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Die Erfindung bezieht sich auf elektronische Marine-Navigationsgeräte und kann in der Navigationsgerätetechnik für elektronische Kartografie in Seefahrzeugen und bei Küstenstationen für Schiffsverkehrsleitung in Koordinierungs- und Rettungs-Marinezentralen angewendet werden.
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Aus dem Stand der Technik ist ein integriertes Navigationssystem bekannt (Gebrauchsmuster
UA15785 , veröffentlicht am 17.07.2006, IPC (2006) G01C 21/10). Das genannte System enthält eine Satelliten-Navigationsanlage, Schiffsgeschwindigkeitsgeber, eine Signalverarbeitungseinheit, ein Echolot, einen Steigungsgeber des Verstellpropellers, einen Tachogenerator des Hauptmotors, einen Tachogenerator einer Querstrahlsteueranlage und einen Rudergeber. Allerdings sieht dieses System keine Anbindung an das digitale selektive Anwählsystem (Digital Selective Calling [DSC]) vor. Daher verfügt es über keine Möglichkeit, die Generierung der Ruffolge zu steuern und die Anrufe anhand des DSC des Schiffs digital anzuzeigen.
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Aus dem Stand der Technik ist ferner eine Navigationsanlage für Hochgeschwindigkeitsschiffe bekannt (Patent
RU 2260191 C1 , veröffentlicht am 10.03.2004, IPC7 G01S 7/08). Die genannte Anlage umfasst ein elektronisches kartografisches Navigationssystem, eine Anschlusseinheit für Ruderantrieb, eine Datenaustauschleitung, Geschwindigkeits- und Kursgeber, ein automatisches Schiffskoppelgerät, einen Rechner, ein Navigationspult, eine Radaranlage und ein Echolot. Allerdings hat diese bekannte Navigationsanlage keine Schnittstellen für den Anschluss an das digitale selektive Anwählsystem (DSC) und ermöglicht es nicht, die Ruffolge zu generieren und die Schiffe anzuzeigen, die Signale in das DSC übertragen.
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Aus dem Stand der Technik sind auch mehrere Einrichtungen zur Darstellung von Seekarten und dem Standort des Schiffs auf der digitalen Anzeige bekannt:
- 1) Einrichtung nach dem Patent US 4590569 vom 20. Mai 1986 (Navigation system including an integrated electronic chart display, Int. Cl.4 G06F 15/50, G01S 7/06). Die Einrichtung dient zur Anzeige des Schiffs auf einer digitalen Karte, indem die Schiffskoordinaten ermittelt werden, die von einem Empfangsanzeigegerät eines Navigationssystems, wie z. B. LORAN oder DECCA, kommen.
- 2) Einrichtung nach dem Patent US 5592382 vom 7. Januar 1997 (Directional steering and navigation indicator, Int. Cl.6 G06G 7/78). Die Einrichtung macht es möglich, die benötigte Fahrtrichtung zu einem vom Anwender vorgegebenen Zielort zu erstellen.
- 3) Einrichtung nach dem Patent US 5928304 vom 27. Juli 1999 (Vessel traffic system, Int. Cl.6 G06F 165/00). Die Einrichtung macht es möglich, mit digitalen Karten in verschiedenen Maßstäben zu arbeiten und die Daten von zwei oder mehr Navigationskarten gleichzeitig anzuzeigen.
- 4) Elektronisches kartografisches Navigationssystem nach der Erfindungsanmeldung US H1878 vom 03. Oktober 2000 (Electronic Chart Assisted Navigation System, Greer et al., Int. Cl.7 G01S 5/02). Das System enthält einen GPS-Empfänger (Global Positioning System), einen Navigationseingang, einen Bedienungseingang, eine Benutzerschnittstelle, die an den GPS-Empfänger, den Navigationseingang, den Bedienungseingang und an eine Anzeige angeschlossen ist, eine Anzeige, einen Datenbankserver für Seekarten, der an die Benutzerschnittstelle angeschlossen ist, und eine Datenbank für Seekarten. Das System ermöglicht die Darstellung der Navigationsumgebung auf der Anzeige einschließlich der Anbindung an die digitalen Navigationskarten. Dieses System macht es dem Bediener möglich, die nautische Lage zusätzlich zur visuellen Beobachtung auf der Anzeige zu überwachen.
- 5) Einrichtung nach dem Patent US 6865476 B1 vom 8. März 2005 (Nautical waypoints and routes data sets, Int. Cl.7 G01C 21/00). Diese Einrichtung dient der Berechnung von Wegpunkten und Routen für Seenavigation unter Anwendung des Systems für elektronische Kartografie. Die Einrichtung nach diesem Patent kann an keine Hardware des digitalen selektiven Anwählsystems (DSC) angeschlossen werden. Daher ermöglicht sie nicht, die DSC-Anrufe anhand von ECDIS (Electronic Chart Display and Information System) zu generieren und anzuzeigen.
- 6) Einrichtung nach dem Patent US 8180507 B2 vom 15. Mai 2012 (Manoeuvre and safety system for a vehicle or an installation (Manöver- und Sicherheitssystem für Fahrzeuge oder Anlagen), Int. Cl. (2006.01) B60L 3/00, 15/00). Neben anderen Einheiten enthält dieses System eine Hauptverarbeitungseinrichtung mit einer Anzeige, einer Eingabevorrichtung und anderen Bauelementen, ein an diese Einrichtung angeschlossenes automatisches Schiffsidentifikationssystem, einen Empfänger für GPS-Satelliten-Navigation und eine kartografische Software-Einheit. Dieses System kann die aktuelle nautische Lage und verschiedene Informationen anzeigen, die für die sichere Schiffsnavigation erforderlich sind.
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Allerdings sehen keine der genannten Einrichtungen die Möglichkeit für den Anschluss an ein Steuerwerk des digitalen selektiven Anwählsystems (DSC) vor. Daher ermöglichen es diese Systeme nicht, DSC-Anrufe auf der digitalen Karte zu generieren und anzuzeigen.
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Der der beanspruchten Erfindung nächstliegende Stand der Technik ist im Buch von Adam Weintrit „The Electronic Chart Display and Information System (ECDIS): An Operational Handbook", CRC Press/Balkema, 2009, ISBN 978-0-415-48246-2, auf S. 49 beschrieben. Dieses System enthält eine Zentraleinheit (Rechner), eine Anzeige, eine Speichereinheit für digitale Karten sowie Eingänge zum Anschließen einer Radaranlage (eines Radars), eines automatischen Identifikationssystems, eines GPS-Empfängers, eines Kreiselkompasses, eines Logs und eines Echolots. Das System ermöglicht die Anzeige der aktuellen nautischen Lage einschließlich der Küstenlinie, der Tiefe, der Seezeichen und der Lage von den am nächsten liegenden Schiffen mit ihren Bewegungsparametern. Allerdings sieht dieses System keinen Anschluss an die Bord-Fernmeldeausrüstung des digitalen selektiven Anwählsystems (DSC) vor. Aus diesem Grund ermöglicht es das bekannte System nicht, die DSC-Anrufe auf der digitalen Karte zu generieren und anzuzeigen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein ECDIS zu entwickeln, das die automatische Generation des Anrufs des Schiffs über das DSC-System und die Identifizierung des anrufenden Schiffs auf der digitalen Karte sicherstellt. Die Umsetzung des Systems sorgt dafür, dass die manuelle Prozedur der Anrufgeneration durch eine automatische und schnelle Situationsanalyse der nautischen Lage ersetzt wird, indem das anrufende Schiff kenntlich gemacht wird. Im Endergebnis erhöht die Erfindung die Effektivität des UKW-Funkverkehrs und trägt dazu bei, dass die Schifffahrtssicherheit erhöht wird und dass der berufliche Beschäftigungsgrad des Wachoffiziers gleichzeitig reduziert wird.
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Das gesetzte Ziel wird wie folgt erreicht. Das bekannte elektronische kartografische Navigations- und Informationssystem enthält eine Zentraleinheit mit Anschlüssen für externe Geräte: eine Radaranlage, ein automatisches Identifikationssystem, einen Empfänger der Satellitennavigation GPS, ein Log und einen Kreiselkompass. Erfindungsgemäß enthält das System zusätzlich ein Signalerzeugungsmodul des DSC-Steuerwerks, ein Zielmarkierungsmodul AIS (Automatic Identification System), ein Signalverarbeitungsmodul des DSC-Steuerwerks, einen Anschluss für Datenausgabe und einen Anschluss für Dateneingabe. Der Eingang des Signalerzeugungsmoduls des DSC-Steuerwerks ist dabei an die Zentraleinheit und der Ausgang an den Anschluss für Datenausgabe angeschlossen. Der Ausgang des Anschlusses für Dateneingabe ist an das Signalverarbeitungsmodul des DSC-Steuerwerks angeschlossen, dessen erster Ausgang an die Zentraleinheit angeschlossen und dessen zweiter Ausgang über ein AIS-Zielmarkierungsmodul auch mit der Zentraleinheit verbunden ist. Dabei sind der Ausgang des Datenausgabeanschlusses und der Eingang des Dateneingabeanschlusses entsprechend an den Eingang und den Ausgang des externen DSC-Steuerwerks angeschlossen.
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Die beigefügte Figur zeigt das Blockschaltbild des beanspruchten Systems mit folgenden Bezugszeichen zur Veranschaulichung der Erfindung:
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zentraleinheit;
- 2
- Anzeige;
- 3
- Speichereinheit für digitale Karten;
- 4
- Signalerzeugungsmodul des DSC-Steuerwerks;
- 5
- Anschluss für Datenausgabe;
- 6
- Zielmarkierungsmodul AIS (Automatic Identification System);
- 7
- Signalverarbeitungsmodul des DSC-Steuerwerks;
- 8
- Anschluss für Dateneingabe.
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Funktionsweise des Systems
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Die Anzeige 2 zeigt die digitale Karte des gewählten Gewässers mit dargestellter Küstenlinie, entsprechenden Tiefenangaben sowie nautischen und anderen Seezeichen an. Die Seekarten werden im Vektorformat erstellt. Das Vektorformat sieht vor, dass die Karte als eine Gesamtheit von einzelnen Schichten (Ebenen) generiert wird. So handelt es sich z. B. bei einer Ebene um die Darstellung der Küstenlinien, bei der anderen Ebene um die Tiefenlinien. Die weiteren Ebenen umfassen Beschriftungen, Seezeichen usw. Die digitale Karte zeigt die eigenen Schiffsbezeichnungen und die Kennzeichnungen anderer Schiffe (sog. AIS-Markierungen [Automatic Identification System]), die anhand der Informationen generiert werden, die vom AIS übertragen werden. Diese Karte zeigt auch das Radarbild, das von einer Funkmessbeobachtung (FMBe) empfangen wird. Um die eigene Schiffsmarke einem bestimmten Punkt auf der digitalen Karte zuzuordnen und die Navigationsgrößen des Schiffs korrekt anzuzeigen, werden folgende externe Geber an eine Zentraleinheit 1 angeschlossen: GPS-Empfänger, Log und Kreiselkompass. Der GPS-Empfänger sorgt für die laufende (ständige) Positionsbestimmung des Seeschiffs. Das Log dient zur Geschwindigkeitsermittlung in Bezug auf das Wasser. Der Kreiselkompass ermöglicht die Kursbestimmung des Schiffs. Der Bediener kann die Anzeige der erforderlichen Informationen steuern und gewisse Kenngrößen auf der digitalen Karte wählen, um die optimale Erkennung der nautischen Lage und die sichere Schifffahrt zu gewährleisten. Die digitalen Karten sind auf CDs gespeichert und werden von ihren Trägern in der Speichereinheit 3 für digitale Karten abgelesen. Die Verarbeitungseinrichtung 7 sorgt für die Umsetzung der digitalen Karten aus einem genormten Speicherformat zu einem anderen Format, das für die Darstellung auf der Anzeige 2 bequem ist.
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Zurzeit wird das elektronische Navigationssystem in Seefahrzeugen breit angewendet. Das ECDIS nimmt an, dass auf Seekarten auf Papierträgern verzichtet und auf die digitalen Karten umgestellt wird. Alle zurzeit gebauten Schiffe werden unbedingt mit ECDIS ausgestattet. Hinsichtlich der sich bereits in Betrieb befindlichen Schiffe ist ein Zeitplan für die zeitlich gestaffelte Ausstattung der Schiffe mit ECDIS erstellt worden.
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Um die UKW-Funkverbindung in Richtung Schiff-Schiff, Schiff-Küste und Küste-Schiff herzustellen, wird zurzeit das digitale selektive Anwählsystem (DSC) in einem speziell zugeordneten Funkkanal 70 und einem nachfolgenden Arbeitskanal (Funksprechweg), z. B. 77, benutzt. Das DSC-System setzt ein einheitliches (genormtes) Format zur Übertragung einer begrenzten Datenmenge mittels Digitalkodes ein. So werden im DSC-Format insbesondere folgende Daten übertragen: Adresse des Anrufempfängers, Priorität, Nummer des nachfolgenden Arbeitskanals. Als Adresse des gerufenen Schiffs wird im DSC die 9-stellige Rufnummer des mobilen Seefunkdienstes (Maritime Mobile Service Identity, MMSI) einer See- oder Küstenfunkstelle benutzt, die die gerufene Stelle eindeutig identifiziert.
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Nach dem vorliegenden Stand der Technik muss der wachhabende Offizier diese Adresse zuerst manuell im DSC-Steuerwerk generieren, um diese per Funk übertragen zu können. Dafür soll er wenigstens die 9-stellige MMSI des gerufenen Schiffs und die Nummer des Arbeitskanals für die nachfolgende Sprechverbindung im DSC-Steuerwerk anwählen. Die MMSI des gerufenen Schiffs bestimmt der wachhabende Offizier in der Regel anhand der Informationen aus dem AIS. Das gesamte bestehende Verfahren der Anrufgeneration umfasst drei Schritte, und jeder davon nimmt eine bestimmte Zeit in Anspruch:
- 1) T1-Zeit zur Bestimmung von MMSI des gerufenen Schiffs;
- 2) T2-Zeit zur Übertragung von MMSI von der digitalen Karte, um die MMSI auf dem DSC-Steuerwerk anzuwählen;
- 3) T3-Zeit zur manuellen Rufgeneration, einschließlich der Eingabe von MMSI, der Nummer des Arbeitskanals sowie anderer Angaben im DSC-Steuerwerk.
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Die Gesamtzeit, die für die DSC-Generation beim Einsatz des bestehenden ECDIS benötigt wird, beträgt: TDSC = T1 + T2 + T3
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T1 ist durch die ECDIS-Umschaltungen in den MMSI-Anzeigemodus und eventuelle Maßstabänderungen auf der digitalen Karte bei einer hohen Objektdichte auf der Karte bedingt. Alternativ kann MMSI anhand von speziellen Handbüchern bestimmt werden.
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T2 ist erforderlich, um die MMSI (auf dem Papier oder im Kopf) zu notieren und diese später im DSC-Steuerwerk anzuwählen.
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T3 wird benutzt, um die Daten vom Bedienfeld für das DSC-Steuerwerk einzugeben. Dabei sind insgesamt ca. zwanzig einfache Handbetätigungen verschiedener Tasten (oder berührungsempfindlicher Elemente) auf dem Bedienfeld des DSC-Steuerwerks erforderlich.
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Somit nimmt der gesamte Ablauf der Rufgeneration mehrere Minuten in Anspruch, auch wenn die Handlungen ganz rationell und fehlerlos ausgeführt werden. Dabei soll auch das Risiko des menschlichen Fehlverhaltens mitberechnet werden, darunter auch Fehler, die besonders in kritischen Situationen zu erwarten sind.
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Das aus dem Prototyp bekannte ECDIS ist zurzeit das Hauptverfahren zur Visualisierung der nautischen Lage in der Seeschifffahrtskunde. Die Funkverbindung wird ihrerseits aufgrund und unter Berücksichtigung der aktuellen nautischen Lage realisiert. Nach dem heutigen Stand der Technik aber bleibt immer noch der Mensch, und zwar der wachhabende Offizier, die Schnittstelle zwischen diesen beiden Systemen Navigation und Funkverbindung. Dabei muss er zur Herstellung der Funkverbindung eine Reihe von Routineschritten ausführen und folglich mehr Zeit dafür verbrauchen, besonders wenn das Risiko vorliegt, Fehler zu machen. Die beanspruchte Erfindung ermöglicht es, manuelle Handlungen durch automatische zu ersetzen, die schnell und fehlerfrei ausgeführt werden.
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Das den Anruf aufgenommene Schiff bestätigt ihn ebenfalls mit Hilfe von DSC und bereitet sich auf den Funkfernsprechverkehr über den genannten Arbeitskanal vor. Um den Anruf zu bestätigen, muss der wachhabende Offizier sich den Anrufinhalt im DSC-Steuerwerk ansehen, die aktuelle Navigationssituation mit Hilfe der MMSI des anrufenden Schiffs auswerten bzw. einschätzen und den Bestätigungsanruf generieren. Die Erzeugung des Bestätigungsanrufs bedarf ebenfalls manueller Handlungen am DSC-Steuerwerk.
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Erst nach dem Erhalt der Bestätigung beginnt das anrufende Schiff den Funkfernsprechverkehr auf dem Arbeitskanal. Somit beträgt die Gesamtverzögerung zwischen der Entscheidung des wachhabenden Offiziers über die Notwendigkeit der UKW-Funksprechverbindung und dem tatsächlichen Start dieser Funksprechverbindung mehrere Sekunden. Die Übertragungsdauer des eigentlichen Anrufs im genormten DSC-Format nimmt dabei nur einige Sekundenzehntel in Anspruch, was mit der Verzögerung durch die Handlungen des Bedieners nicht vergleichbar ist. Die Erfindung ermöglicht es, die Verzögerung durch den Bediener, den wachhabenden Offizier, zu minimieren, indem alle manuellen Handlungen durch die automatische DSC-Generation ersetzt werden und die Möglichkeit für die prompte Auswertung der Navigationssituation auf der ECDIS-Anzeige gewährleistet wird.
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Das AIS stellt den kontinuierlichen Datenaustausch zwischen den Schiffen innerhalb der Reichweite des UKW-Funkverkehrs (d. h. innerhalb der Entfernung von ca. 30 Seemeilen) sicher. Zurzeit müssen alle Seeschiffe mit AIS ausgerüstet sein. Jedes Schiff sendet regelmäßig und automatisch einige seiner Parameter (Kenndaten), darunter: Koordinaten, Kurs, Geschwindigkeit, MMSI und andere. Alle anderen Schiffe im Umgebungsbereich innerhalb von 30 Seemeilen empfangen diese Daten mit Hilfe der AIS-Gerätetechnik. Da das AIS an das ECDIS angeschlossen ist, werden alle Schiffe auf der digitalen Karte mit entsprechenden Symbolen (bzw. AIS-Markierungen) in den Punkten angezeigt, die ihren aktuellen Koordinaten entsprechen. Somit kann der wachhabende Offizier die aktuellen Positionen der Schiffe innerhalb der Reichweite von AIS auf seiner ECDIS-Anzeige beobachten.
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Soll die adressierte Funkverbindung mit einem gewissen Schiff hergestellt werden, so wählt der wachhabende Offizier die benötigte AIS-Markierung des Schiffs auf der digitalen Karte. In der Praxis wird das mit Hilfe eines Trackball- oder Maus-Manipulators getätigt, der zur Grundausstattung von ECDIS gehört. Die MMSI des gewählten Schiffs ist bereits im ECDIS vorhanden; sie kommt vom AIS in das Signalerzeugungsmodul 4, das dazu dient, das Signal des DSC-Steuerwerks zu generieren. Im Signalerzeugungsmodul 4 wird die automatische Erzeugung der Ruffolge im genormten DSC-Format ausgelöst (gestartet). Dabei braucht der wachhabende Offizier die MMSI des gerufenen Schiffs manuell nicht einzugeben. Die Nummer des Arbeitskanals für die anschließende Funksprechverbindung kann in den Einstellungen im Voraus vorgegeben und standardmäßig definiert bzw. gewählt sein.
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Die erzeugte numerische Zeichenfolge enthält DSC-Daten und wird über den Anschluss 5 zur Datenausgabe in das externe DSC-BB-Steuerwerk weitergeleitet. Das DSC-Steuerwerk realisiert das zweiseitige Austauschprotokoll, das es ermöglicht, die DSC-Meldungen zu senden und zu empfangen.
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Beim Empfang der DSC-
BB-Meldung kommt die Datenfolge über den Anschluss
8 zur Dateneingabe in das Signalverarbeitungsmodul
7 des DSC-Steuerwerks. Im Signalverarbeitungsmodul
7 wird die Datenfolge entziffert. Die ausgesonderten DSC-Daten werden in die Zentraleinheit
1 weitergeleitet, um die jeweiligen Anrufinformationen auf der Anzeige
2 darzustellen.
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Die Darstellung der zusätzlichen Informationen über den Inhalt des empfangenen Anrufs und die Hintergrundbeleuchtung der AIS-Markierungen erfolgt in einer separaten Grafik-ebene, indem diese Informationen mit der vorhandenen digitalen Karte in Deckung gebracht werden (Überlagerung). Ansonsten beeinflusst dies die Struktur der Vektorkarten auf keine Weise.
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Das beanspruchte ECDIS beeinflusst die Funktion keiner der vorhandenen Funktionen des Prototyps und lässt die normale (vorgesehene) Ausführung aller Steuerfunktionen des DSC-Steuerwerks unverändert bestehen. Ggf. kann der DSC-Anruf manuell vom Steuerfeld aus generiert werden.
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Die Erfindung stellt die vollständige Kompatibilität mit der vorhandenen ECDIS-Gerätetechnik nach dem Prototyp sicher, die bei anderen Schiffen eingebaut ist. Diese Tatsache sorgt für die schrittweise Einführung des neuen Systems ohne jegliche zusätzlichen Anforderungen an die Ausrüstung der übrigen Schiffe.
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Somit ermöglicht es die Erfindung, den ziemlich langen Ablauf der Herstellung der adressierten UKW-Funksprechverbindung im Normalbetrieb durch einen einfachen Klick auf die AIS-Markierung des gerufenen Schiffs auf der digitalen Karte zu ersetzen und das anrufende Schiff mit Hilfe eines kennzeichnenden Symbols anzuzeigen.
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Die Erfindung kann technisch dadurch realisiert werden, dass Anschluss 5 zur Datenausgabe und Anschluss 8 zur Dateneingabe auf der Basis von genormten Schnittstellen hardwaremäßig realisiert werden. Module 4, 6 und 7 können softwaremäßig auf der Basis der vorhandenen Hardware der Zentraleinheit 1 realisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- UA 15785 [0002]
- RU 2260191 C1 [0003]
- US 4590569 [0004]
- US 5592382 [0004]
- US 5928304 [0004]
- US 1878 H [0004]
- US 6865476 B1 [0004]
- US 8180507 B2 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Adam Weintrit „The Electronic Chart Display and Information System (ECDIS): An Operational Handbook”, CRC Press/Balkema, 2009, ISBN 978-0-415-48246-2, auf S. 49 [0006]
