Навигация и лоция СПГУВК-2004. Дмитриев В. И., Григорян в л., Катенин В. А
 Скачать 24.68 Mb.
|
|
Геометрические факторы в СНС ГЛОНАСС Геометрические 3начения факторов при числе видимыx HKA факторы 4 5 6 7 8 9 Р N 1 1 1 1 0,91 0,58 HDOP, К гг 1,41 1,26 1,15 1,03 0,95 0,89 VDOP, K гв 2,0 1,75 1,7 1,61 1,6 1,55 TDOP, K гt 1,13 1,03 1,03 0,95 0,93 0,91 PDOP, K гп 2,45 2,16 2,05 1,91 1,86 1,79 GDOP, K г 2,69 2,39 2,3 2,13 2,08 2,01 Точность определения места судна может быть рассчитана по приближенной формуле дал г , M К = σ (24.7) Геометрический фактор рассчитывается в приемнике и вы- свечивается на дисплее НАП. Однако рассчитать погрешность изме- рения псевдодальностей вручную — весьма сложная задача и в ре- альных условиях это не делается. Для целей судовождения она при- нимается равной 16 м. Раздел 7 ЭЛЕКТРОННАЯ КАРТОГРАФИЯ Глава25 ЭЛЕКТРОННЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ КАРТЫ И КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 25.1 Международные стандарты и формат электронных картографических систем Начиная с 1985 г. на рынке программных продуктов для су- доводителей стали появляться первые программы, представляющие навигационные бумажные карты в виде компьютерных графических файлов. Эти графические файлы, получившие впоследствии название электронных навигационных карт (ЭНК), представляли собой стан- дартизированные по содержанию, структуре и формату базы данных, включающих в себя всю картографическую информацию, необходи- мую для безопасного мореплавания и дополнительную информацию, относящуюся к навигации. Формат — это спецификация последова- тельности и видов представления элементов информации (чисел, тес- та) на носителе. В первые годы производства электронных навигационных карт каждая фирма выполняла эти карты по собственной технологии и в собственных форматах (как самих карт, так и графических фай- лов, представляющих карты). Уже в то время наметились две, тогда существенно различные, технологии цифровых данных для элек- тронных карт. Одна из них основывалась на растровом методе считывания информации, который уже долгие годы использовался в телевидении для построения изображения. Этот метод используется также для считывания изображений в компьютерных устройствах ввода графи- ческой информации — сканерах. Суть метода сводится к считыва- Глава 25. Электронные карты и картографические системы 395 нию бумажной карты сканером, распознаванию и коррекции объек- тов и надписей на картах, а затем, к выпуску соответствующего фай- ла информации. Электронные навигационные карты, изготовленные таким методом, стали называться растровыми электронными навига- ционными картами (РЭНК) (RENC—Raster Electronic Navigation Charts). Растровая карта по сути дела представляет собой цифровую фотографию исходной бумажной навигационной карты. Одновременно с растровой стала развиваться и другая техно- логия "оцифровки" бумажных карт, основанная на использовании принципа действия диджитайзера. В этом методе каждому объекту, считываемому с карты, соответствует свой вектор, связывающий его с базовой точкой карты. Векторный формат графических данных бо- лее сложный, однако он позволяет производить любые преобразова- ния данных при сохранении исходной точности и разрешающей спо- собности. Производимые таким образом электронные карты стали называть векторными (ВЭК). Одновременно с созданием электронных карт стали разраба- тываться программы, позволяющие получать их изображения на эк- ране дисплея, наносить на это изображение координаты любого суд- на, прокладывать маршруты следования, а также наносить другую информацию. Такие программы получили название Chart Plotter — графопостроители электронных карт. Наряду с графопостроителями электронных карт стали раз- виваться так называемые электронные картографические системы (ЭКС) — Electronic Chart System (ECS). Электронная картографическая система, кроме собственно компьютера и программного обеспечения, включает в себя оборудо- вание, позволяющее подключать к системе приемоиндикаторы ги- перболических и спутниковых РНС, а также другие приборы, ис- пользуемые на судне для навигации — радиолокационную станцию, эхолот, лаг, магнитный и гироскопический компасы и др. В такой системе автоматически ведется счисление пути судна с нанесением траектории движения на электронную карту; уточняет- ся путевой угол и скорость судна; определяются координаты судна с максимально возможной точностью; рассчитываются отклонения от заданной линии пути, время прибытия в конечную точку, расстояние, курс, время до точки поворота; выполняется контроль безопасности движения путем анализа картографической и навигационно- гидрографической обстановки; при необходимости подаются свето- 396 Раздел 7. Электронная картография вые и звуковые сигналы, предупреждающие об опасности, либо о других, требующих внимания судоводителя, ситуациях; выполняется и ряд других функций. Электронные картографические системы обеспечивают не- прерывный и объективный контроль за местоположением и движе- нием судна и наблюдаемых целей, позволяют автоматизировать из- мерения и их обработку, представляют судоводителю наглядную и надежную информацию в виде, пригодном для немедленного ис- пользования. В результате на ходовой вахте судоводитель освобождается от выполнения многих рутинных операций, что исключает возмож- ность совершения им ошибок. Система предоставляет ему в интегри- рованном виде информацию, характеризующую все стороны процес- са судовождения, что позволяет повысить безопасность плавания и обоснованно принимать решения по управлению судном. В первые годы развития электронной картографии вполне обоснованно возник вопрос о стандартизации как объема информа- ции, отображаемой на картах, так и их форматах. В 1990 г. появился стандарт IHO (International Hydrographic Organization) международ- ной гидрографической организации (МГО), определяющий содержа- ние и требования к формату карт и картографических дисплеев и их возможностей. Этот стандарт назывался S-52 (первая редакция). В 1990 г. был определен стандарт на формат DX-90 цифровых карто- графических данных, принятый совместно ИМО и МГО. В этом же году была принята третья редакция стандарта S-57 ("Стандарт пере- дачи МГО цифровых гидрографических данных"), уточняющая век- торный формат электронных карт DX-90. Этой редакцией было по- ставлено условие перевода карт, выполненных по внутренним фор- матам фирм производителей, в единый формат DX-90 или соответст- вие этому формату. До 1995 г. ИМО выдвигала жесткое требование, предусмат- ривающее при пользовании электронными картами обязательную прокладку на бумажной навигационной карте. Таким образом, ни плоттеры электронных карт, ни электронные картографические сис- темы ЭКС не признавались заменителями официальных бумажных карт, производимых гидрографическими обществами. Считалось, что ЭНК и ЭКС являются средствами, облегчающими работу судоводи- телей, повышающими безопасность мореплавания, обеспечивающи- ми экономию топлива и эксплуатационных расходов, но не освобож- Глава 25. Электронные карты и картографические системы 397 дающими судоводителя от использования официально принятых бу- мажных карт. В 1995 г. стал разрабатываться новый класс электронных картографических систем — электронные картографические навига- ционно-информационные системы (ЭКНИС). В английском языке аббревиатура этих систем расшифровывается как Electronic Chart Display and Information System (ECDIS). Стандарт, определяющий характеристики и форму представления информации в таких систе- мах, получил название EPS — IMO Performance Standard for ECDIS (Резолюция ИМ0А.817(19) от 23 ноября 1995 г.) 25.2 Основные определения и сокращения Электронная картографическая навигационно-информа- ционная система (ЭКНИС) — навигационная информационная сис- тема, объединяющая информацию технических средств навигации и других судовых систем для отображения навигационных параметров местоположения судна, навигационно-гидрографической и другой обстановки на электронной навигационной карте, отвечающей тре- бованиям главы V Конвенции СОЛАС-74/95 в отношении откоррек- тированной навигационной карты, и автоматизации решения основ- ных задач судовождения. Электронная навигационная карта (ЭНК) — база данных, стандартизованная по содержанию, структуре и формату, созданная для использования в ЭКНИС с разрешения уполномоченных госу- дарственных гидрографических служб. ЭНК содержит в себе всю картографическую информацию, необходимую для безопасного мо- реплавания, и может включать в себя дополнительную навигацион- ную информацию. Системная электронная навигационная карта (СЭНК) — ба- за данных, полученная трансформированием ЭНК в формат ЭКНИС с целью удобства ее использования и учета корректуры, а также ис- пользования других сведений, добавляемых мореплавателем. СЭНК используется в ЭКНИС для формирования на экране изображения карты и автоматизированного решения навигационных задач. Такое изображение является эквивалентом откорректированной навигаци- онной карты. СЭНК может включать в себя информацию, посту- пающую из других источников. 398 Раздел 7. Электронная картография Электронная карта (ЭК) — отображение карты на экране ЭКНИС, получаемое по информации, содержащейся в СЭНК. Специальная база данных — база данных, хранимая отдельно от СЭНК, информация которой отображается на экране ЭКНИС по требованию оператора или при определенных обстоятельствах. 25.3 Картографическая информация, используемая в ЭКНИС В основу использования ЭК в судовождении положены сле- дующие принципы: точность и полнота ЭК должна быть не ниже бу- мажных навигационных карт, картографическая база данных (КБД) и корректуры к ней должны быть выполнены в официально принятых МГО стандартных форматах; КБД и ЭК приобретают силу только после их утверждения гидрографическими службами, которые долж- ны нести полную ответственность за их содержание; исходная КБД в судовых системах автоматизации должна храниться в неизменяемом виде; КБД и система управления ей являются программными про- дуктами, поэтому размножение, регистрация и распространение их должны соответствовать принятым в большинстве стран мира прави- лам распространения программного обеспечения. Для унификации использования данных электронных карт при выполнении с ними различных работ международными требова- ниями предусматривается представление их на носителях информа- ции в специальных форматах, принятых МГО. Официальным форма- том для представления картографической информации, как было указано ранее, является формат DX-90. Он предназначен для обмена картографическими данными между гидрографическими службами стран-членов МГО и для передачи данных изготовителями ЭКНИС. Формат 90-DX обладает большими возможностями. Он совместим с другими средствами обмена данными и не ориентирован на определенную нарезку карт, позволяет поддерживать несколько уровней обмена цифровыми данными, представлять место объекта в географической или прямоугольной системах координат с различ- ными единицами и мерами точности, строить карты в различных проекциях, хранить описательную информацию для наборов данных, добавлять новые записи. Глава 25. Электронные карты и картографические системы 399 Сертифицированная ЭКНИС работает с множеством видов электронных карт: • векторными картами, выпущенными гидрографическими об- ществами в соответствии с международным стандартом S-57 — электронными навигационными картами; • официальными растровыми электронными навигационными картами; • электронными картами, частично не соответствующими стандарту S-57 (упрощенные ЭК). Использование векторных электронных карт в ЭКНИС по- зволяет повысить навигационную безопасность за счет наглядного представления процесса судовождения в районе плавания, представ- ления информации от различных средств навигации, включая нало- жение радиолокационного отображения на ЭК, ускорения поиска и представления судоводителю сведений о картографических и нави- гационно-гидрографических объектах в районе плавания и об осо- бенностях в нем судовождения. Одним из важных достоинств век- торных ЭК является возможность избирательного вывода или выде- ления отдельных видов данных навигационного ограждения, маяков, затонувших судов, изобат и ряда других, а также возможность ис- пользовать кроме режима истинного движения режима относитель- ного движения, когда судно находится в центре экрана, а карта "плы- вет" относительно него. Среди преимуществ использования векторных ЭК перед бу- мажными следует выделить возможности: • отображать любую карту в удобном для пользования мас- штабе; • вырезать и увеличивать на весь экран любой фрагмент карты; • просматривать все районы текущей и любой другой карты; • использовать ориентации карты "по меридиану" и "по курсу"; • получать информацию по любому навигационному средству, отображенному на карте; • отключать или отображать любые группы объектов; • использовать необходимый набор инструментов для плани- рования рейса и предварительной прокладки; • предусматривать необходимый контроль безопасности при движении судна и при предварительной прокладке путем ав- 400 Раздел 7. Электронная картография томатического отображения координат, курса, скорости, ус- тановок безопасности и времени; • получать сигналы аварийно-предупредительной сигнализа- ции и предупреждений; • автоматически получать при движении судна текущие значе- ния пеленга и дистанции на любую выбранную точку; • использовать режимы истинного и относительного движений; • использовать базы данных ЭКНИС для получения навигаци- онной и гидрометеорологической информации; • снимать графические копии с экрана монитора и распечатку маршрута; • при подсоединении ЭКНИС к РЛС/САРП: − выявлять векторы скорости целей; выявлять пути целей; − записывать в память пути целей; проигрывать выбранный маневр; − корректировать координаты судна, используя привязку, взятую с РЛС/САРП; • при подсоединении АИС интерпретировать получаемые дан- ные. Способ создания растровых электронных навигационных карт (РЭНК) более быстрый и легкий, чем создание баз цифровых данных для векторных карт. Британское Гидрографическое управление стало первой в мире официальной государственной организацией, которая с 1993 г. стала создавать РЭНК и снабжать ими суда, а с весны 1994 г. оно ввело в свой состав новую службу ARCS (Admiralty Raster Chart Ser- vice) — Службу адмиралтейских растровых карт. Вопросы использо- вания растровых ЭК были заслушаны в 1995 г. в Комитете по безо- пасности мореплавания ИМО. Более раннее применение РЭНК в практике судовождения сдерживалось трудностью их корректуры. Процесс развития ЭВМ и растровых технологий позволил преодо- леть эти трудности и разработать методы корректировки таких карт. За период 1994—1995 гг. были созданы растровые ЭК, покрывающие большинство судоходных путей и портов. На растровой ЭК в ЭКНИС производится большинство из операций, выполняемых на ЭНК, но не все. Принципиально невоз- можно на этих картах автоматически выполнять ряд следующих опе- раций: подъем карты, нанесение безопасной изобаты, селекцию объ- Глава 25. Электронные карты и картографические системы 401 ектов для отображений, вызов дополнительных характеристик объ- ектов и производство анализа картографической и навигационно- гидрографической обстановки по пути следования для контроля безопасности плавания. Ввиду этого, системы с РЭНК не полностью удовлетворяют требованиям СОЛАС-74/95. За исключением коррек- туры, картографические операции на РЭНК не производятся. Поэто- му системы с растровыми ЭНК рассматриваются ИМО как промежу- точные, способные восполнить потребность судоводителей в ЭНК до тех пор, пока работы по созданию ЭНК и снабжение ими судов не будут полностью завершены. Использование электронных карт, частично не соответст- вующих стандарту S-57 (упрощенные ЭК) продиктовано необходи- мостью покрытия векторными картами всего Мирового океана, их относительной дешевизной и заинтересованностью производителей ЭКНИС. Такие ЭК могут использоваться в упрощенных модифика- циях ЭКНИС (ЭКС), не обладающих широкими возможностями средств хранения и отображения информации. Схематическое изо- бражение на экране дисплея местности в определенной проекции, не эквивалентное бумажной навигационной карте и не удовлетворяю- щее требованиям безопасности мореплавания, обычно называется упрощенной (стилизованной) электронной картой. Упрощенные ЭК получаются самыми разными способами. Для ввода с бумажных карт в память ЭВМ данных для стилизован- ных карт в ряде автоматизированных систем используются специ- альные кодирующие планшеты (chart digitizer). Некоторые ЭКНИС имеют дигитайзеры и позволяют судоводителям создавать свои соб- ственные карты (карты пользователя). Для облегчения создания этих карт ЭКНИС имеет функции внесения условных знаков определен- ных типов картографических объектов (КО): глубин, маяков, буев, опасностей и т. д., а также инструменты для редактирования таких карт — удаление объектов, замена характеристик, замена объектов, копирование с карты на карту, редактирование надписей, линий и т. д. 402 Раздел 7. Электронная картография 25.4 Структура данных в ЭКНИС и используемая ин- формация В ЭКНИС должны использоваться только официальные кар- тографические данные, в том числе и корректурные, последнего из- дания, подготовленные государственными гидрографическими службами. Такие данные готовятся по стандартам МГО и система предусматривает невозможность изменения этих данных на судне. Корректурные данные и данные СЭНК хранятся в системе отдельно друг от друга. Для ЭКНИС определены следующие уровни исполь- зуемой в ней информации и содержание этих уровней (информаци- онная нагрузка дисплея ЭКНИС). 1. Картографические данные базового отображения — объем данных СЭНК, который ни при каких обстоятельствах не мо- жет быть уменьшен в исполнительной прокладке. Этот объем дан- ных отображается на экране ЭКНИС постоянно в любых районах плавания, но не рассматривается как достаточный для обеспечения навигационной безопасности плавания. Картографические данные базового отображения включают: береговую черту (для полной воды); безопасную изобату для собст- венного судна, выбранную судоводителем; отдельные подводные опасности с глубинами, меньшими безопасной, в пределах района, ограниченного безопасной изобатой; отдельные опасности, которые лежат внутри района, ограниченного безопасной изобатой, такие как мосты, линии электропередач, включая буи и знаки, которые исполь- зуются или не используются как средства навигации; системы разде- ления движения судов; числовой и линейный масштабы отображае- мой карты, вид ориентации карты и режим дисплея; единицы глубин и высот. 2. Картографические данные стандартного отображения — информация СЭНК, отображаемая при первом вызове карты на экран, регламентированная резолюцией ИМО А.817(19). По желанию оператора (судоводителя) объем информации, используемый для вы- полнения предварительной и исполнительной прокладок, может быть изменен (увеличен или уменьшен) по сравнению со стандарт- ной нагрузкой. О таком изменении ЭКНИС выдает сообщение (сиг- нал). Глава 26. Функции электронных картографических систем 403 Картографические данные стандартного отображения состоят из следующей информации: базовой нагрузки; линии осушки; непод- вижных и плавучих средств навигационного ограждения; границ фарватеров, каналов и т. д.; визуальных и радиолокационных ориен- тиров; запретных и ограниченных для плавания районов; границ масштаба карты; предупреждений, помещенных на карте. 3. Полная (дополнительная) информация — вся возможная информация СЭНК, вызываемая по требованию оператора, и вклю- чающая: отметки глубин; подводные кабели и трубопроводы; паром- ные маршруты; сведения о всех отдельных опасностях; сведения о средствах навигационного ограждения; содержание предупрежде- ний; дату издания ЭНК; систему координат; магнитное склонение; картографическую сетку; географические названия. При первом, после включения системы, отображении карты ЭКНИС должна обеспечивать стандартное отображение в самом крупном масштабе из всех СЭНК, имеющихся для отображаемого района. Дополнение или удаление информации на дисплее ЭКНИС должно выполняться не более чем тремя однократными действиями оператора. Возможность удаления информации базового отображе- ния должна быть исключена. Глава 26 ФУНКЦИИ ЭЛЕКТРОННЫХ КАРТОГРАФИЧЕСКИХ СИСТЕМ 26.1 Отображение электронной карты на экране дис- плея ЭКНИС Электронные карты могут отображаться как в масштабе, ко- торому соответствуют ее данные в КБД, так и в других масштабах. Масштаб карты — компиляционный масштаб ЭНК, т. е. масштаб, зашифрованный в ЭНК и установленный организацией- производителем (Гидрографической службой, выпустившей карту), 404 Раздел 7. Электронная картография при котором картографическая информация отвечает требованиям МГО в точности оригинала карты. По масштабам электронные карты делятся на следующие ка- тегории: World (карты мира) — 1:2 500 001 и мельче; General (генеральные карты) — 1:300 001 −1:2 500 000; Coastal (прибрежные карты) — 1:80 001 −1:300 000; Approach (подходы) — 1:40 001 −1:80 000; Harbor (гавани) — 1:10 001 −1:40 000; Plan (планы) — 1:10 000 и крупнее. Масштаб изображения — соотношение между расстоянием на экране ЭКНИС и истинным расстоянием, нормализованным и вы- раженным в условном виде. Отображение на экране дисплея района в более крупном масштабе, чем тот, в котором он записан в базе данных, называется перемасштабированием; соответственно изображение в более мел- ком масштабе — недомасштабированием. При изменении масшта- бов размеры отображаемых символов, цифр и букв должны оставать- ся постоянными. Наибольший (наименьший) масштаб ЭНК — это значение самого крупного (мелкого) масштаба, в котором в системе может представляться определенная карта. Следует, однако, иметь в виду, что перемасштабирование электронной карты означает лишь большее увеличение имеющегося изображения, но не сопровождает- ся вводом большей детальности отображаемого участка, что потен- циально опасно для судовождения. Поэтому на экране должны ука- зываться нижний и верхний пределы масштаба данной электронной карты, а в случае нарушения этих пределов судоводителем должно загораться соответствующее предупреждение ("неприемлемый мас- штаб карты"). В этом случае, пользуясь электронным каталогом, сле- дует найти другую электронную карту данного района с нужным масштабом. Помимо представления основной картографической и нави- гационно-гидрографической информации на экране дисплея, для обеспечения безопасности судовождения в ЭКНИС предусмотрена возможность отображения и других данных: картографической сет- ки; маркера с географическими координатами, дающего возможность выполнять различные функции; условного знака собственного судна и траектории его движения; операционной информации, вводимой с Глава 26. Функции электронных картографических систем 405 пульта оператора; планируемого и запасного маршрута; данных подъема карты (безопасной изобаты собственного судна и др.); ус- ловных знаков сопровождаемых САРП судов и векторов их скорости и ряда других данных (рис. 26.1). Рис. 26.1. |