CC BY
35
D01:10.12845/bitp.35.3.2014.12
dr hab. inz. Jerzy PYRCHLA1 bryg. dr inz. Jacek ZBOINA2 prof. dr hab. Mariusz ZIELINSKI3
Przyjçty/Accepted/Принята: 18.11.2013; Zrecenzowany/Reviewed/Рецензирована: 23.05.2014; Opublikowany/Published/Опубликована: 30.09.2014;
SYSTEM WIZYJNY DO NOCNYCH POSZUKIWAN NAWODNYCH ZINTEGROWANY Z LODZI4 TYPU RIB (RIGID INFLATABLE BOAT)4
Night Vision System for Surface Water Search, Integrated with Rigid Inflatable Boat
Система ночного видения для поисковых работ на поверхности водоёмов, интегрированная с лодкой типа Rigid Inflatable Boat
Abstrakt
Cel: Przedstawienie przygotowanego rozwiqzania na potrzeby ratownictwa wodnego skladajqcego si^ z dedykowanej lodzi motorowej typu RIB dostosowanej do prowadzenia poszukiwan w nocy lub w warunkach ograniczonej widzialnosci oraz z systemu wizyjno-koordynacyjnego wspomagajqcego to dzialanie.
Wprowadzenie: System wizyjno-koordynacyjny oraz zintegrowanie go z dostosowanq lodziq motorowq do prowadzenia poszukiwan w nocy realizowano w ramach projektu badawczego celowego nr UDA-POIG.01.04.00-22-008/11-00. Wszystkie prezentowane rozwiqzania zostaly przetestowane w warunkach rzeczywistych, przez specjalistow praktykow. Prezentowane rozwiqzanie wpisuje si^ w priorytetowe kierunki badan naukowych i dotyczy obszaru technologicznego zwiqzanego z rozszerzeniem sfery bezpieczenstwa publicznego o okres nocny.
Wyniki: Technologic, ktora zostala opracowana, jest lodz motorowa dedykowana do poszukiwan nocnych, zintegrowana z systemem wizyjno-koordynacyjnym dla ratownictwa wodnego. W artykule przedstawiono efekty pracy nad projektem zmian konstrukcyjnych lodzi motorowej dostosowjcych do zadan poszukiwawczo-ratowniczych realizowanych w nocy, jak rowniez nad systemem wizyjnym dla wspomagania ratownictwa wodnego. Koncentrujqc si^ wokol problemow zwiqzanych z planowaniem poszukiwan nocnych na akwenach srodlqdowych, przedstawiono algorytmy przebiegu i skladowe procesu realizacji misji poszukiwawczo-ratowniczych. Szczegolnq uwag^ zwrocono przy tym na wizualizaj sytuacji w rejonie poszukiwan oraz wplyw na ich efektywnosc dost^pu do danych srodowiskowych. Zaprezentowano sieciocentrycznq map^ wykonanq w technologii GIS, ktora pozwala wizualizowac w postaci warstw aktualne i prognozowane warunki hydrologiczno-meteorologiczne. Przedstawiono propozyj skoordynowania ww. sieciocentrycznej mapy ze wsparciem informatyczno-organizacyjnym pozwalajqcym na popraw^ dokladnosci lokalizacji lodzi z jednoczesnq wizualizaj jej pozycji na mapie. Srodlqdowe obszary wodne s§ niewielkie i dlatego pozyskiwanie danych hydrometeorologicznych z serwisow internetowych musi byc interaktywne i pozwalac dostosowywac dane do sytuacji operacyjnej. Znaczenie kroku obliczeniowego przedstawiono na przykladzie obszaru Zatoki Gdanskiej przyleglego do portu Gdynia wraz z basenami portowymi (zobrazowano go - z krokiem 1 mili morskiej oraz - z krokiem 0,1 mili morskiej). Wnioski: Autorzy przedstawili sposoby planowania poszukiwan na akwenach wodnych w warunkach nocnych. Dotychczasowy system planowania wzbogacono o mapy elektroniczne zespolone z danymi srodowiskowymi, pobieranymi automatycznie z serwisow internetowych. Zwi^kszono dokladnosc pozycjonowania podmiotow poszukujqcych, co przeklada si^ bezposrednio na efektywnosc podejmowanych dzialan. Uzyskanq tym sposobem platform^ sieciocentrycznq mozna rowniez wykorzystywac do symulowania dzialan poszukiwawczo-ratowniczych.
1 Akademia Morska w Szczecinie, Waly Chrobrego 2, Szczecin / Maritime University of Szczecin, Poland;
2 Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpozarowej - Panstwowy Instytut Badawczy, ul. Nadwislanska 213, 05-420 Jôzefôw; jzboina@cnbop.pl / Scientific and Research Centre for Protection - National Research Institute, Poland;
3 Akademia Marynarki Wojennej im. Bohaterôw Westerplatte; ul. Smidowicza 69 Gdynia / Naval University of Gdynia, Poland;
4 Wklad procentowy w powstanie artykulu / Percentage contribution: J. Pyrchla - 40%, J. Zboina - 30%, M. Zielinski - 30%;
DOI:10.12845/bitp.35.3.2014.12
Slowa kluczowe: ratownictwo wodne, System Informacji Geograficznej, GIS, sieciocentrycznosc, RIB, poszukiwania nawodne, elektroniczna mapa
Typ artykuJu: oryginalny artykul naukowy Abstract
Goal: The main goal of the paper is to present a dedicated to water rescue speedboat (RIB type) adapted to conducting search at night or in low visibility conditions, as well as, a video-coordination system supporting rescue actions.
Introduction: The video-coordination system integrated with a speedboat for a night search was developed within the research project No. UDA-POIG.01.04.00-22-008/11-00. All presented results were tested in real conditions by specialist practitioners. What is more, presented solutions correspond with the priority directions of scientific and technological research areas associated with the improvement of public safety at night.
Results: A technology presented by the authors is a speedboat dedicated to night exploration (search), integrated with video-coordination system for water rescue. The paper describes the results of the project, aimed at introducing construction changes to a speedboat. These adapted the boat to search and rescue actions realised at night. The speedboat is also equipped with a video system supporting water rescue. To concentrate on the problems related to the planning of night actions on the inland waters, the algorithms of components of the implementation process of search and rescue actions were presented. Particular attention was paid to visualization of the situation in the area of exploration and the importance of the access to the environmental data. Presented network-centric charts were made in GIS technology which allowed to visualize in the form of layers current and forecasted hydrological and meteorological conditions. The paper showed a proposal of coordinating network-centric charts with the information and organizational support, thus allowing to improve the precision of the boat localisation and simultaneous visualisation of its position on the map. Inland water areas are small and, therefore, downloading hydrometeorological data from web services should be interactive. System has to adapt the data to the operational situation. An example of how important the calculation step is has been shown on the area of the Gulf of Gdansk, adjacent to the harbour of Gdynia with the docks depicted in steps of 1 nautical mile and in 0.1 nautical mile.
Conclusions: The authors presented planning methods of rescue research on water areas at night. The current planning system is enhanced with electronic maps combined with environmental data downloaded automatically from websites. While the accuracy of positioning seeking entities is enhanced, the effectiveness of taken actions is also better. The developed network-centric platform can also be used for simulation of search and rescue operations.
Keywords: water rescue, Geographic Information System, network centric warfare, RIB, surface search, electronic map. Type of article: original scientific article
Аннотация
Цель: Представление разработки для спасения на воде, которое состоит из специальной моторной лодки типа RIB (жестко-надувной лодки), приспособленной для осуществления ночных поисков или в условиях ограниченной видимости, а также из координационной системы видения, поддерживающей такие действия.
Введение: Координационная система видения и ее интеграция с приспособленной моторной лодкой для проведения ночных поисков была разработана в рамках исследовательского целевого проекта номер UDA-POIG.01.04.00-22-008/11-00. Все представленные решения были испытаны в реальных условиях и протестированы специалистами-практиками. Представленное решение является частью приоритетных научных направлений исследований области науки, касающейся технологической области, связанной с расширением сферы общественной безопасности ночного периода.
Результаты: Технологией, которая была разработана, является моторная лодка, предназначенная для ночных поисков, интегрированная с координационной системой видения для службы спасения на воде. В статье представлены результаты работы над проектом конструкционных изменений моторной лодки, направленных на ее приспособление к поисково-спасательным работам, реализованным ночью, а также над системой видения для служб спасения на воде. Обращая особое внимание на проблемы, связанные с планированием ночных поисков во внутренних водоёмах, представлены алгоритмы хода процесса осуществления поисково-спасательных миссий и его компоненты. Особое внимание было посвящено визуализации ситуации в районе поиска и влиянию доступа к информации об окружающей среде на его эффективность. Была представлена сетецентрическая карта, разработанная с использованием технологии GIS (географической информационной системы), которая позволяет изображать в виде слоев текущие и прогнозируемые гидро и - метеорологические условия. Было также представлено согласование сетецентрической карты с информационно-организационной поддержкой, которое позволяет повысить точность определения расположения лодки с одновременным отображением ее расположения на карте. Предложенное решение принимает во внимание тот факт, что внутренние водные водоёмы малы, и поэтому, скачивание гидрометеорологических данных с веб-сайтов должно происходить интерактивно. Расчеты, проведенные в этих центрах, должны приспосабливать расчётные действия к оперативной обстановке. Примером, показывающим на сколько важными являются расчётные действия, было представление территории Гданьского залива, прилегающего к порту Гдыня, вместе с бассейнами гавани, которые изображены с дискретностью 1 морской мили и с дискретностью 0,1 морской мили. Выводы: Авторы представили способы и планирование поисков на водоемах в ночных условиях. Нынешняя система планирования была обогащена электронными картами в сочетании с данными о среде, которые автоматически загружаются с веб-сайтов. Повышена точность определения места нахождения искателей. Полученная этим образом сетецентрическая платформа может быть также использована для симуляции поисково-спасательных операций.
Ключевые слова: спасение на воде, Географическая Информационная Система (GIS), сетецентрический подход, RIB, поисковые работы на поверхности воды, электронная карта Вид статьи: oригинальная научная статья
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
D01:10.12845/bitp.35.3.2014.12
1. Wst^p
Prezentacja roznych technicznych rozwi^zan [1] na potrzeby ratownictwa wodnego, realizowanego przez Panstwow^ Straz Pozarn^ i KSRG [2], to temat niezbyt cz^sto podejmowany w publikacjach i artykulach. Jed-nym z problemow, przed ktorymi staj^ ratownicy wod-ni w mundurach strazackich, jest prowadzenie dzialan w warunkach ograniczonej widocznosci i w nocy. Ratow-nicze lodzie motorowe typu RIB5 [3] doskonale nadaj^ si§ do prowadzenia poszukiwan nawodnych na srodl^do-wych i przybrzeznych obszarach wodnych w warunkach dobrej widocznosci. Nasuwa si§ jednak pytanie, co nale-zaloby zrobic, aby wykorzystywac je w warunkach noc-nych.
Panstwowa Straz Pozarna stara si§ wci^z doskona-lic swoje dzialania w zakresie ratowania zycia ludzkie-go. Ukierunkowane s^ one na dwa obszary, organizacyjny i sprz^towy. Pierwszy z wymienionych obszarow jest do-skonalony poprzez ci^gle szkolenie i podnoszenie kwali-fikacji operatorow-ratownikow. Szkolenia id^ w parze z pracami nad poszukiwaniem systemow wspomagaj^-cych planowanie i koordynowanie akcji poszukiwawczo--ratowniczych. Drugi z obszarow jest rozwijany poprzez doposazenie ratownikow w sprz^t techniczny (stacje ra-diolokacyjne, kamery telewizyjne i termowizyjne) do prowadzenia poszukiwania w kazdych warunkach.
Odpowiadaj^c na powyzej postawione pytanie, moz-na stwierdzic, ze skuteczne prowadzenie dzialan ratowni-czych na wodzie w warunkach nocnych uwarunkowane jest odpowiednim przygotowaniem i wyposazeniem ra-townikow. Prowadzenie dzialan poszukiwawczo-ratow-niczych w warunkach nocnych przy wykorzystaniu seryj-nie produkowanych lodzi stwarza zagrozenie zarowno dla ratownikow b^d^cych ich obsadami, jak i dla poszkodo-wanych, ktorym mialoby si§ udzielic pomocy. Przykla-dem rozwi^zania wychodz^cego naprzeciw problemom zwi^zanym z realizaj dzialan poszukiwawczo-ratowni-czych w nocy6 jest budowa lodzi motorowej, dostosowa-nej do prowadzenia poszukiwan w nocy i wspoldzialaj^cej z systemem wizyjno-koordynacyjnym, realizowana w ramach projektu badawczego celowego przez firm§ SPOR-TIS S.A. Ide§ wspoldzialania lodzi ratowniczej z systemem wizyjno-koordynacyjnym przedstawiono na ryc. 1.
Podstawowymi zadaniami zapewniaj^cymi efektyw-nosc prowadzenia dzialan poszukiwawczo-ratowniczych
5 ang. RIB (rigid inflatable boat) - lôdz pneumatyczna ze sztyw-nym dnem.
6 Przyklad 1. 18 lipca 2010 - nie udalo siç odnalezc czterech ry-bakôw, ktôrzy w sobotç zaginçli na Baltyku. W nocy z soboty na niedzielç poszukiwania zawieszono.
Przyklad 2. 6 grudnia 2008 - bez rezultatu zakonczyly siç poszukiwania mçzczyzny, ktôry wypadl z lôdki na jeziorze Ilin-skim kolo Milomlyna w woj. warminsko-mazurskim. Ze wzglç-du na zapadajqcy zmrok poszukiwania przerwano. Przyklad 3. 08 kwietnia 2013 swiadkowie wyciqgnçli z wody jednq z dwôch osôb pracujqcych na lodzi. Do pôznego popo-ludnia trwaly poszukiwania drugiej osoby. Przeszukiwano tez brzegi Wisly i zarosla. Ze wzglçdu na te warunki i zapadajqcy zmrok poszukiwania przerwano.
Przyklad 4. 21 sierpnia 2007 roku w ciqgu kilku minut wiatr osiqgnql prçdkosc 12 stopni w skali Beauforta, przewrôcil i za-topil kilkadziesiqt jachtôw. W nocy poszukiwania zawieszono.
w warunkach nocnych s^ dokladna lokalizacja lodzi oraz wizualizacja na mapie operacyjnej aktualnych i progno-zowanych warunkow hydrologiczno-meteorologicznych. Dostosowanie lodzi motorowej do dzialan w warunkach nocnych, jak rowniez wspoldzialanie z systemem koor-dynacyjno-wizyjnym opracowanym na bazie GIS zosta-nie przedstawione w artykule. Prezentowane rozwi^zanie wpisuje siç w priorytetowe kierunki badan naukowych i dotyczy obszaru technologicznego zwi^zanego z rozsze-rzeniem sfery bezpieczenstwa publicznego o okres nocny.
Ryc. 1. Organizacja dzialan w rejonie poszukiwania Fig. 1. Organization of activities in the search area
2. Etapy dzialan podejmowanych w trakcie poszukiwan nocnych
Przebieg procesu poszukiwan nocnych na akwenach wodnych przedstawiony zostal na ryc. 2 przy pomocy dia-gramu typu SDL (ang. Specification and Description Language).
Ryc. 2. Przebieg i skladowe procesu poszukiwan Fig. 2. Course and components of the search process
Poszczególne skladowe przedstawione na diagramie nalezy rozumiec nastçpuj^co. Pocz^tkiem procesu poszukiwan jest informacja pochodz^ca z zewn^trz wskazuj^-ca na potrzebç przeprowadzenia poszukiwan nocnych. Po dokonaniu analizy danych podejmowana jest wstçpna de-cyzja o tym, czy podj^c poszukiwania. Jesli decyzja jest pozytywna, inicjowane s^ jednoczesnie dwa podprocesy:
• proces przygotowania lodzi, który dotyczy wszystkich aspektów logistycznych przedsiçwziçcia;
• proces planowania misji, który dotyczy aspektów zwi^zanych z przetworzeniem posiadanych danych na temat zdarzenia bçd^cego przyczyn^ inicjacji poszukiwania, a takze pozyskaniem dalszych danych nie-zbçdnych do planowania dzialan i wyznaczenia opty-malnej trasy (schematu) poszukiwan.
Drugi z wyzej wymienionych procesów nastçpuje przy wykorzystaniu serwisów zewnçtrznych dostarczaj^-cych dane na temat sytuacji meteorologicznej na obszarze poszukiwan oraz sytuacji hydrologicznej na akwenach potencjalnie wchodz^cych w sklad tego obszaru.
Informacja o gotowosci lodzi i jej obsady do rozpo-czçcia misji, a takze dane z podprocesu planowania wy-zwalaje rozpoczçcie kolejnego etapu dzialan tj. procesu realizacji misji. Proces ten przedstawiony zostal precyzyj-niej na ryc. 3.
DOI:10.12845/bitp.35.3.2014.12
lan i generowanie nowych tras poszukiwan przez od-wolanie siç do podprocesu planowania misji.
Nalezy zwrócic przy tym uwagç, ze na ryc. 3 zazna-czony zostal równiez podsystem tak zwanej bazy wiedzy oraz archiwizacji zdarzen Odpowiedzialny jest on za lo-kalne przechowywanie informacji/danych na nastçpuj^ce tematy:
• uksztaltowanie terenu (mapy akwenów i l^du);
• dane meteo- i hydrologiczne;
• dane o procedurach wspóldzialania ze sluzbami pan-stwowymi odpowiedzialnymi za lad i bezpieczenstwo wzglçdnie innymi podmiotami wspóldzialaj^cymi;
• dane na temat kontaktów, dyslokacji ww. sluzb/ podmiotów oraz podjçtych dzialan i osi^gniçtych rezultatów (np. odnalezienie sladów zdarzenia kryzysowego, czy podjçcie z wody poszkodowanych).
Ponadto podsystem ten sluzy biez^cej archiwizacji zdarzen w celu umozliwienia ich pózniejszej analizy.
Glówne wyzwanie zwi^zane z integraj GIS i ENC odnosi siç do zbioru danych (w formacie S-57) i zamiana GIS danych przestrzennych formatu (s) do S-57 obiektu formatu albo vice versa tak, aby te dwie kategorie danych mogly byc stosowane w przestrzennej analizie i podejmo-waniu decyzji. Natomiast innowacyjne cechy opracowy-wanego systemu to:
• optymalizacja rozmieszczenia systemu noktowizyjne-go, umieszczonego na lodzi typu RIB;
• mozliwosc kierowania dzialaniami lodzi ze stanowi-ska pomiarowego umieszczonego na brzegu akwenu (patrz ryc. 1);
• nawigacja pozwalaj^ca na uzyskiwanie precyzyjnej dokladnosci (rzçdu kilku cm);
• udoskonalony system pomiarowo-rejestruj^cy oraz usprawnienia w zakresie transmisji danych;
• szerokosc pasa poszukiwania zoptymalizowana do warunków indywidualnego zbiornika wodnego.
Ryc. 3. Przebieg i skladowe procesu realizacji misji Fig. 3. Course and components of the implementation of the mission
Jak juz wspomniano, realizacja misji rozpoczyna siç od podjçcia ostatecznej decyzji o jej podjçciu. Do tego potrzebne s^: informacja o gotowosci do dzialan zespo-lu poszukiwawczego (obejmuj^ca rowniez przemiesz-czenie do domniemanego/wskazanego rejonu zdarzenia) oraz plan dzialan przedstawiony tu jako planowana tra-sa poszukiwan. Podjçcie pozytywnej decyzji o celowosci podjçcia akcji skutkuje inicjaj trzech procesow potom-nych, to znaczy:
• procesu sledzenia i kontroli realizacji zaplanowanej trasy - obejmuje on rowniez ci^gl^ komunikacjç z za-log^ lodzi;
• procesu koordynacji dzialan ze sluzbami panstwowy-mi odpowiedzialnymi za lad i bezpieczenstwo;
• ci^glej analizy naplywaj^cych danych, ktorej skut-kiem moze byc inicjowanie nowych/kolejnych dzia-
Potrzebç korzystania z systemów integruj^cych in-formacje hydrometeorologiczne z informacjami geogra-ficznymi wyraznie widac, gdy przeanalizuje siç zadania sluzb operacyjnych odpowiedzialnych za bezpieczenstwo na polskich akwenach wodnych. W tym kontekscie przy-kladowe zadania to:
• planowanie uzycia i wsparcia sil na akwenach wodnych,
• analiza i kontrola wyszkolenia sil planowanych do uzycia,
• koordynacja dzialan sil przydzielonych do realizacji przedsiçwziçc poszukiwawczo-ratowniczych,
• nadzór nad realizacji zadan z zakresu poszukiwaw-czo-ratowniczego,
• wspólpraca z instytucjami panstwa w zakresie reago-wania kryzysowego,
• zapewnienie ci^glosci dzialania Krajowego Systemu Ratowniczo-Gasniczego,
• zabezpieczenie hydrometeorologiczne sil,
• rozpoczçcie implementacji systemów wspomagania reagowania kryzysowego,
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
• udzial w cwiczeniach narodowych i mi?dzynarodo-
wych.
Wymienione zadania uwidaczniajc, ze sluzby planujc-ce i koordynujcce dzialania ratownicze muszc korzystac z danych pochodzccych z systemu danych nawigacyj-nych, jak rowniez danych pochodzccych z systemu GIS. System nawigacyjny zapewnia glownie zobrazowanie mapy elektronicznej, pokazuje aktualnc pozycj? na niej i informacj? przyj?tc od pokladowych sensorow. Najcz?-sciej jest sprz?gni?ty z Globalnym System Nawigacji Sa-telitarnej (np. GPS). Ma on funkcje aplikacji umozliwia-jccej aktualne zobrazowanie trasy zeglugi z jednocze-snym zapisywaniem danych obejmujccych dat?, czas, pozycj?, kierunek przemieszczania si? i pr?dkosc lodzi.
3. System wizyjno-koordynacyjny dla zabezpieczenia nawodnych dzialan poszukiwawczo-ratowniczych w warunkach nocnych
Prowadzenie dzialan poszukiwawczo-ratowniczych na roznego rodzaju akwatoriach w warunkach ogranicza-jccych widzialnosc wi^ze si? z dysponowaniem zobrazo-wania aktualnej sytuacji w rejonie. Spelnienie tego wy-mogu gwarantuje technologia, ktora zostala opracowana i jest prezentowana, czyli system wizyjno-koordynacyjny (system sieciocentryczny), ktorego platformc integracyj-nc jest GIS. System taki jest w pelni skalowalny i znako-micie mozna go dostosowywac do rosnccych wymagan. Uwag? poswi?cono rowniez dokladnosci lokalizacji lodzi ratowniczej i wplywowi na efektywnosc dzialan dost?pu do danych srodowiskowych.
Nalezy zauwazyc, ze strefa, ktorc obsada lodzi ob-serwuje (z wykorzystaniem noktowizorow) w nocy, jest duza (patrz ryc. 4), gdyz pozwala bezpiecznie sterowac lodzic i prowadzic obserwacje, a jednoczesnie mala, jesli porownamy jc z zasi?giem obserwacji w okresie dzien-nym. Wyposazenie obsad lodzi w urzcdzenia optoelek-troniczne pozwala prowadzic poszukiwania, ale jest za-razem na tyle ograniczone, ze bez wsparcia informacyj-nego nie moze skutecznie wykonywac zadan. Wsparcie informacyjne musi byc kompleksowe, czyli obejmowac srodowisko i jego stan tzn. geoinformacj? tj. dane o akwe-nie, panujcce i prognozowane warunki hydrologiczne i meteorologiczne.
Srodlcdowe obszary wodne, jak rowniez morska strefa przybrzezna charakteryzujc si? ogromnc iloscic geo-danych, dlatego srodowisko GIS bylo zawsze uznawane za najlepsze do gromadzenia i wizualizacji tych danych. Systemy oparte o to srodowisko sc integralnym kompo-nentem w planowaniu i koordynowaniu dzialan na tych obszarach [3],[4]. Zrodlem danych hydrologicznych i me-teorologicznych sc serwisy internetowe osrodkow rozpo-wszechniajccych te dane zroznicowanymi urzcdzeniami do ich przekazu. Prowadzcc badania nad zagadnieniem doplywu danych hydrologiczno-meteorologicznych do informacyjnego systemu wizyjno-koordynacyjnego, oce-niono, ze najlepsze rezultaty osicga si?, stosujcc siecio-centrycznc map? wykonanc w technologii GIS.
D01:10.12845/bitp.35.3.2014.12
Ryc. 4. Kqtowy zakres obserwacji obsady lodzi ratowniczej
dzialajqcej w nocy (cienka linia) i w dzien (gruba linia) Fig. 4. Angular range of observation of the rescue boat team at night
Podstawowym zalozeniem wykonania takiej mapy jest dostosowanie struktur zmodernizowanej geobazy tak, aby przechowywane dane opisuj^ce atmosfer? i hydros-fer? mialy mozliwosc dialogu (tzn. komponowania w do-wolnym zestawieniu mi?dzy sob^ i z pozostalymi typami danych) oraz wykorzystania jako matrycy podstawowej do prognozowanego dzialania. Niezwykle wazna w od-niesieniu do planowanych zastosowan jest mozliwosc zo-brazowania aktualnej sytuacji w rejonie. Rozwi^zanie ta-kie mozna nazwac sieciocentrycznym, gdyz daje nadmiar informacji, co stanowi podstawow^ cech? tego typu sys-temow. Kolejn^ cech^ jest skalowalnosc, co pozwala dostosowywac go do rosnccych wymagan.
Sieciocentrycznosc jako poj?cie wi^zalo si? pierwot-nie przede wszystkim z zastosowaniami glownie woj-skowymi, a pochodzi od angloj?zycznego okreslenia Network Centric Warfare (NCW), co mozna tlumaczyc jako „sieciocentryczne dzialania wojenne" [5]. Termin ten oznacza przetworzenie przez dowodc? (organ kieruj^-cy) przewagi informacyjnej na przewag? w dowodzeniu, a w konsekwencji na przewazaj^ce (rowniez wyprzedza-j^ce) oddzialywanie. Przewaga ta osi^gana jest na podsta-wie dost?pnego dla dowodcy danego szczebla stale ak-tualizowanego (rozpoznanego), obszernego obrazu sytuacji. Aby obraz sytuacji byl stabilny, pelny i aktualny, podmioty (struktury) pozyskuj^ce, przetwarzaj^ce i wy-korzystuj^ce informacj? powinny byc powi^zane (najle-piej w czasie rzeczywistym) w zakresie wymiany infor-macji. Reasumuj^c, glownym celem NCW jest uzyska-nie supremacji w dziedzinie informacji dla zwi?kszenia efektywnosci prowadzenia dzialan [6]. Podobne do czy-sto wojskowych zastosowania i rezultaty mozna osi^gac w systemach sluz^cych polepszeniu dyspozycyjnosci danych o sytuacji geograficznej pozyskiwanej dla celow planowania akcji poszukiwawczo-ratowniczych na akwe-nach wodnych.
W systemie platform^ integruj^c^ wszystkie geoprze-strzenne dane cyfrowe pochodz^ce z róznych zródel jest System Informacji Geograficznej [7]. Umozliwia to na-kladanie na wspóln^ mapç-bazç róznorodnych warstw tematycznych takich jak: l^dowe tereny przybrzezne (np. mapy topograficzne, ortofotomapy), morskie elektronicz-ne mapy nawigacyjne (batymetria, oznakowanie nawiga-cyjne) oraz dane srodowiskowe z numerycznych modeli pogody i hydrodynamicznych. System GIS pozwala I3-czyc dane cyfrowe zapisane w róznych standardach i od-wzorowaniach (ryc. 5).
Ryc. 5. Mapy zapisane w rôznych formatach i projekcjach geograficznych stanowiqce warstwy tematyczne prezentowanego sytemu: a) ortofotomapa (format: GeoTIFF); b) elektroniczna mapa nawigacyjna (standard S-57); c) temperatura wody i prqdy z modelu hydrodynamicznego (format NetCDF) Fig. 5. Maps in different formats and geographic projections,
which are thematic layers of the present system: a) orthophotomap (format: GeoTIFF); b) electronic navigational map (standard S-57); c) water temperature and currents from the hydrodynamic model (format NetCDF)
W prezentowanym systemie ortofotomapa jest zapisa-na w formacie graficznym umozliwiaj^cym dodawanie informacji georeferencyjnych (GeoTIFF) oraz w obowi^zu-j^cym w Polsce dla map wielkoskalowych Panstwowym Ukladzie Wspôlrzçdnych Geodezyjnych 2000 (PUWG 2000). Dane elektronicznej morskiej mapy nawigacyjnej dostarczone zostaly w standardzie IHO „Standard Wymia-ny Cyfrowych Danych Hydrograficznych S-57" (ang. IHO Transfer Standard for Digital Hydrographie Data - S-57) wykorzystywanym obecnie dla danych wektorowych. Wi-zualizacjç w zastosowanym systemie GIS (ArcGIS 10) oraz symbolizacjç oznaczen nawigacyjnych zgodnie z po-wszechnie stosowan^ na mapach morskich norm^ S-52 za-pewnil dodatek: S-57 Viewer dla ArcGIS. Systemy GIS pozwaj takze na import komôrek morskiej mapy nawigacyjnej ENC (ang. Electronic Nautical Chart) w standardzie S-57 do geobazy, a dziçki temu umozliwiaj^ wykony-wanie analiz geoprzestrzennych.
DOI:10.12845/bitp.35.3.2014.12
W kontekscie uzytkowym system wizyjno-koordyna-cyjny zostal zaprojektowany w sposób, który pozwala na jego integracjç z serwisami prognoz meteorologicznych i hydrodynamicznych, bazuj^cych na modelach nume-rycznych: pr^dów wodnych, pogody i falowania. Dane z tych modeli pozwalaj^ na zobrazowanie warunków sro-dowiskowych na mapach, co w stosunku do tradycyjnych, tekstowych komunikatów meteorologicznych lub hydro-logicznych jest duzym udogodnieniem. Mozliwie prosta, a jednoczesnie pewna wizualizacja danych jest szczegól-nie istotna w ograniczonych warunkach jednostki bezka-binowej. Zautomatyzowanie procesu akwizycji danych do systemu pozwala koordynatorowi akcji analizowac jednoczesnie informacjç o polozeniu lodzi ratowniczej [S] wraz z informaj o warunkach meteorologicznych (np. prçdkosc wiatru, temperatura powietrza itp.) i hydrodynamicznych (np. wysokosc fali, prçdkosc prçdu, temperatura wody, poziom morza itp.). Integracja informacji srodowiskowych jako jednej z warstw tematycznych na mapie systemu, przyczynia siç do wspomagania decy-zji podczas akcji poszukiwawczo-ratowniczych na akwe-nach wodnych [9].
Waznym elementem wspóldzialania z serwisami in-ternetowymi dostarczaj^cymi informacje hydrometeoro-logiczne jest to, aby wersji operacyjnej modeli obliczenia mogly byc przeprowadzane równolegle dla poszczegól-nych obszarów o róznych krokach przestrzennych. Przy-kladem mog^ byc dane z modelu M3D Wydzialu Oce-anografii Uniwersytetu Gdanskiego. Obszar Zatoki Gdan-skiej przylegly do portu Gdynia wraz z basenami porto-wymi zobrazowano - z krokiem l mili morskiej ryc. 6a, oraz - z krokiem 0,l mili morskiej ryc.6b [l0]. Obliczenia w omawianym obszarze odbywaj^ siç równolegle, a wymiana informacji na wspólnej granicy odbywa siç na kazdym kroku czasowym [ll]. Istnieje mozliwosc pozy-skiwania informacji o prçdach morskich na róznych glç-bokosciach, gdyz w pionie stosuje siç podzial na warstwy o nieregularnej grubosci [l2]. W celu lepszego odwzoro-wania powierzchniowej i przydennej warstwy przyscien-nej stosuje siç tam warstwy o mniejszej grubosci niz po-zostale.
a)
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
b)
Ryc. 6. Integracja danych prqdöw morskich z Ortofotomapq:
a) rozdzielczosc 0,1 Nm; b) rozdzielczosc 0,5 Nm . Fig. 6. Integration of certain sea currents with Orthophotomap: a) resolution 0,1 Nm; b) resolution 0,5 Nm.
Wsparciem informatyczno-organizacyjnym plano-wania i koordynowania poszukiwan jest komputer wraz z opracowanymi dla tych celow programami informatycz-nymi. Takie rozwi^zanie pozwala na uzyskanie wi?kszej dokladnosci pozycji lodzi ratowniczej niz przy standardo-wym pomiarze zainstalowanym na niej jednym odbiorni-kiem GPS. W tym kontekscie w trakcie realizacji projektu opracowana zostala metoda uzyskiwania 20 cm dokladnosci pozycjonowania lodzi ratowniczej. Polega ona na wykorzystaniu do wyznaczania na biez^co poprawek roz-nicowych dla poszczegolnych satelitow poprzez odbior-nik (stacjonarny) ustawiony w dokladnie wyznaczonym punkcie (np. przez pomiar geodezyjny). Drugi odbiornik (ruchomy) zainstalowany na lodzi przesyla pozycje za po-moc^ GSM do komputera znajduj^cego si? na stanowi-sku kierowania. Poprawki s^ transmitowane rowniez do tego samego komputera, co pozwala na wyeliminowanie wi?kszosci bl?dow (gdyz bl?dy obserwowane na malym obszarze s^ skorelowane). Przyj?to, ze czas rejestracji pozycji w poszczegolnych danych jest jego stemplem, czy-li identyfikatorem. Do wyznaczenia poprawionej pozycji lodzi wykorzystano skrypt napisany przez Kirka Kuyken-dalla. Takie rozwi^zanie pozwala wizualizowac pozycj? lodzi na mapie obslugiwanej przez komputer punktu kie-rowania akj z zalozon^ dokladnosci^.
Przedstawione rozwi^zanie pozwala uzyskac doklad-nosc wystarczaj^c^ do koordynowania poszukiwan na akwenach wodnych w nocy, a jednoczesnie obnizyc kosz-ty calego systemu o zakup nawigacji inercyjnej. Doswiad-czenia wykonywane w trakcie realizacji projektu wyka-zaly, ze urz^dzenia nawigacji inercyjnej wspolpracuj^ce z odbiornikami GPS uzywanymi na lodziach motoro-wych pozwalaly uzyskiwac dokladnosc pozycji rz?du 15 cm. Dokonuj^c zestawienia kosztow urz^dzen i dokladnosci pozycjonowania, uznano, ze korzystniejsza i mozliwa do stosowania na wi?ksz^ skal? jest przedsta-wiona powyzej metoda.
D01:10.12845/bitp.35.3.2014.12
4. Sprawdzenie lodzi motorowej dostosowanej do prowadzenia poszukiwan w nocy i systemu wizyjno-koordynacyjnego w warunkach rzeczywistych
Glownym celem badan srodowiskowych byla prak-tyczna weryfikacja poprawnosci, skutecznosci i efektyw-nosci dzialania zaproponowanego rozwi^zania. W trakcie eksperymentow prowadzonych glownie na wodach Za-toki Gdanskiej, praktycznej weryfikacji poddane zosta-ly zasadnosc zmian konstrukcyjnych na lodzi, jak rowniez wspoldzialanie zlokalizowanego na brzegu systemu wizyjno-koordynacyjnego z lodzi^. Kazdy eksperyment byl przeprowadzany w podobny sposob, w pierwszym etapie umieszczano cel poszukiwan - jedn^ z plaw po-miarowych, na z^danej pozycji w wodach Zatoki Gdanskiej. Przyj?to, ze z pewnymi uogolnieniami ten etap badan moze odzwierciedlac zaistnialy wypadek morski. Na-st?pnie przez pewien czas (od 1 h do 2 h) pozwalano, by cel poszukiwan - plawa pomiarowa, podobnie jak to si? dzieje w rzeczywistych poszukiwaniach w sytuacjach SAR, swobodnie dryfowala pod naporem sil srodowi-ska morskiego. W tym czasie dysponuj^c juz parametra-mi wejsciowymi do obliczen: pozycji zaistnialego wy-padku morskiego - pozycji wystawienia plawy pomiaro-wej, parametrami geofizycznymi srodowiska morskiego otaczaj^cego cel poszukiwan oraz pewnymi przyblizenia-mi ksztaltu i charakterystyk dryfowych etc., dokonywa-no wst?pnej symulacji scenariusza poszukiwan. Wszelkie obliczenia zwi^zane z planowanym wykonaniem prak-tycznego poszukiwania nawodnego wykonywane byly przez system wizyjno-koordynacyjny. Po uplywie zada-nego czasu dryfowania rozwi^zane zadanie poszukiwa-nia nawodnego nanoszone bylo na map? w postaci serii wspolrz?dnych tzw. „waypointow".
Na pokladzie lodzi ratowniczej, podobnie jak to si? dzieje w rzeczywistosci, znajdowaly si? trzy osoby: ster-nik i dwoch obserwatorow, ktorych zadaniem bylo od-szukanie na powierzchni morza poszukiwanego obiek-tu - plawy pomiarowej w kolorze zoltym. Obserwatorzy poszukuj^cy plawy pomiarowej byli wykwalifikowanymi motorowodniakami. Kazdorazowo poszukiwania trwaly do chwili wykrycia przez obserwatorow poszukiwanego obiektu. Zakonczeniem kazdej z prob bylo manewrowa-nie w poblizu plawy na roznych kursach i w zroznicowa-nym oswietleniu.
W trakcie doswiadczenia na wodzie operator znajdu-j^cy si? w brzegowym stanowisku kontrolnym mial pod-gl^d na realizacj? zadania oraz ewentualne odchylenia od profili poszukiwania etc. Bylo to mozliwe dzi?ki otrzy-mywaniu drog^ radiow^ z odbiornika GPS, znajduj^ce-go si? na pokladzie lodzi ratowniczej, ci^glej transmisji pozycji w standardzie NMEA 0183, ktora wczytywana byla do elektronicznej mapy nawigacyjnej. Ponadto operator obsluguj^cy brzegowe stanowisko kontrolne w kaz-dej chwili mogl zlokalizowac poszukiwany obiekt, dzi?-ki zainstalowanemu wewn^trz plawy pomiarowej nadaj-nikowi GSM pol^czonemu z odbiornikiem systemu GPS.
Eksperymenty prowadzone byly w róznych warunkach hydrometeorologicznych, jak równiez w warunkach zróznicowanego oswietlenia (ksiçzyc). W trakcie do-swiadczenia przeprowadzany byl eksperyment praktycz-ny zwiizany z okresleniem sredniego zasiçgu wykiycia dla wybranego celu, warunków hydrometeorologicznych i oswietlenia (ksiçzyc).
Analizujic zebrane, dane mozna bylo stwierdzic, ze proponowane rozwiizanie jest poprawne pod wzglç-dem przyjçtych zalozen. Wszystkie misje poszukiwaw-cze zakonczyly siç powodzeniem. Obiekt byl wykrywany w róznych odleglosciach w zaleznosci od oswietlenia po-chodzicego od ksiçzyca. Najlepsze rezultaty uzyskiwa-no, gdy ksiçzyc byl w pelni, ale przykryty cienka warstwi chmur. Nalezy wnioskowac, ze w takich warunkach na-stçpuje równomierne rozproszenie swiatla. Noktowizory w tych warunkach pozwalaly wykrywac obiekt z 250 m, a identyfikowac z 170 m. Podczas innych faz ksiçzyca za-siçgi wykrycia i identyfikacji zmniejszaly siç od 10 do 20 procent. Waznym spostrzezeniem jest równiez to, ze prçdkosc poszukiwan musi byc równiez dobierana w za-leznosci od ilosci swiatla.
5. Podsumowanie
Organizowany ze wzglçdu na swoji specyfikç system ratownictwa wodnego wydaje siç byc najbardziej podatny na implementacjç struktur sieciocentrycznych. W aspek-cie sieci powiizan system wymiany informacji geogra-ficznej wydaje siç byc, zdaniem autorów, elementem naj-bardziej dojrzalym do prób implementacji sieciocentrycz-nosci na gruncie polskim. Z samej swej istoty system ten stanowil powiizania systemów na dlugo przed pojawie-niem siç pojçcia NCW.
W niniejszej pracy starano siç wykazac, ze wlasci-wym sposobem radzenia sobie z integracji przestrzen-nych danych srodowiskowych w procesie planowania dzialan operacyjnych w rejonie wód sródlidowych i przy-brzeznych jest usieciowienie sposobów powiizania infor-macji. Autorzy przedstawili sposoby, które mozna z po-wodzeniem wykorzystac do stworzenia podstaw plano-wania poszukiwan na akwenach wodnych w warunkach nocnych poprzez uzupelnianie dotychczasowego systemu o mapy elektroniczne zespolone z danymi srodowiskowy-mi oraz równoczesne zwiçkszenie dokladnosci pozycjo-nowania podmiotów poszukujicych. Uzyskana tym spo-sobem platforma sieciocentryczna pozwala równiez na wykorzystanie jej do symulowania dzialan.
Tym sposobem wyszczególnione na ryc. 1 brzego-we stanowisko kierowania poszukiwaniami nawodnymi sprowadzalo siç bçdzie li tylko do dysponowania na miej-scu laptopem z systemem licznosci.
Przedstawione rezultaty badawcze projektu wpisuji siç w Krajowy Program Badañ. Zaiozenia polityki nauko-wo-technicznej i innowacyjnej pañstwa z 2011 r., gdzie w rozdziale VII (Bezpieczeñstwo i obronnosc pañstwa) wskazuje siç, ze priorytetowymi obszarami rozwoju tech-nologii w sferze bezpieczenstwa wewnçtrznego si no-woczesne technologie i innowacyjne rozwiizania w za-kresie wykrywania, zwalczania i neutralizacji zagrozen, a w rozdz. IV - Technologie priorytetowe wynikajqce ze
DOI:10.12845/bitp.35.3.2014.12
zdolnosci operacyjnych w zakresie zarzidzania informacji. Realizowany projekt odpowiada równiez na potrze-by rynku sprecyzowane w kolejnym dokumencie progra-mowym pt. Diugoterminowy plan rozwoju prioryteto-wych obszarów badawczych w zakresie techniki i techno-logii obronnych na lata 2007-2019 z 2006 r. W rozdz. V Technologie przeiomowe wskazuje siç na potrzebç rozwi-jania - systemów informacyjnych. Obydwa wspomniane dokumenty si kompatybilne ze Strategiq Rozwoju Systemu Bezpieczeñstwa Narodowego RP 2012-2022 z 2012 r., jak równiez z Biaiq ksiçgq bezpieczeñstwa narodowego RP z 2013 r., gdzie odpowiednio rozdzial IV wska-zuje na potrzebç tworzenia warunków do rozwoju zinte-growanego systemu bezpieczeñstwa narodowego (pkt 2 Cel 5), a rozdz. IV drugiego dokumentu pt. Koncepcja przygotowania systemu bezpieczeñstwa narodowego trak-tuje o jego strategii preparacyjnej. Jak wynika z powyz-szych dokumentów, w obecnej sytuacji istnieje pilna po-trzeba opracowania tematyki objçtej niniejszym projek-tem.
Prezentowane rozwiizania maji zastosowanie w prak-tyce, stwarzajic mozliwosci do skutecznego prowadzenia dzialan ratowniczych w warunkach ograniczonej widocz-nosci i w nocy. Si to rozwiizania potrzebne i oczekiwane do wdrozenia, byc moze wymagajice okreslonej imple-mentacji i dostosowania do potrzeb i oczekiwan poszcze-gólnych sluzb.
Prace badawcze finansowane byly w ramach projektu ce-lowego nr UDA-POIG.01.04.00-22-00S/11-00, „Opraco-wanie innowacyjnego systemu wizyjnego dla ratownictwa wodnego przez firmç SPORTIS S.A." finansowane-go ze srodków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regio-nalnego.
Literatura
1. Popis J., Mozliwosc wykorzystania wçzypozarniczych W-75 w akcji ratowania tonqcego, BiTP Vol. 17 Issue 1, 2010, pp. 141-146.
2. Zasady organizacji ratownictwa wodnego w Krajowym Systemie Ratowniczo-Gasniczym, KG PSP, Warszawa, 2012.
3. Pyrchla J., Przyborski M., Srodowiskowy system informacji geograficznej elementem zabezpieczenia dzialan operacyjnych w strefie przybrzeznej, „Roczniki Geomatyki" Tom IX, Zeszyt 1, Warszawa, 2011.
4. Pyrchla J., Przyborski M., Fuzja systemów ECDIS i GIS na terenach portów, „Roczniki Geomatyki", Tom IX, Zeszyt 1, Warszawa, 2011.
5. Zielinski M., Rozwiqzania sieciocentryczne w silach morskich, „Zeszyty Naukowe AON" Vol. 5S Issue 1, 2005.
6. Zielinski M., Cooperative Engagement Capabilitry (CEC), a obrona zespolu okrqtów, Materialy z XI Konferencji nt.: „Automatyzacja dowodzenia", Pieczyska, 2003.
7. Pyrchla J., Wplyw danych geoinformatycznych na plano-wanie akcji ratowniczych w polskiej strefie SAR, „Roczniki Geomatyki", Tom VIII, Zeszyt 1, Warszawa, 2010.
S. Pyrchla J., Geoinformacja a ratownictwo morskie w swietle badañ dryfu malych obiektów w rejonie Baltyku Poludnio-wego, „Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji" Zeszyt XVIII, 200S. 9. Pyrchla J., Zastosowanie teorii zbiorów rozmytych do repre-zentacji informacji wzrokowych wspomagajqcych lokaliza-cjç obiektów na powierzchni morza, AGH Uczelniane Wy-dawnictwo Naukowo-Dydaktyczne, Kraków, 200S.
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
10. Pyrchla J., Kowalewski M., Dokladnoscprzestrzennych da-nych z hydrodynamicznych modeli Baltyku a bezpieczenstwo w polskim rejonie odpowiedzialnosci SAR, ^rchiwum Fo-togrametrii, Kartografii i Teledetekcji" Zeszyt XIX, 2009.
11. Kowalewska-Kalkowska H., Kowalewski M., Hydrolog-ical forecasting in the Oder Estuary using a three-dimensional hydrodynamic model, "Hydrobiologia" Vol. 554 Issue 1, 2006.
12. Kowalewski M., An operational hydrodynamic model of the Gulf of Gdansk, in Research works based on the ICM's UMPL numerical prediction system results, Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego, 2001.
dr hab. inz. Jerzy Pyrchla - absolwent Wyzszej Szkoly Marynarki Wojennej, doktor habilitowany nauk technicz-nych w dyscyplinie geodezja i kartografia Wydzialu Geo-dezji Gorniczej i Inzynierii Srodowiska Akademii Gorni-czo-Hutniczej w Krakowie, komandor rezerwy Marynarki Wojennej RP. Profesor Akademii Morskiej w Szczeci-nie.
bryg. dr inz. Jacek Zboina - pelni sluzb? w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpozarowej Pan-
D01:10.12845/bitp.35.3.2014.12
stwowym Instytucie Badawczym na stanowisku p.o. Dy-rektora CNBOP-PIB. Specjalizuje si? w ochronie przeciwpozarowej, technicznych systemach zabezpieczen przeciwpozarowych oraz ocenie zgodnosci. Absolwent studiów dziennych inzynierskich i uzupelniaj^cych stu-diów magisterskich w Szkole Glównej Sluzby Pozarni-czej, ukonczyl równiez studia podyplomowe Menedzer Innowacji w Szkole Glównej Handlowej w Warszawie. Stopien naukowy doktora nauk spolecznych w zakresie nauk o bezpieczenstwie uzyskal w Akademii Marynarki Wojennej w Gdyni na Wydziale Dowodzenia i Ope-racji Morskich. Oficer PSP. Rzeczoznawca Komendanta Glównego PSP ds. zabezpieczen przeciwpozarowych.
prof. dr hab. Mariusz Zieliilski - absolwent Wyzszej Szkoly Marynarki Wojennej, Akademii Wojskowej NAL NRD w Dreznie oraz Akademii Dowodzenia Bundesweh-ry w Hamburgu, oficer rezerwy Marynarki Wojennej RP. Wizytator Polskiej Komisji Akredytacyjnej oraz lawnik Odwolawczej Izby Morskiej w Gdyni. Profesor Akademii Marynarki Wojennej oraz Wyzszej Szkoly Administracji i Biznesu w Gdyni.
