sou · GVB3106 · 2008-01-01 00:00:00 — Fördelen med denna utrustning är att den fungerar autonomt, innehåller kvalitetssäkrad information och är välkänd för lotsen. De extra informationskällorna som radarmål, väder och miljöinforma- tion gör systemet än mer värdefullt för lotsen. När systemet utnyttjas, förväntas röstkommunikation via VHF radio reduceras. IPPA har gett upphov till operativa system som utnyttjar många av dess idéer. Ett holländskt lotshjälpmedel i drift kallas SNMS (Schelde Navigator Marginale Schepen) [21], kan ses som en fortsättning av IPPA. Systemet utnyttjar DGPS och bas- stationer iland för precisions-navigering. Systemets huvudsakliga användningsområde är för navigering och dockning av stora fartyg där manövermarginalerna är små (se bild). EPDIS (Electronic Pilot and ) [22], är ett EU forskningsprojekt som avslutades . Förslaget utnyttjar omvärldspresentation i 3D (tredimensionell) och kopplingar med information från upprättade lotsböcker. Dessa böcker kan beskriva kustlinjer, hamnar och angöringssträckor. Landmärken kan återges i skisser eller fotografier för att ge en bättre förståelse till navigatören än vad bara ord kan ge. De moderna hjälpmedel som ofta finns ombord, GPS och ECS () eller ECDIS, har gjort positionsbestämning enkel och reducerat betydelsen av lotsböcker, men det kan förekomma brister i sjö- korten, både vad gäller noggrannhet och andra ofullkomligheter. Det är därför fortfarande viktigt att titta ut genom bryggfönstret för att kunna bilda sig en sann bild av den verkliga situationen med hjälp av ögonen, som då utgör en ytterligare oberoende informa- tionskälla. I lotsboken finns också information om radiosignalering, tele- fon och faxnummer, adresser och lotsning. EPDIS gör denna traditionella information elektroniskt tillgänglig tillsammans med en 3D presentation av omgivningen. Metoden att träna sjöbefäl är vanligen att utnyttja simulatorer. Dessa finns på land. Genom integration av EPDIS utrustningen ombord erhålls en simulatorfacilitet till sjöss. Detta gör det möjligt för befälen att träna och informera sig innan själva resan, men också att använda systemet i realtid som ett hjälpmedel för sin varseblivning. EMPA () leder ett arbete med att forma nästa generation PPP som kallas and () [23]. Följande krav har formulerats: Systemet skall fungera för fartyg som närmar sig gränsen för farledens dimensioner Utgångspunkten är IPPA eller en så kallad maxversion PPP Systemet skall innefatta en dynamisk färdplan, specialgjord för varje enskilt fartyg och hamn Funktioner som skall innehållas i systemet är omfattade: Presentation av , trafikinformation från VTS via bredbands- uppkoppling, prediktion av fartygets väg samt trafikvarnings- meddelanden En mängd information som handlar om angöring och dockning En mängd farleds-, trafik- och intern information som utnyttjas för planering och genomförande av färden. Information kring dynamisk färdplan ingår också och dess nyckel- parametrarna är: fartygsrörelser förorsakade av sjötillstånd Ambitionerna i detta projekt är höga och det kan ta tid innan alla dess funktioner blir realiserade i operativa system. Att analysera möjligheterna är dock viktigt. 3.3VTS state of the art Flera EU projekt har behandlat VTS-utveckling och samordning av utformning och informationsutbyte mellan länder. De viktigaste har varit VTMIS-NET, EMBARC, COMPRIS och . Det pågående MARNIS projektet bygger på dessa och försöker föra arbetet vidare [20]. Funktioner som kan innefattas av VTS behöver inte enbart gälla Informationsservice utan även service för I mer detalj omfattas detta av: Information kan gälla: fartygstrafik: positioner, intentioner och destination VTS området: gränser, radiokanaler, frekvenser, rapporterings- punkter, etc. faktorer som påverkar navigeringen såsom Meteorologisk och hydrografisk information Fartyg som ges speciell uppmärksamhet Planeringsinformation som exempelvis lotsning Information i samband med nödsituation IALA (Authorities) definierade att service för Navigationsassistans kan delas in i bidragande assistans och deltagande assistans. Till exempel så kan råd utan förpliktelse ses som bidragande och fjärrlotsning som deltagande assistans. Servicen innebär assistans i beslutprocessen för navigation ombord samt övervaka effekterna. Navigationsinformation kan gälla: Position i farleden och ruttpunkter Positioner, identiteter och intentioner för omgivande trafik Varningar till individuella fartyg Trafikorganisationsservicen är till för att förhindra uppkomsten av farliga situationer och för att skapa en säker och effektiv förflytt- ning av trafiken. handlar om att i förväg planera rörelser, speciellt vid stockningar eller vid speciella transporter som påverkar övrig trafik. Övervaka trafiken och upprätthålla regler ingår också. Tekniska system på en VTS är sensorer och programapplika- tioner som är integrerade i arbetsstationer och servrar som är sammankopplade i ett nätverk. Vanligaste systemen är: VHF DF (Direction Finder) Meteorologiska/Hydrologiska data en PC utrustad med en eller flera högupplösta monitorer. Elektroniska sjökort (ECDIS) är basen för användargränssnittet. Algoritmer för datafusionering, integration av mål från flera över- lappande radar och information. Lagring av all relevant information inom VTS . (Radar video, , röst, CCTV video, operatörhantering, etc.) Radarvideo extraherare och målföljning Data erhållen från radarn omvandlas till radarvideo. Gränssnittet mellan och externa sensorer som , VHF DF, Meteorologiska/Hydrologiska data, etc. Nedan följer en beskrivning av relevanta tekniker som understöder lotsning i allmänhet och fjärrlotsning i synnerhet. Beskrivningarna har inte syftet att vara någon heltäckande beskrivning av tekniken isig, utan främst aspekter för lotsning/fjärrlotsning behandlas. Radar är vid sidan om visuella referenser det enskilt viktigaste instrumentet för att skapa situationsmedvetenhet om fartygets för- hållande till annan trafik och land. Detta har varit fallet tillbaka. Radarbilden skapas av en aktiv mätning på omgivande föremål som ger reflektion av utsända mikrovågspulser. Detta skapar ett robust system som i sin mest basala användning är helt oberoende av andra sensorer och databaser. Detta kan t.ex. jämföras med presentation av trafiksituationen med hjälp av och elektroniskt sjökort. Här beror system prestanda på noggrann- het och fel i egen GPS, andra fartygs /GPS-system samt att använd sjökortsdatabas är korrekt. Trafiksituationen omfattar bara de fartyg som har . För praktiskt bruk är dock radarn beroende av ett antal sensorer som t.ex. fartlogg, GPS, kompass för fullgod funktionalitet. De flesta större radar anläggningar har även funk- tion för att projicera karbilden i radarbilden som då vanligen är GPS-stabiliserad. Radarn har en rad felkällor och begränsningar viket innebär att den kräver relativt mycket utbildning och erfaren- het för att användas till dess fulla potential (och inte över dess potential). Viktiga felkällor som påverkar användning av radar vid VTS övervakning, fjärrlotsning och ombordlotsning är bland annat: Klutter från regn/snö och vågor Dessa störningar innebär att man får använda sig klutter- reducerande funktioner som gör att svagare ekon försvinner och vid kraftig klutterfiltrering kan även starkar ekon för- svinna. Ofta finns det automatiska funktioner för klutterreducering. Svårighet att särskilja mål som ligger när varandra eller nära land Risken är att den automatiska målföljningen tappar målet eller börjar följa ett nytt mål Mål skyms av land Detta är speciellt kännbart i tät skärgård, kanaler. För full VTS täckning krävs många radar antenner för full täckning Fel i bäring vid avståndsmätning Felkällor på 100 tals meter kan förekomma. För att få aktuell kurs, fart, passageavstånd m.m. för radarmål används s.k. funktion (Automatic Radar Plotting Aid). Denna målföljning kräver att fartyget rör sig på någorlunda öppet vatten. För ombordbruk är den automatiska målföljningen opraktisk nära land t.ex. i skärgårdsmiljö medan en VTS anläggning klar detta relativt bra. Den automatiska målföljningstekniken är begränsad i hur snabbt den kan detektera förändringar i målets kurs och fart. Det kan ibland ta upp innan man har korrekt kurs- och fartinformation efter t.ex. en gir. För att detektera och till viss del avhjälpa de ovan beskrivna felkällorna är ett mycket värdefullt komplement till radar- övervakningen. De beskrivna exemplen på existerande fjärrlotsning är ursprung- ligen baserad på radaranvändning för målföljning. Vid trafikövervakning från VTS så arbetar man uteslutande med en radarbild med nord-upp stabiliserad bild. För att vid fjärr- lotsning få en bättre känsla för lotsat fartyg kan man tänka sig att använda sig av kurs-upp-stabiliserad radarbild. Radar utgör ett centralt instrument för VTS och är i synnerhet viktig informationskanal vid fjärrlotsning. Det är kostsamt att installera och driva system som ger full radartäckning. Därför finns det inte komplett radartäckning ens på alla större farleder i . Att skicka över lotsat fartygs radarbild bedöms vara relativt komplicerade och kräver fartygsanpassad specialutrustning. För att få en lika god uppdatering av radarbilden som ombord krävs en överföringsbandbredd på i storleksordningen några megahertz. () är ett instrument som samlar viktiga navigationsdata för eget fartyg och sänder ut detta digitalt på en VHF-kanal. Motsvarande data för andra fartyg inom VHF sändarens täckningsområde kan också tas emot. är obligatorisk för alla fartyg över 300 bruttoregisterton. Navigations- data som skickas delas upp i dynamisk och statisk information. Dynamisk information omfattar bland annat: Navigationsstatus (under way using engine, not under com- mand, etc) Positions från GNSS, typ och noggrannhet av GNSS Kurs och fart över grund Den statiska informationen omfattar bl.a.: Fartygets namn och identitet Typ av fartyg och typ av last Fartygets längd, bredd och djupgående Destination och förväntad ankomsttid Girpunkter och färdväg (upp till 14 punkter) Rekommenderad färdvärd (skickas av t.ex. VTS) (upp till 12 punkter) Den dynamiska informationen sänds med intervaller enl. tabellen nedan. Tabell 1 Uppdateringstider för dynamisk information Status (Class A transponder) Uppdateringstid (s) 0 som ändrar kurs >14 knop som ändrar kurs ger en mycket bra möjlighet att överföra information från ett fjärrlotsat fartyg. Noggrannhet och uppdateringsfrekvensen är betydligt bättre än t.ex. vad som kan fås från radarövervakning. Det är dock viktigt att man kan verifiera informationen från och detektera eventuella fel. I det syftet utgör radarövervakningen den redundans som krävs. AIS-utrustningen (Class A) är specificerad att vara utrustad med en standardiserad koppling (Pilot ) för att ansluta till t.ex. en lotsdator. Via denna koppling fås all AIS-data. Man kan får data för eget fartyg i högre uppdateringstakt än den specificerade i Tabell 1. Dessutom kan man få ytterligare NMEA ()-data som t.ex. rodervinkel. Men detta är beroende på leverantör och konfiguration ombord. Anslutning till Pilot gör antingen genom en kabelanslut- ning eller via någon typ av sladdlös anslutning. En sladdlös anslut- ning är att föredra då lotsen kan placera lotsdatorn på valfri plats, t.ex. ute på bryggvingen. Det är möjligt att man finner behov av en högre uppdaterings- takt än den specificerade AIS-standarden. En tänkbar metod för att enkelt sända vidare data från fartyget vid fjärrlotsning är att utnyttja Pilot och sända detta vidare via mobiltelefon och GPRS. Metoden kräver att området fartyget skall lotsas i ligger inom täckningsområde för mobilnätet. Det andra alternativet är det tidigare beskrivna förslaget att försätta den fjärrlotsade transpondern i en högre uppdaterings- takt. Detta kan ske med ett kommando från land. AIS-informationen visas lämpligen i radarbilden eller i elek- troniskt sjökort. På många fartyg använder man den lösning standarden minimalt kräver, en så kallad Minimum Keyborad Display. Detta är en liten alfanumerisk display som ger information om omgivande i textbaserad form. Det är SSPA´s upp- fattning att en sådan display inte tillgodoser behovet att visa upp AIS-information på ett för användaren bra sätt. Man bör därför ställa krav att fartyg som fjärrlotsas kan visa AIS-information i radar och/eller i elektroniskt sjökort. har införts successivt och kan nu anses var helt implementerad och omfattar alla fartyg över 300 bruttoton. Trots detta är det fortfarande vanligt att felaktig data skickas ut. Det vanligaste felaktigheterna ligger i fel inmatad/ej uppdaterad statiskt information. Vad gäller den dynamiska infor- mationen är det främst kompasskursen som ofta visas felaktig. Girhastigheten som är en viktig inte minst vid fjärrlotsning kan sändas på olika sätt. Antingen sänds den som vanligt i ett format motsvarande grader eller också sänds i den förenklad form med tillstånden gir babord> 2.5º/min, ingen gir och gir styrbord> 2.5º/min. Det är inte alla fartyg som har sensor för girhastighet. Girhastighet bedöms dock vara en viktig information varför man bör överväga om det skall vara krav på att denna skall sändas från fjärrlotsat fartyg. erbjuder även stora möjligheter att sända olika typer av miljödata vilket är viktigt att göra tillgängligt för lotsat fartyg. Följande är exempel på miljödata: broar och slussar öppen/stängd Av speciellt intresse för fjärrlotsning är att kommunikations- protokollet för innehåller funktioner att sända planerad färdväg för de 14 nästkommande girpunkterna samt att VTS kan skicka en rekommenderad färdväg på upp till 12 punkter. en viktig funktion för att säkerställa att fjärrlots och fartyg har en gemensam uppfattning av planerad färdväg. Funktioner som inte är implementerade i AIS-protokollet är vidare: Kunna sända predikterade position och heading Kunna sända dynamiska AIS-meddelanden med högre upp- dateringstakt. Detta skulle kunna ske genom att aktivera en fjärrlotsmod som gör att man sänder t.ex. dynamiska data Elektroniska kartor och geografiska informationssystem blir allt vanligare och har haft en explosionsartad utveckling de . Funktionskrav av system för elektroniska sjökort har specificerats av IMO (). Dessa krav är specificerade så att det kan ersätta användning av papperssjökort. System som uppfyller standarden benämns ECDIS (Electronic Chart and ). Till detta krävs att den utrustats med godkända elektroniska sjökort, s.k. ENC (Electronic Navigational Charts). Kartsystem som uppfyller ECDIS-kraven går allmänt under benämningen ECS (). Dessa kan inbegripa system från enkla handhållna GPSer till system som i alla väsentliga delar motsvarar en ECDIS men inte är certifierade. På många fartyg använd en kombination av ECS och papperssjökort. Användning av elektroniska sjökort vid navigering inomskärs ställer stora krav på att den använda sjökortsdatabasen är korrekt och uppdaterad. Ett problem är att många kuster och hamnar inte är producerade i ECN. För del bedöms täckningen som bra, då nästan hela kusten är täckt med angöringskort och alla viktigare hamnar är täckta med hamnkort och i flera fall special- kort. Många leverantörer erbjuder system med elektronisk rättning av sjökorten med täta intervaller. Sådana system bör säkerställa att använda sjökort är av god kvalitet och bättre uppdaterade än vad som kan åstadkommas med rättning av papperssjökort. Förutom att visa fartygets aktuella position i sjökortet erbjuder flera leverantörer av elektroniska sjökort funktioner för att visa fartygets predikterade position. Detta bedöms vara en värdefull funktion för fjärrlotsade fartyg då man med denna funktion tidigt kan se att man t.ex. ligger rätt i en gir eller att detektera driftvinkel. När det elektroniska sjökortet används vid navigering i trängre farvatten är det också viktigt att systemet erbjuder visningsmoder som ger användaren den mest lättolkade presentationen. I elektroniska sjökortssystem som utvecklats för användning av lotsar har man infört funktioner speciellt för att ge manöver- relevant information som t.ex. klarningsavstånd och hastigheter med vilken ändskeppen närmar sig kajen. Dessa visningsmoder är även relevanta för användning av fjärrlotsen som då kan få en opti- mal visningsmod för det fartyg som lotsas. Typiska visningsmoder här som avses är t.ex. nord-up, kurs-up, head-up, sann och relativ rörelse. Det är också viktigt att det elektroniska sjökortet placeras så att det kan utnyttjas på de platser man förväntas befinna sig under de olika faserna av navigering och manövrering till och från förtöj- ningsplatsen. Som beskrivits i kapitlet om finns det där förberett att skicka färdplan i form av girpunkter. För att detta skall var till nytta krävs funktioner i ECS/ECDIS som hanterar denna infor- mation. Det finns inga krav från IMO (SOLAS International Con- vention on the Safety Of Life At Sea) att fartyg skall vara utrustat med elektroniska sjökort. Enda kravet är att man skall ha nöd- vändiga och upprättad kartor och nautiska publikationen för den avsedda resan. Det är viktigt att överväga vilka krav på tillgång och typ av elektroniska sjökort man bör ställa på fartyg som skall ha fjärr- lotsning. Skall man kräva tillgång till elektroniska sjökort? Skall det vara ECDIS eller räcker det med ECS? Skall det krävas officiella ENC eller kan andra sjökortsdatabaser accepteras? Skall man ställa krav på en ergonomisk placering av monitorer som medger utnyttjande vid fartygets olika manöverstationer? Skall systemet understödja utbyte av elektronisk färdplanplan? Det är SSPA´s bedömning att elektroniska sjökort utgör ett signi- fikant bidrag till att höja precisionen och säkerheten i navigationen av egen fartyg samt för att ge överblick av trafiksituationen av fartyg och plottad ARPA-mål. Troligen är nyttan av elektroniska sjökort större på ett fartyg som är fjärrlotsat där besättningen inte har samma ryggmärgskänsla för visuella referenser som en lots har. Speciellt viktig blir användningen av elektroniska sjökort när visuella och radarbaserade referensmetoder degraderas vid t.ex. regn, snö dimma och mörker. Det är givetvis viktigt att elektro- niska sjökort utnyttjas i kombination med goda navigations- principer dvs. att fastställa eget fartygs läge och predikterade läge med flera metoder. För att övervaka och utvärdera fartygets manövrar är manöver- prediktorer ett mycket värdefullt hjälpmedel. En prediktor beskriver var fartyget befinner sig med rådande effekt- uttag och rodervinklar om säg 10, 20 och . Manöver- prediktorer kan göras mer eller mindre avancerade. Den enklaste formen av prediktor är en s.k. dödräkningsprediktor baserad på fart och kurs. Denna typ av prediktor används för att i radar och elektroniskt sjökort visa eget fartyg och omgivande trafik i form av vektorer. Detta duger för anti-kollisionsnavigering i öppet vatten men inte för manöverring i trängre farleder. Då krävs att infor- mation om drift och girhastighet tillförs prediktionen. De mest avancerade prediktorerna, s.k. dynamisk prediktor, använder sig av en hydro- och aerodynamisk modell av fartyget [24]. Denna modell tillförs information om aktuella tillstånd för bl.a. fart, kurs, girhastighet, roder, propeller, tvärtrustrar och vind. Med hjälp av den dynamiska modellen och tillstånden kan man prediktera att gjorda manövrar får avsedd verkan. Man kan också på ett tidigt stadium se att man t.ex. behöver lägg mer roder för att komma igenom en gir. I figuren nedan visas hur predikterade posi- tionen från en dynamisk prediktor kan presenteras i kartbilden. Alla stora leverantörer av elektroniska sjökort erbjuder olika typer av prediktorlösningar. Den vanligaste varianten är prediktor som använder sig av axiell- och tvärhastighet samt heading och gir- hastighet. Att vid fjärrlotsning ge fjärrlotsen tillgång till prediktorinforma- tion bedöms som mycket värdefullt. Detta avhjälper i viss mån de långa uppdateringstiderna för radar- och AIS-data. Data för att göra prediktion baserar på fart, kurs och girhastighet finns redan i Det förutsätter dock att fartyget skickar gir- hastighet vilket inte alltid är fallet. För att få över data från dynamisk prediktor krävs att man skickar position, heading samt tidpunkt för prediktionen. Ca 3 5 prediktionssteg bör vara till- räckligt. Detta skulle kunna införas i protokollet för AIS-kom- munikation men kräver då tillägg i protokollstandarden. 4.5Antikollisionsfunktionalitet i elektroniska sjökort Ett intressant hjälpmedel har utvecklats av , Kinzo Inoue och Masanori Tsugane [25]. Detta hjälpmedel har testats på befäl i forskningsstudier men finns ännu inte på markanden. Konformade kollisionsriskområden presenteras och jämförs med spetsen på egna fartygets fartvektor. Befälet kan bedöma risken för kollisioner i ett komplicerat mötesscenario och identifiera lämplig kurs och fart för att undvika kollisionshot med tillräckligt säker- hetsavstånd. I simulatortester med varierande trafiktätheter och olika hastig- hetsområden för det egna fartyget har prestationsförmågan hos befäl utvärderats vid jämförelse av antikollision presentationen kontra (Automatic Radar Plotting Aid) presentationer både i sann och relativ rörelse. Erfarna befäl och befälsstudenter deltog i testerna. Den nya presentationen gav mer homogena, precisa och säkra undanmanövrar än när konventionella tekniker användes. Förbättringen förstärktes med ökande fart på det egna fartyget, högre trafiktäthet och komplexitet. Nedan presenteras tekniken i ett elektroniskt sjökort. Lämpliga undanmanövrar identifieras genom bedömning av var den egna fartvektorns spets är i förhållande till kollisionsrisksektorerna. Denna teknik förefaller vara ett bra hjälpmedel för att underlätta lotsarbetet både ombord för lotsen och på land för övervakning i en VTS central eller för fjärrlotsning. Även då besättningen har lotsdispens vore tekniken ett lämpligt hjälpmedel. Det är troligt att denna teknik eller något liknande kan finnas integrerade i kommersiella system . GNSS (Systems) är samlingsnamnet för sattelitbaserade positionsbestämningssystem. Det finns två system i drift, GPS () och GLONASS (Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema). Ett sam- europeiskt system, , är under uppbyggnad men oklarheter i finansiering med mera innebär att datum för när systemet är i drift är osäkert. Inom sjöfarten är det helt dominerande systemet GPS. Ursprungligen fanns det en avsiktlig störning av den civila GPS- signalen. Denna störning togs bort för och man kan nu normalt uppnå noggrannhet på bättre än 20 m med en mycket enkel mottagare. För att ytterligare förbättra noggrann- heten använder man sig av fasta referensstationer som ger korrek- tionssignaler vilka tar bort de största felkällorna, s.k. differentiell GPS eller DGPS. Med denna teknik kan man normal få positions- noggrannhet bättre än 5 m. Normalt så ger inte differentiell GPS så stor förbättring jämfört med icke-differentiell. Däremot är det mycket värdefullt om på någon satellit ger ett stort felaktigt värde. Då kan den differentiella mätningen snabbt solla bort den felaktiga satelliten. För nå bättre noggrannhet än DGPS använder man sig av fasmätning på bärvågen och kan då beroende på mätteknik komma ner i noggrannhet på <1 m (bärvågunderstödd kodmätning) och för de mest sofistikerade metoderna på cm-noggrannhet (RTK, Real-Time Kinematic). När man skall ner på dess noggrannheter är man beroende av att ha en bra sattelitgeometri. Eftersom GPS satelliternas bana vänder vid N 55º (i höjd med ) innebär det att man har svårare att få bra geometri och större risk att satelliter skyms om man kommer längre norrut. En möjlighet är att då kombinera GPS med GLONASS där satelliterna går till N 64.8º (i höjd med ). En enkel GPS kan räkna fram position och fart med den frekvens av ca medan en exklusivare variant kan ge uppdate- ringsfrekvens på ca . Att ha en hög uppdateringsfrekvens är värdefullt för att t.ex. snabbt och korrekt detektera kurs-över- grund vektorn.