ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ НАВИГАЦИОННОЙ

БЕЗОПАСНОСТИ

5.1. СУЩНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ НАВИГАЦИОННОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ

Оборудование судов гирокомпасами, электронными относительными и гидроакустическими абсолютными лагами, радионавигационными системами, средствами радиолокации, глобальными спутниковыми навигационными системами, интегрированными навигационными системами, системами управления курсом и траекторией судна, электронными картографическими навигационно-информационными системами вызвало существенные изменения в методах судовождения, однако к качественному скачку — к полной передаче машине управленческих функций — пока не привело. Это объясняется тем, что в соответствии с диалектикой развития методы судовождения и принципы организации штурманской службы на судах объективно отстают от развития технических средств навигации и управления. Современное судовождение — сплав науки и искусства управления — остается деятельностью человека в условиях повышенной опасности. Усложнение деятельности современного судоводителя связано с развитием сети портов и морских путей, увеличением общего числа судов, их водоизмещения, размеров и скоростей, увеличением плотности судопотоков.

Обеспечение навигационной безопасности - необходимое условие охраны жизни на море и среды от загрязнения. Навигационные ошибки и промахи в управлении судами до сих пор приводят к человеческим жертвам, к материальному ущербу и экологическим катастрофам. В 1960—1979 гг. в море ежегодно гибло около 300 судов, что составляет 0,4% от общего количества судов Мирового флота. В настоящее время эта цифра несколько уменьшилась. При этом на навигационные происшествия из всех аварийных случаев приходится около 50%. Альтернативой навигационной аварийности является навигационная безопасность плавания, т.е. такое состояние судна в конкретных обстоятельствах, когда обеспечивается минимальный риск посадки судна на мель, касания грунта, столкновения с искусственным или естественным препятствием, выхода судна в результате навигационных ошибок за пределы установленной зоны или акватории.

Многочисленные научные исследования, технические разработки и организационные мероприятия направлены на повышение этой безопасности. Однако количественная оценка достигнутого уровня навигационной безопасности и влияния на него проводимых мероприятий вызывает серьезные затруднения. Статистика аварий отражает лишь долговременные тенденции прошлого, что снижает ее значение для принятия оперативных мер. Поэтому наряду со статистическим анализом аварийности необходимо, видимо, разрабатывать методы количественной оценки влияния отдельных факторов на навигационную безопасность.

Навигационные опасности — это естественные и искусственные объекты, расположенные на поверхности и в глубинах мирового океана, представляющие для судна реальную угрозу. К естественным опас­ностям относятся: береговая линия, мели, отмели, банки, рифы, скалы и т.п. К искусственным следует отнести: гидротехнические сооружения, свалки грунта, ряжи, буровые и промысловые вышки, платформы, опоры и линии высоковольтных передач, минные и боковые заграждения, противолодочные и рыболовные сети и т.д.

Для малотоннажных и маломерных судов; в том числе с динамическими средствами поддержания и ватерлинией ограниченной площади, реальную опасность представляют знаки плавучего ограждения, якорные бочки, бревна, корни деревьев и др. Для таких судов основной проблемой обеспечения безопасности плавания является отсутствие надежных средств и методов обнаружения перечисленных опасностей в темное время суток и в условиях ограниченной видимости. Поэтому эксплуатация этих судов в указанных условиях запрещается.

Неподвижные навигационные опасности показываются на навигационных морских картах, сведения о них содержатся в лоциях и руководствах для плавания. Сведения о новых объектах в море, представляющих угрозу для мореплавания, содержатся в источниках оперативной информации о навигационной обстановке (ИМ, НАВИМ, НАВИП, НАВАРЕА и т.п.).

У судоводителей сложился определенный профессиональный стереотип: чем точнее координаты судна и чем дальше оно находится от береговой линии, тем ниже степень опасности. Однако это правило не касается подводных судов и аппаратов, судов с очень большой осадкой и глубоководных орудий лова промысловых судов. Для судов этих классов навигационными опасностями являются все элементы рельефа морского дна, сопредельные с горизонтом плавания (глубиной погружения или осадкой). За счет увеличения погрешностей координирования при гидрографической съемке морского дна при удалении от береговой линии возрастает и опасность плавания подводных судов, аппаратов, судов с очень большой осадкой и глубоководных орудий лова. Ибо, даже при высокой точности знания на этих судах собственных координат, их положение относительно подводных опасностей отягощено значительными погрешностями.

Навигационная безопасность на судах обеспечивается комплексом мер, к которым следует отнести:

• профессиональную подготовку судоводителей;

• техническую исправность технических средств навигации и связи;

• наличие необходимого комплекта откорректированных навигационных карт, руководств и пособий для плавания;

• знание и учет судоводителями навигационно-гидрографических и гидрометеорологических условий плавания;

• четкую организацию и выполнение процедур несения ходовой вахты;

• строгое выполнение правил плавания и Международных правил предупреждения столкновения судов;

• непрерывный контроль местоположения судна.

Следует добавить, что на судоводителей кроме обеспечения навигационной безопасности возложены обязанности по контролю за остойчивостью и непотопляемостью судов, их взрыво- и пожаробезопасностью.

Таким образом, процесс морского судовождения, а особенно судовождение на внутренних водных путях, сложен и динамичен, связан со значительным количеством объективных и субъективных факторов. Без знания законов управления сложными системами невозможен переход к автоматизированному судовождению, к научной организации труда. Инструментом познания связей, анализа и реализации этих законов является общая теория управления (кибернетика), которая позволяет объективно оценить процесс современного судовождения, его средства, методы и организацию.

5.2. СРЕДСТВА И СПОСОБЫ НАБЛЮДЕНИЯ
И УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ

Предупреждение навигационных происшествий (аварийных случаев) в море и на внутренних водных путях изначально обеспе­чивается ведением наблюдения, а затем управлением судна, предпринимаемым в целях предупреждения столкновения судов, удара, навала, посадки на мель.

Наблюдение — совокупность применения средств и способов поиска, обнаружения и классификации объектов внешней среды в целях эффективного и безопасного управления судном. Управление — принятие решения на сохранение или изменение параметров движения судна (курса, скорости), отдача соответствующих команд, подача сигналов, их исполнение и контроль за выполнением.

Наблюдение в целях предупреждения аварийных ситуаций с судном на внутренних водных путях или столкновения судов в море выполняется для полной оценки ситуации, в которой находится собственное судно. При этим содержанием наблюдения является сбор, об­работка и анализ информации о внешних и внутренних факторах, влияющих на состояние судна и развитие существующей ситуации.

Во всех случаях первоочередная задача наблюдения заключается в определении, существует ли опасность столкновения или иной аварийной ситуации. Когда у судоводителя существуют сомнения относительно безопасного развития имеющейся ситуации, следует считать, что ее развитие ведет к столкновению судов, удару, навалу, посадке на мель или иному аварийному происшествию.

Зрительное наблюдение осуществляют лица ходовой вахты, а также находящийся на борту лоцман. Оно должно быть непрерывным, квалифицированным и надежным.

К зрительным средствам наблюдения относятся оптические пеленгаторы, бинокли, зрительные трубы, оптические дальномеры и прожекторы.

Через зрительное наблюдение реализуются лоцманские способы судовождения, базирующиеся на глазомерной оценке положения судна относительно судоходной обстановки и опасностей, так как зрительные средства и способы позволяют получить информацию в явном виде, непосредственно оценить обстановку и принять необходимое решение.

Лоцманские способы судовождения на современном этапе используют и технические средства наблюдения: судовые РЛС, АИС, ЭКНИС и эхолоты.

Радиолокационное наблюдение включает: обнаружение объектов, определение их положения относительно судна и определение степени опасности. Радиолокационное наблюдение незаменимо в условиях ограниченной видимости и плавания в стесненных условиях. Однако, информация от РЛС относительно подвижных объектов проявляется в неявном виде, а поэтому нуждается в обработке, т.е. в ведении радиолокационной прокладки. Радиолокационная прокладка предусматривает: определение элементов движения объектов (целей) и их относи­тельных курсов, определение степени опасности и ее количественную оценку, расчет маневра безопасного расхождения и контроль за его выполнением. Радиолокационная прокладка осуществляется способами графического решения задач, теоретически базирующихся на методе относительного движения: вручную (с помощью маневренного планшета), а также с помощью средств автоматизации ведения радиолокационной прокладки (САРП). Общим недостатком средств и способов ведения прокладки является то, что в них заложена гипотеза о постоянстве элементов движения целей после их определения.

Выходом из создавшегося положения явилось внедрение автоматических идентификационных систем (АИС), т.е. систем с активным ответом, содержащим информацию об элементах движения судна, его классификации и состоянии в соответствии с МППСС-72. Это исключает необходимость определения элементов движения целей и ускоряет появление информации в явном виде с высокой степенью достоверности.

Электронные картографические навигационно-информационные системы (ЭКНИС) при подсоединении к ним РЛС/САРП позволяют:

- выявлять векторы скорости целей;

- выявлять пути целей;

- записывать в память пути целей;

- проигрывать выбранный маневр;

- корректировать координаты судна, используя привязку, взятую с РЛС/САРП;

- при подсоединении АИС интерпретировать получаемые данные.

Средство автоматической радиолокационной прокладки, реализованное в ЭКНИС, обрабатывает информацию с разрешением не хуже, а зачастую и лучше, чем стационарное САРП. Погрешности определе­ния параметров целей определяются погрешностями датчиков инфор­мации: радиолокационной станции, гирокомпаса и лага. В свою очередь, на экране индикатора РЛС могут быть отображены выбранные объекты системной электронной навигационной карты (СЭНК). При этом отображаемая информация СЭНК должна включать следующие объекты: береговую линию, безопасную изобату собственного судна, навигационные опасности, береговые и плавучие средства навигационного ограждения.

Таким образом, ЭКНИС обеспечивают непрерывный и объективный контроль за местоположением и движением судна и наблюдаемых целей, позволяют автоматизировать измерения и их обработку, представляют судоводителю наглядную и надежную информацию в виде, пригодном для немедленного использования.

В результате на ходовой вахте судоводитель освобождается от выполнения многих рутинных операций, что исключает возможность совершения им ошибок. Система предоставляет ему в интегрированном виде информацию, характеризующую все стороны процесса судовождения, что позволяет повысить безопасность плавания и обоснованно принимать решения по управлению судном.

5.3. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ КРИТЕРИИ НАВИГАЦИОННОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ ПЛАВАНИЯ

Стандарт точности судовождения Международной морской организации. В морской навигации основным является штурманский метод судовождения, который состоит в непрерывном ведении счисления и в регулярном определении места судна.

Постоянный контроль за местоположением судна, знание его точных географических или маршрутных координат в любой момент — залог безаварийного плавания и успешного выполнения рейса. Если определения места выполняются достаточно часто или непрерывно, что возможно при их автоматизации, то счисление приобретает резервное значение. Во всех случаях навигационная безопасность зависит, прежде всего, от частоты и точности определения места, вследствие чего определение места судна относят к основным задачам навигации. Ре­шение этой ответственной задачи в море лежит на вахтенном помощнике капитана, который в соответствии со своими обязанностями не­сет полную ответственность за безопасность судовождения.

Более трети всех аварий судов составляют посадки на мель, причем такие аварии чаше других приводят к гибели судна, многие из них имеют трагические, а некоторые - катастрофические последствия. Для предотвращения таких аварий наряду с другими мероприятиями предпринимаются попытки нормирования требований к точности и частоте обсерваций в зависимости от условий плавания.

Штурманская служба на судне организуется и возглавляется капитаном судна и предназначена для обеспечения навигационной безопасности плавания.

Нахождение судна в море постоянно связано с его пребыванием в тех или иных сложных в навигационном отношении районах. В любой момент времени плавания судна должна быть обеспечена навигационная безопасность плавания, т.е. должно выполняться условие

D_но > 0,

где D_но — расстояние до навигационной опасности.

Для обеспечения навигационной безопасности судна при плавании
от момента выхода до момента прихода должна постоянно вестись навигационная прокладка, которая включает в себя счисление, определение места судна и расчеты маневров для расхождения с другими судами.

Процесс измерения и обработки навигационных параметров сопровождается погрешностями, которыми будут отягощены и координаты места судна. Поэтому для обеспечения навигационной безопасности плавания, обоснования маневра судна с целью расхождения с навигационной опасностью необходимо выполнять оценку точнос­ти определения места судна.

Оценка точности места судна должна производиться:

— при выполнении предварительной прокладки;

— при подходе к берегу, навигационной опасности, стесненным водам;

— в случаях, когда невязка обсервованного места превышает допустимую величину.

Интервал между обсервациями в зависимости от навигационных ус­ловий плавания устанавливает капитан судна.

Для предупреждения навигационных происшествий, связанных с посадками на мель, подкомитет Международной морской организации (IMO) разработал стандарт точности судовождения и принял его в Резолюции А.529(13) 17.11.83 г.

Стандарт предназначен для выработки требований к точности судовождения, обеспечения навигационной безопасности плавания с заданной вероятностью (Р_бп = 0,95), оценки эффективности работы систем и средств навигационного оборудования (СНО) и технических средств навигации (ТСН), а также оценки работы судоводителей.

Факторами, влияющими на требования к точности судовождения, являются: скорость судна, расстояние до ближайшей навигационной опасности, район плавания.

Плавание судна осуществляется в трех специфических, с точки зрения наличия навигационных опасностей, районах:

— открытого моря;

— прибрежного плавания;

— стесненного плавания.

В соответствии с требованиями стандарта точности при плавании в районах открытого моря и прибрежных водах со скоростью до 30 узлов погрешность счислимого (текущего) места с вероятностью Р = 0,95 не должна превышать 4% от дистанции до навигационной опасности и при этом ее максимальное значение должно быть не более 4 миль:

М_Т<0,04D_но.

В стандарт IMO включена таблица, содержащая требования к точности определения места М₀, допустимое время плавания по счислению t_д в зависимости от D_но при условии, что гирокомпас и лаг соответствуют требованиям IMO, счисление не корректировалось, погрешности имеют нормальное распределение, а течение и дрейф учи­тываются с возможной точностью (табл. 5.1).

Таблица 5.1. Международные стандарты точности судовождения

Требования данного стандарта имеют ориентировочный характер, так как основаны на усредненных оценках точности исчисления.

Более поздняя Резолюция ИМО А.815(19) определяет следующие точностные нормативы знания координат в стесненных водах и на подходах к портам при наличии на судне современной спутниковой навигационной системы: допустимая величина погрешности определения места - не более 10 м (с вероятностью 0,95), интервал дискретности обновления координат — не более 2с.

Рекомендации IMO позволяют реализовать единый подход к определению требований к точности плавания и способствуют повышению безопасности плавания судов.

В районах стесненного плавания, где место судна контролируется с помощью обсерваций по береговым ориентирам и радионавигационным системам, требования к точности судовождения зависят от конкретных обстоятельств плавания.

Для обеспечения навигационной безопасности плавания необходимо произвести следующие расчеты:

- оценить вероятность безопасного плавания Р_бп для конкретных условий плавания;

- в том случае, когда Р_бп < Р_зад, необходимо рассчитать допустимую РСКП счислимого места М_д в зависимости от Р_зад;

- выбрать способы определения места судна, удовлетворяющие условию М₀ < M_д;

- рассчитать t_д для конкретных способов определения места судна;

- рассчитать дискретность обсерваций Δt₀ = t_д - 2t_обс ;

- построить график изменения М_д и М_т по времени для отдельных участков маршрута перехода.

Навигационная безопасность плавания Р_бп оценивается вероятностью прохода судна по чистой воде без соприкосновения с надводны­ми и подводными препятствиями с известными координатами.

Для расчета Р_бп при плавании среди навигационных опасностей, расположенных на различных направлениях в прибрежной зоне, используется функция кругового распределения Релея

Рбп = 1 - ехр (D/M)²

где D— кратчайшее расстояние до ближайшей навигационной опасности; М— РСКП счислимого места судна в точке кратчайшего расстояния до ближайшей навигационной опасности.

Расчет Р_бп производится с помощью табл. 4.18 МТ-2000 по аргументам D и М.

Таблица 4.18 может быть использована для расчетов М_д при заданной D_min по заданной вероятности безопасного плавания Р_бп, а также для определения минимального допустимого расстояния до навигационной опасности D_min при известной РСКП счислимого места судна М и заданной вероятности безопасного плавания Р_бп.

Если навигационные опасности расположены по одному борту, то вероятность безопасного плавания:

Р_бп = 0,5[1 + Ф(Z)],

где Ф(Z) - функция Лапласа, определяемая по аргументу

Z = D√2/М

И в этом случае для расчетов можно использовать сборник МТ-2000, входя в табл. 4.19 по аргументам D и М.

С появлением лоцманского метода судовождения возник простой и непосредственный количественный критерий безопасности - безопасная дистанция, под которой понимается минимальное расстояние, измеряемое или определяемое глазомерно между судном и опасностью. Если исходить из опыта и здравого смысла, а также науки, то наиболее вероятна и опасна по последствиям встреча с опас­ными объектами, расположенными на острых курсовых углах судна (табл. 5.2).

Таблица 5.2. Вероятность появления объектов, % в зависимости от соотношения скоростей V_H/V₀ и курсовых углов судна

Отсюда можно определить величины безопасных дистанций D_б для расхождения с обнаруженными неподвижными опасностями:

- при уклонении от опасности активным или пассивным торможением судна

D_б ≥ D₀ - VΔt - S_t - m_D - m_S, (5.1)

где D0 -дистанция обнаружения опасности; V — скорость судна до момента начала маневра уклонения; Δt — мертвый промежуток времени при осуществлении маневра машинами; S_t - тормозной путь судна до момента его полной остановки; m_D - предельная с заданной вероятностью погрешность определения дистанции до опасности; m_S - предельная с заданной вероятностью погрешность определения тормозного пути;

- при уклонении от опасности поворотом судна

D_б ≥ D₀ - R - VΔt - S_t - m_R - m_D, (5.2)

где Δt - мертвый промежуток времени при осуществлении маневра поворота; R — радиус фактической циркуляции судна (с учетом его размерений); m_R - предельная погрешность с заданной вероятностью определения реального радиуса (диаметра) циркуляции судна.

В соответствии с требованиями хорошей морской практики, а также норм, регламентируемых Резолюцией ИМО А.601(15) от 20.11.87 г.

«Представление на судах информации об их маневренных характеристиках», погрешности определения тормозного пути и выбега судна, а также диаметра циркуляции не должны, с вероятностью 0,95, превышать значений, составляющих 10% от самих инерционно-тормозных характеристик.

Сложнее обстоит положение, связанное с безопасными дистанциями относительно подвижных объектов (других судов). Если исходить только из посылок здравого смысла, то в этом случае дистанции, приведенные в формулах (5.1) и (5.2), должны быть удвоены.

Международными и национальными требованиями в категоричной форме величины безопасных дистанций при расхождении с другими судами не определены. Однако, Правилом 6 МППСС-72 определено понятие «безопасная скорость», без приведения количественных характеристик. На наш взгляд нельзя пренебрегать опытом прошлого. В толковании требований Правила 16(а) ППСС-60 под термином «умеренный ход» понималась скорость судна, при которой его тормозной путь должен быть не менее 0,5 от дальности обнаружения другого судна визуальным способом при данных условиях видимости. В целях автоматизации управления судном при отсутствии других критериев этот подход может быть рекомендован. В соответствии с принятой международной и отечественной практикой и требованиями Правила 3 МППСС-72 ограниченной видимостью считается видимость менее 3 миль. Эта дистанция и принимается за безопасную при плавании в открытом море, уменьшается до 2 миль в прибрежной зоне и составляет 1 милю при плавании в стесненных условиях.

При видимости менее 5 миль благоразумно, по меньшей мере, держать машину в готовности к реверсам. Но это зависит также от ряда других факторов, не связанных с видимостью, например, района плавания, собственной скорости и тормозного пути, эффективности использования радиолокационной информации и т.д. Так, скорость, выбранную при видимости 5 миль в океане, где маловероятна встреча с малыми судами, нельзя рассматривать как безопасную в узкостях, или в районе интенсивного движения судов, или в районе лова рыбы и т.д.

При плавании по системам разделенного движения, когда суда следуют в одном направлении, наиболее безопасной скоростью будет «скорость потока», соответствующая средней скорости движения других судов.

Таким образом, приведенными выше некоторыми количественными критериями навигационной безопасности плавания надлежит руководствоваться при выборе средств и методов морской навигации, при оборудовании судов средствами навигации и управления, для формализации критериев, положенных в логику анализа навигационной информации с помощью ЭВМ, а также для определения принципов организации штурманской службы на судах.

Требования Международной ассоциации маячных служб. При плавании в стесненных районах, в узкостях, по системам разделения движения, каналам, фарватерам требования к точности судовождении повышены и более детальны, чем требования IMO.

Международная ассоциация маячных служб (МАМС) регламентирует расчет P_бп производить с помощью нормированной функции Лапласа, которая может быть выбрана из табл. 4.20 МТ-2000.

1. В общем случае, когда линия заданного пути (ЛЗП) проложена на расстояниях D_l и D₂ от границ полосы, по которой следует судно, вероятность безопасного плавания рассчитывается по формуле

P_бп = 0,5 [Ф(Z₁) + Ф(Z₂)],

где Ф(Z_i) - нормированная функция Лапласа;

Z_i = D_i / 0,7M_T - нормированное расстояние до опасности, выраженное в средних квадратических отклонениях;

D_i — расстояние до ближайшей границы полосы движения;

0,7M_T — средняя квадратическая погрешность места судна по направлению, перпендикулярному к линии пути.

2. В Случае, когда ЛЗП проложена посредине полосы, т.е. D₁ = D₂ = = 0,5H

(H— ширина полосы следования судна по системе разделения движения, фарватеру, каналу):

Ф(Z₁) = Ф(Z₂) = Ф(Z),

где Z = 0,5Н / 0,7М_Т = 0,7 Н / М_Т,

Р_бп = Ф(Z).

Использование табл. 4.20 МТ-2000 может облегчить решение и обратной задачи, когда для обеспечения заданной вероятности безопасного плавания Р_бп требуется рассчитать допустимую РСКП места судна М_д.

Прокладка ЛЗП посредине узкости наиболее предпочтительна, так как в этом случае Р_бп = max.

3. В соответствии с правилами 9 и 10 МППСС-72 при плавании судна в узкости, по СРД, на фарватерах, по каналам судоводитель должен, насколько это возможно, держаться внешней границы прохода с правого борта.

Если при плавании посредине узкости Р _бп = 1 или Р _бп > Р_зад, то следует рассчитать то минимальное расстояние D_min, на котором может быть положена ЛЗП относительно внешней границы узкости.

При плавании вдоль одной навигационно опасности (одной границы прохода), когда расстояние до другой навигационной опасности D₂ > 3M_T и Р₂ = 1, вероятность безопасного плавания

Р_бп = 0,5(Р₁ + 1),

где Р₁ = Ф(Z₁) = Ф (1,4 D₁ / M_T).

При решении подобной задачи работа упрощается, если воспользоваться табл. 4.23 МТ - 2000.