XIX COPINAVAL 2005 Cálculo de la navegación de
Contents
1. II Congreso Internacional de Geom tica Ciudad Habana ISBN 959 7160 01 03 Cuba Gil J L E B Garc a M Vega y R S nchez 2002 Manual de Usuarios Tn Estudio V2 0 Publicado en la Imprenta de la Academia Naval Granma Cuba Iglesias Campillo Mario J A Mart n Ferrer E Gonz lez Rebell s 2004 Navegaci n Edimar GEOCUBA Cuba 10 Inmarsat 1994 Sistema Mundial de Socorro y Seguridad Mar tima ICH Cuba 11 KGP 95 1997 Manual del Usuario GPS Jap n 12 Langley R June 1997 GPS Receiver System Noise GPS World 13 Mart n Ferrer Jorge A Nov 2001 Procesamiento de la se al de sat lite con el software TabComp exe V 3 01 I Taller de procesamiento de se ales e im genes en la rama naval Cuba 14 Norma 61174 1998 08 Maritime navigation and radiocomunication equipament and systems Electronic chart display and information systems ECDIC Operational and performace requeriments methods of testing and required test result IEC 15 Solas 74 1974 Convenio para la seguridad de la vida humana en el mar OMI 16 Scott E M 2 Oct 2001 Nautical briefing Information technology and the training needs of saefarers The Nautical Institute London UK STW 33 INF 17 Tamaya Calculator NC 88 1988 Astro Navigation Piloting amp Reckoning Manual de Usuario Tamaya amp Company Limited Tokyo Japon 18 Transas Marine Ltd May2. Acumulaci n de errores en un per odo de 19 a os ga Primeras 2 horas 2 Tercera hora eS Cuarta hora ON A O Fig 2 3 Gr fico del comportamiento de los errores por equivocaciones en el c lculo de la correcci n ortodr mica y su aplicaci n para determinar el rumbo ortodr mico Un ejemplo pr ctico en la que se refleja el tiempo de duraci n analizado en el ejemplo anterior es la traves a desde La Habana hasta Plymouth reflejada en la Fig 2 4 Fig 2 4 Imagen que muestra la traves a desde la Habana Cuba hasta Plymouth Inglaterra Como este tipo de traves a se realiza para grandes distancias se tienen per odos de navegaci n muy largos A causa de ello es posible que durante la navegaci n las condiciones hidrometeorol gicas puedan empeorar por lo que empleando las im genes meteorol gicas se controlan las posiciones intermedias y la navegaci n por los tramos o cuerdas Fig 2 5 Algoritmo para el c l culo de la navegaci n ortodr mica o por c rculo m xi mo el cual se utiliza ade m s Elementos de Lis Rs Rs Don para el caso de la na vegaci n la ortodromia compuesta o mixta esta se Tri ngulos realiza hasta un paralelo l mite 1 Procedimientos Fal elementales 4 Elementos de E Las causas que propician la trigonometr a esf rica la loxodromia Retox Dix navegaci n mixta pueden ser y En qu se basa este Algoritmo Posiciones Os
3. 11 10 48 201 38 13 11 071 00 17 24 265 46 24 53 325 30 7D GPGSV 3 3 11 28 06 156 00 29 01 183 00 30 06 320 30 40 PGRME 6 1 M 10 5 M 12 1 M 2F GPGLL 2305 847 N 08226 493 W 033851 A 3B PGRMZ 116 f 3 1D PGRMM WGS 84 06 GPBOD T M 47 PSLIB K 23 PSLIB J 22 GPRTE 1 1 c 0 07 GPRMC 033853 A 2305 847 N 08226 494 W 000 0 360 0 281003 003 8 W La aplicaci n selecciona del conjunto de datos almacenados en el buffer la cadena que presenta los c digos referentes a las variables siguientes gt La posici n en coordenadas geogr ficas latitud y longitud Cadena GPGGA GPGLL GPRMC gt El rumbo efectivo y la velocidad del buque Cadena GPBOD GPVTG Estos datos son utilizados para realizar los c lculos de la traves a del buque durante la navegaci n por c rculo m ximo navegaci n ortodr mica 2 2 Navegaci n por C rculo M ximo Con el empleo del receptor GPS se pueden obtener los datos necesarios para realizar la traves a interoce nica como son las coordenadas del punto de salida de la embarcaci n En cambio el punto de llegada arribo se deben introducir de forma manual o seleccion ndola de una lista de puertos con sus coordenadas predefinidas A diferencia de la derrota loxodr mica que se realiza a trav s de un rumbo constante l nea recta en la derrota ortodr mica la navegaci n tiene lugar siguiendo aproximadamente el c rculo m ximo o traza de menor distancia en la esfera En es
4. As Qs Ap Na e Constantes a B e Presencia en determinadas o a p A Corte EQ 180 zonas de obst culos m viles Constantes Ortodr micas ae _ A V rtice como son y L mite tormentas tropicales 3 Procedimiento derrames de hidrocarburos algoritmo para calcular mol 0 1 2 0 M s AA i s f1 t mpanos de hielos los Puntos Intermedios minas a la deriva y x a erre e Presencia de obst culos fijos 4 Posiciones gt gt 9 i Q Mia R D itox 1 8 f1 pequefias islas Intermedias e Otros eventos restrictivos 5 M todo fijan gt Ditox Sref sell cierre de zonas por conflic do los espacios Sres 6 300 MN tos de cualquier tipo y entrenamientos militares que TD more Ditox Dion 2 300 Condiciones se dan a conocer a trav s de los E see gt Cio para el an lisis avisos a los navegantes y avisos Ortodr micas Ditox Dion lt 300 de los signos adiados A a 7 Rumbos Ritox t Sie Ortodr micos al Blo A Considerando lo anteriormente expuesto se dot al sistema de un m dulo de procesamiento de im genes meteorol gicas del tipo facsimil que son recibidas por radio y que por las caracter sticas de la relaci n se al ruido tienen baja calidad La imagen meteorol gica se recibe empleando el software
5. 2001 Navy Sailor V 3 2 Technical Reference Edition
6. WXSat Este m dulo posee varios opciones de tratamiento de la imagen Zayas 1998 Gil et al 2002 e Preprocesamiento el cual realiza el filtrado digital en el dominio del espacio media mediana y detectores de bordes que trabajan por convoluci n norte y a laplaciano e Mejoramiento para realizar el control empleando una barra de herramientas desde donde se invocan diferentes t cnicas como el brillo contraste saturaci n gausiano perfilar y absorber e Herramientas de manipulaci n para realizar la conversi n a gris composici n a falso color descomposici n en bandas voltear horizontal y vertical rotar en cualquier ngulo negativo relieve 3 Resultados El resultado puede ser resumido en una tecnolog a que est implementada para su uso pr ctico en el software NAVORT y que se muestra en la Fig 2 6 De manera sintetizada se puede resumir en los siguientes pasos O E A E A Imagen Meteorol gica Sat lite de la constelaci n Sitio Web 3 meteord aco 2 Ss NavStar 1 Satdite de radio 5 Filtrado en el dominio de los datos Saturaci Convoluci n media diana i F Cra p f Bloque de Representaci n para mostrar el trazado final de la traves a en una Carta Digital 9 I z a a Fig 2 6 Gr fico que refleja la tecnolog a que semiautomatiza la navegaci n ortodr mica controlada con el empleo de la se al de pos
7. XIX COPINAVAL 2005 C lculo de la navegaci n de altura empleando se ales de posicionamiento global e im genes meteorol gicas Autor MSc Ing Jorge Alberto Mart n Ferrer y MSc Ing Jos Luis Gil Rodr guez Y Academia Naval Granma Micro X Alamar Habana del Este Ciudad de La Habana Cuba Tel fono 93 9671 y Fax 93 9676 2 Centro de Aplicaciones de Tecnolog as de Avanzada 7a 21812 e 218 y 222 Rpto Siboney Playa C P 12200 Ciudad de la Habana Cuba Tel fono 537 835 3751 Oficina 537 272 1670 ext 203 Fax 537 273 0045 Email jlgil cenatav co cu Resumen Por primera vez en Cuba se calculan las traves as ptimas para la navegaci n maritima de altura captando autom ticamente los datos que ofrece un receptor GPS los que se entregan a diferentes algoritmos de c lculo de tranceptos Las trayectorias obtenidas se combinan con im genes satelitales meteorol gicas para ilustrar gr ficamente las trazas de la derrota ortodr mica o mixta que debe seguir el buque Los procedimientos elaborados semiautomatizan la metodolog a que hoy existe consistente en procedimientos manuales de c lculo La semiautomatizaci n de este proceso tiene en cuenta el acople autom tico del GPS con una computadora y la conversi n a digital de los datos pertenecientes a una imagen que se recibe por radio Por otra parte la informaci n que tradicionalmente se saca de una voluminosa cantidad de cartas de navegaci n se susti
8. day exists consistent in manual procedures of calculation The semiautomatization of this process take account the automatic electronic linkage between a GPS with a computer and also the digital conversion of the image data received by radio On the other hand the information that traditionally is obtained from a voluminous quantity of impressed sailing letters is substituted by the computational programming of mentioned algorithms that generates a digital version of sailing letters In this way a new technology is presented that begins with the GPS Computer linkage the graphic representation of the meteorological image on the computer display and it culminates superimposing on this image the calculated marine trajectory that has the peculiarity of being the trajectory of minimum distance obtained from the applied algorithms set The proposed technology has been organized in a digital image processing software at the moment in use in the Granma Naval Academy of Cuba The methodology is endorsed by astronomic sailing specialists the cuban marine the Naval Academy Departments of Cubierta Radio electronic and Mathematics the Geocuba Enterprise Group captains of ships of the national economy and by the Ministry of Science Technology and Environment C lculo de la navegaci n de altura empleando se ales de posicionamiento global e im genes meteorol gicas 1 Introducci n El trabajo que se presenta hace uso del Sistema de Po
9. del buque debido al oleaje y al viento lo que afecta la posici n del buque En Iglesias et al 2004 se exponen diferentes m todos para realizar la navegaci n ortodr mica Uno de ellos es empleando la correcci n ortodr mica 2 4 Navegaci n por arco de c rculo m ximo utilizando la correcci n ortodr mica Iglesias et al 2004 plantea todo el procedimiento a seguir empleando este m todo A pesar de ser ste un procedimiento en el que se adquiere habilidad con la pr ctica se han realizado estudios por comprobaciones a los libros de bit cora y en ejercicios de entrenamiento que demuestran la presencia de errores humanos por equivocaciones en el c lculo de los par metros para la entrada y durante la obtenci n de los valores de las tablas as como en la aplicaci n de los signos a las correcciones el exceso de confianza durante la aplicaci n del procedimiento y la rutina del mismo e influye adem s el agotamiento f sico del personal debido a la cantidad de d as en alta mar La Tabla 2 1 recoge la s ntesis de la acumulaci n de los errores en un per odo de 19 a os para un promedio de 9 d as de navegaci n interoce nica de un buque que navega a 18 nudos de velocidad Se considera el promedio por horas de guardia de navegaci n de un oficial de puente seg n la rotaci n de las brigadas Tabla 2 1 Comportamiento de los errores por equivocaciones en el c lculo de la correcci n ortodr mica y su aplicaci n para de
10. icionamiento global y las im genes meteorol gicas 10 4 Conclusiones y recomendaciones Aplicando la tecnolog a propuesta se controla la navegaci n ortodr mica y mixta empleando la se al de posicionamiento global y las im genes meteorol gicas aspecto este novedoso para este tipo de traves a Se recomienda el empleo de las carta n uticas en formato raster y vectorial para el ploteo y visualizaci n de las traves as interoce nicas Bibliograf a 1 Alexandrovsky V V 1995 Navegaci n MIR URSS 2 Bowditch Nathaniel Edici n 1973 1995 American Practical Navigator an Epitome of Navigation Volume I Defense Mapping Agency Center 3 Casas Luis Batista 2002 Caracter sticas y empleo de la norma NMEA 0183 III Conf Cient de Ciencias B sicas y Espec ficas de los CEM de las FAR ITM 4 Colectivo de autores de la C tedra de Navegaci n 1985 Fundamentos de la teor a de errores y su utilizaci n en la navegaci n Del 1993 Navegaci n de estima costera y electr nica Tomo I y II Academia Naval Granma 5 Dutton s 1978 Navigation Fondevila Ayala J 2003 Sistemas satelitales de Navegaci n Academia Naval Granma Imprenta Academia de las FAR General M ximo G mez B ez Gil J L E B Garc a R S nchez M B Mart nez et al 2000 Tn Estudio V1 1 Software para el tratamiento digital de im genes Ejemplo de aplicaciones y sus perspectivas
11. ndo ante si 1 una representaci n esquem tica sobre la esfera 6 2 una carta gnom nica 6 3 una carta Mercator En uno de estos medios se debe mostrar la posici n de la ortodr mica el ecuador el meridiano de Greenwich 0 6 180 para evitar equivocaciones Con la utilizaci n del sistema computarizado NavOrt V 3 0 que se ha creado se pretende prescindir de estos medios de tal forma que el navegante podr comprobar la veracidad de los c lculos con s lo visualizar la imagen en un plano en la carta general en formato digital 2 3 Trazado del arco de c rculo m ximo en la carta Mercator y c lculo de los rumbos para la navegaci n Al obtener la posici n del buque por observaciones posici n fija al navegante siempre le es necesario como plantean Alexandrovsky 1995 y Bowditch 1995 resolver la siguiente cuesti n Ser necesario corregir el rumbo de forma que el buque se mantenga en la derrota previamente propuesta Durante el trayecto entre los puntos de salida y llegada el navegante realiza no menos de 12 15 observaciones fundamentalmente astron micas para determinar la posici n fija control en buques que no posean sistema de posicionamiento global La pr ctica demuestra que la conducci n real del buque por la ortodr mica generalmente no se efect a por los c lculos del ploteo previo La causa de ste fen meno radica fundamentalmente en la consideraci n incorrecta de la deriva y el abatimiento
12. ridad el resto de datos y controla cualquier error de comunicaci n La utilizaci n de los datos de inter s provenientes del receptor con el formato NMEA 0183 es el est ndar para interfaces de equipos electr nicos marinos La se al recibida se usa en dispositivos con interfaces de puerto serie asincr nicos que poseen los siguientes par metros Baud Rate 4800 Data Bits 8 d7 0 Parity None Stop Bits One o m s Mart n 2001 Scot 2001 Casas 2002 Fondevila 2003 El est ndar NMEA 0183 le permite adem s a los fabricantes individuales definir sentencias propietarias Estas sentencias comienzan con el car cter P y su formato es variable KGP 1997 Langley 1997 Ejemplo de c digos propietarios para GPS del tipo e Garmin GPS 38 NMEA 0183 V 1 5 Formato est ndar GLL RMB RMC WPL BOD XTE VTG BWC C digo Proprietario PGRMM map datum PGRMZ altitud PSLIB dgps e Garmin GPS 38 NMEA 0183 V 2 0 Formato est ndar GLL RMB RMC WPL BOD GSA GSV RTE GGA C digo Propietario PGRME error estimado PGRMM PGRMZ PSLIB El siguiente ejemplo muestra el bloque de un conjunto de datos recibidos que se repite cada dos segundos durante la recepci n pero con otros valores GPRMBAA V 71 GPGGA 033851 2305 847 N 08226 493 W 1 04 2 8 35 2 M 21 6 M 41 GPGSA A 3 05 07 09 10 17 4 6 2 8 3 6 33 GPGSV 3 1 11 04 38 029 00 05 34 303 45 07 37 099 30 09 08 242 44 79 GPGSV 3 2
13. sicionamiento Global GPS considerando que es de gran exactitud en el posicionamiento de objetos situados en la superficie de la tierra el aire y el mar Ello hace posible el aprovechamiento de sus datos para ser usados en aplicaciones computacionales cuando un receptor GPS se acopla a una computadora PC En la navegaci n de altura este tipo de acople puede ayudar al c lculo de traves as ptimas captando autom ticamente las coordenadas del buque que entrega el receptor GPS transfiri ndolos a la computadora y aplicando diferentes algoritmos de c lculo de transeptos que unido a una imagen con informaci n meteorol gica ha podido dar lugar a una metodolog a de trabajo nueva para nuestro pa s 2 Materiales y M todos 2 1 Comunicaci n entre el receptor GPS y la PC El receptor GPS es el encargado de realizar el procesamiento de la se al elaborar un c digo en forma legible con un formato o norma preestablecido por la Asociaci n Nacional de Electr nica Marina NMEA y transmitir su c digo a trav s de la salida del receptor cumpliendo con determinados par metros Para la comunicaci n entre el receptor y el software soportado en la PC se emple el control MSComm a trav s del acoplamiento f sico por el puerto serie con un conector DB9 tratados en la norma 61162 1 de la IEC 1998 08 09 2000 07 Este control env a asincr nicamente la se al del GPS la cual se caracteriza por un bit de comienzo y uno de parada un bit de pa
14. te ltimo caso es necesario cambiar el rumbo constantemente para cada meridiano vea el arco AB en la Fig 2 1 a Bowditch 1973 y 1995 Moreu 1973 Dada esta dificultad y por ser en la pr ctica la diferencia en grados para el cambio de rumbos muy peque a durante un tiempo prolongado se navega siguiendo una l nea quebrada por varias loxodr micas modific ndose el rumbo una o dos veces por singladura o cada 200 o 300 millas seg n el criterio establecido Su trazado en la carta en proyecci n Mercator Fig 2 1 b se observa que aunque aparentemente mayor que la ortodr mica no lo es en realidad por estar ploteada en una longitud m s elevada a la que corresponde distancias menores Alexandrovsky 1995 C rculo M ximo Pn a b AB Menor arco del circulo maximo lt 180 Fig 2 1 a Representaci n del c rculo m ximo en la superficie terrestre Tomado de Iglesias et al 2004 b Representaci n gr fica de los puntos intermedios ABCDE convergiendo hacia el polo norte durante la A navegaci n ortodr mica AB en el hemisferio norte Las rectas entre los puntos ABCDE corresponden a l neas loxodr micas que simulan el c rculo m ximo Como se refleja por el colectivo de autores de la C tedra de Navegaci n de la Academia Naval Granma 1980 y 1985 para un control constante de la veracidad de todos los par metros relacionados con la ortodromia se recomienda realizar el trazado de los c lculos tenie
15. terminar el rumbo ortodr mico Cantidad de Libros de Bit cora se Por ciento de equivocaciones en las 4 horas D a incluyen trazados de rutina y de Navegaci n de su brigada comprobaciones primeras 2 horas tercera hora cuarta hora 1 0 0 0 3 0 7 2 0 1 0 5 1 0 3 0 1 0 8 1 1 4 0 2 1 0 1 3 5 0 3 1 5 1 9 6 0 5 2 0 2 5 7 0 6 2 6 3 0 8 1 0 3 0 3 3 9 1 1 3 3 5 2 Total 1350 P rdidas Espacio navegado 2M sm 72m En la Fig 2 3 se muestra el comportamiento de los errores seg n la Tabla 2 1 y se refleja el nivel ascendente que va adquiriendo la acumulaci n de los errores por equivocaciones en las etapas medias durante la ejecuci n de la guardia por parte del Oficial de Puente que lleva la derrota en la navegaci n ortodr mica Se observa como la curva tiende a mantenerse en las etapas finales de la traves a pero se infiere que la fatiga del personal influye en los c lculos que se tienen que realizar con un volumen grande de datos dispersos en varias fuentes Estos errores aunque no han constituido un peligro para la vida humana la carga y la seguridad del buque debido a la extensi n de agua por la que se navega s constituyen p rdidas a la econom a nacional por concepto de distancia tiempo de navegaci n lo que tiene que ver con el consumo de combustible salarios entrega tard a de la carga y otros conceptos propios de la actividad
16. tuye por la programaci n de los algoritmos que le dan lugar a ellas De este modo se presenta una nueva tecnolog a que se inicia con el acople del GPS Computadora y la representaci n gr fica de la imagen meteorol gica en el display de esta ltima y culmina superponiendo las cuerdas de una derrota que tiene la peculiaridad de ser la trayectoria de m nima distancia del arco que se obtiene a partir del conjunto de algoritmos aplicados La tecnolog a propuesta ha sido organizada en un software actualmente en uso en la Academia Naval Granma La metodolog a est avalada por especialistas de navegaci n el mando de la MGR las c tedras de Cubierta Radioelectr nica y Matem tica el Grupo Empresarial Geocuba capitanes de buques de la econom a nacional y el Ministerio de Ciencia Tecnolog a y Medio Ambiente Palabras claves Navegaci n de altura Sistema de Posicionamiento Global GPS im genes meteorol gicas satelitales derrota ortodr mica Abstract For the first time in Cuba optimal voyages are calculated for marine great circle sailing capturing automatically the GPS data which are introduced to different algorithms of transepts calculation The marine navigation trajectories obtained are combined with meteorological satellites images to illustrate graphically both the orthodromic trajectories layout and or combined trajectories that should follow the ship The procedures elaborated semiautomatize the cuban methodology that to
Download Pdf Manuals
Related Search