INŻYNIERJA RUCHU

MORSKIEGO

PAS RUCHU STATKU NA

PROSTOLINIOWYM ODCINKU

TORU WODNEGO

(METODY DETERMINISTYCZNE)

Ruch statku po prostoliniowym

pasie ruchu.

i

3

4

5

2

Oś toru
wodnego.

i. Założona trajektoria

ruchu

2. Moment zauważenia

zejścia z założonej

trajektorii.

2 i 3. Wykonanie

manewru w celu korekty

trajektorii

4. Maksymalne

przesunięcie boczne

5. Powrót na założoną

trajektorię

Ruch statku po prostoliniowym
pasie ruchu.

1.

Nawigator po zauważeniu odejścia z osi toru (przesunięcia

bocznego) podejmuje działanie w celu sprowadzenia

statku na oś toru. Moment podjęcia działania zależy od

dokładności odkreślania pozycji, w szczególności od błędu

kierunkowego względem osi toru.

2.

Statek w skutek oddziaływania czynników zbacza z

założonego kursu, odchodząc od osi toru – przesunięcie

boczne.

3.

Statek, mimo podjęcia działań nawigatora jeszcze przez

jakiś czas zwiększa przesunięcie boczne osiągając wartość

maksymalną.

4.

Statek wraca do osi toru wodnego posiadając tendencję

do przejścia osi toru wodnego na drugą stronę.

5.

Nawigator musi w odpowiednim momencie podjąć

działanie zapobiegające nadmiernemu przejściu na drugą

stronę od osi toru zależy to znowu od dokładności

określania pozycji (sytuacja powtarza się).

Metody deterministyczne



W celu określenia szerokości
bezpiecznego akwenu manewrowego na
prostoliniowym torze wodnym stosuje się
następujące metody analityczne. Są to:



Metoda trzech składowych



Metoda Kanału Panamskiego



Metoda kanadyjska



Metoda INM



Metoda PIANC

Metoda trzech
składowych

Teoretyczna metoda polegająca na

określeniu trzech składowych:
nawigacyjnej, manewrowej oraz
rezerwy szerokości pasa ruchu
związanej z efektem brzegowo-
kanałowym i dokładnością izobaty

Składowe szerokości pasa ruchu

Metoda trzech

składowych

D

d/2

d
n

dm

dr

dm1

dm2

d=2(dn+dm+dr)[m]

Przy czym

dm=dm1+dm2

Gdzie:

dn – Nawigacyjna składowa
szerokość pasa ruchu [m],
dm - Manewrowa składowa
szerokość pasa ruchu [m],
dr – Rezerwowa składowa
szerokość pasa ruchu [m],

dm1 – szerokość pasa ruchu zajmowana
przez trajektorię ruchu środka
ciężkości statku podczas myszkowania [m],
dm2 – szerokość pasa zajmowana przez kadłub
statku wychodzący poza trajektorię ruchu [m],

Nawigacyjna składowa szerokości pasa
ruchu dn

Metoda trzech

składowych

Nawigacyjna składowa szerokości pasa ruchu dn zależy od:



Parametrów systemu określania pozycji, takich jak

dokładność i częstotliwość jej określania;



Warunki hydrometeorologiczne, w tym dryf i znos



Stosując tą metodę przy obliczaniu dn należy założyć, że

zejście z osi toru może być zauważone dopiero wtedy, gdy

statek będzie się znajdował w odległości p(0,95) od osi toru

wodnego. Wielkość p(0.95) jest błędem kierunkowym

prostopadłym do osi toru wodnego o poziomie ufności 0,95.



Założyć należy również, że odstęp czasu miedzy pozycjami

wynosi τ, gdzie:



τ = τ1+τ2



τ1 – maksymalny czas pomiędzy faktycznymi kontrolami

pozycji,



τ2 – czas przeliczenia współrzędnych systemu

nawigacyjnego na współrzędne torowe

Częstotliwość określania pozycji na torach

wodnych

Lp.

System nawigacyjny; Metoda

określania pozycji

Maksymalny czas pomiędzy

faktycznymi kontrolami

pozycji τ

1

[s]

Czas przekształcenia

współrzędnych na

współrzędne torowe τ

1

[s]

1.

Systemy: GPS, Decca,

radionawigacyjne

bliskiego zasięgu –

pozycja ciągła,

współrzędne geograficzne

180 – 300

zależy od organizacji

obserwacji

30

2.

Systemy: Decca i

radionawigacyjne

bliskiego zasięgu –

pozycja ciągła,

współrzędne torowe

0 – 30

zależy od organizacji

obserwacji

0

3.

Radar – metoda klasyczna

(odległość, namiary)

300

30

4.

Radar – nabieżnik radarowy

pozycja ciągła,

obserwacja nieciągła

180 – 300

zależy od organizacji

obserwacji

0

5.

Radar – nabieżnik radarowy

pozycja ciągła,

obserwacja ciągła

0

0

6.

Nabieżniki optyczne

dowolnego typu, pary

staw lub pław

0 – 30

zależy od organizacji

obserwacji

0

2

2

z

n

p

p

d





2

2

)

(

p

Kw

z

p

M

p









Składowa
nawigacyjna

:

gdzie:
p - błąd kierunkowy określania pozycji
[m],
pz – błąd kierunkowy zliczenia w czasie
τ [m],

Błąd kierunkowy zliczenia:

gdzie:
pz – błąd kierunkowy zliczenia [m],
Mkw – błąd średni drogi po wodzie [m],
p

p

– błąd śreni oceny wartości prądu prostopadłego do osi toru [m/s],

Metoda trzech składowych

)

0

.

3

5

,

0

(







k

m

)

0

.

1

5

,

0

(

2

2

2















n

a

k

n

kw

m

m

m

m

m

)

0

.

2

0

,

0

(







a

m

Średni błąd kwadratowy kąta drogi po wodzie wynosi:

gdzie:
mn – średni błąd kwadratowy wskazania żyrokompasu,
mk – średni błąd kwadratowy utrzymania statku na kursie,
ma – średni błąd kwadratowy określenia dryfu.
ma= 0 (brak dryfu)
ma= +-1 (małe kąty dryfu do 10 stopni)
ma= +-2 (duże kąty dryfu)

Metoda trzech składowych

Metoda trzech składowych

Znając powyższe wartości można obliczyć błąd średni kąta drogi po wodzie:

t

v

m

M

Kw

Kw







3

,

57

gdzie:
v – prędkość statku [m/s],
t – odstęp czasu pomiędzy pozycjami [s],
MKw – średni błąd kwadratowy kąta drogi po wodzie [stopnie],

Błąd średni kąta drogi po wodzie

Błąd średni kąta drogi po wodzie Mkw

Metoda trzech

składowych

Składowa nawigacyjna

Metoda trzech

składowych

2

2

2

2

)

(

p

Kw

w

z

n

p

t

M

p

p

p

d











)]

(

3

,

57

[

2

2

2

2

2

2

2

d

k

n

p

n

m

m

m

v

p

t

p

d











pp – błąd średni oceny wartości prądu prostopadłego do osi toru
pp = ± 0,5 w (0,25m/s)
dla akwenu ograniczonego o dużych pływach
pp = ± 0,2 w (0,1m/s)
dla akwenu ograniczonego o małych pływach
pp = ± 0,0 w
tory wodne typu kanał

Podstawiając błędy składowe do wzoru na szerokość pasa ruchu,
otrzymujemy:

Manewrowa składowa szerokości pasa

ruchu

Metoda

trzech składowych

Manewrowa składowa szerokości pasa ruchu dm- determinowana

jest przez:



Szerokość pasa zajmowana przez trajektorię ruchu

środka ciężkości (SC) statku, podczas myszkowania dm1



Szerokość pasa zajęta przez kadłub statku, wychodzący poza

trajektorię ruchu dm2

dm = dm1+ dm2

dm = V(t1 + t2 + t3 + t4) sin mKDd [m]

t1 – czas reakcji nawigatora (5÷15s)

t2 – czas reakcji sternika (4÷5s)

t3 – czas wychylenia steru (do 5s)

t4 – czas inercji kursowej (3÷8s)

Średni błąd kwadratowy kąta drogi nad
dnem

Metoda trzech
składowych

Średni błąd kwadratowy kąta drogi nad dnem

oblicza się według zależności:

gdzie:
mKDw – średni błąd kwadratowy kąta drogi po wodzie
mβ – średni błąd kwadratowy znosu
mβ = ± (0 - 2˚)

2

2



m

m

m

KDw

KDd









Metoda trzech
składowych

Szerokość pasa ruchu zajmowana przez trajektorię SC statku.

Szerokość pasa zajmowanego przez kadłub
statku dm

2

Metoda trzech

składowych

L – maksymalna długość statku
B – szerokość statku
α – kąt dryfu
β – kąt znosu
mKDd – średni błąd kwadratowy kąta drogi nad dnem

)

cos(

2

)

sin(

2

2

KDd

KDd

m

B

m

L

dm





















Kąt dryfu statku

Metoda trzech

składowych

V

q

V

F

F

w

w

p

sin

045

,

0

arcsin

2

1

















α – kąt dryfu [˚]
Fp – powierzchnia boczna nawiewu [m2]
Fw – powierzchnia wzdłużna podwodnej części kadłuba [m2]
V – prędkość statku [w]
Vp – prędkość wiatru [w]
q – kąt kursowy wiatru [˚]

Szerokość pasa ruchu zajmowana przez
kadłub statku wychodzący poza trajektorię
SC

Rezerwa szerokości pasa ruchu

Metoda trzech

składowych

Rezerwa szerokości pasa ruchu (pas brzegowy)

dr = (0,5 ÷ 0,6) B
dr – rezerwa szerokości pasa ruchu [m]
B – szerokość statku [m]

Metoda trzech składowych





















































2

3

,

57

2

)

(

46

,

11

3

,

57

)

2

(

2

2

2

2

B

c

c

L

c

v

c

t

v

P

d

gdzie:
P – błąd kierunkowy określania pozycji (padera) (0,683)
v – prędkość statku
τ – czas uzyskania przez statek informacji o swojej pozycji (τ1+ τ2)
τ1 – czas pomiędzy określaniem poszczególnych pozycji
τ2 – czas obróbki informacji (np. określenie pozycji na mapie)
c – uwzględniony kąt dryfu i znosu
Δc – sumaryczny błąd oceny dryfu i znosu (podwójne odchylenie standardowe z
uwzględnieniem kąta znosu i błędów kompasu)

Metoda Kanału Panamskiego

d = k*B+2dr [m]

k – współczynnik określany doświadczalnie
B – szerokość statku [m]
dr – rezerwa szerokości pasa ruchu [m]

k =1,2 – dobra sterowność mk≤ 1˚
k =1,6 – średnia sterowność 1˚ ≤ mk ≤ 2˚
k =1,8 – pogorszona sterowność 2˚ ≤ mk ≤ 3˚
mk – średni błąd kwadratowy utrzymania statku na zadanym

kursie

Stosowanie metody dla odcinków prostoliniowych gdy :
dokładność pozycji – p(0,95) ≤ 0,25 B; τ = 0
dryf, znos – α ≤ 2˚, β ≤ 1˚ (mα ≈ 0˚, mβ ≈ 0˚)

Metoda Kanału Panamskiego

W związku z powyższym zastosowanie metody ograniczone
jest do następujących przypadków:

1. Prostoliniowy odcinek kanału, którego krawędziami są brzegi

naturalne

lub sztuczne, gdzie w momencie żeglugi:

• kąt dryfu ograniczony jest wartościami α ≤ 2˚; mα ≈ 0˚, co

może być związane

z częściowym zasłonięciem statku

przez brzegi toru ze stanem załadowania statku (pod
ładunkiem) lub panującymi warunkami
hydrometeorologicznymi;

• stosowany jest ciągły system określania pozycji o dużej

dokładności, taki jak:

nabieżniki optyczne, gęste rozstawienie par staw lub
pław,
system radionawigacyjny bliskiego zasięgu określający
pozycje
we współrzędnych torowych.

Metoda Kanału Panamskiego

2. Osłonięte od falowania prostoliniowe odcinki torów wodnych
wytyczonych na akwenach o podobnej głębokości oraz
pogłębionych torach na akwenach o mniejszej głębokości,
na których w momencie żeglugi:

- kąt dryfu i znosu są ograniczone wartościami α ≤ 2˚ ;β ≤ 2˚;
mα ≈ 0˚; mβ ≈ 0˚,

co jednoznacznie związane jest z panującymi korzystnymi

warunkami

hydrometeorologicznymi i stanem załadowania statku;

-stosowany jest jeden z ciągłych systemów określania pozycji,
spełniający warunki

p(0,95)≤0,25 B, τ =0

Metoda Instytutu Nawigacji Morskiej w

Szczecinie (S. Gucmy)

Szerokość pasa ruchu określa się

następująco:

d = 2dn (0,95) + KB + 2dr [m]

gdzie:
dn (0,95) – nawigacyjna składowa szerokości pasa ruchu na

poziomie ufności 0,95;

k – współczynnik określany doświadczalnie;
B – szerokość konstrukcyjna statku [m];
dr- rezerwa szerokości pasa ruchu [m].

Metoda Instytutu Nawigacji Morskiej w

Szczecinie (S. Gucmy)

Nawigacyjną składową szerokości pasa ruchu

oblicza się według uproszczonego wzoru w postaci:

gdzie:
Mo - błąd kołowy pozycji [m], (poziom ufności 0,632);
τ – częstotliwość określania pozycji [s];
Vpp – błąd średni oceny wartości prądu, prostopadły do osi toru [m/s];
V – prędkość statku [m/s];
mn – średni błąd kwadratowy określenia kursu [stopnie],
mk – średni błąd kwadratowy utrzymania statku na kursie,
ma – średni błąd kwadratowy określenia dryfu.

)]

(

)

3

,

57

(

[

8

,

1

)

95

,

0

(

2

2

2

2

2

2

2

a

k

n

pp

n

m

m

m

v

V

Mo

d











