Issuu on Google+

морские системы

ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы ОАО «КОНЦЕРН «МОРИНСИС-АГАТ»

1


морские системы

ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ

Межотраслевой корпоративный научно-технический журнал

редакционная коллегия:

ИЗДАТЕЛЬ:

АНЦЕВ Георгий Владимирович генеральный директор-генеральный конструктор ОАО «Концерн «Моринсис-Агат», главный редактор

Открытое акционерное общество «Концерн «Моринформсистема-Агат»

КОБЫЛЯНСКИЙ Валерий Владимирович заместитель генерального конструктора по инновационной политике ОАО «Концерн «Моринсис-Агат», заместитель главного редактора НОВИКОВ Евгений Станиславович главный конструктор направления ОАО «Концерн «Моринсис-Агат» БЕКИШЕВ Анатолий Тимофеевич генеральный директор-генеральный конструктор ОАО «НПП «Салют» БОНДАРЬ Михаил Владимирович главный научный сотрудник ОАО «ЦНИИ «Курс» ГОЛУБЕВ Анатолий Генадьевич доктор технических наук, ОАО «КГФИ» ГЛАДИЛИН Алексей Викторович директор института ФГУП «АКИН» КОПАНЕВ Александр Алексеевич генеральный директор ОАО «НПФ «Меридиан» МАКЛАЕВ Владимир Анатольевич генеральный директор ОАО «НПО «Марс» НЕМЫЧЕНКОВ Владимир Сергеевич генеральный директор, председатель научно-технического Совета ОАО «Тайфун» ПИРОГОВ Всеволод Анатольевич первый заместитель директора института по научной работе ФГУП «АКИН» ПРИХОДЬКО Иван Михайлович технический директор ОАО «НИИ «Атолл» ФИЛАТОВ Юрий Николаевич коммерческий директор ОАО «Завод «Топаз» ХАНИН Леонид Борисович генеральный директор-генеральный конструктор ОАО «КБ «Аметист» 2

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

Copyright © 2013 Открытое акционерное общество «Концерн «Моринформсистема-Агат»


IMDS 2013

мвмс

С 3 ПО 7 ИЮЛЯ ОАО «КОНЦЕРН «МОРИНСИС-АГАТ» ПРИНЯЛ УЧАСТИЕ В МЕЖДУНАРОДНОМ ВОЕННО-МОРСКОМ САЛОНЕ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ Основная цель участия в МВМС-2013 заключалась в демонстрации производственной деятельности и научно-технических достижений Концерна, а также дочерних и зависимых обществ. Сопутствующей немаловажной задачей явилось представление нового подхода к имиджу Концерна как одного из ведущих предприятий на российском и международных рынках в области морского приборостроения и информационных технологий.

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

3


КОНТЕЙНЕРНЫЙ КОМПЛЕКС РАКЕТНОГО ОРУЖИЯ

CLUB-K

4

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


Для демонстрации нового подхода к представлению продукции и услуг, разрабатываемых Концерном, на территории закрытого павильона была развернута масштабная выставочная экспозиция, представляющая не отдельные предприятия Концерна, а направления его производственной деятельности: • гидроакустика; • радиолокация; • ракетные комплексы; • информационно-управляющие системы; • артиллерийские комплексы; • продукция двойного и гражданского назначения. На открытой территории выставочной площади организована экспозиция натурных экспонатов и действующих образцов вооружения и военной техники с целью продемонстрировать возможности их совместного применения для решения поставленных задач по отражению возможной угрозы. В рамках единой экспозиции совместно с ОАО «Концерн «Моринсис-Агат» были представлены следующие дочерние и зависимые общества: ОАО «НПП «Салют»; ОАО «КБ «Аметист»; ОАО «Изумруд» (Владивосток); ОАО «ЦНИИ «Курс»; ОАО «НПО «Марс» (Ульяновск); ОАО «НПФ «Меридиан» (Санкт-Петербург); ОАО «Тайфун» (Калуга); ОАО «НИИ «Атолл» (Дубна); ОАО «Акустический институт им. Академика Н.Н. Андреева»; ОАО «Завод «Топаз» No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

5


ОБЪЕДИНЕННЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ПРЕДПРИЯТИЙ... ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ОБОРОНОСПОСОБНОСТИ СТРАНЫ!

6

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


а также стратегические партнеры Концерна: ОАО «НПП «Радар ммс» (Санкт-Петербург); ОАО «ЦКБ по СПК им. Р.Е. Алексеева» (Н. Новгород); ОАО «Дальприбор» (Владивосток). Общая площадь выставочной экспозиции Концерна, его дочерних и зависимых обществ, а также партнеров заняла 500 м2. Представлены более ста наименований и услуг. Организована демонстрация работы пункта управления боевым информационным пространством по отражению угрозны разнородной группы сил гипотетического противника. На открытой выставочной площади впервые была продемонстрирована обновленная линейка Контейнерного комплекса ракетного оружия Club-K в составе: • пусковая установка с ракетами 3М-14Э и 3М-54Э в 40-футовом контейнере;

• пусковая установка с ракетами X-35УЭ в 20-футовом контейнере; • модуль обнаружения и целеуказания в 20-футовом контейнере (демонстрировался впервые); • беспилотный вертолет БПВ-500. Организован показ работы изделия «Береговой модульный операционный пункт «83т611-Э», в том числе отслеживание в реальном времени надводной обстановки, прилегающей к территории выставки акватории, а также передача оперативной информации по беспроводным каналам связи операторам комплекса Club-K. Продемонстрирован береговой ракетный комплекс БАЛ-Э в составе: • самоходная пусковая установка с ракетами Х-35УЭ; • транспортно-погрузочная машина; • самоходный командный пункт управления и связи.

БЕРЕГОВОЙ РАКЕТНЫЙ КОМПЛЕКС БАЛ-Э No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы ПРОИЗВОДСТВА ОАО «КОНЦЕРН «МОРИНСИС-АГАТ»

7


В акватории демонстрировался катерлаборатория «Буран» проекта Р2030 из состава Мосркого испытательного комплекса, представленного ЗАО «НПП «Радар ммс»

8

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

В целом на Международном военно-морском салоне в 2013 году были представлены различные виды морской теники и оборудования российских и зарубежных фирм. Наибольший интерес вызвали: • Безэкипажные катера Катер российского производства был представлен совместно компанией «Мнев и К» – разработчиком и изготовлителем и ЗАО «Транзас» разработавшим систему управления и специальное оборудование для катера. • Подводные аппараты и АНПА Были представлены: аппарат SeaBotix; дистанционно управляемый аппарат научного центра «Южморгеология»; глайдер собственной разработки ЗАО «НПП ПТ «Океанос»; компания «Тетис-Про» демонстрировала АНПА Gavia; на стенде французской компании Eca Robotics демонстрировался АНПА «Алистер». • Оборудование для обеспечения подводной связи Компания EvoLogis представила серийное оборудование для обеспечения подводной гидроакустической связи с заявленной дальностью до 8 тыс. метров (при частоте сигнала 7-17 кГц); • Оборудование для обеспечения ориентации, позиционирования и навигации подводных, надводных и воздушных объектов ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» представил микромеханический гироскоп, построенный по схеме вибрационного PR-гироскопа с внутренней торсионной подвеской, разработанный совместно с французской фирмой TRONIC’S Microsystems с размером микромодуля 27 мм. Компания «ТеКнол» представила линейку миниатюрных и малогабаритных интегрированных навигационных систем, объединяющих в одном корпусе инерциальную навигационную систему и приемник спутниковой связи.


По результатам работы выставки экспозиция ОАО «Концерн «Моринсис-Агат» была признана представителями СМИ и организаторами Салона одной из лучших. В перспективных планах участия Концерна в МВМС-2015 планируется демонстрация возможностей современного применения продукции Концерна с использованием как действующих натурных образцов, так и с помощью современных мультимедийных средств, а также показ возможностей применения комплекса Club-K во всех вариантах исполнения с моделированием на местности карты боевых действий при помощи беспилотных аппаратов, управляемых средствами комплекса в реальном режиме времени.

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

9


ЦЕНТР ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ МОРСКИХ И АВИАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ И СИСТЕМ

СТРАТЕГИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ РАЗВИТИЯ ОТКРЫТОГО АКЦИОНЕРНОГО ОБЩЕСТВА «КОНЦЕРН «МОРИНФОРМСИСТЕМА-АГАТ» Создание Центра является инновационной перспективной формой реорганизации, затрагивающей большинство направлений развития предприятия в целом. Ключевым проектом по оптимизации имущественного комплекса и производственных мощностей интегрированной структуры Концерна является проект создания Центра информационных технологий морских и авиационных комплексов и систем на территории ОАО «НПП «Салют». В рамках данного проекта планируется организация единой научно-производственной площадки, объединяющей ОАО «НПП «Салют», ОАО «КБ «Аметист», ОАО «Завод «Топаз» и ОАО «Завод «Электроприбор», в дальней перспективе также в проект вольются производственные мощности ОАО «ЦНИИ «Курс». 10

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


СТРАТЕГИЯ ИНТЕГРАЦИИ

ОАО «ЗАВОД «ТОПАЗ»

ОАО «КБ «АМЕТИСТ»

ОАО «ЗАВОД «ЭЛЕКТРОПРИБОР»

ОБЩИЙ ОБЪЕМ ВЫСВОБОЖДАЕМЫХ ПЛОЩАДЕЙ СОСТАВИТ: 81 884 м2 ОАО «НПП «САЛЮТ»

Количество квадратных метров на одного работника московских предприятий Концерна

10 октября в ОАО «НПП «Салют» состоялось заседание Совета по корпоративному развитию Концерна в составе глав и руководителей подразделений холдинговой структуры. Генеральный директор-генеральный конструктор Концерна Г.В. Анцев в своем выступлении обозначил основные векторы будущего развития Концерна, планы на комплексную и долгосрочную «перезагрузку» по всем фронтам: технологическому, экономическому, информационному, – с тем, чтобы Концерн и в дальнейшем мог достойно представлять военно-научный потенциал нашей страны. Идет второй этап намеченного на 2012-2016 годы масштабного проекта оптимизации производства внутри Концерна за счет создания московской производственной площадки, которая объединит ОАО «НПП Салют», ОАО «КБ Аметист», ОАО «Завод «Топаз» и ОАО «Завод Электроприбор». Концентрация производственных мощностей на единой территории позволит не только существенно снизить производственные издержки предприятий, но и избежать дублирования дорогостоящего оборудования; способствовать внедрению единой системы управления производством и формированию единой информационной системы московских предприятий Концерна. При этом основным приоритетом признается – сохранение конкуренции идей и ценных инженерно-конструкторских кадров. No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

11


площади, необходимые для размещения московских предприятий концерна, относительно общей площади ОАО «НПП «салют»

Предприятие

Потребность в площадях, кв. м.

1

ОАО «Завод «Топаз»

2 523

2

ОАО «КБ «Аметист»

5 071

3

ОАО «Завод «Электроприбор»

1 188

Итого

8 782

Оптимизация существующих производственных мощностей происходит в целях формирования единого инновационного Центра, генерирующего перспективные разработки за счет концентрации научнотехнического потенциала в одном месте и создания максимально комфортных высокотехнологических условий. Это также позволит сконцентрировать ведущие научно-технологические школы Концерна, обеспечив их интеграцию и взаимосвязь в рамках разработки новых перспективных изделий для военного и гражданского сектора.

Общий вид единой научно-производственной площадки московских предприятий Концерна, на базе которых будет создан «Центр информационных технологий морских и авиационных комплексов и систем» 12

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


Имущественный аудит московских предприятий Концерна; Оценка стоимости имущества предприятий; Разработка концепции стратегии развития Концерна до 2022 года Утверждение стратегии развития интегрированной структуры Концерна на период до 2022 года; Проведение проектно-изыскательских работ; Одобрение советом директоров плана мероприятий по перемещению предприятий московской площадки на территорию ОАО «НПП «Салют»; Проведение корпоративных и юридических процедур на предприятиях; Поиск и привлечение инвестиций; Первая очередь перевода производственных операций ОАО «Концерн «Моринсис-Агат» на ОАО «НПП «Салют» (лакокрасочные, гальванические, термические, изготовление тары). Проектирование Центра информационных технологий; Перевод производств ОАО «КБ «Аметист», ОАО «Завод «Топаз» и ОАО «Завод «Электроприбор» на территорию единой научно-производственной площадки; Вторая очередь перевода производственных операций (штамповочные, литье пластмассы, прессование резины) и участка микроэлектроники; Реконструкция существующих зданий и сооружений ОАО «НПП «Салют». Начало строительства «Центра информационных технологий морских и авиационных комплексов и систем»; Реконструкция существующих зданий и сооружений ОАО «НПП «Салют».

Строительство «Центра информационных технологий морских и авиационных комплексов и систем»; Реконструкция существующих зданий и сооружений ОАО «НПП «Салют»; Рассмотрение вопроса о переносе производства ОАО «ЦНИИ «Курс» на площади ОАО «НПП «Салют».

Реализация инновационного проекта по созданию Центра информационных технологий морских и авиационных комплексов и систем на единой производственной площадке позволит: • Сформировать единый испытательный центр для производства продукции в интересах ОАО «НПП «Салют», ОАО «КБ «Аметист», ОАО «Завод «Топаз», ОАО «Завод «Электроприбор». • Сформировать единый парк механообрабатывающего оборудования, микроэлектроники, литья металлов и пластмассы, штамповки, гальваники, малярного и термического производства. • Сформировать на объединенной производственной площадке единое информационное пространство и единую систему управления производством . • Оптимизировать затраты на содержание зданий и сооружений, строительство новых; оплату вспомогательного и административного персонала. No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

13


СОДЕРЖАНИЕ CONTENT 14

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


МОРСКИЕ ИНФОРМАЦИОННО–УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ No. 2 (3) / 2013 10

IMDS 2013

Отчет об участии в Международном военно-морском салоне

1

О планах интеграции производства ОАО «Концерн «Моринсис-Агат»

8

Современный порт: задачи и техническое оснащение Морской торговый порт Владивосток Обзор ОАО «Концерн «Моринсис-Агат» 14

22 34

Базовые технологии построения информационно-аналитических центров обеспечения безопасности в акватории речных портов Сибири и Арктического побережья (на примере Красноярского речного порта) Б.И. Пустовит, Д.О. Глазачев, А.В. Зеленцов, И.В. Щербина, В.В. Ермаков, А.А. Деев, А.А. Соловьян, И.А. Панова ОАО «ЦНИИ «Курс» 26 Научно-исследовательский флот России. Есть ли будущее? Г.В. Анцев, В.В. Кобылянский ОАО «Концерн «Моринсис-Агат» А.В. Соков Институт океанологии РАН им. П.П. Ширшова

50

Навигация автономных подводных аппаратов на основе метода SLAM Н.В. Лучков, Т.Н. Масленникова А.С. Корсунский, А.В. Маттис ОАО «НПО «Марс»

62

Унифицированная радиолокационная станция W-диапазона волн для задач контроля акватории, морской и речной навигации С.В. Ганов , Т.М. Ганова В.А. Климентьев, О.А. Сидоров ОАО «НПП «Радар ммс»

68

Прецессионные пьезорезонансные датчики для оборудования береговых сооружений Ю.В. Савельев ОАО «НПП «Радар ммс»

72

К вопросу реализации принципов концепции e-Navigation А.В. Рогожников, Д.В. Борисовский, Ю.Л. Николаев ОАО «ЦНИИ «Курс» 76 58 68

38

Навигация будущего: стратегическая программа Международной морской организации – e–Navigation С.С. Губернаторов Государственный университет морского и речного флота им. Адмирала С.О. Макарова 54

Системы автоматического управления движением для перспективных высокоскоростных судов С.В. Платонов, М.Ю. Гаранов, Г.А. Дядюро, Д.Е. Орлов ОАО «ЦКБ по СПК им. Р.Е. Алексеева» О.И. Сидоренко, К.С. Дистранов ООО НПП «Анфас» М.Х. Дорри, А.А. Рощин ИПУ им. В.А. Трапезникова РАН И.Г. Анцев ОАО «НПП «Радар ммс» 84

94

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

15


СОВРЕМЕННЫЙ ПОРТ ЗАДАЧИ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОСНАЩЕНИЕ

В условиях глобализации и интеграции мировой экономики значительно изменились функции и задачи современного порта. Из обычных центров перегрузки порты превра-тились в крупные транспортные, коммерческие, промышленные и логистические центры. Проекты развития портов являются долгосрочными и капиталоемкими, с высокими сроками окупаемости (в среднем 10-20 лет) и с невысоким уровнем рентабельности. Однако, именно современные портовые структуры лежат в основе развития национальных экономик стран, выполняя ключевую роль в организации международной торговли. На смену консервативной стратегии административной регуляции деятельности порта, не удовлетворяющей растущим потребностям международной торговли, пришла стратегия коммерциализации деятельности порта. В настоящее время коммерческая функция и коммерческий характер деятельности портов получил полное признание в мире.

16

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


МОРСКОЙ ТОРГОВЫЙ ПОРТ

ВЛАДИВОСТОК Морские перевозки являются самым востребованным видом транспорта: на их долю приходится более 90% транспортировки всех товаров в мировой торговле. А современные порты рассматриваются сегодня как промышленные или коммерческие предприятия, чья конкурентоспособность и качество предоставляемых услуг зависят в значительной степени от уровня интеграции организационной структуры порта и ее оснащенности современными информационными технологиями. Именно с точки зрения мирового опыта рассматривается сегодняшний этап развития порта Владивосток, имеющего универсальную специализацию и являющегося одним из основных транспортных и торговых узлов в структуре Дальнего Востока и всего АзиатскоТихоокеанского региона.

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

17


ОАО «Концерн «Моринсис-Агат»* Москва Обзор подготовлен по материалам прессы и другим открытым источникам * координатор технологической платформы «Освоение океана»

Современные морские порты – это комплексное высокомеханизированное предприятие и транспортный узел, в состав которого входят различные структуры: естественные или искусственные гавани и причалы для судов, территории для погрузочно-разгрузочных работ различной степени автоматизации, механизмы для грузовых работ, устройства для снабжения флота топливом, водой и продовольствием, складские хозяйства, элеваторы, холодильники и другие специальные постройки. На территории порта располагаются также различные службы, осуществляющие техническое, навигационное, правовое и коммерческое обслуживание судоходства. К причалам и складам морского порта подходят железнодорожные пути, дороги и трубопроводы, связывающие морской и континентальный транспорт. Это позволяет порту выполнять одну из своих первостепенных задач: передавать грузы с морского на другие виды транспорта и обратно. Порт производит погрузку и разгрузку транспортных средств, обеспечивает сохранность грузов, снабжает суда топливом, водой, продовольствием, навигационными принадлежностями. С деятельностью порта неразрывно связаны судостроение и судоремонт. Работу морского порта характеризуют два основных показателя: пропускная способность и грузооборот. Под пропускной способностью порта подразумевается количество грузов в тоннах, которое порт может погрузить на суда или выгрузить из них за определенное время (навигацию, год, месяц, сутки). Грузооборот порта – это количество тонн груза, фактически проходящего через его причальный фронт за определенное время (навигацию, год, месяц, сутки). Грузооборот – величина переменная и зависит от притока грузов. На производственную деятельность морского порта влияют природные факторы: его естественная защищенность от ветра и волнения, глубины на подходах к нему и в портовой акватории, круглогодичная или сезонная навигация и др. В условиях современной коммерциализации портовой деятельности на грузооборот, который обусловлен выбором транспортными компаниями именно данного порта, например, при организации каботажных перевозок, также влияет качество оказываемых портом услуг. По экономическому значению, которое определяется главным образом грузооборотом, морские порты подразделяются на мировые – с наиболее крупным грузооборотом, обслуживающие в основном межконтинентальные перевозки; международные – с большим грузооборотом, соединяющие страны одного бассейна или сопредельных морей; внутригосударственные – обеспечивают связи экономических районов внутри одной страны; местные – действуют в рамках прибрежного плавания.

18

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

Многим морским портам мира свойственен весьма широкий диапазон величин грузооборота – от тысяч и десятков тысяч тонн до десятков и сотен миллионов тонн в год. Из них большинство имеют грузооборот до 1 млн. тонн; ~ 530 – более 1 млн. тонн; ~ 150 – более 10 млн. тонн (грузооборот трети из них превышает 30 млн. тонн.) Часть портов-гигантов характеризует грузооборот свыше 50 млн. тонн, а грузооборот у нескольких портов выходит за пределы 100 и даже 200 млн. тонн, например, Роттердам или Сингапур. Около 2/3 самых крупных портов мира сосредоточено на побережье Атлантического океана. Ведущее положение занимают порты, расположенные на открытом океанском побережье, так как на них приходится большая часть мирового грузооборота. Порты, находящиеся на берегах морей, ограниченно связанных с океаном, обеспечивают лишь 35% от общего грузооборота.

Для современных условий характерны большая активность и высокие темпы роста портовой деятельности, показателем которых служит суммарный грузооборот портов мира. Так, по данным ООН, в 2002 году он был равен 5708 млн. тонн, что на 6,7% больше, чем в 2001 году. За 25 лет, с 1980 по 2005 годы, грузооборот портов мира увеличился с 1,7 до 8,2 млрд. тонн, то есть почти в 5 раз. По существующим прогнозам, к 2030 году этот показатель должен достигнуть 26-28 млрд. тонн; таким образом, будет втрое превышен современный грузооборот портов мира. Видимо, и далее грузооборот портов будет увеличиваться главным образом в результате роста объема массовых грузов.


Специализированный морской нефтеналивной порт Козьмино (Восточный порт) В настоящее время все большее значение стали приобретать специализированные порты, где погрузочно-разгрузочные операции производят преимущественно с грузами одного вида. В некоторых случаях такой порт перерастает в крупный центр с монокультурным грузооборотом и тесными экономическими связями с внутренними районами страны. Это характерно в основном для сырьевых портов. Примером подобного порта в дальневосточном регионе может служить развивающийся Спецморнефтепорт Козьмино (Восточный порт) – конечная точка нефтепровода «Восточная Сибирь – Тихий океан». Порт специализируется на обслуживании танкеров класса Афрамакс (Aframax), предназначенных для перевозки сырой нефти. Различного вида специализированные порты позволяют сократить время стоянки судов, уменьшить затраты на их обработку, шире внедрять автоматизацию и механизацию в грузовые работы. В специализированных портах все чаще создаются глубоководные терминалы. В результате производительность погрузочно-разгрузочных работ в специализированных портах выше, чем в универсальных. В мировой практике известны специализированные порты, чей объем грузооборота достигает огромных размеров. Например, грузооборот нефтяного порта Мена-эль-Ахмади (Кувейт) превышает суммарный грузооборот портов Норвегии и Дании вместе взятых. При этом он не относится к крупнейшим портам мирового значения, имеет недостаточно развитый

портовый комплекс, не служит базой для регулярных судоходных линий и не входит в состав крупных городов. От специализации и общего назначения порта в значительной степени зависят виды и мощность портового оборудования. Специальные порты имеют мощные высокопроизводительные перегрузочные устройства для переработки одного лишь вида грузов, в портах общего назначения перегрузочные устройства более универсальны. Военные порты или базы флота характеризуются наличием больших рейдов, бассейнов для ремонта судов, специальных складов военного снаряжения и продовольствия. Промысловые порты оборудуются складами-холодильниками, имеют в своем составе перерабатывающие предприятия и собственные судоремонтные устройства. Наиболее крупные отечественные и зарубежные порты являются портами общего назначения. К такому типу относится и порт Владивосток. Для современного периода характерно не столько строительство новых портов, сколько реконструкция уже существующих. При модернизации инфраструктуры портов основное внимание сосредоточивается на углублении подходов к портам и их акваторий для обслуживания крупнотоннажных судов, на механизации грузовых операций, развитии подъездных железнодорожных и автомобильных путей, что повышает эффективность использования морских портов. Но, если раньше основным критерием развития порта выступала его инфраструктура, то сегодня к нему

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

19


добавился еще один важный элемент – интегрированная информационная система. Этот элемент стал также определять конкурентоспособность порта; от него зависят качества и сроки выполняемых портом услуг. Также очень важным аспектом стратегии развития современного порта является его организационная интеграция: развитие гибких взаимосвязей между различными видами портовой деятельности, взаимосвязей между портом и муниципальными органами.

Дальневосточный бассейн. Порт Владивосток. Условия мировой конкуренции портов Около 60 % внешнеторгового грузооборота России осуществляется морским путем. В ситуации общемировой тенденции увеличения роли морских перевозок и портовых структур Россия испытывает огромный недостаток морских портовых мощностей, провозной способности флота и пропускной способности портов. Сокращается общее число судов, их тоннаж; продолжается старение флота, зарегистрированного в национальных реестрах. На Тихоокеанском побережье России расположено более 30 морских портов, из которых около 20 – торговые, еще 10 – промысловые, рыбные. Кроме того, насчитывается около 300 мелких портов и гаваней локального значения. Порты Приморья (Владивосток, Находка, Восточный, Посьет) и Ванино имеют выход на железную дорогу и относятся к транзитным портам федерального значения. Все они дают Дальневосточной железной дороге около 65% объемов выгрузки и в настоящий момент ведут активную деятельность по увеличению грузооборота. Порт Владивосток основан в 1860 году на берегу естественной бухты Золотой Рог у южной оконечности полуострова Муравьева-Амурского. Вход в бухту через пролив Босфор Восточный возможен в любое время, независимо от состояния моря, как со стороны Амурского, так и со стороны Уссурийского залива. Суда обрабатываются у причалов, опоясавших почти непрерывной стенкой берега глубоководной бухты. За исключением нефтегавани, расположенной в Амурском заливе и подверженной волнению

при западных ветрах, остальная часть порта обеспечивает безопасную стоянку в любую погоду. Промысловый флот базируется в бухте Диомид на северном берегу пролива. Порт хорошо механизирован, имеет большие склады, в том числе крупнейший на Дальнем Востоке холодильник и морской пассажирский вокзал. Является основной базой снабжения портовых пунктов Тихоокеанского побережья и восточного сектора Арктики, а также конечной станцией самой длинной в мире Транссибирской железнодорожной магистрали. Каботажные и внешнеторговые грузы составляют в грузообороте примерно равную долю. Удачное расположение Владивостокского морского торгового порта в Азиатско-Тихоокеанском регионе обуславливает географию грузопотоков порта. Основные направления перевалки грузов осуществляются в Южную Корею, Японию, Китай и Тайвань, Таиланд и Вьетнам. География каботажных грузопотоков традиционно включает Петропавловск-Камчатский, Магадан, Анадырь, Корсаков и порты Чукотского автономного округа. Однако все очевидные основания и преимущества географического положения порта Владивосток, его технические, складские, транспортные и информационные мощности на сегодняшний день в недостаточной мере обеспечивают возможности конкуренции с мировыми портовыми гигантами. Эволюция международных морских портов происходит вследствие изменения потребностей в сфере международных морских перевозок, развития судостроения, изменения способов перевозки грузов. До начала периода контейнеризации конкуренция в портовом хозяйстве была минимальна. Стремительное развитие международной контейнеризации грузов и увеличение роли интермодальных перевозок кардинально изменили сложившуюся ситуацию, заставив порты приспосабливаться к новым условиям, строить контейнерные терминалы, что, в конечном счете, привело к трансформации портов из узловых элементов мировой транспортной системы в логистические и промышленные центры мирового масштаба. Многие порты столкнулись не только с проблемой недостатка мощностей, но и с необходимостью конкурировать План расположения порта Причалы № 1-2: Пассажирские терминалы, способные принимать океанские лайнеры и суда региональных пассажирских линий Причалы № 3-4: Автомобильный терминал Специализация: перевалка грузов автотехники Причалы № 5-10: Универсальные терминалы. Обработка генеральных, навалочных, насыпных грузов Причал №11: Нефтеналивной терминал Причалы № 12-15: Терминалы, специализирующиеся на обработке контейнерных и генеральных грузов Причал № 16: Контейнерный терминал

20

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


ТЕХНИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

торгового порта ВЛАДИВОСТОК Координаты: 43°06° с. ш. 131°55° в. д. Разница во времени: +10 часов от Гринвича. Глубина на подходах к порту: 20-30 метров. Подход судов контролируется Владивостокским радиолокационным центром. Позывной: «Владивосток-Порт контроль» на 67 канале УКВ. Территория Имеет 17 причалов: универсальные и специализированные контейнерные, пассажирские, автомобильные терминалы, нефтебаза. Общая длина причальной стенки 4 200 м с глубинами у причалов от 4,5 до 15 м. Осуществляются заходы судов 16-ти линий, из которых 10 – контейнерные, четыре ро-ро линии и две пассажирских линии. Площадь территории составляет 552 442 м2. Каждый причал имеет железнодорожные пути, общая протяженность которых составляет 20 км. Емкость припортовой железнодорожной станции – 1 000 вагонов в сутки. На территории порта действуют два рефрижераторных склада емкостью по 5 тыс. м3, два специализированных склада для хранения автомобилей, а также 10-этажная многофункциональная стоянка-склад. Общая площадь крытых складов – 49 763 м2, открытых – 177 414 м2. Грузооборот В течение 2012 года, работая как универсальная стивидорная компания, порт обработал 6 млн. 668,1 тыс. тонн грузов. Номенклатура грузов: различные виды металлов, автотехника, контейнерные грузы, нефтепродукты, тяжеловесные грузы, строительные материалы и металлоконструкции, металлолом, кокс. В экспортном, импортном и каботажном направлениях было переработано 2 млн. 989,5 тыс. тонн навалочных, наливных и прочих генеральных грузов. Отдельно контейнерных грузов в 2012 году было обработано 456 146 TEUs*, импортных автомобилей и автотехники – 76 560 единиц. Оснащение Мобильный кран – 5 ед. Мостовой перегружатель – 3 ед. Вилочный погрузчик – 110 ед. Тягач – 20 ед. Фронтальный погрузчик, ковшовый - 7 ед.

Портальный кран – 42 ед. Контейнерный перегружатель на рельсовом ходу – 6 ед. Причальный контейнерный перегружатель – 4 ед. Ричстакер – 11 ед. Всего в порту около 160 единиц техники.

* В контейнерных перевозках, для измерения или оценки объемов перевозок, в качестве единицы измерения принят 20–футовый контейнер, обозначаемый как TEU (twenty feet equivalent unit). В этих единицах исчисляется также и контейнерный парк, и контейнеровместимость судов.

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

21


за общемировые грузопотоки. Чтобы поддерживать высокие конкурентные позиции портам приходится искать любые пути развития своих преимуществ. Факторы конкурентоспособности порта условно можно разделить на три группы: природные, внутренние и внешние. Природные факторы порождены естественными условиями и являются основополагающими при выборе места локализации порта; к ним относятся географическое положение, наличие судоходных рек, существование естественных глубин и т. д. Внутренние факторы более других поддаются влиянию и изменениям со стороны администрации порта. Наличие широкого спектра предлагаемых услуг, применение инновационных управленческих и технологических решений, развитая инфраструктура, грамотная политика администрации порта, обеспечение интермодальных стыковок – все эти внутренние факторы в совокупности способны помочь порту в обретении и поддержании конкурентной позиции. Таким образом, основными методами, используемыми портами в конкурентной борьбе, являются не только улуч-

шение физической инфраструктуры самого транспортного узла, но и совершенствование системы управления основной и сопутствующей деятельностью. В качестве примеров, отражающих современные тенденции развития всего портового хозяйства в целом с максимальной эффективностью и представляющих наибольший интерес с экономической точки зрения, уже стало привычным приводить крупнейшие мировые порты-гиганты, такие как европейские Роттердам и Антверпен, азиатские Шанхай и Сингапур, а также американские Нью-Йорк и Лос Анджелес. Шанхай и Сингапур – два мировых лидера по показателю контейнерооборота (это во многом обусловлено мировыми направлениями грузопотоков), долгое время конкурирующие за мировое первенство. Оба находятся в Азиатско-Тихоокеанском регионе, но, в то же время, имеют ряд важных отличительных особенностей, каждая из которых легла в основу достижения лидерских позиций. Шанхай находится в устье реки, что обеспечивает бесперебойную связь с масштабными континентальными территориями, так называемыми хинтерландами1. Порт

Контейнерный терминал в порту Сингапур 1

22

Хинтерланд (нем. Hinterland, буквально «страна сзади») – термин, употребляемый в экономической географии для обозначения территории, тяготеющей в хозяйственном отношении к какому-либо определенному экономическому центру, являющемуся выходом для продукции этой территории на внутренний или внешний рынок, а также местом ее переработки.

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


Сингапур расположен на небольшом острове, площадью 639 км2, что изначально определило его роль в мировой транспортной системе. Маленький внутренний рынок и идеальное местоположение в регионе дали ему толчок в направлении развития перевалки грузов для их дальнейшей отправки в соседние страны. Неблагоприятные природные условия (мелководье и недостаточность территорий) заставили порт Роттердам, также находящийся в устье реки, производить затратные дноуглубительные, мелиоративные и намывные работы. Это принесло результаты: Роттердам является одним из самых глубоководных среди лидирующих в мире портов-гигантов. И, имея втрое меньший контейнерооборот в отличие от своих азиатских партнеров, порт много внимания уделяет развитию промышленности на своих территориях. Все названные порты способны принимать любые виды грузов. «Укрепление конкурентной позиции» – основная формулировка, встречающаяся при упоминании миссии администраций всех этих портов. В программах инновационного развития ряда российских портов, а также головной организации Росморпорт примеры передовых портовых хозяйств включены в ка-

честве образцов достижения мирового лидерства, путем усиления природных факторов конкуренции, а также постоянным поиском эффективного развития факторов внутренних – систем управления портом и технологий портовой деятельности. Так, например, в порту Сингапур оперируют более 5000 организаций. Прежде всего это компании-операторы терминалов, представленные частными и государственными структурами, причем частные операторы могут быть как резидентами, так и нерезидентами страны, на территории и акватории которой расположен порт. В качестве операторов выступают три группы фирм: стивидорные компании, морские перевозочные компании, различные финансовые организации. Крупные международные операторы контейнерных терминалов играют особую роль в развитии портовых терминалов, поскольку они, наряду с Администрацией порта, осуществляют стратегическое инвестирование в инфраструктуру порта. Помимо операторов терминалов, на территории и акватории портов коммерческую деятельность осуще��твляют операторы складов, агенты судовладельцев, страховые, транспортные и логистические компании.

Сингапур PSA Port Autority of Singapore

Количество причалов: 80 Общая длина причалов: свыше 16,5 тыс. м Площадь: ~ 2000 га Максимальная глубина: 16 м Количество береговых кранов: 143 Грузооборот в 2012 году: 537,59 млн тонн Контейнерооборот составил: 31,7 млн. TEUs Многофункциональный островной портовый комплекс, предназначенный для обработки всех видов грузов и обслуживания пассажирских морских линий. Обслуживает свыше сотни крупных грузовых судов в день и соединен морскими маршрутами с 600-ми портами в 123-х странах мира. Один из признанных лидеров по технологическому обеспечению портовой деятельности. В вопросах конкурентоспособности на первый план вышло широкое использование информационных технологий, которые позволяют практически минимизировать среднее время нахождения судная в порту и максимально обеспечить эффективность использования площадей. Разработаны: система электронного документа оборота; интернет-ориентированные инструменты для клиентов; система планирования операций CITOS (которая хранит всю информацию о том, в каком конкретном месте находится контейнер с заданным номером, когда он был загружен и куда планируется его дальнейшее движение, планирует порядок загрузки судов, управляет движением грузовых автомобилей, а также осуществляет функции управления загрузки персонала); система управления и планирования движения судов CIMOS обеспечивает управление трафиком судна на подходах к порту (9 радаров интегрированы в систему и расположены на различном удалении от порта) и управляет движением буксиров, швартовых катеров, планирует лоцманскую проводку. Системы интегрированы между собой, и вся информация из CIMOS отражается в режиме онлайн в системе электронного документооборота. Компьютерное управление служебной техникой, интегрированное с системой планирования операций, позволяет, например, снизить количество операторов кранов в среднем до 1 человека на 6 кранов. Инновационные подходы разработаны в отношении обеспечения безопасности, контроля экологической обстановки, альтернативных источников энергии, а также взаимодействия с железнодорожным транспортом.

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

23


Лос-Анджелес Port of Los Angeles (США)

Количество причалов: 53 Общая длина причалов: ~ 12 тыс. м Площадь: более 800 га Максимальная глубина: 16 м Количество береговых кранов: 71 Грузооборот в 2012 году: ~ 200 млн. тонн Контейнерооборот составил: 8,07 млн. TEUs В отличие от Сингапура порт Лос-Анджелеса в формировании своей конкурентоспособности и развитии не скован рамками имеющихся в распоряжении площадей, поэтому вопрос интенсификации производства стоит не так остро. Внедрены и используются только часть передовых информационных технологий. В частности, почти полностью отсутствует система дистанционного электронного документооборота с клиентами, но активно используются электронная система планирования операций, система интеллектуального управления трафиком. Особенно эффективно развита интегрированная система управления интермодальной перевозкой грузов, совмещенная с централизованным контролем железнодорожного трафика. Интермодальный центр ЛосАнджелеса обеспечивает скорость обработки грузов до 100 контейнеров в человеко-час. Такой уровень производительности труда позволяет отправлять и принимать около 140 поездов еженедельно или по 20 поездов в день. За счет инновационного способа укладки контейнеров на железнодорожную платформу (в два этажа) достигается практически удвоение объема транспортировки. На территории порта обеспечивается полный цикл управления движением железнодорожными составами. В порту применяется сложная система безопасности, построенная на механизме проверок и мониторинга обстановки, создана «зона контролируемой навигации», работающая в режиме реального времени. Ведется круглосуточный автоматизированный контроль экологических показателей. Растут объемы использования солнечных батарей.

Шанхай Shanghai International Port (Китай) Количество причалов: 125 Общая длина причалов: ~ 20 тыс. м Площадь: ~ 400 га Максимальная глубина: 17,5 м 14 портовых терминалов в пяти основных зонах порта, специализирующиеся на разных видах грузов Грузооборот в 2012 году: 736 млн. тонн Контейнерооборот составил: 32,53 млн. TEUs В порту Шанхая внедрены, хотя и в меньшем масштабе, практически все инновационные программные инструменты. В частности выделяется интегрированная система управления контейнерным треминалом – MES CTMS. Система использует беспроводные технологии для передачи информации и коммуникации с персоналом порта и транспортных компаний. Благодаря использованию данной системы достигаются высокие показатели производительности труда (средняя скорость погрузки/разгрузки – 12000 TEU/сут.; средний объем погрузки/разгрузки на метр причала – 3028 TEU/м; средняя скорость работы кранов – 31 операция/час) обеспечивая Шанхаю лидерские позиции по контейнерообороту в мире. Также можно отметить использование интегрированной системы управления интермодальной логистикой, в том числе основанной на беспроводной сети и использовании карманных компьютеров. Уже через два года после внедрения данных систем объем разгрузки на метр причала возрос на 47, 3%, среднее время нахождения судна в порту сократилось на 17,38%. К инновационным технологиям, применяемым в Шанхае, также относятся: автоматизированная система разгрузки насыпных грузов, обеспечивающая производительность до 1000 тонн в час и полный цикл обработки таких грузов, а также система управления складами на автомобильных терминалах, основання на использовании штрих-кодов и инфракрасных считывателей.

24

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


Роттердам Port of Rotterdam (Нидерланды) Общая длина причалов: ~ 57 км Площадь: ~ 7000 га Максимальная глубина: 22-24 м 5 нефтегаваней с 68 причалами 8 сухих и 25 плавучих доков Количество береговых кранов: свыше 130 Грузооборот в 2012 году: 442 млн. тонн Контейнерооборот составил: 11,9 млн. TEUs Крупнейший европейский порт. Основная информационная система, являющаяся собственной разработкой администрации порта, построена по принципу организации «сообщества» компаний и частных лиц, участвующих в деятельности порта, и представляет собой интегрированную систему документооборота, позволяющую быстро и надежно согласовать все необходимые операционные, торговые и таможенные вопросы. Заявки с заходящих судов на обслуживание в порту делаются также через эту систему, доступ к которой осуществляется через специализированный портал в сети Интернет. Также в качестве ключевой используется система операционного планирования, работающая аналогично системе CITOS в порту Сингапура. Работа системы управления складами на автомобильном терминале основана на использовании радиочастотных меток, наносимых на каждый ввозимый на территорию порта автомобиль. Использование комплексного подхода к автоматизации операций позволило сократить время пребывания судна в порту: в последние годы для судов длиннее 150 метров оно составляет 4 часа 37 минут. Внедрена полная автоматизация управления кранами (один человек контролирует работу 10-ти кранов). Огромное внимание уделяется мониторингу экологических показателей. В порту действует современная, основанная на радарах, система управления движением судов из единого диспетчерского центра в границах ответственности порта (60 км от берега), обеспечивающая также круглосуточный мониторинг безопасности.

Нью Йорк Port of New York & New Jersey (США) Количество причалов и пирсов: 1100 Общая длина причалов: ~ 121,5 км Площадь: ~ 3500 га Максимальная глубина: 14 м Количество береговых кранов: 1200 9 сухих и 10 плавучих доков Грузооборот в 2012 году: ~ 400 млн. тонн Контейнерооборот составил: ~ 7 млн. TEUs Порт является основными грузовыми воротами восточного побережья США. Комплекс информационных систем порта составляют практически все, уже описанные программные инструменты интеллектуального управления движением судов, планирования операций, управления складами. В американских портах наблюдается меньший уровень автоматизации грузообрабатывающим оборудованием. Кранами управляют, как правило, вручную, однако, автоматизировання система вычисляет и выдает оператору команды относительно оптимального порядка и темпа работы. Активно развивается направление организации берегового электропитания для заходящих судов, чтобы во время нахождения у причалов они заглушали дизельные двигатели, за счет чего достигается как экономия топлива, так и сокращение количества вредных выборосов. Также в американских портах введена система стимулировани судовладельцев к использованию топлива более высокого класса с предоставлением скидок на портовые сборы и тарифы. Для управления критическими ситуациями (природные или техногенные катастрофы, террористические акты) порт подключен к Национальной системе управления чрезвычайными ситуациями, объединяющей в едином информационном пространстве значимые компании и организации, органы власти, силовые структуры. В системе энергообеспечения развивается исользование ветряных турбин и биотоплива.

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

25


Анализ конкуретных преимуществ порта Владивосток, в том числе уже наработанного опыта в развитии направлений, актуальных для сегодняшнего уровня морских транспортных перевозок и портовой обработки грузов, заставляет проводить трезвую оценку факторов, тормозящих на сегодняшний день развитие российских портов в целом, а также факторов, сдерживающих рост производительности, привлекательности для грузоперевозчиков, безопасности и экологии конкретно порта Владивосток . И если природные факторы конкурентоспособности, его географическое положение и устройство береговой линии, работают в пользу Владивостока, то самое большое внимание заслуживают так называемые внутренние факторы, которые, как мы помним, более других поддаются влиянию, а потому несут в себе наибольший потенциал для перспективы роста. Руководители Владивостокского порта и компании-операторы отмечают, что большой потенциал существует в сфере расширения причального фронта; его можно фактически увеличить вдвое, хотя и сегодня он еще не используется полностью. В последние годы расширены и удлинены железнодорожные пути внутри порта, построен дополнительный железнодорожный фронт, дополненный стрелочными переводами, приобретен специализированный контейнерный перегружатель для обработки контейнерных поездов, собственный маневровый локомотив. Пропускная способность контейнерных терминалов порта серьезно увеличилась и в настоящее время составляет свыше 450 тыс. TEUs. В перспективе – ее увеличение до 650 тыс. TEUs в год за счет поставки нового кранового оборудования. С 2005 года в работу внедрена информационная система документооборота, облегчающая планирование грузовых операций и маршрутов передвижения груза. Система проходит этапы постепенной интеграции с информационными системами соседних портов, а также железной дороги. В 2010 году в порту внедрена первая, полностью созданная в России, инновационная система контроля акватории – SecurOS Enterprise, позволяющая решать задачи безопасности и управления внештатными ситуациями за счет повышения эффективности взаимодействия разноранговых территориально распределенных служб мониторинга и реагирования. Однако, на сегодняшний день можно отметить следующие наиболее актуальные проблемы, требующие решения: 1. Малая территория порта значительно сдерживает развитие потенциала в плане роста грузооборота, при том, что технические мощности для его расширения существуют, и операторы морских терминалов готовы

26

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

работать с большим объемом грузов. Но пространства для размещения складов и грузов – недостаточно. 2. Сохраняющийся дефицит пропускной способности железной дороги. Единого проекта расширения Владивостокского железнодорожного узла пока нет. При условии роста грузооборота эта проблема будет только расти. 3. Одновременно тарифная политика РЖД для транзитных перевозок неконкурентоспособна по сравнению со стоимостью морских перевозок. Из-за этого, несмотря на преимущество железнодорожных перевозок по скорости, через территорию России практически отсутствует транзитный поток китайских грузов. На него вполне можно было рассчитывать, но сегодня подавляющая часть объемов экспорта из Китая и других стран Юго-восточной Азии в сторону Европы отправляется по без участия железной дороги. Причина – низкие ставки морских перевозчиков. 4. Недостаточно отлаженная работа таможенных служб порта. Складывается ситуация, невыгодная для компаний грузоперевозчиков: средний срок следования груза по железнодорожному маршруту Владивосток-Москва составляет 9,7 суток, а среднее время нахождения контейнера в таможне Владивостокского порта – 15,7 суток. 5. Экологическая ситуация. Компании-арендаторы морских причалов в малой степени заботятся о чистоте акватории. В порту около двух десятков брошенных ржавеющих судов. Более-менее регулярно ведется только утилизация плавающих отходов. Очевидно, что развитие одного из ключевых портов Дальнего Востока, как и отечественного портового хозяйства в целом, неразрывно связано с использованием современных технологий управления и оптимизации процессов перегрузки и доставки грузов. Простой сравнительный анализ мировой практики, а также оценка существующей ситуации в порту, позволяют сделать вывод, что потенциал развития конкурентных преимуществ порта может быть увеличен в следующих направлениях: 1. Увеличение количества операторов, организация согласованного взаимодействия между ними. 2. Создание системы свободных тарифов на железнодорожные перевозки по Транссибирской магистрали. 3. Развитие автоматизированных систем управления портовой деятельностью, объединенных в единую интегрированную информационную систему порта. 4. Внедрение альтернативных источников электроэнергии – вполне актуальная задача при наличии в регионе большого количества солнечных дней в году.


источники 1. Официальный сайт морского торгового порта Владивосток – http://www.vmtp.ru/ 2. Сайт ФГУП «Росморпорт» - http://www.rosmorport.ru/ 3. Сайт транспортной группы FESCO – http://www.fesco.ru/ 4. Стратегия развития морской портовой инфраструктуры России до 2030 года 5. Программа инновационного развития ФГУП «Росморпорт» на период до 2015 года

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

27


БАЗОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИХ ЦЕНТРОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ АКВАТОРИИ КРУПНЫХ РЕЧНЫХ ПОРТОВ СИБИРИ И ПОРТОВ АРКТИЧЕСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ НА ПРИМЕРЕ КРАСНОЯРСКОГО ПОРТА В условиях сложившейся транспортной инфраструктуры Сибири речной транспорт играет важную роль в осуществлении поставок оборудования добычных комплексов, продуктов питания, строительных материалов, топлива и других грузов из континентальных центров страны. Рост интенсивности грузопотоков обуславливает повышение рисков возникновения чрезвычайных ситуаций в акваториях крупных речных портов, особенно при транспортировке и разгрузке пожаро- и взрывоопасных грузов. На примере построения информационно-аналитического центра Красноярского речного порта рассматриваются базовые технологии автоматизации мониторинга обстановки в акваториях крупных речных портов Сибири и морских портов Арктического побережья и информационной поддержки управленческих решений при возникновении нештатных (чрезвычайных) ситуаций.

ОАО «Центральный научно-исследовательский институт «Курс»* Москва Б.И. Пустовит, Д.О. Глазачев, А.В. Зеленцов, И.В. Щербина В.В. Ермаков, А.А. Деев, А.А. Соловьян, И.А. Панова * ОАО Концерн «Моринсис-Агат»

28

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


Проблема автоматизации мониторинга обстановки и состояния водной среды в акваториях портов крупных рек Сибири и портов Арктического побережья, а также информационной поддержки принятия решений по управлению силами и средствами, привлекаемыми в случаях возможных нештатных ситуаций, приобретает всю большую актуальность. Решение этой проблемы возможно на основе технологий, разработанных ОАО ЦНИИ «Курс» в ходе создания программно-технического комплекса «Центр» – ситуационного центра обеспечения безопасности сложных транспортно-технологических комплексов и арктических добычных платформ [1]. С учетом этих технологий разработан эскизный проект информационно-аналитического центра Красноярского речного порта «Брелок» – пилотный проект автоматизированной системы мониторинга обстановки и управления силами и средствами в акваториях крупных речных портов Сибири и портов Арктического побережья. Разработка осуществлена в соответствии с направлениями развития государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, установленными распоряжением Президента Российской Федерации [2], постановлениями Правительства России [3] и Правительства Красноярского края [4, 5], а также приказами Министерства РФ по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям [6, 7, 8]. Предназначение и область применение информационно-аналитического центра Информационно-аналитический центр (ИАЦ) «Брелок» разрабатывается как пилотный проект подсистемы мониторинга обстановки в акваториях речных портов крупных рек Сибири, а также портов Арктического побережья и информационной поддержки управленческих решений по скоординированному применению сил и средств в случае возникновения нештатных

Рис. 1. Логическая схема функционирования ИАЦ ситуаций. Это иерархическая территориально-распределенная система с централизованным управлением. Зоной ответственности является акватория Красноярского порта протяженностью 32 км и общей площадью порядка 60 км2. ИАЦ «Брелок» и его модификации в дальнейшем подлежат интегрированию в состав территориального центра мониторинга и прогнозирования Главного управления МЧС России по Красноярскому краю. Структура ИАЦ В структуру центра включены: • подсистема средств мониторинга; • подсистема средств связи и телекоммуникаций; • программно-технический комплекс. Подсистема средств мониторинга (рис. 2) объединяет различные типы источников первичной информации о наблюдаемой обстановке. В соответствии с требованиями заказчика и с учетом инженерной инфраструктуры и геофизического расположения Красноярского речного порта

Рис. 2. Общая схема расположения средств подсистемы мониторинга и зоны покрытия в акватории Красноярского порта No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

29


Рис. 3. Общая схема расположения и зоны покрытия средств широкополосной СБС в акватории Красноярского порта

в ее состав включены: • оптические средства мониторинга (телекамеры – 14 шт., инфракрасные камеры – 14 шт.); • комплекс средств химического анализа воды – 7 шт.; • радиолокационная станция – 1 шт. В рамках эскизного проекта также рассмотрена возможность использования беспилотного летательного аппарата в качестве носителя оптических средств мониторинга. Показано, что интегрирование беспилотного летательного аппарата в состав подсистемы мониторинга технологически реализуемо и не потребует разработки дополнительных уникальных технологий. Однако, вследствие возникающей при этом избыточности, а также повышения рисков возникновения чрезвычайной ситуации в случае падения БПЛА, включение этой системы в состав информационно-аналитического центра признано нецелесообразным.

Рис. 4. Фрагмент топологии волоконно-оптических линий связи Красноярска в акватории Красноярского порта

30

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

Подсистема средств связи и телекоммуникаций (рис. 3, 4 и 5) предназначена для осуществления информационного взаимодействия программно-технического комплекса информационно-аналитического центра со средствами подсистемы мониторинга, удаленным терминалом Главного управления гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций по Красноярскому Краю, а также мобильными терминалами комплекса, размещаемыми на привлекаемых для локализа-


Рис. 5. Карта зон приема LTE сети Yota в Красноярске

Ядром ИАЦ «Брелок» является Программно-технический комплекс – сбалансированная система современных технических средств и программных продуктов, связывающая воедино все компоненты информационно-аналитического центра и обеспечивающая автоматическое получение, хранение обработку, анализ и отображение на векторной карте разнородной информации, а также автоматизированное формирование команд управления средствами подсистем мониторинга, выработку и доведение лицам, принимающим решение, рекомендаций по первоочередным действиям в случае выявления чрезвычайной ситуации или угрозы ее возникновения. ПТК ИАЦ «Брелок» разработан как базовый комплекс технологий для автоматизации задач Территориального центра мониторинга и прогнозирования Главного управления МЧС России по Красноярскому краю в акваториях крупных речных портов Сибири и портов Арктического побережья.

ции чрезвычайных ситуаций средствах. В рамках эскизного проекта исследованы пути и разработаны необходимые технологии адаптации типового оборудования беспроводной широкополосной радиосвязи, а также имеющейся в Красноярске телекоммуникационной инфраструктуры для решения следующих задач ИАЦ «Брелок»: • передача по оптоволоконному каналу связи в программно-технический комплекс (ПТК) ИАЦ массивов первичных данных телевизионных и инфракрасных камер, радиолокационных станций, комплексов химанализа воды; • подключение ПТК ИАЦ к местной сети Internet; • доведение команд управления на мобильные телефоны личного состава Региональной системы ЧС посредством SMS в сети GSM; • информационный обмен ПТК ИАЦ с клиентскими приложениями мобильных терминалов, размещаемых, в том числе, на привлекаемых средствах, а также с удаленным терминалом ГУ МЧС России по Красноярскому краю. С учетом этих задач в состав подсистемы средств связи включены: • стационарные модули системы широкополосной беспроводной связи типа Рапира (СБС) - 5 комплектов; • оборудование мобильного варианта СБС - 1комплект; • волоконно-оптические линии связи Красноярска; • каналы сотовой связи местных провайдеров; • отдельные линии волоконной связи для присоединения комплексов химанализа и оптических средств наблюдения. Схема расположения стационарных средств беспроводной связи представлена на рисунке 3. Фрагмент развитой волоконно-оптическая сети, созданной в Красноярске по программе «Безопасный город» и проходящей в зоне порта по трем из пяти мостов через реку Енисей, представлен на рисунке 4.

Основные задачи. На ПТК ИАЦ «Брелок» возлагается решение следующих основных задач: • взаимодействие с антенным постом многофункциональной широкополосной радиолокационной станцией, получение и хранение в согласованном объеме массива данных первичной обработки радиолокационных сигналов; • обработка радиолокационных данных и определение местоположения судов в акватории порта и параметров их движения, параметров ледовой обстановки, наличия нефтяных пятен и параметров движения; • взаимодействие с базовой станцией беспроводного широкополосного доступа (антенным постом беспроводного канала связи), получение и хранение в согласованном объеме массивов данных от средств подсистемы мониторинга обстановки, включая данные химического анализа воды; • распаковка, разбор и интерпретация массивов первичных данных, полученных от базовой станции беспроводного широкополосного доступа (антенного поста беспроводного канала связи); • взаимодействие и информационный обмен в согласованном объеме с клиентскими приложениями мобильных терминалов ПТК, а также с удаленным терминалом ГУ МЧС; • хранение данных по судам (в согласованном объеме); • хранение данных по судовым аварийно-спасательным средствам, а также данных о силах и средствах РСЧС, привлекаемых для ликвидации возможных нештатных (чрезвычайных) ситуаций в акватории порта; • хранение данных с типовыми сценариями развития возможных нештатных ситуаций и рекомендаций по ликвидации их последствий; • актуализации электронной карты акватории порта; • отображение расположения сил и средств РСЧС ; • анализа соответствия данных химических проб воды нормам предельно допустимой концентрации хими-

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

31


ческих элементов в заданной точке акватории порта; • мониторинг входа (выхода) судов и других плавучих средств в акваторию порта; • распознавание типа судов, входящих (выходящих) в акваторию порта; • отображение наблюдаемой обстановки по данным средств подсистемы мониторинга ИАЦ; • анализ параметров обстановки и оповещение операторов о возникновении нештатных ситуаций; • информационно-аналитическая поддержка принятия управленческих решений при возникновении чрезвычайных ситуаций в акватории порта, а также координации совместных действий сил и средств территориальной подсистемы РСЧС на основе разработанных возможных сценариев предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.

традиционно сложившейся штатной структуры в организациях подобного типа, в составе ПТК ИАЦ предусмотрены различные аппаратные средства для реализации взаимодействия с привлекаемыми организациями и подчиненными им средствами, в том числе: • для 22-х руководителей – планшет/коммуникатор; • для 22-х оперативных дежурных организаций – АРМ или ноутбук; • для 100-150 командиров аварийно-спасательных средств – коммуникатор, оснащенный модулем ГЛОНАСС/GPS; • для 100-150 рядовых сотрудников организации – мобильный телефон с функцией приема SMS. Ориентировочный состав оборудования удаленных терминалов ПТК, предназначенного для оснащения привле каемых организации и их персонала, показан в Таблице.

Конструкция ПТК ИАЦ «Брелок» представляет собой распределенную вычислительную сеть на базе стандартных Intel-совместимых аппаратных средств офисного типа и сетевого оборудования, удовлетворяющих требованиям международных стандартов. Разрабатываемые технологии автоматизации процесса мониторинга обеспечивают автоматическое информационное взаимодействие ПТК с 34-мя источниками первичных данных, входящих в состав подсистемы средств мониторинга ИАЦ (14 телевизионных и 14 инфракрасных камер оптического наблюдения, 7 аппаратных модулей химического анализа воды и антенный пост радиолокационной станции), а также автоматизированное командное взаимодействие с этими объектами (управление). Взаимодействие ПТК с источниками первичной информации осуществляется с применением технологии Ethernet по четырем типам каналов связи (ЛВС, ВОЛС, СБС, GSM) подсистемы средств связи и телекоммуникации (в том числе местных провайдеров), обеспечивающим циркуляцию информационных потоков в системе с суммарной интенсивностью входного потока порядка 33 Мбит/сек. Согласно данным ФГУП ВНИИ ГОЧС, при возникновении в акватории Красноярского речного порта чрезвычайной ситуации, для ее локализации планируется привлечение сил и средств 22-х организаций различного профиля. С учетом

Оборудование однотипных удаленных терминалов ПТК имеет одинаковую конструкцию и функциональное предназначение, комплектуется одним и тем же общесистемным и специальным программным обеспечением. Вследствие этого, возможно и целесообразно разработку и создание опытного образца ПТК ИАЦ «Брелок» осуществлять как разработку ядра полномасштабного образца с сокращенным количеством периферийных аппаратных средств (терминалов ПТК), во всем остальном характеристики опытного образца ПТК ИАЦ (ядра ПТК) будут соответствовать характеристикам полномасштабного образца этого комплекса. С учетом этого в состав опытного образца ПТК включены: • серверы – 2 шт: • АРМ оператора ПТК – 1 шт; • ноутбук администратора – 1 шт; • АРМ удаленного пользователя – 1 шт; • ноутбук удаленного пользователя – 1 шт; • планшетный компьютер с функцией ГЛОНАСС/GPS – 1 шт; • коммуникатор (смартфон) с функцией ГЛОНАСС/ GPS – 1 шт; • мобильный телефон – 1 шт; • сетевое оборудование линий волоконной связи –1 к-т; • сетевое оборудование GSM-каналов –1 к-т; • общесистемное программное обеспечение; • специальное программное обеспечение. Таблица

Наименование, марка (модель) характеристики

32

Единицы измерения

Количество

АРМ удаленного терминала

шт.

11

Ноутбук для мобильного терминала

шт.

11

Планшетный компьютер

шт.

22

Коммуникатор (смартфон)

шт.

100-150

Мобильный телефон

шт.

100-150

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


Рис. 6. Схема присоединения средств подсистемы мониторинга и удаленных терминалов ПТК к базовому оборудованию ПТК Связь удаленных терминалов ПТК с сервером ПТК осуществляется по различным каналам по схеме, представленной на рисунке 6. Пульт оперативного дежурного ПТК «Брелок». Пульт оперативного дежурного имеет два рабочих места для операторов дежурной смены и размещается на столе С-образной формы. В его состав входит два системных блока, два блока бесперебойного питания, восемь мониторов, беспроводные клавиатура и мышь, телефоны (рис. 7). Общесистемное программное обеспечение ПТК «Брелок» разрабатывается на современном лицензионном стандартном общесистемном программном обеспечении: • MS Windows Server 2008 R2 Standard Edition или новее; • MS SQL Server 2012 Standard Edition или новее, с расширением Transact-SQL (T-SQL); • Internet Information Services (IIS) 7.5 или новее; • MS Windows 8; • .NET Framework 4.5; • Windows Phone 8 (для коммуникаторов), Windows RT (для планшетов) или Android.

Специальное программное обеспечение ПТК ИАЦ «Брелок» имеет иерархическую трехуровневую архитектуру. Первый уровень составляет База данных, второй – Сервис доступа и работы с данными, третий – Модули приема, обработки и анализа данных, клиентские приложения «Оператор», «Системный администратор», «Мобильный терминал для ноутбука/АРМ», «Мобильный терминал для

Рис. 7. Пульт оперативного дежурного No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

33


Рис. 8. Архитектура СПО ПТК ИАЦ

34

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


планшета/коммуникатора» (рис. 8). Основные компоненты специального программного обеспечения реализованы на языке высокого уровня С+. База данных ПТК ИАЦ «Брелок» реализована на языке SQL с использованием процедурного расширения TransactSQL (T-SQL). Функционирование базы данных осуществляется под управлением СУБД MS SQL Server 2012 Standard Edition или выше. Структура базы данных включает следующие 11 схем: 1. схема настроек системы – предназначена для хранения различных настроек системы и настроек ее пользователей; 2. схема логов – для хранения служебной информации об изменениях, происходящих в системе, о внесении и редактировании данных пользователями и ином поведении пользователей в системе, а также об ошибках системы, возникающих в ходе ее работы; 3. схема безопасности хранит данные для обеспечения аутентификации и авторизации пользователей; 4. схема географических свойств объектов; 5. схема сопутствующей информации и справочных данных; 6. схема встраиваемых библиотек для анализа видеоданных, работы с видеокамерами, работы с радиолокационной станцией и анализа данных; работы с химическими датчиками и интерпретации данных; 7. схема приданных сил, средств и управляющих организаций – хранит информацию об организациях, о судах и прочих средствах; 8. схема химического наблюдения – для хранения информации о параметрах датчиков химического анализа, архив принятых данных; 9. схем оптического наблюдения – для хранения информации о параметрах видеокамер, данных вторичной обработки и др.; 10. схема радиолокационного наблюдения – для хранения информации о технических характеристиках и параметрах РЛС, данных первичной и вторичной обработки; 11. схема ЧС – для хранения информации о типах ЧС, рекомендациях по устранению их последствий и др. Все серверные модули, кроме самой базы данных, объединены в одно приложение – сервис доступа и работы с данными, устанавливающийся на серверах ПТК ИАЦ и представляющий собой web-приложение, разворачиваемое под управлением IIS. Сервис является точкой входа для внешних источников информации и клиентских приложений и обеспечивает взаимодействие источников, хранилища и потребителей данных между собой. Модули приема, обработки и анализа данных включают в себя: 1. Модуль работы с телевизионными и инфракрасными камерами обеспечивает загрузку библиотек работы

с оптическими системами мониторинга и запуск методов, предоставляющих следующие функции: • получение данных от системы оптического мониторинга в согласованном формате; • обработку полученных видеоданных. 2. Модуль работы с библиотеками анализа видеоизображений обеспечивает загрузку библиотек анализа видеоизображений и запуск методов, предоставляющих следующие функции: • распознавание движущихся объектов, их тип и размерные характеристики; • распознавание нефтяных и масляных пятен на поверхности воды; • распознавание очертаний ледяной кромки; • формирование событий обнаружения объектов. 3. Модуль работы с датчиками химического анализа обеспечивает загрузку библиотек работы с датчиками химического анализа и запуск методов, предоставляющих следующие функции: • управление блоком химических датчиков и отправку команд на: –– включение; –– отключение; –– перезагрузку; –– спуск на задаваемую глубину; –– подъем на задаваемую глубину. • получение данных, анализ и обработку данных от химических датчиков. 4. Модуль работы с радиолокационной станцией обеспечивает загрузку библиотек работы датчиками химического анализа и запуск методов, предоставляющих следующие функции: • получение первичных данных от радиолокационной станции; • обработку и анализ первичных данных и генерацию, на их основе, вторичных данных. Описанные модули также обеспечивают регистрацию результатов работы вызываемых методов в базе данных. 5. Модуль анализа данных и обнаружения признаков чрезвычайной ситуации обеспечивает: • асинхронный триггерный анализ полученных данных от датчиков и регистрацию по заданным критериям соответствующих типов чрезвычайных ситуаций; • асинхронный анализ обнаруженных с помощью радиолокационной станции и системы оптического мониторинга объектов и регистрацию соответствующих типов чрезвычайных ситуаций. Клиентское приложение «Оператор» предоставляет визуальные интерфейсы, которые обеспечивают решение следующих задач: • авторизация пользователя в системе; • управление теле- и инфракрасными камерами; • отображение данных с датчиков химического анализа; • управление датчиками химического анализа;

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

35


• отображение данных от радиолокационной станции; • управление радиолокационной станцией; • отображение уведомления о возникновении чрезвычайной ситуации; • присвоение и редактирование статусов чрезвычайным ситуациям; • отображение списка рекомендуемых действий реагирования на возникшую чрезвычайную ситуацию; • регистрация произведенных действий; • формирование специальных сообщений для отправки на мобильные устройства сотрудников и удаленный дистанционный пункт МЧС с набором рекомендуемых действий по ликвидации последствий чрезвычайной ситуации; • ведение журнала произведенных действий по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций или их предотвращению; • работы с картой и отображение на ней следующих данных: –– выбранный рабочий участок; –– рельеф местности; –– стационарные объекты с возможностью отображения детальной информации; –– динамические объекты с возможностью отображения детальной информации: –– текущее положение приданных сил и средств по данным системы ГЛОНАСС/GPS; –– мобильные пользователи системы; –– типы объектов, обнаруженных радиолокационной станцией или системой оптического мониторинга, в том числе: нефтяные и масляные пятна, ледовая обстановка; –– расположение химических датчиков с возможностью выбора данных для просмотра; –– расположение теле- и инфракрасных камер с возможностью выбора данных для просмотра; –– актуальные чрезвычайные ситуации; –– исторические данные по чрезвычайным ситуациям, данны об объектах, хранящихся в базе данных и справочниках; –– информацию о привлекаемых организациях и сотрудниках системы; –– справочные данные си��темы. • редактирование данных (в случае наличия соответствующих прав); • соединение и обмен данными с сервером. Клиентское приложение «Администратор системы» предоставляет визуальный интерфейс для решения следующих задач: • авторизация пользователя в системе; • администрирование системы, в том числе: –– занесение структурных данных и типов; –– занесение справочных данных; –– корректировка планов применения сил и средств

36

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

для различных типов чрезвычайных ситуаций, действий и алгоритмов поведения при возникновении ЧС; –– администрирование возможностей автоматизированных действий реагирования на чрезвычайные ситуации; –– администрирование модулей обработки информации с датчиков; –– администрирование прав доступа к системе; –– администрирование подключаемых библиотек; –– логирование; –– просмотр логов; –– экспорт логов; –– администрирование параметров логирования; –– удаление старых логов; –– ввод и редактирование настроечных данных для организации взаимодействия с химическими датчиками, в том числе: * для включения, выключения или перезагрузки датчиков; * спуска или подъема датчиков на задаваемую глубину; * текущее положение датчика; * параметров просмотра текущих данных от датчиков. ввод и редактирование настроечных данных для организации взаимодействия с телевизионными и инфракрасными камерами: –– параметров поворота камер; –– параметров масштабирования фокуса камер (зуммирование); –– параметров просмотра текущих данных от телевизионных и инфракрасных камер. ввод и редактирование настроечных данных для организации взаимодействия с радиолокационной станцией: –– параметров включения, выключения или перезагрузки; –– параметров режимов работы радиолокационных станций. ввод и редактирование файлов отдельных слоев векторной карты геоинформационной системы: –– ввод и редактирование настроечных данных стационарных точеных, линейных, площадных объектов; –– ввод и редактирование настроечных данных динамических объектов; –– ввод и редактирование данных оборудования различного типа. –– привязка различного оборудования к стационарным и динамическим объектам – носителям этого оборудования; соединение и обмен данными с сервером.

Клиентское приложение «Мобильный терминал для ноутбука» предоставляет визуальный интерфейс для решения следующих задач:


• отображение пользователю уведомления о возникновении чрезвычайной ситуации; • отображение рекомендуемых действий по ликвидации чрезвычайной ситуации, а так же ее характеристик и параметров, в том числе: –– отображение списка рекомендуемых действий реагирования на возникшую чрезвычайную ситуацию; –– регистрация произведенных действий; –– формирование специальных сообщений с набором рекомендуемых действий по ликвидации последствий чрезвычайной ситуации; –– присвоение и редактирование статусов; –– ведение журнала произведенных действий по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций или их предотвращению. • отображение приказов и рекомендуемых действий по ликвидации чрезвычайных ситуаций, а так же их характеристик и параметров: • получение по каналам ГЛОНАСС/GPS данных о текущих координатах места данного терминала и передачу этих координат на сервер ПТК ИАЦ; • работу с картой; • соединение и обмен данными с сервером.

Клиентское приложение «Мобильный терминал для планшета/ коммуникатора» устанавливается на планшеты/коммуникаторы, выдаваемые личному составу сил и средств, привлекаемых при возникновении чрезвычайной ситуации. Основной отличительной особенностью этого приложения является возможность передачи данных системы ГЛОНАСС/GPS о текущем местоположении пользователя на сервер ПТК. В остальном функционал данного приложения соответствует приложению «Мобильный терминал для ноутбука» и при возникновении ЧС это приложение получает с сервера информационные сообщения о его месте и характеристиках, а также рекомендуемые планы действий по ликвидации последствий. Соединение и обмен данными с сервером осуществляется с помощью модуля связи с сервером. Получение, обработка и отправка данных на сервер ПТК от ГЛОНАСС или GPS обеспечивается модулем обработки навигационных данных. Внутрисистемный обмен данными осуществляется по базовому внутрисистемному алгоритму, схема которого представлена на рисунке 9. Данный алгоритм с необходимой модификацией применяется в контурах взаимодействия с удаленными терминалами ПТК различных типов, а также объектами подсистемы средств мониторинга ИАЦ.

Рис. 9. Алгоритм внутрисистемного обмена данными

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

37


Рис. 10. Технологический стенд для отработки опытного образца ПТК Картографическое обеспечение ПТК «Брелок» Для работы с представленным заказчиком картографическим обеспечением зоны Красноярского речного порта в составе СПО ПТК разработана ГИС, позволяющая работать с комплектом картографических файлов Красноярского края в международном стандарте формата ShapeFile, содержащем три основных типа файлов: .SHP – главный файл, содержащий информацию о геометрических объектах (примитивах). Файл состоит из заголовка фиксированной длины и одной или более записью переменной длины. Каждая запись переменной длины включает в себя заголовок записи и содержимое; .DBF – файл, в котором записывается атрибутивная информация геометрических объектов, описанных в .SHPфайле. Представляет собой базу данных в формате dBase-II; .SHX – индексный файл связи между файлами .DBF и .SHP; Ввод файлов ShapeFile в систему осуществляется Модулем отображения и работы с картой клиентского приложения «Администратор системы». Карта и атрибутивная информация об объектах в векторном формате ShapeFile распаковываются и сортируются согласно официальной документации к данному формату [http://www.esri.com/ library/whitepapers/pdfs/shapefile.pdf ] в серверном модуле «Модуль подключения к базе данных и работы с данными». Отсортированные и распакованные данные заносятся в соответствующие схемы базы данных: Схему сопутствующей информации и справочных данных, Схему приданных сил, средств и управляющих организаций и Схему географических свойств объектов. Программная прорисовка геоинформационных данных в клиентских приложениях осуществляется модулем отображения и работы с картой средствами .NET-технологий WPF/ Silverlight. Технологическое оборудование и программное обеспечение Отработку опытного образца ПТК ИАЦ «Брелок» и проведение его предварительных (стендовых) испытаний планируется осуществить на программно-аппаратных средствах ОАО «ЦНИИ «Курс» с использованием электронных про-

38

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

граммных имитаторов информационных потоков средств подсистемы мониторинга и средств подсистемы связи и телекоммуникаций. Для этих целей разработан проект соответствующего технологического стенда. Стенд (рис. 10) включает в себя оборудование опытного образца ПТК, а также ряд дополнительных ПЭВМ-имитаторов информационных потоков всех видов оборудования, входящих в состав подсистемы средств мониторинга, а также каналов беспроводной связи. На оборудование технологического стенда инсталлируется необходимое общесистемное и специальное программное обеспечение ПТК. На ПЭВМ-имитаторах инсталлируется технологическое программное обеспечение, обеспечивающее возможность отработки технологий взаимодействия ПТК с различным оборудованием подсистемы средств мониторинга ИАЦ. В состав технологического программного обеспечения входят: • программный модуль «Имитатор потока первичных данных аппаратного модуля химического анализа»; • программный модуль «Имитатор потока первичных данных аппаратного модуля оптических систем»; • программный модуль «Имитатор потока данных РЛС»; • программный модуль «Имитатор потока СБС». В заключение следует отметить, что рассмотренная технология построения информационно-аналитического центра обеспечения безопасности в акватории Красноярского речного порта и его ядро – программно-технический комплекс, разрабатываются как открытые системы, что обусловливает возможность его быстрой адаптации к новым условиям применения в иных портах крупных рек Сибири и портов Арктического побережья. Это свойство обеспечивает возможность дальнейшего развития ПТК ИАЦ «Брелок» в рамках выполняемых ОАО «ЦНИИ «Курс» совместно с другими организациями работ по созданию в интересах МЧС России систем обеспечения безопасности в таких портах как Дудинка и Диксон, в том числе с применением автономных необитаемых подводных аппаратов для получения гидрологических и физикохимических данных о состоянии подводной среды в наблюдаемой акватории.


ЛИТЕРАТУРА 1. Клячко Л.М., Глазачев Д.О., Зеленцов А.В., Мицюк А.А., Козин Ю.А., Пустовит Б.И. Безопасность добычи углеводородов в Российском секторе Арктики нуждается в автоматизации процессов управления // Морской вестник № 1(37). – 2011. – С. 37. 2. Распоряжение Президента РФ от 23.03.2000 г. № 86-рп «О создании системы мониторинга, лабораторного контроля и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера». 3. Постановление Правительства РФ от 30.12.2003 г. № 794 «О единой государственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций» (в ред. Постановлений Правительства РФ от 31.03.2011 г. № 226). 4. Постановление Правительства Красноярского края от 9.02.2011 г. № 80-п «Об утверждении положения о краевой подсистеме мониторинга, лабораторного контроля и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера на территории Красноярского края». 5. Постановление Совета администрации Красноярского края от 20.06.2007 г. № 241-п «О сети наблюдения и лабораторного контроля Красноярского края». 6. Приказ МЧС России от 31.12.2002 г. № 632 «Об утверждении порядка подготовки, представления прогнозной информации и организации реагирования на прогнозы чрезвычайных ситуаций». 7. Приказ МЧС России от 26.08.2009 г. № 496 «Об утверждении положения о системе и порядке информационного обмена в рамках единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций». 8. Приказ МЧС России от 04.03.2011 г. № 94 «Об утверждения положения о функциональной подсистеме мониторинга, лабораторного контроля и прогнозирования чрезвычайных ситуаций единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций».

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

39


НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ФЛОТ РОССИИ: ЕСТЬ ЛИ БУДУЩЕЕ? «Освоение пространств и ресурсов Мирового океана – одно из главных направлений развития мировой цивилизации в третьем тысячелетии. Сущность национальной политики ведущих мировых держав и большинства государств мирового сообщества в обозримом будущем составят самостоятельная деятельность и сотрудничество в освоении Мирового океана, а также неизбежное соперничество на этом пути» (из основных положений «Морской доктрины РФ»). В 20 веке человечество вышло в космос. 21-й век, скорее всего, станет веком освоения Мирового океана. В конце прошлого века все высокоразвитые страны гордились наличием у них современного научно-исследовательского флота, при этом наша страна имела самый большой флот научно-исследовательских судов в мире. Сегодня многое изменилось. Мировое научно-техническое сообщество без громких лозунгов перешло от изучения Мирового океана к его освоению, при этом Россия стремительно отстает по многим вопросам морских технологий. Системы наблюдения и проведения исследований в океане становятся все более глобальными и автоматизированными, включают все больше роботизированной автономной техники. Очевидно, что в настоящее время в экономической и научно-исследовательской деятельности в Мировом океане роль и место научного флота меняется. С учетом основных тенденций, которые оказывают влияние на современное использование научно-исследовательского флота, и, опираясь на лучший мировой опыт, предлагается создание Национального морского центра, выполняющего задачи организации, технического поддержания, финансирования и распределения нагрузки между судами отечественного научно-исследовательского флота. 40

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


ОАО «Концерн «Моринсис-Агат»* Москва

Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН*

Г.В. Анцев В.В. Кобылянский

А.В. Соков

Москва

* участники технологической платформы «Освоение океана»

Техническое состояние флота К концу 1980-х годов в СССР насчитывалось 293 исследовательских судна. Разрушение советской исследовательской морской базы привело к тому, что сегодня количество научных судов в России сократилось до 80-ти.

Сегодня российский научный флот находится на попечении нескольких ведомств: 31 судно – Российская академия наук; 15 судов – Федеральное агентство по рыболовству; 23 судна – Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды; 11 судов – Министерство природных ресурсов и экологии.

При этом современное состояние отечественной морской отрасли отражают следующие тенденции: 1. Увеличение темпов вывода научно-исследовательских судов из эксплуатации в результате списания. Практически все суда научного флота РФ были построены во времена СССР: 6 судов – в 1960-е годы, 20 судов – в 1970-е, 45 судов – в 1980-е. Только восемь из восьмидесяти исследовательских судов были построены после 1991 года. Таким образом, средний возраст судов Российской академии наук составляет 32 года, судов Росгидромета – 31 год. Во всех организациях-судовладельцах признают, что научный флот практически выработал заложенный при строительстве ресурс. К 2015 году должны быть списаны 75 из 80-ти судов, а к 2020 году – 79 из 80-ти судов российского научного флота (рис. 1 и 2). 2. Нецелевое использование научно-исследовательских судов. Часть судов российского научного флота не используется по назначению, научное оборудование с них снято. Поэтому не все суда, считающиеся научными, могут вернуться к исследованию Мирового океана в интересах России. Примеры: НИС «Профессор Молчанов» (Росгидромет, порт приписки – Мурманск) в 1997 году было переоборудовано в круизный лайнер и в течение 14 лет, до самого последнего времени, работало в интересах зарубежной туристиче-

Рис. 1. Заложенные при строительстве сроки эксплуатации научных судов и годы их планового списания

Рис. 2. Годы постройки судов научного флота РФ (в %) No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

41


Рис. 3. НИС «Профессор Молчанов» в течение 14 лет осуществлял туристические круизы в Арктику ской компании (рис. 3). Места ученых в Арктике заняли состоятельные путешественники. В результате страдает точность прогнозов погоды для значительной части нашей страны. НИС «Геолог Приморья» (Министерство природных ресурсов, порт приписки – Находка), предназначенное для геолого-съемочных, инженерногеологических, геофизических и разведочных работ на шельфе. Списано в 2011 году. Судно осуществляло ввоз легковых автомобилей из Японии. Научное оборудование на судне было демонтировано (рис. 4). 3. Вывод судов из эксплуатации в результате неэффективного распределения бюджетных средств. Пример: НИС «Академик Борис Петров» (Институт геохимии и аналитической химии РАН). На это судно за последние 10 лет было затрачено больше всего средств, выделенных Академии наук из федерального бюджета на содержание и ремонт научного флота. Судно сейчас находится в плачевном состоянии и непригодно для проведения исследований в океане. На рисунке 5 приведены фотографии судна по состоянию на 2011 год. В целом наблюдается низкий уровень корреляции между состоянием научных судов и коли-

42

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

Рис. 4. НИС «Геолог Приморья» до 2011 года осуществляло ввоз легковых автомобилей


Рис. 5. НИС «Академик Борис Петров» по состоянию на март 2011 года

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

43


чеством средств, выделенных на их содержание и ремонт. Безвестно канули в лету сравнительно нестарые суда Российской академии наук, такие как «Академик Александр Несмеянов», «Академик Александр Виноградов» и другие. Сокращение количества экспедиций на судах научного флота РФ. До середины 1980-х годов СССР являлся безусловным лидером по исследованию Атлантического и Северного Ледовитого океанов. В частности, с 1849 по 1972 годы на научных судах СССР/России было выполнено 30% всех научных рейсов в Атлантическом океане. В 1990-х годах количество экспедиций на российских научных судах катастрофически сократилось. Например, вклад России в крупнейший за последние десятилетия международный проект по исследованию циркуляции Мирового океана (WOCE – World Ocean Circulation Experiment, 1991-2002 годы) оказался скромным. Россия заняла лишь 6-е место по количеству выполненных станций в океане (рис. 6). В 2000-е годы сокращение численного состава научного флота, ухудшение эксплуатационных характеристик судов, а также недостаточное финансирование привело к тому, что деятельность научного флота не может обеспечить даже самые насущные потребности государства. Например, в целях обеспечения морской деятельности РФ прогнозами погоды и состояния морской среды, а также исследований изменения климата, Росгидромету необходимо проводить не менее 60-ти экспедиций в год. В 20032006 годах число ежегодных комплексных экспедиций с участием Росгидромета составило от 17 до 37. 4. Институты-судовладельцы вынуждены самостоятельно зарабатывать на содержание флота и фундаментальные научные исследования в Мировом океане. Крупнейшему судовладельцу РАН – Институту океанологии – необходимо 850 млн. руб. в год для проведения плановых ремонтов судов, оплату простоя судов в порту в течение 60 дней и проведение экспедиций в течение 300 суток. В 1999-2009 годах бюджетные средства, поступающие в институт на эти цели через различные ведомства, составляли менее 20% от необходимой суммы. Институт был вынужден вести хоздоговорную и фрахтовую деятельность, чтобы восполнить недостаток средств. Институту океанологии на протяжении последних лет на проведение экспедиций из бюджета Академии наук выделяется не более 20 млн. рублей. Это может обеспечить только 65 сут��к научного рейса одного из шести судов. Чтобы корабли не простаивали в порту, Институт вынужден сдавать их во фрахт и на вырученные деньги проводить самые необходимые научные исследования. В других институтах и ведомствах наблюдается похожая ситуация: с конца 1990-х годов основными источниками финансирования научного флота яв-

44

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

Рис. 6. Соотношение количества океанских станций, выполненных различными государствами – участниками проекта WOCE ляются внебюджетные средства, поступление которых носит несистематический характер. Судовладельцы в лучшем случае выполняют узконаправленные исследования или попутные наблюдения, ориентируясь на выполнение задач фрахтователя. Можно констатировать, что морская деятельность на научно-исследовательских судах не координируется на государственном уровне, что приводит к узковедомственному подходу к решению приоритетных для России научных задач. Подчас невозможно и установить эти приоритетные задачи в вопросе освоения Мирового океана в силу того же ведомственного подхода.

Появление и использование глобальных систем мониторинга океанической среды Мировые системы наблюдения за океаном сегодня выглядят иначе, чем даже 10 лет назад. За последнее десятилетие произошел стремительный рывок в развитии технических средств, обеспечивающих оперативные наблюдения за океаном. В системы сбора океанографических данных сегодня, кроме судов и подводных аппаратов, входят разветвленные сети дрейфующих и заякоренных буев, измерительных станций, глайдеров, а также спутники, передающие данные в национальные центры сбора и обработки информации, которые распределяют ее между пользователями, а также прогнозируют на основе полученных данных последующее состояние Мирового океана. В инфраструктуру глобальной системы наблюдения за океаном GOOS (Global Ocean Observing System) входит множество взаимосвязанных международных и национальных подсистем оперативных наблюдений, основанных на дрифтерных и стационарных измерениях. При этом основной формой сотрудничества становится форма глобальной кооперации, объединения материальных ресурсов и науч-


Рис. 7. Измерительные буи проекта Argo и их постановка с научно-исследовательского судна но-технических потенциалов исследователей и организаций разных стран. Это позволяет успешно разворачивать в океане масштабные технологические проекты по обследованию морской среды, такие как, например, система дрейфующих буев Argo или проекты глубоководных кабельных обсерваторий, раскинутых на многие километры и имеющих в своем составе разнообразные технические средства ведения оперативных измерений, результаты которых поступают в Интернет в реальном масштабе времени. Первоначальными задачами проекта Argo являлись: создание и поддержание глобальной сети из 3000 буев-измерителей, создание национальных центров Argo, обеспечение свободного доступа к данным, передача в глобальную сеть данных в течение 24 часов (требуемых на первичный контроль качества). На сегодняшний день в Мировом океане активно проводят измерения более 3400 дрейфующих буев (рис. 7) [5]. Дрейф каждого из буев происходит около 3-4 лет в виде повторяющихся 10-дневных циклов: погружение на заданный горизонт (нижний горизонт составляет 2000 м), проведение измерений, всплытие и передача данных в течение 6-часового дрейфа на поверхности. Сегодня по команде с берега параметры дрейфа буя могут быть изменены. Постановка буев-измерителей может производиться массово, и, в основном, с борта судна.

Расходы по проекту распределяются между странами участницами. Каждая из них за свой счет закупает и размещает в океане посильное количество буев, а также принимает и распространяет информацию, полученную от них. Данные, получаемые сетью Argo, полезны, прежде всего, для прогноза погоды и климата, а также прогноза состояния океана. Ключевыми особенностями ведения измерений с помощью подобных систем является оперативность поступления данных, относительная дешевизна обеспечения технической стороны исследований в отличие от проведения измерений с привлечением только научноисследовательских судов. Изменение роли и места научно-исследовательского флота на сегодняшний день можно также проиллюстрировать примером одного из актуальных направлений последних лет в области исследования океана – создание кабельных глубоководных роботизированных океанографических обсерваторий, рассчитанных на 25-30 лет непрерывных наблюдений с возможностью прямой передачи цифровой и видеоинформации в Интернет. Основу инфраструктуры подводной обсерватории составляют подводные узлы энергопитания, распределенные от прибрежной зоны до глубоководных районов и обеспечивающие энергоснабжение целого массива измерительного оборудования и линий связи. Узлы крупнейшей

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

45


Рис. 8. Внизу: схема подводной обсерватории Neptune; вверху: отдельные элементы оборудования – аппарат Ropos, установленный на научно-исследовательском судне, осуществляющем регулярные инспекционные рейсы к узлам обсерватории, и автономный робот, работающий на одном из узлов системы [6] подводной обсерватории Neptune, расположенной у северо-западного побережья североамериканского континента – на плато Хуан де Фука, распределены на глубинах от 17 до 2660 метров (рис. 8) [6]. Десятки роботов подключены к Интернету с помощью экранированного кабеля питания и оптоволоконных линий связи, представляя собой своеобразный кибернетический «подводный дом», позволяющий в режиме реального времени получать картину морского дна и вести многочисленные измерения. 46

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

Особенностями развития таких сетей и их технического обслуживания является сочетание работы сетей со спутниковыми наблюдениями за поверхностью океана, а также периодическими исследованиями с судов, в том числе с целями мониторинга технического состояния кабельных узлов и оборудования, установки новых приборов. Благодаря таким проектам глобальная система наблюдений за океаном GOOS реализуется силами более чем 70-ти стран и имеет возможность поддерживать океанографи-


ческие службы по всему миру данными анализа морских и океанических переменных, обеспечивая точным описанием современного состояния Мирового океана, непрерывными прогнозами морских условий, а также основой для прогноза климатических изменений. Таким образом, современный уровень задач по исследованию океана предполагает развертывание долговременных измерительных сетей, в инфраструктуру которых входят разнообразные технические средства, среди которых научно-исследовательские суда выполняют определенные (изменившиеся за последнее десятилетие) задачи.

Тенденции мирового опыта США

С самого начала систематического использования специализированных научно-исследовательских судов в СССР и США существовали различные концепции их применения. В СССР упор делался на использование крупнотоннажных судов с большим штатом научных сотрудников, выполняющих комплексные исследования того или иного района Мирового океана в ходе длительных рейсов (до 120-150 суток). В состав экспедиций входили биологические, геологические, геоморфологические, химические и другие отряды. Типичными судами такой концепции были НИС «Академик Курчатов», НИС «Дмитрий Менделеев», из ныне существующих – НИС «Академик Мстислав Келдыш». В США с конца 1940-х годов исследовательский флот состоял из переоборудованных базовых тральщиков. Авто-

номность их была значительно ниже, не более 30 суток, а научный состав – 7-10 человек. Судов было, однако, достаточно много, а экспедиции – узкоспециализированными, в основном, геоморфологическими, затем – биологическими и геолого-геофизическими. Работа этих судов внесла определяющий вклад в первичное изучение структуры дна Мирового океана – выделение срединно-океанических хребтов, трансформных разломов, абиссальных котловин и подводных гор. Необходимо отметить важную черту – первоначально все эти суда принадлежали к Военно-морским силам США и значительную часть работ проводили в интересах этой структуры. Об уважении, с которым в США воспринимается деятельность научно-исследовательских судов, говорит тот факт, что все космические шаттлы – «Атлантис», «Дискавери» и другие – названы в честь НИС 30-50-х годов. В настоящее время сложились типичные характеристики научно-исследовательского судна США: водоизмещение 2500-3500 тонн, автономность 40-60 суток, экипаж 20-25 человек, научный состав 25-35 человек, большие лаборатории, большое количество встроенного оборудования – глубоководные и мелководные многолучевые картографические сонары, придонные профилографы, пригодные для любых глубин акустические допплеровские лаги, акустические навигационные системы для буксируемых сенсоров и автономных необитаемых подводных аппаратов, высокоточное глобальное позиционирование. Следует отметить сильную оснащенность всех американских АНПА палубным оборудованием – мощными лебедками,

Рис. 9. Американское научно-исс��едовательское судно S 220 (оператор NOAA) No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

47


Рис. 10. Научно-исследовательское судно Atlantis, глубоководный обитаемый аппарат Alvin (США)

Рис. 11. Обитаемое судно-буй FLIP – Floating Instrument Platform (США)

48

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


Рис. 12. Научно-исследовательское судно Roger Revelle (США) П-рамами, кранами с выносными кабинами управления; строящиеся суда оснащаются кранами, которые могут опускаться до воды. В США имеется несколько крупных операторов НИС. Крупнейший из них: Национальное управление океанических и атмосферных исследований (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) – федеральное ведомство в структуре Министерства торговли США (Department of Commerce); занимается различными видами метеорологических и геодезических исследований и прогнозов, изучением мирового океана и атмосферы. Предупреждает о возможных разрушительных природных катастрофах. В его ведении находятся Национальная служба по исследованию океана (National Ocean Survey) со своими исследовательскими станциями в Норфолке (штат Верджиния) и Сиэтле (штат Вашингтон), Национальная метеорологическая служба (National Weather Service) и Национальная служба по определению морских рыбных ресурсов (National Marine Fisheries Service). NOAA владеет 16-ю научно-исследовательскими судами: восемь из них входят в Атлантический флот и столько же – в Тихоокеанский (включая Аляску и Гавайские острова). Еще семь научно-исследовательских судов, а также два строящихся, принадлежат Военно-морским силам США, однако, по договору с ВМС, находятся в управлении у следующих организаций: Океанографический институт в Вудс-Холле – частный некоммерческий институт, один из ведущих в мире. Имеет два НИС: Atlantis и Knorr, сейчас строится третье – Neil Armstrong. Все суда ведут большую работу в интересах ВМС. НИС Atlantis является носителем глубоководного

(до 6000 м) обитаемого аппарата Alvin (рис. 10), но также имеет большие лаборатории и выполняет научно-исследовательские работы. Океанографический институт Скриппса в СанДиего – имеет шесть судов (из них четыре – суда океанского класса), в том числе несамоходное научно-исследовательское океанографическое судно FLIP – Floating Instrument Platform (рис. 11), единственное в мире, способное самозатапливаться в вертикальное положение, превращаясь в дрейфующую платформу. Университет штата Вашингтон в Сиэтле – является оператором одного научно-исследовательского судна океанского класса. Все суда работают с очень большой интенсивностью. Например, после 6-летней непрерывной работы (вышел из Сан-Диего 1 декабря 2006 года) в ноябре 2012 года в порт Сан-Диего вернулся флагман научного флота Скриппсовского института – R/V Roger Revelle (рис. 12). За это время он без ремонта непрерывно выполнил 86 рейсов (1917 рабочих дней). После возвращения был отправлен на модернизацию, которая заключается в установке кранаманипулятора для подъема АНПА и других объектов из воды при сильном волнении моря; управляемого дистанционно, одним оператором, вместо команды из 4-х такелажников. В целом, надо отметить, что сравнительно небольшой флот научно-исследовательских судов США имеет очень высокие показатели эффективности работы, участвуя в 90% научно-исследовательских проектов и работ, проводимых США в Мировом океане, в том числе, в международном сотрудничестве. Операторами четко организованы и осу-

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

49


ществляются техническое обеспечение, ремонтные работы, взаимодействие с заказчиками исследований, формирование коллективов специалистов, планирование рейсов, обеспечивая высокую интенсивность использования научно-исследовательских судов.

Германия

Рис. 13. Научно-исследовательское судно ледокольного класса Polastern (Германия)

Рис. 14. Научно-исследовательское судно усиленного ледового класса Maria S. Merian (Германия)

Рис. 15. Научно-исследовательское судно Sonne (Герм.), принимавшее участие в совместных российскогерманских исследованиях 2009 года в Тихом океане

50

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

Характерной особенностью научно-исследовательского флота Германии является то, что большая часть судов принадлежит Министерству строительства и транспорта и управляется его структурами. Суда работают в основном в акваториях Северного и Балтийского морей, обслуживают результатами измерений и исследований большие объемы прибрежного, морского и подводного строительства. Германия владеет шестью научно-исследовательскими судами океанского класса, в их составе имеются судно ледокольного класса Polarstern и судно усиленного ледового класса Maria S. Merian (рис. 13 и 14). По водоизмещению и размерам научно-исследовательские суда заметно крупнее НИС США, кроме того, условия жизни и работы на них лучше. Суда оснащены хорошим крановым оборудованием, П-рамами, большими лабораториями и относятся, в основном, к многоцелевым судам, предназначенным для комплексного исследования Мирового океана. Эксплуатация 70% исследовательского флота Германии объединена в рамках Общегерманского совета по морским экспедициям (Бремен) – фактически контролируется Немецким научным фондом и обществом Гельмгольца. Предложения об экспедиционной деятельности подаются дважды в год и не только от институтов морской тематики. Например, в течение 2009-2010 годов 37% экспедиций прошли по заявкам других институтов.

Норвегия

Норвежский научно-исследовательский флот представлен девятью судами водоизмещением свыше 4000 тонн, большой автономности, рассчитанных на комфортную работу 20-30 ученых. Среди них есть суда ледокольного класса, одно малошумное судно, оптимизированное для ихтиологических работ, а также буровое и геофизическое суда. Пять судов принадлежат норвежскому Институту морских исследований. Важной чертой норвежского научного флота является постепенное включение его в работу информационной системы i-Nord. Система имеет сетецентрическую концепцию и служит для контроля обстановки в Арктике (рис. 16). Технически она включает в себя сеть подводных датчиков, плавучих буев, надводных судов, самолетов, вертолетов и имеет разветвленную схему приложений и составных технологий. Приложениями объявлены задачи безопасности, экологии, мониторинга океанологических процессов и явлений, контроля климатических изменений, контроля ресурсной деятельности, включая нефтегазовый комплекс и рыболовство, реагирование на чрезвычайные


Рис. 16. Схема работы информационной системы i-Nord; норвежские НИС: C.O. Sars и Johan Hjort и кризисные явления. С точки зрения доступа, будут созданы открытая и закрытая конфигурации системы. К участию в проекте приглашен ряд стран арктического региона: Дания, Швеция, Исландия, Финляндия. В основу подводной сети положена американская система Seaweb. Информационный проект i-Nord представляет собой часть усилий мирового сообщества, занятого вопросами комплексного освоения и исследования Мирового океана. Он имеет связи с глобальной системой наблюдения за океаном GOOS, его европейской составляющей EuroGOOS и его арктической составляющей ArcticGOOS, а также ря-

дом других международных проектов и программ, такими как My Ocean, Argo и соответствующими им системами. Кроме того система i-Nord рассматривается как информационная основа проекта по наблюдению за морским судоходством в Баренцевом море – Barents Watch.

Особенности оснащения кораблей

Научно-исследовательские суда зарубежных стран при нахождении в море имеют возможность использовать все данные глобальных информационных систем мониторинга океанической среды, в том числе оперативные.

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

51


Например, суда США с 2003 года используют систему HiSeasNet. Это система высокоскоростной спутниковой связи, позволяющая связываться с береговыми базами, другими судами, обмениваться информацией с абонентами гражданского и военного интернета, пользоваться данными оперативной океанографии (данными зондов, метеорологии и т. д.), обеспечивать прием-передачу любых данных, включая карты, рисунки, результаты анализов и т. д. Система использует математическое обеспечение ROADNet, позволяет осуществлять голосовую связь, проводить видеоконференции и использовать все современные технологии связи. Суда оборудованы антеннами диаметром 2,4 м, гиростабилизированными по трем осям с точностью 0,1°. Научная и служебная информация при этом приоритетна, траффик индивидуальных пользователей ограничен 15-ю минутами в день. Стоимость обслуживания судовой системы – от 1000 до 2000 долларов в год. Новые строящиеся суда, помимо традиционных П-рам, оснащаются манипуляторами, позволяющими доставать до воды. Подъемно-крановое оборудование автоматизировано, управляется оператором из кабины с большим обзором, вынесенной за основные габариты судна. Оборудование такого уровня позволяет вести забортные работы, включая спуск и особенно подъем АНПА при значительно худших метеоусловиях, чем позволяет применение традиционных кранов. Ранее построенные суда оснащаются таким оборудованием при их плановой модернизации, в частности, сейчас оно устанавливается на НИС Roger Revelle.

Рис. 17. Организация Национального морского центра

52

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

Использование данных глобальных систем мониторинга и автономных робототехнических комплексов меняет приоритеты при постановке задач исследований для научных судов.

Создание Национального морского центра Описанный выше опыт зарубежных стран целесообразно применить в России для преодоления кризиса в морской научной отрасли. Важным шагом в этом направлении может стать создание единого научного флота и Национального морского центра – эффективного исполнительного органа по реализации положений «Морской доктрины РФ» в сфере науки. 1. На основе крупнейших научных институтов-судовладельцев должен быть сформирован единый Национальный морской центр на правах агентства, подчиняющийся главе Правительства РФ. Новое ведомство должно иметь полномочия для решения приоритетных научных задач в морской области. 2. В управление Национальному морскому центру нужно передать ядро научного флота (10-15 судов). Экспедиционную деятельность этих кораблей необходимо подчинить выполнению приоритетных и срочных задач в рамках национальной программы инновационного освоения океана. Основное необходимое финансирование содержания и деятельности ядра научного флота должно происходить напрямую из госбюджета. 3. Оставшуюся часть научно-исследовательского флота можно оставить на попечении институтов и ведомств для


Существует несколько причин создать Национальный морской центр на правах агентства в России: 1. Глубокий системный кризис в морской научной отрасли, обусловленный недофинансированием и отсутствием единой концепции управления. 2. Угроза вывода российского научного флота из эксплуатации и прекращения всех программ мониторинга в Мировом океане до 2020 года 3. Острая необходимость строительства научных судов нового поколения. Только Национальный Морской Центр потенциально способен взять на себя функции по эффективному управлению новым научным флотом. 4. Опыт зарубежных стран показывает, что создание Национальных центров федерального подчинения помогает оптимизировать управление научной деятельностью в таких капиталоемких отраслях как космонавтика (NASA, США), освоение Мирового океана (NOAA в США и Федеральный Морской Центр под эгидой общества Гельмгольца в Германии), атомная энергетика (Немецкий центр ядерных и энергетических технологий). 5. Необходимость укрепления позиций России на международной арене как морской державы.

выполнения узкоспециализированных задач строго в соответствии с профилем организации. Учитывая как быстро будут выведены из эксплуатации научно-исследовательские суда, строительство новых является крайне актуальной проблемой. К сожалению, в государственной программе «Развитие судостроения на 2013-2030 годы» и в Стратегии развития ОАО «Объединенная судостроительная корпорация» решение этого вопроса представлено невнятно. Возможно потому, что большинство научно-исследовательских судов, которые еще используются, были построены за рубежом и ОАО «ОСК» имеет не столько опыт строительства подобных судов, сколько некий набор концептуальных проектов, созданных во ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Кроме этого, нет реального заказчика на современные научноисследовательские суда. Этим заказчиком мог бы стать Национальный морской центр. Новые научно-исследовательские суда должны быть спроектированы и построены в короткие сроки с учетом современных тенденций в освоении Мирового океана. Как минимум, они должны быть приспособлены для работы с различными необитаемыми подводными аппаратами и другой автономной техникой, входить как активный участник в глобальные измерительные сети, максимально использовать дистанционные методы измерений и выполнять весь спектр работ в морских экономических зонах стран при работах на шельфе, разведке и добыче энергоресурсов и т. д. Это формирует требования к работе отдельных приборостроительных организаций и холдингов судостроительной отрасли. Новые суда должны быть оснащены широким спектром приборов и оборудования отечественного производства: от общесудовых интегрированных систем управления до конкретных геофизических приборов. Научно-исследовательские суда сравнительно небольшого водоизмещения (1000-2600 тонн), которые могут

обеспечить решение большинства задач освоения океана, имеют большой спрос на мировом рынке, включая частных инвестров. Объединение ядра научного флота России под управлением Национального морского центра, позволит: 1. Координировать морскую деятельность на научных судах на государственном уровне и устранить узковедомственный подход к решению приоритетных для России научных задач; 2. Поддерживать техническое состояние и конкурентоспособность научного флота на уровне, соответствующем национальным интересам России; 3. Проводить непрерывные комплексные исследования в Мировом океане по приоритетным для государства направлениям на высоком международном уровне; 4. Устранить проблему простоя и нецелевого использования научно-исследовательских судов; 5. Привлечь лучшие научные кадры и зарубежные инвестиции в российскую морскую науку. Гарантией эффективности Национального морского центра может стать прямое финансирование из федерального бюджета и авторитет руководящего звена, подчиняющегося непосредственно Председателю правительства. На рисунке 18 (на стр. 34) изображена потенциальная территориальная структура национального центра инновационного освоения океана. Такая территориальная структура позволит одновременно и оперативно проводить исследования в акватории Тихого океана, Северного Ледовитого океана, Балтийского, Каспийского и Черного морей. При этом количество судов в централизированном научном флоте под управлением Национального морского центра может быть доведено до 12 единиц. Наличие судов неограниченного района плавания в составе объединенного флота позволит проводить исследования даже в отдаленных районах Мирового океана.

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

53


Рис. 18. Потенциальная территориальная структура Национального морского центра РФ

источники 1. Сайт Национального управления океанических и атмосферных исследований (США) – http://www.noaa.gov 2. Сайт Океанографического института Скриппса (США) – https://scripps.ucsd.edu 3. Сайт Океанографического института в Вудс-Холле (США) – http://www.whoi.edu 4. Сайт Института морских исследований (Норвегия) – http://www.imr.no 5. Сайт международного проекта Argo – http://www.argo.ucsd.edu 6. Подводные кабельные обсерватории северо-восточной части Тихого океана: проекты на плато Хуан де Фуко. Технический обзор // Морские информационно-управляющие системы. – № 1. – 2012. - С. 62-77.

54

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


РЕКЛАМА

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

55


НАВИГАЦИЯ БУДУЩЕГО:

e-NAVIGATION СТРАТЕГИЧЕСКАЯ ПРОГРАММА

МЕЖДУНАРОДНОЙ МОРСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ

В настоящее время имеет место противоречие между динамикой технического прогресса, выражающегося в массовом переходе навигационно-гидрографического оборудования на цифровые продукты, и существующими процедурами одобрения и внедрения нового оборудования для судов, которые должны обеспечивать требуемый уровень эффективности и безопасности морских перевозок. Это противоречие явилось побудительным мотивом для включения в план Международной морской организации (IMO) глобальной стратегической программы e-Navigation. В соответствии с определением, принятым IMO: «e-Navigation – это гармонизированные сбор, интеграция, обмен, представление и анализ морской информации на борту судна и в береговых системах посредством электронных средств для совершенствования процесса перехода (судна) от пирса до пирса (в портах отхода и назначения) и соответствующих сервисов, обеспечивающих безопасность мореплавания, судов и береговой инфраструктуры и защиту окружающей среды». Рассмотрим объективные экономические основы для глобального внедрения программы e-Navigation, а также фундаментальные задачи, требующие решения для достижения основных целей программы на международном уровне и на уровне национальных программ. Государственный университет морского и речного флота им. Адмирала С.О. Макарова Санкт-Петербург С.С. Губернаторов

56

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


Новое оборудование на море внедрялось IMO в значительной степени спонтанно. Эксплуатационные стандарты на новые виды морской техники разрабатывались, как правило, по инициативе промышленности – «с целью повышения безопасности судоходства». При этом форсированное внедрение новых идей на практике почти всегда было мотивировано усилением контрольных функций – примерами являются GMDSS1, AIS2 , LRIT3 , VDR4. Справедливости ради надо отметить, что каждая из этих систем после нескольких лет массовой эксплуатации внесла вклад в развитие так называемого «конвенционного судоходства», основой которого является Международный Кодекс по управлению безопасностью. Однако статистика аварийности за последние 10 лет не демонстрирует отчетливой связи с внедре нием обязательных навигационных инс��рументов. Средний цикл разработки стандарта IMO, включая методы тестирования, составляет 6-8 лет, а для сложных систем типа ECDIS (Electronic Chart Display and Information System – Электронно-картографическая навигационно-информационная система), требующих создания мировой базы данных электронных карт и инфраструктуры их поддержания на уровне современности и доставки потребителям – превышал 15 лет. Один из парадоксов современной морской техники – при жестких требованиях к механической прочности и устойчивости к воздействию среды практически не контролируется надежность программного обеспечения. При существующем порядке создания и внедрения на флоте новой техники гармонизация требований к ней на уровне мостика корабля требует дополнительных усилий, и всякий раз оказывается, что что-то упустили. Производители оборудования тратят месяцы для отладки ночных режимов отображения информации на дисплеях, в то же время есть еще много судов, где можно просто прислониться к переборке на мостике и случайно включить общее освещение. Практически одновременно с обсуждением условий включения ECDIS в перечень обязательного оборудования судов Комитет по безопасности мореплавания IMO утвердил долгосрочную программу разработки концепции и плана действий по реализации нового поколения технологии

Здание штаб-квартиры Международной организации (IMO) в Лондоне

морской

навигации – e-Navigation. Это не разработка очередного эксплуатационного стандарта на конкретное оборудование или требований по оснащению судов, а принципиально новый подход в работе IMO. Принципиальным отличием от всех предыдущих программ является скурпулезное исследование потребностей различных групп пользователей и выявление пробелов в существующей технологии навигации, включая систему контроля за движением судов. В связи с черезмерно широким спектром рассматриваемых вопросов, а также недостаточно четким изложением экономических целей программы, текущая работа международной корреспондентской группы экспертов сфокусировалась на систематизации пожеланий пользователей, а ее освещение в средствах массовой информации страдает обилием общих рассуждений и произвольных интерпретаций. Что же такое e-Navigation, какие цели преследует эта программа, и что требуется для ее реализации?

e-Navigation – это долгосрочная стратегическая программа, призванная сформулировать видение того, как будет развиваться технология морской навигации, связи, поиска и спасания, логистики и государственного контроля морских перевозок с учетом потребностей пользователей и на основе достижений технического прогресса. Важно подчеркнуть, что речь идет именно о перспективной комплексной технологии навигации, базирующейся на навигационно-гидрографическом и гидрометеорологическом обеспечении в цифровом виде, возможностях спутникового и берегового мониторинга судов, интенсивном использовании связи для обмена цифровыми данными.

1 2 3 4

Global Maritime Distress and Safety System – Глобальная морская система связи при бедствии Automatic Identification System – Автоматическая идентификационная система Long-range Identification and Tracking – Система дальней идентификации и контроля местоположения судов Voyage Data Recorder – автоматический регистратор данных рейса («черный ящик»)

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

57


Среди экономических мотивов и желаемых целей программы можно назвать следующие: Снижение расходов на поддержание, печать и доставку потребителям коллекций навигационных карт и пособий при ограниченных бюджетах гидрографических служб. В течении последних 10-15 лет традиционные методы картопроизводства вытеснены современными цифровыми технологиями. Гидрографическими службами освоен выпуск электронных навигационных карт; стоимость их корректуры, тиражирования и доставки потребителям намного ниже, чем стоимость печати, корректуры и доставки бумажных карт. Гидрографические службы заинтересованы в массовом переводе всего флота на использование карт и пособий в цифровом виде, что требует обновления и гармонизации стандартов на бортовое навигационное и коммуникационное оборудование и построения надежных и удобных систем снабжения потребителей цифровой информацией. Оптимизация физических средств навигационного оборудования (СНО) – один из побудительных мотивов начала программы. Себестоимость содержания СНО в мире постоянно растет и приближается к миллиарду долларов США в год. Компенсировать эти затраты увеличением маячного сбора почти невозможно – повлияет на конкурентоспособность портов. Международная ассоциация маячных

служб является наиболее активным участником программы e-Navigation, поскольку от успеха программы во многом зависит будующее развитие маячных служб, включая и системы управления движением судов. Необходимость повышения достоверности и точности планирования рейсов судов, участвующих в мультимодальных перевозках, повышение эффективности использования флота. Операторы мультимодальных перевозок инвестируют значительные средства в повышение достоверности расписания рейсов различных видов транспорта, участвующего в перевозке, поскольку точное выполнение расписания позволяет минимизировать затраты на перевалку и временное хранение груза, использование транспортных и людских ресурсов. Повышение достоверности расписания и оптимизация маршрута и режима движения судов с целью экономии топлива является существенным ресурсом снижения издержек почти всех операторов судов. Упрощение процедур обязательных докладов при одновременном повышении информированности береговых и портовых властей. Количество обязательных докладов различным береговым службам с внедрением AIS не только не уменьшилось, но постоянно растет, причем именно в акваториях наиболее оживленного судоходства – в проливах и на подходах к портам, где нагрузка на судоводителя максималь-

Пространственное распределение картированных мест кораблекрушений

58

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


Трехмерное изображение пролива Гибралтар – иллюстрация того, что можно получить на основе различных данных: карт, спутниковых данных, трехмерной радиолокационной съемки ная. В то же время, контроль судоходства национальными властями объективно необходим. В качестве возможного решения проблемы рассматривается вариант «единого окна», при котором оператор судна предоставляет информацию береговым властям, используя наземную инфраструктуру связи, а мониторинг фактического движения судна осуществляется посредством AIS, в том числе – космического базирования. Достижение этой цели связано с возможностью составления достоверного расписания движения судна в условиях меняющихся внешних воздействий и построения соответствующей информационной системы, но также сильно зависит от организационно-административных решений на основе международных соглашений. Обеспечение безопасности судоходства и повышение эффективности мер по защите окружающей среды. Эта цель в контексте программы в первую очередь предусматривает повышение информированности судоводителя при планировании и выполнении рейса от пирса до пирса без информационной перегрузки. Помимо уже ставших привычными электронных карт для достоверного планирования рейса и безопасного его выполнения требуется мно-

го другой информации, которая в ближайшей перспективе будет предоставляться в виде цифровых данных. Бортовые системы навигации должны быть способны принять эти данные, преобразовать их в полезную и не протеворечивую информацию и отобразить в виде, однозначно восприни маемом обученным судоводителем. Основной фокус должен быть направлен на создание систем, спроектированных на основе принципов Human centric design – расширенных понятий эргономики, включающих интуитивно понятный человеко-машинный интерфейс, профессионально-ориентированную логику (в отличие от вызова отдельных функций системы), устойчивость к ошибкам ввода данных, автоматический отбор и представление информации в контексте навигационной ситуации и т.п. Этот список объективных нужд участников судоходной отрасли и ее навигационно-гидрографического и гидрометеорологического обеспечения приводит к выводу о том, что основной тренд развития технологии навигации направлен на ее информационное обеспечение в цифровом виде, и именно так сформулировано определение, данное IMO для e-Navigation.

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

59


Достижение этих целей обещает впечаляющие результаты для морской и речной транспортной отрасли. Особое внимание, по мнению автора, необходимо обратить на следующие фундаментальные задачи, без решения которых невозможно достижение целей программы:

Надежность основных компонентов электронной навигации Живучесть координатно-временного обеспечения навигации. Известно, что в силу низкого соотношения «сигнал/шум» на входе антенны приемника глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), эта основная система автоматического определения места потенциально подвержена случайному или преднамеренному подавлению. Отмечены случаи кратковременного массового отказа или деградации приемников ГНСС при сильных вспышках на Солнце, а также преднамеренного локального подавления сигнала в течении длительного времени. Лабораторные исследования подтвердили возможность преднамеренного «правдоподобного» искажения навигационных параметров с сохранением признака достоверности сигнала. Понятно, что без решения этой задачи дальнейший прогресс в области электронной навигации может быть ограничен только частными решениями на региональном уровне. Обсуждаются различные методы решения проблемы, в том числе – развертывание нового поколения радионавигационной системы e-Loran, разработка приемлемой по стоимости интегрированной системы на основе бесплатформенных инерциальных систем и приемников ГНСС, использование новых NT-радаров и бортовых видеопеленгаторов e-Pylorus для автоматического мониторинга места по береговым ориентирам, повышение уровня сигнала новых поколений спутников ГНСС, модернизация широкозонных дифференциальных систем и т.п. Обеспечение качества цифровой навигационной информации, в первую очередь – электронных навигационных карт. Сегодня электронные карты в большинстве своем – реплика бумажных родителей, некоторые из которых созданы на основе гидрографических съемок начала предыдущего века. В коллекции Британского Адмиралтейства более 500 карт, для которых невозможно определить датум – геодезическую систему координат. Срок доведения навигационной информации до судоводителей через «Извещения мореплавателям» составляет в среднем по миру около двух месяцев с момента, когда она стала известна гидрографической службе, а файлы корректуры электронных карт создаются на основе «Извещений мореплавателям». Карты различных масштабов часто не гармонизированы между собой и не согласованы в пределах масштабного ряда. Адекватность покрытия (наличие официальных карт необходимого масштаба) отдельных районов Мирового океана электронными картами пока недостаточна для полного отказа от бумажных карт. Существующие стандарты

60

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

не предусматривают индикацию точности прокладки места судна на электронной карте с учетом точности самой карты в геоцентрической системе координат, в связи с этим большинство судоводителей передоверяют информации, отображенной на экране. Отметим, что для практических целей важна точность места судна, проложенного на карте. В связи с этим задача повышения качества электронных навигационных карт по своей важности аналогична задаче обеспечения надежности и живучести координатно-временного обеспечения. Надежность навигационных систем поколения e-Navigation. Все современные навигационные системы – это компьютеры со специальным программным обеспечением. Процедуры одобрения типа навигационного оборудования предусматривают достаточно жесткие и дорогие испытания механической надежности, устойчивости к воздействию агрессивной среды, защиты от влаги, электромагнитной совместимости. В то же время, программное обеспечение систем проверяется только на правильность выполнения функций, заявленных производителем. При этом никак не контролируется надежность продолжительного функционирования программного обеспечения при различных комбинациях значений аттрибутов, что не позволяет сделать обоснованное заключение о потенциальной надежности всей системы. В этой связи представляется целесообразным заимствование методов разработки и испытаний программного обеспечения, применяемых в авиации и других критичных областях техники, с детальным анализом структурной надежности программного обеспечения, созданием тестирующих роботов, дистанционной диагностики навигационных систем. Дополнительного обсуждения требует существующий сегодня порядок сертификации бортового оборудования для обеспечения оперативной замены программного обеспечения при выявлении ошибок или необходимости замены библиотек отображения информации. Таким образом, одна из основных задач e-Navigation – снижение зависимости судоходства от физических средств навигационного оборудования и, соответственно, – экономия сотен миллионов долларов, может быть решена только при положительном разрешении проблемы надежности основных компонентов электронной навигации. Для России, все внутренние водные пути и значительная часть морских районов судоходства которой находятся в северной климатической зоне, задача снижения зависимости от физических средств навигационного оборудования особенно актуальна, поскольку ее решение позволит не только сократить затраты на установку и обслуживание плавучих СНО, но и расширить навигационный период на внутренних водных путях.


Ходовой мостик, организованный по принципу интегрированных мостиковых систем, круизное судно «Jewel of the Seas», Royal Caribbean cruising line

Информационное обеспечение судоходства Дальнейшее развитие навигационной техники связано с все возрастающим использованием различной навигационной информации в цифровом виде. Более того, принципиально новое качество навигационной технологии для решения задач оптимизации морских перевозок при одновременном повышении безопасности судоходства невозможно без автоматической обработки значительных массивов динамичной информации, что предполагает кардинальное изменение навигационно-гидрографического и гидрометеорологического обеспечения. Выбор модели данных, стандартизация на международном уровне форматов и протоколов передачи информации приобретают ключевое значение для дальнейшего развития как операторов флота, так и для всех служб обеспечения судоходства. Для всех приложений e-Navigation принята модель данных, разработанная Международной гидрографической организацией в рамках нового стандарта S-100. В основу этого стандарта положена серия 19.*** стандартов геоинформационных систем Международной организации по стандартизации (ISO) и спецификаций консорциума производителей геоинформационных систем OGC (Open Geospatial Consortium). Для конкретных цифровых продуктов разрабатываются собственные спецификации, например – стандарт S-101 определяет спецификацию электронных навигационных карт, S-102 – батиметрических карт, S-103 – навигационных публикаций в цифровом виде и т.д.

Архитектура перспективных бортовых систем навигации. Многообразие различных приборов на мостике, часто дублирующих однотипную навигационную информацию и, в то же время, нередко предоставляющих несогласованные данные, необходимость адаптации сменных экипажей к новому для них оборудованию справедливо отмечается как один из факторов информационной перегрузки вахтенного офицера или недостаточного владения оборудованием, и, как следствие, – ошибок при принятии решений по управлению судном. Перспективные бортовые навигационные комплексы будут строиться на основе концепции интегрированных навигационных систем, масштабируемых для различных классов судов, приемлемой цены, размеров поста управления. Обязательными компонентами таких систем будут: подсистема координатно-временного обеспечения повышенной живучести; защищенные коммуникационные каналы передачи данных; многофункциональные дисплеи, в зависимости от текущей установки реализующие функции радара; ECDIS; системы автоматизированного планирования рейса, управления системой судовых сообщений, единого центра конфигурации системы и ввода исходных параметров и т.п. Активно обсуждается идея разработки стандартых интерфейсов пользователя для типовых функций (радар, ECDIS и т.п.), включаемых по требованию пользователя и игнорирующих текущие конфигурации.

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

61


Внедрение принципа «одного окна» для выполнения требований по обязательным докладам и предоставления судовой и грузовой документации властям порта захода. Идея заключается в том, что в нормальных условиях детальный план рейса в цифровой форме, электронные документы судна и груза, а также постоянный мониторинг судов с помощью AIS не должны требовать дополнительных докладов по пути движения судна при входе в порт и представления индивидуальных документов различным службам в порту захода – все документы могут быть заранее переданы судоходной компанией с использованием береговой связной инфраструктуры. Конечно, решение этой задачи лежит в административно-политической плоскости; в рамках программы e-Navigation предполагается разработать предложения по технической реализации. Автоматизация планирования рейса Детальная проработка перехода в соответствие с Резолюцией IMO А.893 (21) до сих пор остается одной из ключевых задач навигации, наиболее трудно поддающейся автоматизации. Подбор карт и пособий, их корректура, предварительная прокладка маршрута с учетом маневренных свойств судна, течений, приливов, оценка запаса воды под килем при ожидаемой осадке, подбор береговых ориентиров, получение и анализ прогноза погоды и возможная корректировка маршрута, изучение лоции, правил плавания и правил порта, расчет расписания и компасных курсов с учетом течений, ожидаемой видимости, ��еобходимого запаса топлива и воды, составление обязательного плана перехода – если все делать тщательно, то при сокращенных стоянках в порту времени на проработку длинного маршрута не хватает даже с использованием ECDIS. Все больше отмечается аварий, первопричиной которых названо отсутствие надлежащей проработки перехода (самая громкая – касание контейнеровозом опоры моста в бухте Сан-Франциско). Понятно, что только наличие всей необходимой информации в цифровом виде позволит решить эту задачу. Коммуникационные каналы и средства связи Наличие коммуникационных каналов необходимой пропускной способности, доступных по стоимости для

Разлом корпуса судна на волнении из-за неучета погодных условий плавания

62

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

широкого круга потребителей – необходимое условие реализации всего проекта. Обсуждается использование следующего поколения AIS, передача данных по коналу VHF, широковещательный канал для передачи MSI (maritime safety information) в полосе 500 кГц (495-505), спутниковые каналы связи, коротковолновый диапазон для обеспечения связи в удаленных районах Арктики и Антарктике.

Национальные программы На уровне IMO программа e-Navigation находится на стадии оценки функциональных решений, ранее сформулированных рабочей группой. Более важными сейчас, с нашей точки зрения, являются национальные программы, уже принятые рядом ведущих стран, призванные сконцентрировать ресурсы и усилия на подготовке инфраструктуры обеспечения перспективной технологии навигации, и тем самым обеспечить существенные конкурентные преимущества для национальных экономик при внедрении результатов программы. В Швеции, Норвегии, Канаде, Японии, Южной Корее такие национальные программы реализуются в рамках существующей структуры государственных органов, отвечающих за обеспечение безопасности мореплавания. В рамках Европейского союза ведутся научно-исследовские программы в области e-Navigation на гранты ЕС. В Англии инициирована работа по возрождению радионавигационной системы e-Loran, и это направление активно продвигается как рабочее решение для обеспечения надежности координатно-временного обеспечения навигации (по мнению автора, это решение не является универсальным, продвигается как коммерческий проект). В США национальная программа по созданию инфраструктуры e-Navigation принята на уровне Президента, подписавшего директиву по созданию специального координирующего органа – Комитета по морской транспортной системе (CMTS), исполняющего функции секретариата программы. Программа называется e-Navigation Strategic Action Plan, и, что особенно интересно для условий России, включает также развитие инфраструктуры информационных систем речного судоходства и ее интеграцию с инфраструктурой информационного обеспечения морского судоходства. Работы, предусмотренные программой, должны выполняться федеральными агентствами в рамках их бюджетов. Стратегический план предусматривает участие Береговой охраны США, Корпуса армейских инженеров, Национальной администрации атмосферы и океанов (NОАА, включает национальную гидрографическую службу, гидрометеорологическую службу, исследовательские подразделения, региональные офисы; относится к ведению Министерства торговли), Национальное управление безопасности перевозок, Морскую администрацию, Аппарат Океанографа ВМФ, Администрацию исследований и инновационных технологий и, собственно, секретариат CMTS. Безусловно, такая обширная программа не могла бы


появиться без осознания ее стратегической важности для экономики и безопасности высшим руководством страны. Представляется, что России требуется аналогичная федеральная целевая программа, которая позволила бы сфокусировать имеющиеся средства как на решении задач перспективного комплексного развития технологии навигации, так и на создании необходимой национальной инфраструктуры устойчивого информационного обеспечения e-Navigation. В настоящее время в рамках ФЦП «Мировой океан», «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС», «Развитие гражданской морской техники», «Развитие транспортной системы России» и ряда других финансируются различные НИОКР, которые могут иметь отношение к технологии навигации будущего. Однако отсутствие единого координатора такой программы и, собственно, самой программы не позволит достичь результатов, необходимых для создания достойного задела в этой области. Например, в рамках ФЦП «Глобальная навигационная система» проводились самые масштабные со времен Советского Союза работы по картографированию внутренних водных путей, создана впечатляющая коллекция электронных навигационных карт, отработаны современные технологии съемки. Однако создание распределенной инфраструктуры поддержания карт в актуальном состоянии и системы доведения современной навигационной информации до потребителя, кадровое обеспечение этой деятельности во всех

регионах страны остались за рамками программы. Ситуация усугубляется постоянным реформированием гидрографической службы и ее хроническим недофинансированием, разделением функций навигационно-гидрографического обеспечения (НГО) между двумя ведомствами без четкого районирования зон ответственности и определения тех функций, которые объективно должны быть централизованы. Требует совершенствования и национальная нормативноправовая база НГО, в том числе – специальный порядок определения роялти за использование динамичной навигационной информации, включающей помимо навигационных морских и речных карт постоянный сервис по их корректуре, навигационные пособия и публикации, срочные навигационные сообщения и т.д. Современное развитие навигации, обозначенное в стратегической программе Международной морской организации и уже реализуемое на уровне национальных программ в развитых странах, требует адекватных решений и в России. Оптимальным видится создание, в соответствии с Морской доктриной Российской Федерации, единой гидрографической службы и утверждение новой Федеральной целевой программы, направленной на разработку отечественных инновационных технологий в области электронной морской и речной навигации и необходимой национальной инфраструктуры для устойчивого информационного обеспечения флота.

Антенное оборудование систем спутниковой связи Инмарсат и навигационных систем

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

63


НАВИГАЦИЯ АВТОНОМНЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДА SLAM Успехи в разработках силовых установок и технологий аккумулирования энергии привели к увеличению дальности плавания автономных аппаратов. Ограничивающим фактором при управлении современным автономным подводным аппаратом все еще является точность системы навигации [1-5]. Этот фактор усложняет осуществление длительных миссий обследования, требующих точного позиционирования. Любая система навигации, обеспечивающая точную навигацию подводного аппарата, должна использовать внешнюю привязку. Существуют различные методы обеспечения этой привязки (GPS или другие способы радионавигации), но в подводной среде эти методы оказываются неприменимыми. Перед разработчиками современной морской автономной робототехники стоит задача разработки методов навигации, недорогостоящих в смысле развертывания, и, вместе с тем, не требующих значительного отклонения аппарата от миссии. В статье предлагается использование алгоритма одновременной локализации автономного подводного аппарата и картографирования местности (SLAM), позволяющего существенно повысить точность позиционирования аппарата по сравнению с точностью инерциальных систем навигации. ФНПЦ ОАО «Научно-производственное объединение «Марс»* Москва Н.В. Лучков, Т.Н. Масленникова А.С. Корсунский, А.В. Маттис * ОАО Концерн «Моринсис-Агат»

64

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


Позиция автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА), определенная точно изначально, может быстро стать неопределенной из-за вариаций его движения. Это явление может быть уменьшено посредством использования датчиков ускорения, направления и скорости, однако датчики не могут быть реализованы с любой желаемой точностью. Во время длительных миссий отклонения становятся значительными. Сильные течения и другие подводные явления, которые влияют на движение аппарата, но не могут быть точно смоделированы, приводят к еще большим погрешностям. Если положение подводного аппарата не имеет внешней (координатной) привязки, то ошибки определения текущего положения будут неизбежно нарастать в процессе движения. Методы, необходимые для надежной геофизической навигации, исследованы еще не полностью, и сложная природа подводной обстановки говорит о необходимости применения помехоустойчивых классификаторов, таких как нейронные сети, которые могут работать при неполных данных. Эти наблюдения могут быть использованы при навигации в других сложных ситуациях, где система GPS недоступна. Использование инерциальных и акустических систем, при общем ухудшения точности навигации, ограничено их доступностью по стоимости, а также дальностью действия АНПА. Геофизические методы, основанные на выделении и оценивании координат локальных неоднородностей на подстилающей поверхности, предполагают потенциально более дешевую и точную навигацию путем использования имеющихся карт территории миссии АНПА. Однако требования наличия карт и сложности, связанные с распознаванием признаков, также ограничивают использование этих методов. Радикальное увеличение дальности действия существующих акустических систем маяков может решить задачу, однако энергетические ограничения и точность пришедших издалека акустических сигналов делает это маловероятным. В подводной навигации на дальних расстояниях следует использовать данные локальной обстановки АНПА, в этом случае точность навигации неизбежно стабилизируется благодаря наличию особенностей (ориентиров). Таким образом, наибольшую перспективу имеют исследования в области методов навигации с применением автоматического выделения признаков и их идентификации при помощи датчиков сонаров, что дает наивысшую точность и дальность действия в подводных условиях. Автоматизация распознавания ориентиров является в настоящее время актуальной проблемой, в особенности при реализации всех алгоритмов SLAM, поскольку они зависят от надежной идентификации подходящих признаков (особенностей) из различных положений АНПА. Так как природа подходящих ориентиров варьируется в зависимости от датчиков и среды, окружающей АНПА, то предложенные методы зачастую подходят лишь в частных случаях. Автоматическое распознавание естественных подводных признаков является особенно трудным, потому что они не могут быть описаны посредством простых геометрических форм без задержки.

SLAM – Simultaneous Localization And Mapping – метод одновременной навигации и построения карты используемый роботами и автономными транспортными средствами для построения карты в неизвестном пространстве или для обновления карты в заранее известном пространстве с одновременным контролем текущего местоположения и пройденного пути. Метод одновременной навигации и построения карты – это концепция, которая связывает два независимых процесса в непрерывный цикл последовательных вычислений, при котором результаты одного процесса участвуют в вычислениях другого. Одной из новых идей является использование анализа последовательности изображений, получаемых с сонаров, для реализации алгоритма SLAM.

Принцип действия алгоритма SLAM [3,5] заключается в обнаружении объектов с помощью сонара, определении оценок координат этих объектов, а также уточнения оценок координат АНПА. Для исследования эффективности предложенных алгоритмов в ФНПЦ ОАО «НПО «Марс» в инициативном порядке разработан моделирующий комплекс, позволяющий проводить моделирование работы системы управления АНПА в различных условиях. Рассмотрим прямолинейное движение аппарата с использованием для навигации доплеровского измерителя скорости. В этом случае модель движения в общем виде можно записать: . Использование алгоритма SLAM предполагает наличие нескольких наблюдаемых ориентиров. При этом в вектор состояния системы включаются как координата и скорость объекта, так и координаты ориентиров. Точное положение ориентиров заранее неизвестно и оценивается в процессе работы алгоритма. При этом вектор состояния будет содержать следующие компоненты: где Xk , Yk – географические координаты положения АНПА, Vxk, Vyk – компоненты скорости АНПА, axk, ayk – компоненты ускорения АНПА, X1k, Y1k – географические координаты положения неподвижного объекта. Для оптимального оценивания состояния объекта в дискретном времени воспользуемся уравнением Калмана [2]: Основным показателем качества оценивания здесь являются компоненты ковариационной матрицы ошибок

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

65


фильтрации, определяемые как экстраполированная ковариационная матрица: Вектор наблюдений запишется в виде: где n–k – погрешность измерения, дисперсия которой задана. В нашем случае будет присутствовать четыре компоненты вектора наблюдения: Zax, Zay – компоненты наблюдения ускорения с датчика инерциальной навигационной системы (ИНС) АНПА; Zx1 и Zy1 – наблюдения, получаемые от сонара, соответствуют выходным данным сонара. Для нашего случая вектор наблюдений запишется следующим образом: Определение местоположения АНПА с использованием стационарных опорных объектов

Моделирование работы системы управления АНПА по заданному сценарию

66

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

где naxk, nayk, nx1k, nx1k – погрешности измерения ускорения и скорости, имеющие нормальное распределение. Аналогичным образом можно записать все выражения и для случаев, если обнаруживается несколько объектов. В ходе исследований необходимо учитывать, что для миссий малой продолжительности – до 10 км – калиброванные ИНС могут обеспечить достаточную точность обследования независимо от пройденного аппаратом пути. Точность может быть улучшена с помощью акустических или DVL-систем навигации. Для миссий на большие расстояния – до 100 км – путь, пройденный АНПА, сильно влияет на точность навигационной системы, используемой в аппарате. Рассматриваемые методы корректируют постепенно увеличивающиеся неточности положения аппарата, когда он возвращается на ранее посещенную территорию. Это непременно выполняется для любого метода, в котором используется карта, построенная в процессе миссии. К тому же, чем дольше робот будет перемещаться по исследуемой территории, тем точнее будут становиться координаты ориентиров (маяков), а значит – точнее будут становиться координаты робота с точки зрения вероятности. То есть, если путь аппарата содержит много точек пересечения, то данные методы картографирования будут работать хорошо. И наоборот, если аппарат следует по линейному пути или по одной большой петле, то данные методы дают лишь ограниченное улучшение за счет последовательного совмещения ориентиров местности и не улучшат значительно качество навигации миссии. В этом случае необходимо применять другие методы определения координат. Для миссий на расстояния более 100 км реализация точной навигационной системы более сложна; наилучшие ИНС будут подвержены значительному дрейфу на таких расстояниях. Развертывание сети маяков на таких больших территориях непрактично, и количество ориентиров, используемых методом SLAM, на таких больших территориях требует применения таких методов как быстрый SLAM (FastSLAM) или


SLAM с постоянным временем с целью уменьшения объема вычислений [7, 8]. При таком сценарии системы геофизической навигации являются единственным приемлемым способом обеспечения точной навигации в процессе миссии. Однако доступность подходящих карт ограничивает этот метод лишь прибрежными территориями и другими областями, которые уже были тщательно обследованы. Известные методы SLAM позволяют существенно повысить точность позиционирования автономного подводного аппарата по сравнению с точностью инерциальных систем навигации. Использование этого метода в полном объеме приводит к большим вычислительным затратам, которые растут экспоненциально по мере увеличения числа точек на составляемой карте. Если в процессе движение АНПА нас не интересует карта окружающей местности, а требуется только повысить точность определения координат

аппарата, то требования к вычислительным возможностям бортовой ЭВМ существенно снижаются. Использование алгоритма SLAM предполагает наличие нескольких наблюдаемых ориентиров. При этом в вектор состояния системы включаются как координаты аппарата, так и координаты ориентиров. Точное положение ориентиров заранее неизвестно и оценивается в процессе работы алгоритма SLAM с помощью алгоритма Калмана [2]. При этом обычно предполагается, что ориентиры являются точечными и неподвижными. В реальных ситуациях эти предположения не всегда справедливы, например, при отражении сигнала сонара от протяженных объектов при смене ракурса ориентира относительно АНПА. Это приводит к снижению точности навигации, и возникает задача селекции неподвижных ориентиров, похожая на задачу о раскладке, которая решается с помощью последовательного статисти-

Обнаружение и классификация подводных объектов

Задание миссии АНПА на основе карты рельефа дна

Моделирование работы установленных на АНПА

TV-камер

и

эхолотов,

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

67


ческого анализа. Однако этот метод не является рекуррентным, что приводит к усложнению процедуры селекции. Предлагается другой подход для решения этой задачи. Как известно [2], в процессе работы алгоритма Калмана вычисляются экстраполированные значения положения ориентира и его оценка, полученная в результате очередного наблюдения. Кроме того, в этом алгоритме определяется и дисперсия ошибки фильтрации положения ориентира. Если разность между экстраполированным значением положения ориентира и его оценкой на нескольких шагах фильтрации по модулю становится больше некоторого порогового значения, то этот ориентир заменяется на другой. Таким образом, применение алгоритма SLAM позволяет снизить ошибку позиционирования за счет уточнения координат положения автономного подводного

аппарата на основе текущих оценок собственных координат и координат характерных точек, наблюдаемых на рельефе местности. Описанный алгоритм автономной навигации подводного объекта, основанный на известных методах рекуррентного оценивания случайных процессов, позволяет в ряде случаев существенно снизить вычислительные затраты при определении координат АНПА. Полученные результаты могут быть применены при проектировании перспективных систем навигации подводных аппаратов. Результаты исследования могут использоваться при батиметрической съемке и механическом измерении координат в прибрежных водах, например, при выполнении задач защиты портов; при длительных глубоководных обследованиях; во время ремонтных миссий, таких как съемка трубопроводов или кабелей.

литература 1. Васильев К.К. Методы обработки сигналов. – Ульяновск: УлПИ, 1990. – 96 с. 2. Васильев К.К., Гурман Д.А. Разработка и моделирование алгоритмов навигации АНПА. // сб. докладов НТК «Интегрированные системы управления». – Ульяновск: ФНПЦ ОАО «НПО «Марс», 2011. – С. 93-96. 3. Васильев К.К, Пунцев А.Ю. Использование алгоритмов SLAM при позиционировании подводных автономных аппаратов // Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа – Ульяновск, 2011. 4. Herbert B., Ess A., Tuytelaars T. Luc Van Gool SURF: Speeded Up Robust Features // Computer Vision and Image Understan-ding (CVIU). – No. 3. – 2008. – С. 346-359. 5. Lowe D. G. Distinctive Image Features from Scale-Invariant Keypoints // International Journal of Computer Vision. – No. 2. – 2004. – С. 91-110.

68

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


РЕКЛАМА Автоматизированные системы, программное и техническое обеспечение ФНПЦ ОАО «Научно-производственное объединение «МАРС»

www.npomars.com

432022, Россия, Ульяновск, ул. Солнечная, д. 20 +7 8422 52-47-22, +7 8422 55-30-23

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

69


ЭЛЕМЕНТЫ НАВИГАЦИОННОГО И ПОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

УНИФИЦИРОВАННАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ W-ДИАПАЗОНА ВОЛН ДЛЯ ЗАДАЧ КОНТРОЛЯ АКВАТОРИИ МОРСКОЙ И РЕЧНОЙ НАВИГАЦИИ В обзоре рассмотрены возможности применения в общей системе оборудования радиолокационной станции W-диапазона для решения современных задач контроля акватории, а также обеспечения ряда аспектов судовождения. Приведены радиолокационные изображения, полученные экспериментальной станцией.

ОАО «Научно-производственное предприятие «Радар ммс»* Санкт-Петербург С.В. Ганов Т.М. Ганова В.А. Климентьев О.А.Сидоров

* участник технологической платформы «Освоение океана»

70

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

В настоящее время быстрыми темпами продолжают совершенствоваться и развиваться системы обеспечения автоматизированного контроля акваторий, решающие задачи: • предотвращения несанкционированного проникновения людей и судов на охраняемую акваторию; • управления движением и перемещением судов по акватории для обеспечения безопасности жизнедеятельности внутри объекта и предотвращения любого рода столкновений; • оптимизации процессов жизнедеятельности объектов, связанных с движением и перемещением судов по акватории. Как правило, современные системы контроля акватории строятся на многоканальной и многоспектральной основе с использованием датчиков различных физических полей – оптических, тепловизионных, магнитометрических, лазерных, гидроакустических, акустических, радиолокационных и т. п., интегрируемых в единую систему. Состав каждой конкретной системы контроля акватории определяется с одной стороны совокупностью задач решаемых системой


контроля в зависимости от заданного уровня сложности обстановки в контролируемой зоне, с другой стороны – техническими возможностями каждой из подсистем; при этом минимизируется количество подсистем с одновременным допустимо-возможным расширением их функций [1]. Особое внимание при построении систем контроля акватории уделяется радиолокационным станциям (РЛС), как одной из составных частей системы. Широкое применение РЛС обусловлено, прежде всего, всепогодностью и круглосуточностью работы (в темное время суток, в условиях тумана и выпадающих осадков), а также потенциальной возможностью автоматического обнаружения надводных объектов в широком секторе азимутальных углов (вплоть до кругового обзора) за минимальное время (единицы секунд). В интегрированной системе контроля акватории РЛС могут использоваться как автономно, так и совместно с другими, в первую очередь – оптико-электронными средствами. Целесообразность использования РЛС совместно с оптикоэлектронными средствами вызвана проблемами, связанными с возможностью уверенной идентификации в РЛС цели только по таким параметрам, как геометрические размеры и скорость, в то время как в оптико-электронных средствах эта задача решается в более широких пределах. Задачи РЛС в интегрированной системе контроля акватории могут быть определены следующим образом: • обзор в выделенной зоне ответственности (в простых метеоусловиях – совместно с оптико-электронными системами, в сложных – автономно) с круглосуточным и всепогодным получением радиолокационного изображения контролируемой территории с разрешающей способностью по азимуту и дальности, обеспечивающей раздельное обнаружение целей; • максимально возможная степень автоматизации; • идентификация целей при автономной работе РЛС; • определение координат и параметров движения цели, выдача данных для беспоискового обнаружения целей оптико-электронными средствами (в совместном режиме) или непосредственно оператору системы контроля акватории при автономной работе РЛС; • обеспечение электромагнитной совместимости РЛС с другими подсистемами. Объектами контроля для РЛС могут выступать неподвижные и движущиеся цели: • корабли, суда различных классов и тоннажей; • плавсредства различного назначения (лодки, плоты, катера, аквабайки и т. п.); • пловцы; • буи, бакены и т. п. Основными техническими требованиями, предъявляемыми к такой радиолокационной станции, являются: • диапазон рабочих дальностей от 0,1 до 6…10 км; • диапазон измеряемых скоростей 0…100 км/ч; • период обновления информации 1…2 с.

• точности измерения дальности, угловых координат и скорости движения цели должны быть достаточными для раздельного обнаружения целей, как между собой, так и на фоне водной и береговой поверхности, а также на фоне стационарных объектов в пределах контролируемой зоны. По сравнению с ранее освоенными диапазонами дециметровых и сантиметровых волн, аппаратное освоение коротковолновой части миллиметровых волн (3 мм ДВ) позволяет реализовать РЛС, обладающие качественно иными параметрами: • высокое разрешение по угловым координатам возможно получить на апертурах антенн, в десятки раз меньших, чем в сантиметровом и дециметровом диапазонах длин волн, что качественно уменьшает массо-габаритные характеристики РЛС, повышает возможности их размещения, а также азимутальную разрешающую способность при тех же апертурах; • в результате ряда натурных экспериментальных работ зафиксирован существенный рост радиолокационного контраста типовых объектов обнаружения относительно подстилающей поверхности, особенно водной, а также эффективной поверхности рассеивания типовых объектов и отражателей, в том числе сложных [2, 3]; • обеспечивается упрощение реализации электромагнитной совместимости и помехозащищенности, связанное, прежде всего, с высокой пространственной избирательностью и крайне небольшой номенклатурой радиоэлектронных средств, работающих в трехмиллиметровом диапазоне волн. Возможно получение высокого разрешения по дальности (до 1 м) при уменьшении длительности импульса (до 6-10 нс) и эффективной цифровой обработке принятого сигнала, в том числе фазокодоманипулированного, что, в свою очередь, позволяет существенно уменьшить среднюю мощность излучения, то есть упростить передатчик РЛС. Вышеперечисленные свойства РЛС трехмиллиметрового диапазона волн позволяют, практически без каких-либо изменений, использовать ее для обеспечения судовождения в части [4]: • обнаружения, измерения координат и параметров движения и визуального отображения надводных движущихся и неподвижных объектов (обзор акватории) для предупреждения столкновения и обеспечения безопасности судовождения; • обнаружения и подробного визуального отображения береговой черты и прибрежных сооружений при судовождении в проливах и вблизи береговой черты (режим картографирования); • обнаружения мостов, в том числе опор мостов для безопасной речной навигации; • информационного обеспечения при групповом кильватерном проводе судов, в том числе за ледоколом (сохранение постоянной дистанции).

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

71


Рис. 1. Фотография и радиолокационное изображение судов класса «река-море»

Рис. 2. Фотография и радиолокационное изображение малых судов. Цифрами отмечены соответствующие друг другу объекты

Рис. 3. Фотография и радиолокацио��ное изображение волноломов. Цифрами отмечены соответствующие друг другу элементы волнолома

Рис. 4. Фотография и радиолокационное изображение железнодорожного моста через реку

Рис. 5. Фотография и радиолокационное изображение бакена на реке 72

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

Рис. 6. Радиолокационное изображение катера и пловца в гидрокостюме без акваланга


Применительно к задачам контроля акватории, судовождения вблизи береговой черты, безопасного судовождения, обнаружения малоразмерных плавсредств (катера, лодки), а также информационного обеспечения провода судов во льдах необходимыми и достаточными характеристиками обзорной РЛС 3 мм ДВ являются [1, 4]: • ширина диаграммы направленности антенны по азимуту и углу места ~ 0,4° x 0,8° (то есть размер антенны ~500 мм x 250 мм). При этом обеспечивается разрешение по азимуту ~ 9’ - 12’; • длительность элементарного (сжатого) импульса имп. ~ 10 нс; • точность измерения дальности (по переднему фронту) 1 м; • импульсная мощность сжатого сигнала передатчика Римп. ~ 10 мВт; • частота повторения импульсов fп ~ 20 кГц; • диапазон дальностей обнаружения 0,05-7,0 км; • тип сигнала – фазокодоманипулированный; • обработка сигнала – сжатие и когерентное накопление пачки импульсов; • возможность формирования телевизионного сигнала (радиолокационного изображения). Приведенные выше характеристики, с учетом сжатия кодированной посылки и когерентного накопления пачек импульсов, позволяют обеспечить следующие технические характеристики РЛС применительно к приведенным выше задачам: • автоматическое обнаружение маломерных плавсредств (катера, яхты, шлюпки) с эффективной поверхностью рассеивания 5 м2 в условиях тумана на

дальности не менее 1,5 км; • автоматическое обнаружение буев с установленными радиолокационными отражателями и малотоннажных судов в условиях тумана на дальности не менее 4,5 км; • обнаружение мостов с выделением опор мостов с формированием радиолокационного изображения в условиях тумана на дальности не менее 1,8 км; • измерение радиальной скорости обнаруженных объектов (в том числе впереди идущего корабля при ледовой проводке) с ошибкой не более ~ 0,5-0,7 м/с. Выполнен цикл экспериментальных исследований с использованием экспериментальной радиолокационной станции трехмиллиметрового диапазона волн, позволивший получить радиолокационные изображения типовых для РЛС морской и речной навигации объектов, примеры которых приведены на рисунках 1-6. Радиолокационная станция может быть выполнена как в варианте РЛС кругового обзора с возможностью поиска в заданном (оператором) переменном секторе углов по азимуту с косвенной стабилизацией луча в угломестной плоскости, так и в двух специализированных вариантах исполнения в части привода: кругового обзора и секторного обзора. Оценочная масса такой РЛС составляет ~ 40-50 кг, энергопотребление ~ 350-500 Вт. При необходимости обеспечения более высоких потенциальных характеристик РЛС (дальностей обнаружения типовых надводных объектов и береговых сооружений) может быть реализовано передающее устройство с более высокой импульсной мощностью, что позволит обеспечить увеличение дальностей обнаружения типовых объектов.

литература 1. Ганов С.В., Ганова Т.М., Климентьев В.А. Радиолокационная станция контроля территории 3 мм диапазона радиоволн // Вопросы радиоэлектроники. – Серия «Радиолокационная техника». – 2007. – выпуск 8. 2. Григорьев Д.В., Климентьев В.А., Медведев Д.Н. Особенности характеристик обратного рассеяния радиоволн некоторыми объектами техники в трехмиллиметровом диапазоне волн (по данным натурных экспериментов) // Доклад на XVI Всероссийском симпозиуме «Радиолокационное исследование природных сред» – Санкт-Петербург, 1998. 3. Григорьев Д.В., Красовский А.С., Шульгин И.О. Результаты радиолокационного наблюдения природных ландшафтов в трехмиллиметровом диапазоне волн (по данным натурных экспериментов) // Доклад на XVI Всероссийском симпозиуме «Радиолокационное исследование природных сред» – Санкт-Петербург, 1998. 4. Сидоров О.А., Ганова Т.М. РЛС коротковолновой части миллиметрового диапазона волн морской и речной навигации // Вопросы радиоэлектроники. – Серия «Радиолокационная техника». – 2009. – выпуск 2.

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

73


ЭЛЕМЕНТЫ НАВИГАЦИОННОГО И ПОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

ПРЕЦИЗИОННЫЕ ПЬЕЗОРЕЗОНАНСНЫЕ ДАТЧИКИ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ ИНФРАСТРУКТУРЫ БЕРЕГОВЫХ СООРУЖЕНИЙ В обзоре представлены результаты разработки в ОАО «НПП «Радар-ммс» прецизионных кварцевых пьезорезонансных микрокамертонных датчиков давления классов 0,08 и 0,02 с цифровым выходом и измерительных систем для подводных аппаратов, мореографов и для оборудования инфраструктуры береговых сооружений.

ОАО «Научно-производственное предприятие «Радар ммс»* Санкт-Петербург

Ю. В. Савельев

* участник технологической платформы «Освоение океана»

74

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

Создание современных датчиков прецизионного измерения давления морской воды, гидравлической жидкости и воздуха с высокой достоверностью результатов при длительной эксплуатации основывается на многолетних исследованиях и опыте разработок термоинвариантных блоков чувствительных элементов для датчиков давления. Методы компенсации дополнительной температурной погрешности и корпусирования чувствительных элементов обеспечивают их гидроизоляцию и стойкость к механическим воздействиям. Кварцевые пьезорезонансные датчики давления на объемных волнах имеют высокую точность измерений в широком диапазоне давлений, в том числе на начальном участке диапазона, а также долговременную стабильность калибровочных характеристик [2]. Прецизионные пьезорезонансные датчики давления, разрабатываемые в ОАО «НПП «Радар ммс», основаны на изменении резонансной частоты колебаний высокодобротного микрокамертонного кварцевого резонатора под


Рис 1. Специализированные датчики давления и пьезометры для измерения давления действием давления [1]. Подсчет частоты колебаний кварцевого резонатора в цифровом виде за счет прецизионного измерения и формирования временных интервалов позволяет достаточно просто получить точные результаты измерений без использования схем с аналогоцифровыми преобразователями, загрубляющими показания. Ведется разработка измерительных систем, включающих в себя пространственно-расположенные в зонах измерения группы датчиков давления жидкости и датчиков давления газа, компенсирующих влияние атмосферного давления или давления газа в верхних частях емкостей, что позволяет измерять как уровни жидкостей даже во вспененном состоянии, так и паровое давление водяных паров в грунтах под дорожными и инженерными сооружениями. При этом большое значение для потребителей имеет долговременная стабильность калибровочных характеристик датчиков, обеспечивающая измерение атмосферного давления в метеостанциях и контроль состояния грунтов под фундаментами в зонах вечной мерзлоты и достоверный мониторинг возникновения опасности паводков, селей и оползней. Применительно к морской тематике имеется положительный опыт использования разработанных датчиков давления для управления приборами плавания аппаратов с переменной плавучестью, для буксируемых систем, для шельфовых волнографов и для систем измерения уровня воды. Созданы датчики и системы измерения давления с по-

грешностью от верхнего предела измерения до 0,02%, включающую в себя дополнительную температурную погрешность. Широкий диапазон измеряемых абсолютных давлений определяется требованиями заказчиков и составляет от долей килопаскалей до десятков мегапаскалей. Прецизионность датчиков подтверждается измерениями с использованием калибровочного оборудования классов 0,005; 0,008 и 0,01 от измеряемой величины и высокоточных термотестов и термокамер в созданной метрологической лаборатории. Высокая точность поддержания температуры в воздушных камерах ± 0,2ºС и в водяных термостатах ± 0,01ºС является определяющим параметром при калибровке датчиков давления с температурной коррекцией. Для выявления отклонений параметров пьезорезонансных чувствительных элементов перед установкой в блоки чувствительных элементов проводится их проверка в многоканальных баротермоблоках с использованием технологического программного обеспечения. Эти работы проводятся при взаимодействии с ООО «СКТБ «ЭлПа». В процессе разработки были решены производственно-технологические вопросы корпусирования баро- и термочувствительных пьезорезонансных элементов датчиков. Ведется разработка специализированной микросхемы, параметры которой отрабатываются в составе датчиков при их испытаниях. На рисунке 1 представлены специализированные датчики давления и пьезометры для измерения давления

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

75


Рис. 2. Диаграмма приведенных погрешностей датчика по модулю их значений при различных температурах

Рис. 3. Диаграмма приведенных погрешностей по трем измерениям

и уровня морской и загрязненной воды в грунте, гидравлической жидкости в системах управления на объектах и давления воздуха для метеостанций, а также для подводных аппаратов и переносных калибраторов регламентного обслуживания и поверки датчиков давления без демонтажа на объекте. Датчик с наибольшими габаритами и массой 2 кг успешно выдержал ударные воздействия на копре К-200, что приравнивается к ударному воздействию 1000 g. На рисунке 2 приведена успешно зарекомендовавшая себя на практике своей наглядностью круговая диаграмма приведенных погрешностей датчика по модулю их значений при различных температурах. На диаграмме наружный радиус соответствует модулю предельно-допустимой погрешности |0,02| % от верхнего предела измерения 0,6 МПа датчика давления, а внутренний ограничивает полученную максимальную погрешность датчика |0,0107| % во всем рабочем температурном диапазоне датчика, то есть результирующую погрешность. Результаты исследования температурного гистерезиса при температуре 23°С датчика давления с верхним пределом измерения 0,6 МПа класса 0,02 при задаваемом аб-

солютном давлении 2500 гПа и по подходам со стороны пониженной температуры (5°С) и со стороны повышенной температуры (50°С) приведены в Таблице. Максимальная приведенная погрешность по модулю при подходе к 23°С со стороны пониженной температуры составляет 0,011% (третья строчка таблицы). На рисунке 3 полученные результаты для наглядности показаны на диаграмме модулей приведенных погрешностей по трем измерениям, что определяет ее треугольную форму. Как следует из рассмотрения диаграммы, значения модулей погрешностей не превышают значения 0,011% предельно допустимой погрешности датчика. Температурный гистерезис конкретного датчика класса 0,02 – не больше 0,055%. Таким образом: • в обеспечение потребности в прецизионных датчиках давления для морских измерительных систем подводных аппаратов и береговых инфраструктур предприятием выполняются разработки кварцевых пьезорезонансных микрокамертонных датчиков давления с цифровым выходом; • разработаны, изготовлены и исследованы прецизионТаблица

76

Давление, заданное контроллером давления, Рэ, гПа

Давление, измеренное датчиком Р, гПа

Абсолютная Приведенная погрешность измерения погрешность измерения P=Pэ - P, гПа = ( P/ВПИ)*100, %

2500

2500.3

0.30

0.005

23

2500

2500.55

0.55

0.009

5

2500

2500.67

0.67

0.011

23

2500

2500.85

0.85

0.014

50

2500

2500.42

0.42

0.007

23

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

Температура °С


• • •

ные датчики и системы измерения давления с компенсацией температурной погрешности классов 0,02 и 0,08 с использованием отечественной элементной базы; созданы метрологическая и технологическая базы, позволяющие проводить калибровку прецизионных датчиков и усовершенствовать конструкции датчиков; разрабатывается специализированная интегральная микросхема; выпущена партия опытных образцов сменных модулей калибраторов класса 0,02 для обеспечения эксплуатации датчиков давления класса 0,08 на объектах без их демонтажа для проверки; получены положительные результаты по разработке высокоточных датчиков измерения веса на основе прецизионных датчиков давления для определения распределенной нагрузки в грузовых отсеках само-

летов, корабельных и доковых палуб, а также для измерения усилия сжатия грунта в дорожном полотне («умный гравий»); • апробирована возможность создания дифференциальных датчиков давления с использованием прецизионных датчиков абсолютного давления.

ЛИТЕРАТУРА 1. Малов В.В. Пьзорезонансные датчики. – М.: Энергоатомиздат, 1989. 2. Савельев Ю.В. Опыт разработки и применения прецизионных пьезорезонансных датчиков давления // Приборы. – 2011. – №3. – С. 25-27.

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

77


К ВОПРОСУ РЕАЛИЗАЦИИ ПРИНЦИПОВ КОНЦЕПЦИИ e-NAVIGATION Концепция системы глобальной электронной навигации e-Navigation, разработка которой ведется Международной морской организацией, предполагает комплексное использование современных информационных технологий в целях обеспечения безопасности и повышения эффективности мореплавания. Основными задачами при реализации принципов данной концепции в отечественном приборостроении является совершенствование технологий обмена информацией между берегом и судами, которые позволят объединить их в единое информационное поле, а также комплексирование судового оборудования с целью совместной обработки информации и параметров движения судна, получаемых от различных источников. Рассматриваются вопросы реализации принципов концепции e-Navigation в отечественном судовом приборном оборудовании. Изложены технические решения по дооборудованию морских судов и судов класса «река-море» компонентами обеспечения электронной навигации; показаны их основные функции и модульный состав. ОАО «Центральный научно-исследовательский институт «Курс»* Москва А.В. Рогожников, Д.В. Борисовский, Ю.Л. Николаев

* ОАО Концерн «Моринсис-Агат»

78

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


Предложенная в 2007 году описательная модель e-Navigation от Международной ассоциации маячных служб (IALA) показана на рисунке 1 [2]. Реализация концепции e-Navigation (или е-Навигации - по аналогии с английским термином) дает, по крайней мере, три новых продукта в этой технологической области: Бортовые системы – навигационные системы, которые выиграют от объединения собственных судовых датчиков, подсистем вспомогательной информации, стандартного пользовательского интерфейса и комплексной системы управления. В такую систему в качестве ключевых элементов войдут система электронного позиционирования высокого уровня интеграции, электронные навигационные карты и системы анализа для снижения вероятности человеческой ошибки. Береговые системы – инновационные системы, благодаря которым будет улучшено управление судовым движением и предоставление услуг с берега. Улучшения будут достигнуты путем обработки комплексных данных от различных источников, координации обмена информацией между судами и берегом с использованием специализированных форматов, удобных для понимания и использования операторами береговых служб, обеспечивающих безопасность и эффективность судоходства. Инфраструктура специализированной связи – комплекс средств бесперебойной передачи информации между судами, судном и берегом и между береговыми службами и другими сторонами. Изначально две международные организации IMO и IALA разделили задачи определения и разработки архитектуры е-Навигации. Роль IMO в основном состоит в определении стратегических требований к архитектуре. Роль IALA подра-

зумевает разработку собственно самой технической архитектуры для берегового сегмента е-Навигации. Однако, в связи с тем, что концепция содержит требования как судовым, так и к береговым комплексам, IALA также рассматривает архитектуру е-Навигации в целом и ее береговую часть.

Компоненты обеспечения е-Навигации для дополнения интегрированных систем морских судов Основываясь на концепции е-Навигации, комплекс дополнений интегрированных систем (сокращенное название по аналогии - е-ИНС) выполняет следующие основные функции: • объединение, обработка, оценка и сопоставление данных, поступающих от всех датчиков навигационной информации; • обеспечение надежного распределения информации в системе; • комплексное графическое представление первичных навигационных данных (координаты, курс, скорость, глубина и др.), вторичной (отселектированной) информации и данных, получаемых от смежных систем и судов; одновременная визуализация нескольких процессов для одного оператора; • генерация аварийно-предупредительных сигналов о навигационных опасностях; • обработка и представление оператору данных об аварийно-предупредительных сигналах от судовых систем и оборудования; • контроль работы судового оборудования; • возможность стыковки с внешними (береговыми и судо-

Рис. 1. Описательная модель концепции e-Navigation [2] No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

79


В рамках работ, проводимых в ОАО «ЦНИИ «Курс», в настоящее время создаются опытные образцы компонентов обеспечения е-Навигации для дополнения интегрированных навигационных систем для морских судов и судов класса «река-море». Данные образцы послужат базой для проведения дальнейших работ по созданию судовых е-Навигационных комплексов и систем, а также работ по развертыванию береговых сегментов е-Навигации в Российской Федерации. Слева: внешний вид пультовой конструкции опытного образца компонентов обеспечения е-Навигации для морских судов. Справа: элементы опытного образца компонентов обеспечения для судов класса «река-море». выми) автоматизированными системами и комплексами; • обеспечение судоводителя системами внешней и внутрикорабельной связи с коммутацией каналов, в том числе связи в Глобальной морской системе связи при бедствии и для обеспечения безопасности – ГМССБ (Global Maritime Distress & Safety System, GMDSS), широкополосной спутниковой и мобильной связи (GSM, WiMAX); • совмещение в многооконном режиме на экранах многофункциональных дисплеев радиолокационной, кар��ографической и другой информации; • контроль за собственным состоянием системы и возможность ее корректного автоматического переконфигурирования до последнего работоспособного источника информации или многофункционального дисплея.

Состав опытного образца компонентов е-Навигации для морских судов Состав навигационного оборудования и техническая структура е-ИНС для судов различного назначения и валовой вместимости определяется требованиями Российского морского регистра судоходства. Структурная схема опытного образца приведена на рисунке 2. Она включает следующие автоматизированные рабочие места: АРМ-СВ – автоматизированное рабочее место судоводителя, предназначенное для решения следующих задач: • автоматизация процессов управления судном; • обеспечение навигационной безопасности в районе плавания; • решение навигационных задач и задач обеспечения навигационной безопасности плавания (в том числе и навигационной прокладки); • обеспечение отображения навигационной и радиоло-

80

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

кационной обстановки в районе плавания судна; • мониторинга технического состояния программноаппаратных средств. АРМ-СС – автоматизированное рабочее место средств связи, предназначеное для решения следующих задач: • обеспечение судоводителя всеми средствами стандартной внутрисудовой и внешней связи, включая ГМССБ; • обеспечение устойчивой многоканальной связи с береговыми центрами Системы управления движением судов (СУДС), ГМССБ, международной автоматизированной системы оповещения НАВТЕКС (NAVTEX – NAVigational TEXt Messages, являющейся компонентом ГМССБ) для передачи данных в направлении «берегсудно», «судно-берег», «судно-судно» и поддержки работы программных модулей е-Навигации. Обработка данных осуществляется в рабочих станциях РС1 и РС2 АРМ-СВ (см. рис. 2). Данные поступают по резервируемой сети от внешних источников навигационной информации (Глобальные навигационные спутниковые системы, гирокомпас, лаг, эхолот, автоматическая идентификационная система (АИС), метеостанция и т.д.) через интеграторы навигационной информации (ИНИ1 и ИНИ2). Радарная информация поступает от навигационной радиолокационной станции в сетевой радар – процессор и далее по сети передается на входы рабочих станций. Каждая рабочая станция реализует программный комплекс многофункционального дисплея. Программный комплекс интегрирует три базовые программные системы: • электронную картографическую диалоговую систему (ECDIS, Electronic Chart Display and Information System); • радиолокационный дисплей; • систему контроля тревог.


Рис. 2. Структурная схема опытного образца е-ИНС РС – рабочая станция (вычислительный блок, монитор, клавиатура, трекбол); КАР – кнопка аварийного рестарта рабочей станции; МФД – многофункциональный дисплей; ПВНП- панель виртуальных навигационных приборов; НЖ – судовой электронный навигационный журнал; СК – система контроля собственного оборудования е-ИНС; RIB6 – сетевой модуль радар - процессора; ИНИ1, ИНИ2 - интеграторы навигационной информации.

Кроме этого опытный образец содержит дополнительные программные модули компонентов обеспечения электронной системы навигации для интегрированных навигационных систем морских судов: • модуль заказа, получения и установки электронных навигационных карт и их дистанционной корректуры посредством электронной почты; • модуль получения и отображения на электронной навигационной карте временной корректуры от приемника НАВТЕКС; • модуль получения информации о навигационной обстановке, погодных условиях, течениях, приливах от системы управления движением судов и АИС станций средств навигационного ограждения, ее нанесения и отображения на электронной карте;

• модуль автоматического создания плана перехода из порта А в порт Б; • модуль автоматической прокладки маршрута из порта А в порт Б; • модуль получения долгосрочных погодных прогнозов; • модуль автоматической прокладки маршрута в зависимости от погодных условий; • модуль оптимизации маршрута на безопасность в ледовых условиях; • модуль расчета времени выхода/входа судна из порта/в порт. • модуль передачи комплексных данных о локальной обстановке в районе судна с АРМ судоводителя в центры принятия решений по безопасности плавания, СУДС; • модуль отображения на АРМ судоводителя комплексных

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

81


Рис. 3. Схема информационного обмена информацией в соответствии с Резолюцией №60 [3]

Рис. 4. Общая блок-схема сообщения с путевой информацией 82

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


рекомендаций, вырабатываемых в центрах принятия решений по безопасности плавания (прогнозирования ледовой обстановки, оптической видимости, планирования оптимальных маршрутов перехода и проч.). В зависимости от района плавания (А1–А4), судно будет комплектоваться рабочим местом средств связи (АРМ-СС), которое включает оборудование ГМССБ и аппаратуру коммерческого радио и космической связи (прием и передача факсимильных сообщений, e-mail, подключение к сети Интернет).

Компоненты обеспечения е-Навигации для судов класса «река-море» Компоненты обеспечения е-Навигации (КОЕН) предназначены для оптимизации навигационных процессов, а также решения с помощью универсальных постов и автоматизированных рабочих мест в ходовой рубке судна и в центрах управления движением судов следующих прикладных задач: • автоматизация информационного обеспечения судоводителя для принятия управленческих решений по управлению движением судна; • автоматическое документирование обстановки и обстоятельств плавания; • осуществление информационного обмена с использованием различных телекоммуникационных технологий; • получение информации о навигационной обстановке,

погодных условиях; • передача комплексных данных о рейсе судна, его нахождении; • формирование и отображение на аппаратных средствах судна и в центрах управления движением судов путевой информации и судовых сообщений. Вышеуказанные задачи решаются КОЕН путем осуществления информационного обмена между судами и береговыми службами в соответствии с Резолюцией № 60, ECE/TRANS/SC.3/175 «Международные стандарты, касающиеся извещений судоводителям и систем электронных судовых сообщений во внутреннем судоходстве» Рабочей группы по внутреннему водному транспорту Комитета по внутреннему транспорту Европейской Экономической Комиссии, с дополнениями, а именно формирование и передачу в формате .XML путевой информации и рекомендаций судоводителям, сообщений ERINOT, ERIRSP. Схема такого информационного обмена представлена на рисунке 3 [3]. Путевая информация для судоводителей внутреннего судоходства, касающаяся географического объекта, содержит следующие информационные разделы: • обозначение сообщения; • сообщения касательно фарватера и движения судов; • информацию об уровне воды; • ледовые сообщения; • метеорологические данные. Общая блок-схема сообщения с путевой информацией представлена на рисунке 4.

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

83


Рис. 5. Структурная схема аппаратных средств КОЕН ERINOT – сообщения, передаваемые с судна в администрацию, состоят главным образом из: • транспортных уведомлений с полной информацией о рейсах груженых или порожних судов в зоне юрисдикции администрации (службы); • уведомлений о прибытии и извещений о местонахождении в шлюзах, у мостов, в пунктах передачи сообщений транспортных центров. Сообщения, называемые ERIRSP и передаваемые из администрации на судно, состоят главным образом из подтверждений передававшихся ранее уведомлений о перевозке в рамках зоны юрисдикции данной администрации и ответов на них. Для передачи данных в используются технологии GPRS, EDGE, 3G, Wi-Fi, WiMax или спутниковые технологии в зависимости от местонахождения судна. Комплексы аппаратных средств КОЕН: • береговой комплекс; • судовой комплекс. Состав берегового комплекса КОЕН: • серверы системы; • рабочие места сотрудников береговой службы; • удаленные рабочие места сотрудников береговой службы (поставщики информации); • WEB-серверы КОЕН. Судовой комплекс КОЕН разработан на базе защищенного компьютера-моноблока. На рисунке 5 представлена структурная схема аппа84

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

ратных средств КОЕН, а на рисунке 6 представлена схема циркуляции данных в КОЕН. Своевременное получение судоводителем информации о фарватере, особенностях его прохождения, запретах, погодных условиях и т. д., а также полная информация, получаемая береговыми службами от судна (в частности о пути следования, численности людей на борту, грузе) помогут в будущем избегать крупных катастроф, а также довольно часто происходящих мелких аварий и нарушений. Информированность береговых служб в части дислокации, в том числе и маломерных судов, перевозимых грузов и т.п. не только положительно скажется на безопасности и эффективности судоходства, но и создаст благоприятные условия взаимодействия с другими видами транспорта, то есть повысится эффективность логистики [4]. Благодаря полному соответствию международным стандартам, разрабатываемые технологии полностью совместимы с зарубежными аналогами. Благодаря примененным собственным технологиям в части протоколов передачи, аутентификации пользователей, автоматизации процесса передачи судовых сообщений, организации сбора информации от различных береговых служб, комплекс КОЕН имеет целый ряд преимуществ перед ними. Разработанные технические решения создают основу для внедрения судовых систем электронной навигации. Вместе с тем, необходимы разработки по созданию компонентов берегового сегмента и развитию инфраструктуры в целом.


Рис. 6. Схема циркуляции данных в КОЕН

ЛИТЕРАТУРА 1. Sub-committee on safety of navigation, 54th session, Agenda item 13. Development of an e-navigation strategy. – 25 April 2008. 2. Bohdan Pillich. Developing e-Navigation, the earlystages. – June, 2010. 3. Резолюция № 60 «Международные стандарты, касающиеся извещений судоводителям и систем электронных судовых сообщений во внутреннем судоходстве», 2007. 4. Бобков В.А., Крестьянинов В.В. Научно-технический комментарий: «Как создать речные информационные службы в Российской Федерации» – ООО МОСАР. – СПб, 2007.

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

85


СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ СУДОВ 23 августа 2013 года на судостроительном заводе «Вымпел» (Рыбинск) впервые за последние двадцать лет заложено судно на подводных крыльях нового поколения «Комета 120М» по проекту ОАО «ЦКБ по СПК им. Р. Е. Алексеева». Развитие высокоскоростного судостроения и разработка новых маршрутов для скоростных пассажирских судов позволит обеспечить решение актуальной социальной задачи – повышения транспортной доступности для населения ряда регионов России. Основные перспективы связываются с развитием пассажирских судов с динамическими принципами поддержания: нового поколения судов с воздушной каверной на днище, судов на подводных крыльях и судов на воздушной подушке. На сегодняшний день ОАО «ЦКБ по СПК им. Р. Е. Алексеева» разрабатывает концептуальные проекты с улучшенными техническими, стоимостными и эксплуатационными показателями, соответствующими или превосходящими мировой уровень. Достижение требуемых показателей на данном этапе развития невозможно без применения принципиально новых систем автоматизированного управления движением судна.

ОАО «Центральное конструкторское бюро по судам на подводных крыльях им. Р.Е. Алексеева»*

ООО «Научнопроизводственное предприятие «Анфас»*

Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН

ОАО «Научнопроизводственное предприятие «Радар ммс»*

Нижний Новгород

Саратов

Москва

Санкт-Петербург

С.В. Платонов, М.Ю. Гаранов Г.А. Дядюро, Д.Е. Орлов

О.И. Сидоренко К.С. Дистранов

М.Х. Дорри А.А. Рощин

И.Г. Анцев

* участники технологической платформы «Освоение океана»

86

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


Система автоматизированного управления движения судна – САУД – одна из наиболее ответственных систем в судовой автоматике, от качества и надежности которой зависит безопасность мореплавания и технико-экономические показатели судна. Современные САУД позволяют уменьшить потери ходового времени, снизить себестоимость перевозок, сократить численность экипажа, повысить надежность оборудования при одновременном снижении аварийности. В настоящее время ОАО «ЦКБ по СПК им. Р. Е. Алексеева» в рамках ФЦП «Развитие гражданской морской техники на 2000-2016 годы» разрабатывает ряд проектов высокоскоростных пассажирских судов, требующих установки систем автоматического управления движением (рис. 1-3), среди них, например, суда на подводных крыльях проекта 23160 «Комета 120М» и проекта 23170 «Циклон 250М», а также судно с воздушной каверной на днище «СВК 100» и другие. Проведенный анализ российского и зарубежного рынков показал отсутствие систем, подходящих для установки на данные проекты. Возникла задача проектирования новых современных систем автоматизированного управления движением.

Рис. 1. Судно на подводных крыльях нового поколения, проект 23160 «Комета»

Современные проблемы разработки САУД До недавнего времени, в течение почти двадцати лет, государственная политика в судостроительной промышленности ограничивалась рядом пассивных мер, направленных в основном на поддержание возможностей отрасли по созданию продукции в интересах национальной обороны [1]. Положение начало меняться в лучшую сторону с принятием в нашей стране Федеральной целевой программы «Развитие гражданской морской техники на 2009 – 2030 годы», а также Государственной программы Российской Федерации «Развитие судостроения на 2013 –2030 годы» [1]. Однако в указанных программах, к сожалению, не предусмотрено создание необходимых для скоростных судов с динамическими принципами поддержания отечественных датчиков динамических перемещений по типу импортных комбинированных инерциальных измерителей движений MRU-5 (фирмы Simrad Seatex) и IMU-108 (фирмы Ship Motion Control Limited), датчиков параметров морского волнения, действующих с борта движущегося судна, сертифицированных для морских условий датчиков угловых скоростей на волоконно-оптических гироскопах, а также быстродействующих судовых электрогидравлических приводов с цифровым управлением. Необходимо отметить, что в современном мире цикл проектирования судов сократился до нескольких лет. А без государственной поддержки на разработку новых систем управления выделяются не столь большие средства (чаще всего не выделяются вовсе), которые не позволяют при проектировании системы проходить все стадии исследований и испытаний. Конструктор судна не в силах оплачивать полностью стоимость разработки изделия,

Рис. 2. Судно на подводных крыльях нового поколения, проект 23170 «Циклон»

Рис. 3. Судно с воздушной каверной на днище нового поколения «СВК 100»

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

87


завод-кораблестроитель оплачивает продукт, а попытка распределить стоимость проектирования изделия на стоимость выпущенных образцов не приводит к успеху, так как не гарантируется даже мелкосерийный выпуск судов. Единственная возможность создания систем автоматизированного высоконадежного управления движением скоростных судов при финансовом, кадровом, методическом и временном дефиците в нашей стране – это разработка проекта системы с общей универсальной архитектурой и максимальной унификацией, а также создание легко перестраиваемого под разные объекты управления стендового оборудования. Исследования причин аварийности быстроходных судов показывают, что в значительном числе аварий виновным оказывается судоводитель. Отказы и сбои в современных системах управления, усложненных автоматизацией судовождения, создают нештатные ситуации, в которых человек теряется и за ограниченное время не находит правильных решений (так называемый «парадокс автоматизации» [3]). Необходимо создавать высоконадежные системы управления – безопасные, безотказные и живучие, облегчающие задачу управления судном в сложных и нештатных ситуациях и соответствующие требованиям международных и отечественных нормативных документов: правил российских Морского и Речного регистров, Технических регламентов о безопасности объектов речного и морского транспорта и соответствующих Резолюций IMO.

Как реализация проекта САВУД решает описанные проблемы? В проекте «САВУД» ООО НПП «Анфас» предлагает комплексное решение описанных проблем путем создания унифицированной системы автоматизированного высоконадежного управления (САВУД) специально для новых проектов судов. Основные требования к высоконадежному управлению движением – безопасность, безотказность и живучесть – рассматриваются как свойства структурной устойчивости сложных систем с их количественной оценкой при проектировании с помощью специализированого исследовательского стенда и программных систем алгоритмического («РДС») и функционального («Арбитр») моделирования и принятия инновационных решений по их улучшению. В результате была создана и защищена патентами РФ [4] иерархическая двухуровневая распределенная сетевая микропроцессорная система со следующими отличиями от известных систем: 1. Двухканальность вычислительной среды и рулевых приводов по каждому управляющему органу судна с одновременной работой двух дублирующих друг друга независимых каналов управления и контролем их функционирования как внутри каналов, так и на верхнем уровне управления (автомат безопасности), что позволит повысить безопасность судовождения и сократить

88

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

время реакции человеко-машинной системы на отказы. 2. Использование электрогидравлических двухканальных рулевых приводов с цифровым управлением позволит упростить конструкцию системы, облегчить ее проектирование и создать унифицированный ряд судовых рулевых приводов для скоростных судов. 3. Количественная оценка свойств структурной устойчивости системы – безопасности, безотказности и живучести – позволит заблаговременно выявить слабые места в системе, принять меры по ��х устранению и повысить качество проектирования системы [5]. 4. Наличие в составе САВУД датчиков морского волнения, основанных на бесконтактном зондировании водной поверхности с борта движущегося судна для определения высоты волны и вычисления статических характеристик волнения, позволит улучшить мореходность судна и повысить безопасность судовождения. 5. Использование малогабаритных бесплатформенных инерциальных навигационных систем БИНС по технологии МЕМС в качестве датчиков динамических перемещений судна позволит осуществить уменьшение качки и перегрузок (с помощью закрылков) и улучшит комфортность для пассажиров и команды. 6. Использование в системе противоаварийных и облегченных законов управления (с советчиком капитану) позволит учесть человеческий фактор и уменьшить износ рулевых агрегатов на волнении. 7. Реализация в САВУД идеологии пассивного пульта управления как устройства отображения информации на базе вычислителей фон Неймановской архитектуры и дублированных кнопок-табло, связанных с канальными вычислителями Гарвардской архитектуры, позволит разделить задачи качественной индикации и высоконадежного управления движением судна [6].

Базовая технология проекта Базовая технология проекта «САВУД» состоит в построении иерархической двухуровневой сетевой цифровой системы на базе резервированной двухканальной интегрированной архитектуры, включая органы управления, датчики, вычислители и приводы системы, с применением новых технических решений, направленных на повышение свойств структурной устойчивости системы: безопасности, безотказности (надежности) и живучести и проверенных на специализированном исследовательском стенде, представляющем собой базовую часть технологии проекта [7]. Разработка и создание указанного стенда, как одного из важнейших компонентов новой технологии проектирования сложных систем управления на базе инструментального комплекса «Расчет динамических систем» ИПУ РАН, позволит на ранних стадиях проектирования создавать эффективные алгоритмы управления и анализировать взаимодействие подсистем [8, 9].


Инструментальный комплекс «Расчет динамических систем» (РДС) Программный комплекс РДС позволяет: • создавать универсальные и гибкие исследовательские стенды, легко перестраиваемые под различные типы объектов и различные пульты управления; • предоставлять исследователям и операторам виртуальную среду разработки, наглядно демонстрирующую последствия воздействия тех или иных возмущений и сбоев в аппаратуре; • упростить процесс подготовки программных модулей для введения их в комплексный стенд; • строить модель стенда для обучения операторов с имитацией различных аварийных ситуаций и использовать его в качестве тренажера-прототипа; • существенно сократить время проектирования автоматизированных систем управления; • разрабатывать и проверять алгоритмическое и программное обеспечение для современных систем управления объектами, работая с реальными устройствами в режиме полунатурного моделирования; • применять современные методы теории управления к разработке и совершенствованию систем управления. На рисунках 4, 5 и 6 приведены фрагменты стенда, построенного средствами РДС для разработки алгоритмов управления судами на подводных крыльях. В ходе моделирования возможно отображение вектора результирующих сил, а также составляющих результирующего момента и угловые скорости относительно трех осей судна.

Рис. 4. Внешний вид интерактивной модели пульта управления системы автоматизированного управления движением судна и модели штурвала

Рис. 5. Отображение положения судна на подводных крыльях в трехмерном пространстве

Рис. 6. Моделирование выхода судна на подводных крыльях на крыльевой режим

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

89


Имеющиеся у организаций-разработчиков судостроительной промышленности стенды для разработки и моделирования корабельных систем управления, как правило, являются уникальными программными продуктами и, в связи с этим, обладают рядом ограничений. Основное из них состоит в недостаточной универсальности и невозможности использования на аналогичных объектах без серьезных доработок и привлечения высококвалифицированных программистов. Создаваемый в рамках проекта «САВУД» исследовательский стенд свободен от указанных недостатков (см. видеоролик [10]). Он позволит анализировать работу системы управления и синтезировать алгоритмы управления движением объектов в различных режимах и возникающих аварийных ситуациях в условиях различных

ветро-волновых воздействий. В результате существенно сокращается время проектирования и значительно упрощается перенастройка стенда на новые объекты управления. Таким образом, решается задача создания полномасштабного стенда для разработки и отладки алгоритмического и программного обеспечения бортовых управляющих комплексов различного назначения [11]. Предложенная технология проектирования позволяет создавать в современных условиях высоконадежные системы управления, способные обеспечить требуемую безопасность и унифицировать системы управления под разные типы судов. На базе этой технологии будет создан ряд систем управления для установки на перспективные высокоскоростные суда.

ЛИТЕРАТУРА 1. Государственная программа Российской Федерации «Развитие судостроения на 2013 - 2030 годы» 2. Скороходов Д.А. Системы управления движением кораблей с динамическими принципа-ми поддержания. – СПб.: ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор», 2000. 3. Клячко Л.М., Острецов Г.Э. Проектирование высоконадежных систем автоматического управления движением корабля. – М.: Физматлит, 2010. 4. Бузаджи С.В., Сидоренко О.И., Дистранов К.С. и др. Система автоматизированного высо-конадежного управления движением быстроходных судов (САВУД) // Седьмой Саратов-ский салон изобретений, инноваций и инвестиций. – Саратов: изд-во Саратовского университета, 2012. – С. 96-99. 5. Сидоренко О.И., Подлипалин В.А., Дистранов К.С. О методах повышения структурной устойчивости систем управления движением быстроходных судов ряда «Агат-М» // Сборник трудов научн.-техн. конф. «Состояние, проблемы и перспективы создания корабельных информационно-управляющих комплексов». – М.: ОАО Концерн «Моринсис- Агат», 2013. – С. 54-60. 6. О.И. Сидоренко, В.А. Подлипалин, К.С. Дистранов. О методах высоконадежного управления движением быстроходных судов в авторулевых ряда «Агат-М» // 18-ая Всероссийская конференция «Управление движением корабля и специальных подводных аппаратов». – М.: ИПУ РАН, 2012. – С. 158-161. 7. Платонов С.В., Гаранов М.Ю., Дядюро Г.А. и др. Системы автоматизированного управле-ния движением пассажирских скоростных судов // журнал «Морские информационно-управляющие системы», Спец. Выпуск. – М.: ОАО Концерн «Моринсис-Агат», 2013. – С. 104-109. 8. Дорри М.Х., Рощин А.А. Расчет динамических систем (РДС). Описание пользователя. Часть I: редактирование схем. – М.: ИПУ РАН, 2013. – 240 с. 9. Рощин А.А. Расчет динамических систем (РДС). Руководство для программистов. – М.: ИПУ РАН, 2011. – 656 с. 10. Видеоролик: http:yadi.sk/d/LGNcaaHu64Mwg 11. Дорри М.Х., Рощин А.А. Специализированная инструментальная среда для виртуального представления состояния и поведения сложноструктурированных объектов на различных этапах их жизненного цикла / Материалы 6-й Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. – С. 165-170.

СВК 100

90

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)


РЕКЛАМА

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

91


БЛИЖАЙШИХ СОБЫТИЙ

24-27 сентября НЕВА 2013 Санкт-Петербург, Россия http://neva.transtec-neva.ru 7-9 октября PACIFIC 2013 Сидней, Австралия http://www.pacific2013.com.au/ 8-10 октября INMEX India 2013 South Asia’s Largest Maritime Exhibition Мумбаи, Индия http://www.inmexindia.com/ 10-12 октября CIOTC 2013 China International Offshore Oil & Gas Technology Conference and Exhibition Пекин, Китай http://www.ciotc-top.com 22-25 октября KORMARINE 2013 International Marine, Shipbuilding & Offshore Exhibition Пусан, Южная Корея http://www.kormarine.com/2013/ 28-30 октября World NAOE Forum 2013 & International Symposium on Marine and Offshore Renewable Energy Токио, Япония http://www.jasnaoe.or.jp/ 31 октября – 1 ноября 8th Deepwater Asia Pacific Джакарта, Индонезия http://www.cdmc.org.cn/dap/ 5-8 ноября EUROPORT MARITIME 2013 Роттердам, Голландия http://www.europort.nl 6-8 ноября EUR-OCEANS Hot Topics Conference A Changing Ocean Гранд Канария, Испания http://www.eur-oceans.eu/

92

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

25-27 ноября Gulf Maritime 2013 Шарджа, ОАЭ http://www.gulfmaritime.ae/ 3-6 декабря Marintec China 2013 Шанхай, Китай http://www.marintecchina.com/ 5-8 декабря 4th Basra Oil&Gas International Conference & Exhibitionw http://www.basraoilgas.com/ 9-11 декабря SAUDI TRANSTEC 2013 Даммам, Саудовская Аравия http://www.sauditranstec.com/ 12-13 декабря ICSOT India 2013 Technological Innovations in Shipbuilding Харагпур, Индия http://www.iitkgp.ac.in/

2014 28-30 января e-Navigation Underway 2014 Копенгаген-Осло-Копенгаген http://www.e-navigation.net/ 19-21 марта Asia Pacific Maritime 2014 Сингапур http://www.apmaritime.com/ 25-28 марта INDIAN OCEAN FUTURES Conference 2014 Фримантл, Австралия http://www.iofc2014.com/

конференции, выставки

КАЛЕНДАРЬ


РЕКЛАМА

No. 2 (3) / 2013, Морские информационно-управляющие системы

93


РЕДАКЦИОННАЯ ГРУППА: Руководство: Кобылянский В.В. Выпускающий редактор: Арфаниди М.В. Технические консультанты: Губанов Ю.П. Лушников Д.Л. Петров К.Ю. Карташев В.А. Горшков А.Г. Дизайн и верстка: Арфаниди М.В. Организационная помощь: Рыбаченко М.В. Полная или частичная перепечатка, либо иное использование материалов, опубликованных в журнале «Морские информационно-управляющие системы», без письменного разрешения издателя не допускается. Рукописи рецензируются. Реклама в настоящем номере размещена на полосах: 53, 67, 89, 91, 3-я полоса обложки. Издатель: Открытое акционерное общество «Концерн «Моринформсистема-Агат» Адрес редакции: Москва, ул. Шоссе Энтузиастов, д. 29 Тел.: +7 495 603-9034 E-mail: innovation@concern-agat.ru, issue@ocean-platform.ru Website: www.concern-agat.ru, www.ocean-platform.ru Источники фотоматериалов: указаны в списках источников и литературы к статьям полосы 1-7 – Департамент по информационным и рекламным технологиям ОАО «Концерн «Моринсис-Агат» полосы 8-11 – Дирекция по капитальному строительству и эксплуатации зданий и сооружений ОАО «Концерн «Моринсис-Агат» Печать: ООО «Август Борг» Москва, Амурская ул., д. 5, стр. 2 Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. Регистрационное свидетельство: ПИ № ФС 77-53922 от 26 апреля 2013 года.

ISSN 2308-2119

Обложка: Порт Владивосток, новый мост через бухту Золотой рог © iStockPhoto.ru © ОАО «Концерн «Моринсис-Агат», 2013

94

Морские информационно-управляющие системы, 2013/ No. 2 (3)

Подписано в печать: 10.10.2013 г. Тираж: 1000 экз.


Морские информационно-управляющие системы, №2/2013