СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ НАВИГАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ ПРИ СУДОВОЖДЕНИИ Российский патент 2003 года по МПК G01S7/00 G01S13/86 G01C21/00 

Изобретение относится к области судовождения и может быть использовано при разработке авторулевого для повышения точности и надежности определения текущего положения судна и обеспечения безопасности навигации. В настоящее время задача создания такого авторулевого актуальна для морских и особенно речных судов в связи со следующим:
- большая протяженность и извилистость внутренних водных путей (ВВП) РФ;
- значительная сложность фарватера большинства ВВП;
- тяжелые погодные условия на ВВП РФ и малые размеры коридоров судовых ходов;
- отсутствие навигационных карт крупного масштаба необходимой точности, значительные сроки и средства на их создание;
- ухудшение состояния средств навигационного оборудования судовых ходов, а в значительной части водных бассейнов РФ и их отсутствие.

Как следствие возникают экономические потери грузоперевозок, снижается безопасность движения по ВВП.

Применение на судах различных типов спутниковых систем, современных навигационных систем и радиоэлектронных приборов, а также полнота и наглядность представления судоводителю отображаемой информации о навигационной обстановке позволяют значительно облегчить и ускорить процесс принятия решения и повысить безопасность судовождения.

Так, безопасность судоходства на ВВП в темное время суток, в условиях ограниченной видимости (дождь, снег, туман) обеспечивается применением судовых РЛС кругового обзора.

Расширение состава навигационных комплексов (НК), обусловленное широким распространением спутниковых навигационных систем (СНС), обеспечивает точное знание местоположения судна.

Известны Электронно-Картографические Системы разработки, например, ЗАО "Транзас" (г. С.-Петербург), Navi-Sailor ECS и Tsunamis, сопрягаемые с авторулевым (АР) и предназначенные для использования как на реке, так и на море. Эти системы позволяют иметь на судне электронную навигационную систему, которая отображает позицию судна, его координаты, курс, скорость и другую информацию. Данные системы используют наложение текущего радиолокационного изображения, центр которого привязан к географическим координатам, определяемым СНС, на навигационную электронную карту (ЭКС NAVI-SAILOR, ЗАО "ТРАНЗАС", Е-mail: tel @ transas. ru).

Однако имеющиеся в настоящее время навигационные электронные карты охватывают незначительную часть территории РФ, а создание их процесс долгий и дорогостоящий, что ограничивает применение данных систем и методов навигации для большей части ВВП РФ.

Известно создание радиолокационных карт, которые получают обработкой записанного радиолокационного изображения. Так, Новосибирский институт инженеров водного транспорта НИИВТ создал радиолокационную карту реки Камы при движении судна по ее фарватеру, однако координаты записанных и использованных для построения карты центров радиолокационных изображений известны невысокой точностью, которая определяется точностью топокарт. Визуальная оценка навигационной обстановки в этом случае производится путем сравнения текущего радиолокационного изображения с радиолокационной картой, что требует большого личного опыта судоводителя, так как в радиолокационной карте, как и в радиолокационном изображении, отсутствует в этом случае точная привязка к координатам ( Отчет. "Радиолокационная карта реки Камы от Тюлькино до устья Вятки, НИИВТ, кафедра судовождения, г. Новосибирск, Камское речное пароходство, г. Пермь, 1971 г.).

Наиболее близким к предлагаемому Способу визуализации навигационной обстановки при судовождении является "Визуальное навигационное устройство" (патент США 5179385, публ. 01.12.93, МКИ 5 G 01 S 7/22), принятое в качестве прототипа, содержащее радиолокационную антенну, блок для хранения карты местности, компас, блок для определения положения радиолокационной антенны, индикатор, блок для ввода данных, определяющих интересующую точку местности, и контроллер, который создает на экране индикатора радиолокационную развертку и изображение карты местности и помещает интересующую точку на радиолокационной развертке в соответствующую точку на карте местности, в результате чего радиолокационные цели, характерные особенности местности и точка, представляющая интерес, могут быть коррелированы.

Недостатком этого технического решения является необходимость сопоставления информации, получаемой в различных системах, так как характерная точка на карте местности сопоставляется с радиолокационным изображением, при этом характерная точка находится, возможно, не в центре радиолокационного изображения.

Таким образом, выявленный в результате патентного поиска наиболее близкий к предлагаемому способ визуализации навигационной обстановки не позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении точности и надежности отображаемой навигационной информации за счет интегрирования информации, получаемой от различных систем: СНС и РЛС.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания способа визуализации навигационной обстановки при судовождении по мере движения судна, оснащенного авторулевым, по заданной траектории, осуществление которого позволяет достичь технический результат, заключающийся в повышении точности и надежности отображаемой навигационной информации за счет того, что создание электронной карты и определение текущего местоположения судна производится двумя независимыми системами: СНС и РЛС, а представление визуальной информации для оценки ее судоводителем в виде карты и наложенного на нее изображения производится с использованием однотипной, а следовательно, легко сравнимой информации, получаемой от РЛС, что, в конечном итоге, повышает безопасность движения и экономичность перевозок на ВВП.

Суть изобретения состоит в том, что в способе визуализации навигационной обстановки при судовождении, включающем хранение карты местности, представление ее на экране индикатора, определение положения радиолокационной антенны, корреляцию характерных особенностей местности, наложение текущего радиолокационного изображения на электронную карту с учетом положения радиолокационной антенны, карту местности создают и сохраняют в виде последовательности радиолокационных изображений, записанных при контрольном проходе судна по заданной траектории; координаты центров изображений, используемых для построения карты, получают от СНС, а при наложении текущего радиолокационного изображения на электронную радиолокационную карту местности центр текущего радиолокационного изображения получают от СНС и помещают в точку с соответствующими координатами на электронной радиолокационной карте, после чего оценивают совпадение текущего изображения и электронной карты, по которому судят об отклонении судна от заданного маршрута и о достоверности информации, получаемой от СНС и РЛС.

Способ визуализации навигационной обстановки при судовождении реализуется следующим образом. При движении судна по заданной траектории составляют и сохраняют электронную радиолокационную карту местности, в которой каждый из центров последовательности радиолокационных изображений, используемых для создания карты, обозначен географическими координатами, определенными СНС. Электронную радиолокационную карту составляют при обработке радиолокационной информации, записанной при контрольном проходе заданной траектории судном, оснащенным судовой РЛС кругового обзора, ПЭВМ, аппаратурой сопряжения РЛС с ПЭВМ и аппаратурой спутниковой навигационной системы.

При движении судна по маршруту с помощью авторулевого положение радиолокационной антенны и, соответственно, географические координаты центров текущих радиолокационных изображений определяют по данным от СНС с уровнем вероятности 95%, что составляет не более 30 м. Таким образом, характерные особенности местности в виде радиолокационных изображений на электронной карте, точки заданной траектории и географическая координатная сетка оказываются коррелированными во времени и одними аппаратными средствами, и формами визуального представления.

При последующих проходах судна по маршруту - заданной траектории - с помощью радиолокационной антенны получают с определенным шагом текущие радиолокационные изображения местности, координаты центров которых, как и географические координаты местоположения судна, определяют по данным от СНС. Полученное таким образом текущее радиолокационное изображение накладывают на электронную карту с координатной сеткой, причем центр текущего радиолокационного изображения, соответствующий фактическому местоположению судна в данный момент времени, помещают в соответствующую географическим координатам точку электронной карты.

Таким образом, характерные особенности местности в виде текущих радиолокационных изображений и электронной радиолокационной карты заданной траектории оказываются точно коррелированными и совпадающими по всем характерным контурам (береговая черта, река, береговые объекты и др.).

По степени несовпадения текущего радиолокационного изображения и радиолокационной карты на экране индикатора судоводитель может оперативно визуально зафиксировать факт отклонения судна от заданной траектории, величину отклонения, оценить ситуацию и спрогнозировать свои последующие действия. Одновременно, проанализировав представленную на экране информацию, судоводитель может сделать вывод о правильности функционирования СНС и РЛС.

Сопоставление информации о текущем положении и электронной радиолокационной карты, полученной в одинаковых системах (радиолокационное изображение), а также высокоточная привязка по координатам, полученным от независимой СНС, при движении по заданной траектории дают надежную оценку правильности определения положения судна, что позволяет решить задачу безопасности судоходства в любых режимах авторулевого. Судоводитель владеет информацией о заданной траектории, находящейся на линии центров радиолокационных изображений электронной карты, о текущем положении судна на этой карте и о радиолокационном изображении, полученном в данной текущей точке.

Таким образом, электронная карта и фактические текущие изображения создаются и отображаются с помощью РЛС, а взаимная привязка центров их изображений к географическим координатам производится также одной системой - СНС, что исключает погрешность преобразования, значительно повышает точность и надежность оценки навигационной обстановки судоводителем и позволяет судить о правильности функционирования интегрированной системы. Применение данного способа особенно актуально для речных судов на участках рек, для которых отсутствуют навигационные карты.

Предлагаемый способ может быть широко использован на речных судах для плавания по ВВП, а также для морских судов, особенно в условиях сложных фарватеров и узкостей.

Изобретение относится к области судовождения и может быть использовано при разработке авторулевого. В предлагаемом способе визуализация навигационной обстановки при судовождении производится путем создания при контрольном проходе судна по заданной траектории электронной радиолокационной карты местности, в виде последовательности радиолокационных изображений, координаты центров которых определяются с помощью СНС, наложения на нее текущих радиолокационных изображений, получаемых при проходе судна по заданной траектории, координаты центров которых также получают от СНС, и последующей оценки совпадения текущего радиолокационного изображения и электронной радиолокационной карты местности, по которому судят об отклонении судна от заданного маршрута и о достоверности информации, получаемой от СНС и РЛС кругового обзора, причем положение антенны РЛС кругового обзора, координаты центров радиолокационных изображений, используемых для создания электронной радиолокационной карты местности, и центр текущего радиолокационного изображения определяют сопряжением РЛС кругового обзора с ПЭВМ и аппаратурой СНС. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности отображаемой навигационной информации.

Способ визуализации навигационной обстановки при судовождении, включающей хранение электронной радиолокационной карты местности, определение положения антенны радиолокационной станции (РЛС) кругового обзора, корреляцию характерных особенностей местности и интересующих точек, при наложении текущего радиолокационного изображения на электронную радиолокационную карту местности с учетом положения антенны РЛС кругового обзора, отличающийся тем, что электронную радиолокационную карту местности создают при обработке радиолокационной информации и сохраняют в виде последовательности радиолокационных изображений, записанных при контрольном проходе заданной траектории судном, оснащенным РЛС кругового обзора, ПЭВМ, аппаратурой сопряжения РЛС кругового обзора с ПЭВМ и аппаратурой спутниковой навигационной системы (СНС), при этом координаты центров радиолокационных изображений, используемых для построения электронной радиолокационной карты местности, получают от спутниковой навигационной системы (СНС), а при наложении текущего радиолокационного изображения на электронную радиолокационную карту местности, центр текущего радиолокационного изображения также получают от СНС и помещают в точку с соответствующими координатами на электронной радиолокационной карте местности, после чего оценивают совпадение текущего радиолокационного изображения и электронной радиолокационной карты местности, по которому судят об отклонении судна от заданного маршрута и о достоверности информации, получаемой от СНС и РЛС кругового обзора, причем положение антенны РЛС кругового обзора, координаты центров радиолокационных изображений, используемых для создания электронной радиолокационной карты местности, и центр текущего радиолокационного изображения определяют сопряжением РЛС кругового обзора с ПЭВМ и аппаратурой СНС.