Ship-Care
A termék és altermékek bemutatása
A projekt célja egy olyan újszerű, innovatív eszköz kifejlesztése, ami új meg-oldást jelent a belvízi hajózás biztonságának növelésében, valamint a hajók hatékonyabb útvonaltervezésében, optimális útvonalkövetésében. A rendszer úgy növeli elsősorban a kisebb és közepes méretű hajók (kisebb utasszállító hajók, nagyobb motorcsónakok és közepes méretű vitorlások) biztonságát, hogy a hajó vezetőjét információval látja el a hajó környezetéről, illetve időben figyelmezteti a lehetséges veszélyekre. A hajózás hatékonyságát pedig úgy segíti elő, hogy szintén a különböző érzékelőktől kapott adatok elemzésével az ideális (vagy tervezett) útvonaltól való eltérést mutatja meg a hajóvezető szá-mára.
Prototípus
A Ship Care navigációs vezetőtámogató berendezés prototípusa több navigációs eszköz összehangolt egysége. Célja a kis méretű belvízi hajók navigációjának segítése, a hajóvezető számára szolgáltatott környezeti információkkal.
A prototípus összetevői
A prototípus moduláris felépítésének köszönhetően több navigációs eszköz érhető el benne, azonban ezen eszközök függetlenül működhetnek egymástól:
- Elektronikus térképmegjelenítő, útvonaltervezési és egyéb navigációs feladatokat támogató felhasználói környezetben.
- GPS helymeghatározó, mely az aktuális pozíciót és a Földhöz viszonyított sebességet az elektronikus térképmegjelenítőnek továbbítja.
- Anemométer, mely az aktuális szélsebességet és szélirányt méri, és az elektronikus térképmegjelenítőn kijelzi.
- Vízmélység mérő, független kijelzővel.
- Megfigyelő kamera, mely a hajón tetszőleges helyen elhelyezhető, s a képet független kijelzőn jeleníti meg.
- „B” típusú radar, mely a radarjeleket egy független kezelőfelületen jeleníti meg.
Prototípus érzékelői
A Ship Care navigációs vezetőtámogató berendezés prototípusába épített navigációs eszközök kijelző és értékelő részei egy hordozható, de az adott hajón praktikusan a hajóvezető számára megfelelő helyre telepített központi egységben vannak. E központi egységhez kell csatlakoztatni a perifériákat, azaz a navigációs eszközök érzékelőit. A prototípus berendezéshez az alábbi perifériák csatlakoznak:
- Szélsebesség és szélirány érzékelő
- GPS antenna
- Vízmélység érzékelő
- Kamera modul
- Radar antenna
- Billentyűzet és egér az elektronikus térképmegjelenítő főmodulhoz
- Akkumulátor
Elektronikus térképmegjelenítő
A Ship Care navigációs vezetőtámogató berendezés prototípusába egy linux alapú operációs rendszerrel működő Raspberry Pi 3 típusú mikroszámítógép került beépítésre, egy 10” méretű érintőképernyővel. Az elektronikus térképeket az Open CPN nevű elektronikus térképmegjelenítő szoftveren keresztül lehet használni.
Az elektronikus térképeket úgy, mint a papír alapú térképeket be kell szerezni, s a hajózási körzetnek megfelelő térképeket fel kell másolni a térképmegjelenítő mikroszámítógépre. A legtöbb európai nemzetközi víziút elektronikus térképe ingyenesen elérhető, pl. a magyarországi Duna szakasz térképeit a https://www.pannonris.hu/terkepek/terkep-letoltes oldalon lehet elérni. Amennyiben nem lelhető fel elektronikus térkép az adott vízterületről, a Google Earth vagy az OpenStreetmap programokkal, vagy papír alapú térkép beszkennelésével a felhasználó egyedi térképeket is készíthet. (lásd az Open CPN kezelési kézikönyvét: https://opencpn.org/wiki/dokuwiki/doku.php?id=opencpn:opencpn_user_manual)
Az elektronikus térképmegjelenítő számos funkciót tartalmaz, például útvonaltervet, vagy egyedi térkép feljegyzéseket lehet vele készíteni.
A térképeken végzett navigációs szerkesztéseket és egyéb műveleteket az érintőképernyővel lehet végrehajtani, de amennyiben a Ship Care telepítése lehetővé teszi, érdemes egeret és billentyűzetet csatlakoztatni a mikroszámítógép kivezetett USB csatlakozóján keresztül.
GPS helymeghatározó
A Ship Care navigációs vezetőtámogató berendezés prototípusába az elektronikus térkép megjelenítő mikroszámítógéphez egy Waveshare GSM/GPRS/GNSS típusú bővítőpanel van csatlakoztatva.
A panelhez perifériaként egy GPS antenna is kapcsolódik, így az aktuális pozíció, sebesség és útirány adatok rendelkezésre állnak. A bővítőpanel ezen adatokat az NMEA 0183 szabványnak megfelelő adatcsomagokban, soros kommunikációs protokollon keresztül juttatja el az elektronikus térkép megjelenítő mikroszámítógépnek.
A telepített Open Plotter interfész alkalmazás pedig lehetővé teszi az Open CPN térképmegjelenítőnek, hogy feldolgozza azokat. A GNSS adatok (a GPS és a GLONASS műholdakat is „látja” az antenna) alapján az elektronikus térképen pontosan az aktuális pozícióban és irányban megjelenik a hajó sziluettje, mely befoglaló méreteit az Open CPN beállításainál a hajó pontos méretére lehet szabni. Az elektronikus térképmegjelenítő el tudja tárolni az út során befutott földrajzi koordinátákat, így a nyomkövetés és az útvonal visszanézése is lehetővé válik. Korlátozott pontossággal útvonal előrejelzést és beállított útvonalterv esetén érkezési idő becslést is lehet a szoftverrel végezni.
Az Open CPN „Draw” és „Watchdog” beépülő alkalmazásával egyedi területek jelölhetők ki a víziúton (pl. a térképen fel nem tüntetett zátony, vagy egyéb veszélyes zóna), melyek megközelítésekor szöveges és hallható figyelmeztetés állítható be hajózás közben.
Anemométer
A Ship Care navigációs vezetőtámogató berendezés prototípusa egy anemométert is tartalmaz, mely a időjárási körülmények vizuális megfigyelése mellett a hajóvezetőnek információt szolgáltat az aktuális szélsebességről és szélirányról. Az anemométer két részegységből áll:
- Szélirány és szélsebesség érzékelő
- Szélirány és szélsebesség jelfeldolgozó egység
A szélsebesség és szélirány érzékelő egy kombinált műszer, amely egy potenciométerre szerelt szélkakasból és egy kanalas szélsebesség mérőből tevődik össze. A potenciométer körbe forgatható, s a 0-360° irányban analóg feszültség jelet szolgáltat 0-V0 feszültség tartományban (V0 – tápfeszültség). A kanalas szélsebességmérő forgását egy hall szenzor érzékeli, s minden körülfordulásnál V0 feszültség jelet ad. Mindkét érzékelő egy kompakt egységbe van szerelve, mely a felszerelését segítő karral és csőbilinccsel van ellátva. Az érzékelő hajóra történő szerelésekor ügyelni kell arra, hogy zavartalan légáramlásban legyen, azaz ne legyen a környezetében szélárnyékot vagy légmozgást befolyásoló tárgy (pl. korlát, lámpa, stb.). Célszerű a hajó legmagasabb pontja fölé elhelyezni. A szélsebesség és szélirány érzékelő egy hosszú vezetéken keresztül kapja a tápfeszültséget, illetve szolgáltatja a mért jeleket, a jelfeldolgozó egységnek.
A szélirány és szélsebesség jelfeldolgozó egység egy Arduino Uno mikroszámítógép, amely a központi egységben helyezkedik el. A szélirány és szélsebesség jeleket digitalizálja, és szabványos NMEA 0183 adatcsomagok formájában az elektronikus térképmegjelenítő mikroszámítógépnek küldi kommunikációval, az egyik USB portjára. Az elektronikus térképmegjelenítő mikroszámítógép az Open Plotter interfész program segítségével feldolgozza, és az Open CPN térképmegjelenítőnek átadja őket. Az Open CPN „műszerfal” (Dashboard) moduljával a szélirány és szélsebesség adatok a felhasználó igényeinek megfelelő (alfanumerikus és/vagy illusztrált műszeres) formában és mértékegységben megjeleníthető az elektronikus térképen, egy külön ablakban. Így a hajóvezető a térkép mellett közvetlenül láthatja az aktuális szélsebesség és szélirány értékeket.
Vízmélység mérő
A Ship Care navigációs vezetőtámogató berendezés prototípusa egy független, akusztikus elven működő vízmélység mérő egységet is tartalmaz. Különösen nagy merülésű hajók (pl. vitorlások), vagy a belvízi hajózásra sokszor jellemző sekély víziút a vízmélység pontos ismeretét igényli a hajóvezetőktől a biztonságos navigáció érdekében. Még a nagy tapasztalattal és helyismerettel rendelkező hajóvezetők is használják a mélységérő műszert. Az információ jelentősége miatt ezért a Ship Care navigációs vezetőtámogató berendezés prototípusában a többi eszköztől független, a hajózásban jól bevált Raymarine i40 típusú akusztikus vízmélység mérő egység került beépítésre, amely két részegységből áll:
- Mélységmérő szonda
- Mélységmérő jelfeldolgozó és kijelző egység
A mélységmérő szondát a Ship Care telepítésekor a gyártói előírásoknak megfelelően telepíteni kell, azaz a hajótest egy védett részére (pl. megfeneklés esetén ne sérüljön) úgy kell telepíteni, hogy a szonda tengelye közel függőleges (±10°) legyen a hajó vízszintes úszáshelyzetében. Ügyelni kell azonban arra is, hogy a szonda minden úszáshelyzetben a vízfelszín alatt maradjon.
A jelfeldolgozó és kijelző egység a Ship Care prototípus központi egységben helyezkedik el, s függetlenül működtethető a többi navigációs eszköztől. A szonda és a jelfeldolgozó közötti adatkapcsolatot a gyári vezeték biztosítja. Mivel a szonda által mért vízmélység a mederfenék – szondafej távolság, a mélységmérő szonda minden (át)telepítése után a jelfeldolgozó egységet kalibrálni kell aszerint, hogy a szondafej milyen mélyen helyezkedik el a hajó vízvonala alatt. A kalibráció után a hajóvezető beállíthatja a hajó merülését, a sekély-, és mélyvízi riasztási vízmélység szinteket. E vízmélységek mérésekor a mélységmérő jelfeldolgozó és kijelző egység hangjelzéssel figyelmezteti a hajóvezetőt.
A Ship Care navigációs vezetőtámogató berendezés prototípusába épített vízmélység mérő lehetőséget ad a továbbfejlesztésére is, mivel kiegészíthető egy relatív sebesség mérő érzékelővel is, amivel a hajó vízhez viszonyított sebességét lehet megadni a hajóvezetőnek. Ez különösen erős sodrásban történő hajózás (pl. folyó) esetén lehet hasznos. Továbbá az i40 típus digitális jeltovábbításra is képes, a CAN busz alapú SeaTalk nevű egyedi kommunikációs szabványú csatlakozójával. E jeleket egy megfelelő interfész eszközzel az elektronikus térképmegjelenítő mikroszámítógépnek lehet továbbítani, és a vízmélység (esetleg a relatív sebesség) adatokat a szélsebesség és szélirányhoz hasonló módon, a térképen lehet kijelezni.
Megfigyelő kamera
A Ship Care navigációs vezetőtámogató berendezés prototípusába beépítésre került egy megfigyelő kamera egység is, amely a hajó egy kiválasztott pontjáról látható valós idejű képet jeleníti meg a hajóvezető számára. A kamera infra kamera módban üzemel, amikor a fényviszonyok azt megkívánják, így akár éjszaka (korlátozott látótávolságban) is használható. A Ship Care prototípusban a megfigyelő kamera egység két részből áll:
- Telepíthető kamera modul
- Megfigyelő kamera kijelző
A telepíthető kamera modul egy Rapsberry Pi 3 mikroszámítógépből és a hozzá csatlakoztatott Kuman SC15 típusú infra módban is működő kamerából áll. A kamera modul a központi egységgel egy USB táp vezetékkel és egy HDMI vezetékkel van összekötve. A modul elemei egy könnyen telepíthető, kis méretű házban kaptak helyet, amelyet a hajó tetszőleges részén el lehet helyezni, figyelembe véve a csatlakozó vezetékek hosszát. Mivel a prototípus kamera modul háza nem vízálló, a telepítésnél erre tekintettel kell lenni. A vízmentes ház későbbi fejlesztés lesz.
A megfigyelő kamera kijelző egy 5”-os képernyőből, mely a központi egységbe van integrálva.
A megfigyelő kamera egység működése automatikus, nem igényel beavatkozást. A központi egységen történő bekapcsolását követően a mikroszámítógép bekapcsol, s ezután a megfigyelő kamera képernyőjén megjelenik a kép. A kamera egység üzeme során automatikusan alkalmazkodik a fényviszonyokhoz, sötétedés közben az infra módra fokozatosan áll át.
Radar
A Ship Care navigációs vezetőtámogató berendezés prototípusa radarberendezéssel is rendelkezik, mely a többi navigációs eszköztől függetlenül működik. A kisméretű, kedvtelési célú hajóknál ez ugyan nem általános, a radarkészülékek ára miatt, de korlátozott látási viszonyok között közlekedő hajóknál a biztonságos navigációban nagy segítséget jelent a hajóvezetőnek a közelben lévő, szabad szemmel nem látható szilárd objektumok azonosítása és felismerése. A Ship Care prototípus alapvetően a radarhasználatra nem kötelezett hajók vezetőtámogatására készült, ezért a beépített radarkészülék egy „B” típusú, elsősorban kishajók számára fejlesztett Furuno márkájú un. wifi radar. Felhívjuk a figyelmet, hogy radarhasználatra kötelezett hajóknál csak megfelelő minősítéssel rendelkező, „A” típusú radarberendezést lehet használni. A Ship Care radarberendezése a kedvtelési célú hajók egyik legolcsóbb, s legjobb minőségű modellje, mely vezeték nélküli kapcsolattal (wifi) csatlakozhat a közelben lévő, s megfelelő szoftverrel rendelkező Apple gyártmányú telefonokhoz és táblagépekhez.
A Ship Care navigációs vezetőtámogató berendezés prototípusában ezért a radarberendezés két egységből áll:
- Furuno wifi radarantenna
- Radarkép kijelző, és radarkezelő iPad Air táblagép
A radarantenna egy forgó lokátort tartalmaz, amely elektromágneses hullámok kibocsátása után a visszaverődések érzékelésének feldolgozásával alakítja ki a radarképet, melyet az általa létrehozott wifi hálózaton keresztül sugároz a kijelző és radarkezelő táblagéphez. A radarantenna telepítésénél gondosan, a gyártó utasításai szerint kell eljárni. Az antennát a hajón olyan helyre kell szerelni, ahol a hajón tartózkodók nincsenek kitéve a kibocsátott elektromágneses hullámoknak, illetve semmilyen hajófelszerelés vagy tárgy nem akadályozza a radarantenna lehető leg messzebb történő hullámkibocsátását. Érdemes az antennát a hajó legmagasabb pontjára telepíteni, ahonnan „szabad kilátása” van.
Az iPad Air táblagép a központi egységben helyezkedik el, s a radarkép kijelzőjeként, valamint a radar kezelőfelületeként is szolgál.
