8.1. Международная регламентация обеспечения безопасности мореплавания
Корабли
Основными международными организациями, деятельность которых связана с разработкой норм морского права, а также с различными аспектами безопасности мореплавания, в том числе и с исследованием и использованием Мирового океана, являются: Международная морская организация, Комитет по морским перевозкам, Международный морской комитет, Межправительственная океанографическая комиссия ЮНЕСКО, Всемирная метеорологическая организация и др.
Наиболее важные решения по международно-правовому режиму морского пространства принимаются Конференциями ООН по морскому праву.
Все основные проблемы развития международного судоходства и обеспечения его безопасности решает специализированный орган при Организации Объединенных Наций – Международная морская организация – ИМО (International Maritime Organization).
Она создана в 1948 году на морской конференции ООН в Женеве. Сначала было принято решение о создании Межправительственной морской консультативной организации (ИМКО), которая с 1982 года стала называться Международной морской организацией.
Основное назначение ИМО – расширение международного сотрудничества в области обеспечения безопасности мореплавания, разработка рекомендаций по предотвращению морских происшествий и создание условий для повышения эффективности судоходства.
Членом этой организации является и Российская Федерация.
Органом управления ИМО является Совет организации, состоящий из представителей 32 стран.
ИМО имеет пять комитетов: Комитет по безопасности на море, Комитет по предотвращению загрязнения морской среды, Комитет по облегчению формальностей в международном судоходстве, Юридический комитет и Комитет по техническому сотрудничеству.
В составе комитетов имеются подкомитеты (их общее количество равно десяти), в том числе и подкомитет по навигационной безопасности мореплавания.
Высший орган ИМО – Ассамблея, в которой представлены все страны – члены организации. Сессии Ассамблеи рассматривают и утверждают предложения и рекомендации, разработанные в комитетах и рассмотренные Советом. Деятельностью всех органов ИМО руководит Секретариат во главе с Генеральным секретарем.
Под эгидой ИМО разработан целый ряд важных международных соглашений, некоторые из которых возведены в статус международно-правовых норм, связанных с обеспечением безопасности мореплавания.
Эти нормы отражены, в частности, в нижеперечисленных международных конвенциях [29, 30].
Конвенция о международных правилах предупреждения столкновений судов (МППСС-72) – документ, трактующий единые для судов любой страны правила расхождения судов в море.
Правила состоят из пяти частей.
Первая часть (А) определяет область действия правил и вводит основные определения и понятия. Вторая часть (В) регламентирует порядок плавания и маневрирования в различных условиях видимости, в том числе выполнение типовых маневров расхождения, обгона, сближения, пересечения курсов, плавание в узкостях и т. п. Третья часть (С) определяет порядок размещения на судах огней и знаков и правила пользования ими. Четвертая часть (D) регламентирует оснащение кораблей и судов звуковыми и световыми сигналами и порядок подачи их в зависимости от ситуации. Пятая часть (Е) касается судов, построенных до 1977 года, а также некоторых изъятий из правил.
Конвенция об охране человеческой жизни на море (SOLAS-74) представляет собой собрание правовых норм, направленных на повышение безопасности экипажей и пассажиров кораблей и судов, находящихся в море. Конвенция нормирует основные технические характеристики, определяющие безопасность плавания: непотопляемость судов (деление корпуса судна на непроницаемые отсеки); остойчивость судов; надежность механической установки и рулевого привода; наличие устройств и систем, обеспечивающих безопасность судна при аварийных ситуациях; состав средств противопожарной защиты; состав и размещение спасательных средств, в том числе и оснащение кораблей специальной спасательной радиоаппаратурой.
SOLAS-74 определяет порядок передачи информации на суда об опасностях: льдах, штормах, покинутом судне, обледенении и т. п.
Конвенция содержит рекомендации об организации национальных метеорологических служб. В ней указаны также требования, обеспечивающие радиационную безопасность на судах с ядерными энергетическими установками.
Новая редакция главы 5 конвенции SOLAS-74 включает в себя Правила, определяющие требования и обязательства по обеспечению навигационной безопасности мореплавания [36]. В соответствии с этими Правилами правительства
Каждое государство в соответствии с данными Правилами должно оснащать свои воды средствами навигационного оборудования и контролировать наличие на своих судах оборудования, необходимого для обеспечения охраны человеческой жизни на море.
В пятой главе содержится также материал, регламентирующий состав и размещение навигационного оборудования и средств связи на ходовом мостике. Здесь же устанавливаются требования к электромагнитной совместимости аппаратуры ходового мостика. Вся аппаратура ходового мостика гражданских судов должна иметь сертификаты освидетельствования, выданные национальными администрациями.
В состав обязательной навигационной аппаратуры судов включены приемоиндикаторы спутниковой навигационной системы и различных радионавигационных систем.
В Правиле 20 указывается, что на всех судах должна устанавливаться аппаратура, позволяющая автоматически получать данные о текущих координатах судна, а также определять курс судна на немагнитном принципе (например, путем автоматической обработки информации от спутниковых или радионавигационных систем).
Технико-эксплуатационные характеристики навигационных средств гражданских судов должны соответствовать требованиям, приведенным в Резолюциях ИМО (см. ниже).
Международная конвенция по поиску и спасению на море (САР-79) определяет административно-правовые и технические нормы, призванные обеспечить эффективную организацию и координацию действий поисково-спасательных служб всех стран.
В основе этой системы лежит идея разбивки акватории вод Мирового океана на 13 поисково-спасательных районов, в которых прилегающие к ним государства ответственны за координацию поиска и спасения людей, терпящих бедствие в море. Российская Федерация (в составе некоторых других государств) ответственна за организацию спасательных работ в северной части Атлантического океана, в Балтийском море,
В конвенции определяется порядок проведения поисково-спасательных операций и устанавливается система судовых сообщений.
Конвенция по морскому праву (1982 г.) принята Организацией Объединенных Наций на основе разработок ИМО. С целью безопасности мореплавания обязывает государства предпринимать все необходимые меры для обеспечения выполнения следующих условий:
– каждое невоенное судно должно периодически проверяться государственными инспекторами на предмет наличия на нем навигационных карт, мореходных изданий, навигационного оборудования и приборов, необходимых для безопасного плавания;
– на судне должны быть квалифицированные специалисты в области навигации и судовождения;
– капитан, руководящий состав и в необходимой степени экипаж должны быть полностью ознакомлены с правилами предупреждения столкновений и охраны жизни на море.
Конвенция предписывает также, чтобы государства проводили расследования каждой морской аварии или навигационного инцидента.
Содержание конвенции определяет общие принципы установления ширины территориальных вод, границ экономической зоны и морских государственных границ, правовой режим морских портов, внутренних морских вод и вод открытого моря, правовой режим судоходства в экономических зонах, правовой режим проливов и каналов, используемых для международного судоходства, правовой режим морских научных исследований в различных морских пространствах.
Конвенция 1982 года особое внимание уделяет вопросам обеспечения навигационной безопасности при эксплуатации искусственных сооружений на море. Все государства должны давать оповещение о выставлении таких сооружений. Сооружения должны быть оборудованы техническими средствами предупреждения (радиолокационными отражателями, звуковой и световой сигнализацией). Подповерхностные сооружения, представляющие угрозу для судоходства, должны либо эскортироваться судами, либо снабжаться эффективными надводными сигнальными средствами. Вокруг искусственных сооружений предусмотрено создание ограждаемых зон безопасности (шириной до 500 м).
В конвенции определены также общие положения, регулирующие вопросы ответственности, возникающей при столкновении судов.
Международная конвенция о подготовке и дипломировании моряков и несении вахты 1978 г. (ПДМНВ) определяет требования по подготовке специалистов судовождения, а также требования к судам дальнего и прибрежного плавания. Конвенция излагает также организацию вахты, определяет принципы ответственности за безопасность плавания вахтенного помощника капитана и капитана судна.
В 1995 году принята новая версия этой конвенции, которая вступила в силу с 1 февраля 1997 года. Одним из основных изменений конвенции ПДМНВ является включение в нее новых требований, направленных на усиление ее контролирующих функций. В частности, государства-участники конвенции должны представлять в ИМО все детали, относящиеся к административным процедурам обучения и дипломирования, принятым в этой стране, а представленные материалы должны рассматриваться Комитетом ИМО по безопасности на море. Отказ КБМ в одобрении представляемых материалов означает, что дипломы, выдаваемые этой страной, могут быть не признаны в других странах.
Помимо разработки материалов, составляющих основное содержание конвенций по безопасности мореплавания, Международная морская организация готовит и выносит на рассмотрение и утверждение Ассамблеи Резолюции, имеющие отношение к различным аспектам обеспечения навигационной безопасности плавания. К их числу относятся Рекомендации по технико-эксплуатационным требованиям к различным навигационным приборам и системам (Резолюция А.342(9) – авторулевые, А.382(10) – магнитные компасы, А.422(11) – САРП, А.424(11) – гирокомпасы, А.477(12) – судовые РЛС, А.478(12) – измерители скорости, А.574(14), А.577(14) – электронное навигационное оборудование и др.).
К числу недавно принятых относятся Резолюции, устанавливающие требования к приемоиндикаторам СНС НАВСТАР и ГЛОНАСС, РНС
Новыми являются и рекомендации ИМО по планированию рейса с учетом максимального обеспечения навигационной безопасности плавания [Резолюция А.893(21)].
Важным мероприятием, разработанным под эгидой ИМО, является разработка системы разделения движения судов при подходах к портам, в проливах и в районах интенсивного судоходства. Ее сущность состоит в установлении полос однонаправленного движения судов и в их разделении зонами или линиями.
Международная ассоциация маячных служб (МАМС) в целях повышения навигационной безопасности плавания разработала единую систему ограждения навигационных опасностей предостерегательными знаками. Определила форму буев, вех и бакенов и правила их раскраски и расстановки.
Система включает пять типов знаков: латеральные – для ограждения сторон фарватеров и каналов, кардинальные – для ограждения отдельно лежащих опасностей относительно сторон горизонта, знак отдельной опасности – знак, устанавливаемый непосредственно над опасностью, знаки начала фарватера (канала) или его оси, знаки специального назначения – обозначают районы свалки грунта, военных учений, исследований океана и т. п.
В настоящее время под эгидой Комиссии Европейского сообщества (ЕЕС) создана специальная международная Рабочая группа для определения путей создания Всемирной спутниковой навигационной системы (ВСНС), в состав которой, помимо среднеорбитальных СНС, должны входить и геостационарные спутники системы ИНМАРСАТ, обеспечивающие контроль за целостностью ВСНС. Эта Рабочая группа работает в прямом контакте с ИМО.
8.2. Международные стандарты точности судовождения
Резолюция А.529(13) 1983 г. ввела международные стандарты точности судовождения, которые должны применяться при оценке эффективности работы систем, предназначенных для определения места судна.
В этом документе дается следующее определение навигационной опасности: навигационной опасностью считается всякий признанный или нанесенный на карту элемент либо граница, которые могут представлять или очерчивать опасность для судна, либо ограничивать район плавания.
В документе приведены стандарты точности судовождения, по которым может оцениваться эффективность работы систем, предназначенных для определения места судна, следующего со скоростью не более 30 уз:
– в водах, в которых ограничена свобода маневра – стандарт точности определяется в зависимости от местных обстоятельств;
– в прибрежных водах и в водах открытого моря – ошибка места не должна превышать 4% расстояния до опасности и при этом ее максимальное значение должно быть не более 4 миль.
Для характеристики точности обсерваций должен использоваться 95%-й уровень вероятности, то есть в качестве показателя точности используется погрешность, соответствующая вероятности 95%.
Следует заметить, что в данном документе обходится принципиально важный вопрос о том, что следует понимать под характеристикой точности места. Дело в том, что одной и той же 95-процентной доверительной вероятности могут соответствовать различные характеристики или показатели точности – различные оценочные фигуры погрешностей: эллипс, круг, квадрат, прямоугольник, ромб, являющиеся при нормальном законе распределения функциями от параметров объективного в общем случае эллиптического распределения погрешностей места.
Игнорируя этот вопрос, стандарт ИМО не устраняет полностью неопределенность в трактовке стандартной погрешности. Использование разных показателей точности, даже и соответствующих одной и той же доверительной вероятности, может привести к несовместимым результатам анализа одной и той же навигационной ситуации, связанной с навигационным происшествием.
При использовании стандарта точности ИМО возникает и другая проблема, сущность которой состоит в следующем.
Если опираться на главный критерий – критерий безопасности плавания, то требование допустимой погрешности места в 4% (но не более 4 миль) не соответствует обоснованным вероятностным нормам.
Действительно, по стандарту ИМО допустимая радиальная СКП находится из условия kpM < 0,04D. Для вероятности 0,95 коэффициент kp » 1,73, поэтому по стандарту допустима радиальная СКП, равная М = (0,04 / 1,73)D = 0,023D.
С вероятностных позиций требование к радиальной СКП может быть существенно ниже. Это вытекает из следующего рассуждения: для того, чтобы стандартный круг, в котором находится действительное место судна с вероятностью 0,95, не коснулся навигационной опасности, находящейся на расстоянии D, допустимая радиальная СКП согласно формуле (3.2.1) должна быть не более М = D/1,73 = 0,58D.
Сравнивая эти допустимые радиальные СКП, видно, что для обеспечения безопасного положения судна относительно ближайшего навигационного препятствия допустимы существенно большие погрешности, чем нормативные. Отсюда вывод: с позиций безопасности судовождения (но не по критериям необходимой точности функционирования навигационных систем) требования ИМО носят явно перестраховочный характер.
Не поддается научному обоснованию и наибольшая допустимая предельная погрешность места, равная четырем милям.
Недостатком стандарта ИМО является также и то, что приведенные в нем допустимые интервалы счисления не учитывают фактические условия плавания (главным образом, характер течения и степень достоверности имеющейся информации о нем) и поэтому их практическая ценность представляется весьма сомнительной. Выполненные расчеты показали, что в некоторых реальных условиях плавания допустимые интервалы счисления могут отличаться от нормативов ИМО в несколько раз. Точностные нормативы имеют смысл лишь тогда, когда они привязаны к условиям и задачам плавания.
Сравнительно новая Резолюция ИМО А.815.19 определяет точностные нормативы знания координат в стесненных водах и на подходах к портам при наличии на судне современной спутниковой навигационной системы: допустимая величина погрешности определения места – не более 10 м (с вероятностью 0,95), интервал дискретности обновления координат не более 2 с.
Международная ассоциация маячных служб (МАМС) разработала свои более конкретные требования к точности судовождения с учетом условий плавания. В табл. 8.2.1 представлены требования МАМС к величине предельной погрешности места Rд (для Р = 0,95), допустимому времени производства обсервации t и допустимым интервалам между обсервациями Dt. Данные этой таблицы приближенно соответствуют результатам расчета по приведенным выше формулам для определения допустимой СКП места и дискретности обсерваций.
Таблица 8.2.1
| Район плавания | Rд | t | Dt |
| Каналы, фарватеры, системы разделения движения Подходы к портам и узкостям Прибрежное плавание Открытое море | 20% ширины канала, полосы движения 50 … 200 м 4 … 20 каб 2 … 4 мили | 6 … 10 с 0,5 … 3 мин 1 … 3 мин 10 … 15 мин | 6 … 10 с 1 … 5 мин 10 … 30 мин 2 … 4 ч |
В странах Северного Атлантического блока (НАТО) принято соглашение STANAG 4278 «Методы выражения навигационной точности», стандартизирующее погрешности, используемые для оценки точности навигационной информации. Этот документ был опубликован в 1986 г. и ратифицирован всеми государствами, входящими в организацию НАТО.
В соответствии с этим стандартом для оценки точности навигационных величин и при решении задач морской навигации используются погрешности, соответствующие вероятности 0,95 [19]. При этом не исключается использование и погрешностей, соответствующих другим вероятностям (например, вероятных погрешностей LEP, соответствующих вероятности 50%, или средних квадратических – RMS, соответствующих вероятности 0,68).
При оценке точности двухмерных навигационных величин норматив НАТО исходит не из общего случая эллиптического распределения нормально распределенных погрешностей на плоскости (как это принято в России), а из частного случая, при котором средние квадратические погрешности места sx и sy по двум ортогональным осям взаимонезависимы и равны (sx = sy = s), то есть из условия кругового распределения погрешностей места. Их двухмерная (радиальная) средняя квадратическая погрешность равна 2d RMS = 1,41s. При этом признается, что в действительности указанное равенство СКП по главным осям эллипса соблюдается редко. В стандарте указывается, что в том случае, если sx ¹ sy, необходимо использовать не круговую, а линейные погрешности по каждому ортогональному направлению. В этом смысле используемая в Российском Флоте радиальная погрешность, вычисляемая при любом соотношении главных осей эллипса погрешностей, более универсальна и практична.
8.3. Международные требования по управлению безопасностью
Резолюцией ИМО А.741 (18) в 1994 году введен Международный кодекс по управлению безопасной эксплуатацией судов и предотвращением загрязнения водной среды. Приложение к этой Резолюции называется «Международный кодекс по управлению безопасностью (МКУБ)».
Цель этого документа состоит в создании международного стандарта по управлению безопасностью мореплавания, направленного на обеспечение безопасности на море и на предотвращение несчастных случаев или гибели людей.
В кодексе изложены общие принципиальные требования к организации управления безопасностью, на основе которых должны разрабатываться национальные требования.
Считается, что краеугольным камнем эффективного управления безопасностью является безукоснительное выполнение требований кодекса и компетентность всех лиц и организаций, связанных с мореплаванием.
Каждая судоходная компания должна разработать и задействовать систему управления безопасностью, которая включает функциональные требования по следующим направлениям:
– политика в области безопасности;
– инструкции и процедуры для обеспечения безопасности мореплавания, соответствующие международному праву и национальному законодательству;
– установленный объем полномочий и линий связи между персоналом на берегу и на судне, а также внутри них;
– процедуры передачи сообщений об авариях и случаях несоблюдения положений данного Кодекса;
– процедуры подготовки к аварийным ситуациям и правил действий при авариях.
Компания должна определить лиц, ответственных за руководством безопасностью мореплавания и четко сформулировать (в виде документа) ответственность капитана судна в отношении создания на судне функциональной системы по управлению безопасностью.
МКУБ предусматривает необходимость комплектования судна квалифицированными и дипломированными моряками, соответствующими международным и национальным требованиям.
На каждом судне должно быть Наставление по управлению безопасностью и комплект программ учений экипажа по отработке действий в аварийных ситуациях, а также по проверке технических средств и устранению их повреждений.
Каждому невоенному судну после проверки системы управления безопасностью выдается соответствующий документ – свидетельство, подтверждающее эффективность судовой системы управления безопасностью. При этом отдельно удостоверяется безопасность судна по конструкции, по надежности оборудования, радиооборудования и по комплектности снабжения.
При нарушении судном системы обеспечения безопасности администрация порта принимает меры, чтобы судно не вышло в море до тех пор, пока не будет исправлено положение дел.
В приказе Министра транспорта Российской Федерации (1994 г.) «О мерах повышения безопасности плавания» предусматриваются организационные меры, связанные с введением в действие Кодекса по управлению безопасностью. К ним относятся:
– разработка руководящих указаний и инструкций для капитанов судов, командного состава и экипажей судов по обеспечению безопасности мореплавания;
– установление системы, обеспечивающей получение от капитанов судов немедленной информации обо всех аварийных случаях с целью принятия своевременных мер по оказанию необходимой помощи судну и людям, а также предоставление материалов для расследования аварийных случаев капитанами морских портов;
– контроль за проведением учений и тренировок по обеспечению живучести судна и выживаемости людей на море, проведение тренажерной подготовки экипажей в береговых тренажерных центрах;
– обеспечение судов современными спасательными средствами и средствами борьбы за живучесть;
– изучение требований и рекомендаций международных конвенций, национальных руководящих правил и нормативно–технических документов;
– внедрение на судах современных технических средств судовождения и связи, автоматизации и компьютеризации;
– запрещение допуска членов экипажа к выполнению ими своих обязанностей в том случае, если они не прошли курс обучения на тренажерах или на учебных судах.
Приказом Министра транспорта РФ (1996 г.) предусмотрена сертификация невоенных организаций и судов на соответствие требованиям международной Конвенции по управлению безопасностью.
Таким образом, для обеспечения и контроля навигационной безопасности мореплавания в настоящее время создана необходимая нормативная база, регламентирующая деятельность всех судоводителей и судоходных компаний.
Организационная деятельность по руководству безопасностью плавания осуществляется в соответствии с требованиям уставных положений и руководящих документов с учетом основных рекомендаций международных организаций и всех норм международного морского права.
8.4. Основные положения соглашения о предотвращении инцидентов в открытом море
С целью повышения безопасности кораблей от столкновений в открытом море в 1972 г. между правительствами СССР и США было принято Соглашение о предотвращении инцидентов в открытом море и в воздушном пространстве над ним (протокол к нему подписан в 1973 г.).
В этом Соглашении [30] подчеркивается, что при нахождении кораблей на близком расстоянии они должны оставаться на таком расстоянии, чтобы избежать столкновения.
При встрече с соединением кораблей другой стороны или действуя вблизи него, во исполнение МППСС-72 корабли должны избегать такого маневрирования, которое затруднило бы выполнение маневров этим соединением.
Корабли, ведущие наблюдение за другими кораблями, обязаны удерживаться на расстоянии, исключающем риск столкновения, а также избегать
При маневрировании на визуальной видимости корабли должны придерживаться правил безопасности и для обозначения своих действий пользоваться сигналами МППСС-72 и Международного свода сигналов (МСС).
Корабли сторон не должны предпринимать имитацию атак в направлении встречных кораблей другой стороны.
При проведении учений с подводными лодками корабли обеспечения должны нести соответствующие сигналы по Международному своду сигналов.
Корабли не должны стеснять маневры кораблей другой стороны, выполняемые для приема самолетов или снабжения на ходу. О намерении взлета (посадки) самолетов с кораблей последние должны поднимать соответствующие сигналы.
Данное соглашение может применяться не только в открытом море, но и в экономической зоне (при условии, если действия кораблей не затрагивают экономической деятельности прибрежного государства).
Приложения
Приложение 1
Таблица функции Лапласа – интеграл вероятностей
(функция нормального распределения)
| z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 | 0,000 080 158 236 311 0,383 452 516 576 632 0,683 729 770 806 838 0,866 890 911 928 943 0,954 964 972 979 984 0,988 991 993 995 996 0,997 998 999 999 999 | 0,008 088 166 243 318 0,390 458 522 582 637 0,688 733 774 810 842 0,869 893 913 930 944 0,956 965 973 979 984 0,988 991 993 995 996 0,997 998 999 999 999 | 0,016 095 174 251 325 0,397 465 528 588 642 0,692 737 777 813 844 0,871 895 915 931 945 0,957 966 974 980 984 0,988 991 993 995 996 0,997 998 999 999 999 | 0,024 103 182 259 333 0,404 471 535 594 648 0,697 742 781 816 847 0,874 897 916 933 946 0,958 967 974 980 985 0,989 991 993 995 996 0,997 998 999 999 999 | 0,032 111 190 266 340 0,411 478 541 599 653 0,702 746 785 820 850 0,876 899 918 934 948 0,959 968 975 981 985 0,989 992 994 995 997 0,998 998 999 999 999 | 0,040 119 197 274 347 0,418 484 547 605 658 0,706 750 789 823 853 0,879 901 920 936 949 0,960 968 976 981 986 0,989 992 994 995 997 0,998 998 999 999 999 | 0,048 127 205 281 354 0,424 491 553 610 663 0,711 754 792 826 856 0,881 903 922 937 950 0,961 969 976 982 986 0,990 992 994 996 997 0,998 998 999 999 999 | 0,956 135 213 289 362 0,431 497 559 616 668 0,715 758 796 829 858 0,884 905 923 938 951 0,962 970 977 982 986 0,990 992 994 996 997 0,998 998 999 999 999 | 0,064 143 221 296 369 0,438 504 564 621 673 0,720 762 799 832 861 0,886 907 925 940 952 0,962 971 977 983 987 0,990 993 995 996 997 0,998 998 999 999 999 | 0,072 151 228 304 376 0,445 510 570 626 678 0,724 766 803 836 864 0,888 909 927 941 953 0,963 972 978 983 987 0,990 993 995 996 997 0,998 999 999 999 999 |
Приложение 2
Приближенные средние квадратические погрешности навигационных параметров: частные (m), повторяющиеся (mo), полные (mп) и осредненные коэффициенты взаимной корреляции (r)
| Вид, средство измерения навигационного параметра | Условия НП | Вид СКП | r | ||
| m | mo | mп | |||
| Гирокомпасный пеленг Пеленг по магнитному компасу Пеленг РЛС Дистанция РЛС РНС РНС «Омега» РНС «Декка» Высота светила Радиопеленг | j £ 60о j > 60о после маневра без качки качка мех. виз. эл. визир. шкала до 15 миль авт.изм. поверх. р/в пр. р/в: – день – ночь – день ночь Солнце звезды день ночь | 0,3…0,6o 0,4…0,7o 0,4…0,7o 0,5…1,0o 0,8…1,7o 0,8…1,6o 0,4…1,0o 0,004D 14…57м 0,3…0,6мкс 0,6…0,8мкс 0,9…1,2мкс 0,04…0,22 фц 0,03…0,07 фц 0,10…0,12 фц 0,3…0,7' 0,4…1,2' 0,8…1,6o 1,0…2,7o | 0,2…0,4o 0,3…0,5o 0,6…1,2o 0,4…0,8o 0,4…1,1o 0,5…1,6o 0,5…1,6o 0,004D 14…57м 0,3…0,6мкс 0,4…0,6мкс 0,8…1,0мкс 0,04…0,12 фц 0,02…0,04 фц 0,03…0,15 фц 0,2…0,4' 0,2…0,4' 0,5…1,6o 0,5…1,6o | 0,4…0,7o 0,5…0,8o 0,7…1,4o 0,7…1,2o 1,0…2,0o 0,9…2,3o 0,6…1,7o 0,005D 20…80м 0,4…0,7мкс 0,7…1,0мкс 1,0…1,5мкс 0,06…0,23 фц 0,04…0,12 фц 0,04…0,20 фц 0,4…0,8' 0,6…1,2' 0,9…2.2o 1,1…3,7o | 0,3…0,4 0,6…1,0 0,3…0,6 0,3…0,4 0,2…0,5 0,3…0,6 0,5 0,5 0,2…0,3 0,3…0,5 0,4…0,6 0,4…0,6 0,3…0,4 0,4…0,7 0,2…0,6 0,2…0,6 0,3…0,6 0,2…0,3 |
Приложение 3
Вероятность эллиптической погрешности
| с | P | с | P | с | P | с | P |
| 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30 | 0,16 0,19 0,22 0,24 0,27 0,30 0,33 0,36 0,39 0,42 0,45 0,48 0,51 0,54 0,57 | 1,35 1,40 1,45 1,50 1,55 1,60 1,65 1,70 1,75 1,80 1,85 1,90 1,95 2,00 2,05 | 0,60 0,62 0,65 0,67 0,70 0,72 0,74 0,76 0,78 0,80 0,82 0,83 0,85 0,86 0,88 | 2,10 2,15 2,20 2,25 2,30 2,35 2,40 2,45 2,50 2,55 2,60 2,65 2,70 2,75 2,80 | 0,89 0,90 0,91 0,92 0,93 0,94 0,944 0,950 0,956 0,961 0,966 0,970 0,974 0,977 0,980 | 2,85 2,90 2,95 3,00 3,05 3,10 3,15 3,20 3,25 3,30 3,35 3,40 3,45 3,50 3,55 | 0,983 0,985 0,987 0,989 0,990 0,992 0,993 0,994 0,995 0,996 0,996 0,997 0,997 0,998 0,998 |
Приложение 4
Нормированная радиальная погрешность
и вероятность радиальной погрешности
| P | kp | P | kp | P | kp |
| 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,632 0,65 0,70 | 0,47 0,54 0,60 0,66 0,71 0,77 0,83 0,89 0,96 1,00 1,02 1,10 | 0,75 0,80 0,85 0,90 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,982 | 1,18 1,27 1,38 1,52 1,55 1,59 1,63 1,68 1,73 1,79 1,87 2,00 | 0,990 0,991 0,992 0,993 0,994 0,995 0,996 0,997 0,998 0,9990 0,99988 0,99990 | 2,15 2,17 2,20 2,23 2,26 2,30 2,35 2,41 2,49 2,63 3,00 3,03 |
Приложение 5
Величина М¢ для расчета радиальной средней квадратической погрешности обсервации
по двум независимым навигационным изолиниям
| l | q, градусы | ||||||||
| 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | |
| 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 | 5,79 5,87 6,01 6,20 6,44 6,71 7,03 7,37 7,75 8,14 | 2,94 2,98 3,05 3,15 3,27 3,41 3,57 3,74 3,93 4,13 | 2,01 2,04 2,09 2,15 2,24 2,33 2,44 2,56 2,69 2,83 | 1,56 1,59 1,62 1,67 1,74 1,81 1,90 1,99 2,09 2,20 | 1,31 1,33 1,36 1,40 1,46 1,52 1,59 1,67 1,76 1,85 | 1,16 1,18 1,20 1,24 1,29 1,35 1,41 1,48 1,55 1,63 | 1,07 1,08 1,11 1,15 1,19 1,24 1,30 1,36 1,43 1,50 | 1,02 1,03 1,06 1,09 1,13 1,18 1,24 1,30 1,37 1,44 | 1,00 1,02 1,04 1,08 1,12 1,17 1,22 1,28 1,34 1,41 |
П р и м е ч а н и я: mлп (м) – меньшая погрешность линии положения, mлп (б) – большая погрешность линии положения, радиальная СКП М = М' ´ mлп (б), размерность М соответствует размерности mлп (б).
Приложение 6
Критические нормированные разности tP
(распределение Стьюдента)
| n | Вероятность Р | n | Вероятность Р | ||||||
| 0,90 | 0,95 | 0,99 | 0,999 | 0,90 | 0,95 | 0,99 | 0,999 | ||
| 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | 6,31 2,92 2,35 2,13 2,02 1,94 1,89 1,86 1,83 | 12,7 4,30 3,18 2,77 2,57 2,45 2,36 2,31 2,26 | 63,7 9,92 5,84 4,60 4,03 3,71 3,50 3,36 3,25 | 636 31,6 12,9 8,61 6,86 5,96 5,40 5,04 4,78 | 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 | 1,81 1,80 1,78 1,77 1,76 1,75 1,75 1,74 1,73 1,73 | 2,23 2,20 2,18 2,16 2,14 2,13 2,12 2,11 2,10 2,09 | 3,17 3,11 3,06 3,01 2,98 2,95 2,92 2,90 2,88 2,86 | 4,59 4,49 4,32 4,22 4,14 4,07 4,02 3,96 3,92 3,88 |
Приложение 7
Допустимые радиальные средние квадратические
погрешности места корабля
| D' | Вероятность Р | ||||
| 0,900 | 0,950 | 0,990 | 0,995 | 0,999 | |
| 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 | 0,13 0,26 0,39 0,53 0,66 0,79 0,92 1,05 1,19 1,32 1,45 1,58 1,71 1,84 1,98 2,11 2,24 2,37 2,50 2,64 2,77 2,90 3,03 3,16 3,29 | 0,12 0,23 0,35 0,46 0,58 0,69 0,81 0,92 1,04 1,15 1,27 1,39 1,50 1,62 1,73 1,85 1,96 2,08 2,19 2,31 2,43 2,54 2,66 2,77 2,89 | 0,09 0,19 0,28 0,37 0,46 0,56 0,65 0,74 0,84 0,93 1,02 1,12 1,21 1,30 1,40 1,49 1,58 1,68 1,77 1,86 1,96 2,05 2,14 2,24 2,33 | 0,09 0,17 0,26 0,35 0,43 0,52 0,61 0,69 0,78 0,87 0,95 1,04 1,13 1,22 1,30 1,39 1,48 1,56 1,65 1,74 1,82 1,91 2,00 2,08 2,17 | 0,08 0,15 0,23 0,30 0,38 0,46 0,53 0,61 0,68 0,76 0,84 0,91 0,99 1,06 1,14 1,21 1,29 1,37 1,44 1,52 1,60 1,67 1,75 1,83 1,90 |
П р и м е ч а н и е. Расстояние и СКП выражены в одинаковых единицах длины.
Приложение 8
Допустимая линейная СКП места при плавании по фарватеру
(полосе, морскому каналу)
| d' = d – l | Вероятность | |||
| 0,95 | 0,99 | 0,995 | 0,999 | |
| 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 | 0,12 0,24 0,36 0,49 0,61 0,73 0,85 0,97 1,09 1,21 1,34 1,46 1,58 1,70 1,82 1,94 2,07 2,19 2,31 2,43 | 0,09 0,17 0,26 0,34 0,43 0,52 0,60 0,69 0,77 0,86 0,95 1,03 1,12 1,20 1,29 1,38 1,46 1,55 1,63 1,72 | 0,08 0,15 0,23 0,31 0,39 0,47 0,54 0,62 0,70 0,78 0,85 0,93 1,01 1,09 1,16 1,24 1,32 1,40 1,47 1,55 | 0,06 0,13 0,19 0,25 0,32 0,38 0,44 0,51 0,57 0,63 0,70 0,76 0,83 0,89 0,95 1,02 1,08 1,14 1,21 1,27 |
П р и м е ч а н и е. Таблица составлена для условия 0,5F > 3m. Размерность mд соответствует размерности d' (СКП и расстояния выражены в одинаковых единицах длины).
Приложение 9
Допустимое расстояние до опасной изобаты
(до навигационных опасностей, расположенных с одного борта)
Dд = D'д + l + d
| М | Вероятность | |||
| 0,95 | 0,99 | 0,995 | 0,999 | |
| 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 | 0,116 0,233 0,465 0,698 0,930 1,163 1,396 1,628 1,861 2,094 2,326 2,559 2,792 3,024 3,257 3,489 | 0,164 0,329 0,658 0,986 1,315 1,644 1,973 2,302 2,630 2,959 3,288 3,617 3,946 4,274 4,603 4,932 | 0,182 0,364 0,728 1,092 1,457 1,821 2,185 2,549 2,913 3,277 3,642 4,006 4,370 4,734 5,098 5,462 | 0,222 0,445 0,889 1,334 1,779 2,224 2,669 3,113 3,558 4,003 4,448 4,892 5,337 5,782 6,227 6,671 |
П р и м е ч а н и е. Расстояния и СКП выражаются в одинаковых единицах длины.
Приложение 10
Допустимое расстояние до ближней кромки фарватера
(полосы, морского канала)
d = d' + l
| m | Вероятность | |||
| 0,95 | 0,99 | 0,995 | 0,999 | |
| 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 | 0,164 0,329 0,658 0,987 1,316 1,645 1,974 2,303 2,632 2,961 3,290 3,619 3,948 4,277 4,606 4,935 | 0,232 0,465 0,930 1,395 1,860 2,325 2,790 3,255 3,720 4,185 4,650 5,115 5,580 6,045 6,510 6,975 | 0,257 0,515 1,030 1,545 2,060 2,575 3,090 3,605 4,120 4,635 5,150 5,665 6,180 6,695 7,210 7,725 | 0,314 0,629 1,258 1,887 2,516 3,145 3,774 4,403 5,032 5,661 6,290 6,919 7,548 8,177 8,806 9,435 |
П р и м е ч а н и е. Таблица составлена для условия 0,5F > 3m. Расстояние и СКП выражаются в одинаковых единицах длины.
Приложение 11
Допустимое отклонение от оси фарватера
(полосы, морского канала)
f = (f' ´ F) – l
| m'= m / F | Вероятность | |||
| 0,95 | 0,99 | 0,995 | 0,999 | |
| 0,004 0,006 0,008 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 | 0,493 0,490 0,487 0,483 0,467 0,451 0,434 0,418 0,401 0,385 0,368 0,352 0,335 0,319 0,303 0,286 0,270 0,253 0,237 | 0,491 0,486 0,481 0,477 0,453 0,430 0,407 0,384 0,360 0,337 0,314 0,291 0,267 0,244 0,221 0,198 0,174 0,151 0,128 | 0,490 0,484 0,479 0,474 0,448 0,423 0,397 0,371 0,345 0,320 0,294 0,268 0,242 0,217 0,191 0,165 0,139 0,114 0,088 | 0,487 0,481 0,475 0,468 0,437 0,406 0,374 0,343 0,311 0,280 0,248 0,217 0,185 0,154 0,123 0,091 0,060 0,028 0 |
П р и м е ч а н и е. Таблица составлена для условия 0,5F ³ 3 m. Отклонения и СКП выражены в одинаковых единицах длины.
Приложение 12
Вероятностные модели погрешностей навигационных
измерений и их использование для оценки навигационной
безопасности плавания
При отсутствии промахов и при надежной компенсации (учете) систематических погрешностей результаты любых измерений отягощены случайными погрешностями.
Для их оценки используются вероятностные модели, функции которых выполняют законы распределения случайных погрешностей.
Закон распределения случайных погрешностей определяет вероятность появления фактических погрешностей в тех или иных численных интервалах. С его помощью можно решить две основные задачи: определить вероятность появления погрешности, не выходящей за заданный предел и, наоборот, определить предельное значение погрешности, соответствующее заданной вероятности.
Параметры законов распределения оцениваются статистическим способом по результатам специально выполненных многочисленных измерений.
При оценке навигационной безопасности плавания чаще всего используются три основных модели случайных погрешностей измерения одномерных величин:
– Гауссова модель, основанная на использовании нормального закона распределения;
– Лапласовская модель, основанная на использовании закона распределения Лапласа, называемого иногда двухсторонним экспоненциальным законом;
– модель максимальных (экстремальных) погрешностей, основанная на использовании двойного экспоненциального закона распределения.
Каждая из этих моделей может быть использована лишь при определенных условиях. Критерием выбора того или иного закона является степень адекватности закона фактическому распределению погрешностей различной величины.
Для этого производится специальный эксперимент, в процессе которого в одинаковых условиях производится большая серия измерений одной и той же величины. Затем вычисляются отклонения результатов измерений от истинного (эталонного) или от среднего арифметического значения и по определенной методике (см., например, [45]) вычисляется статистическая вероятность погрешностей, попавших в заданные интервалы. На этом основании делается предварительное суждение о законе распределения. Затем с помощью статистических критериев убеждаются в правильности принятой гипотезы и после этого по полученным данным определяют параметры данного закона распределения.
В некоторых случаях суждение о законе распределения выносится априорно, на основании теоретических положений теории вероятностей.
Рассмотрим сущность первых двух математических моделей и возможность их применения к анализу и оценке навигационной безопасности плавания (третья модель рассмотрена в четвертой главе основного текста книги).
Гауссова модель погрешностей измерения
(нормальный закон распределения)
На процесс измерения навигационных величин влияют множество случайных факторов – колебания внешней среды, параметров измерительного прибора и объекта измерения, несовершенство навыков оператора и т. п. Каждый из этих факторов формирует свою частную составляющую результирующей погрешности измерения. Если среди совокупности влияющих факторов отсутствует резко выделяющийся фактор, то при любом распределении частных погрешностей результирующая погрешность согласно центральной предельной теореме теории вероятностей подчиняется нормальному закону распределения.
Результаты выполненных экспериментов показывают, что погрешности навигационных измерений, как правило, подчиняются нормальному закону. От комплекса условий измерения (вид прибора, характер измеряемой величины, состояние параметров среды и объекта измерения) зависит лишь единственный параметр этого закона — величина средней квадратической погрешности.
Именно поэтому методы оценки точности и навигационной безопасности плавания в большинстве случаев опираются на Гауссову модель случайных погрешностей.
Функция нормального закона распределения случайных погрешностей, определяющая вероятность появления погрешности в пределах от 0 до заданного значения Dз, определяется выражением
(1-П)
где s – среднее квадратическое значение погрешности (средняя квадратическая погрешность единичного измерения).
Геометрически вероятность изображается заштрихованной площадью, заключенной между кривой плотности нормального распределения (подынтегральной функцией) и осью абсцисс и ограниченной ординатами, проходящими через точки заданной погрешности (рис. 1-П).
Функция (1-П) зависит от двух аргументов – от Dз и s. Для составления таблиц погрешность Dз нормируется, то есть выражается в величинах s
где z – нормированная погрешность.
Выразив формулу (1-П) через нормированную погрешность, получим формулу, которая носит название интеграла вероятностей или функции Лапласа:
(2-П)
По этой формуле составлена табл. 1-б МТ-75 (табл. 4.7 МТ-96), а также табл. приложения 1 к основному содержанию данной книги.
Последовательность расчета вероятности:
– рассчитывается нормированная погрешность z = Dз / s;
– из таблицы функции Лапласа по аргументу z выбирается искомая вероятность.
Следует иметь в виду, что в некоторых литературных источниках интеграл вероятностей приводится в других вариантах. В некоторых из них вместо коэффициента 2 используется коэффициент 1, в некоторых используются другие пределы интегрирования. Поэтому, для избежания ошибок полезно формуле интеграла вероятностей, представленной в ином, чем формула (2-П), виде, дать графическую интерпретацию, помня при этом, что любой интеграл численно равен площади под кривой подынтегральной функции, ограниченной ординатами, равными пределам интегрирования.
Особенностью Гауссовой модели является следующее.
Поскольку эта модель характеризуется одним параметром – средней квадратической погрешностью s (ее оценочное значение, определенное по результатам измерения в кораблевождении принято обозначать символом m), то с изменением условий измерения необходимо уточнять и используемую СКП. Использование СКП, вычисленной для одних условий, в другом комплексе условий приводит к существенным методическим ошибкам, составляющим в некоторых случаях десятки процентов [18].
При прогнозировании навигационной безопасности плавания перед выходом корабля в море необходимо иметь информацию о СКП в различных ожидаемых условиях плавания. Если такая информация отсутствует, то при предварительной оценке безопасности плавания целесообразно ориентироваться на Лапласовскую модель случайных погрешностей.
При оценке навигационной безопасности плавания непосредственно в море все вероятностные расчеты для каждого участка маршрута должны предваряться оценкой СКП, соответствующей данным конкретным условиям, используя при этом нормальный закон распределения.
Лапласовская модель погрешностей
(закон распределения Лапласа)
В реальных условиях не всегда удается оценить среднюю квадратическую погрешность для каждого комплекса условий. В таких случаях вынужденно используется осредненное для широкого диапазона условий значение СКП. При этом, как сказано выше, допускается методическая погрешность в расчетах вероятности.
Для расчета вероятности погрешностей при прямых навигационных измерениях в условиях неопределенности СКП вместо нормального закона распределения целесообразно пользоваться законом распределения Лапласа (двухсторонним экспоненциальным законом), функция распределения которого зависит не от отдельного значения средней квадратической погрешности, а от ее математического ожидания, то есть от среднего арифметического ее значения.
Известно [28], что плотность распределения случайных погрешностей, подчиняющихся закону распределения Лапласа, описывается каноническим выражением
(3-П)
где ÷Dú – модуль случайной погрешности; b – параметр закона.
Выбор параметра зависит от условий, в которых рассматриваются случайные погрешности навигационных величин. Если случайные погрешности имеют нормальную плотность распределения, но их среднее квадратическое значение изменяется, то параметр b равен следующему выражению:
(4-П)
где М (s) – математическое ожидание рандомизированных средних квадратических погрешностей, соответствующих различным условиям измерения навигационных величин.
Оценкой математического ожидания является среднее арифметическое значение, рассчитанное по всем СКП, полученным в различных комплексах условий, то есть
(5-П)
где n – количество СКП; si – СКП, свойственная
Проинтегрировав выражение (3-П) и учтя формулу (4-П), получим функцию распределения погрешностей, подчиняющихся закону распределения Лапласа:
(6-П)
Поскольку единственным параметром закона распределения Лапласа является математическое ожидание средней квадратической погрешности, то Лапласовская модель погрешностей характеризует как бы осредненную вероятность появления погрешности в заданных пределах, соответствующую широкому комплексу разнородных условий.
В табл. 1-П приведены вероятности появления погрешностей, превышающих заданное нормированное значение zз, вычисленные по нормальному закону и закону распределения Лапласа.
Т а б л и ц а 1-П
| Закон | zз | |||||||||
| 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | |
| Нормальный Лапласа | 0,69 0,61 | 0,55 0,53 | 0,42 0,37 | 0,32 0,29 | 0,13 0,15 | 0,046 0,080 | 0,012 0,044 | 0,003 0,024 | 0,001 0,013 | 0,000 0,007 |
Видно, что для нормированных погрешностей z < 1 закон распределения Лапласа приводит к заниженным по сравнению с нормальным законом вероятностям, а для z > 1 — к завышенным.
В отличие от использования Гауссовой модели, которая практически исключает появление нормированных погрешностей z > 3,0, при использовании Лапласовской модели вероятность такого события отличается от нуля. Следовательно, при оперировании большими нормированными погрешностями Лапласовская модель является более осторожной, более настораживающей, чем Гауссова. Однако, как это следует из приведенной таблицы, различие вероятностей для указанных больших z в самом неблагоприятном случае не превышает двух процентов.
Закон распределения Лапласа может служить моделью распределения совокупности неравноточных погрешностей, подчиняющихся в пределах своего узкого комплекса условий нормальному закону. Это означает, что данная модель применима лишь для всей обобщенной совокупности условий, в пределах которых средняя квадратическая погрешность подвержена случайным колебаниям, то есть в тех случаях, когда независимо от фактических условий в расчет принимается одно и то же осредненное значение средней квадратической погрешности.
Осреднение средних квадратических погрешностей при использовании закона распределения Лапласа ведет и к осредненной оценке искомой вероятности и связанных с нею элементов, характеризующих навигационную безопасность плавания. Но любая осредненная оценка должна и применяться только к соответствующим осредненным условиям. Если фактические условия отличаются от осредненных, то Лапласовская модель окажется приближенной. Исследование, выполненное в работе [18], показало, что методическая погрешность при замене фактической СКП ее осредненным значением может доходить до нескольких десятков процентов. Поэтому было бы нелогично и неправомерно использовать закон распределения Лапласа вместо нормального в условиях с надежно известной СКП.
Закон распределения Лапласа может быть использован при расчете осредненных обобщенных оценок при предварительном ориентировочном расчете навигационной безопасности плавания для средних прогностических условий. В море этот закон допустимо использовать только при отсутствии информации о конкретной величине СКП навигационного параметра.
Добавить комментарий