. Proiectarea Unui Suport Software A Modulului DE Informare Pentru Navigatie

CUPRINS

MOTIVAȚIA LUCRĂRII………………………………………………………………………………..5

CAP. I CONSIDERAȚII GENERALE…………………………………………………………….7

1.1. Introducere…………………………………………………………………………………………..7

1.2. Evoluția sistemelor de calcul utilizate în navigație………………………………….9

1.2.1.Calculatorul electronic SEAMATE – 4 ………………………………………..9

1.2.2. Minicalculatorul TAMAYA NC – 2…………………………………………….9

1.2.3. Minicalculatorul TAMAYA NC – 77…………………………………………10

1.2.4. Sistemul ECDIS……………………………………………………………………….11

1.3. Cerințe de bază ale unui complex maritim de navigație………………………..13

1.4. Funcțiile complexului maritim de navigație………………………………………….14

CAP. II INFORMAREA DE NAVIGAȚIE……………………………………………………..17

2.1. Tipologia datelor utilizate în pregătirea și elaborarea informării

de navigație……………………………………………………………………………………….17

2.1.1. Date de intrare……………………………………………………………………………..17

2.1.1.1. Date interne de intrare ………………………………………………………..17

2.1.1.2 Date externe de intrare…………………………………………………………19

2.1.2 Date ieșire………………………………………………………………………………………19

2.1.2.1. Date de comunicații……………………………………………………………….19

2.1.2.2. Date de informare situațională critică…………………………………….20

2.2. Gestionarea informațiilor de navigație………………………………………………….31

2.2.1. Bazele de date …………………………………………………………………………..31

2.2.2. Sisteme de filtrare a informațiilor………………………………………………34

2.2.3. Modul de realizare a informării…………………………………………………36

2.3. Categoriile de informare implicită………………………………………………………..40

2.3.1. Informarea hidrometeorologică…………………………………………………40

2.3.2. Informarea cu privire la asigurarea hidrografică……………………….42

CAP. III ECHIPAMENTE UTILIZATE ÎN REALIZAREA MODULULUI

DE INFORMARE A NAVIGAȚIEI………………………………………………….54

3.1. Structurile HARD-WARE utilizate în complexele de navigație…………….…54

3.2. Echipamente periferice de navigație …………………………………………………..….57

3.3. Echipamente de calcul și modul de implementare a diferiților

traductori componenți ai sistemului de navigație ……………………………….….62

CAP. IV NOȚIUNI DE PROIECTARE SOFT-WARE A MODULULUI

DE INFORMARE DE MANAGEMENT ȘI COMANDĂ A NAVEI .….67

4.1. Structurile SOFT-WARE utilizate în complexele de navigație………………….67

4.2. Principii de proiectare……………………………………………………………………………71

4.3. Aplicarea informației de navigație la sistemul de indicare

și reprezentare …………………………………………………………………………………..….77

4.4. Structura soft-ware generală a modulului de informații de

management și comandă a navei…………………………………………………………..….81

CAP. V PROIECTAREA ARHITECTURII SOFT-WARE A FERESTRELOR

DIN COMPONENȚA MODULULUI DE INFORMARE……………………………………84

5.1. Fereastra „VÂNT”………………………………………………………………………………85

5.1.1. Descrierea componentelor………………………………………………………….…85

5.1.2. Principii și metode de determinare …………………………………………….…86

5.2. Fereastra „SONDĂ ”………………..…………………………………………………………….86

5.2.1. Descrierea componentei……………………………………………………………..….86

5.2.2. Principii și metode de determinare……………………………………………..….87

5.2.3. Schema logică…………………………………………………………………….……90

5.3. Fereastra „NAVIGAȚIE ”…………………………………………………………………….…..90

5.3.1. Descrierea componentelor………………………………………………………….…..90

5.3.2. Principii și metode de determinare…………………………………………….……91

5.3.3. Schema logică………………………………………………………………………….95

5.4. Fereastra „GPS”……………………………………………………………………….….…95

5.4.1. Descrierea componentelor………………………………………………………..…….95

5.4.2. Principii și metode de determinare…………………………………………………97

5.4.3. Schema logică…………………………………………………………………..……101

5.5. Fereastra „PILOT AUTOMAT”…………………………………………………………102

5.5.1. Descrierea componentelor……………………………………………………….102

5.5.2. Principii și metode de determinare…………………………………………..102

5.5.3. Schema logică…………………………………………………………………..105

CAP. VI FIABILITATEA REALIZĂRII MODULULUI DE INFORMARE..106

6.1. Implementarea sistemului la bordul navelor maritime………………………..106

6.1.1 Condiții impuse utilizatorului…………………………………………………………..106

6.1.2 Condiții necesare pentru funcționarea sistemului………………………………107

6.1.3 Fundamentarea economică și estimarea prețului de cost……………….….108

CONCLUZII………………………………………………………………………109

BIBLIOGRAFIE………………………………………………………………………………………..111

Creșterea volumului mărfurilor de transportat pe calea mării în cadrul dezvoltării economiei mondiale și a cooperării internaționale, necesitatea extinderii pescuitului oceanic, a explorărilor și exploatărilor petroliere, miniere – de pe platformele continentale – cerințele transporturilor aeriene și foarte probabil ale celor cosmice, vor constitui imperative suficient de convingătoare ale viitorului pentru dezvoltarea navigației, în condițiile creșterii exponențiale a posibilităților pe care le va crea progresul științei și tehnologiei.

Rațiuni de acest ordin permite întrevederea faptului că după aplicarea navigației cu sateliți și inerțiale la bordul navelor maritime este sigur că se vor introduce sisteme produse de tehnologii noi, unele dintre ele deja cunoscute dar nefolosite încă în acest domeniu, cum sunt circuitele integrate pe scară largă, laserul, sistemele de propulsie neconvențională, etc. În pragul mileniului următor omenirea va trebui să găsească răspuns cerințelor enumerate mai sus și, pe de altă parte, ea nu va putea să rămână indiferentă în fața efectului economic și a implicațiilor legate de pericolul poluării.

“ Siguranța înainte de toate ! ”constituie legea de bază a celor de pe punțile de comandă ale navelor maritime în stabilirea soluțiilor, în clipele marilor decizii, formula care sintetizează concluzia fundamentală pe care o impune examenul necruțător al mării în activitatea de conducere a navelor. Mijloacele de navigație modernizate și moderne, puse la îndemâna unor navigatori competenți, oferă posibilitatea aplicării soluției optime în conducerea navei față de condițiile concrete de pe mare, aducându-și astfel o contribuție de o neasemuită valoare pentru siguranța navigației și creșterea eficienței economice în activități pe care o navă le deservește.

Conducerea navei în siguranță în condițiile extrem de variate ce pot fi întâlnite pe mările și oceanele lumii, cu probe de multe ori imprevizibile create de capricioasa mare, impune navigatorilor, indiferent de misiunile pe care le realizează, în scop militar sau civil, necesitatea unei pregătiri multilaterale de navigație, în care să-și găsească locul atât cunoașterea sistemelor moderne, cât și a celor clasice, și aceasta, pentru că se știe, tot din experiența navigatorilor, că “marea nu cruță pe nepricepuți”

Pentru realizarea dezideratelor enumerate, realizarea unui modul de informare a navigației pe baza unui suport soft-ware se impune ca fiind necesară, având în vedere implementarea pe o scară tot mai largă a sistemelor informatice în domenii ce implică un flux de informații considerabil, domeniu în care se încadrează și navigația maritimă.

Scopul realizării acestui proiect, “Proiectarea suportului soft-ware a modulului de informații de management și comandă a navei”, este acela de a oferii posibilitatea navigatorilor aflați pe puntea de comandă a navelor maritime să ia decizii care să asigure siguranța navei, încărcăturii și oamenilor de la bord, într-un timp optim în cele mai nefavorabile condiții de navigație, și nu numai, informații primite de la senzorii de navigație și prelucrate de sisteme informatice moderne.

INTRODUCERE

Procedeele folosite în navigația maritimă de-a lungul timpului pentru determinarea parametrilor de poziție, de deplasare ai navei și de determinare a condițiilor hidro-meteorologice caracteristice zonei de navigație, au evoluat grație mijloacelor tehnice de navigație puse la îndemâna navigatorilor. Aceste mijloace formează sistemele de navigație ce oferă posibilitatea alegerii optime a procedeelor de navigație.

Funcție de procedeele de navigație și de felul observațiilor utilizate pentru determinarea parametrilor de poziție și de deplasare ai navei, putem distinge următoarele tipuri de navigație:

Navigație estimată;

Navigație costieră;

Navigație astronomică;

Navigație electronică;

De-a lungul secolelor, evoluția navigației de la artă la știință, s-a făcut odată cu progresul științei și tehnologiei ce a dus la descoperirea unor noi mijloace tehnice de navigație, realizarea lor fiind determinată de cerințele transportului pe mare, creșterea eficienței apărării prin îmbunătățirea mijloacelor tehnice de la bordul navelor militare, de exploatarea platformelor continentale, de dezvoltarea pescuitului oceanic, transportul aerian și cosmic, etc., activități de importanță vitală pentru economia, cercetarea și siguranța fiecărei națiuni și pentru dezvoltarea cooperării internaționale.

Multe din eforturile depuse pentru dezvoltarea sistemelor de navigație moderne, câtuși instituirea anumitor măsuri menite să sporească siguranța navigației maritime, au fost coordonate cu succes de “Organizația Inter-guvernamentală Maritimă Consultativă” (I.M.C.O.), instituție specializată a “O.N.U.”

Navigația maritimă este știința care se ocupă cu studiul metodelor de determinare a poziției navei pe mare și a drumului urmat în siguranță dintr-un punct în altul pe suprafața Pământului. Denumirea își are originea în cuvântul latin “navigatio”.

O definiție exactă a navigației conține cel puțin 4 elemente:

planificarea unui parcurs sigur al navei;

manevrarea navei pentru urmarea drumului planificat;

fixarea poziției pe un monitor al mișcării navei;

evitarea coliziunilor cu alte nave, etc.;

În practică primul și al treilea element sunt implicate în navigație, în special în fixarea poziției. Manevrele și coliziunile sunt considerate parte a cunoștințelor nautice. Tehnicile de fixare a poziției se studiază intens în școlile de profil.

Istoria navigației mar………………………….102

5.5.1. Descrierea componentelor……………………………………………………….102

5.5.2. Principii și metode de determinare…………………………………………..102

5.5.3. Schema logică…………………………………………………………………..105

CAP. VI FIABILITATEA REALIZĂRII MODULULUI DE INFORMARE..106

6.1. Implementarea sistemului la bordul navelor maritime………………………..106

6.1.1 Condiții impuse utilizatorului…………………………………………………………..106

6.1.2 Condiții necesare pentru funcționarea sistemului………………………………107

6.1.3 Fundamentarea economică și estimarea prețului de cost……………….….108

CONCLUZII………………………………………………………………………109

BIBLIOGRAFIE………………………………………………………………………………………..111

Creșterea volumului mărfurilor de transportat pe calea mării în cadrul dezvoltării economiei mondiale și a cooperării internaționale, necesitatea extinderii pescuitului oceanic, a explorărilor și exploatărilor petroliere, miniere – de pe platformele continentale – cerințele transporturilor aeriene și foarte probabil ale celor cosmice, vor constitui imperative suficient de convingătoare ale viitorului pentru dezvoltarea navigației, în condițiile creșterii exponențiale a posibilităților pe care le va crea progresul științei și tehnologiei.

Rațiuni de acest ordin permite întrevederea faptului că după aplicarea navigației cu sateliți și inerțiale la bordul navelor maritime este sigur că se vor introduce sisteme produse de tehnologii noi, unele dintre ele deja cunoscute dar nefolosite încă în acest domeniu, cum sunt circuitele integrate pe scară largă, laserul, sistemele de propulsie neconvențională, etc. În pragul mileniului următor omenirea va trebui să găsească răspuns cerințelor enumerate mai sus și, pe de altă parte, ea nu va putea să rămână indiferentă în fața efectului economic și a implicațiilor legate de pericolul poluării.

“ Siguranța înainte de toate ! ”constituie legea de bază a celor de pe punțile de comandă ale navelor maritime în stabilirea soluțiilor, în clipele marilor decizii, formula care sintetizează concluzia fundamentală pe care o impune examenul necruțător al mării în activitatea de conducere a navelor. Mijloacele de navigație modernizate și moderne, puse la îndemâna unor navigatori competenți, oferă posibilitatea aplicării soluției optime în conducerea navei față de condițiile concrete de pe mare, aducându-și astfel o contribuție de o neasemuită valoare pentru siguranța navigației și creșterea eficienței economice în activități pe care o navă le deservește.

Conducerea navei în siguranță în condițiile extrem de variate ce pot fi întâlnite pe mările și oceanele lumii, cu probe de multe ori imprevizibile create de capricioasa mare, impune navigatorilor, indiferent de misiunile pe care le realizează, în scop militar sau civil, necesitatea unei pregătiri multilaterale de navigație, în care să-și găsească locul atât cunoașterea sistemelor moderne, cât și a celor clasice, și aceasta, pentru că se știe, tot din experiența navigatorilor, că “marea nu cruță pe nepricepuți”

Pentru realizarea dezideratelor enumerate, realizarea unui modul de informare a navigației pe baza unui suport soft-ware se impune ca fiind necesară, având în vedere implementarea pe o scară tot mai largă a sistemelor informatice în domenii ce implică un flux de informații considerabil, domeniu în care se încadrează și navigația maritimă.

Scopul realizării acestui proiect, “Proiectarea suportului soft-ware a modulului de informații de management și comandă a navei”, este acela de a oferii posibilitatea navigatorilor aflați pe puntea de comandă a navelor maritime să ia decizii care să asigure siguranța navei, încărcăturii și oamenilor de la bord, într-un timp optim în cele mai nefavorabile condiții de navigație, și nu numai, informații primite de la senzorii de navigație și prelucrate de sisteme informatice moderne.

INTRODUCERE

Procedeele folosite în navigația maritimă de-a lungul timpului pentru determinarea parametrilor de poziție, de deplasare ai navei și de determinare a condițiilor hidro-meteorologice caracteristice zonei de navigație, au evoluat grație mijloacelor tehnice de navigație puse la îndemâna navigatorilor. Aceste mijloace formează sistemele de navigație ce oferă posibilitatea alegerii optime a procedeelor de navigație.

Funcție de procedeele de navigație și de felul observațiilor utilizate pentru determinarea parametrilor de poziție și de deplasare ai navei, putem distinge următoarele tipuri de navigație:

Navigație estimată;

Navigație costieră;

Navigație astronomică;

Navigație electronică;

De-a lungul secolelor, evoluția navigației de la artă la știință, s-a făcut odată cu progresul științei și tehnologiei ce a dus la descoperirea unor noi mijloace tehnice de navigație, realizarea lor fiind determinată de cerințele transportului pe mare, creșterea eficienței apărării prin îmbunătățirea mijloacelor tehnice de la bordul navelor militare, de exploatarea platformelor continentale, de dezvoltarea pescuitului oceanic, transportul aerian și cosmic, etc., activități de importanță vitală pentru economia, cercetarea și siguranța fiecărei națiuni și pentru dezvoltarea cooperării internaționale.

Multe din eforturile depuse pentru dezvoltarea sistemelor de navigație moderne, câtuși instituirea anumitor măsuri menite să sporească siguranța navigației maritime, au fost coordonate cu succes de “Organizația Inter-guvernamentală Maritimă Consultativă” (I.M.C.O.), instituție specializată a “O.N.U.”

Navigația maritimă este știința care se ocupă cu studiul metodelor de determinare a poziției navei pe mare și a drumului urmat în siguranță dintr-un punct în altul pe suprafața Pământului. Denumirea își are originea în cuvântul latin “navigatio”.

O definiție exactă a navigației conține cel puțin 4 elemente:

planificarea unui parcurs sigur al navei;

manevrarea navei pentru urmarea drumului planificat;

fixarea poziției pe un monitor al mișcării navei;

evitarea coliziunilor cu alte nave, etc.;

În practică primul și al treilea element sunt implicate în navigație, în special în fixarea poziției. Manevrele și coliziunile sunt considerate parte a cunoștințelor nautice. Tehnicile de fixare a poziției se studiază intens în școlile de profil.

Istoria navigației maritime, cu începuturile ei din perioada fenicienilor, grecilor antici și a romanilor, este istoria unei evoluții lente de-a lungul multor secole care au urmat, cu progrese moderne dar continue începând din secolul al XV-lea și cu realizări de performanțe deosebit de impresionante în ultimele decade.

Realizarea instrumentelor de bord pentru măsurarea direcțiilor (compasul magnetic), a unghiurilor(sextantul), și a timpului (cronometrul), precum și progresele dobândite în cunoașterea Pământului, în domeniile matematicii și astronomiei, au constituit bazele transformării treptate a navigației din artă în știință. Pentru marinari aceste realizări au redus gradul de nesiguranță în navigația dinspre coastă la un grad acceptabil reducând riscul și oferind un avantaj comercial. Deoarece navigația nu poate avea succes fără hărțile marine, aceste noi descoperiri au asigurat cartografii cu detalii semnificative.

Cea de a doua jumătate a secolului al XIX-lea a marcat începutul navigației moderne, care a continuat apoi în ritm susținut în secolul XX. În condițiile progresului general al tehnologiei și științei, remarcăm realizarea unor mijloace și sisteme de navigație cu performanțe superioare. Sistemele de navigație electronice, realizare a științei și tehnologiei secolului XX, creează posibilitatea rezolvării problemei de poziție cu precizie, indiferent de condițiile de vizibilitate. Navigația electronic cuprinde în prezent următoarele sisteme principale:

Radiogoniometria;

Radarul;

Sistemele hiperbolice;

Navigația cu sateliți;

Navigația inerțială;

Cu excepția navigației inerțiale, celelalte sisteme ale navigației electronice folosesc propietățile radioundelor pentru rezolvarea problemei de poziție. În ansamblu, ele se consideră sisteme de navigație electronică, deoarece realizarea lor este, în principal, de domeniul tehnologiei electronice. Aceste sisteme nou create sunt de o valoare inestimabilă pentru siguranța navigației și economia transporturilor maritime. Simultan cu aceste realizări s-a produs revoluția informatică, datorită apariției computerului, care a impus noi standarde de concepție și dezvoltare a acestor echipamente.

1.2. EVOLUȚIA SISTEMELOR DE CALCUL UTILIZATE ÎN NAVIGAȚIE

Încă de la începuturile navigației moderne, pe punțile de comandă ale navelor maritime au fost introduse mijloace electronice de calcul cu scopul de a determina cât mai corect și mai rapid parametrii de poziție și de mișcare ai navelor.

În continuare va fi expusă o sumară descriere a evoluției sistemelor de calcul utilizate în procesul de conducere a navelor maritime.

În prima part implementării cu mijloace de calcul au fost introduse minicalculatoare specializate sau de tip științific care rezolvau o parte din problemele de calcul ce priveau poziția curentă și viitoare navei, drumului și distanței parcurse de navă. În cazul acestor calculatoare există anumite particularități în procedura de calcul, cu care navigatorul trebuie să se familiarizeze prin studierea documentației de operare pusă la dispoziție de fabricant.

Calculatorul electronic SEAMATE-4

A fost utilizat la bordul navelor maritime pentru rezolvarea problemelor principale de navigate loxodromică și ortodromică, fiind introdus inițial la bordul navelor petroliere. Prezintă două benzi program pentru calcule de navigate:

– banda program pentru navigația astronomică (celo-navigation program tape) cu ajutorul căreia se rezolvă problema de punct astronomic;

banda de program pentru navigația terestră (geo-navigation program tape), care conține două programe principale:

programul nr.1 (PROG. No 1) pentru calculul drumului și distanței dintre două puncte de coordonate cunoscute, în navigația loxodromică și ortodromică. În cazul navigației ortodromice, folosirea programului oferă posibilitatea calculului tuturor elementelor ce definesc ortodroma ce leagă cele două puncte;

programul nr.2 (PROG. No 2) pentru calculul coordonatelor punctului de sosire din coordonatele punctului de plecare, drum și distanța parcursă în navigația loxodromică și cea ortodromică.

Minicalculatorul de navigație TAMAYA NC-2

TAMAYA ASTRO-NAVIGATION CALCULATOR NC-2 este unul din minicalculatoarele specializate de navigate ce soluționează câteva probleme cu aplicație frecventă în navigația loxodromică, ortodromică și astronomică.

În acest scop acesta conține o bibliotecă de nouă programe de navigație astfel:

Calculul coordonatelor punctului de sosire din coordonatele punctului de plecare, drum și distanță parcursă. Cheia programului este DR-MP (Dead Reckoning- Most Probable Position);

Calculul drumului și distanței de parcurs între două puncte de coordonate date. Cheia programului este CD (Course and Distance by Mercator and mid-latitude sailing);

Calculul distanței ortodromice și a drumului inițial din coordonatele punctului de plecare și ale celui de sosire. Cheia programului este GC (Great Circle sailing);

Calculul azimutului și înălțimii unui astru. Cheia programului este LOP (Line Of Position);

Determinarea punctului navei cu drepte de înălțime. Cheia programului este DR-MP (Dead Reckoning Most Probable Position);

Convertiri din timp în arc. Cheia programului este TIME;

Convertiri din arc în timp. Cheia programului este ARC;

Operațiuni cu mărimi de timp. Cheia programului este TIME;

Operațiuni cu mărimi de arc. Cheia programului este ARC;

Minicalculatorul este prevăzut cu două memorii, care sunt folosite la rezolvarea programelor de navigație DR-MP, CD, GC și LOP. Aceste programe soluționează ecuațiile de calcul ale unor probleme de uz frecvent în navigația estimată, navigația ortodromică și navigația astronomică. În afară de aceste programe minicalculatorul TAMAYA NC-2 poate fi utilizat și pentru rezolvarea altor probleme de navigație, folosind funcțiile științifice pe care le conține, precum și facilitățile pentru calcule numerice cu mărimi până la 10 digiți, în acest caz fiind folosit ca orice calculator de tip științific.

Minicalculatorul de navigație TAMAYA NC-77

TAMAYA DIGITAL NAVIGATION COMPUTER NC-77, este o formă evoluată a minicalculatorului TAMAYA NC-2, capabil să rezolve problemele de navigație loxodromică, ortodromică, astronomică, precum și ale navigației în ape cu maree și curenți, ce se impun a fi soluționate în mod frecvent pe comanda navei maritime.

Procedura de operare este considerabil de simplificată, ne trebuind să fie impusă urmărirea vreunei scheme de calcul, memorată sau scrisă în prealabil, ci se aplică simplu instrucțiunile de dialog afișate pe ecran prin anumite simboluri, care indică în fiecare stadiu al calculului data ce urmează să fie introdusă, până la obținerea rezultatului dorit. Calculatorul TAMAYA NC-77 conține 21 de programe constante de navigație indicate prin chei specifice.

Cu timpul, aceste mijloace de calcul, folosite cu precădere în perioada anilor 70 au fost înlocuite de sisteme complexe de navigație, ce au în compunere structuri logice de inteligență artificială, capabile să opereze cu cantități enorme de informații într-un timp foarte scurt. Astfel, putem aminti câteva exemple edificatoare de sisteme integrate de navigate cum ar fi sistemele ECDIS, GORIZONT, NAUTOCONING,VISION 2100M.

Sistemul ECDIS

Sistemul electronic ECDIS (Electronic Chart Display and Information System- Sistem de Informare și Afișare a Hărților Electronice) și reprezintă o unealtă efecftivă pentru siguranța navigației.

ECDIS este un instrument de navigație care realizează interfața cu un receptor al Sistemului de Poziționare Globală GPS (Global Positioning System) și alte aparate de la bord (giro, loch, sondă, radar) pentru a oferii navelor în timp real poziții foarte precise în relația lor cu elementele de cartografie. În plus, utilizând informațiile digitale, sistemul ECDIS poate oferii avertismente de punere pe uscat și coliziuni, planificarea traseelor și monitorizarea deplasării.

Sistemul ECDIS este mai mult decât o simplă imagine a unei hărți pe ecranul unui calculator. Informația hărții, în ECDIS nu este ținută ca o simplă imagine a unei hărți, ci ca vector individual într-o bază de date, fiind analizată și comparată continuu cu poziția curentă a navei, cursul planificat și manevrele caracteristice de a prevenii pericolele din apropiere. ECDIS furnizează de asemenea alarme prompte în cazul devierii de la curs. Materialele suplimentare de care dispune, fotografii, imagini, note de navigate, pot fi afișate, la cerere, la rezoluția dorită. Totodată sistemul ECDIS prezintă posibilitate de a înregistra o serie de date utile pentru analizele ulterioare. Întreținerea sistemului, îmbunătățirea informațiilor de pe disc, este realizată atât manual , prin intervenția operatorului, prin mesaj e-mail, transfer de date prin satelit.

ECDIS furnizează decizii oportune construind unelte utile pe puntea unei nave prin combinarea informațiilor primite de la satelit, de la senzorii proprii ai navei și din baza de date oferită de un sistem de informații geografice.

În viitorul apropiat, ECDIS-ul va încorpora și afișa implicit informații conținute în alte publicații nautice (Tide Tables, Sailing Directions) și informații maritime adiționale (informații radar, informații referitoare la vreme, prezența icebergurilor, identitatea navelor). Deci, implementarea sistemului ECDIS la bordul navelor nu este o cerință ci o necesitate, navigația secolului XXI făcând astfel un pas important către navigația precisă.

Standardele ECDIS impuse de IMO(Interrnational Maritime Organization- Organizația Maritimă Internațională), IHO(International Hidrographic Organization-Organizația Hidrografică Internațională), HGE(Harmonization Group for ECDIS) conțin următoarele definiții:

Electronic Navigational Chart (ENC)- Bază de date standardizată din punct de vedere al conținutului, structurii și formei, creată pentru a fi folosită cu sistemul ECDIS sub autoritatea oficiilor hidrografice naționale.

ENC conține toate informațiile necesare pentru o navigate în siguranță, în conformitate cu hărțile propriu zise.

System Electronic Navigational Chart (SENC)- bază de date rezultată din transformarea ENC, de către ECDIS, pentru folosința uzuală, apropiată de ENC prin esența lui, dar beneficiind și de alte date introduse, ulterior, de către utilizatori.

SENC conține echivalentul celor mai recente, moderne, hărți , dar poate conține informații și din alte surse.

Electronic Chart Display and Information System (ECDIS)- un sistem de informații de navigate, care poate fi acceptat ca un echivalent, permis de Regula I/5 din SOLAS 1975, la hărțile moderne cerute de Regula V/20 din SOLAS 1974

Odată cu modernizarea computerelor și a tehnologiei GIS a avut loc o explozie internațională de interes, cooptându-l noile hărți electronice. ENC este reprezentarea electronic a hărții nautice, ea este totodată o derivată navigațională a Sistemului de Informații Geografice. Aceste moderne ENC, au reprezentat un uriaș pas înainte, spre profesionalism, acum fiind o componentă de bază a sistemului ECDIS.

În cadrul conferinței internaționale ECDIS ce a avut loc în anul 1992, obiectivul conferinței fiind promovarea utilizării ECDIS și informațiilor digitale pentru siguranța navigației, au fost expuse opiniile participanților cu privire la sistem și a fost prezentată o variantă hibrid ECDIS(cu hartă electronic și hartă raster)pentru o zonă restrânsă.

Subiectele mai importante tratate de participanți au fost:

ECDIS –un instrument eficient pentru navigația în siguranță;

Informații digitale mondiale pentru navigația globală;

Hărți maritime digitale cu informații de afaceri;

Structura unui program de antrenare a personalului ce utilizează un sistem ECDIS;

Utilizarea sistemului ECDIS pentru monitorizarea și protecția mediului;

ECDIS pentru aplicații ulterioare;

Utilizatorii, trebuie să cunoască și să respecte limitele sistemului ECDIS dacă vor să evite incidentul de tipul “tehnologie asistată”, incident ce devine o “statistică” în timpul perioadei de implementare care a urmat apariției unei noi tehnologii ca Radarul, CAS, VHF(Very Hight Frequency) Radio, ARPA (Automatic Radar Ploting Aids).

Corelând informațiile selectate din SENC, cu informațiile privind poziția privind poziția curentă, primite de la senzorii de navigate, ECDIS asistă marinarii în planificarea rutei și monitorizarea acesteia. Opțional, ECDIS poate afișa informați despre navigate, din alte publicații nautice sau surse.

Pe piață există trei tipuri diferite de ENC, din care doar un singur tip (DX-90-Vector), în opinia specialiștilor, îndeplinește condițiile IMO. Cel trei tipuri sunt:

RASTER: -o bază de date, foarte simplă, care este comparabilă cu o imagine scanată a unei hărți. Baza de date a ENC poate fi transformată în bază de date a unui SENC. Această trecere presupune completa rechiziționare a tuturor datelor. Imaginile au numai câțiva pixeli și nu pot fi considerate informații. Acest sistem nu este compatibil la navele mici, rasterul imaginii nefiind ideal pentru navele mari. Acest tip de ENC va suferii o scădere a utilității odată cu evoluția tehnologiei ECDIS.

DX90-VECTOR: -este o compilație de serii de fișiere de date cu informații vectoriale. Procesul de construcție a hărților DX90-Vector, ar fi trebuit să elimine înlăture apariția statutului de “echivalent legal”. Sistemul recunoaște imaginile ca informații și nu ca pixeli și fără rechiziționarea tuturor datelor. Este unul din cele mai compatibile sisteme.

VECTOR PRODUCT FORMAT (VPF): -este un exercițiu aparte, al Defense Mapping Agency (DMA) a cărui bază de date și format sunt identice. Nu îndeplinește standardele internaționale și este un sistem limitat.

1.3. CERINȚE DE BAZĂ ALE UNUI COMPLEX MARITIM DE NAVIGAȚIE

Proiectarea unui asemenea sistem presupune impunerea unor cerințe ce trebuie riguros respectate. Acestea prevăd totalitatea funcțiunilor ce trebuie îndeplinite de sistem pentru automatizarea completa a conducerii navei.

Acest proces presupune prelucrarea informațiilor cu ajutorul calculatorului numeric specializat si permite prelucrarea datelor necesare pentru:

comanda și coordonarea instalațiilor de la bord;

rezolvarea problemei de evitare a coliziunilor pe mare;

navigația în siguranța în strâmtori si in zone cu trafic intens.

Caracteristicile de performanță, ce prezintă interes deosebit și care trebuie avute în vedere la proiectarea unui sistem integrat de navigație maritimă sunt:

compatibilitate cu standardele impuse de IMO și IHO;

hărți pentru întreaga lume;

selecția automată a hărții corespunzătoare poziției;

afișarea în cadrul hărții a unei cantități variabile de informații;

afișarea unor informații detaliate, textuale și grafice, pentru orice obiect din zonă;

afișarea informațiilor radar (caracteristicile radarului ARPA);

suprapunerea imaginii radar;

date ale senzorilor (calcule complete și materializarea poziției) pentru toți receptorii conectați;

alarmă de siguranță pentru limite de adâncime(eșuare), alarmă vizuală și sonoră pentru deviere de la curs, derivă, atingere sau încălcarea zonelor de siguranță;

planificarea rutei (poate stoca peste 100 de puncte și 20 de rute);

monitorizarea rutei (poziție, relevment, curs actual, curs și viteză planificată și recomandată);

interfață senzori (GPS, loch, giro, sondă);

înregistrarea și stocarea informațiilor relevante ale voiajului la o perioadă de timp prestabilită (funcție de cutie neagră );

ajutor.

1.4. FUNCȚIILE COMPLEXULUI MARITIM DE NAVIGAȚIE

Un complex maritim de navigație execută în principal șase procese asupra datelor: intrare, manipulare, management, interogare / analiză și vizualizare. În cele ce urmează le voi prezenta pe rând.

Intrarea datelor.

Înainte ca informațiile să fie utilizate în complexul maritim ele trebuie transformate într-un format digital corespunzător. Procesul de conversie a datelor din hărțile imprimate, port exterior, în fișiere este denumit digitizare. Tehnologia modernă poate automatiza complet acest proces pentru proiecte ample, utilizând metode de scanare. În schimb, studiile de mică anvergură necesită operații de digitizare manuală. Astăzi sunt disponibile multe tipuri de date, care pot fi obținute de la diverși furnizori și încărcate direct in sistem.

Manipularea datelor.

Datele necesare unui proiect de complex de navigație trebuie transformate sau manipulate intr-un anume mod, spre a le face compatibile cu sistemul utilizat. De exemplu, informația este disponibilă la diverse scări (fișiere cu coordonatele balizelor, geamandurilor, punctelor ce determină linia coastei etc.). Aceste informații trebuie transformate la aceeași scară (grad de detaliu, precizie) înainte de a fi integrate. Procesul poate fi o transformare temporară, numai în scopul vizualizării, sau una permanentă necesară pentru analiză. Tehnologia complexelor de navigație de tip ECDIS oferă un instrumentar variat pentru manipularea datelor spațiale sau pentru eliminarea informațiilor inutile.

Managementul datelor.

Pentru proiecte minore este suficientă stocarea informațiilor ca simple fișiere. Când volumul datelor și numărul utilizatorilor se mărește, este indicată utilizarea unui sistem de gestiune a bazei de date (DBMS), pentru stocare, organizare și management. Există mai multe tipuri de DBMS dar în sistemele informatice, implicit în complexele de navigație de tip ECDIS, cel mai util este conceptul relațional, în care datele sunt stocate conceptual ca o colecție de tabele. Câmpurile comune din tabele diferite sunt legate prin conexiuni flexibile.

Integrare și analiză.

Odată ce suntem in posesia unui astfel de sistem funcțional putem începe cu întrebări simple:

– Ce tip de geamandură este geamandura X?

– Care este bătaia și care sunt caracteristicile farului X ?

– La ce distantă mă aflu de obiectul X ?

– Care sunt zonele de ancoraj ?

Tehnologia ECDIS oferă, printr-un simplu clic al mouse-ului, capacități pentru analize sofisticate, care furnizează informații in timp real pentru utilizator.

Un ECDIS modern are înglobate multe funcții puternice de analiză, dar două sunt deosebit de importante:

1. Analiză de proximitate, de genul:

– Câte nave se găsesc pe o rază de 5 Km față de nava proprie ?

– Câte nave se găsesc la o distanță de 2 Km de intrarea în port ?

Pentru a răspunde acestor întrebări, tehnologia ECDIS, utilizează un proces denumit buffering pentru determinarea relațiilor de proximitate dintre detaliile de interes

2. Analiză stratificată

Integrarea diferitelor straturi de date implică un proces denumit suprapunere. În mod simplist, procedeul poate fi o operație de vizualizare, dar prelucrările analitice necesită fuziunea fizică a mai multor straturi de date.

Vizualizarea datelor.

Pentru mai multe tipuri de prelucrări geografice rezultatul final este vizualizat sub reprezentare grafică. Hărțile sunt foarte eficiente pentru stocarea și comunicarea informațiilor. Sistemul fumizează un instrumentar nou pentru a extinde arta și știința cartografică. Vizualizarea hărților poate fi integrată cu rapoarte, perspective 3D, fotograme terestre, aeriene sau spațiale și date multimedia.

Structura de bază a unui complex de navigație este:

Elemente periferice- senzorii (receptorul GPS, radar, loch, giro, sondă) au scopul de furniza informații sistemelor de prelucrare a datelor care în situația de față sunt reprezentate de computere cu caracteristici performante de stocare și prelucrare a datelor. Aceste informații pot fi implementate în structura de prelucrare a datelor cu ajutorul interfețelor electronice capabile să convertească și să realizeze o prelucrare preliminară a datelor sau, o a doua posibilitate, realizarea unei interfețe software capabilă să realizeze aceleași operațiuni ca și cea electronică, oferind astfel posibilitatea reducerii costului sistemului, a creșterii performanțelor de lucru prin mărirea vitezei de prelucrare, eliminarea elementelor intermediare-interfețele electronice- și micșorarea gabaritului sistemului. ce oferă datele de intrare în sistem:

– poziție:- latitudine;

– longitudine;

– drum adevărat;

– drum deasupra fundului;

– adâncimea sub chilă;

– distanța parcursă;

– timp local;

Calculator- pe care este instalat suportul soft ce gestionează datele de intrare (soft-ul este prevăzut cu funcții pentru introducerea și manipularea informațiilor, sisteme de management a bazelor de date, funcții pentru interogarea, analiza și sinteza datelor); configurațiile hardware acoperă o gamă diversă, de la computere deskstop, laptop, utilizate individual sau în rețea;

Harta electronică- produs tehnic de informații, ce reprezintă o componentă principală a sistemului, atât din punct de vedere al proiectantului cât și din cel al utilizatorului.

2.1. TIPOLOGIA DATELOR UTILIZATE ÎN PREGĂTIREA ȘI ELABORAREA INFORMĂRII DE NAVIGAȚIE

Informarea de navigație poate fi definită ca fiind ansamblul de activități ce se desfășoară la bordul navei maritime în scopul determinării, calculării și gestionării informațiilor de navigație cu privire la parametrii situaționali, de deplasare, de poziție și exploatare a echipamentelor și mijloacelor de navigație ai navei maritime.

Informarea de navigație cuprinde, în ansamblu următoarele tipuri de date:

– interne;

date de intrare:

-externe;

– de comunicații;

date ieșire:

– de informare situațională critică;

2.1.1. DATE DE INTRARE

2.1.1.1. Datele interne de intrare

Sunt datele ce provin de la senzorii și echipamentele aflate la bordul navei maritime care oferă parametrii de navigație măsurați și determinați direct de către aceste echipamente și oferiți utilizatorului prin intermediul sistemelor de afișare și control. Precizia acestor date depinde direct de corectitudinea funcționării echipamentelor de bord și de profesionalismul exploatării acestor echipamente. Aceste date oferă următorii parametrii: adâncime, viteză, drumul navei, relevmente, date de guvernare, parametrii de funcționare ai motoarelor, date temporale, etc.

2.1.1.2. Datele eterne de intrare

Datele de achiziție externe sunt acele categorii de date care sunt determinate și calculate de mijloace specializate care nu se află la bordul navei. Aceste sisteme externe de informare furnizează date de navigație ce oferă posibilitatea ofițerilor de pe puntea de comandă a avelor maritime de a determina cu mai multă precizie și în timp util parametrii de poziție și de deplasare.

Aceste sisteme externe de informare se pot clasifica astfel:

Date de navigație radioelectronică: – zonale;

– globale;

Date de informare hidro-meteorologică;

A. Date de navigație radioelectronică

Definiție:

Sistemul de navigație radioelectronică = sistem de localizare utilizat în navigația maritimă de suprafață, bazat fundamental pe propietățile radioundelor (oscilațiilor electromagnetice din domeniul de frecvențe radio).

Structură:

Segment de emisie controlată – destinat emisiei de semnale radio strict controlate; este dispus la coastă;

Segment de recepție și calcul (utilizator) – destinat recepționării, prelucrării semnalelor și afișării datelor semnificative; este dispus pe nave;

Segmentul de control și reglare a emisiei – destinat coordonării și reglării segmentului de emisie; este dispus la coastă;

Situația în domeniu:

Sisteme de navigație radioelectronică zonale:

LORAN – asigură navele oceanice (2400 Mm);

– principiu- t (diferență de timp);

– precizie – (0.52 Mm);

DECCA – asigură navele costiere (350 Mm);

– principiu – (diferență de fază);

– precizie (1260 Mm);

BRASS – GALS – navigație costieră (150 Mm);

– principiu (diferență de fază);

– precizie (1260 m);

Sisteme de navigație radioelectronică globale:

TRANSIT – asigurare globală;

NNSS – principiu – Doppler;

TSIKADA – structura- planșă;

– precizie – (0.050.2 Mm monocanal);

– (1260 m bicanal) ;

– secvențial;

NAVSTAR – asigurare globală;

GPS – principiu – Doppler;

GLONASS – structura- planșă;

– precizie – (0.050.2 Mm monocanal);

– (1260 m bicanal) ;

– continuu;

În cadrul modulului de informare de management și comandă a navei va fi descris mai amănunțit sistemul global de poziționare GPS, care va fi inclus în acest modul, fiind de altfel și cel mai utilizat la bordul navelor maritime, celelalte sisteme de navigație radioelectronică prezentând o importanță nesemnificativă pentru acest modul, ele nefiind incluse în acesta deoarece ar rezulta o încărcare semnificativă cu parametrii ceea ce ar duce la o operabilitate în exploatare scăzută. Un alt motiv pentru care celelalte sisteme radio-electronice de navigație nu au fost incluse în acest modul este acela că prezintă un randament mai mare exploatate singular, iar unele dintre acestea – cele zonale în special – sunt utilizate mai rar.

B. Date de informare hidro-meteorologică

În general, datele de informare hidro-meteorologică externe sunt date de radiocomunicații (stații meteo) ce oferă posibilitatea cunoașterii situației hidrometeorologice (prognozei meteo) din zona de navigație și din zonele adiacente acesteia. Toate aceste informații contribuie la realizarea unui important deziderat în conducerea și exploatarea în bune condiții a navei maritime, militare sau civile, acela de informare hidro-meteorologică ce asigură siguranța navigației prin determinarea zonelor periculoase din punct de vedere hidro-meteorologic.

2.1.2. DATE DE IEȘIRE

2.1.2.1. Date de comunicații

Reprezintă acea categorie de date care fac subiectul comunicațiilor în flotele maritime fie că ele au loc între nave sau comunicații între nave și interlocutori de la coastă. Este deosebit de important să țină cont la bordul navelor de traficul radio în apele naționale, în radele porturilor și în porturi. De asemenea este necesar să se cunoască frecvențele de lucru ale autorităților portuare cu care se va lua legătura la intrarea și ieșirea din port și frecvențele și canalele pentru situațiile de forță majoră. Acest paragraf, cu tipul de date prezent, nu va fi expus prea detaliat deoarece nu va fi inclus ca funcție în cadrul modulului de informare de management și comandă a navei, deoarece prezintă echipamente de exploatare specializate și suficient fiabile în exploatarea în mod singular.

2.1.2.2. Date de informare situațională critică

Această categorie de date face trimitere la situațiile de forță majoră care impun rapiditate și precizie în identificarea, localizarea și acordarea sprijinului și ajutorului navelor aflate în pericol în timpul cel mai scurt și coordonarea acțiunilor de salvare a navei aflate în pericol. Aceste date conțin informații cu privire la poziția navei aflate în pericol. Datele din această categorie se pot clasifica astfel:

Date transmise în fonie (indicativ „May Day”);

Date transmise în cod MORSE (S.O.S. _ _ _ . . . _ _ _ );

Date transmise în sistem GMDSS;

Toate aceste categorii de date enumerate anterior vor trebui să poată fi activate în timp util pentru a se evita pierderea de vieți umane, catastrofele ecologice și pentru limitarea pierderilor materiale.

În cele ce urmează va fi dezvoltată ultima categorie de date, și anume cea referitoare la sistemul GMDSS, deoarece reprezintă cel mai performant sistem de salvare și siguranță care va fi o dotare obligatorie pentru navele civile și militare de dimensiuni medii și mari, fapt pentru care va fi inclusă în modulul de informații de management și comandă a navei. Această funcție „GMDSS” va fi reprezentată și disponibilă utilizatorului în interiorul ferestrei modulului de informații, ca simplă comandă specializată reprezentată grafic ca funcție soft „push buton”.

GMDSS – GLOBAL DISTRESS AND SAFETY SYSTEM

(SISTEM MARITIM GLOBAL DE PERICOL ȘI SIGURANȚĂ)

1) GENERALITĂȚI

Încă din anul 1959, Organizația Maritimă Internațională (IMO) se străduiește să îmbunătățească siguranța pe mare. Siguranța vieții pe mare si acordarea de ajutor persoanelor în pericol sunt probleme de o foarte mare importanță.

În fiecare an dispar nave fără urmă, fie datorită faptului că nu pot transmite semnalele de pericol în timp util ori chiar dacă le pot transmite, acestea nu sunt recepționate. Problema constă în utilizarea unei tehnologii învechite de către sistemele de transmitere a semnalelor de pericol.

În anul 1979, Conferința Internațională având ca temă Căutarea si Salvarea Maritimă, a adoptat Convenția Internațională de Căutare și Salvare Maritimă ce are ca scop fundamental crearea unui sistem global maritim de căutare și salvare. Acesta are în vedere stabilirea de acorduri globale și/sau bilaterale între statele riverane pentru asigurarea suportului material al serviciilor SAR la coastă și în apele adiacente, în scopul realizării cooperării și sprijinului mutual pentru rezolvarea situațiilor de pericol.

În anul 1979 IMO a analizat situația internațională din punct de vedere a comunicațiilor destinate pericolelor și siguranței maritime și a hotărât că trebuie stabilit un sistem maritim global care să includă comunicațiile radio și procedurile asociate necesare.

Sistemul actual are la bază cerința ca anumite clase de nave să asigure recepția continuă pe frecvențele internaționale de pericol și să fie dotate cu echipament radio care să emită la distanța minimă impusă. Comandantul oricărei nave care recepționează un semnal de pericol de la o navă, avion sau navă în supraviețuire, trebuie ca, cu cea mai mare viteză să asigure asistență persoanelor în pericol și să le informeze pe acestea de acțiunile sale de asistentă. Acest sistem este destinat în principal acordării de asistență in operațiunile navă-navă datorită faptului că distanta maximă de lucru a echipamentului radio naval este de 100 – 150Mm. În conformitate cu reglementările radio internaționale, stațiile de coastă , cu acces public sunt obligate să asigure recepție continuă pe frecvențele internaționale de, pericol în timpul orelor de program.

În acest sistem, navele de 300 DWT și mai mari sunt obligate să aibă echipamente radio, ce lucrează pe frecvența de 2182KHz și pe canalul 16 (156,8MHz) iar navele de 1600 DWT sau mai mari și navele de pasageri trebuie să poată executa lucrul în cod Morse pe, frecvența de 500MHz, frecvență care asigură comunicațiile de pericol pentru toate navele. Introducerea sistemului GMDSS este destinată eliminării oricăror alte metode de lucru și îmbunătățirii siguranței maritime prin utilizarea tehnologiilor actuale de radiocomunicații.

2) CONCEPTUL DE BAZĂ AL GMDSS

Conceptul de bază al GMDSS este că autoritățile investite cu responsabilitatea căutării-salvării pe mare dislocate la țărm sau pe nave speciale vor fi rapid informate asupra pericolului în așa fel încât să poată asigura coordonarea operațiunilor de căutare-salvare cu minim de întârziere. Sistemul asigură și transmiterea si recepționarea mesajelor de urgență și siguranță. Toate navele, indiferent de zona în care operează vor fi obligate să asigure serviciile de comunicații esențiale atât pentru siguranța proprie cât și a altor nave care acționează în zona respectivă.

Acoperirea globală de către GMDSS a comunicațiilor este realizată prin lucrul în comun a1 sistemelor internaționale de comunicații terestre și prin satelit. Având în vedere limitele de lucru ale fiecăruia dintre sisteme, au fost stabilite patru zone maritime de bază, Al, A2, A3 si A4. Aceste zone au fost stabilite în funcție de zonele acoperite de stațiile radio de coastă în MF, HF și VHF și de zonele de acoperire ale INMARSAT.

Tipurile de echipamente de comunicații cu care trebuie să fie dotate navele au fost stabilite în funcție de zonele de acțiune ale acestora astfel:

Zona A1- în raza de acțiune a stațiilor de coastă VHF (între 20 și 50Mm în funcție de înălțimea antenelor):

Radio: VHF;

Frecvențe: 156,525MHz (IMM Ch 70) pentru apel selectiv digital;

156,800MHz (IMM Ch 16) pentru radiotelefonie;

Baliză radio de indicare a poziției de urgență (EPIRB):

406MHz COSPAS-SARSAT (COSPAS- Sistem spațial de căutare a navelor în pericol; SARSAT- satelit de urmărire pentru căutare-salvare) sau L-Band (1,6 GHz) sau VHF EPIRB (după Februarie 1999);

Nava în pericol:

9GHz (radar cu retransmitere);

Radio portabil VHF (IMM Ch 16 și încă un alt canal);

Zona A2- în raza de acțiune a stațiilor de coastă MF (aproximativ 100Mm);

Radio: MF, VHF;

Frecvențe: Ca pentru zona A1 plus,

2187,5 KHz pentru apel digital selectiv;

2182 KHz pentru radiotelefonie;

2174,5 pentru bandă îngustă cu printare automată;

518 NAVTEX;

EPIRB: 406 MHz COSPAS-SARSAT sau

L-Band (1,6 GHz)

Nava în pericol: ca pentru zona A1;

Zona A3- în raza de acțiune a sateliților geostaționari (INMARSAT), 70Nord- 70Sud;

Radio: MF, HF, VHF;

Frecvențe: Ca pentru zonele A1 și A2 plus,

1,5-1,6 GHz de alarmare sau ca pentru zonele A1 și A2 plus, toată banda HF;

EPIRB: Ca pentru zona A2;

Nava în pericol: Ca pentru zona A1;

Zona A4- alte zone (cum ar fi dincolo de zona INMARSAT);

Radio: MH, HF, VHF;

Frecvențe: Normal MF, HF, VHF;

EPIRB: 406 MHz COSPAS-SARSAT;

Nava în pericol: Ca pentru zona A1;

3) SISTEME DE COMUNICAȚIICOMUNICAȚII PRIN SATELIT

Cele două tipuri de echipamente de comunicații prin satelit sunt următoarele: l. Stațiile ambarcate sau terestre INMARSAT care au aprobare de funcționare.

Pentru navele echipate cu INMARSAT transmiterea alarmei de pericol implică apăsarea unui buton de DISTRESS sau utilizarea unui cod special de apel, abreviat. Acces prioritar au transmisiile pentru stabilirea contactului cu stațiile de coastă terestre. Coast Earth Station (CES – Stație de Coastă Terestră.) aparține organizației internaționale de căutare – salvare și informează imediat RCC (Rescue Co-ordination Centre – Centru de Coordonare a Salvării) asociat, fapt care determină inițierea operațiunilor de căutare – salvare. Legătura cu RCC se poate stabili și direct prin telefon sau telex.

2.EPIRB care pot fi activate manual sau automat și care pot pluti independent de nava care se scufundă.

Localizarea acestora se face de către un serviciu de satelit aflat pe o orbită apropiată de pol ce lucrează pe 406 MHz sau 1,6 GHz INMARSAT.

4) COMUNICAȚII TERESTRE

a) LA DISTANȚĂ MARE

Apelurile digitale selective reprezintă baza apelurilor de pericol și siguranță. Pentru retransmiterea apelurilor de pericol, stațiile de coastă care operează în banda HF a rețelei de pericol și siguranță, aleg una din cele cinci benzi de frecvență alocate. Alegerea depinde de poziția navei in pericol, zona geografică ce trebuie alertată și caracteristicile curente de propagare. Navele echipate cu stații radio HF vor executa recepție de serviciu pe frecvența de pericol de 841,S KHz și pe o altă frecvență HF care corespunde cel mai bine zonei în care se navigă. Modurile de lucru pentru apelurile digitale selective sunt radiotelefonie și/sau radiotelex.

b) LA DISTANȚĂ MEDIE

Se vor folosi apelurile digitale selective pe frecvența de 2187,5 KHz pentru comunicații între coastă-navă, navă-coastă și navă-navă în caz de pericol sau pentru apelurile de siguranță.

Pentru traficul radiotelefonic de pericol și siguranță se folosește frecvența de 2182 KHz. Aceasta include și coordonarea operațiunilor SAR și asigurarea comunicațiilor în zona de desfășurare a operațiunilor SAR.

Pentru traficul radiotex de pericol și siguranță se va utiliza frecvența de 2174,5 KHz.

c) LA DISTANȚĂ MICĂ

Pentru inițierea sau continuarea traficului de pericol și siguranță la distanță mică este alocat canalul 16 IMM (156,8 MHz), canal care servește și traficul de coordonare a operațiunilor SAR și asigurării comunicațiilor în zona de desfășurare a operațiunilor SAR.

Serviciul de apel digital selectiv se asigură pe canalul 70 IMM (156,525 MHz).

Tabelul următor indică frecvențele stabilite pentru apelurile digitale selective în fiecare bandă de frecvențe în funcție de distanța de acțiune:

5) APELARE DIGITALĂ SELECTIVĂ (DSC)

Este un procedeu internațional de apelare și comunicare care utilizează tehnicile digitale, destinat asigurării legăturilor radio maritime.

Sistemul permite apelarea directă automată a navelor de către stațiile de coastă sau alte nave fără a fi necesară asigurarea unui serviciu special de recepție.

În situații de pericol face posibilă apelarea imediată a centrelor de coordonare a salvării de la coastă sau a navelor care se află în apropiere.

În plus, sistemul asigură serviciul telefonic automat navă-coastă, apelarea directă a unei nave de către stația de coastă și comunicația directă între nave.

Mesajele sunt astfel structurate încât să reducă posibilitatea apariției erorilor. Fiecare caracter este transmis de două ori iar mesajul întreg este reverificat înaintea confirmării și afișării la recepție.

6) FUNCȚIA SISTEMULUI GMDSS

ALARMAREA ÎN CAZ DE PERICOL

1. Reprezintă raportarea imediată și rapidă a pericolului către o formațiune care poate acorda asistență sau poate coordona operațiunile de salvare cum ar fi RCC. Dacă RCC recepționează semnalul de pericol, prin intermediul unei stații radio de coastă sau unei stații satelit CES, aceasta va retransmite semnalul unităților SAR și navelor care se află în vecinătatea locului în care s-a produs accidentul.

Pentru retransmiterea semnalului de pericol se va folosi una din următoarele căi de comunicații:

Navă- Coastă;

Navă- Navă;

Coastă- Navă;

ALARMAREA NAVĂ- COASTĂ

De la stațiile INMARSAT se poate transmite automat semnalul de pericol prin simpla apăsare a unui buton special dedicat. Mesajul I se atribuie celui mai urgent grad de prioritate și este transmis automat la un RCC. În plus, pentru navele care sunt dotate cu EPIRB, În cazul în care nava se scufundă, aceste balize pot fi acționate manual sau automat prin transmitere mesajului de pericol și a coordonatelor, balizele plutind separat de nava în pericol.

ALARMAREA COASTĂ- NAVĂ

Inițiate de RCC, semnalele de pericol pot fi transmise de la coastă individual, navelor echipate cu INMARSAT sau unui grup de nave selectate din zona navei în pericol prin intermediul unei funcții speciale de apel de grup (EGC system).

IMO a definit, în plus față de metodele specificate anterior, un număr de 6 metode de comunicație care sunt obligatorii pentru toate navele astfel:

Comunicații de coordonare a căutării- salvării;

Comunicații în zona de pericol;

Mesaje de localizare;

Transmiterea și recepționarea informațiilor de siguranță maritimă;

Radiocomunicații generale;

Comunicații Punte- Punte (de comandă);

7) COMUNICAȚII DE COORDONARE A CĂUTĂRII- SALVĂRII

Prin această metodă navele angajate în operațiunile de căutare- salvare pot comunica între ele și cu RCC prin intermediul instalațiilor de comunicații prin satelit.

Dacă în aceste operațiuni este implicat un număr mare de nave, pentru actualizarea informațiilor și planificarea operațiunilor de către RCC, se utilizează funcția specială de apel de grup.

În general, aceste comunicații sunt necesare pentru coordonarea navelor și avioanelor care participă la operațiunile de căutare- salvare. Acestea sunt practic comunicații între comandantul forțelor de căutare (SOSF) și RCC asociat.

Traficul operațional în zona cercetată se va face pe frecvențele VHF/MF repartizate sistemului de alarmare GMDSS. Când sunt implicate avioane în acest gen de operații, cu acestea se va comunica pe frecvențele de 2182 KHz și 156,8 MHz sau pe alte frecvențe maritime mobile.

Pentru informații suplimentare și amănunte trebuie consultat planul național al comunicațiilor de căutare- salvare.

8) TRANSMITEREA ȘI RECEPȚIONAREA INFORMAȚIILOR DE SIGURANȚĂ MARITIME

Aceste informații sunt furnizate de autoritățile de la coastă cum ar fi centrele hidrografice sau meteorologice. În cadrul sistemului GMDSS aceste informații sunt introduse în Serviciul de Rețea Internațională de Siguranță și sunt transmise la nave prin funcția specială de apel de grup. Informațiile meteorologice și de navigație sunt transmise de nave către autoritățile de la coastă prin intermediul INMARSAT.

9) RADIOCOMUNICAȚII GENERALE

Comunicațiile oferite de sistemul INMARSAT fac posibilă accesarea tuturor serviciilor de telecomunicații posibile în sistemul terestru (telex, data, fax și telefon).

Mai este valabil și un număr de servicii speciale prin utilizarea unui cod de două caractere, pentru serviciile de siguranță ce asigură conectarea rapidă la RCC, servicii medicale, mateorologice sau centre de rapoarte navale.

Trebuie avut în vedere că modul de lucru Navă- Navă nu poate fi folosit decât pentru o distanță între nave 100 Mm, sistemul GMDSS permite asigurarea intervenției de la coastă prin utilizarea comunicațiilor HF/ satelit.

2. Navele aflate în zona A1 vor transmite semnalul de alarmare navă- navă pe frecvența de 156,525 MHz (IMM VHF Ch 70- Apel digital selectiv).

Navele aflate în zona A2vor transmite semnalul de alarmare navă- navă- coastă pe frecvența de 2187,5 KHz.

Navele aflate în zona A3 vor transmite semnalul de alarmare navă- navă pe frecvența de 2187,5 KHz și un semnal de alarmare navă- coastă în HF cu apel digital selectiv sau un semnal de indicare a poziției cu EPIRB în funcție de situație.

3. În mod normal semnalul de alarmare va fi transmis și confirmat manual.

Dacă o navă se află în proces de scufundare, EPIRB este activat automat după ce se desprinde nava și plutește liber.

4. Semnalul de pericol va fi transmis de RCC navelor din vecinătatea navei în pericol prin satelit și/sau mijloace terestre pe frecvența care asigură cele mai bune condiții de lucru. Pentru a evita alarmarea mai multor nave pe o suprafață întinsă, va fi transmis un „cod zonal” ce va permite alarmarea numai a navelor din imediata apropiere a navei în pericol. Când se recepționează un semnal de pericol retransmis, navele din zona de pericol trebuie să ia imediat legătura cu RCC responsabil pentru zona respectivă pentru coordonare.

10) MESAJE DE LOCALIZARE

Această funcție este îndeplinită de un radar special denumit SART care lucrează pe frecvența de 9 GHz și transmite o serie de mesaje de răspuns dacă este „întrebat” de către oricare radar pe 9 GHz aflat la bordul navelor sau avioanelor.

Aceste mesaje permit localizarea rapidă a navelor aflate în pericol sau a supraviețuitorilor.

11) CERINȚELE ECHIPAMENTELOR DIN COMPUNERAE GMDSS

Acestea depind de zonele de operare ale navelor. Navele costiere vor fi echipate cu un minimum de echipament deoarece nu acționează dincolo de distanța de acțiune a stațiilor de coastă VHF. Navele care se îndepărtează de coastă vor fi dotate cu echipament MF și comunicații HF sau INMARSAT, MF și VHF. Navele care acționează în zona A4 vor fi dotate cu HF, MF și VHF.

Cerințele echipamentului și a sistemului GMDSS în ansamblu vor fi aprobate de autoritățile naționale care au această responsabilitate și vor avea cel puțin performanțele minime standard cerute de IMO.

Fiecare navă care face obiectul GMDSS va avea în dotare cel puțin echipamentele specificate în continuare:

Instalație VHF pentru transmiterea mesajelor de pericol pe canalul 70 și lucrul în radiotelefonie pe canalele 6, 13 și 16 IMM;

Echipament ce permite executarea continuă a serviciului de recepție pe canalul 70 VHF;

Răspunzător radar în banda de 9 GHz;

Receptor NAVTEX;

Echipament care să permită recepționarea mesajelor în sistemul de apel de grup în INMARSAT dacă se navigă în afara zonei acoperite de NAVTEX dar în interiorul zonei acoperite de INMARSAT;

EPIRB flotoare cu posibilități de acționare manuală și automată;

12) PERSONALUL RADIO

Personalul radio trebuie să fie calificat pentru lucrul cu GMDSS fapt care trebuie atestat printr-un certificat de specializare pe care trebuie să îl aibe oricine poate primii răspunderea transmiterii mesajelor de pericol sau siguranță sau a lucrului în timpul acțiunilor GMDSS.

13) PLANIFICAREA INTRODUCERII SISTEMULUI GMDSS

Între 01 Februarie 1992 și 01 Februarie 1999 navele aflate deja în serviciu vor îndeplini ori cerințele GMDSS ori cerințele capitolului IV din SOLAS.

Până la 01 August 1993, toate navele trebuiau să fie dotate cu un receptor NAVTEX și EPIRB.

Începând cu 01 Februarie 1995 toate navele noi vor respecta cerințele de dotare și modurile de lucru stabilite de GMDSS.

După 01 Februarie 1999 toate navele vor fi dotate și vor lucra după cerințele GMDSS.

În figurile ce urmează (2.1 și 2.2) vor fi prezentate modul de acțiune al primului centru de coordonare a salvării și respectiv conceptul de bază al GMDSS.

Fig. 2.1.

Fig. 2.2.

2.2. GESTIONAREA INFORMAȚIILOR DE NAVIGAȚIE

Gestionarea informațiilor de navigație implică stocarea acestora în structuri fizice hard-ware sub forme de organizare cu format logic individualizat. În continuare va fi prezentată categoria cea mai reprezentativă de organizare a datelor și anume bazele de date.

2.2.1. BAZELE DE DATE

Sunt forme de organizare logică a categoriilor de date cu caracteristici de aplicabilitate comune și care sunt stocate în structurile Hard-ware specializate în stocarea informațiilor, structuri incluse în sistemul informatic de conducere a navei.

Aceste date pot face referire la:

ruta stabilită preliminar;

caracteristicile zonei de navigație;

particularități ale zonei de navigație;

parametrii de funcționare ai echipamentelor de navigație;

mesaje în format TEXT sau WAVE;

Bazele de date sunt utilizate cel mai frecvent în realizarea sistemelor de informații geografice, așa numitele sisteme GIS (Geografic Information Sistem), folosite în special la realizarea structurii de bază ale hărților electronice.

Hărțile electronice ECDIS

Aplicația este conectată la o bază de date ce cuprinde diferite informații înregistrate în momentul creării soft-ului cât și în timpul utilizării de navigator. Sunt implementate o serie de instrumente ce fac posibilă manevrarea simplă și eficientă a bazei de date, precum și obținerea de rapoarte tipărite ale acesteia.

Procesul de întocmire a hărților cu ajutorul sistemului GIS este mult mai flexibil decât metodele cartografice tradiționale (manuale) sau automate. Primul pas este crearea bazei de date. Hărțile existente pot fi digitizate, iar informațiile compatibile cu sistemul de operare al calculatorului pot fi translatate încât să fie compatibile și cu sistemul ECDIS. Baza de date cartografice poate fi continuă și la scări dinamice. Prezentarea informațiilor de interes se face prin simboluri, pentru evidențierea caracteristicilor specifice. Caracteristicile seturilor de hărți pot fi codificate și comparate cu baza de date la sfârșitul etapei de producție. Produsele digitizate utilizate în alte sisteme ECDIS pot fi de asemenea derivate prin simpla copiere a informațiilor din baza de date. Într-o organizație mai mare, bazele de date topografice pot fi utilizate de alte departamente ca date de referință.

Cel mai important lucru îl reprezintă faptul că baza de date a hărții electronice poate fi completată și corectată, informația se schimbă tot timpul ca și semnele navigaționale (recent stabilite, distruse sau mutate), epavele, nivelul apei locale. Completarea hărții se poate face automat – de la coastă dacă calculatorul utilizat este conectat în rețea, sau manual de către navigator – ce poate utiliza avizele zilnice și avizele radio.

Baza de date are două tipuri de reprezentare, ambele forme optimizând manipularea datelor în situații diferite:

sub formă tabelară: reprezentare utilă in cadrul vizualizării înregistrărilor, când atenția nu trebuie concentrată asupra valorilor corespunzătoare unei singure înregistrări, ci este nevoie de o vizualizare globală a datelor, utilizatorul folosind barele de derulare;

sub formă de câmpuri simple: reprezentare utilă în cazul actualizării / modificărilor valorilor corespunzătoare unei singure înregistrări.

O categorie reprezentativă de baze de date utilizate în crearea sistemelor informatice de navigație și în special a celor geografice sunt bazele de date asociate care reprezintă cumulul organizat și structurat de informații (majoritar textuale) asociate entităților grafice. Ne putem imagina – cu o precizie destul de bună de altfel – că fiecărei entități grafice i se asociază o linie de tabel în baza de date (liniile de tabel pot fi referite ca înregistrări în bazele de date neraționale) ceea ce înseamnă că fiecare entitate grafică are un cod identic cu cel corespondent din baza de date și a cărui singularitate garantează biunivocitatea legăturii. Performanța GIS constă și in modul de organizare a acestor indecși unici.

Deși mai pot fi întâlnite și programe GIS având baze de date organizate în formate proprietate, marea majoritate folosesc- pentru interoperabilitate și schimb

facil de informații – formate clasice (de la DBF din dBase sau FoxPro până la sisteme relaționale ORACLE, Sysbase, Informix, Ingres, DB2, MS SQL, Access sau chiar Excel). Cele cu adevărat moderne asigură acces nelimitat prin standarde de conectivitate: ODBC, COM, COBRA, SQL.

Constituirea topologiei are ca fundament impunerea de condiții geometrice pentru entitățile grafice în vederea participării la realizarea conexiunilor cu bazele de date alfanumerice; y suportării funcțiilor de analiză presupuse de sistemul informatic. Specificațiile de topologie diferă atât în funcție de tipul entităților, cât și de

metodele adoptate de platforma GIS pe care se materializează proiectul. Se pot identifica astfel următoarele cerințe /condiționări:

pentru puncte: nu se impun condiționări geografice;

pentru arce: contiguitatea segmentelor adiacente și reafișarea intersecțiilor logice numai prin vortexuri;

pentru poligoane: poligonul reprezintă conturul închis considerat la anafază împreună cu suprafața cuprinsă în interior – este entitatea cea mai complexă, iar platformele GIS oferă soluții distincte, la care se pot identifica și cerințe comune:

contiguitatea segmentelor ce compun conturul închis;

tratarea specifică a contururilor incluse (majoritatea platformelor nu acceptă insule);

limitele comune ale poligoanelor adiacente din cadrul aceleași teme sunt constituite dintr-un singur rând de entități (nu se recomandă suprapunerea limitelor, iar platforme precum MGE sau Microstation Geo Graphics împing această cerință până la a asigura folosirea in comun a aceleași limite chiar și pentru poligoane din teme diferite);

nu este permisă suprapunere/ intersectarea de poligoane in cadrul aceleiași teme;

definirea câte unei entități punctiforme (centroid) în interiorul fiecărui poligon valid, al cărui identificator să fie unic: acesta se va folosii pentru legarea biunivocă de baza de date alfanumerice sau – mai corect spus – asigură corespondența dintre poligon și înregistrarea din baza de date.

Generarea topologiei presupune uzual două etape:

verificarea condiționărilor geometrice și a unicității identificatorilor (corectitudinea construirii bazei de date vectoriale);

crearea automată a bazei de date alfanumerice asociată categoriei de entități prelucrate sau – pentru platformele ce permit predefinirea bazei de date descriptive;

validarea și actualizarea legăturilor cu baza de date existentă.

Majoritatea platformelor GIS impun generări distincte de topologii pentru categorii diferite de entități (adică topologii separate pentru puncte, arcuri și poligoane) și oferă funcții de prelucrări geometrice speciale în vederea construirii corecte a bazei de date grafice.

Generarea explicită a topologiei poate fi obligatorie și după modificări/ actualizări ulterioare ale bazei de date grafice sau poate fi asumată implicit. Astfel este necesară o actualizare permanentă a bazelor de date existente la bord, care trebuie să fie realizată periodic și în conformitate cu următoarea schemă(fig. 1.1):

Fig. 2.3.

Funcția de accesare, manipulare a bazei de date și de navigare prin aceasta, integrată în aplicație, constă din:

prezentarea și căutarea informațiilor dorite;

sortarea rapidă a informațiilor;

modificarea înregistrărilor din baza de date, în sensul ștergerii celor vechi, nefolositoare pe măsura trecerii timpului, funcție deosebit de utilă în perspectiva utilizării aplicației.

Având la dispoziție un sistem activ de baze de date putem găsi rapid și eficient răspunsul la întrebări ca:

– Ce tip de geamandură este geamandura X?

– Care este bătaia și care sunt caracteristicile farului X ?

– La ce distantă mă aflu de obiectul X ?

– Care sunt zonele de ancoraj ?

– Câte nave se găsesc pe o rază de X Km față de nava proprie ?

– Câte nave se găsesc la o distanță de X Km de intrarea în port ?

2.2.2. SISTEME DE FILTRARE A INFORMAȚIILOR

Pentru a avea o bună acuratețe în ceea ce privește informarea de navigație este necesară o filtrare a semnalelor purtătoare de informații, filtrare ce se realizeză cu ajutorul unor sisteme de filtrare specializate, dintre care cel mai fiabil în realizarea complexelor de navigație este filtrul Kalman – Bucy care asigură optimizarea informațiilor prin asigurarea unei valori minime a erorii medii pătratice. Pentru a înțelege mai bine rolul și funcționarea acestui filtru este necesar să se expună câteva noțiuni de sinteză statistică a sistemelor optimale.

SINTEZA STATISTICA A SISTEMELOR OPTIMALE

Optimizarea sistemelor ia in considerare realizarea unei precizii maxime, dar si alte elemente deosebit de importante. Realizarea problemei de optimizare consta in determinarea valorilor parametrilor sistemului prin optimizarea unei funcții.(vezi fig.2 "subsistem al unui sistem de urmărire")

Semnalul util x(t) poate fi interpretat drept o funcție aleatoare. Operatorul I(D) este considerat ideal. Se impune ca ieșirea sistemului cu operatorul H(D) sa urmărească operatorul I(D) în condițiile zgomotului n(t), adică:

y = y0= I (D) x(t)

Sinteza sistemelor liniare la intrarea cărora se aplica semnale aleatoare consta în determinarea caracteristicilor dinamice, astfel încât precizia lor sa fie maxima, adică eroarea e(t) sa fie minima.

Deoarece eroarea are un caracter aleator, în scopul estimării preciziei sistemului se utilizează dispersia:

T2e(t) = D[e(t)]

Dacă la intrarea sistemului acționează simultan semnalul util și zgomotul n(t) și sunt necorelate, atunci dispersia T2e se exprima ca suma a dispersiilor corespunzătoare celor două semnale, adică:

T2e(t) = T2x(t) + T2n(t)

Daca structura sistemului este data, pentru determinarea valorilor optime ale parametrilor sistemului, se caută o relație între parametrii criteriului de optimalitate ales.

Astfel, cunoscând caracteristicile semnalului util și zgomotului, se determina valorile optime ale parametrilor prin minimalizarea erorii medii pătratice.

FILTRUL KALMAN-BUCY

Metoda de optimizare, care asigură valoarea minima a erorii medii pătratice în orice moment de timp și se bazează pe ipotezele menționate, este denumita metoda Kalman-Bucy, iar instalația de prelucrare pe baza acestei metode "filtrul Kalman-Bucy" (fig 2.4).

Metoda Kalman – Bucy se bazează pe reprezentarea modelului studiat sub forma unei combinații liniare a componentelor procesului vectorial x unde x este vectorul de stare al sistemului.

În problemele de navigație metoda Kalman este aplicată pentru descrierea mișcării navei și a sistemului de măsură.

Metodele dinamice ale obiectului și sistemului de măsură se descriu prin ecuațiile:

x(k+1) = (k+1, k) k + (k+1, k) w(k)

z(k+1 ) = H(k+1 ) x(k+1 ) + v(k+1 )

unde: (k+1 ) și (k) indică faptul ca mărimea respectivă este determinată în momentul t(k+1 ) sau t(k), pentru k=0,_ _ _, n.

x – (m x e) – vector de stare al obiectului;

w – (p x e) – vectorul perturbațiilor asupra obiectului;

z – (I x e) – vector de măsurare;

v – (I x e) – vectorul erorilor aleatoare ale traductoarelor sistemului de măsurare;

– (m x m), (m x p) – matrice de tranziție de la starea (k) la starea (k+1 )

H – (I x m) – matricea de legătură între starea obiectului și măsurători. Estimarea optimă a componentei căutate a vectorului de stare, x^(k+11k+1 ). In momentul t(k+1 ) conform rezultatelor observării pentru timpul t(k+1 ), se determină cu ajutorul algoritmului de filtrare, propus de Kalman:

x^(k+1, k+1 ) = (k+1, k) x^(k / k) + k(k+1 )[z(k+1 ) – H(k+1 ) (k+1, k) x^(k / k)1

k – (m x l) – matricea de transmisie a filtrului

Filtrul Kalman-Bucy corespunzător algoritmului prezentat (fig. 2.4.) se compune din modelul dinamicii obiectului (k+1, k) care permite să se extrapoleze estimarea stării obiectului și modelul sistemului de măsurare H(k+1 ), cu ajutorul căruia se află răspunsul sistemului la variația prevăzută a stării obiectului. Scăzând rezultatul prevăzut al măsurării, adică estimarea z^(k+1, k). Acesta din urmă se înmulțește cu matricea de transmisie k(k+1), calculată de calculatorul numeric, iar rezultatul se însumează cu x(k+1,k) pentru obținerea estimării x^(k+1,k). Această valoare se păstrează în memoria calculatorului numeric până la măsurătoarea următoare. Apoi ciclul se repetă.

Calitatea funcționarii filtrului Kalman-Bucy depinde de măsura în care corespunde realității modelului obiectului și sistemul de măsurare ca și de datele apriorice introduse în filtru, privind erorile, condițiile inițiale și perturbațiile.

2.2.3. MODUL DE REALIZARE A INFORMĂRII

Complexele de navigație cu structuri ierarhizate prezintă sisteme evoluate de adoptare, autoperfecționare și cu inteligenta artificiala. Fiecare sistem ierarhic rezolvă probleme bine definite si este constituit din subsisteme de module interconectate. Volumul informațiilor fumizate de echipamentele de măsurare si al altor apriorice trebuie sa fie consistent pentru rezolvarea optimă a problemelor de navigație în orice condiții. Cu cât nivelul ierarhic este mai înalt, cu atât complexitatea problemelor de rezolvat este mai mare.

Fiecare nivel ierarhic superior are rol de decizie și comandă în raport cu cele inferioare. Fluxurile informaționale directe și inverse permit:

evaluarea rezultatelor oricărui nivel;

introducerea corecțiilor corespunzătoare;

stabilizarea și optimizarea programului de lucru.

Primul nivel ierarhic ( 1 ) este reprezentat de ansamblul sistemelor de măsurare. EI cuprinde dispozitive de control al stării de funcționare, care elaborează semnale necesare și la nivelul ierarhic (4) pentru modificare modelelor componente și reorganizarea structurii sistemului de navigație, în scopul asigurării preciziei și siguranței în timpul ieșirii din funcțiune a unor module ale sistemelor de măsurare. Utilizarea tuturor sistemelor de măsurare satisface pe deplin necesitățile informaționale ale complexului, volumul rezervării și dublării, asigură condițiile de siguranță necesare, iar schimbul informațional între sistemele de măsurare permite compensarea erorilor metodice de măsurare fără implicarea nivelelor ierarhice superioare.

Structura ierarhizată a complexelor de navigație, asigura condițiile trecerii de la sistemul cu inteligența centralizata la sistemele cu inteligența distribuita, care asigura utilizarea mai raționala și mai eficientă a tehnicii de calcul.

AI doilea nivel ierarhic este reprezentat de sistemul de formare a vectorului de stare de navigație a navei pe baza informațiilor primite de la nivelul ( 1 ) pe baza informațiilor apriorice.

Eliminarea erorilor vectorului de stare de navigație prin utilizarea informațiilor suplimentare fumizate de conectoarele de navigație și prelucrarea statistică a semnalelor se efectuează la cel de al 3-lea nivel ierarhic al complexului. Acest nivel este cel mai important, deoarece asigură precizia determinării componentei vectorului de stare pe baza prelucrării statistice a semnalelor.

Nivelul ierarhic (4) asigură adaptarea complexului la condiții reale de navigație. Pentru acestea, se folosesc detectoare suplimentare pentru determinarea condițiilor de navigație.

Dezvoltarea ciberneticii si microelectronicii a permis crearea în complexele de navigație a unor înalte nivele ierarhice . Nivelul (5) reprezentat de sistemul de autoperfecționare și nivelul (6) reprezentat de nivelul de inteligența distribuita artificial.

Sistemul de autoperfecționare folosește semnale furnizate de la nivelele ierarhice inferioare și elaborează modele de optimizare a structurii complexului de navigație, modele de prognozare a evoluțiilor și modele de autoinstruire. La acest nivel se realizează prelucrarea constantă a informațiilor de navigație, se constituie noile dependențe, legități și fenomene ce pot fi folosite pentru creșterea dimensiunii vectorului de stare de navigație, determinând astfel precizie crescută, autonomia și siguranța măsurărilor de navigație. Acumularea datelor statistice si prelucrarea lor permit organizarea procesului de autoinstruire (autoperfecționare) a complexului de navigație.

Sistemul cu inteligența artificiala primește informația de la sistemul de autoperfecționare și de la detectoare de situații extreme. Ele elaborează criterii de apreciere a îndeplinirii sarcinilor de navigație, modele de rezolvare a funcțiilor obiectiv si modele de comportare optimala.

Omul operator primește informații de la toate nivelele ierarhice privind rezolvarea problemelor de navigație, informații despre starea mediului înconjurător și condiții tactice de navigație. EI interpretează aceste informații și ia decizii.

Structura prezentata se caracterizează printr-un înalt grad de generalitate, realizarea lui tehnica admițând un număr mare de variante.

În figura 2.5. este reprezentată structura generală a unui sistem ierarhizat de primire și prelucrare a informațiilor în sistemele integrate de navigați, magistralele de comunicare reciprocă și tipologia logică a interconexiunilor.

Fig. 2.5. Structura generală a sistemului ierarhizat de primire și prelucrare a informațiilor în sistemele integrate de navigație

2.3. CATEGORII DE INFORMARE IMPLICITĂ

Informarea implicită constituie activitatea de informare cu privire la condițiile independente de factorii tehnici și operaționali caracteristici navei și care nu se pot constituii ca informații cu format fix, neputându-se implementa în structuri de baze de date decât în mică măsură și atunci fiind necesară o actualizare frecventă datorită modificării acestor parametrii (condiții hidrometeorologice, sisteme de balizaj speciale și caracteristice zonei, etc).

2.3.1. Informarea hidro-meteorologică

Posibilitatea de informare și asigurare hidrometeorologică marină prin mijloace radio la bordul navei se compune în principal din:

Buletine meteorologice și avize de furtună, recepționate în clar.

Mesaje hidrometeorologice codificate.

Atât recepțiile în clar cât și cele codificate au un program de transmitere reglementat pe linie internațională.

Informare hidro-meteo în clar

Aceasta reprezintă cea mai utilizată informație meteo la bordul navei, transmisă prin radio la anumite ore, pe anumite frecvențe de către stațiile de coastă din zona de acțiune a navei, de obicei în limba engleză. Un astfel de buletin indicații despre existența (aviz) conține următoarele părți:

indicații despre existența sau lipsa unei furtuni în zonă;

situația meteo generală;

prevederea vremii pe raioanele maritime.

Indicația despre existența sau lipsa furtunii

Aceasta conține semnul internațional de chemare (TTT), apoi, într-o formulare concisă definirea perturbației atmosferice, momentul și locul de producere al acesteia și dacă este cazul, evoluția furtunii, starea de agitație a mării, etc. În situațiile în care se prevede furtună în zonă, aceasta se transmite la intervale de cel puțin 12 ore.

Situația meteo generală

Buletinul (avizul) meteorologic conține o informație generalizată despre poziția centrilor de maximă și minimă presiune atmosferică și unele indicații legate de deplasarea acestor perturbații barice, ceea ce permite a se crea o idee despre contextul sinoptic general în zona oceanică la care se referă conținutul buletinului.

Prevederea meteorologică

Aceasta reprezintă prognoza meteorologică pentru intervalul de timp indicat(vânt, starea mării, fenomene meteo periculoase pentru navigația maritimă).

Informare codificată

Informarea codificată realizează o asigurare hidrometeorologică de calitate, prin transmiterea operativă a datelor sub forma unor mesaje care au la bază un important fond de valori hidrometeorologice transmise într-o ordine prestabilită.

Forma de transmitere codificată este de mesaje meteo alcătuite din grupe de 5 cifre în fiecare grupă, cifre care înlocuiesc simboluri informaționale.

Există o serie de sisteme de codificare:

1.SYNOP: sistem de codificare meteo la uscat și la stațiile de radiocoastă;

2.SHIP: sistem de codificare hidro-meteo complex, utilizat exclusiv în domeniul oceanic;

3.RADIOTEMP: sistem de codificare prin care se transmit variațiile principalelor elemente meteo cu altitudinea;

4.MAFOR: este un cod de prognoză prin care se obține prognoza hidro-meteo pentru 24-72 ore pentru un anumit raion maritim;

5.IAC FLEET: se transmite codificat, este o succesiune de coordonate care prin unirea lor succesivă pun în evidență un anumit sistem baric;

6. BATHY: codifică temperatura apei la suprafața și în adâncime;

7. TESAC: codificare oceanografică complexă în care se dă temperatura apei, salinitatea, densitatea și curenții marini la suprafața si în adâncime.

Există posibilitatea determinării parametrii hidro-meteorologici la bordul navei dar, acest lucru implică existența instrumentelor specializate de măsurare a acestor parametrii și necesită un timp ceva mai mare pentru configurarea situației hidrometeorologice existente.

Pentru realizarea unei informării rapide și eficiente se pot crea baze de date cu parametrii hidrometeorologici caracteristici zonei de navigație și sezonului în care se execută marșul raportate la standardele meteorologice, putându-se realiza astfel o predicție comparativă prin corelarea caracteristicilor specifice cu informațiile primite de la stațiile de radiocoastă responsabile cu transmiterea situațiilor hidro-meteorologice. Aceste baze de date trebuie corelate cu bazele de date ale sistemului GIS care furnizează informațiile geografice ale zone de navigație. Tot corelată cu sistemul GIS (sau chiar implementată în acest sistem) trebuie să fie și o baza de date care să ofere informații cu privire la asigurarea hidrografică a navigației în zona de interes.

2.3.2. Informarea cu privire la asigurarea hidrografică a navigației

Scopul fundamental al tuturor activităților ce se execută pe puntea de comandă a navei de către personalul navigant (comandant, ofițer de cart, timonier, etc.) este, așa cum s-a mai precizat, guvernarea navei în siguranță între două puncte pe suprafața sferei terestre.

În sprijinul îndeplinirii acestui deziderat, serviciile hidrografice ale statelor riverane desfășoară o activitate intensă de asigurare hidrografică a navigației, care constă în marcarea pericolelor de navigație, asigurarea unei rețele de repere costiere, instituirea unor scheme de separare a traficului în zone aglomerate, elaborarea de hărți și documente descriptive, informarea operativă, etc.

Aceste mijloace materiale se numesc mijloace pentru asigurarea hidrografică a navigației, și sunt structurate astfel:

1) mijloace de semnalizare:

-vizuală;

-sonoră;

-radiotehnică.

2) documente nautice:

-pentru informarea de navigație;

-operative.

MIJLOACE DE SEMNALIZARE.

Mijloacele de semnalizare sunt dispozitive proiectate și construite în diverse scopuri, cum ar fi:

-marcarea pericolelor;

-marcarea reperelor de navigație (în vederea determinării punctului navei);

-marcarea șenalelor navigabile;

-marcarea dispozitivelor de separare a traficului;

-marcarea zonelor nepericuloase pentru navigație;

-marcarea unor semne speciale.

Mijloacele de semnalizare asigură marcarea pe timpul zilei, pe timpul nopții, precum și în condiții de vizibilitate redusă; de asemenea, acestea pot fi amplasate la coastă sau pe mare.

Se disting următoarele tipuri de semnalizări:

vizuală

sonoră

radiotehnică

MIJLOACE DE SEMNALIZARE VIZUALĂ

Semnele luminoase, denumite în mod curent lumini (lights), reprezintă cele mai importante mijloace de semnalizare luminoasă, fiind destinate marcării pericolelor, a configurațiilor speciale etc., sau servesc drept repere de navigație.

Luminile au următoarele caracteristici, funcție de care se pot împărți în mai multe categorii, astfel:

1) poziția și structura (position and structure):

-terestre;

-nave far;

-fixe;

-mobile.

2) sector de vizibilitate (arc of visibility):

-circulare;

-cu sector (sector lights);

-direcționale (directional lights, bearings);

-aliniament (leading lights);

-speciale (special lights).

culoare (colour): sunt date în continuare simbolurile culorilor utilizate de către mijloacele luminoase; aceste simboluri se marchează pe hărți, alături de simbolul luminii respective, sau în documentația nautică, împreună cu celelalte caracteristici ale luminii:

Observație: pentru lumina albă, simbolul A, respectiv W, poate lipsi. De asemenea, pentru culoarea neagră se folosește simbolul N (negru), respectiv B (black).

caracteristici ritmice (rhythm of light); acestea sunt date explicit, împreună cu modul lor de reprezentare, semnificație și prescurtare în limbile română și engleză, în cele ce urmează:

5) perioada luminii (period) este întotdeauna precizată în secunde.

6) înălțimea luminii (elevation), exprimată în metri, considerată deasupra nivelului de referință al apei (chart datum).

7) bătaia luminii (range), este exprimată în mile marine (sea miles) și reprezintă distanța la care această lumină apare la linia orizontului pentru un observator cu înălțimea ochiului de 5m.

Luminile pot fi instalate pe diferite structuri, fabricate din diferite materiale (lemn, metal, piatră, etc). Funcție de destinație, dimensiuni, locul amplasării și caracteristicile luminii cu care sunt dotate, aceste construcții pot fi:

faruri de aterizare;

faruri de intrare;

lumini de intrare (R și V);

balize;

geamanduri.

Simbolurile acestor mijloace, poziția, descrierea și caracteristicile lor sunt conținute în documentele nautice al căror conținut se va trata la secțiunea §2 a acestui capitol. Trebuie precizat că aceste caracteristici sunt trecute și pe hartă, alături de simbolul luminii respective, sub forma prescurtărilor date mai sus. Farurile de aterizare sunt cele mai importante repere de navigație, utilizate în navigația costieră, în special la aterizările la coastă. Luminile amplasate pe farurile de aterizare au caracteristici distincte, precizate foarte clar pe harta și în documentele nautice. De asemenea, construcțiile (structurile) și locul de amplasare ale farurilor de aterizare sunt proiectate de așa manieră, încât acestea să se distingă clar pe timpul zilei în ansamblul construcțiilor urbane. Puterea de emisie (bătaia) farurilor de aterizare este de asemenea mult mai mare decât a celorlalte lumini de navigație enumerate mai sus. În documentația maritimă se indică:

1) bătaia luminoasă (luminous range); este distanța maximă la care se poate vedea lumina unui far la un moment dat, funcție de intensitatea sa luminoasă și de transparența atmosferică. Bătaia luminoasă nu ține deci cont de înălțimea farului, curbura Pământului ori refracția terestră a luminii.

2) bătaia nominală(nominal range) este distanța maximă la care se poate vedea lumina unui far pe o vizibilitate de 10M.

3) bătaia geografică (geographical range) este distanța calculată la care lumina farului apare în ochiul unui observator cu înălțimea de 5m, respectiv de 15 feet.

La farurile importante, de regulă, bătaia luminoasă este mai mare decât bătaia geografică. În documentația nautică este indicată întotdeauna cea mai mică valoare a bătăii. Documentele nautice care conțin caracteristicile farurilor (poziție, descrierea structurii, inălțime, caracteristicile luminii) sunt Cartea pilot (Pilot) și Cartea farurilor și semnelor luminoase (respeciv Admiralty list of lights and fog signals).

Celelalte tipuri de lumini (faruri de intrare, lumini de intrare, balize, etc.) marchează capetele de dig pentru intrările în porturi, șenale, dispozitive de separare a traficului, pericole, s.a.). Acestea sunt marcate în hartă cu simboluri specifice, precum și cu principalele lor caracteristici. De asemenea, acestea sunt precizate și în documentele nautice, împreună cu descrierea și poziția geografică.

În afara luminilor farurilor de aterizare și a farurilor de intrare, celelalte categorii de semne luminoase nu se recomandă a se utiliza ca repere de navigație în vederea determinării punctului navei, ca urmare a gradului redus de încredere în determinarea poziției acestora, precum și a frecventelor modificări a pozițiilor lor.

MIJLOACE DE SEMNALIZARE NELUMINOASĂ.

Sunt destinate marcării pericolelor, configurațiilor speciale etc. sau servesc drept repere de navigație. Orice semnal luminos, sonor sau radiotehnic poate fi considerat semnal neluminos pe timpul zilei, dacă poartă un semn distinctiv, vizibil.

Se pot enumera următoarele semne neluminoase:

-clădiri înalte, marcate pe hartă și având o silueta ușor de recunoscut de pe mare;

-coșuri de fabrici;

-turnuri;

-geamanduri, balize, școndrii: acestea sunt construcții metalice, amplasate în poziție fixă pe mare (ancorate), cu destinația de a marca (semnaliza) un anumit pericol, șenal, etc. Sunt prevăzute cu lest la partea inferioară (pentru stabilitate) și semn de vârf distinct (pentru recunoaștere pe timp de zi). De cele mai multe ori, acestea sunt prevăzute cu semnalizare luminoasă (pe timp de noapte), ori cu semnalizare sonoră (pe vizibilitate redusă).

-semne neluminoase, amenajate special și servind ca reper de navigație costier pentru determinarea punctului navei. Acestea sunt de regulă structuri metalice, având montate la partea superioară panouri de diferite culori, forme și dimensiuni, ceea ce le face ușor de recunoscut pe mare.

Semnele neluminoase constituie repere costiere de navigație, utile determinării punctului navei cu procedee costiere pe timp de zi. Caracteristicile acestora (poziția, structura, aspectul, etc.) sunt precizate în Cartea pilot și în Cartea Farurilor. De asemenea, simbolurile ce se utilizează pentru marcarea lor pe hărțile marine și în alte documente nautice sunt conținute în "Simboluri și abrevieri folosite pe hărțile marine românești".

Așa cum s-a precizat, marcarea pericolelor de navigație, a apelor libere pentru navigație, a șenalelor navigabile, precum și a altor configurații speciale se realizează cu geamanduri și balize (buoys and beacons), după un cod de semne adoptat la scară internațională, denumit sistemul de balizaj maritim adoptat de Asociația Internațională de Semnalizare Maritimă (IALA, International Association of Lighthouses Authorities).

SISTEMUL INTERNAȚIONAL DE BALIZAJ MARITIM 'IALA'-REGIUNEA A

(IALA-Maritime buoyage system, region A)

Problema securității navigației maritime și fluviale preocupă instituțiile specializate de foarte mulți ani. Eforturile materiale și umane au fost orientate către uniformizarea la scară mondială a codului de semne pentru marcarea a pericolelor de navigație, senalelor navigabile, etc.

În 1975 existau în lume peste 30 de sisteme de balizaj care utilizau coduri diferite de semne, ale căror semnificații intrau de cele mai multe ori în contradicție. Confuziile ce se creau în astfel de situații puteau avea ca urmare accidente deosebit de grave. Pentru uniformizarea la scară globală a sistemului de balizaj, Comisia tehnică internațională subordonată IALA a hotărât elaborarea a două categorii de reguli privind balizajul pe mare și canale. S-au stabilit următoarele sisteme de balizaj:

1) Sistemul A – Sistem combinat cardinal și lateral, cu roșu la babord;

2) Sistemul B – Sistem combinat cardinal și lateral, cu roșu la tribord.

În prezent se aplică global regulile sistemului A de balizaj, cu excepția coastelor SUA (și a altor câteva state), unde se aplică regulile sistemului B.

În accepțiunea Sistemului de balizaj IALA, prin semn se înțelege unul din următoarele dispozitive:

-geamandură cu suprastructură;

-baliză (conică, cilindrică sau sferică);

-școndru (stâlp vertical).

Aceste semne sunt dotate cu:

-semn de vârf (conic, cilindric, sferic, etc.) pentru recunoaștere pe timp de zi;

-lumină, pentru recunoaștere pe timp de noapte;

Sistemul de balizaj maritim IALA (regiunile A și B) cuprinde 5 tipuri de semne (marcaje) distincte ce se pot utiliza simplu sau în combinație:

Semne laterale (lateral marks);

Semne cardinale (cardinal marks);

3) Semn de pericol izolat (izolated danger mark);

Semn de ape sigure (safe water mark);

5) Semne speciale (special marks);

A) Domeniul de aplicare:

Sistemul se aplică tuturor semnelor fixe și plutitoare care servesc pentru a marca:

-limitele laterale ale canalelor navigabile;

-pericolele naturale și alte obstacole;

-ape nepericuloase;

-zone sau configurații importante pentru navigatori;

-pericole noi.

B) Tipuri de semne (marcaje):

Semnificația unui semn este determinată de caracteristicile sale, astfel:

-noaptea: de culoarea și ritmul luminii;

-ziua: de forma, culoarea și semnul de vârf ale geamandurii.

În continuare se vor descrie doar regulile și semnele sistemului de balizaj maritim IALA regiunea A.

1) SEMNELE LATERALE, a căror utilizare este legată de un sens convențional de balizaj (symbol showing direction of buoyage), sunt utilizate, în general, pentru canale bine definite. Aceste semne indică limitele stânga și dreapta ale drumului ce trebuie urmat de navă. Sensul convențional de balizaj se definește în unul din următoarele două moduri:

-sensul general pe care îl urmează nava venind dinspre mare atunci când se apropie de un port, estuar sau de o altă cale de apa;

-în alte zone sensul trebuie să fie stabilit în detaliu de către autoritățile responsabile ale țărilor riverane. În principiu, acesta trebuie să urmeze conturul continentelor sau sensul retrograd (sensul acelor de ceasornic).

În toate cazurile, sensul convențional trebuie să fie indicat precis în documentele nautice.

Descrierea semnelor laterale: (fig.2.6.)

Fig.2.6. Semnele laterale

(Lateral marks of IALA-Maritime buoyage system, region A)

Semne de babord (port-hand marks), marchează partea stângă a canalului navigabil, în sensul convențional de balizaj. Caracteristicile semnelor (marcajului) de babord sunt următoarele:

forma: baliză cilindrică, geamandură cu suprastructură sau școndru;

culoarea: roșie

semnul de vârf: un singur cilindru roșu (opțional pentru baliză);

lumina: roșie, cu orice ritm, exceptând Sc(2+1)R.

(red light, any rhythm except Fl(2+1)R).

Semne de tribord (starboard-hand marks), marchează partea dreaptă a șenalului navigabil, în sensul convențional de balizaj. Semnele au următoarele caracteristici:

forma: baliză conică geamandură cu suprastructură sau școndru;

culoarea: verde;

semnul de vârf:.un con verde cu vârful în sus (opțional pentru baliză);

lumina: verde, cu orice ritm, exceptând Sc(2+1)V;

(green light, any rhythm except Fl(2+1)G).

OBSERVAȚII:

1) Acolo unde, din motive excepționale, autoritățile hidrografice locale consideră ca fiind nesatisfăcătoare culoarea verde, se poate utiliza culoarea neagră;

2) Dacă semnele de pe laturile unui canal sunt numerotate cu cifre sau litere, atunci succesiunea acestora trebuie să urmeze sensul convențional de balizaj.

Semnul de canal preferabil la babord (preferred port-hand mark), se instalează în centrul unei bifurcații și indică faptul că este preferabil să se aleagă canalul din stânga. Caracteristicile semnului sunt următoarele (fig. 2.7):

Fig. 2.7. Semnele de canal preferabil

forma: baliza conică, geamandura cu suprastructură sau școndru;

culoarea: verde, cu banda orizontală roșie;

semnul de vârf: un singur con roșu;

lumina: verde, Sc(2+1)R. (green light, Fl(2+1)R).

Semnul de canal preferabil la tribord (preferred starboard-hand marks) se instalează în centrul unei bifurcați și indică faptul că este preferabil să se aleagă canalul din tribord.

Caracteristicile semnului sunt următoarele:

forma: baliză cilindrică, geamandură cu suprastructură sau școndru;

culoarea: roșie, cu o bandă orizontală verde;

semnul de vârf: un singur cilindru roșu (opțional la baliză);

lumina: roșie, cu Sc(2+1)R. (red light, Fl(2+1)R).

2. SEMNELE CARDINALE, ale căror semnificații sunt legate de compasul navei, indică direcția (sectorul) unde nava poate găsi ape nepericuloase în vecinătatea unui pericol cu întindere mare (fig.68). Cele patru sectoare de orizont (nord, est, sud, vest) sunt limitate de relevmentele adevărate NE, SE, SW și NW, a căror origine este pericolul marcat. Numele unui semn cardinal indică pe care latură a semnului se poate trece.

Destinația semnelor cardinale:

Fig. 2.8. Semnele cardinale ale Sistemului de Balizaj

a indica faptul că apele cele mai adânci se găsesc în sectorul de orizont ce poartă numele semnului;

a indica pe ce latură a pericolului marcat se găsesc ape nepericuloase;

a atrage atenția asupra unei configurații deosebite a unui canal (cot, joncțiune, bifurcație, extremitate a unui banc sau recif, etc.).

Descrierea semnelor cardinale :

IALA – Regiunea A (Cardinal marks of IALA-Maritime Buoyage System, region A)

Semnul cardinal nord

forma: geamandura cu suprastructură, sau școndru;

culoarea: negru sus, galben jos;

semn de vârf: două conuri suprapuse, cu vârful în sus;

lumina: albă, DRp sau Rp; (white, VQ or Q).

Semnul cardinal est

forma: geamandură cu suprastructură, sau școndru;

culoarea: neagră, cu o bandă galbenă orizontală;

semn de vârf: două conuri negre opuse la bază;

lumina: albă, 3 sclipiri deosebit de rapide, la interval de 5 secunde {DRp(3) 5s}, sau 3 sclipiri rapide la interval de 10 secunde { Rp(3) 10s}.

Semnul cardinal sud

forma: geamandură cu suprastructură sau școndru;

culoarea: galben sus, negru jos;

semnul de vârf: două conuri negre cu vârful în jos;

lumina: albă, 6 sclipiri deosebit de rapide plus o sclipire lungă la interval de 10 secunde {DRp(6)+ScL 10s}, sau 6 sclipiri rapide plus o sclipire lungă la interval de 15 secunde { Rp(6)+ScL 10s }.

Semnul cardinal vest

forma: geamandură cu suprastructură sau școndru;

culoarea: galbenă cu o bandă orizontală neagră;

semnul de vârf: două conuri negre opuse la vârf;

lumina: albă, 9 sclipiri deosebit de rapide la interval de 10 secunde {DRp(9) 10s}sau 9 sclipiri rapide la interval de 15 secunde {Rp(9)15s}.

3. SEMNUL DE PERICOL IZOLAT.

Fig. 2.6. Semnul de pericol izolat.

(Isolated danger mark, IALA-Maritime Buoyage System, region A)

Destinația: Semnul de pericol izolat este destinat marcării (semnalizării) unui pericol izolat înconjurat de ape nepericuloase. Acest semn se plasează de regulă pe pericolul izolat pe care îl marchează.

Descrierea semnului de pericol izolat:

forma: geamandura cu suprastructură, sau școndru;

culoarea: neagră, cu una sau mai multe benzi roșii orizontale;

semnul de vârf: două sfere negre suprapuse;

lumina: albă, grup de 2 sclipiri {Sc(2)};

4. SEMNUL DE APE SIGURE.

Destinația: Semnul de ape sigure indică faptul că apele din jur sunt sigure. De regulă, acesta marchează axul unui șenal, ori o aterizare, atunci când aceasta nu este semnalizată de un semn cardinal sau lateral.

Descriere :

forma: baliză sferică, geamandură cu suprastructură, sau școndru;

culoarea: benzi verticale, roșii și albe;

semn de vârf: o singură sferă roșie;

lumina: albă, izofază sau ocultații sau o sclipire lungă la 10 secunde sau litera A în codul morse

{Izo; Oc; ScL 10s; Mo(A)}.

Fig.2.7. Semne de ape sigure.

(Safe water marks, IALA-Maritime Buoyage System, region A)

5. SEMNE SPECIALE.

Destinație: Aceste semne marchează zone speciale sau anumite configurații menționate în documentele nautice, cum sunt:

stații de culegere a datelor oceanografice;

zone de separare a traficului, acolo unde balizajul clasic poate introduce confuzii;

locuri de depozitare a materialelor dragate, sau alte materiale;

zone rezervate aplicațiilor și exercițiilor militare;

cabluri sau conducte submarine;

zone rezervate pentru agrement, recreere, s.a.

Descriere:

forma: la alegere, astfel încât să nu se producă nici o confuzie;

culoarea: galbenă;

Ultimele două tipologii de informare-informarea hidrometeorologică și informarea cu privire la asigurarea hidrografică- constituie fundamentul realizării bazelor de date ale sistemului de informare GIS regăsite în modulul hărții electronice din componența sistemului integrat de navigație realizat î cadrul sistemului ECDIS prin tipul de ENC (Electronyc Navigational Chart) standardizat conform IMO prin DX 90-VECTOR care este și unul din cele mai compatibile sisteme.

Întreaga noastră viață umană este marcată de existența unor instrumente și unelte perfecționate care să ne ușureze munca și să ne facă mai agreabil timpul liber. Dintre ele, de departe, calculatorul este cel mai sofisticat, dar totodată cel mai adaptabil și mai puternic instrument folosit în prezent în cele mai diverse domenii: inginerie, administrație, comerț, artă, cercetare științifică, servicii, comunicații, etc. Conceput inițial ca o simplă unealtă de socotit, calculatorul și-a câștigat faima favorizat fiind de “materia primă” pe care o prelucrează: informația, și mai nou, cunoștințele.

Pe de altă parte, universalitatea calculatorului provine din concepția sa:

O parte fixă-echipamentele sau HARDWARE-ul, constituind motorul prelucrărilor;

O parte variabilă-programele sau SOFTWARE-ul, reprezentând factorul de comandă al acestui motor.

3.1. STRUCTURILE HARDWARE

Orice calculator este construit dintr-o mulțime de componente, fiecare îndeplinind o funcție specifică, care contribuie la funcționarea generală a calculatorului. Componentele, denumite componente hardware, sunt formate din circuite electronice și părți mecanice care contribuie la îndeplinirea unei funcții prestabilite.

Unitatea de sistem

Reprezintă componenta de bază a unui calculator. Unitatea de sistem conține principalele circuite ale calculatorului și pune la dispoziție conectorii prin care se face legătura între calculator și celelalte accesorii, inclusiv tastatură, monitor și echipamente periferice. Una dintre principalele funcții ale unității de sistem este cea fizică. Aceasta reprezintă locul in care sunt montate celelalte componente.

Placa de bază

Este componenta principală a unității sistem. Celelalte circuite din unitatea de sistem sunt părți ale plăcii de bază sau se conectează direct la aceasta. Componentele electronice ale plăcii de bază îndeplinesc majoritatea funcțiilor unui calculator: rulează programe, fac calcule, aranjează biții care vor fi afișați pe ecran. Placa de bază conține cele mai importante elemente ale unui calculator, cele care îi definesc funcțiile și posibilitățile de extindere, cum ar fi microprocesorul, cipul BIOS, memoria, sistemul de stocare masivă, sloturile de extensie și porturile.

Microprocesorul.

Într-un calculator toate instrucțiunile unui program sunt transmise către microprocesor. Ca urmare, instrucțiunile pot controla numai microprocesorul și nu pot ajunge dincolo de aceasta. Restul circuitelor din calculator și toate dispozitivele periferice conectate la acesta trebuie să-și primească comenzile și datele retransmise de microprocesor. Deci microprocesorul trebuie să aibă posibilitatea să transmită semnale către aceste dispozitive.

Memoria, adeseori descrisă prin termenul specific RAM (de la Random Acces Memory – memorie cu acces aleatoriu) îndeplinește rolul de masă de lucru a microprocesorului. Memoria este folosită de microprocesor pentru executarea calculelor. Produsele software moderne impun adeseori o cantitate minimă de memorie – un minim măsurat in megaocteți – pe care trebuie să o instalați pentru a asigura funcționarea corespunzătoare a programelor. În cazul sistemelor de operare moderne, mai multă memorie înseamnă, de obicei, performanțe globale mai mari.

BIOS este un set de rutine permanent înregistrate, care asigură sistemului caracteristicile operaționale fundamentale, inclusiv instrucțiunile care îi spun calculatorului cum să se autotesteze la fiecare pornire.

Unitățile de hard-disc

Stochează toate programele și alte produse software, astfel încât acestea pot fi încărcate aproape imediat în memoria calculatorului.

Sistemul de afișare

Permite calculatorului să afișeze datele într-o formă pe care o putem înțelege, indiferent dacă aceasta înseamnă numere, cuvinte sau imagini. Sistemul de afișare este format dintr-o placă video sau un adaptor grafic și un monitor sau un ecran plat. Cele două componente ale sistemului de afișare lucrează împreună, adaptorul grafic folosește semnalele digitale din interiorul calculatorului ca să construiască harta electronică a imaginii finale, stocând în memorie datele pentru fiecare punct de pe monitor. Circuitele electronice generează o imagine care apare pe ecranul monitorului.

Dispozitivele periferice

Reprezintă accesoriile conectate la calculator. Există două tipuri de echipamente periferice: externe și interne. Perifericele interne sunt montate în interiorul unității de sistem și, de obicei, sunt conectate direct la magistrala de extensie a acesteia. Perifericele externe sunt separate fizic de unitatea de sistem, sunt conectate la porturile acesteia și adeseori folosesc o sursă de alimentare separată.

Dispozitivele de intrare

Sunt în principal două: tastatura și mouse -ul. Tastatura rămâne cea mai eficientă cale de introducere a textului în aplicații iar mouse -ul transmite calculatorului instrucțiuni grafice permițând alegerea opțiunilor.

Porturi de intrare / ieșire. Este important de a cunoaște porturile ce fac legătura între calculator și interfețele elementelor externe (GPS, sondă, loch, giro, radar) pentru a le utiliza corespunzător. De aceea trebuiesc studiate optimizarea, întreruperile și cauzele acestora.

Întreruperi si cauze.

Deplasarea datelor între CPU și alt echipament periferic este controlată prin alocarea unui IRQ și a unei adrese 10. Pentru un alt echipament extrem acestea sunt asignate porturilor care conectează echipamentul. IRQ înseamnă cerere de întrerupere (Interrupt Request) și asta este exact ceea ce face. Operațiile curente sunt întrerupte, iar procesorul prelucrează datele de la dispozitivul care a cerut întreruperea. PC -urile au 16 întreruperi notate de la 0 la 15 și fiecare port serial sau paralel are nevoie în general de propriile IRQ (Excepții: deseori, COM1 și COM3 împart un IRQ și la fel COM2 și COM4). Fiecare port are nevoie de o adresă unică de tip IIO. Această adresă se poate asemăna cu o cutie colectoare, unde datele transmise către procesor sunt depozitate înainte de a fi procesate. Dacă mai multe echipamente folosesc un IRQ specific sau o adresă IIO în același timp, nici un alt echipament nu va funcționa corect și calculatorul se va bloca. Deci repartizarea IRQ -urilor și adreselor IIO este o problemă serioasă. Sistemul de operare Windows 95, repartizează automat IRQ -urile și adresele 110, dar acest proces este încă imperfect, în mod deosebit pentru porturile seriale.

Dacă aveți probleme cu un port, verificați repartizările IRQ și adresele I/O. Optimizarea porturilor seriale. Calculatoarele expuse pe piață au unul cel mult două porturi seriale, dar ulterior se pot adăuga mai multe (vezi BIOS). De obicei, ele sunt reprezentate printr-un conector tată cu nouă pini pentru fiecare port. Așa cum arată și numele, portul serial transmite datele byte după byte, deci este mai lent decât un port paralel care mută câte un byte (sau 8 byte) o dată.

Viteza portului serial depinde de cipul UART, care împarte fluxul de date de pe bus -ul PC -ului și le transmite serial, în flux continuu, prin cablu serial.

Aproape toate calculatoarele prezintă acum un model 16550 UART. Rata de transfer de 115 Kb/s asigură o viteză suficient de mare pentru transferul datelor prin porturile seriale, dar UART -urile mai vechi ca 16450 și 8250, de obicei, nu oferă același avantaj.

Odată cu noile sisteme și periferice apar înlocuitoare atât pentru porturile paralele, cât și pentru cele seriale. Denumite Universal Serial Bus, ele sunt capabile de rate de transfer de 12 M/s și pot lucra cu mouse -ul, tastatura, monitorul și alte echipamente, mai exact până la 127, toate pentru același port. La fel ca omoloagele lor SCSI, echipamentele USB pot fi legate folosind doar un singur IRQ. Pentru PC -urile mai vechi puteți cumpăra un USB pe care să-l adaptați la placă.

Modemuri sunt utile pentru conectarea cu alte calculatoare sau surse de informații, precum rețeaua Internet. Fiind în esență un convertor de semnal, modemul adaptează datele furnizate de calculator la o formă compatibilă cu sistemul telefonic.

Informatica a trecut de mult de granița preocupărilor unei categorii restrânse de specialități, devenind din ce în ce mai mult o componentă a vieții noastre de zi cu zi, un element ce ne permite să ne organizăm mai bine activitatea, crescându-ne astfel eficiența, productivitatea și tinzând să ne elibereze din ce în ce mai mult de activitățile de rutină, permițându-ne astfel să ne dedicăm timpul altor activități.

3.2. ECHIPAMENTE PERIFERICE DE NAVIGAȚIE

Receptorul GPS.

Sistemul GPS este alcătuit dintr-o constelație de sateliți ce pot fi folosiți pentru poziționare și navigație globală, 24 ore pe zi. Inițial, această rețea a fost concepută pentru programul de apărare strategică a Statelor Unite. Sateliții sunt proprietatea Statelor Unite și sunt controlați de către Pentagon. Această rețea este constituită din 24 sateliți NAVSTAR GPS (21 operaționali și 3 de rezervă), ce se află pe orbită în jurul Pământului, transmițând în mod continuu timpul și poziția lor precisă în spațiu. Această constelație oferă de la 5 la 8 sateliți vizibili din orice punct de pe Pământ la orice oră. Receptoarele GPS primesc informații transmise simultan de la 3 la 12 sateliți, astfel determinând precis poziția, direcția și viteza receptorului.

O dată ce noțiunea este acceptată, anume că sistemul GPS asigură o informație a poziției exacte cu o viteză aproximativă de o secundă, următorul eveniment ar fi un sistem care să indice automat și continuu această informație oferind totodată și informații despre topografia locală fără lucrul manual cu harta.

Pentru determinarea poziției navei, navigatorul măsura relevmentele la nivelul punții iar apoi le trasa pe hartă. Acest proces dura câteva minute și era susceptibil de erori deoarece după reprezentarea grafică pe hartă obțineam localizarea navei cu câteva minute in urmă (momentul în care relevmentele au fost luate) și nu poziția curentă a navei. Această întârziere poate fi critică în situații limită.

Dacă exactitatea poziționării sistemului GPS se combină cu hărțile maritime electronice, un navigator poate cunoaște în orice moment poziția navei cu exactitate.

Eficacitatea sistemului GPS este recunoscută, astfel multe linii de dezvoltare sunt adoptate în complexele moderne de navigație. Unele dintre ele sunt:

– În loc de un punct, pe harta electronică, poate fi folosită o imagine pentru reprezentarea navei. Acest lucru va fi de un real ajutor pentru navigator, pentru că va aprecia mai bine situația în special pentru navele mari, ce navigă în canale înguste, efectuează girații sau care sunt în derivă. În continuare, un vector ar putea fi atașat la capătul iconului, direcția și lungimea vectorului reprezentând direcția și distanța pe care nava va călătorii dacă ruta și viteza sunt asigurate pentru o perioadă prestabilită, să presupunem 6 minute. Alarmele ar putea fi create, astfel încât, dacă extremitatea vectorului intră in contact cu vreun pericol. Un astfel de sistem ar diminua pericolul coliziunii, eșuării etc.

– Cum reperarea navei se desfășoară pe hărțile electronice intr-un timp real, fixarea poziției și manevrele pot fi combinate pe același aparat. Cu acest sistem va fi posibil să monitorizăm în permanență evoluția navei. Când noțiunea de poziționare automată este sub control iar afișarea poziției navei este realizată, obiectivul principal al navigatorului va fi direcționat spre voiajul detaliat și planul de traversare. Cu PC -urile de astăzi, datorită proprietăților de procesare și stocare a datelor, ar fi posibil în viitorul apropiat să se simuleze secțiunile critice ale unui voiaj. Softul necesar solicită informații despre hărțile maritime, manevrele caracteristice ale navei și planul detaliat al cursului. Computerul va procesa informațiile astfel încât efectele apelor mici și a țărmurilor pot fi simulate. Navigatorul, care a trasat planul voiajului în detaliu (drumuri, girații, viteze) poate astfel c in cazul unei erori (eșuare, coliziune) să rectifice drumul trasat.

– Combinarea receptorului GPS cu o rețea de comunicație, un sistem automat ce raportează starea vremii folosind receptorul GPS pentru poziționare și senzorii pentru informații despre vreme.

Avantajele utilizării sistemului de poziționare globală sunt::

În prezent, datorită erorii balistice, girocompasul maritim este cea mai slabă legătură în cabina de navigație. Această eroare este eliminată de prezența GPS -ului la bord, avantaj folosit și pentru stabilizarea radarelor, când acestea sunt integrate în hărți electronice.

Exactitatea nivelului decimetric de poziționare. Componenta verticală a poziționării poate fi folosită pentru a asigura informații utilizatorului despre fluxul maritim, informații vitale în cazul navelor cu pescaj mare în zone dificile.

Folosirea receptorului GPS pentru a asigura determinarea poziției într-un naufragiu.

În comparație cu radarul, receptorul GPS nu este afectat de starea vremii.

Radarul

Este mijlocul de radiolocație care servește la detectarea obiectelor (nave, geamanduri, coastă etc., numite "ținte" din zona acoperită de bătaia acestuia, precum și la măsurarea relevmentului și a distanței la ele.

Pentru realizarea acestor performanțe radarul se bazează pe principiul ecoului, aplicat de mult în navigație. Astfel, pe timp de ceață, la emiterea unui semna) scurt de sirenă, dacă acesta întâlnește un obstacol capabil să-l reflecte, distanța la obiect este egală cu jumătatea produsului dintre intervalul de timp, măsurat între momentul emiterii semnalului și cel al recepției ecoului, și viteza de propagare a sunetului în atmosferă. Direcția aproximativă la obiect este indicată de direcția de intensitate maximă a ecoului, raportată la roza compasului.

Părțile componente principale ale radarului sunt:

emițătorul de impulsuri foarte scurte de energie electromagnetică;

antena rotativă cu fascicol dirijat;

receptorul și indicatorul;

Emițătorul și receptorul funcționează pe aceeași antenă, instalația fiind prevăzută cu un comutator automat de emisie-recepție.

Într-un adevărat sistem de navigație informațiile radar trebuiesc integrate într-un sistem de navigație cu sateliți, GPS, și cu harta electronică. Problemele de sincronizare a hărții cu radarul nu au fost rezolvate în totalitate. Erorile balistice, care se produc în timpul deplasării sau pe perioada girațiilor determină erori, momente in care conexiunea dintre radar și harta electronică nu este stabilă. O posibilă rezolvare constă în folosirea informaților de la sateliți sau folosind un girocompas care este capabil să fie direcționat pe perioada manevrelor. O altă problemă o reprezintă navigația în porturi, unde fără nici o formă de reflectare multe semne nu pot fi identificate clar prin radar. Oricum radarul rămâne principalul sprijin în cazul evitării coliziunilor.

Avantajele și limitările radarului navigațional sunt:

Avantaje:

funcționabil și în condiții de întuneric și vizibilitate redusă;

poate detecta continuu poziția obiectelor;

– poate măsura în orice moment relevmente și distanțe;

– pe timp de vizibilitate redusă este mai exact decât orice altă metodă de navigație și micșorează șansele unei coliziuni.

Limitări:

nu poate arăta cauza disfuncționalității: mecanice, electrice;

uneori, dificultatea înțelegerii informațiilor afișate;

lângă țărm putem fi induși în eroare, informațiile detectate cu ochiul fiind mult mai exacte;

nu poate afișa informații, cu excepția vitezei și poziției, despre subiectul observat.

Girocompasul

Este un instrument de navigație utilizat pentru determinarea direcțiilor la bordul navei. Girocompasul este o instalație electromecanică complexă, constând în principiu dintr-un tor, liber suspendat printr-un sistem cardanic, care este rotit cu o viteză foarte mare de rotație; sub influența forței de gravitație a Pământului, axa torului tinde să-și mențină orientarea în planul meridianului locului, indicând linia nord-sud în planul orizontului adevărat.

Lochul

Este instrumentul folosit la bordul navei pentru măsurarea vitezei și a distanței parcurse într-un anumit interval de timp. Determinarea distanței parcurse de navă într-un anumit interval de timp constituie o problemă deosebit de importantă, atât în navigația costieră cât și în cea de larg. Se poate afirma că elementele fundamentale în navigație sunt determinarea direcțiilor la bord și a distanței parcurse de navă.

Sonda

Reprezintă mijlocul de navigație folosit la bord pentru măsurarea adâncimii apei. Măsurarea adâncimii apei este o operațiune importantă la bord, îndeosebi în condițiile unei navigații nesigure în apropierea coastei, când nu se oferă posibilitatea unei determinări precise și continue a poziției navei. Pe vreme cu vizibilitate redusă, în general in condițiile unei navigații care nu prezintă siguranță, se impune măsurarea continuă a adâncimii apei.

Pilotul automat

Este instalația cu ajutorul căreia drumul navei este menținută valoare, fixată în prealabil. Este o instalație adaptabilă condițiilor de navigație în funcție de gradul de agitație al mării.

Instalația de propulsie

Instalația de propulsie cuprinde toate mașinile, mecanismele și dispozitivele care asigură deplasarea navei înainte și la nevoie înapoi. Instalația de propulsie se compune din:

propulsor – dispozitivul capabil să transforme energia mecanică în forța de împingere necesară deplasării navei;

mașină – instalația de forță care transformă energia cinetică a combustibilului motor în energie mecanică;

linia axială (linia de arbori) – transmite energia mecanică (momentul de torsiune) de la mașină la propulsor.

În figura 3.1. este prezentat un tip de sistem de receptori (elemente periferice) existenți pe navă.

Fig. 3.1. Sistem de receptori existent pe navă

3.3. ECHIPAMENTELE DE CALCUL ȘI MODUL DE IMPLEMENTARE A DIFERIȚILOR TRADUCTORI AI SISTEMULUI DE NAVIGAȚIE

Datorită complexității sale relative, calculatorul nu a fost numai odată ocolit de oameni, dar, cu efecte negative asupra eficienței muncii sau a performanțelor atinse. Cu toate acestea, doi factori au adus o ameliorarea vizibilă, în toată lumea, a gradului de folosire a calculatorului:

avansul tehnologic, care a făcut posibilă transformarea echipamentelor de calcul, din “turnurile de fildeș”, care erau centrale de calcul în birouri și laboratoare, atât din punct de vedere dimensional cât și în ceea ce privește performanțele de lucru ale acestora;

modificarea spectaculoasă a “conversației” dintre calculator și utilizatori, prin crearea unor interfețe deosebit de prietenoase.

Azi sunt din ce în ce mai răspândite sistemele în care utilizatorul nu trebuie decât să arate cu degetul obiectele afișate pe un ecran senzitiv la atingere sau să se conformeze unor indicații pe care calculatorul le pune la dispoziție în orice moment.

Nu este mai puțin adevărat că programarea “tradițională” a calculatorului și-a păstrat utilitatea ei deosebită, prin posibilitatea creării unor produse performante care să realizeze lucrările dorite cu intervenții cât mai mici din afară. În acest scop, efortul utilizatorului este “ceva” mai mare, iar cunoștințele sale trebuie să depășească sensibil pe acelea ale unui utilizator “comod”. Sunt importante aici elementele:

cunoașterea unui limbaj de programare;

cunoașterea modalităților de rezolvare a problemelor cu care utilizatorul are de a face, eventual a unor metode generale de rezolvare, aplicabile unor categorii largi de probleme;

cunoașterea unei metode sistematice de trecere de la problemă la program.

Din punct de vedere al ofițerului cu navigația o problemă o constituie faptul că aparatele de navigație (GPS, radar, loch, giro, sondă) și masa hărților sunt amplasate în diferite puncte de comandă, informațiile fiind obținute treptat. Astfel, în acea perioadă, s-a creionat pentru prima oară ideea unui sistem electronic care să prezinte toate informațiile de la aparatura de la bord într-un singur punct în comanda de navigație. Aceasta ar fi permis ca un singur operator să conducă nava din comanda de navigație.

Odată cu dezvoltarea sistemelor de calcul, în speță tehnologia informatică cu cele două componente Hard și Soft, problema realizării dezideratului amintit anterior a fost rezolvată în principiu, punându-se doar problema fiabilității sistemului. Ultimele generații de calculatoare realizează performanțe deosebite în ceea ce privește accesibilitatea în operare a structurilor software, corelată cu performanțele structurilor hardware realizate, în general, în domeniul vitezei de procesare și capacității de stocare a datelor. În afară de aceste îmbunătățiri au fost reduse caracteristicile de gabarit ale sistemelor informatice.

Construcția calculatoarelor mici a permis realizarea controlului experimentelor si al proceselor, a achiziției de date si a calculelor in aplicații de laborator sau procese industriale fără a apela la ajutorul unui centru specializat, cu putere de calcul mare .

Termenul de microcalculator se refera la un calculator de dimensiuni mici, cu unitatea centrala de calcul, dezvoltata in general pe mai multe placi complexe cu circuite integrate. Un microcalculator dispune de o unitate centrala de calcul realizata in general cu un singur circuit integrat L51, denumit microprocesor. Un microprocesor completat cu circuite integrate de memorie si de intrare l ieșire este potrivit pentru aplicații specializate de control al unui proces sau comanda a unui aparat, in timp ce un microcalculator se utilizează in scopul rezolvării de programe care solicita putere de calcul mare, viteza de lucru mare si capacitate mare de intrare l ieșire.

O configurație cuprinzând un microprocesor, un circuit de memorie program și câteva circuite integrate logice, substituie o logică complexă cu porți, bistabili, sau rezolvă funcții de calcul matematic. Un microprocesor într-o structura cu o larga capacitate de memorare si periferice poate concura la rezolvarea unor programe de calcul specifice microcalculatoarelor, chiar calculatoarelor mari.

Unitatea centrala de calcul operează cu cuvinte binare de lungime 4/32 biti (de regula 16 biți in cazul microcalculatoarelor), realizând operații aritmetice elementare, funcții logice si transferuri între registrele ei interne prin intermediul unei magistrale de date, sau în exterior, pe magistrala de date a calculatorului.

Memoria cuprinde o zona RAM (random acces memory) în care unitatea centrala de calcul poate înscrie și citi date, o zona ROM (read only memory) din care unitatea centrala citește cuvintele instrucțiunilor de program și un mediu de memorare de tip disc sau banda magnetica de mare capacitate.

Circuitele de intrare / ieșire în timp real numerice sau analogice permit realizarea unor experimente sau a controlului proceselor, cu participarea unor convertoare analog – numerice sau numeric – analogice.

Magistrala de date servește pentru transmiterea de cuvinte binare din unitatea centrala de calcul !a memorie sau periferice, denumita operație de înscriere și transmitere în sens invers de la memorie sau periferice a datelor la unitatea centrală denumită operație de citire.

Magistrala conține un număr de linii de date in general cu lungimea cuvintelor binare cu care operează calculatorul, linii de adresare cu care se stabilesc cei doi parteneri ai transferului de date si linii de control pentru a stabili tipul operației în curs.

Un calculator este puternic prin dezvoltarea în circuite electronice dar mai ales printr-un bun sistem de operare si un larg pachet de programe.

Având la dispoziție un program puternic se poate realiza operațiunea de conducere a navei cu ajutorul calculatorului numeric specializat.

Este necesar ca și alți traductori de informație de navigație de la bord, alții decât cei radioelectronici, să poată fi conectați la magistrala de date a calculatorului numeric, pentru prelucrarea informațiilor provenite de la aceștia.

Sistemul traductorilor neautonomi conține: lochul, girocompasul, traductori de timp și sistemele de cuplare cu calculatorul numeric. Sistemele de cuplare cu calculatorul trebuie sa îndeplinească nu numai funcțiile de transformare a datelor în cod binar ci si alte funcții specifice cum ar fi aplatizarea informațiilor.

Datele de la sistemele de traductori autonomi de informație de navigație se transmit pe legătura numerica, atât la calculatorul numeric cat si la sistemele de automatizare a deplasării și la indicatorii tabloului de comanda si control.

În figura 3.2. este prezentată structura internă a unui calculator:

Fig. 3.2. Structura internă a unui calculator

Pentru comparație va fi prezentată statistic evoluția sistemelor de calcul de navigație, utilizate la bordul navelor maritime:

În prezent, performanțele calculatoarelor au ajuns la parametrii ce păreau de neatins în urmă cu câțiva ani. Marile companii producătoare de soft și componente de sistem duc o luptă acerbă pentru acapararea pieței. Astfel s-a ajuns la viteze de procesare de 1GHz (procesor lansat pe piață de compania americană INTEL la începutul anului 2000), capacități de stocare a datelor foarte mari (de ordinul zecilor de Gb pentru sisteme PC), memorii RAM de 128 Mb care vor evolua în perioada următoare, conform preconizărilor, până la 1Gb; și-au făcut deja apariția noi structuri de stocare a informațiilor cu parametrii net superiori predecesoarelor lor (Ex: DVD- cu posibilitate de stocare de trei ori mai mare decât a CD- ului).

4.1. STRUCTURILE SOFT-WARE

Totalitatea programelor disponibile într-un sistem de calcul constituie așa numitul software. Acest cuvânt a fost inventat pentru a sublinia faptul că programele sunt la fel de importante ca și hardware -ul, făcând în același timp o distincție netă între aceste două componente care insă nu pot lucra decât împreună.

Sistemul de operare, una din cele mai importante componente ale software -ului, este un set de programe de comandă care se ocupă de rezolvarea multor sarcini necesare în pregătirea și lansarea in execuție a programelor utilizator, cum ar fi:

– selectarea programului aflat în execuție;

– pregătirea datelor;

– aducerea programelor in memorie;

– alocarea procesorului.

Sistemele de operare actuale asigură legătura dintre diferitele elemente ale calculatorului; folosind limbajul de specialitate se spune că sistemul de operare asigură o interfață comună hardware, o interfață comună de programare și o interfață comună cu utilizatorul. Dintre cele mai utilizate sisteme de operare amintim: DOS, UNIX, WINDOWS, OS/2.

Limbajul de programare. Pentru micșorarea efortului uman (cel mai costisitor în ultimă instanță) și pentru creșterea flexibilității și accesibilității în comunicarea om-mașină, au fost create limbajele de programare. Limbajul de programare face parte din categoria limbajelor artificiale, fiind utilizat în procesul de comunicare om-sistem de calcul. EI reprezintă mijlocul prin care este realizată transmiterea programelor de prelucrare (care sunt forme de reprezentare a algoritmilor, de rezolvare a problemelor în limbajul avut în vedere) de la utilizator la calculatorul electronic. Privite din această perspectivă toate creațiile și dezvoltările din domeniul limbajelor de programare au avut și au ca scop esențial realizarea cât mai naturală și mai eficientă a acestei comunicări.

Unul dintre cele mai importante aspecte calitative ale unui limbaj de programare este puterea sa expresivă. Aceasta are in vedere o triplă interacțiune intre limbajul însuși, forma de gândire și domeniul de aplicație avut în vedere. S-a observat că un limbaj de programare reprezintă, prin tradiție, o entitate relativ statică care nu se modifică ori de câte ori un programator descoperă un nou concept de programare.

Primele limbaje de programare au apărut practic simultan cu primele calculatoare. Calculatorul electronic are limbajul său propriu numit limbaj mașină (constituit din totalitatea operațiilor pe care le poate efectua). Inițial, omul a comunicat cu sistemul de calcul in acest limbaj, din care cauză procesul de programare a fost dificil și accesibil doar unei categorii restrânse de utilizatori (celor care cunoșteau limbajul calculatorului).

Aplicarea pe o scară tot mai largă a prelucrării electronice a datelor nu ar fi fost de conceput fără existențe unor limbaje de programare. Programul de prelucrare devine astăzi o unealtă informațională, la fel de utilă pentru societatea umană ca și produsul fizic. Așadar, informația este privită ca resursă deosebit de importantă.

Comunicarea utilizatorului cu sistemul de calcul nu se realizează doar prin programe de prelucrare.

Există, în general, trei căi generale pentru realizarea unei astfel de comunicări:

prin programe;

prin date (care nu sunt programe);

prin semnale (care au ca scop comunicarea de evenimente sau de informații necesare pentru control, ca de exemplu, activarea/dezactivarea programelor, părților de programe sau datelor) codificate corespunzător.

Există, prin urmare, o inevitabilă implicare a limbajului în toate tipurile de comunicare cu un sistem de calcul.

Un limbaj de programare este un mijloc de comunicare particular, în care informația ce trebuie comunicată mașinii este codificată printr-un program, pe baza a trei componente conceptuale fundamentale: un set de acțiuni care acționează asupra unui set de date intr-o anumită secvență de acționare (algoritm).

Acțiunile sau operațiile descrise de un program reprezintă componenta activă, aceea care într-o ordine prestabilită poate crea, transforma sau distruge date.

Datele programului au un caracter pasiv și un rol complementar față de acțiuni în activitatea de programare. Scopul lor esențial este de a servii ca bază pentru obținerea rezultatelor scontate în procesul de execuție.

Majoritatea limbajelor de programare utilizate sunt procedurale (sau algoritmice). Aceasta înseamnă că pe tot parcursul șirului de transformări pe care operațiile le realizează succesiv asupra datelor, structurile de control specificate în program acționează ca un "liant" prin care datele și operațiile sunt asociate în procesul de execuție: fiecare operație acționează la un moment particular din execuție asupra datelor corespunzătoare.

Execuția unui program scris într-un limbaj de programare se desfășoară pe baza a două categorii de date:

– date definite de programator în programul său, pe baza facilităților descriptive ale limbajului;

– date generate întâi de sistemul în care este implementat limbajul utilizat;

Prima categorie de date este formată din cele care pot fi manipulate în conformitate cu algoritmul programat. Formele sintactice sau reprezentările asociate acestor date in diversitatea largă a limbajelor existente sunt numeroase și variate. Introducerea unor facilități noi și mai puternice de acest gen sau dezvoltarea și creșterea flexibilității unor facilități existente au constituit una dintre motivațiile principale privind proiectarea, extinderea și implementarea de noi limbaje de programare.

Programatorul furnizează doar o descriere (reprezentare) sintactică a datelor, din care reies, în principal, proprietățile de care acestea sunt caracterizate în timpul execuției. Sunt furnizate așadar, structurile logice ale datelor sale pe care implementarea limbajului utilizat le va reprezenta în anumite structuri de memorie.

În programare apare necesitatea specificării datelor fără ca valorile lor curente să fie cunoscute până în momentul execuției. Aceasta este esența noțiunii de variabilă, comună tuturor limbajelor de programare. În descrierile sintactice făcute de utilizator, o variabilă este uzual asociată cu un nume (identificator). La nivelul execuției variabile conțin valori, o valoare inițială (opțională sau nu) putând fi atașată încă din faza de scriere a programului.

În cazul cel mai simplu noțiunea de variabilă este utilizată in legătură cu așa-numitele date elementare (numere, șiruri de caractere, valori logice). Limbajele de programare au extins cel mai adesea această noțiune dincolo de a conține sau desemna numai valori elementare. În aplicații se lucrează de obicei cu colecții întregi de date, ordonate și structurate după criterii diverse.

Algoritmii necesită frecvent o categorie aparte de date, care trebuie să rămână nemodificate pe tot parcursul execuției și care se regăsesc în limbajele de programare prin noțiunea de constantă. Separarea celor două concepte, variabilă și constantă, nu este la fel de clară în toate limbajele. Noile limbaje consideră că separare Gară a variabilelor de constante este un mijloc în plus de siguranță și securitate în execuția programelor.

Resursele

Sunt elemente necesare programelor Windows, unele sunt, s-ar putea spune, chiar indispensabile – cum ar fi meniul și cutiile de dialog. Toate resursele se definesc în fișierul resurse (cu extensia RC). Resursele sunt încărcate în memorie când sunt folosite, fiind luate de pe memoria externă (de exemplu hard disc), iar când este necesar mai mult spațiu in memoria RAM pot fi descărcate. Nucleul sistemului Windows este responsabil de încărcarea sau descărcarea resurselor, el încărcând resursa în memorie numai când programul are nevoie de ea. De asemenea, o resursă poate fi eliminată din memorie de către nucleu pentru a face loc altor aplicații. În acest caz, resursa este pusă pe un suport extern de memorie. La lansarea în execuție a aceluiași program de mai multe ori, fiecare instanță va folosi aceleași resurse ale aplicației, precum și aceeași zonă de cod. În continuare sunt prezentate cele mai utilizate tipuri de resurse:

Bitmap este o resursă ce reprezintă o imagine (un desen, o fotografie) printr-o înșiruire de pixeli. Un bitmap este reprezentat intern in memoria calculatorului printr-o structură de date cu informații despre dimensiunile orizontală și verticală ale dreptunghiului in care este încadrată imaginea, numărul de culori ce pot apărea în imagine dat de numărul de biți pe pixel (1,4,8 sau 24 bițilpixel). După structura respectivă urmează înșiruirea biților corespunzători pixelilor.

Icoana (Icon) este o imagine care se asociază, în general, cu numele unui program sau al unui fișier.

Cursorul este o mică imagine bitmap care se deplasează pe ecran oferind informații despre poziția curentă a mouse -ului. De asemenea, cursorul mai asigură și alte informații:

– dacă aplicația este ocupată și nu are date de intrare, majoritatea aplicațiilor transformă cursorul obișnuit într-o clepsidră;

– dacă cursorul se află deasupra unei ferestre sau control care acceptă introducerea de text, majoritatea aplicațiilor transformă un cursor obișnuit într-un cursor sub formă de bară.

Deci, cursorul reprezintă o parte importantă a informației furnizate , utilizatorului de către Windows. Modificarea aspectului unui cursor este o modalitate simplă de a prevenii utilizatorul referitor la apariția unei schimbări.

Acceleratorul este o tastă sau o combinație de taste corespunzătoare unei comenzi. Avantajul pe care îl oferă tastele este accelerare și anume este faptul că numai este nevoie să duplicăm logica de interpretare a mesajelor de la meniu și tastatură.

Casetele de dialog sunt utilizate pentru o mare parte din interacțiunea dintre utilizator și un program Windows. Casetele de dialog, adesea cunoscute sub numele de dialoguri, se folosesc pentru a prezenta informații și pentru a colecta date de intrare de la utilizator. Casetele de dialog se mai folosesc pentru comunicația uni-sens cu utilizatorul, cum ar fi ecranele de prezentare utilizate la lansarea unui program pentru afișarea de informații legate de copyright sau de pornire. Castele de dialog pot fi modale sau nemodale. Cel mai adesea întâlnite sunt casetele dialog modale. Atunci când programul afișează o casetă de dialog modală utilizatorul nu poate trece din aceasta intr-o altă fereastră a programului. Utilizatorul trebuie să închidă explicit caseta de dialog, executând clic pe un buton pe care scrie OK sau CANCEL.

Fonturile sunt obiecte GDI ce definesc simbolurile și caracterele folosite pentru a afișa texte într-un program Windows. Fonturile sunt de trei categorii: raster, vectoriale și True Tipe, ultimele fiind cele mai flexibile tipuri de fonturi.

Meniul reprezintă o componentă esențială a majorității programelor Windows. Un meniu este o listă de mesaje de comandă care pot fi selectate și transmise unei ferestre. Pentru utilizator, un articol) de meniu este un șir, indicând 0 operație care poate fi executată de către aplicație. Fiecare articol de meniu are un identificator care este utilizat pentru identificarea articolului de meniu.

4.2. PRINCIPII DE PROIECTARE

La baza realizării programului s-au folosit câteva principii ce au avut ca scop crearea unui soft care să fie cât mai accesibil, ușor de utilizat de către navigator, care să aibă cunoștințe minime de informatică, și să poată fi ușor adaptat schimbărilor impuse de evoluția informaticii.

Alegerea sistemului de operare.

Un prim pas, in crearea unui soft, este alegerea sistemului de operare deoarece de facilitățile sistemului de operare depind viteza și ușurința lucrului cu un calculator.

Sistemul de operare al viitorului va avea ca intrare un microfon și comenzile vor fi vocale, desigur păstrându-se și intrările clasice: tastatura și mouse -ul. Principala caracteristică necesară unui sistem de operare modern este sistemul multitasking. Sistemul multitasking înseamnă posibilitatea rulării în același timp a mai multor aplicații. Sistemul de operare DOS nu poate rula două aplicații simultane. Existau numai mici programe rezidente care puteau rămâne în memoria calculatorului. Astfel, ca sistem de operare, pentru crearea unui soft competitiv și ușor de utilizat, este recomandată utilizarea sistemului de operare Windows 95. Sistemul de operare Windows oferă avantaje semnificative față de mediul MS-DOS, atât pentru utilizatori cât și pentru programatori. Multe dintre aceste avantaje sunt comune pentru utilizatori și programatori, deoarece sarcina dezvoltărilor unui program este să ofere utilizatorilor lucruri de care aceștia au nevoie. Sistemul de operare Windows 95 face posibil acest lucru.

Principalele caracteristici ale sistemului de operare Windows 95 sunt – multitasking preemtiv, multireading;

– permite fișiere cu nume lungi (maxim 25d de caractere);

– o interfață grafică cu ferestre, meniuri, butoane etc., foarte intuitivă și ușor de utilizat;

– orientare pe obiecte a interfeței – majoritatea elementelor de pe desktop și din ferestre răspund la apăsarea butonului drept al mouse -ului cu un set de proprietăți caracteristice;

Plug and Play – este o specificație hard-soft prin care sistemul de operare autodetectează componentele hard ale calculatorului, configurarea făcându-se automat:

– se pot citii discuri CD-ROM și CD -uri, sunetul poate fi ascultat și prelucrat;

– nivele de protecție pentru memorie; – rețea locală inclusă în sistem;

– acces prin modem la rețeaua Microsoft Network și Internet.

O altă caracteristică a programelor Windows este aceea că programele trebuie să folosească resursele în comun. Multe resurse trebuie solicitate sistemului de operare înainte de a fi folosite și, odată folosite, trebuie returnate sistemului de operare pentru a putea fi folosite și de către alte programe. Aceasta reprezintă o modalitate de exercitare de către Windows a controlului asupra unor resurse ca ecranul sau alte periferice. Pe scurt, programatorul nu trebuie să-și imagineze că deține controlul complet asupra calculatorului pe care lucrează, trebuie să ceară permisiunea preluării controlului asupra unei resurse centrale și trebuie să fie gata să reacționeze la orice evenimente care îl privesc.

Windows este o interfață grafică cu utilizatorul (GUI – Graphical User Interface), numită uneori și "interfață vizuală" sau "mediu grafic cu ferestre" (Graphical Windowing Enviromnent). La început, ecranul era folosit numai pentru afișarea informațiilor pe care utilizatorul le introducea de la tastatură. Într-o interfață grafică, ecranul devine chiar o sursă pentru celelalte intrări al utilizatorului. Pe ecran sunt afișate diferite obiecte grafice sub forma pictogramelor și a unor dispozitive de intrare , precum butoanele și barele de derulare. Folosind tastatura (sau, mai direct, un dispozitiv de indicare precum mouse-ul) utilizatorul poate să manipuleze direct aceste obiecte de pe ecran. Obiectele grafice pot fi deplasate, butoanele pot fi apăsate și barele de derulare pot fi derulate.

Interacțiunea dintre program și utilizator devine mult mai directă. În locul unui ciclu unidirecțional al informațiilor de la tastatură la program și de la program la ecran, utilizatorul interacționează direct cu obiectele de pe ecran.

Utilizatorii nu mai sunt dispuși să piardă prea mult timp pentru a învăța cum se folosește calculatorul sau cum să se stăpânească un anumit program. Windows îi ajută în acest sens, deoarece toate programele pentru Windows au un aspect asemănător și se comportă fundamental la fel. Programele ocupă o fereastră – o suprafață dreptunghiulară de pe ecran. Fereastra poate fi identificată datorită unei bare de titlu. Majoritatea funcțiilor oferite de program sunt apelate cu ajutorul unui meniu. Informațiile afișate care nu încap pe un singur ecran pot fi vizualizate cu ajutorul barelor de derulare. Unele articole de meniu apelează casete de dialog în care utilizatorul introduce informații suplimentare.

Din punct de vedere al programatorului, consecvența in realizarea interfeței cu utilizatorul este rezultatul folosirii procedurilor integrate în Windows pentru construirea meniurilor și casetelor de dialog. Toate meniurile au aceeași interfață cu tastatura și mouse-ul deoarece aceste operații sunt manipulate mai degrabă de Windows, decât de programul respectiv.

Programarea sub Windows 95 este un tip de programare orientată pe obiecte(OOP – Object Oriented Programming). Acest lucru devine evident dacă vă gândiți la obiectul pe care îl veți folosii cel mai mult in Windows – obiectul care dă numele sistemului de operare, "fereastra". Utilizatorul vede ferestrele ca obiecte pe ecran și poate acționa direct asupra lor, apăsând un buton sau manipulând o bară de derulare. Interesant este faptul că perspectiva programatorului este foarte asemănătoare cu cea a utilizatorului. Fereastra recepționează intențiile utilizatorului sub forma unor "mesaje". De asemenea, ferestrele folosesc mesaje pentru comunicarea cu alte ferestre.

Alegerea limbajului și a mediului de dezvoltare.

Noua generație de limbaje instituite de C utilizează în mod in mod exclusiv declarațiile explicite pentru toate datele utilizate într-un program, acesta contribuind, printre altele, la creșterea lizibilității programelor și permițând o verificare uniformă a consistenței proprietăților în momentul compilării, crescând astfel eficiența globală a procesului de programare.

C este deseori numit un limbaj de nivel mediu. Aceasta nu înseamnă că C este mai puțin performant, mai greu de utilizat sau mai puțin dezvoltat decât un limbaj de nivel înalt, cum ar fi BASIC sau Pascal și nici nu are natura greoaie a unui limbaj de asamblare (inclusiv problemele sale). C este descris ca limbaj de nivel mediu deoarece combină cele mai bune facilități ale unui limbaj de nivel înalt cu posibilitățile de control și flexibilitatea limbajului de asamblare.

Ca limbaj de nivel mediu, C permite lucrul cu biți, octeți și adrese elementele de bază cu care funcționează calculatorul. În ciuda acestui fapt, codul C este, de asemenea foarte portabil. Portabilitatea înseamnă că un software scris pentru un anumit tip de calculator sau sistem de operare se adaptează ușor pe oricare altul. De exemplu, un program este portabil dacă, fiind scris pentru sistemul DOS, puteți face ușor conversia sa, astfel încât să ruleze în Windows.

O caracteristică specială a limbajului C este posibilitatea de a opera direct cu biți, octeți, cuvinte și pointeri, ceea ce îl face potrivit pentru programare la nivelul de sistem, unde toate aceste operații sunt foarte necesare.

Un alt aspect important al limbajului C este că el are doar 32 de cuvinte cheie (27 din standardul inițial al lui Kernighan și Ritchie și 5 adăugate de comitetul de standardizare ANSI); ele sunt comenzile care formează limbajul C.

Motivul pentru care C nu este, practic, un limbaj structurat în blocuri este acela că limbajele cu această caracteristică permit să fie declarate proceduri sau funcții în interiorul altor proceduri sau funcții. Astfel, deoarece C nu permite crearea de funcții în interiorul funcțiilor, el nu poate fi numit formal structurat în blocuri.

Caracteristica unui limbaj structurat, implicit a limbajului C, este compartimentarea codului și a datelor. Aceasta este capacitatea unui limbaj de a despărții și de a ascunde de restul unui program toate informațiile și instrucțiunile necesare efectuării unei anumite sarcini. O modalitate de realizare a compartimentării este utilizarea de subrutine care folosesc variabile locale (temporare). Utilizând variabile locale puteți scrie modulele astfel încât ceea ce se întâmplă în interiorul lor să nu aibă efecte în alte secțiuni alte programului. Având această facilitate, programelor în C li se poate împărți foarte ușor codul în secțiuni. Ca să creați funcții compartimentate trebuie să știți ce face funcția, nu și cum o face. Este de reținut faptul că utilizarea excesivă a variabilelor globale (variabile cunoscute de întregul program) permite greșelilor să se strecoare în program, prin apariția de efecte secundare nedorite.

Componenta structurală principală din C este funcția – rutina de sine stătătoare a limbajului C. În C, funcțiile sunt construcțiile de blocuri în care are loc întreaga activitate a programului. Ele permit definirea și scrierea codurilor pentru sarcinile individuale ale programului, ducând la modularizarea acestora. După ce am construi o funcție, putem fi siguri că ea lucrează corect în diverse situații fără să inducă efecte secundare în alte părți alte programului. Crearea de funcții de sine stătătoare este foarte importantă în proiectele mari, în care codul unui programator nu trebuie să afecteze accidental un altul.

Un alt mod de a structura și de a compartimenta un cod în C este utilizarea blocurilor de cod. Un bloc de cod este un grup de instrucțiuni alăturate logic, tratate ca un singur element. În C, se poate crea un bloc de cod incluzând între acolade un grup de instrucțiuni.

Inventarea lui C++, chiar dacă predecesorul său, C, este unul dintre cele mai îndrăgite și mai larg utilizate limbaje de programare profesionale din lume, a fost impusă de o importantă cerință a programării: creșterea complexității. În timp programele pentru calculator au devenit mai mari și mult mai complexe. Chiar dacă C este un excelent limbaj de programare, încă mai are limitele sale. În C dacă un program trece de la 25.000 la 100.000 de linii de cod, el devine atât de complex încât este dificil să fie stăpânit ca un întreg. Scopul lui C++ este să depășească această barieră. Esența sa este să permită programatorului să înțeleagă și să administreze programe mai mari și mult mai complexe.

Majoritatea îmbunătățirilor aduse de Stroustrup pentru C admite programarea orientată pe obiecte, uneori numită și OOP. Stroustrup se afirmă că unele dintre caracteristicile de orientare pe obiecte au fost inspirate dintr-un alt astfel de limbaj, numit Simula67. Astfel, C++ reprezintă combinarea a două metode de programare puternice.

Dar ce înseamnă orientarea pe obiecte ? un răspuns complet la această întrebare nu poate fi dat, din două motive.

Primul constă în faptul că întrebarea nu are un răspuns complet adevărat pentru toate nivelele de integrare software. Putem spune că avem de-a face mai degrabă cu un curent de orientare pe obiecte, baze de date, limbaje, tehnologii.

Al doilea motiv pentru care un răspuns complet adevărat nu poate fi dat se datorează faptului că terminologia orientată pe obiecte a fost utilizată pentru a susține diferite puncte de vedere în legătură cu lucruri diferite. Primul punct, intangibilitatea imperativă, este cel mai răspândit în cercurile științei calculatoarelor. Susținătorii săi privesc software-ul ca pe o activitate abstractă, solitară și mentală asemănătoare matematicii. Punctul de vedere opus tangibilitatea imperativă, comună ingineriei software. Primul grup privește obiectele ca pe o îmbogățire a producătorilor de soft cu tehnici de tipul moștenirii, aparținând domeniului abstract, în timp ce al doilea grup se bucură de posibilitatea încapsulării, un concept mult mai puțin abstract decât primul.

Orientarea pe obiecte este o abordare pragmatică pentru gestionarea și rezolvarea celor mai complexe programe. Programarea orientată pe obiecte a preluat cele mai bune idei ale programării structurate și le combină cu multe concepte noi, mai puternice, care încurajează abordarea programării intr-un mod nou. În general, când programați în modul orientat pe obiecte, împărțiți o problemă în subgrupe de secțiuni înrudite, care țin seama atât de codul cât și de datele corespunzătoare din fiecare grup. Apoi, organizați aceste subgrupe într-o structură ierarhică. În sfârșit, le transformați în unități de sine stătătoare numite obiecte. Toate limbajele de programare orientate pe obiecte au trei caracteristici comune: încapsulare, polimofism și moștenire. Rațiunea pentru care orientarea pe obiecte începe să domine universul actual al software -ului este aceea că această metodă de programare are credibilitate.

În concluzie, putem afirma că C oferă programatorului exact ceea ce își dorește: restricții puține, motive puține de nemulțumire, structuri în blocuri, funcții ,

de sine stătătoare și un set compact de cuvinte-cheie. Nu este de mirare că C, implicit C++, au ajuns cu ușurință cele mai răspândite limbaje printre cei mai buni profesioniști ai programării.

Din considerentele expuse mai sus am folosit, pentru a obține un soft competitiv și performant, limbajul de dezvoltare C++ utilizând mediul de dezvoltare Microsoft Visual C++ versiunea 5.0 pentru programarea pe 32 biți, pentru sistemul de operare Windows 95.

Visual C++ 5 este ultima versiune de compilator C++, produs de Microsoft, care continuă tradiția instrumentelor puse la dispoziție de această firmă pentru dezvoltarea programelor în mediu Windows. Pachetul Visual C++ nu conține numai un compilator, dar și toate bibliotecile, exemplele și documentația necesară pentru crearea aplicațiilor în Windows 95 sau Windows NT.

Componenta centrală a limbajului Visual C++ este mediul Developer Studio, adică mediul de dezvoltare integrată (Integrated Development Environment – IDE) Mediul Developer Studio este folosit pentru integrarea instrumentelor de dezvoltare împreună cu compilatorul Visual C++. Puteți crea un program în Windows, puteți parcurge volumul impresionant al sistemului Help și puteți depana un program, toate acestea fără a părăsi mediul Developer Studio. Cu mult timp în urmă, programatorii în Windows utilizau pentru crearea programelor editoare de text și instrumente simple disponibile in sistemul MS-DOS. Dezvoltarea unui program în asemenea condiții era anevoioasă și predispusă la erori. Astfel, un ajutor considerabil adus programatorului îl reprezintă instrumentele puse la dispoziție de mediul Developer Studio:

– editor integrat ce pune la dispoziție facilitatea "drag-and-drop" (tragere și plasare), precum și facilități de evidențiere a sintaxei, care se constituie in avantaje majore. Editorul mediul Developer Studio poate fi configurat pentru a emula comenzile de la tastatură utilizate de două editoare populare în lumea programatorilor, Brief și Epsilon;

– un editor de resurse ce este folosit pentru crearea resurselor Windows, de exemplu imagini bitmap, pictograme, casete de dialog, iconuri sau meniuri;

– un program integrat de depanare ce permite rularea programelor și depistarea erorilor. Deoarece acest program este componentă a mediului Developer Studio, depistarea și corectarea erorilor de programare este simplă. Dacă detectați o eroare de programare în timpul depanării, puteți corecta codul sursă, puteți recompila și apoi lansa din nou programul de depanare.

De asemenea, mediul Developer Studio pune la dispoziție un sistem help on-line, care poate fi folosit pentru obținerea informațiilor sensibile la context pentru orice instrument folosit in mediul Developer Studio, precum și informații detaliate referitoare la limbajul C++, interfața de programare Windows și biblioteca de clase MFC

Controlarea programului de utilizator.

Un important principiu care a stat la baza realizării soft -ului a fost acela de a realiza o interfață prin care utilizatorul să controleze rularea programului și nu invers. Adică, în cazul unui mesaj de avertisment cel care ia decizia este operatorul, nu calculatorul; dacă sunt recepționate date referitoare la navigație, trimise de baza hidrografică, utilizatorul este înștiințat, și cu acordul acestuia baza de date este reactualizată. Dar, acest fapt nu înseamnă că operatorul este "bombardat" în permanență cu mesaje creând o stare de încordare, ci se dorește ca utilizatorul, în permanență, să fie informat de schimbările care au loc în sistem. În concluzie, cel care inițiază acțiunile este utilizatorul și nu sistemul de operare sau aplicația (utilizatorul prestând un rol activ, nu reactiv), fiind îndrumat în acțiunile sale de indicații prezente sub forma unor ferestre de ajutor, apelabile prin acționarea butoanelor Help din ferestrele respective, sub forma unor notițe prezentate la vedere sau chiar sub forma inscripționării intuitive și deosebit de sugestive a butoanelor de acțiune.

Posibilitatea revenirii asupra unor comenzi eronate.

Prin realizarea acestei interfețe utilizatorul are posibilitatea să o exploreze și astfel el poate învăța prin metoda "încercare și eroare". Aplicația furnizează seturi de opțiuni corespunzătoare și poate avertiza utilizatorul asupra unei acțiuni care ar putea provoca distrugerea datelor, blocarea programului și de asemenea oferă posibilitatea ca acțiunile să fie reversibile.

Chiar și în cazul celor mai bine proiectate interfețe utilizatorii pot face greșeli. Aceste greșeli pot fi de ordin fizic (când utilizatorul selectează o comandă sau o dată greșită) sau mental (luarea unei decizii greșite). Prin proiectare s-a asigurat evitarea pe cât posibil a situațiilor care pot genera erori (spre exemplu, mesaje la vedere despre evitarea unor acțiuni care pot duce la eroare) și minimizează erorile utilizatorului (de exemplu, in cazul in care utilizatorul nu introduce toate datele solicitate, caz ce poate genera erori (a manipularea bazei de date prin lipsa înregistrărilor in unele câmpuri, apar un mesaj de avertizare după care utilizatorului i se solicitată introducerea datelor lipsă, astfel nefiind permisă generarea de erori la acel nivel al programului.).

Asocierea de replici pentru comenzile programului.

Interfață trebuie să transmită câte o replică pentru fiecare acțiune a utilizatorului. Replicile, care pot fi vizuale sau auditive, sunt prezente la fiecare acțiune a utilizatorului pentru ai confirma acestuia faptul că aplicația intr-adevăr răspunde la acțiunile sale și pentru ai comunica detalii care sunt caracteristice fiecărei acțiuni.

Estetica programului.

Proiectarea elementelor vizuale și aranjarea lor pe ecran reprezintă o altă parte importantă a proiectării interfeței. Atributele vizuale furnizează informații importante, de aceea programatorul trebuie să aibă grijă ca interfața să fie cât mai bine organizată. Informațiile să fie aranjate astfel încât utilizatorul să poată vizualiza rapid datele și să nu permită o încărcare a ecranului care să îl pună în dificultate în culegerea informațiilor.

Simplitatea in utilizare.

O interfață trebuie să fie simplă, dar nu simplistă, și ușor de manipulat. Ea trebuie să permită accesul la toate funcțiile oferite de ,

aplicație. În scopul oferii unei interfețe simple in utilizare s-au avut în vedere:

– reducerea prezentării informațiilor la minimul necesar unei comunicări adecvate;

– evitarea descrierii detaliate pentru unele comenzi sau în cadrul mesajelor;

– confirmarea operațiilor executate;

Dar proiectarea unei interfețe eficiente reprezintă mult mai mult decât urmarea unor reguli asemănătoare celor de mai sus. Ea necesită o metodologie de proiectare și o atitudine orientată spre utilizator. De asemenea proiectarea, implică o activitate paralelă cu dezvoltarea aplicației

4.3. APLICAREA INFORMAȚIEI DE NAVIGAȚIE LA SISTEMUL DE INDICARE ȘI REPREZENTARE

Informația de vizualizat se găsește in memoria RAM a calculatorului. In calculator fiecare caracter este memorat in cod binar, sub forma unui singur octet – cod ASCI sau EBCDIC.

Este posibil ca informația ce urmează sa fie vizualizata sa fie recodificată prin program sub aceiași forma. Acest lucru se realizează cu ajutorul unui circuit integrat de tip memorie ROM numit "generator de caractere".

Forma si caracterul reprezentării informațiilor pe indicatoare influențează precizia executării conducerii navei. Pe ecranul acestor indicatoare se afla un indiciu (reprezentare convenționala a navei) care se suprapune pe imaginea (harta sau plan) respectiva.

Imaginea se deplasează continuu, corespunzător poziției reale a navei. Semnalele de comanda in acest caz sunt elaborate de sistemul de calcul al complexului. În construcția indicatoarelor se utilizează sisteme opto-electronice de formare a imaginilor.

Pentru a putea urmări înscrierea succesiva a datelor in postul de afișare se utilizează tehnica introducerii in program a unor bucle de întârziere. Orice periferic (deci si sistemul de afișaj – reprezentare) are o adresa bine specificata in magistrala de adrese. Pentru a putea înțelege acest lucru dam următorul exemplu:

EX. 1 : In A, (30) – care înseamnă intrarea in acumulator a conținutului perifericului cu adresa specificata intre paranteze. Adresa este poziționată pe liniile A0 _ _ _ A7 ale magistralei de adrese. In plus, conținutul inițial al acumulatorului este adus pe liniile A8_ _ _ A15

În continuare, circuitul reprezentat prezintă sinteza semnalelor de citire date (ED) și afișare date (AD). (aceasta se poate urmări în fig. 4.1.)

Fig. 4.1. Sinteza semnalelor de citire și afișare

IORQ – semnul prevăzut pentru posibilitatea de comunicare cu circuitele periferice ale calculatorului.

Se prevede o poarta pentru a valida funcționarea afișajului în timpul operațiunilor DMA, comandata de semnalul EA.

Astfel linia AD rămâne în 0 pe durata accesului direct la memorie, iar în timpul execuției unui program trece in 0 pe durata instrucțiunilor IN sau OUT. Programul înscrie pe afișajul de date conținutul acumulatorului la intervale de timp egale cu întârzierea introdusa de bucla.

Conținutul inițial al acumulatorului este 0, iar la fiecare parcurgere a buclei se incrementează un 1.

Portul de ieșire se selectează numai prin IORQ, deci în instrucțiunea OUT se poate înscrie orice adresă.

Daca calculatorul adresează mai multe periferice, trebuie realizata o logica de selecție (decodificatori care sa îndeplinească funcția de activare a unui singur port, corespunzător adresei alocate prin instrucțiunea OUT sau IN, adresa prezenta pe liniile A0 _ _ _ A7.

TRANSMITEREA SERIALA A DATELOR

În orice rețea, rolul unui nivel este de a oferi anumite servicii nivelelor superioare, degradându-le de datele implementării efectiv a acestor servicii. Atunci când o unitate nu poate fumiza singură un serviciu, ea cooperează cu alte unități similare. Coordonarea este guvernată de protocoale specifice sistemului.

Nivelul fizic asigură transmiterea datelor binare codificate între sisteme prin mediul fizic de interconectare, păstrând ordinea biților fără a garanta corectitudinea transmisiei.

Aspectele generale se refera la:

– modul de codificare a datelor binare

– modul de transmisie duplex sau semiduplex modul de stabilire și desființare a conexiunilor fizice

Transmisia este transparentă, semnificația datelor sau modul de grupare în unități logice este neimportant.

Sistemul propus are o organizare ierarhica cuprinzând periferice, comutatoare ale acestora, oficii de conectare în tandem, conectare pe bucle locale și linii de mare și foarte mare viteză.

Aplicarea directă pe aceste linii a unui semnal digital nu se poate face decât pentru viteze mici și pe distanțe reduse, datorită distorsiunilor mari provocate de linie.

Pentru a ocoli acest neajuns se recurge la transmisia în curent alternativ, utilizându-se semnale sinusoidale cu frecvența 1000 / 2000 Hz a cărei amplitudine, frecvența sau fază este modulată pentru a transmite informația.

În figura 4.2. este prezentat modelul de circulație a informațiilor într-un complex de navigație.

Fig. 4.2. Modelul de circulație a informațiilor

4.4. STRUCTURA SOFT-WARE GENERALĂ A MODULULUI DE INFORMAȚII DE MANAGEMENT ȘI COMANDĂ A NAVEI

Un sistem de informații de management și comandă a navei operațional integrează cinci componente de bază:

Hardware: În prezent, produsele rulează pe o gamă largă de configurații hardware, de la servere la computere desktop, utilizate individual sau în rețea. De asemenea, există aplicații pe toate platformele existente, de la Intel și PowerPC la Risc;

Software: Produsele software existente furnizează funcțiile și instrumentele necesare stocării, analizei și afișării informațiilor, funcții pentru introducerea și manipularea informațiilor, sisteme de management al bazelor de date, funcții pentru interogarea, analiza și vizualizarea datelor, interfață grafică (GUI) pentru accesarea facilă a instrumentului GIS;

Date: informațiile de management și comandă a navei reprezintă cea mai importantă componentă a unui sistem integrat de navigație. Datele, indiferent de configurația expunerii, pot fi generate de utilizator sau procurate de la un furnizor comercial. Un de informații integrează date de funcționare, de poziție cu baze de date și alte resurse de informații;

Oameni: Tehnologia de informare are o valoare limitată fără factorul uman care administrează sistemul și dezvoltă strategii de rezolvare a problemelor reale. Gama utilizatorilor se întinde de la specialiștii care proiectează și întrețin sistemul până la cei care-l folosesc în munca de zi cu zi;

Metode: Un sistem de informații performant operează după un plan și reguli manageriale fezabile, care reprezintă modele și practici unice pentru fiecare organizație.

Structura modulului de informații de management și comandă a navei ce urmează a fi expusă va conține următoarele ferestre cu funcții de informare:

FEREASTRA „VÂNT “;

FEREASTRA „SONDA ULTRASON”;

FEREASTRA „INFO NAVIGAȚIE ”;

FEREASTRA „ GPS ”;

FEREASTRA „PILOT AUTOMAT ”;

Aceste structuri, enumerate anterior, vor fi prezentate detaliat în capitolul următor.

Una din componentele software principale ale sistemului integrat de navigație este reprezentată de modulul de informare a navigației (CONNING INFORMATION DISPLAY-CID). Acest modul reprezintă de fapt o fereastră software care oferă informații primite de la senzorii de navigație și prelucrate de componenta software a sistemului integrat. Acest modul implică afișarea următorilor parametri de navigație:

Parametrii de deplasare:

– drumul adevărat;

– drumul deasupra fundului;

– viteza navei;

– distanța parcursă;

Parametrii de poziție:

– coordonate GPS;

Parametrii hidrometeorologici:

– vânt (direcție/viteză);

– curent (direcție/viteză);

– adâncime;

– presiune atmosferică;

Parametrii de manevră:

– unghi de cârmă;

– sensibilitate pilot automat

Parametrii temporali:

– data;

– ora bordului;

– diferența GMT;

Parametrii planului de navigație:

– numărul următorului punct (WPT);

– cursul urmat; pentru

– distanța la punct; punctul

– timpul rămas; următor

– distanța pentru

– data plecării întregul

– data sosiri voiaj

Parametrii propulsorului:

– regimul de funcționare;

– rotații/minut;

– combustibil disponibil;

Alarme;

Directive specializate;

Acești parametrii sunt reprezentați grafic în casete de afișare (câmpuri grafice). Reprezentările parametrilor se pot realiza prin:

Reprezentări grafice stilizate ale parametrilor și caracteristicilor definitorii;

Module grafice pondere;

Casete de reprezentare numerică ale mărimilor variabile;

Denumirea parametrilor este afișată permanent în scris în interiorul câmpului grafic pentru definirea acestuia și pentru definirea unităților de măsură ce caracterizează parametrul în momentul vizualizării.

Culorile și poziția pe display a fiecărui parametru se va face în funcție de prioritatea și importanța fiecărei informații afișate. Rolul acestui modul în cadrul Sistemului integrat de navigație este bine definit prin aspectul prioritar pe care îl reprezintă informațiile furnizate de acest modul, gestionarea și managementul acestora la bordul navei maritime.

Un alt aspect de care trebuie ținut cont în proiectarea acestui modul este accesibilitatea la informații, deziderat ce se realizează printr-un aspect cât mai simplu și sugestiv al ferestrei de afișare.

Corespondența informațională a acestor câmpuri este următoarea:

I – fereastra „VÂNT ”;

II – fereastra „SONDA ULTRASON”;

III – fereastra „ INFO NAVIGAȚIE ”;

IV – fereastra „ GPS ”;

V – fereastra „PILOT AUTOMAT ”;

Pentru o vizualizare cât mai bună ferestrele sunt despărțite de un marcaj de definire și delimitare de culoare diferită de cea a ferestrelor. Culoarea ferestrelor va fi aleasă prin activarea butonului de presetări situat în fereastra VII, colțul din stânga jos care va activa baza de date de structură a modulului.

Conținutul acestor ferestre va fi descris în capitolul următor.

PROGRAMUL PROPRIU-ZIS

Variabile folosite în program:

de intrare:

-m_Tanc1-indică nivelul combustibilului din tancul 1;

-m_Tanc2-indică nivelul combustibilului din tancul 2;

-m_vitvant-viteza vântului;

-m_dir-direcția vântului;

-m_val-drumul introdus automat ce trebuie urmat;

-m_coarne-valoarea cu care trebuie corectat drumul;

-m_viteza-viteza navei;

b)de ieșire:

-m_val5-valoarea drumului cu 10 grade mai mica;

-m_val6-valoarea drumului de urmat;

-m_val7-valoarea drumului cu 10 grade mai mare;

-m_val_1-valoarea drumului cu 10 grade mai mica care apare la pilotul automat;

–m_val1-valoarea drumului cu 10 grade mai mare care apare la pilotul automat;

-m_c-diferența de drum;

-m_drum-valoarea drumului;

-m_edit19-valoarea reactualizată a adâncimii;

-m_edit11-numarul de grade pe longitudine;

-m_edit13-numarul de minute pe longitudine;

-m_edit15-numarul de secunde pe longitudine;

-m_edit16-numarul de grade pe latitudine;

-m_edit17-numarul de minute pe latitudine;

-m_edit18-numarul de secunde pe latitudine;

5.1. FEREASTRA „VÂNT ”

5.1.1. DESCRIEREA PARAMETRILOR

Parametrii reprezentați: -VÂNTUL

A. Vântul

Vântul este mișcarea cvasi-orizontală a maselor de aer în sensul creșterii presiunii. El se caracterizează în principal prin direcție și intensitate. Direcția vântului reprezintă valoarea unghiului pe care îl face vectorul de vânt cu nordul geografic.

La o navă în marș vântul măsurat nu reprezintă vântul real (Wr), ci vântul aparent (Wa). Exprimarea vântului se face vectorial prin direcție și viteză măsurată în m / s, Nd, Bf.

Vântul se codifică prin notația – ddff; unde:

dd – reprezintă direcția vântului indicat printr-o săgeată orizontală în direcția de unde suflă vântul către centrul stației;

ff- reprezintă viteza vântului și se notează codificat prin linii și triunghiuri aplicate pe direcția vântului, astfel încât:

o linie scurtă înseamnă 2,5 m / s

o linie lungă înseamnă 5,0 m / s

un triunghi înseamnă 25,0 m / s

combinațiile înseamnă 32,5 m / s

Scara Beaufort.

5.1.2. DESCRIEREA ARHITECTURII

Fig. 5.1 SCHEMA LOGICĂ „VÂNT ”

Din punct de vedere arhitectural, fereastra „vânt” este materializată ca suport grafic de formă dreptunghiulară divizat în trei câmpuri grafice cu următoarele funcții:

Interfața grafică de afișare stilizată a parametrilor vânt ;

5.2. SCHEMA LOGICĂ „SONDA”

5.2.1. DESCRIEREA PARAMETRULUI

Măsurarea adâncimii apei prezintă o deosebită importanță pentru siguranța navigației, în special în condițiile navigației în zone nesigure din apropierea coastei, unde nu este posibilă determinarea continuă și precisă a poziției navei. În aceste condiții, prin siguranța navigației se înțelege asigurarea unei adâncimi suficiente a apei sub chila navei.

Dispozitivele utilizate la bordul navei pentru măsurarea adâncimii apei se numesc sonde; operațiunea de măsurare a adâncimii apei (prin utilizarea unei sonde) se numește sondaj.

Se utilizează în mod curent următoarele tipuri de sonde:

1) sonda de mână (sonda simpla);

2) sonda ultrason.

Exista o varietate mare de sonde, care au însă domenii restrânse de aplicabilitate (cercetări hidrografice și oceanografice, pescuit oceanic, etc.), cum ar fi:

– sonda ultrason cu acționare pe orizontală;

– sonda pește;

– sonda multivibrator, etc.

Normele Registrului Naval Român prevăd obligativitatea dotării navelor Maritime comerciale cu o sondă ultrason și o sondă de mână.

Pe hărțile marine românești sunt date adâncimile apei în metri, în timp ce pe hărțile englezești, acestea sunt exprimate de regulă în fathoms (adâncimile mari) și în feet (adâncimile mici). Ca urmare, se impune ca sondele utilizate la bordul navelor românești să indice adâncimile în metri, urmând ca pentru utilizarea hărților englezești să se execute transformarea din metri în fathoms / feet.

În navigația modernă cel mai utilizat și mai precis tip de sondă este sonda ultrason, fapt pentru care în cele ce urmează vor fi descrise principiile de măsurare a adâncimii cu acest tip de sondă.

5.2.2. PRINCIPII ȘI METODE DE DETERMINARE

Principiul măsurării adâncimii apei utilizând sonda ultrason (fig.5.2.) constă în evaluarea intervalului de timp necesar unui fascicul de ultrasunete (emis de către un vibrator de emisie A

Fig. 5.2. Principiul măsurării adâncimii apei cu sonda ultrason.

montat pe carena navei) să se propage prin apa de mare, să se reflecte de fundul marii (în punctul B) și să fie recepționat de către un vibrator de recepție C (montat de asemenea pe carena navei).

Considerând v viteza de propagare a ultrasunetelor prin apa de mare ca fiind constantă și neglijând spațiul AC, atunci adâncimea H a apei va fi dată de relația:

H = v·t/2 ,

unde t este intervalul de timp necesar parcurgerii de către fasciculul de ultrasunete a traseului A-B-C.

Pentru a asigura o precizie de 0.1 m a măsurării adâncimii apei (considerând v=1500m/s), atunci se impune ca precizia de măsurare a timpului de propagare să fie de 1/750 s (Balaban, 1981).

Ultrasunetele sunt oscilații sonore a căror frecvență depășește valoarea de 20000 Hz (peste limita sensibilității urechii umane). Utilizarea ultrasunetelor în măsurători subacvatice este determinată de faptul că energia lor nu este absorbită într-o proporție foarte mare de către mediul marin, așa cum se întâmplă, de exemplu, cu energia undelor electromagnetice.

Particularitățile propagării ultrasunetelor în mediul marin neomogen sunt:

1) ultrasunetele se propagă sub forma de fascicul dirijat, ca urmare a lungimii de undă mici;

2) energia undei fasciculare de ultrasunete scade odată cu îndepărtarea față de sursă;

3) intensitatea undelor sonore este proporțională cu pătratul frecvenței;

4) fasciculul de ultrasunete se supune legilor refracției și reflexiei; aceste fenomene au loc la trecerea prin medii lichide cu proprietăți fizice diferite (temperatură, presiune, densitate); de asemenea, datorită concentrației mari de particule organice și anorganice din apa de mare, se manifestă fenomenul de difracție a fasciculului, sau chiar reflexia acestuia.

Viteza de propagare a ultrasunetelor prin apa de mare variază proporțional cu salinitatea, temperatura și presiunea apei de mare. Conferința internațională de hidrografie din 1962 a stabilit ca viteza medie de propagare a ultrasunetelor prin apa de mare cu temperatura de 13°C este de 1500 m/s.

In mod curent, emițătoarele și recepțoarele de ultrasunete se numesc vibratoare (de emisie, respectiv de recepție). Funcție de principiul fizic ce stă la baza construcției lor, vibratoarele pot fi piezoelectrice sau magnetostrictive.

Fenomenul fizic ce stă la baza realizării vibratoarelor piezoelectrice se numește efect piezoelectric; acesta se manifestă in mod direct sau invers.

In fig.5.3. este schițat modul de manifestare a efectului piezoelectric invers: cele două fețe ale unei lamele de cuarț se aduc în contact cu armăturile unui condensator, care va furniza sarcini de semn opus pe cele două fețe ale acesteia. Efectul încărcării lamelei de cuarț cu sarcini de semn opus pe fețele sale este apariția unor vibrații cu o frecvență egală cu frecvența tensiunii de alimentare a circuitului electric la care este conectat condensatorul.

Fig. 5.3. Efect piezoelectric invers

Efectul piezoelectric invers este utilizat la construcția vibratoarelor de emisie a fasciculelor de ultrasunete; frecvența ultrasunetelor este dată implicit de frecvența înaltă a tensiunii de alimentare a circuitului electric ce alimentează condensatorul.

Efectul piezoelectric direct constă în apariția unor sarcini electrostatice de semn contrar pe cele doua fețe ale unei lamele de cuarț asupra căreia acționează o forță exterioară. Acest efect stă la baza construcției vibratoarelor de recepție a ultrasunetelor (la care forța exterioară este materializată de acțiunea fasciculului de ultrasunete reflectat de fundul mării).

În prezent cristalele de cuarț se folosesc pe scară restrânsă la fabricarea vibratoarelor sondelor datorită, pe de o parte a costului de fabricație ridicat, iar pe de altă parte a fiabilității reduse.

Fenomenul de magnetostricțiune se manifestă de asemenea în mod direct și invers.

Astfel, dacă o bară confecționată din material feromagnetic (Fe, Ni, Cr, Co) este introdusă într-un câmp magnetic, bara va suferi o deformare mecanică; mărimea deformării depinde de intensitatea câmpului magnetic. De asemenea, sensul deformării (contracție sau alungire) nu este dat de semnul câmpului magnetic, ci depinde doar de proprietățile fizice ale materialului din care este confecționată bara.

Fenomenul de magnetostricțiune inversă este utilizat la construcția vibratoarelor de recepție, în acest caz vibrațiile barei fiind provocate de fasciculul recepționat; ca urmare, bara din material feromagnetic se va magnetiza, inducând în bobina un câmp electromagnetic. Tensiunea electromotoare indusă va fi proporțională cu energia mecanică a fasciculului recepționat.

Cu toate că vibratoarele magnetostrictive sunt mai puțin eficiente decât vibratoarele piezoelectrice, sunt preferabile în construcția de serie a sondelor, fiind fiabile și permițând montarea în orice loc pe carena navei.

La sondele ultrason moderne, vibratoarele de emisie și de recepție se pot monta separat sau se pot încorpora într-unul singur , acesta având dublu rol, de emisie și recepție.

Ca urmare a fenomenului de aerare a apei (formare a bulelor de aer în apă din jurul vibratoarelor de către valul prova – importanta sursă de perturbații ale fasciculului de ultrasunete), pentru navele cu formă clasică, vibratoarele se vor monta pe fundul navei în secțiunea cuprinsă de la prova până la 1/3 din lungimea navei, într-o zonă lipsită de zgomote ale mașinii, perturbații, vibrații, etc.

5.2.3. SCHEMA LOGICĂ

5.3. FEREASTRA „INFO NAVIGAȚIE”

5.3.1.DESCRIEREA PARAMETRILOR

Parametrii reprezentați în această fereastră sunt:

drumul navei;

sistemul indicator al drumului (girocompas, compas magnetic, etc)

unghiul de cârmă;

rata de girație (în procente);

regimul de marș;

Drumul navei

În principiu, orientarea pe mare presupune determinarea continuă și precisă a direcției de deplasare a navei, precum și a pozițiilor succesive ocupate de navă. Acest lucru nu ar fi posibil fără modelarea la bord a meridianului adevărat al locului (adică direcția Na), care este direcția de referință din planul orizontului adevărat față de care se realizează orientarea.

Direcția Na se materializează la bordul navei cu ajutorul compasului care poate fi magnetic sau giroscopic, funcție de principiul fizic ce stă la baza construcției aparatului. Există și alte tipuri de compase pentru utilizări speciale cum sunt astrocompasul (sau compasul solar) care se utilizează în zonele polare, și compasul giromagnetic, cu utilizări la navele rapide ori la bordul aeronavelor.

Drumul compas (Dc) al navei este unghiul din planul orizontului adevărat, măsurat de la direcția Nc la axul longitudinal al navei. Drumul compas se exprimă, de regulă, în sistem circular, deci ia valori de la 000x la 360°, în sens retrograd.

Compasul giroscopic ( se mai numește girocompas sau compas giro) este un aparat (echipament) de navigație, a cărui destinație este de a materializa la bordul navei direcția nord adevărat (Na) a punctului în care se găsește nava, fără de care, așa cum s-a precizat, orientarea pe mare nu ar fi posibilă.

Se înțelege prin drum giro (Dg), unghiul din planul orizontului adevărat al observatorului, măsurat de la direcția nord giro până la direcția către prova a axului longitudinal al navei; se exprima de regula circular, măsurându-se în sens retrograd, și deci ia valori de la 000° la 360° .

Precizia la care se exprima drumul giro este de 0°.1 .

Sistemul indicator al drumului

Este reprezentat de sistemul cu care se determină parametrul ce definește direcția de deplasare a navei (drum compas- determinat cu compasul magnetic- și drum giro – determinat cu girocompasul).

Unghiul de cârmă

Reprezintă valoarea unghiului format între axul longitudinal al navei și planul safranului cârmei.

Regimul de marș

Conducerea navei, atât în marș cât și la manevră, se efectuează din comanda de navigație (puntea de comandă). Prin ordinele (comenzile) ce se dau la cârmă și mașini.

În dialogul comandă- mașină, cel mai important este ca toate ordinele să fie înțelese în același fel atât în comandă cât și în compartimentul –mașini. Pentru acest motiv navele sunt înzestrate cu un sistem de comunicații comandă-mașină care asigură transmiterea corectă a ordinelor ce țin de componenta numită regim de marș care definește starea de deplasare a navei prin ponderea funcționării instalației de forță.

Rata de girație reprezintă mărimea ce caracterizează modificarea direcției de deplasare în unitatea de timp. Se exprimă în grade / minut și este caracteristică fiecărei nave, diferind funcție de următorii factori:

caracteristicile constructive ale fiecărei nave;

deplasament;

regim de marș;

condiții hirometeorologice;

etc

5.3.2.PRINCIPII ȘI METODE DE DETERMINARE

Compasul magnetic

În epoca modernă există o mare varietate de tipuri de compase magnetice, care însă se bazează pe același principiu fizic, și anume pe proprietatea acului magnetic de a se orienta pe direcția liniilor de câmp magnetic terestru.

Este cunoscut faptul că Pamântul are proprietăți magnetice, comportându-se ca un uriaș magnet sferic. El are doi poli, o axă magnetică, o linie neutră, linii de câmp. Datorită acestor proprietăți, este posibil ca un ac magnetic liber suspendat în centrul său de greutate, plasat la suprafața sferei terestre într-un loc îndepărțat de alte mase magnetice, să se orienteze (după câteva oscilații) pe o direcție stabilă în spațiu.

Forța care acționează asupra acului magnetic este intensitatea câmpului magnetic terestru.

Cercetările au relevat faptul că poziția polilor magnetici tereștri nu coincide cu cea a polilor geografici; astfel, în 1972 coordonatele polilor magnetici erau următoarele (Balaban, 1972):

– polul nord magnetic LAT = 071 00.0 N ;

LON = 096 00.0 W ;

– polul sud magnetic LAT = 073 00.0 S ;

LON = 156 00.0 E .

În fig.5.5. sunt evidențiate elementele câmpului magnetic terestru precum și modul de orientare a unui ac magnetic liber suspendat în centrul său de greutate, plasat la suprafața sferei terestre.

S-a convenit ca în polul nord magnetic terestru să se afle concentrată întreaga masă magnetică sudică și invers, pentru a nu modifica denumirea polarității acelor magnetice. Astfel, ca urmare a acestei convenții, acul magnetic se va orienta cu polul sau nordic către polul nord magnetic terestru.

Fig. 5.5. Câmpul magnetic terestru

S-au făcut următoarele notații :

– HH' planul orizontului adevărat al observatorului ;

– PNm polul nord magnetic terestru ;

– PSm polul sud magnetic ;

– PN polul nord geografic ;

– PS polul sud geografic ;

– N polul magnetic nord al acului magnetic ;

– S polul magnetic sud al acului magnetic .

Considerând acul magnetic suspendat liber în centrul său de greutate în punctul A la o latitudine oarecare, fără influențe magnetice din exterior, se observă că acesta se orientează pe direcția tangentei la linia de forță a câmpului magnetic terestru ce trece prin punctul considerat, adică se va orienta cu polul său N către polul nord magnetic terestru (PNm). Această direcție (NS) face cu planul orizontului adevărat al observatorului (HH') un unghi notat cu () și care se numește înclinație magnetică. Dacă polul nord al acului magnetic (N) se află sub orizont, atunci se consideră pozitiv. Dacă se deplasează acul magnetic către polul nord magnetic, valoarea înclinației magnetice crește (punctul B), astfel că în polul nord magnetic aceasta ia valoarea maximă, +90 (punctul C). Dacă se deplasează acul magnetic către sud, valoarea înclinației magnetice scade, astfel că pentru poziția D pe ecuatorul magnetic, înclinația magnetică este nulă. Se poate deduce astfel definiția ecuatorului magnetic ca fiind locul geometric al punctelor de pe suprafața sferei terestre cu înclinația magnetică egală cu zero.

Este evident că, datorită necoincidenței polilor magnetici cu cei geografici, acul magnetic se va orienta pe direcția polului nord magnetic, numită direcția nord magnetic (Nm), care nu este identică cu direcția Na.

Planul determinat de axa polilor magnetici PNm- PSm și punctul navei se numește planul meridianului magnetic. Urma lăsată de acest plan pe planul orizontului adevărat, este chiar direcția Nm (fig.5.6.).

Fig. 5.6.

Compasul giroscopic (girocompasul)

Compasul giroscopic ( se mai numește girocompas sau compas giro) este un aparat (echipament) de navigație, a cărui destinație este de a materializa la bordul navei direcția nord adevărat (Na) a punctului în care se găsește nava, fără de care, așa cum s-a precizat, orientarea pe mare nu ar fi posibilă.

Ca și în cazul compasului magnetic, compasul giroscopic posedă un element sensibil, adică un element component care se orientează permanent și stabil pe direcția Na. Elementul sensibil la compasul magnetic este roza cu sistemul de ace magnetice, iar la girocompas este un dispozitiv numit giroscop.

Principiul de funcționare al girocompasului are la bază propietățile giroscopului liber.

Proprietățile fundamentale ale giroscopului liber sunt:

INERȚIA, este proprietatea giroscopului liber de a-și menține, în timp, axa de rotație xx' paralelă cu ea însăși, fixă față de un reper independent de mișcările Pamântului (de exemplu o stea).

Aceasta înseamnă că dacă în momentul pornirii giroscopului, axa să principală ar fi orientată către o stea, atunci, în timp, axa xx' va urmări în permanență steaua respectivă în mișcarea să aparenta pe sfera cereasca. Ca urmare, datorita proprietății de inerție, axa principală a giroscopului va executa, în timp, o mișcare aparentă de ridicare și apoi de coborâre față de planul orizontului adevărat.

În concluzie, giroscopul liber nu poate fi utilizat pentru a materializa direcția Na, deoarece axa xx’ nu este stabilă în orizont.

PRECESIA este proprietatea giroscopului liber de a executa o mișcare a axei sale principale xx' într-un plan perpendicular pe planul de acțiune al unei forțe exterioare F.

Indiferent de firma constructoare, blocurile componente ale unui girocompas sunt, de regulă, aceleași. În fig.5.7 este data schema bloc generală de funcționare a unui girocompas.

Fig.5.7. Schema bloc generala a girocompasului.

Unghiul de cârmă

Este un parametru caracteristic guvernării navei care se definește ca fiind capacitatea unei nave, aflate în marș, de a se menține pe direcția dorită, și de a schimba această direcție în orice moment.

Unghiul de cârmă se exprimă în puncte pentru a nu se crea confuzie cu unghiurile exprimate în grade de la compas. Ia valori între 035 în fiecare bord, poziția 0 fiind atunci când cârma se află în axul longitudinal al navei și în poziția „banda” când unghiul de cârmă are valoare maximă în unul din borduri.

Unghiul de cârmă este indicat de axiometru care este amplasat în comanda de navigație și se află de obicei în fața timonei care reprezintă elementul de comandă în activitatea de guvernare.

Rata de girație este dată în documentația fiecărei nave, având valori determinate pentru diferite

regimuri de marș și situații de încărcare.

5.4. FEREASTRA „PLAN DE NAVIGAȚIE / GPS ”

5.4.1. DESCRIEREA COMPONENTELOR

Planul de navigație reprezintă componenta de informare cu privire la datele ce țin de planificarea marșului cu privire la ruta stabilită, în care sunt introduse următoarele date:

Date generale de organizare a marșului:

Data plecării în marș;

Data sosirii la destinație;

Distanța totală a rutei prestabilite

Date active de navigație:

Drumul deasupra fundului ;

Viteză deasupra fundului;

Numărul următorului punct de trecere prestabilit;

Coordonatele punctului de trecere prestabilit;

Distanța până la punctul următor de trecere planificată:

Relevmentul la următorul punct de trecere;

Timpul rămas până la trecerea prin punctul următor prestabilit;

Sistemul GPS

În configurație standard, constelația GPS cuprinde 24 de sateliți, care satisfac necesitatea fundamentalã de acoperire globală. Schema corespunzătoare prevede dispunerea sateliților pe orbite cvasi-circulare, la o altitudine de cca. 20200 km și cu o perioadă orbitală de aproximativ 12 ore siderale.

Constelația GPS prevăzutã inițial cuprindea 21 sateliți activi plus 3 de rezervã, plasați în 3 plane orbitale înclinate la 63 (aproximativ înclinarea critică) față de planul ecuatorului, cu orbite cvasi-circulare (e = 0.003), la altitudinea medie de 20186 km și cu un decalaj de 120 în ascensia dreaptã a nodului ascendent. Ulterior, din motive bugetare, segmentul spațial a fost redus la 18+3 sateliți dispuși pe 6 plane orbitale, dar și acest plan a fost abandonat urmare a ne-acoperirii globale a acestei scheme. În iunie 1986 s-a convenit asupra segmentului standard final, care trebuie sã cuprindă 21 sateliți, plasați pe 6 orbite cvasi-circulare (e 0.003), decalate cu 60 în ascensia dreaptã a nodului ascendent și cu o înclinare de 55 fațã de planul ecuatorului. Sateliții de rezervã utilizați în diverse etape sunt sateliții care nu emit mesaje utile, dar care sunt activați de la sol în vederea înlocuirii celor cu eventuale defecțiuni.

DESCRIEREA SISTEMULUI GPS

Sistemul Global de Poziționare NAVSTAR/GPS (NAVigation System with Timing And Ranging / Global Positioning System) se găsește în responsabilitatea Joint Program Office (JPO) situat la baza aerianã americanã Los Angeles (U.S. Air Force Systems Commands Space Division, Los Angeles Air Force Base). În 1973, JPO a fost însărcinat de Departamentul Apărării al Statelor Unite sã creeze, dezvolte, testeze și perfecționeze un sistem spațial de poziționare. Acest sistem a fost conceput în vederea:

1) determinării stadimetrice a pozițiilor necunoscute ale diverselor puncte situate pe suprafața Pământului, pe mare ori în spațiu, din poziții cunoscute ale sateliților. Practic, semnalul emis de sateliți este marcat continuu pe scara proprie de timp a sistemului, (momentul emisiei este parte a acestui semnal), astfel cã oricare receptor GPS sincronizat cu această scară de timp poate măsura simultan, cu erori specifice, distanțe la sateliții situați deasupra orizontului.

2) determinarea precisă a drumului și vitezei vehiculelor terestre, maritime sau spațiale purtătoare de receptoare GPS;

3) coordonarea precisă a timpului. Într-un cuvânt, GPS este un sistem radio-electronic de poziționare cu sateliți, capabil să furnizeze pentru orice punct situat pe suprafața terestră, pe mare ori în spațiu poziția, viteza și timpul într-un sistem de referințã spațiu-timp unic, indiferent de condițiile meteorologice.

Primele obiective care vizau sistemul erau de naturã militară. Ulterior însă, Congresul SUA a impus promovarea facilităților civile ale sistemului. Procesul a fost accelerat de lansarea pe piațã a primului receptor GPS, numit Macrometer, utilizat pentru determinări geodezice. Ulterior, gama receptoarelor GPS s-a diversificat prin comercializarea receptoarelor de navigație.

Determinarea distanței receptor – satelit se realizează în receptor prin procesarea semnalului emis continuu de sateliții GPS. Această distanță, numită în literatura de specialitate pseudo-distanță datorită erorilor specifice amintite mai sus, se poate deduce atât din durata traiectului satelit – receptor al semnalului (codificat) emis de satelit, multiplicatã cu viteza luminii, cât și din analiza fazei semnalului. Deoarece în determinarea pseudo – distanței intervine eroarea de nesincronizare a ceasurilor receptorului și satelitului (în timp ce eroarea de refracție se eliminã aproape complet prin metoda frecvențelor duale sau prin aplicarea unui model de refracție), în ecuațiile de observare intervine ca necunoscutã corecția ceasului receptorului. Pentru determinarea celor 3 coordonate ale unui punct oarecare (, , h) sau (x, y, z) vor fi necesare 4 observații simultane la tot atâția sateliți GPS (fig.5.9.), rezultând un sistem de 4 ecuații cu 4 necunoscute, cea de-a 4-a necunoscutã fiind, așa cum s-a precizat, corecția ceasului receptorului GPS.

5.4.2. PRINCIPII ȘI METODE DE DETERMINARE

Realizarea planului de navigație cuprinde două faze:

faza stabilirii datelor generale ale marșului (data plecării, data sosirii, distanța totală);

faza stabilirii parțiale a datelor active (drumul navei, numerele corespunzătoare punctelor de trecere prestabilite, coordonatele punctelor de trecere prestabilite, distanțele de alarmare corespunzătoare punctelor prestabilite);

Stabilirea acestor date se face în funcție de următorii factori:

caracteristicile zonei de navigație (pericole izolate, zone cu maree, frecvența furtunilor, prezența curenților, etc)

sezonul în care se realizează traversada;

caracteristicile tehnice ale navei;

condițiile de trafic în zona de navigație;

scopul marșului (militar sau civil);

climatul politico- militar din zonele de navigație;

aspectul economic al marșului condiționat de siguranța navigației;

etc.

Ambele tipuri de date pot fi modificate situațional în următoarele cazuri:

acordarea de ajutor navelor aflate în pericol;

evitare zonelor cu condiții hidrometeorologice periculoase;

remedierea eventualelor defecțiuni sau avarii și remedierea acestora;

în cazul activării unuia din rolurile navei

etc.

Principiul poziționării GPS

Principiul poziționării GPS schițat în figura 5.9, este conectat la cerința fundamentală de acoperire globală, în sensul că numărul sateliților, dispunerea lor pe orbite și poziția orbitelor în spațiu asigură vizibilitatea continuă a cel puțin 4 sateliți simultan cu o elevație de cel puțin 15 din orice punct terestru. Fiecare pseudo-distanță măsurată la un satelit GPS generează câte o suprafață de poziție care mai precis este o sferă cu centrul în satelit și cu raza egală cu pseudo-distanța satelit- receptor. Intersecția celor n sfere de poziție cu sfera terestră generează n cercuri de poziție, la a căror intersecție se va găsi punctul de stație M al receptorului GPS în care s-au măsurat simultan cele n pseudo-distanțe.

Fig. 5.9. Principiul poziționării GPS

TEHNICI DE OPERARE GPS ÎN NAVIGAȚIE

POZIȚIONAREA ABSOLUTÃ ÎN NAVIGAȚIE. Tehnica aceasta constă în corelarea codul pseudo-aleator (PRN) în receptor și transformarea sa în pseudo-distanțã. Cu 4 astfel de pseudo-distanțe măsurate simultan la 4 sateliți GPS cu poziții cunoscute (din mesajele de navigație emise de către aceștia) se determinã poziția absolutã în modul navigație. Prin degradarea intenționatã a poziției satelitului ori a informației de timp (metoda S/A) se obțin erori în punct de 50m (1).

POZIȚIONAREA RELATIVÃ ÎN NAVIGAȚIE. Se operează cu un receptor plasat
într-un punct fix de coordonate cunoscute. Coordonatele unui al doilea receptor mobil pot fi determinate fațã de receptorul fix prin culegerea datelor simultan în cele douã receptoare, asigurând identitatea de stare a acestora, și prin post-procesare (Trifãnescu, Cojocaru 1995). Tehnica reduce erorile sistematice și furnizează precizii de 510m (1) pentru linii de bazã medii (de până la 4060 km). Calculul poziției receptorului mobil (post-procesarea) are la bazã tehnica celor mai mici pătrate. Se remarcã posibilitatea poziționării în timp real dacã se atașează sistemului un instrument de determinare continuã a distanței dintre cele douã receptoare. De asemenea trebuie amintitã tehnica relaxării, care presupune îmbunătățirea elementelor de post-procesare pe baza unei efemeride exacte (observate). Aceste efemeride pot fi procurate de către utilizatori direct de la organismul care gestionează rețeaua de urmărire a sateliților GPS, și anume National Geodetic Information Center, N/CG174, Room 24, National Geodetic Survey, NOS-NOAA, Rockville, USA.

APLICAȚIILE TEHNOLOGIEI GPS ÎN GEODEZIE ȘI NAVIGAȚIE

Posibilitatea poziționării continue, în orice condiții a oricărui punct pe suprafața scoarței terestre, pe mare ori în spațiu, într-un sistem de referințã spațiu-timp unic, a determinat o răspândire rapidã a ariei de aplicabilitate a tehnologiei GPS, simultan cu o dezvoltare puternicã a producției de receptoare GPS. În prezent, tehnicile de poziționare GPS se aplicã

în scopuri militare (independent sau în combinație cu sistemele hiperbolice de poziționare),

în scopuri științifice (în astronomie, geodezie, geofizicã și geodinamicã, hidrografie, navigația aerianã. maritimã și fluvialã, etc.),

în activitatea socialã (industrie, agriculturã, cadastru, sistematizare, construcții civile și industriale, activități de supraveghere a traficului rutier și aerian etc.).

În ceea ce privește aplicațiile tehnologiei GPS în navigație și geodezie (incluzând și hidrografia, ca element component al geodeziei), trebuie subliniat cã cerințele de precizie ale aplicațiilor (și implicit tehnicile care se vor utiliza) sunt diferite. Astfel, în navigație, în general, este necesarã poziționarea continuã, în timp real a navei / aeronavei, precum și determinarea direcției și vitezei de deplasare fațã de scoarța terestrã, însã necesitatea de precizie este relativ scăzutã. În geodezie în schimb, este necesarã poziționarea foarte precisã a unor puncte de stație fixe (poziționare absolutã) sau determinarea precisã a unor vectori spațiali, ceea ce implicã abordarea unor tehnici speciale de poziționare, cu post-procesare, fundamental diferite decât cele folosite în navigație. Dat fiind caracterul special al aplicațiilor hidrografice, cerințele care se impun sunt speciale, în sensul cã, dacã este posibil, poziționarea trebuie realizatã continuu, în timp real și cu o precizie corespunzătoare aplicațiilor geodezice. În cele ce urmează sunt prezentate principalele aplicații în navigație, geodezie și hidrografie

DETERMINAREA POZIȚIEI NAVELOR (în particular a navelor hidrografice) se face prin instalarea la bord a unui receptor GPS de navigație care, operând în mod navigație, determinã continuu poziția absolutã, drumul și viteza navei fațã de fundul mãrii. Se recomandã utilizarea unui receptor cod-P precum și utilizarea acestuia în cadrul unui sistem integrat de navigație. Determinarea poziției absolute a navei hidrografice este indispensabilã în ridicările batimetrice, și ca urmare se impune conectarea receptorului GPS și a sondei la un computer, care sã centralizeze, la cadența mesajelor (cuvintelor) GPS de 2 secunde, informația de poziție și de adâncime a apei. Un astfel de soft de comunicație, bazat pe standardul de comunicație NMEA 0183/0184 a fost dezvoltat în cadrul Academiei Navale din Constanța (Trifãnescu, Cojocaru 1995).

DETERMINÃRI ÎN APROPIEREA COASTEI ori pe lacuri, râuri, în porturi etc., reclamã utilizarea metodei geodezice (relativã sau diferențialã). Se recomandã ca utilizarea acestor sisteme diferențiale (fie cele cu post-procesare, fie cele cu corecție în timp real) sã se introducă în uz cu precauție, cu testări prealabile, eventual combinate cu alte sisteme radio-electronice de poziționare (hiperbolice de exemplu). Pentru astfel de determinări se recomandă modul rapid-cinematic.

DETERMINAREA ORIENTÃRII NAVELOR HIDROGRAFICE se face prin instalarea la bord a 3 receptoare GPS cod P. Testele efectuate cu 2 receptoare montate pe catargul navei la distanța de 9 m între ele și un al 3-lea montat în prova navei la 40 m fațã de primele douã, au relevat o precizie medie de determinare a orientării navei fațã de planele ei fundamentale de 0,01. În particular, ruliul (unghiul de rotație a navei în jurul axului longitudinal) a fost determinat cu o precizie de 10-3 rad, iar tangajul (unghiul de rotație a navei în jurul axului transversal) cu o precizie de 1/4·10-3 rad. Se întrevede astfel o modalitate de înlocuire a platformelor stabilizate giroscopic, destinate aceluiași scop însã mult mai costisitoare.

POZIȚIONAREA STAȚIILOR ȘI CALIBRAREA SISTEMELOR HIPERBOLICE DE NAVIGAȚIE este de asemenea o operațiune extrem de importantã, orientatã cu precădere către rețelele locale de stații, a căror poziționare și calibrare este extrem de pretențioasã, mai ales în ceea ce privește legarea acestora la rețeaua geodezicã de litoral ori la cea naționalã.

DETERMINÃRI PRECISE ALE GEOIDULUI, necesare în calculele de reducere a măsurătorilor marine, se vor executa prin măsurarea înălțimii (altitudinii) elipsoidale (cu ajutorul unui receptor GPS cod P) a unei rețele de puncte din rețeaua de nivelment (a căror altitudine ortometrică este evident cunoscutã). În acest mod se poate ridica o bazã de date conținând ondulația geoidului în zona acoperitã de rețeaua consideratã, care poate servi ulterior la reduceri precise ale măsurătorilor topo-hidrografice.

MÃSURAREA ELEMENTELOR MAREELOR OCEANICE. Măsurătorile mareelor, (mai exact a amplitudinii acestora) reprezintă legătura dintre măsurătorile de adâncime a apei (sondaje) și măsurătorile de nivelment utilizate pe hărțile marine. Până în prezent, elementele mareelor se determinau din măsurători de nivelment, fațã de un punct al rețelei naționale. Este însã evident cã aceastã tehnicã presupune un volum de efort material și uman enorm, și dã rezultate aproximative. În consecințã, este tentant sã se aplice o tehnicã GPS de transfer de altitudine. Pentru aceasta se va lucra în mod geodezic (diferențial), cu un receptor GPS într-un punct cunoscut din rețeaua naționalã de nivelment, și un alt receptor (preferabil mai multe) poziționate în punctele de interes de pe suprafața mãrii. Diferențele de altitudine vor rezulta de ordinul cm sau chiar mm (dacã se utilizează un sistem diferențial cu corecție în timp real). Procedeul ridicã însã douã mari probleme. În primul rând, altitudinile pot fi compatibile doar dacã se cunoaște geoidul (mai exact, receptoarele GPS dau altitudinea elipsoidalã, în timp ce rețeaua de nivelment dã altitudinea ortometricã). În al doilea rând, dacã receptoarele GPS sunt de tip geodezic, atunci se impune stabilizarea (orizontalizarea) acestora. Dacã aceste douã probleme tehnice pot fi depășite, atunci valorile înălțimii mareei, ora apei înalte precum și amplitudinea acesteia pot fi determinate fără ambiguități. Se poate concluziona faptul cã cel mai competitiv mod de lucru pentru rezolvarea principalelor probleme în geodezie, și în particular în geodezia marinã, este modul cinematic. Date fiind posibilitățile restrânse de achiziționare a sistemelor diferențiale de firmã, precum și a receptoarelor GPS cu cod P, se impune elaborarea de tehnici cinematice pentru determinări cu ajutorul receptoarelor GPS de navigație (destinate utilizatorilor civili), mult mai ieftine și mai comod de achiziționat.

5.4.3 SCHEMA LOGICĂ “GPS”

5.5. FEREASTRA „PILOT AUTOMAT ”

DESCRIEREA COMPONENTELOR

Pilotul automat

Pilotul automat este echipamentul de navigație cu ajutorul căruia se automatizează instalația de guvernare a navei. În figura următoare sunt prezentate componentele unei instalații automate de guvernare:

Fig. 5.11. Schema instalației automate de guvernare

IAGN – instalație automată de guvernare;

PA – pilot automat;

IC – instalația cârmei;

– abaterea navei de la drumul fixat (mărimea de intrare);

– unghiul de cârmă fixat (mărimea de ieșire);

Instalația automată de guvernare a navei intră în categoria sistemelor automate și poate fi:

Cu circuit închis;

Cu circuit deschis;

Instalația de guvernare a navei se află în situația de sistem automat cu circuit închis când pilotul automat se găsește în regimurile:

„AUTOMAT ” (GIRO);

„URMĂRIRE ” (HAND);

5.5.2. PRINCIPII ȘI METODE DE DETERMINARE

Deosebirea dintre cele două regimuri este:

REGIMUL „AUTOMAT” – este introdusă de girocompas, deci pilotul automat este cuplat cu girocompasul prin intermediul unui repetitor giro;

REGIMUL „URMĂRIRE ” este introdusă de timonier;

Schema unei instalații de guvernare cu circuit închis, ca sistem automat cu circuit închis este:

Fig.5.12. Schema IAGN cu circuit închis

CD – comparator diferențial;

CP – calculator pilot;

IC – instalația cârmei;

RI – reacție inversă;

– mărime de intrare;

– mărime de ieșire prin intermediul reacție inverse;

– eroare;

Răspunsul sistemului

Regimul „automat”

Dacă nava se abate de la drum, girocompasul sesizează și transmite mișcarea la comparatorul diferențial (CD) introducând mărimea de intrare , cârma fiind în ax, fiind maximă și egală cu (are semnul lui ); se transmite la calculatorul pilot (CP) și comandă punerea cârmei, care se pune în bordul opus girației navei ( semn contrar cu )

crește scade

= = 0 (cârma se oprește)

Regimul „urmărire”

La regimul urmărire este introdus de timonier.

Sub efectul cârmei, în ambele situații, nava revine la drum, deci scade ( rămâne mai mare ca ) eroarea schimbă semnul luând semnul lui și cârma este comandată invers.

Instalația automatizată de guvernare a navei se găsește în situația de sistem automat cu circuit deschis când pilotul automat se găsește în regimul simplu (MANUAL – NFU – NO FLOW UP) când este o acționare electrică a instalației de cârmă.

REGIMUL SIMPLU este un regim de ocazie sau când se guvernează în formație sau în pupa altei nave. În acest caz valoarea lui , mărime de ieșire crește până la valoarea limită (cârma se pune cu un unghi maxim) – nu contează . Dacă dorim ca unghiul de cârmă să fie cât mai mic decât valoarea limită se introduce o mărime de intrare, iar când aceasta a luat valoarea dorită este necesar să anulăm mărimea de intrare, altfel mărimea de ieșire ia valoarea limită. Dacă dorim să anulăm mărimea de ieșire este necesar să introducem mărimea de intrare de semn contrar, iar când cârma a ajuns în ax este necesar să anulăm și mărimea de intrare, altfel cârma se duce în bordul celălat

ROLUL DISPOZITIVELOR INTEGRATIV ȘI DERIVATIV ÎN FUNCȚIONAREA PILOTULUI AUTOMAT

Dispozitivul integrativ

Funcționează numai în regimul automat și la abateri ale navei de la drum mai mici de 10 (este scos automat din funcțiune ).

Acest dispozitiv dă o tensiune:

unde reprezintă integrala abaterilor navei de la drum.

Dispozitivul integrativ însumează oscilațiile navei față de drum, algebric (ambardeea). Dacă abaterile navei sunt simetrice, semnalul de la ieșirea dispozitivului integrativ este 0. Dacă abaterile navei într-un bord sunt mai mari, dispozitivul integrator dă semnal i comandă punerea cârmei cu un unghi mai mic în bordul opus abaterii, fixând așa numitul „0 fals” (compensează deriva de vânt sau abaterile datorate imperfecțiunilor din construcția navei). Dispozitivul integrativ are rolul de a proteja instalația câmei.

Dispozitivul derivativ

Unghiul de cârmă este format din două componente:

– componenta proporțională

– componenta derivativă

Pentru componenta proporțională există un buton de introducere a sensibilității care se acționează în funcție de gradul de agitație al mării.

Abaterea navei de la drum este periodică.

Cârma este pusă în unghi maxim mai rapid ca nava să fie abătută de la drum.

Cârma este adusă în ax mai înainte ca nava să intre în drum (efectul butonului contracârmă – întârziere).

SCHEMA LOGICĂ “PILOT AUTOMAT”

6.1. IMPLEMENTAREA SISTEMULUI LA BORDUL NAVELOR MARITIME

6.1.1 Cerințe impuse utilizatorului

Soft-ul se adresează în principal personalului navigant, fie civil sau militar. EI dorește a veni în ajutorul navigatorului, colectând, analizând, sortând, actualizând datele ce ulterior vor fi utilizate în scopul asigurării navigației. Deci, adresându-se personalului navigant, trebuiesc precizate anumite cerințe și condiții ce sunt impuse acestuia, pentru interpretarea corectă a datelor și nu în ultimul rând, ulterior, pentru utilizarea lor corectă.

Navigatorul, pe lângă cunoștințele temeinice din domeniul navigației, trebuie să aibă cunoștințe minime și in domeniul informaticii. Faptul, că ofițerul cu navigația este absolvent al unui institut de învățământ superior tehnic, presupune că el are cunoștințe minime în domeniul informaticii, dacă nu le poate asimila într-un timp scurt, indicat fiind printr-un curs specializat, intensiv. Soft-ul, rulând sub sistemul de operare Windows 95, ușurează munca utilizatorului deoarece toate programele Windows au un aspect asemănător și se comportă fundamental la fel. Majoritatea funcțiilor oferite de program sunt apelate cu ajutorul unui meniu, sau cu combinații de taste. Informațiile afișate care nu încap pe un singur ecran pot fi vizualizate cu ajutorul barelor de derulare. Unele articole de meniu apelează casete de dialog în care utilizatorul introduce informații suplimentare.

Navigatorul după un studiu amănunțit al manualului de utilizare poate fi in măsură să folosească corect programul. În funcție de complexitatea soft-ului utilizat, operatorul sistemului poate urma un curs de specialitate pentru formarea și perfecționarea deprinderilor. Este recomandat, ca după perioade de timp bine stabilite, utilizatorul să urmeze cursuri de perfecționare. În cazul unor probleme, neclarități, el nu trebuie să încerce să descopere, să-și lămurească singur problemele ci să solicite ajutorul administratorului de rețea. Între utilizator și administrator trebuie să existe o strânsă legătură, bazată pe eficiență și profesionalism, care să aibă ca rezultat final utilizarea și funcționarea programului în parametrii normali.

Înainte de a pune sistemul în funcțiune utilizatorul trebuie să facă o inspecție sumară a aparaturii și apoi să se asigure de existența legăturilor cu elementele periferice.

În cazul în care, în timpul marșului, din diferite motive, sistemul nu se mai poate folosii, navigatorul trebuie să fie pregătit să țină navigația "in modul tradițional". Din aceste considerente navigatorul trebuie ca la un interval de timp stabilit (de exemplu 1/2 h) să-și noteze, in jurnalul de bord sau jurnalul de navigație, coordonatele punctului în care se află nava, precum și ora, viteza. Astfel, el poate să țină navigația pe hartă, căutând între timp să remedieze defecțiunile.

Datorită faptului că soft-ul conține baze de date de importanță reală in asigurarea navigației, utilizatorul trebuie să cunoască foarte bine modul de stocare și actualizare a datelor de intrare. Totodată el trebuie să specifice și data ultimei actualizări a bazei de date conform avizelor pentru navigatori și avizelor radio.

6.1.2. Condiții necesare pentru funcționarea sistemului

Calculatorul, imprimata, faxul se alimentează la o tensiune de 220V, sau la baterie.

Sistemul rulează numai dacă pe calculator este instalat sistemul de operare Windows 95 sau o versiune ulterioară.

Pentru a putea funcționa în parametrii normali calculatorul trebuie să aibă cel puțin următoarele caracteristici principale hardware:

mainboard: MB PII SLOT 1 , UP 5OOMHZ, 66 / 100 440BX;

procesor: CPU CELERON 450 INTEL 128 KB SLOT 1 ;

memorie: 64 MB 168 PINI PC 100;

harddisk: 8500M Quantum CR;

placă video: SVGA AGP 8 MB SGRAM I-740 INTEL;

monitor: 17" 1280×1024 / 3D 85KHz / 50-120 Hz / 85Mhz;

fax/modem: 56600 BPS

Am ales o placă de bază cu chipset BX deoarece cu bus -ul de 100 Mhz și folosește ca soclu Slot-uri, placă de bază pentru care este posibil un upgrade de procesor. Procesorul, este un Celeron, dar are integrat un cache L2 de 128 KB ceea ce mărește performanțele sistemului, față de cazul în care am fi folosit un procesor AMD. Bineînțeles procesorul Celeron poate fi înlocuit cu un procesor, Klamath sau Deschutes, placa de bază permițând, dar va crește inevitabil și prețul de achiziționare a sistemului. Este recomandat 64 MB memoria SDRAM PC100, ținând cont de prețul de cost redus al memoriei, iar ca harddisk Quantum , deoarece este EIDE (UItraDMA 33, mai precis) are o rată de transfer internă bună 12,3 Mb / s, timp mediu de acces 7,4 milisecunde la citire și 8,2 milisecunde la scriere. Placa video și monitorul oferă o rezoluție maximă de 1200×1024 cu 16 milioane de culori, dar rata de refresh nu poate urca peste 85 MHZ, indiferent de rezoluție. Frecvențele de scanare orizontală și verticală iau valori între 30 și 85 Khz respectiv 50 -120 Hz. La acest monitor se pot atașa două PC -uri simultan, unul pe D-SUB și celălalt pe BNC. Dot pitch -ul este de 0,26 mm. Imaginea afișată este clară și strălucitoare, erorile de convergență fiind minime.

Sistemul (calculator, imprimantă, fax – dacă este extern) trebuiesc amplasate in așa fel încât să nu incomodeze, să acopere afișajele celorlalte aparate din comandă. Totodată, el trebuie amarat, dar să ofere posibilitatea de a verifica porturile, mufele, sursele de alimentare.

Monitorul se poate magnetiza, și de aceea, el se amplasează la distanța stabilită în documentația calculatorului de aparatele electromagnetice și electrice.

Calculatorul este echipat și cu o baterie pentru ca pe timpul decuplării neintenționate de la tensiune, a căderilor de tensiune, sistemul să nu fie afectat.

La o anumită perioadă de timp soft -ul trebuie verificat și totodată realizată și o inspecție tehnică a echipamentului în vederea unei bune funcționări.

6.1.3. Funcția economică și estimarea prețului de cost

Prețul de cost al sistemului este relativ mic deoarece este eliminat costul soft -ului. Analizând piața, pentru achiziționarea unui calculator ale cărui componente hardware îndeplinesc condițiile din paragraful anterior am ales firma COMRACE COMPUTERS, prețul de cost fiind de 18.339750 lei, la un curs al dolarului de 21.450 lei. Acesta reprezintă un preț minim, cu siguranță dacă este posibil se poate efectua upgrade.

În preț este inclusă garanția, 3 ani, și service pe perioada cât calculatorul se află în garanție. Calculatorul astfel achiziționat poate fi cuplat la o posibilă rețea de calculatoare.

0 întrebare firească ar fi dacă cererea este fundamentată economic, răspunsul fiind afirmativ cu siguranță. Pe lângă faptul că se aduce un plus de siguranță în navigație pentru navă și echipaj, costurile unui accident ar fi mult mai

ridicate decât achiziționarea sistemului.

Sistemele indicatoare de drum au fost prezentate la subpunctul anterior.

CONCLUZII

Acest program a fost conceput având ca scop ajutarea navigatorului pentru o mai bună gestionare a datelor de navigație.

Programul pus în legătură directă cu alte programe realizează o gestionare completă a datelor, comanda aparatelor și instalațiilor de navigație făcându-se cu ajutorul calculatorului, ofițerul de cart nemaifiind nevoit să alerge prin comanda de navigație atunci când nava se găsește în situații limită. De asemenea acest program poate fi folosit și ca simultor de navigație, calculatorul permițând legarea anumitor dispozitive de execuție, ajutând studenților pentru depinderea unor bune calități marinărești și de conducere a navei.

Soft-ul a fost realizat în Visual C++ versiunea 6.0, limbaj de programare ce permite legarea la calculator (și comanda prin calculator) a dispozitivelor și aparatelor care ajută la o bună guvernare a navei.

Programul propriu-zis conține 5 ferestre:

INFO NAVIGAȚIE;

VÂNT;

SONDA ULTRASON;

AUTOPILOT;

GPS.

Toate aceste secvențe au un rol determinant în conducerea și exploatarea navei.

Informațiile de la fiecare dispozitiv intră în calculator (care se comportă ca un fel de server) sub forma unor semnale. Aceste semnale sunt prelucrate într-un program de convertire a semnalelor în date de tip numeric. Aceste date sunt stocate într-un fișier de tip “bază de date” iar de aici sunt prelucrate de programul propriu-zis.

Comanda dispozitivelor se face exact invers și anume: utilizatorul (prin intermediul programului) trimite anumite date în fișierul de execuție (în fapt tot un fișier de tip “bază de date”). Acesta le trimite mai departe unui program tip convertizor care transformă datele de tip numeric într-un semnal electric. Semnalul electric este transmis la rândul lui elementelor de execuție.

Încercări de acest gen au mai fost realizate și înainte însă, în țara noastră, nu s-a reușit proiectarea unui modul complex de navigație la nivelul celor din țările puternic dezvoltate. Acest lucru se datorează și faptului că firmele ce produc software au costuri de excuție foarte ridicate, iar economia noastră nu-și permite achiziționarea acestui produs software.

Programul pe care l-am creat este în general simplu de utilizat și nu poate pune probleme unui student cu pregatirea studenților nostrii.

De aceea, în decursul anilor Academia Navală “Mircea cel Bătrân” a încercat stimularea studenților în vederea realizării acestui program pentru ca generațiile viitoare de studenți să capete deprinderile necesare conducerii navei încă de pe băncile școlii.

În acest sens o parte din colegii mei aduc la rândul lor o anumită contribuție la realizarea acestui proiect foarte complex chiar și pentru o firmă specializată în acest sens.Rămâne de văzut cât de mult vom reuși.

Doi dintre colegii mei mai mici vor avea ca misiune de studiu legarea unor dispozitive de execuție la calculator si gestionarea acțiunilor acestora de către program (girocompasul și pilotul automat).

Acest lucru nu poate decât să ajute Academia Navală “Mircea cel Bătrân” .

În vizitele pe care studenții noștrii le-au făcut la academiile similare din alte țări(SUA, OLANDA, TURCIA, JAPONIA) au putut vedea aceste simulatoare. Iar mândria noastră nu poate decât să ne determine să realizăm și noi (cu forțe proprii și fonduri foarte mici) asemenea simulatoare.

Nu putem decât să sperăm ca peste câțiva ani, Academia noastră să se poată lăuda și ea cu un asemenea simulator.

BIBLIOGRAFIE

Gh. I. Balaban – Tratat de navigație maritimă;

Ediția a III-a, Constanța 1996;

Munteanu Dumitru – Manualul comandantului de navă;

Editura militară, București 1973;

Winn L. Rosch – Totul despre Hard-ware;

– Editura Teora, București 1999;

Dorin M. Popovici – C++ Tehnologia orientată pe obiecte

Editura Teora 1998

Stelian Cojocaru – Elemente de dinamica sateliților

Editura ANMB 1999

Popa constantin – Asigurarea hidrografică de navigație

Colecția revistei PC Report 1994-1999

Editura Computer Press Agora – Tîrgu Mureș

Colecția revistei Chip 1996-1999

Editura Computer Press Agora – Tîrgu Mureș

Materiale de prezentare originale LITTON SPERRY – Sistemul integrat de navigație VISSION 2001, NAUTOCONING, GORIZONT, ECDIS

Proiect de de dipolomă – Cerința de bază și structura logică fundamentală a unui sistem integrat de navigație

autor:

Lt. Ion Constantin

conducător științific:

Cpt. C-dor. Dan Trifănescu

promoția: 1996

Proiect de de dipolomă – Proiectarea și implemntare sistemul ECDIS la bordul navelor marinei militare

autor:

Asp. Oae alexandru

conducător științific

Cpt. Dr. Cojocaru Stelian

– promoția 1999