Przejdź do treści

Naukowcy Akademii Morskiej działają na rzecz Europejskiej Agencji Kosmicznej

Naukowcy Akademii Morskiej działają na rzecz Europejskiej Agencji Kosmicznej

Naukowcy szczecińskiej Akademii w konsorcjum naukowo-biznesowym, skupiającym także partnerów z Niemiec i Słowenii zrealizowali projekt  MAGS, związany z automatyzacją nawigacji oraz zwiększeniem bezpieczeństwa statków na akwenach ograniczonych i podejściach do portów. O międzynarodowym przedsięwzięciu mówi prof. Lucjan Gucma, kierownik zespołu Akademii Morskiej w Szczecinie projektu.

 

Projekt MAGS czyli Maritime Adaptive GNSS Safety Concept w wolnym tłumaczeniu oznacza „Koncepcję morskiego systemu pozycjonowania satelitarnego z uwzględnieniem integralności pozycji statku” – wyjaśnia prof. Lucjan Gucma. – Projekt został  zrealizowany w ramach otwartego przetargu ESA (Europejska Agencja Kosmiczna).

Jaki był cel?

- W założeniu projekt miał być kopią systemu określania pozycji dla automatycznego lądowania, stosowanego obecnie w lotnictwie i wykorzystywanego na lotniskach. Większość dużych samolotów pasażerskich jest przystosowana do automatycznego lądowania i robi to, jak się okazuje, lepiej niż człowiek. Jednakże – ze względu na konieczność utrzymania gotowości pilota, zwykle to on podchodzi do startu i lądowania samolotu. Z jednym wyjątkiem: gdy są złe warunki (w tym przede wszystkim: zła widzialność) pilot zostaje zastąpiony przez autopilota. System musi zatem sam zdecydować, czy możliwe jest wylądowanie, używając, jako głównego źródła pozycji systemów satelitarnych GNSS, w tym europejskiego Galileo.

Jak to działa?

- Odbiornik systemu określania pozycji musi posiadać specjalną funkcję oceny integralności, czyli możliwości sprawdzania, czy aktualny błąd pozycji nie jest większy, niż dopuszczalny, to tak zwana funkcja RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring). RAIM korzysta z faktu, że przy obecnie bardzo rozbudowanych konstelacjach satelitów do określania pozycji, jest ich nadmiar i pozycje można określać wielokrotne używając różnych zestawów tychże satelitów. Każda taka pozycja będzie różniła się od siebie i stąd możliwe jest określenie zarówno błędu jak i wykluczanie pomiarów odstających od innych.

Ponadto system Galileo oferuje tak zwaną funkcję TtA (Time to Alert), a więc pozwala poinformować o problemach w funkcjonowaniu i braku dostatecznie dokładnej pozycji odpowiednio wcześniej. Niestety, czas przydatności takiej informacji jest dość krótki i wynosi kilka, może kilkanaście sekund. Tych kilka sekund wystarczy samolotowi, aby podjąć decyzję o rezygnacji z podejścia do lądowania. Niestety ze statkami nie jest tak prosto. Wiadomo, że w praktyce podchodząc do portu statek podejmuje decyzję o kilka godzin wcześniej. Ponadto samoloty budowane są standardowo przez kilku wiodących producentów i w dokładnie określonym typie, a więc zróżnicowanie pomiędzy nimi jest niewielkie. Statki to zupełnie inna sprawa… siostrzane oczywiście występują, ale w liczbach niewielkich w stosunku do ich ogółu.

Te dwie różnice sprawiają, że bezpośrednie przełożenie rozwiązań automatyzacyjnych z lotnictwa na nowe możliwości w ruchu morskim, jest niewykonalne. Projekt MAGS wymagał zatem zbadania, jaką metodą i na ile skutecznie, możemy „przetłumaczyć” rozwiązania lotnicze na realia ruchu morskiego.

Jak to zrobiliście?

W konsorcjum mieliśmy specjalistów – lotników z DLR (Niemiecka Agencja Kosmiczna), którzy dokładnie pokazali nam, jak proces przebiega w zaprzyjaźnionej gałęzi transportu. Mając to na względzie zbudowaliśmy koncepcję integralności systemu określania pozycji dla statków na podejściu do portu. Przyjęliśmy, że nawigacja za pomocą MAGS będzie składała się z dwóch faz, a sam system z szeregu komponentów. Cały proces nawigacji podzielony został na fazę planowania podejścia do portu i realizacji podejścia, to jest taką, gdy decyzje zostały podjęte i nie istnieje już możliwość z rezygnacji z manewru. System oparto o szereg komponentów w tym:

  • system na burcie statku oparty na specjalnie zmienionym systemie ECDIS (mapa elektroniczna), działającym jako system doradczy tj. informujący kapitana o statusie integralności,
  • lądowy system kontroli mieszczący się w VTS, w którym zatwierdza się plany podejścia i monitoruje wykonane manewry, system transmisji danych.

Bardzo istotną w projekcie MAGS było określenie VTE (Vessel Technical Error), a więc obszaru, jaki statek potrzebuje do wykonania manewru biorąc pod uwagę warunki (wiatr, prąd, widzialność itp.), manewrowość jednostki oraz wpływ nawigatora. Jest to swoisty korytarz, który wyświetlany będzie nawigatorowi na mapie elektronicznej po to, żeby manewrować dokładniej i tylko na takim obszarze, jaki jest niezbędny dla zachowania bezpieczeństwa. Określono tę wartość statystycznie biorąc pod uwagę szereg wcześniej przeprowadzonych symulacji przez zespół inżynierii ruchu morskiego Akademii Morskiej w Szczecinie.

Dodatkowo w MAGS uwzględniono możliwość mijania się statków na torze rozwiązując dość skomplikowane zadanie przestrzenno-czasowe. Powstaje pytanie, co jeżeli zapalają się żółte lub co gorsza czerwone lampki w systemie – statek przecież nie może odejść na „drugi krąg”. Tutaj zaproponowano szereg miar redukcji ryzyka takich jak redukcja prędkości, wezwanie holowników czy skorzystanie z innego systemu pozycyjnego.

Jaki jest wynik?

Cała koncepcja została zaimplementowana w świecie cyfrowym i uruchomiona w symulatorze manewrowym czasu rzeczywistego Polaris–Kongsberg w Akademii Morskiej w Szczecinie. Przykładową mapę z systemem MAGS przedstawia Rys.2. Do symulacji zaproszono doświadczonych kapitanów i pilotów i wykonano szereg scenariuszy po to żeby udowodnić statystycznie, jak wpływa zastosowanie systemu w stosunku do przejazdów symulacyjnych z klasycznym zobrazowaniem mapy nawigacyjnej, to znaczy bez systemu MAGS. Rezultaty potwierdziły przydatność systemu, ale to nie wszystko. MAGS to przyszłość przede wszystkim dla nawigacji autonomicznej, bezzałogowej i tak jak w lotnictwie system ten wtedy dopiero wtedy może w pełni pokazać swoją przydatność.

W projekcie uczestniczyło kilkunastu pracowników AMS, ale główne merytoryczne wsparcie w zakresie systemów GNSS dostarczył dr hab. inż. Paweł Zalewski, a dr inż. Rafał Gralak był odpowiedzialny za stronę symulacyjną przedsięwzięcia. Liderem całego projektu był dr inż. Thoralf Noack pracujący w Departamencie Nawigacji DLR w Neustrelitz.

pj