi longitudine, şi vertical, pentru adâncime şi înălŃime.

Încă de la începuturile realizării de hărŃi, hărŃile locale se bazau pe forma Pământului în zona respectivă şi, deoarece Pământul nu este o sferă perfectă, forma diferă de la o regiune la alta.

În figura 7.3 este reprezentată o linie verticală ce intersectează suprafaŃa Pamântului. Figura arată neuniformitatea suprafeŃei Pământului, linia punctată reprezentând un geoid şi linia continuă un elipsoid. Geoidul reprezintă o suprafaŃă cu gravitate de valori egale şi unde direcŃia forŃei de gravitaŃie este întotdeauna perpendiculară pe suprafaŃa Pământului. În scopul realizării de hărŃi este necesar a se utiliza un datum geodetic într-un sistem de referinŃă elipsoidal. SuprafaŃa unui geoid este neregulată în timp ce a unui elipsoid este regulată.


86

Fig. 7.3. SuprafaŃa Pământului reprezentată ca geoid şi elipsoid

S-au utilizat mai multe tipuri de elipsoid pentru a reprezenta cel mai bine geoidul caracteristic unei anumite zone. Utilizarea unui elipsoid pentru calculele de poziŃie trebuie mai întâi raportat la un geoid şi astfel, relaŃiile definite sunt cunoscute sub denumirea de datum. AcurateŃea unui punct de referinŃă (datum) poate fi bună pentru zona unde s-a calculat, dar poate scădea odată cu depărtarea de respectivul punct.

Există mai multe sisteme locale de realizare a datum-ului, cum ar fi: Ordnance Survey Great Britain 1936 (OSGB36), European Datum 1950 (ED50), Australian Geodetic System 1984, North American Datum 1983 (NAD83). HărŃile realizate pentru o anumită zonă trebuie să conŃină informaŃii asupra sistemului de referinŃă utilizat la realizarea ei.

Utilizarea sateliŃilor a impus dezvoltarea unui sistem global de referinŃă şi astfel, echipamentele GPS utilizează Sistemul Geodetic Global (WGS-84), ce foloseşte un model al întregii suprafeŃe terestre. Pentru acest sistem punctul de referinŃă este reprezentat de centrul de greutate al Pământului, astfel sistemul de referinŃă utilizat are rezultate bune chiar şi pentru hărŃi reprezentând zone restrânse. La ora actuală nu toate hărŃile sunt realizate în acest sistem, motivele întârzierii fiind:

o timpul necesar înlocuirii hărŃilor actuale cu hărŃi utilizând sistemul de referinŃă WGS-84;

o lipsa datelor necesare calculelor efectuate pentru schimbarea sistemului de referinŃă, în unele cazuri, sistemul de referinŃă utilizat în realizarea hărŃi nu se cunoaşte sau este foarte puŃin definit.

Spre exemplu, aproape 40% dintre hărŃile editate de Amiralitatea Britanică au sistemul de referinŃă necunoscut şi pentru schimbarea acestora la sistemul de referinŃă global va fi necesară recartografierea zonelor de acoperire respective.

Pentru hărŃile electronice vectoriale este o cerinŃă obligatorie realizarea acestora direct în sistemul de referinŃă WGS-84. Pentru realizarea de hărŃi electronice în acest sistem şi a hărŃilor realizate cu alte sisteme de referinŃă se utilizează modele matematice de transformare. Utilizatorii hărŃilor electronice trebuie să verifice întotdeauna dacă harta pe suport de hârtie folosită în paralel cu harta electronică este realizată în sistemul de referinŃă WGS-84. Pentru cazul în care harta pe suport de hârtie nu este realizată în


87

sistemul global de referinŃă şi nu există datele necesare transformării ei, utilizarea poziŃiei furnizate de către echipamentul GPS nu poate fi folosită.

Fig. 7.4. PoziŃia unui punct geografic realizată cu ajutorul diferitelor sisteme de referinŃă

Pentru siguranŃa lucrului pe hartă, împreună cu informaŃii de poziŃie primite de la

echipamentul GPS, cea mai bună soluŃie este utilizarea în procesul de navigaŃie numai a sistemului de referinŃă WGS-84.

Majoritatea echipamentelor GPS au din construcŃie introduse modele de calcul pentru transformarea datelor din diferite sisteme de referinŃă, deci se pot obŃine informaŃii într-un sistem de referinŃă local, lucru ce prezintă anumite dezavantaje, cum ar fi:

o două echipamente GPS diferite pot utiliza modele proprii de transformare şi astfel să dea rezultate diferite, deoarece nu există un standard aplicabil pentru formulele de transformare utilizate;

o este dificil asigurat sistemul de referinŃă utilizat de echipamentul GPS la fiecare schimbare a hărŃii de navigaŃie;

o poziŃia furnizată de echipamentul GPS poate fi transmisă simultan către alte echipamente electronice de navigaŃie, cum ar fi radarul ARPA, pilotul automat, echipamente ce lucrează cu date în sistemul de referinŃă global;

o unele echipamente GPS aplică transformarea sistemului de referinŃă tuturor datelor de poziŃie (puncte de schimbare de drum) memorate.


88

7.8. FuncŃiile de operare ale echipamentele ECDIS

7.8.1. Modul de identificare a echipamentelor ECDIS

Multitudinea de modele de echipamente ECDIS existente în prezent la bordul navelor, a obligat forurile internaŃionale care se ocupă de domeniul hărŃilor electronice să stabilească un cod (aşa numitul Cod VERDE – GALBEN – ROŞU) pentru omologarea produselor de acest tip existente.

Astfel, fiecare culoare a codului ce etichetează un echipament reprezintă catalogarea acestuia conform standardelor impuse de OrganizaŃia Maritimă InternaŃională şi de către OrganizaŃia Hidrografică Mondială.

Etichetă Cod Verde – desemnează un produs 100% compatibil cu standardele I.M.O şi I.H.O, ceea ce înseamnă utilizarea hărŃilor electronice de navigaŃie în standardul S-57, posibilitatea actualizării acestor hărŃi, admite utilizarea echipamentelor de poziŃionare globală diferenŃiale (DGPS) în zonele costiere şi are toate funcŃiile corespunzătoare Standardului de PerformanŃă.

Etichetă Cod Galben – desemnează un produs care se conformează parŃial standardelor impuse de I.M.O şi I.H.O.

Etichetă Cod Roşu – se aplică echipamentelor care nu respectă nici unul din standardele I.M.O şi I.H.O.

7.8.2. Caracteristici ale programului de operare ECDIS rulat pe un PC

Un program de operare ECDIS utilizat pe un PC sau pe o consolă specializată trebuie să respecte anumite specificaŃii tehnice şi să îndeplinească diverse funcŃii, cum ar fi:

� Formate de hărŃi electronice de navigaŃie acceptate: o I.H.O standard S-57 o CHS NTX vector data o CMAP vector data o NOAA (USA) BSB raster data o British Admiralty ARCS raster data

� FuncŃiuni oferite pentru hărŃi: o afişare hărŃi vectoriale sau raster o afişare caroiaj latitudine/longitudine Mercator o 3 nivele de informare pentru hărŃile electronice vectoriale o previziune traiectorie navă şi alarmă anti-coliziune (pentru hărŃile

vectoriale) o reactualizare hărŃi o mişcare reală o repoziŃionare manuală o simulare deplasare navă în condiŃii de estimă


89

� Afişaje care se suprapun peste hărŃile electronice de navigaŃie

o zone de veghe � cercuri de distanŃă � caroiaj latitudine/longitudine � conturul navei � linia prova � drum deasupra fundului � săgeata pentru direcŃia Nord � memorarea traiectoriei navei pentru ultimele 24 ore

o funcŃii pentru ruta de navigaŃie � număr nelimitat de rute memorate � număr nelimitat de rute afişate � bibliotecă nelimitată pentru puncte de schimbare de drum � editarea punctelor de schimbare de drum � ruta reversibilă � configurarea adâncimii de siguranŃă şi abaterea laterală � import/export rute

� Înregistratorul de drum o conform standardului I.M.O o posibilitatea rulării înregistrării o interfaŃă cu alte echipamente o intrare pentru două echipamente de furnizare a poziŃiei (GPS,

LORAN) o loch, anemometru, sondă ultrason, radar, radar ARPA

� Elemente de navigaŃie o NAVLINE o Relevment o DistanŃe o Definire zone de alarmare o Introducere note utilizator

� Modulul Radar o suprapunere pe harta electronică de navigaŃie a imaginii radar o imagine radar de sine stătătoare o reglaj imagine radar

7.8.3. FuncŃii Utilizator

Pregătirea voiajului, respectiv alegerea rutei între porturile de escală. Această rută fiind definită prin intermediul unor puncte caracteristice, puncte de schimbare de drum (WP).

Definirea punctelor de schimbare de drum poate fi făcută direct pe harta de navigaŃie, fie printr-o metodă tabelară, ambele variante fiind interconectate, respectiv un punct de schimbare de drum definit pe harta electronică va apărea şi în tabelul de stocare al datelor pentru punctele caracteristice, sau un punct de schimbare de drum definit în tabel prin coordonate geografice (latitudine/longitudine), va apărea materializat şi pe harta electronică de navigaŃie respectivă.


90

Pe harta electronică de navigaŃie sunt marcate şi zonele cunoscute ca periculoase

pentru navigaŃie. Ca urmare, în momentul trasării rutei de navigaŃie, dacă aceasta intersectează o astfel de zonă, se va emite un semnal sonor (o alarmă) de avertizare.

Înainte de a se începe plotarea punctelor de schimbare de drum se vor introduce principalele date referitoare la nava noastră, care activează sistemul anti-eşuare, respectiv pescajul navei şi adâncimea minimă de siguranŃă sub chilă şi eventual viteza medie de croazieră.

Pentru navigator este mai uşor să efectueze planificarea rutei direct pe harta electronică de navigaŃie, având afişată şi fereastra cu datele tabelare ale punctelor de schimbare de drum. În acest fel are posibilitatea de a da anumite denumiri punctelor caracteristice respective, denumiri ce vor facilita recunoaşterea ulterioară a acestora.

În momentul în care un punct de schimbare de drum este definit, în tabel vor apărea valorile care vor indica drumul de parcurs între două puncte de schimbare de drum succesive, distanŃa între acestea şi timpul necesar (dacă a fost introdusă în prealabil o viteză medie).

Controlul navigaŃiei. Se face în mod continuu şi în timp real, punctul navei putând fi afişat pe harta electronică de navigaŃie simultan pe baza informaŃiei provenite de la două echipamente de navigaŃie electronică independente: GPS/DGPS – LORAN sau GPS/DGPS – AIS.

Peste harta electronică de navigaŃie poate fi suprapusă imaginea radar sau radar ARPA, atât în cea ce priveşte reperele fixe recepŃionate de radar, dar şi Ńintele mobile, inclusiv cu vectorii lor de mişcare, în cazul în care ele au fost plotate cu ajutorul facilităŃilor ARPA.

Vectorul de mişcare pentru nava proprie va fi afişat şi reactualizat în permanenŃă. În acelaşi timp, sub formă digitală, în ferestre laterale, vor fi afişate toate datele

referitoare la navigaŃie, drumul Ńinut la timonă, viteza prin apă, drumul deasupra fundului, viteza deasupra fundului, poziŃia navei prin coordonate geografice, elementele de derivă, direcŃia, distanŃa şi ETA până la următorul punct de schimbare de drum, valoarea abaterii laterale de la ruta trasată.

Având în vedere că echipamentul ECDIS trebuie să asigure toate facilităŃile legate de lucrul pe hartă, softul permite trasarea direct pe harta electronică de navigaŃie a relevmentelor şi distanŃelor măsurate la diferite repere, respectiv stabilirea punctului navei prin metode independente de echipamentele radio-electronice de poziŃie.

În cazul în care se consideră că aceste determinări, sunt mai precise decât informaŃia electronică de poziŃie, lucru foarte posibil dacă nu se lucrează cu echipamentul de poziŃionare globală diferenŃial, atunci poziŃia navei poate fi corectată manual, luându-se ca punct de referinŃă punctul determinat costier.

Legat de siguranŃa navigaŃiei, funcŃiile de alarmare incluse în programul de operare sunt foarte importante. Aceste alarme vor semnala:

o apropierea de o linie batimetrică cu adâncime inferioară adâncimii de siguranŃă;

o apropierea de un pericol de navigaŃie; o apropierea de o anumită zonă de navigaŃie; o apropierea unei Ńinte mobile, la valori ale CPA/TCPA mai mici decât cele

programate; o abaterea peste limita programată faŃă de ruta trasată; o apropierea de un punct de schimbare de drum; o momentul începerii giraŃiei pentru o schimbare de drum; o nefuncŃionarea unuia dintre sistemele electronice de poziŃie.


91

Sistemul Automat de Identificare este bazat pe un transponder situat la bordul navei ce transmite continuu informaŃii despre nava proprie, utilizând banda de frecvenŃă VHF pentru uz maritim.

InformaŃiile transmise de acesta conŃin: � datele de identificare ale navei: numele navei, indicativul, lungime,

lăŃime, pescaj, etc; � tipul de marfă transportat şi dacă este de natură periculoasă; � informaŃii despre drumul urmat şi capacităŃile de manevră ale navei; � poziŃia navei conform informaŃiei furnizate de echipamentul GPS.

Aceste informaŃii trebuie să poată fi recepŃionate de alte echipamente AIS de la bordul altor nave, precum şi de către staŃiile Serviciului de Control Trafic (VTS) cuprinse în raza de acoperire a acestuia. InformaŃiile recepŃionate de către o navă sau staŃie de coastă trebuie să permită transpunerea poziŃiei navei pe o hartă electronică de navigaŃie, conform poziŃiei furnizate de echipamentul de poziŃionare globală utilizat (GPS sau DGPS), însoŃită de un vector de viteză care să arate viteza navei şi cursul Ńinut la timonă. Prin accesarea Ńintei, alte informaŃii cum ar fi datele de identificare ale navei trebuie să fie afişate.

Fig. 8.1. Componentele Sistemului Automat de Identificare (AIS)


92

Sistemul de Identificare Automată (AIS) necesită mai multe componente adiacente

în scopul realizării atribuŃiilor, cum ar fi: un echipament GPS sau DGPS, un transmiŃător VHF, două receptoare VHF TDMA (time division multiple access), un receptor VHF DSC şi un sistem electronic de comunicaŃie conform standardelor maritime conectat la sistemul de vizualizare al hărŃii electronice de la bordul navei. InformaŃiile referitoare la poziŃia navei sunt furnizate de către un sistem poziŃionare globală. InformaŃiile referitoare la drumul urmat de navă şi viteză sunt transmise de echipamentul AIS pe baza datelor furnizate de alte echipamente electronice de navigaŃie, dar informaŃiile referitoare la destinaŃia navei, timpul estimativ de sosire (ETA) pot fi furnizate numai prin setare anterioară.

8.1. Recomandările privind standardele de performanŃă pentru Sistemul Automat de Identificare de la bordul navelor conform RezoluŃiei I.M.O MSC 74(69), Anexa 3

În cadrul celei de a treia întâlniri a Subcomitetului pentru NavigaŃie al OrganizaŃiei Maritime InternaŃionale, ce a avut loc în iulie 1997, s-au elaborat standardele de performanŃă pentru echipamentele AIS de la bordul navelor, în formă iniŃială. Aceste standarde de performanŃă descriu cerinŃele operaŃionale pentru echipamente, dar nu definesc protocolul de comunicaŃii ce trebuie utilizat de către acestea.

Raportul Subcomisiei pentru SiguranŃa NavigaŃiei cuprinde următoarele elemente referitoare la echipamentele AIS:

1. Toate navele cu un tonaj brut de peste 300 de tone (angajate în voiaje internaŃionale), navele pentru transport marfă cu un tonaj brut de 500 tone şi mai mare (neangajate în voiaje internaŃionale), şi navele de pasageri, indiferent de mărime, trebuie să fie dotate cu echipament AIS, după cum urmează:

1.1. navele construite pe sau după 1 iulie 2002; 1.2. navele angajate în voiaje internaŃionale construite înainte de 1 iulie 2002; 1.2.1. în cazul navelor de pasageri indiferent de mărime şi a tuturor tancurilor

petroliere, nu mai târziu de 1 iulie 2003; 1.2.2. în cazul navelor, altele decât navele de pasageri şi tancurile, cu un tonaj brut de 50000 de tone sau mai mare, nu mai târziu de 1 iulie 2004; 1.2.3. în cazul navelor, altele decât navele de pasageri şi tancurile, cu un tonaj brut de 10000 de tone sau mai mare, dar mai mic de 50000 de tone, nu mai târziu de 1 iulie 2005; 1.2.4. în cazul navelor, altele decât navele de pasageri şi tancurile, cu un tonaj brut de 3000 de tone sau mai mare, dar mai mic de 10000 de tone, nu mai târziu de 1 iulie 2006; 1.2.5. în cazul navelor, altele decât navele de pasageri şi tancurile, cu un tonaj brut de 300 de tone sau mai mare, dar mai mic de 3000 de tone, nu mai târziu de 1 iulie 2007; şi 1.3. navele neangajate în voiaje internaŃionale construite înainte de 1 iulie 2002,

dar nu mai târziu de 1 iulie 2008. 2. AdministraŃia poate excepta de la aplicarea cerinŃelor din paragraful

anterior dacă aceste nave vor fi scoase definitiv din serviciu în cel mult doi ani de la data de implementare specificată în paragraful 1.


93

3. Echipamentul AIS trebuie să: 3.1. să furnizeze automat unei staŃii de coastă, altă navă sau aeronavă echipate

corespunzător informaŃii, incluzând identitatea navei, tipul, poziŃia, cursul, viteza, starea navei şi alte informaŃii referitoare la siguranŃă;

3.2. recepŃionarea automată de astfel de informaŃii de la nave achipate asemănător;

3.3. monitorizarea şi urmărirea navelor; şi 3.4. schimbul de date cu facilităŃile costiere, cerinŃele prezentului paragraf nu

trebuie aplicate cazurilor în care există regulamente internaŃionale, reguli sau standarde emise în scopul protejării informaŃiilor de navigaŃie. Sistemul AIS trebuie să fie utilizat Ńinând cont de recomandările adoptate de către OrganizaŃie.

8.2. FuncŃiile de operare ale Sistemului Automat de Identificare

Monitorizarea Ńintelor: o afişarea unui număr nelimitat de Ńinte pe ecran; o sortarea Ńintelor funcŃie de valoarea TCPA şi RCPA; o Ńintele pot fi centrate individual pe ecran; o posibilitatea de activare a unei singure Ńinte; o mesajele pot fi trimise în format binar sau format ASCII pe canal specific; o transmiterea datelor automat (programat) sau manual o transmisiile binare cuprind: om la apă, ARPA, elemente şi puncte de interes

(puncte de schimbare de drum, rute sau zone); o afişarea canalelor de lucru ale AIS; o afişarea valorii CPA pe ecran; o alarme şi atenŃionări bazate pe caracteristicile CPA configurat.

Monitorizarea AIS Long Range: o configurare poşta electronică utilizând Microsoft MAPI (Mail Application

Programming Interface); o monitorizare cu ajutorul sistemului Inmarsat; o filtrarea informaŃiilor de către expeditor; o posibilitatea de transmitere către mai multe adrese de poştă electronică; o configurarea formatelor.

Configurarea modulului AIS: o posibilitatea de ştergere a proprietăŃilor Ńintelor; o transmiterea datelor referitoare la nume, indicativ, tipul navei, număr IMO,

MMSI, pescaj, voiaj, destinaŃie şi ETA destinaŃie; o informaŃii despre transponderul navei proprii; o caracteristicile distinctive ale transponderului; o echipamentul GPS utilizat pentru poziŃionare pe harta electronică de

navigaŃie; o starea transponderului sistemul de poziŃionare globală;


94

Fig. 8.2. Vizualizarea informaŃiilor furnizate de echipamentul AIS pentru o Ńintă

curs navigatie electronic a

Documents