Применение цифровых морских информационных систем для обеспечения безопасности мореплавания на Русском Севере

Игорь Дулькейт, старший научный сотрудник ОмГТУ, к. т. н.

Альберт Шигабутдинов ЗАО «ЦНИИ морского флота», г. Санкт-Петербург

 

В статье рассматриваются вопросы применения новых морских цифровых информационных систем на основе сети передачи цифровых навигационных данных NAVDAT для обеспечения безопасности мореплавания в Российской Арктике. Делается вывод о необходимости реализации единых подходов по интеграции систем связи, навигации, гидрометеорологического обеспечения в целях создания единого информационного пространства на основе современных цифровых технологий.

Реализация современной высокоэффективной и конкурентоспособной системы морского транспорта в Арктике невозможна без надлежащей организации системы обеспечения безопасности мореплавания (СОБМ) на трассах Северного морского пути (СМП). СОБМ должна базироваться на навигационно-гидрографическом обеспечении (НГО) мореплавания, использовании средств автоматической идентификационной системы (АИС), в том числе спутникового мониторинга АИС, глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) ГЛОНАСС, GPS и их функциональных дополнений, установлении систем управления движением судов (СУДС) и системы судовых сообщений, функционировании Глобальной морской системы связи при бедствии для обеспечения безопасности (ГМССБ). Все это должно обеспечить:

  • рациональное управление судопотоками, в том числе путей, специально предназначенных для судов с опасными грузами;
  • возможность непрерывного высокоточного местоопределения судов, гарантирующего их движение при любых условиях видимости;
  • информационное обеспечение судов навигационной и гидрометеорологической информацией по арктическим морям;
  • контроль местоположения судов и оказание им помощи в чрезвычайных и аварийных ситуациях;
  • высокую эффективность проведения операций по поиску и спасанию, а также при ликвидации аварий и аварийных разливов нефти;
  • обеспечение надежной радиосвязи с операторами, контролирующими движение в обслуживаемой зоне, с береговыми службами и морскими спасательно-координационными центрами (МСКЦ Мурманск, МСПЦ Архангельск, МСКЦ Владивосток, МСКЦ Диксон, МСПЦ Тикси и Певек); информационное обеспечение Администрации Северного морского пути, необходимое для осуществления оперативного руководства и контроля плавания судов по СМП.

Реализация информационного взаимодействия различных служб, отвечающих за безопасность мореплавания, потребует создания единого информационного пространства по обеспечению безопасности мореплавания, состоящего из подсистем сбора, обработки и хранения информации, объединенных в единую систему подсистемой передачи информации. Таким образом, в эпоху глобализации всего общества о системах связи можно говорить только как о некой подсистеме в глобальном информационном пространстве.

Наиболее ярким примером эффективности интеграции различных систем радиосвязи, использующих разные каналы распространения радиоволн, является Глобальная морская система связи при бедствии и для обеспечения безопасности (ГМССБ), представляющая собой комплекс обязательных технических средств и инфраструктуры, а также организационных мер и правил для оказания помощи при бедствии и обеспечения безопасности мореплавания. ГМССБ создана на основе Международной конвенции по охране человеческой жизни на море – SOLAS (International Convention for the Safety of Life at Sea) и включает в себя следующие компоненты (рис. 1) [1]:

  • радиосвязь морской подвижной службы в ПВ/КВ- и УКВ-диапазонах;
  • морская подвижная спутниковая служба INMARSAT;
  • международная спутниковая система поиска аварийных судов и самолетов КОСПАС-SARSAT;
  • служба автоматической передачи навигационных предупреждений NAVTEX.

Внедрение более 20 лет назад ГМССБ, основанной на усовершенствовании методов организации связи, позволило обеспечить автоматическую и надежную с точки зрения обеспечения безопасности мореплавания передачу и прием аварийных сигналов в любой точке мирового океана независимо от метеорологических условий и условий распространения радиоволн. Несмотря на свою высокую эффективность, сегодня ГМССБ уже морально устарела. Существующие судовые ПВ/КВ-радиоустановки обеспечивают связь лишь в режиме однополосной аналоговой телефонии и телеграфную связь со скоростью передачи данных 100 бит/с в режимах УБПЧ (узкополосное буквопечатание) и ЦИВ (цифровой избирательный вызов). Современные модемы позволяют реализовать скорость передачи данных в полосе телефонного канала (3,1 кГц) до 9600 бит/с и более.

Развитие ГМССБ будет идти в направлении ее модернизации и разработки новых стандартов для судового и берегового оборудования [2]. В соответствии с рабочим планом по пересмотру и модернизации ГМССБ подкомитета Международной морской организации (IМО) по мореплаванию, связи, поиску и спасанию (NCSR) предусматривается два уровня пересмотра – высокий и детализированный.

Высокий уровень предусматривает пересмотр базовых функциональных требований и уточнение определений. Детализированный уровень включает рассмотрение вопросов включения в ГМССБ новых систем и электронных технологий: АИС, системы судового охранного оповещения, опознавания судов на дальнем расстоянии, элементов е-навигации, новых требований к оборудованию спасательных шлюпок и плотов в части обеспечения дальней радиосвязи, рассмотрение вопросов эволюции спутниковых аварийных радиобуев с учетом внедрения среднеорбитальной спутниковой группировки с поисково-спасательной нагрузкой и ряд других аспектов.

В качестве элементов модернизированной ГМССБ предполагается использовать такие системы и новые технологии, как: АИС (в том числе применение спутникового АИС для мониторинга судов и новых типов сообщений), новые цифровые технологии связи и передачи данных в УКВ- и КВ-диапазонах, новые технологии модернизированных спутниковых систем и новые цифровые системы передачи информации по безопасности мореплавания (ИБМ) и морской безопасности (охраны) в диапазоне 500 кГц в направлении берег – судно (NAVDAT). Рабочим планом предусматривается трехлетний период подготовки Плана модернизации ГМССБ (2015–2017 гг.). Предполагается также разработка кодекса ГМССБ, который будет включать обязательную и рекомендательную части и определит требования к оборудованию для различных типов судов.

Между тем спутниковые данные являются основными, а в ряде случаев единственно доступными данными о состоянии ледяного покрова на арктических акваториях. Состав спутниковых данных должен максимально соответствовать требованиям различных групп потребителей и особенно пользователей, обеспечивающих эксплуатацию морских транспортных систем.

Специфика современных требований к гидрометеорологическому обеспечению практической деятельности на арктических акваториях, экологической безопасности и обороноспособности обусловливает структуру и функции наземного комплекса приема, обработки и распространения спутниковой информации. Его основу составляет система трех центров приема (рис. 2) [3] в составе Главного центра приема (Москва) и двух региональных – Западносибирского (в Новосибирске) и Дальневосточного (в Хабаровске). Такая конфигурация центров обеспечивает получение спутниковой информации по всей территории России, но не покрывает зоной радиовидимости восточную часть Северного Ледовитого океана.

Одним из эффективных направлений совершенствования средств навигации в целях управления судоходством в акватории СМП является комплексное использование новых спутниковых технологий и технических средств, включая создание сети контрольно-корректирующих станций дифференциальной подсистемы ГЛОНАСС/GPS. Согласно Резолюции ИМО А.1046 (27) «Всемирная радионавигационная система» погрешность местоопределения в прибрежном плавании, на подходах к портам и в местах ограниченного маневрирования не должна превышать 10 м (для Р = 95%) [4]. Такая точность может быть обеспечена в дифференциальном режиме работы ГНСС путем установки на берегу контрольно-корректирующих станций. В настоящее время предусмотрено создание сети ККС, зона действия которой охватывает все прибрежные воды Российской Федерации, в том числе акваторию Северного морского пути и устьевые участки рек (рис. 3), но остается задача доставки этой информации потребителю.

Начиная с 2000 г. Российская Федерация осуществляет передачи ИБМ в сети SafetyNET через подспутниковые зоны ИНМАРСАТ в Индийском и Тихом океанах. Вместе с тем, из-за ограничения зоны действия системы ИНМАРСАТ не обеспечивается полное покрытие передачи ИБМ вдоль СМП в районах НАВАРЕА/МЕТАРЕА XX и XXI . Границей зоны обслуживания спутниковой системы связи ИНМАРСАТ считается кривая, для каждой точки которой угол возвышения спутника больше 5° (рис. 4) [5]. Кроме того, зона охвата спутников системы ИНМАРСАТ Индийского и Тихого океанов имеет разрыв рабочей зоны в восточной Арктике, примерно от 100 до 140° в. д.

Таким образом, решение задачи информационного обеспечения безопасности мореплавания с использованием только спутниковых систем в акватории Северного морского пути невозможно, необходима интеграция спутниковых систем с системами радиосвязи.

На 83-й сессии Комитета по безопасности мореплавания (КБМ) ИМО в 2006 г. по предложению Российской Федерации был рассмотрен вопрос о создании в арктических морях дополнительных районов НАВАРЕА/МЕТАРЕА. При обсуждении российского предложения КБМ принял решение о создании пяти новых районов НАВАРЕА/МЕТАРЕА в Арктике (MSC 83/28 п. 13.2) (рис. 5) [6]. В соответствии с принятыми обязательствами Российская Федерация является ответственной за подготовку и распространение информации по безопасности мореплавания (ИБМ) на новые районы НАВАРЕА/МЕТАРЕА XX и XXI.

Одной из составных частей этих обязательств является обеспечение радиослужб в соответствии с Международной конвенцией СОЛАС (глава IV/B), т. е. гарантированное обеспечение приема ИБМ судами, оборудованными радиоустановками в соответствии с требованиями СОЛАС (Глава IV/С). Для обеспечения полного покрытия Северного морского пути и новых районов НАВАРЕА/МЕТАРЕА информацией по безопасности мореплавания необходима организация дополнительных береговых станции НАВТЕКС вдоль Северного морского пути.

Перспективное направление развития СОБМ будет основано на внедрении новых технологических платформ, таких как электронная навигация (е-навигация), модернизированная ГМССБ и система передачи цифровых навигационных данных NAVDAT, использующая методы OFDM-модуляции.

Работы в этом направлении ведутся Францией с 2008 г., ее результаты легли в основу Рекомендаций Международного союза электросвязи по системе NAVDAT ITU-R M.2010, принятой в марте 2012 г. для СВ-диапазона [7, 8], работающей в полосе 495–505 кГц, и ITU-R M.2058-0, принятой в феврале 2014 г. для КВ-диапазона [9], работающей на выделенных частотах ПВ/КВ-диапазонов. Архитектура системы NAVDAT приведена на рис. 6.

Система NAVDAT позволяет передавать информацию со скоростью до 18 кБит/с (в отличие от 50 бит в НАВТЕКС), и в ней предполагается использование трех режимов передачи:

  • циркулярные передачи для всех судов;
  • избирательные передачи для группы судов или судов в заданном географическом районе;
  • избирательные передачи конкретному судну по номеру MMSI.

При необходимости предусмотрена возможность криптографирования информации.

В системе NAVDAT предусмотрено расширение (по сравнению с НАВТЕКС) возможностей передачи различных видов навигационной информации:

  • передача метеорологической информации и карт погоды в цифровом формате, включая оперативную корректуру карт и их передачу в откорректированном виде;
  • передача откорректированных морских карт и извещений мореплавателям в заданных районах;
  • передача ледовой информации и ледовых карт, а также информации по айсбергам;
  • передача информации и предупреждений при угрозе нападения пиратов в форме карт с обозначением опасных районов и рекомендованных маршрутов;
  • передача портовой и лоцманской информации: уровень воды, расстояние и направление движения до причала, разрешенное время подхода к причалу, уровни безопасности, лоцманские инструкции и т. д.;
  • передача файлов, которые содержат текстовую информацию и рисунки, техническую документацию, грузовые планы и т. п.;
  • передача информации СУДС: рекомендованные маршруты, скорость хода на подходных путях и в особых зонах, судовой трафик в зоне СУДС и др.;
  • передача информации по средствам навигационного оборудования: статус СНО, виртуальные СНО и т. д.;
  • передача информации относительно поиска и спасания.

Провайдеры системы могут осуществлять передачу информации через автоматическую систему управления: информация формируется по определенным форматам в соответствии с идентификаторами пользователей, приоритетами, районами передач, криптографированием, периодичности распространения и т. д. В автоматическом режиме выполняется следующие функции:

  • подтверждение приема информации;
  • криптографирование информации;
  • формирование сообщений в соответствии с приоритетами и рабочими циклами передач береговых станций;
  • форматирование сообщений;
  • распределение сообщений между береговыми станциями;
  • контроль работы передач береговых станций и береговой сети станций в целом;
  • установка параметров передач береговых станций для оптимизации работы сети в зоне покрытия.

Внедрение системы NAVDAT на глобальном уровне потребует установления процедур передач в определенных временных интервалах. Такого рода расположения временных передач должны быть скоординированы IМО по аналогии с распределением передач в службе НАВТЕКС. Предварительно планируется использование временных слотов в 30-минутном интервале для обеспечения передач береговыми станциями без взаимных помех в заданных географических районах.

Выводы

Эффективное функционирование всех служб, обеспечивающих безопасность мореплавания в арктических морях Российской Федерации, включая спутниковые навигационные системы, невозможно без создания единой информационно-коммуникационный системы, способствующей формированию единого информационного пространства на основе интеграции и развития различных систем связи, обеспечивающих передачу информации по безопасности мореплавания, управление судоходством на СМП, информационное обеспечение поиска и спасания.

Система NAVDAT и ее интеграция с модернизированной ГМССБ, включая ее спутниковый сегмент, на основе концепции е-навигации в перспективе должна будет взять на себя большую нагрузку и может стать основой информационно-коммуникационный системы по обеспечению безопасности мореплавания.

Литература

  1. Общие принципы ГМССБ. Электронный ресурс: http://moryak.biz/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=579
  2. Дулькейт И.В., Свирский В.М., Шигабутдинов А.Р. Принципы построения системы обеспечения безопасности мореплавания в арктических морях Российской Федерации // Радиотехника, электроника и связь (РЭиС-2013): Сб. докладов II международной научно-технической конференции. Омск, 1–4 октября 2013. С. 318–328.
  3. Резолюция IMO А.953 (23) А.1046 (27) «Всемирная радионавигационная система».
  4. Наземный комплекс приема, обработки, архивации и распространения спутниковой информации Росгидромета. Электронный ресурс: http://planet.iitp.ru/naz_komp.html
  5. Зоны действия спутниковой связи Инмарсат. Электронный ресурс: http://www.google.ru/imgres?imgrefurl=http://www.mvsgt.ru/_systems/?i=1&tbnid=aufA54yUuYeeEM:&docid=lkbH11hxuLGwUM&h=562&w=800
  6. NavAreas. Электронный ресурс: http://www.bclswl.it/wp-content/gallery/varie/NavAreas.jpg
  7. Recommendation ITU-R M.2010 (03/2012) Characteristics of a digital system, named Navigational Data for broadcasting maritime safety and security related information from shore-to-ship in the 500 kHz band.
  8. Digital system for broadcasting maritime safety and security-related information in the 500 kHz band (NAVDAT). COMSAR 16/4/3, January 2012.
  9. Recommendation ITU-R M.2058 (02/2014) Characteristics of a digital system, named navigational data for broadcasting maritime safety and security related information from shore-to-ship in the maritime HF frequency band.
Поделиться:
Спецпроект

Напряженный трафик или Современные требования к инфраструктуре ЦОД

Подробнее
Спецпроект

Специальный проект "Групповой спутниковый канал для территориально-распределенной сети связи"

Подробнее

Подпишитесь
на нашу рассылку