СПОСОБ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СУДОВОДИТЕЛЮ ОБОБЩЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДНА Российский патент 1997 года по МПК B63B49/00 

Изобретение относится к судовождению.

Известно, что проблема предупреждения столкновения судов является одной из важнейших на морском флоте. Актуальность решения этой проблемы возрастает в связи с повышением интенсивности судоходства, увеличением размеров и скорости движения судов.

Для лучшего понимания существа вопроса следует отметить следующее. Известны два основных направления решения указанной проблемы: совершенствование организации судоходства и создание новых технических средств, в частности, систем автоматизированной радиолокационной прокладки (САРП).

Задача САРП состоит в том, чтобы, получив видеосигналы из приемника радиолокационной станции (РЛС), записать их в память процессора, произвести необходимую обработку, а затем обеспечить воспроизведение обработанной обобщенной информации на экране дисплея в удобной для восприятия судоводителем форме, которую можно непосредственно использовать для контроля и управления движением судна.

Функции судоводителя при использовании САРП сводятся в основном к визуальному контролю, наблюдению, общему анализу навигационной обстановки и принятию окончательных решений по управлению судном.

Более высокая точность и надежность принимаемых решений достигается путем исключения субъективных ошибок при измерениях и расчетах и более точного использования информации при одновременном уменьшении рабочей нагрузки судоводителя.

Для принятия решения о безопасном расхождении в общем случае необходимы два уровня информации: наличие опасности столкновения, для принятия решения о необходимости действий для безопасного расхождения, и данные для выбора маневра на безопасное расхождение.

Принятие решения оператором САРП происходит на основе оперативно-психической модели ситуации (концептуальной модели), формируемой в его сознании при решении оперативной задачи. Концептуальная модель представляет собой осмысливание оператором сложившейся ситуации с учетом стоящих перед ним задач.

Взаимодействие судоводителя с САРП протекает тем более эффективно, чем выше соответствие информационной модели ситуации, отображенной на экране САРП концептуальной модели судоводителя.

Известны несколько типов информационных моделей: наглядные, абстрактно-знаковые, абстрактно-наглядные, смешанные или комбинированные.

Наглядные информационные модели позволяют оператору сформировать образ, близкий к радиальной обстановке. К данному виду информационной модели можно отнести радиолокационное изображение на экранах РЛС и маркерных устройств оценки опасности сближения типа ТАМ фирмы Sperry (США) или типа ГАММА.

Однако анализ обстановки, определение степени опасности, производство расчетов и принятие окончательного решения полностью ложится на судоводителя. Поэтому в чистом виде такие информационные модели большого распространения не получили и используются в качестве дополнительной информации.

Главной чертой абстрактно-знаковой модели является передача человеку информации в отвлеченной форме. Эта модель дает возможность получить высокую точность передачи информации оператору, однако затрудняет создание концептуальной модели. Образ ситуации в этом случае создается на уровне речемыслительных процессов, что увеличивает рабочую нагрузку и вероятность появления субъективных ошибок. К этому типу информационных моделей относятся знаковые табло и формуляры.

Существенным недостатком такой информационной модели является трудность перевода системы знаков в наглядный образ. Поэтому самостоятельного развития такие информационные модели в судовождении также не получили, в применяются в виде дополнительной информации.

Абстрактно-наглядная или графическая информационная модель имеет двойственную сущность: отношение к объекту управления эти модели абстрактны, но по виду элементов и по способу построения являются наглядными. Достоинством таких информационных моделей является то, что они позволяют судить о любых признаках объектов в форме сходной с изображением, что и определило их широкое распространение в судовождении.

Информация от РЛС, систем курсоуказания и применения скорости преобразуется в графическую форму и воспроизводится на экране САРП в виде:
векторов истинного или относительного движения,
точек возможного столкновения,
секторов опасных курсов,
районов вероятной опасности.

При работе САРП, обеспечивающей воспроизведение на экране векторных величин движения объектов и собственного судна, облегчает анализ складывающейся ситуации и оценка степени опасности целей. Но поскольку при большой интенсивности движения судов представить исход маневрирования в этом случае затруднительно, а иногда и просто невозможно, то необходимо произвести "проигрывание" маневра. Кроме того, "проигрывание" маневра должно предшествовать маневру возврата к прежним параметрам движения. Условность изображения в сложных ситуациях может приводить к потере наглядности и появлению так называемого "визуального шума".

Использование информационной модели точек возможного столкновения и секторов опасных курсов позволяет избежать трудоемких операций "проигрывания" маневра, однако не позволяет оценить степень опасности и произвести отбор наиболее важных с точки зрения опасности столкновения объектов.

Такой известный способ представления информации [1] требует выбора маневра одновременно со всеми целями, что зачастую просто невозможно и не позволяет расходиться последовательно с наиболее опасными из них, как того требуют соответствующие правила. Кроме того, этот способ не дает представления в дистанции расхождения, не позволяет оценить тенденцию изменения дистанции и запас времени до момента сближения на опасное расстояние. В связи с этим способ представления судоводителю информации в виде точек возможного столкновения и секторов опасных курсов большого распространения не получил.

Известен способ отображения зон опасности, представляющий судоводителю обобщенную информацию для контроля и управления движением судна: свободный от указанных выше недостатков и принятый в качестве прототипа [2]
Этот способ, реализованный в САРП CAS 101 и CAS 11 фирмой Sperry (США), обеспечивает представление информации в виде эллиптических или шестиугольных районов вероятной опасности, используя данные о курсе, скорости, пеленге и дистанции до цели, получаемые от судовой РЛС, лага и курсоуказателя. Форма отображаемого района вероятной опасности зависит от соотношения скоростей цели и собственного судна, а также соотношения безопасной и текущей дистанций, ракурса цели и может описываться, как показали исследования, одной или двумя односвязными или одной двусвязной несимметричными областями. Поэтому аппроксимация их в виде эллипсов и шестиугольников производится с грубыми отступлениями от фактических размеров и положения и не дает правильного представления об опасной ситуации.

Задачей предлагаемого способа является повышение эффективности восприятия и интерпритации информации о складывающейся ситуации и на основе этого снижение рабочей нагрузки судоводителя, а также повышение достоверности и обоснованности принятого решения на маневр расхождения.

Сущность заявляемого способа представления судоводителю обобщенной информации для контроля и управления движением судна, использующий информацию судовой РЛС, лага и курсоуказателя, перерабатываемой с помощью процессора, состоит в том, что, на основе полученной информации о курсе, скорости, пеленге и дистанции до встречных целей, в процессоре рассчитывают соотношение скоростей собственного и встречного судов, отношение безопасной и текущей дистанций, разность курсов и элементы движения судов, на основе полученных данных анализируют вид и форму опасных областей по каждой цели, на основе анализа формируют информационные массивы координат точек границ областей чрезмерного сближения для каждой из целей, границы областей описывают гладкой непрерывной кривой, инициируют обработанную информацию на экран дисплея маркерами определенного для каждой цели цвета и преобразуют информацию о курсе и скорости цели в вектор ее абсолютной скорости, формируют формуляр цели, соответствие номера цели, ее области чрезмерного сближения и формуляра достигают совпадением цветов и на основе формирования визира и подвижного круга дальности определяют время и дистанцию сближения, а курс расхождения получают в явном виде на экране дисплея.

Способ иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 блок-схема аппаратуры для осуществления способа,
на фиг. 2 график построения опасных областей.

Способ представления обобщенной информации для контроля и управления движением судов реализуется следующим образом.

Информацию от судовой РЛС¹ о дистанции и пеленге преобразуют с помощью преобразователя 2 в цифровую форму и вводят в процессор 3. Туда же вводят данные по курсу и скорости своего судна, получаемые от лага 4 и курсоуказателя 5, а также безопасную дистанцию, определяемую судоводителем. В процессоре 3 по полученным данным автоматически рассчитывается соотношение скоростей собственного и встречного судов, соотношение безопасной и текущей дистанции, элементы движения целей и разности курсов. Затем производится топологический анализ возможных опасных областей и формируется необходимое число информационных массивов координат точек границ областей чрезмерного сближения для каждой цели. На экране дисплея 6 индицируются положение всех встречных целей, векторы абсолютного движения, формуляры и математически строгое описание областей чрезмерного движения выбранных оператором целей. Дистанция и запас времени для принятия решения определяются с использованием сформированных электронных визира и подвижного круга дальности. Наличие опасности чрезмерного сближения и решение задачи расхождения с опасными целями получают на экране без дополнительных расчетов, в явном виде.

Управление режимами работы, выбором целей, визиром и подвижным кругом дальности производится с помощью пульта управления 7.

Для реализации способа используются штатные РЛС кругового обзора, лаг и курсоуказатель.

Программа для процессора 3 составляется исходя из объема вводимых данных, последовательности проводимых операций и необходимой для отображения информации.

Использование: в судовождении. Сущность изобретения: на основе полученной информации от судовой радиолокационной станции, лага и курсоуказателя в процессоре рассчитывают соотношение скоростей, безопасной и текущей дистанций, разность курсов и элементы движения собственного и встречного судов, формируют массивы координат точек границ чрезмерного сближения для каждой из целей, формируют на экране изображение чрезмерного сближения, индицируют информацию о курсе, скорости в виде вектора абсолютной скорости, формируют формуляр цели. 2 ил.

1 Способ представления судоводителю обобщенной информации для контроля и управления движения судна, заключающийся в том, что определяют курсы, скорости и пеленги встречных судов и дистанцию для каждого из встречных судов, по которым выявляют реальные области чрезмерного сближения судов для индикации их на дисплее судоводителя, отличающийся тем, что для собственного и каждого из встречных судов определяют отношения скоростей, заданных безопасных и текущих дистанций до встречных целей, разность курсов и элементы движения судов, по которым определяют путем топологического анализа возможный вид и форму области чрезмерного сближения с каждым из встречных судов, а реальный вид и форму соответствующей области чрезмерного сближения определяют путем формирования информационных массивов координат точек границ области, инициируя ее на дисплее маркером соответствующего цвета в виде геометрической фигуры, ограниченной непрерывными плавными кривыми, причем число информационных массивов выбирают соответствующим возможному числу упомянутых кривых, при этом инициируют информацию о курсе и скорости встречного судна как вектор абсолютной скорости и формуляр цели, обеспечивая совпадением цвета соответствие номера цели, области чрезмерного сближения с судном, соответствующим указанному номеру, и формуляра цели, дистанцию сближения и запас времени для принятия решения определяют с помощью сформированных электронного визира и подвижного круга дальности, а курс расхождения инициируют на дисплее в явном виде.