книга "НИС". Вагущенко Л. Л. Судовые навигационно информационные системы одесса 2004

• Название: Вагущенко Л. Л. Судовые навигационно информационные системы одесса 2004
• Анкор: книга "НИС".pdf
• Дата: 14.03.2018
• Размер: 5.96 Mb.
• Имя файла: книга "НИС".pdf
• Тип: Книга; #16640
• страница: 6 из 34

В получаются путем исправления координат
,
)
( A
ϕ
)
( A
λ
, найденными поправками:
)
( A
h
;
;
ϕ
ϕ
ϕ
Δ
+
=
)
(
)
(
A
B
λ
λ
λ
Δ
+
=
)
(
)
(
A
B
h
h
h
A
B
Δ
+
=
)
(
)
(
2.2.4. Пути улучшения отсчета горизонтальных координат
картографических объектов.
Основные усилия для улучшения решения вопросов, связанных с использованием координат объектов на поверхности Земли, направлены на устранение имеемых недостатков в этом отношении.
Основными из них являются:
–
Недостаточное качество карт;
–
Использование карт с разными горизонтальными геодезическими основами.
44

Недостаточное качество карт определяется неточностью и низкой подробностью горизонтальных геодезических съемок местности, на основе которых составлены навигационные карты. В судовождении в настоящее время применяются карты, основанные на съемках, проведенных в разные годы и в далеком прошлом. Качество многих из этих карт не удовлетворяет требованиям пользователей.
Единственным методом устранения рассматриваемого недостатка являются новые геодезические съемки всех районов, где точность позиций объектов и подробность карты не удовлетворяет современным требованиям. Несмотря на большой прогресс в методах и в аппаратуре для производства геодезических работ, решение этого вопроса в полном объеме требует много времени и значительных средств.
Многочисленность горизонтальных геодезических датумов.
Как уже упоминалось, расхождение между координатами объектов в разных геодезических системах может превышать один километр, а ошибки трансформации датумов достигают десятков метров. Поэтому использование карт с различными геодезическими основами является в ряде случаев источником дополнительных ошибок в определениях места судна.
Для современных геодезических систем отличие в координатах невелико. Разность между позициями объектов в системах WGS84 и
ПЗ90 не превышает 15 метров, а между положением в WGS84 и WGS72
– 17 м. Отличие в координатах Европейской геодезической системы и
WGS84 достигает 85 м, а координаты точек в Токийском датуме могут быть сдвинуты относительно WGS84 на расстояние, до 350 м.
Между тем, разность координат в системе WGS84 и в системе карты одного из районов в Эгейском море, основанной на съемке 1862 г, доходит до 2.5 миль. В некоторых местах Красного моря береговая линия и навигационные опасности нанесены на карты с ошибками, достигающими 5 миль. Из применяемых в настоящее время карт, основанных на съемках, которые проводилась в далеком прошлом, преобладающая часть относится к островам Юго-восточной Азии.
Наибольшая зафиксированная разность между координатами позиции объекта в WGS84 и на карте, составленной по данным старой съемки, составляет 7 миль.
Учитывая, что спутниковая навигационная система GPS, которая работает в WGS84, стала основной для навигации морских судов, начиная с 1982 г. при переиздании карт гидрографические службы ряда стран добавляет на картах поправки по широте и долготе для приведения GPS-определений к геодезическому датуму карты. Запись об этом “Satellite-Derived Positions” обычно располагается около заголовка карты. Текст этой надписи может быть - “Positions obtained from satellite navigation systems refered to (название датума) must be
45

moved X.XX minutes (Northward/Southward) and X.XX minutes
(Eastward/Westward) to agree with this chart”.
Необходимо обратить внимание, что геодезическая основа ряда карт, составленных по старым съемкам, содержит большие погрешности, не позволяющие выполнить с требуемой точностью перевод данных карты в современные геодезические системы. В результате эти карты не могут быть представлены в системе WGS84. В таких случаях на бумажных картах может быть помещена информация о невозможности приведения к WGS84: “Adjustments to WGS cannot be determined for this chart”, либо - “The differences between satellite-derived positions and positions on this chart cannot be determined”, или указано, что поправки могут быть значительными - “Differences may be significant to navigation”.
Наличие большого количества горизонтальных датумов и существующие ошибки пересчета из одного датума в другой поставили на повестку дня вопрос об использовании в мире единой системы отсчета горизонтальных координат. В качестве международного датума выступает в настоящее время система WGS84. Гидрографические службы многих стран переиздают свои навигационные карты в системе
WGS84. Например, чтобы избежать проблем с пересчетом датумов, гидрографические службы США все электронные карты, растровые и векторные, выпускают в системе WGS84 или NAD83, которая очень близка к WGS84.
Принятие всеми странами единой геодезической референцной системы для карт и для радионавигационных позиционных систем позволит в перспективе устранить отличие горизонтальных датумов как потенциальный источник погрешностей в положении судна.
2.2.5. Вертикальные геодезические датумы.
Вводные сведения. Информация о вертикальных координатах
(высоте и глубине) объектов на земной поверхности требуется штурманам для решения многих практических задач судовождения.
Особенно важны для обеспечения безопасного плавания сведения о глубинах.
Вследствие влияния приливообразующих сил глубина в каждой точке моря не остается постоянной со временем. При значительных колебаниях моря принято отделять определенную часть глубины (в пределах величины прилива) от основной толщи воды, которая не захватывается изменениями уровня. Только постоянная компонента глубины наносится на карту. Таким образом, сведения о глубинах на карте являются неполными.
46

В процессе опыта плавания на мелководье сложился принцип определения глубины путем учета трех составляющих:
–
Глубины на карте,
–
Компоненты периодически повторяющихся изменений уровня, обусловленных астрономическими причинами;
–
Составляющей непериодических изменений уровня под влиянием атмосферных процессов (сгонно-нагонные и другие явления).
Величина второй компоненты при плавании вблизи берегов в морях с приливами прогнозируется с помощью таблиц приливов, специальных программ для расчета приливных уровней и ряда других пособий. Материалы о высоте приливного уровня представляют прямое дополнение карты. Высоты приливов должны быть вычислены в
той же системе, в какой даются глубины на карте. Иными словами, чтобы результат расчета глубины был верным, постоянная и переменная ее часть, обусловленная астрономическими причинами, должны отсчитываться от одного уровня – нуля глубин карты. Этот уровень назначается по определенным правилам.
Касаясь третьей компоненты, обусловленной влиянием атмосферных процессов, необходимо отметить следующее.
Закономерности сгонно-нагонных явлений очень сложны, а вызываемые ими изменения уровня моря весьма малы. Ощутимую для судовождения величину они имеют только в малом числе судоходных акваторий. Поэтому учитывать колебания уровня, вызванные гидрометеорологическими причинами, судоводителям приходится редко (но обязательно там, где они существенны). При назначении нуля глубин такими колебаниями уровня моря пренебрегают.
Понятие о вертикальных датумах. Нулевая поверхность, от которой отсчитываются высоты и/или глубины на Земле, называется
вертикальным датумом. Обычно на картах для высот береговых объектов и батиметрических данных применяются разные вертикальные датумы. Таких датумов может быть и три: для высот, для глубин, для береговой черты. Это определяется с одной стороны практической целесообразностью, а с другой – трудностью учета ряда факторов.
Для отсчета высот топографических объектов обычно используется поверхность геоида, которая проходит через точку начала отсчета высот, закрепленную на высоте среднего уровня моря.
Для измерения глубин и высот осыхающих объектов в качестве вертикального датума применяются
нули
глубин
карты, соответствующие тому или иному уровню моря (для морей с приливами – обычно уровни малых вод).
Традиционно в разных странах для целей определения высот и глубин в картографии производится привязка к согласованному по
47

определенным правилам уровню моря, который принимается за ноль высот и/или глубин. Поскольку на высоту поверхности моря влияют приливообразующие силы Луны и Солнца, то уровень, принимаемый за нулевой, определяется обычно по наблюдения за период 18.6 или 19 лет. Этот промежуток выбран на том основании, что большой цикл изменения приливообразующих сил Луны равен 18.6 года, а солнечных
– 1 год. Кроме того, с годичным периодом происходят изменения уровня океана, вызываемые изменением плотности воды от нагревания
Солнцем. Необходимо также отметить, что средний уровень океана, хотя и очень медленно, но меняется из-за таяния льдов, вызванного потеплением климата, и вследствие погружения земной коры.
Приливные уровни, принимаемые при составлении карт за ноль высот/глубин в разных странах, отличаются. Это может быть:
–
Средний уровень моря (MSL – mean sea level);
–
Наинизший из возможных по астрономическим причинам уровень (LAT – lowest astronomical tide);
–
Средняя малая вода (MLW – mean low water);
–
Средняя малая вода в сизигию (MLWS – mean low water springs);
–
Наинизшая малая вода в сизигию (lowest low water springs);
–
И другие приливные уровни.
В настоящее существует достаточно много вертикальных датумов.
В качестве примеров можно назвать: Кронштадтский датум (Россия),
Австралийский высотный датум 1971 года - AHD(71), Канадский геодезический вертикальный датум (CGVD 1928), Датскую вертикальную референцную систему (DVR90), Финский датум (N60),
Итальянскую систему отсчета вертикальных координат (Genova 1942),
Японский нулевой уровень (Mean Sea Level of Tokyo bay), Норвежскую систему отсчета вертикальных координат (NN1954), Северо- американский вертикальный датум (NAVD88) и другие.
Сведения об уровнях, от которых отсчитываются высоты и глубины на бумажных морских картах, обычно приводятся в их заголовках. Все касающиеся этих датумов оговорки помещаются в примечаниях.
Вертикальные датумы бумажных морских карт России и
Украины. Исходным значением вертикального датума России и
Украины является ноль Кронштадтского футштока, совпадающий со средним уровнем Балтийского моря за период 1825-1840 гг.
Проходящая через эту точку поверхность геоида определяет систему отсчета высот объектов на территориях этих стран.
Ноль глубин. За начало отсчета глубин в морях без приливов, а также там, где средняя амплитуда приливов меньше 50 см, принимается средний многолетний уровень моря.
48

На морях с приливами, где средняя амплитуда приливов равна или превышает 50 см, датумом глубин является наинизший теоретический уровень (теоретический ноль глубин), соответствующий наинизшему из возможных по астрономическим причинам уровню моря (LAT).
Ноль высот. Высоты объектов на морских картах для морей без
приливов даются относительно среднего уровня моря. Таким образом, для морей без приливов датумы для высот и для глубин совпадают.
Для морей с приливами датум высот отличается от нуля глубин. В
морях с приливными явлениями высоты отсчитываются от уровня полных сизигийных вод.
2.2.6. Совершенствование отсчета вертикальных координат.
Для морского судовождения наиболее актуальным является вопрос качества данных глубин акваторий. Работы, проводимые для улучшения знания глубин, направлены на устранение имеемых в этом отношении недостатков. Основными из них являются:
–
Недостаточная точность и подробность батиметрических данных карт;
–
Несовершенство современных методов учета влияния приливных явлений на глубины;
–
Использование карт с разными датумами глубин.
Недостаточная точность и подробность батиметрических
данных. Причиной несовершенства информации карт о глубинах, являются недостатки промерных работ, на которых основаны карты.
Для морских навигационных карт используются сведения о глубинах, полученные при промерных работах, проведенных в различное время, с разной аппаратурой и с неодинаковой точностью. На многих картах данные о глубинах не удовлетворяют современным требованиям. В настоящее время на подходах к портам требуется знать глубины с
точностью до дециметра.
Главный путь устранения рассматриваемого недостатка – выполнение высококачественных промерных работ в районах, где информация о глубинах не удовлетворяет современным требованиям. В первую очередь это относится к подходам к основным портам.
Несмотря на появление многолучевых высокоточных эхолотов, значительно увеличивших производительность промерных работ, решение этого вопроса требует длительного времени, больших затрат труда и значительных средств.
Несовершенство учета приливных явлений. В общем случае на подходах к портам, на мелководье в морях с приливами батиметрическая информация на карте является недостаточной для целей судовождения. Чтобы получить полные данные, судоводитель должен рассчитать высоту приливного уровня в интересующем его
49

месте и исправить значение глубины на карте. Это представляет определенное неудобство.
Улучшение решения вопросов, связанных с получением полной информации о глубинах на подходах к портам, проводится путем создания специальных математических моделей уровня (ММУ), позволяющих для любого места на подходной карте либо на карте гавани рассчитать на заданное время с требуемой точностью глубину моря.
В настоящее время для ряда акваторий такие модели разработаны и имеются программные средства, которые позволяют при отображении электронных карт показывать глубины относительно уровня моря, рассчитанного на текущий (или заданный судоводителем) момент времени.
Для составления ММУ, обеспечивающих требуемое качество данных о глубине на задаваемое время, необходимо наличие точных подробных батиметрических данных для рассматриваемой акватории и подтвержденная наблюдениями достоверная информация о приливных уровнях моря в удалении от берегов. Пока такой информации для подходов ко многим основным портам нет. Необходимы высокоточные и подробные промерные работы, чтобы ее получить. Эти работы в настоящее время выполняются в развитых в экономическом отношении странах.
Информация о приливных уровнях в удалении от берегов имеется, например, для Северного моря. Здесь можно назвать немецкий и английский атласы, которые дают в готовом виде поправки к глубинам на водные часы по Дувру. Пока наблюдениями приливных уровней охвачены в основном пункты у берегов.
Для расчета глубин с учетом приливов в удалении от берегов могут использоваться и чисто теоретические модели изменений уровня, но достоверность получаемых по ним результатов может быть недостаточна.
В действующих требованиях МГО к ЭКДИС определено, что на
отображаемых картах значения глубин не должны исправляться
высотой прилива. Это объясняется тем, что в морях с приливами отсчитываемые от нуля карты значения глубин в преобладающем большинстве случаев меньше значений глубин от текущего уровня моря в процессе его колебания под действием приливообразующих сил.
Поэтому при недостаточном качестве имеемой информации о глубинах, показ батиметрических данных от нуля глубин карты
потенциально менее опасен отображения их значений от текущего
(либо на заданный момент) уровня.
Для будущих поколений ЭКДИС, когда качество батиметрической информации станет выше, планируется показывать значения глубин на
50

подходных картах и картах гаваней от рассчитываемого на текущий или на заданный момент времени уровня, а также отображать прогнозируемые значения глубин по намеченному маршруту на ожидаемое время прихода судна в его точки. Последнее позволит получить полную картину о глубинах под килем для процесса проводки судна в порт в соответствии с выбранным планом.
Различие вертикальных датумов. Использование государствами разных вертикальных датумов, а также отличие в одном районе датума высот от нуля глубин, создает определенные неудобства и является потенциальным источником ошибок. Например, они могут возникнуть, когда ноль глубин на карте не совпадает с уровнем отсчета высот приливов.
Отличие вертикальных датумов государств приводит к нарушению на земном шаре непрерывности системы отсчета вертикальных координат объектов в горизонтальном направлении. Несовпадение датумов глубин и высот вызывает нарушение непрерывности отсчета этих координат в вертикальном направлении. Поэтому все более необходимой становится
единая
непрерывная
(бесшовная)
постоянная во времени всемирная система отсчета вертикальных
координат. Она уже требуется для таких практических приложений как мониторинг изменений береговой черты, делимитация территориальных вод, разграничение экономических и других водных районов государств, а также для других целей. Желательна такая система и для будущих поколений ЭКДИС, в которых планируется отображать надводную и подводную обстановку в трех измерениях.
Разрывов в системе отсчета вертикальных координат на грани перехода от подводной к надводной обстановке здесь быть не должно.
В настоящее время создана специальная международная группа для решения вопросов, связанных с разработкой единого международного вертикального датума.
Характеризуя вертикальные датумы, следует отметить, что средние уровни моря в разных местах Земли с той или иной точностью представляют поверхность геоида. Она имеет возвышения и понижения относительно референц-эллипсоида (см. рис. 2,1). В результате, например, средний по отношению к эллипсоиду уровень моря во
Франции отличается от среднего уровня в Китае. Разность между локальными MSL может достигать 100 м.
Поэтому моделью Земли для единого вертикального датума может быть геоид. Эта модель создается математически на основании измерений высот объектов и силы тяжести в разных точках Земли. До недавнего времени с требуемой точностью ее получить не удавалось.
На современном этапе имеемые технологии позволили уточнить поверхность геоида до 1 метра. В основе этих технологий лежит
51

возможность измерения с помощью GPS отклонений по высоте объектов на Земле от поверхности эллипсоида WGS84. Национальным картографическим агентством ВМС США (NIMA) были проведены такие измерения, рассчитаны и опубликованы значения вертикальных отклонений геоида от эллипсоида WGS84 с шагом 0.25 0
по широте и долготе.
Таким образом, NIMA был получен первый основанный на геоиде
(Earth Geoid Model - EGM) комбинированный датум – WGS84-EGM96 для отсчета горизонтальных и вертикальных координат.
2.3. Проекции морских навигационных
электронных карт.
Морские навигационные ЭК обычно отображаются в проекции
Меркатора. В отдельных случаях карты представляются в гномонической проекции.
Меркаторская проекция – это равноугольная цилиндрическая проекция, предложенная в 16 веке фламандцем Г.Кремером
(Меркатором) и используемая до сих пор. Различают нормальную,
поперечную и наклонную меркаторские проекции. Из них для представления навигационных ЭК в основном применяются две первые. С точки зрения судовождения главными достоинствами меркаторских проекций являются:
–
возможность измерять натуральные, неискаженные углы;
–
зависимость частных масштабов только от положения точки, но не от направления измеряемой по небольшим частям искомой длины.
В системах с векторными данными задача построения карты в заданной проекции возлагается на программное обеспечение системы.
С этой целью применяются те или другие методы получения значений экранных координат картографических объектов по их географическим координатам.
2.3.1. Нормальная проекция Меркатора.
Основные понятия. Нормальная проекция Меркатора (НПМ) относится к классу цилиндрических равноугольных проекций, в которых параллели и меридианы являются взаимно перпендикулярными параллельными прямыми, а расстояния между меридианами пропорциональны соответствующим разностям долгот.
Эта проекция используется для построения ЭК в диапазоне широт от 0 до 85 0
. Околополюсные районы в ней не могут быть отображены.
Наибольшим достоинством НПМ для целей судовождения является представление локсодромии прямой линией.
52

НПМ получается проектированием земного эллипсоида на боковую поверхность цилиндра, касательного к эллипсоиду по линии экватора (рис. 2.3,а). Ось этого цилиндра совпадает с осью Земли.
Затем боковая поверхность цилиндра разрезается по образующей и разворачивается на плоскость (рис. 2.3,б). а)
б)
МЧ
МЧ
РМЧ
РМЧ
Экватор
Параллел ь
Меридиан
Рис. 2.3. К пояснению нормальной проекции Меркатора.
В нормальной меркаторской проекции меридианы являются прямыми параллельными линиями, перпендикулярными к экватору. На поверхности цилиндра проекции меридианов проходят через точки касания земных меридианов с цилиндром, перпендикулярно к плоскости экватора. Расстояние Х в НПМ между двумя меридианами с долготами
λ, λ
0
равно
)
(
0
λ
λ
−
= a
X
; (2.1) где а – большая полуось земного эллипсоида.
Земные параллели в НПМ - также прямые линии, перпендикулярные к меридианам. Ввиду того, что на земном эллипсоиде меридианы сходятся с приближением к полюсам, с ростом широты длина земной параллели между двумя меридианами становится меньше. Это изменение пропорционально уменьшению радиуса параллели r(
ϕ), который с учетом сжатия эллипсоида определяется формулой:
2 1
2 2
)
sin
1
(
cos
)
(
ϕ
ϕ
ϕ
e
a
r
−
=
, (2.2)
53

где е–эксцентриситет Земного эллипсоида.
В результате, масштаб проекции по параллели
μ
ϕ
(
ϕ) в НПМ увеличивается с ростом широты:
2 1
2 2
)
sin
1
(
sec
)
(
)
(
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
μ
ϕ
e
r
a
−
=
=
. (2.3)
Приближенно можно считать изменение
μ
ϕ
(
ϕ) пропорциональным секансу широты.
В равноугольной проекции в каждой точке масштаб по параллели
μ
ϕ
(
ϕ) равен частному масштабу по любому направлению, естественно, и масштабу по меридиану
μ
λ
(
ϕ). В НПМ это достигается путем расчета расстояния от проекции экватора до проекции параллели с широтой
ϕ
на боковой поверхности цилиндра по формуле
)
(
ϕ
aU
Y
=
; (2.4) где
2
/
0
sin
1
sin
1
)
2 45
tan(
ln
)
(
e
e
e
U
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
−
+
=
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
. (2.5)
Следует заметить, что НПМ не является перспективной проекцией, так как элементы Земли не проектируются на боковую поверхность цилиндра с помощью лучей, исходящих из одной точки.
В НПМ расстояние Y по меридиану от экватора до параллели с широтой
ϕ, выраженное в экваториальных милях, называется
меридиональной частью
(МЧ) этой параллели. Расстояние
ΔY между двумя параллелями называется разностью меридиональных частей
(РМЧ). Ввиду увеличения масштаба с широтой, величина РМЧ, соответствующая одинаковому значению разности широт, с ростом широты в НПМ увеличивается (рис. 2.1, б).
Для построения на экране карты в НПМ необходимо найти прямоугольные экранные координаты картографических объектов.
Обозначим эти координаты x, y. Примем за их начало центр экранной области. Учитывая (2.1)-(2.5), можно найти следующие формулы для расчета значений x, y элементов ориентированной «по норду» карты:
; (2.6)
[
⎭
⎬
⎫
−
=
−
=
)
(
)
(
)
(
)
)(
(
0 0
0 0
0 0
ϕ
ϕ
ϕ
λ
λ
ϕ
U
U
r
M
y
r
M
x
]
где
ϕ
0
,
λ
0
– параллель и меридиан, проходящие через центр экрана дисплея; М
0
– масштаб по параллели
ϕ
0
(масштаб карты).
При ориентации карты «по курсу» прямоугольные экранные координаты картографических объектов рассчитываются по формулам
⎭
⎬
⎫
+
=
−
=
K
y
K
x
y
K
y
K
x
x
c
c
cos sin sin cos
,
54

где x
с
, y
с
– экранные координаты объекта при ориентации карты «по курсу».
В навигационно-информационных системах для расчета экранных координат
x,
y применяются и приближенные формулы, обеспечивающие погрешность вычислений, которая не превышает половины размера пиксела. В этом случае ЭК, построенные по результатам расчета положения элементов карты по точным и приближенным формулам, являются идентичными. В качестве упрощенных приближений к меркаторской проекции используются линейное и таблично-интерполяционное.
Линейное приближение к нормальной проекции Меркатора
применяется при построении крупномасштабных карт. В его основе лежит представление о Земле как о шаре с радиусом R, при котором одна минута дуги меридиана равняется одной морской миле. НПМ при таком условии получается проектированием точек Земного шара на боковую поверхность цилиндра с помощью лучей (линий), исходящих из центра Земли. В этом случае при ориентации ЭК «по норду» расчет экранных координат элементов карты производится по известным приближенным формулам
. (2.7)
⎭
⎬
⎫
−
=
−
=
)
(
)
(
cos
0 0
0 0
0
ϕ
ϕ
λ
λ
ϕ
R
M
y
R
M
x
Таблично-интерполяционное
приближение
к
проекции
Меркатора
используется при отображении мелкомасштабных карт, когда линейное приближение не обеспечивает требуемую точность.
Сущность этого метода состоит в следующем. В картографической базе данных в таблице опорных точек НПМ помещаются табличные значения широт
ϕ
к
(порядка 300
÷500 на интервал 0÷85 0
) и соответствующие им рассчитанные по строгим формулам значения
)
(
к
к
U
U
ϕ
=
и
)
(
к
к
r
r
ϕ
=
Экранные координаты элементов карты рассчитываются по формулам (2.6), в которых значение r(
ϕ
0
), находится линейной интерполяцией между значениями r
к
, а значения U(
ϕ), U(ϕ
0
) – интерполяцией между U
к
. При интерполяции значения r(
ϕ), U(ϕ), соответствующие широте
ϕ (ϕ
к
>
ϕ>ϕ
к+1
), получаются по формулам
⎭
⎬
⎫
−
+
=
−
+
=
)
(
)
(
)
(
)
(
к
к
к
к
к
к
U
U
U
r
r
r
ϕ
ϕ
δ
ϕ
ϕ
ϕ
δ
ϕ
, где
к
к
к
к
к
к
к
к
к
к
U
U
U
r
r
r
ϕ
ϕ
δ
ϕ
ϕ
δ
−
−
=
−
−
=
+
+
+
+
1 1
1 1
;
55

2.3.2. Поперечная меркаторская проекция.
Поперечная проекция Меркатора (ППМ) применяется для создания ЭК околополюсных районов Земли в диапазоне широт от 80 до 90 0
(рис. 2.4). Земной эллипсоид в этом случае проектируется на поверхность цилиндра, касательного к эллипсоиду по меридиану. Ось такого цилиндра перпендикулярна оси Земли.
80 до 90 0
(рис. 2.4). Земной эллипсоид в этом случае проектируется на поверхность цилиндра, касательного к эллипсоиду по меридиану. Ось такого цилиндра перпендикулярна оси Земли.
0 0
0 0
180 0
180 0
165 0
E
165 0
E
15 0
E
15 0
E
60 0
60 0
45 0
45 0
150 0
E
150 0
E
30 0
E
30 0
E
30 0
30 0
15 0
15 0
90 0
E
90 0
E
45 0
E
45 0
E 60 0
E
60 0
E 75 0
E
75 0
E
105 0
E
105 0
E 120 0
E
120 0
E 135 0
E
135 0
E
15 0
W
30 0
W 45 0
W 90 0
W 150 0
W
165 0
W
Экватор
0 0
Фикт ив ны й эк ва то р
15 0
W
30 0
W 45 0
W 90 0
W 150 0
W
165 0
W
Экватор
0 0
Фикт ив ны й эк ва то р
135 0
W
Рис. 2.4. Вид меридианов и параллелей в поперечной
Рис. 2.4. Вид меридианов и параллелей в поперечной
проекции Меркатора.
проекции Меркатора.
Если принять касательный к цилиндру земной меридиан за фиктивный экватор Земли, полюса этого экватора – за фиктивные полюса Земли, проходящие через фиктивные полюса большие круги – за фиктивные меридианы, а серию параллельных фиктивному экватору малых кругов на поверхности Земли – за фиктивные параллели, то свойства ППМ такой модели Земли будут аналогичны свойствам НПМ.
Фиктивные меридианы и параллели на карте в ППМ будут взаимно перпендикулярными системами параллельных линий, а прямая линия будет фиктивной локсодромией, пересекающей фиктивные меридианы под одним углом.
Если принять касательный к цилиндру земной меридиан за фиктивный экватор Земли, полюса этого экватора – за фиктивные полюса Земли, проходящие через фиктивные полюса большие круги – за фиктивные меридианы, а серию параллельных фиктивному экватору малых кругов на поверхности Земли – за фиктивные параллели, то свойства ППМ такой модели Земли будут аналогичны свойствам НПМ.
Фиктивные меридианы и параллели на карте в ППМ будут взаимно перпендикулярными системами параллельных линий, а прямая линия будет фиктивной локсодромией, пересекающей фиктивные меридианы под одним углом.
Что касается действительных меридианов и параллелей, то на карте в ППМ они будут кривыми линиями, как и действительная локсодромия. На картах околополюсных районов в ППМ меридианы
Что касается действительных меридианов и параллелей, то на карте в ППМ они будут кривыми линиями, как и действительная локсодромия. На картах околополюсных районов в ППМ меридианы
56

близки к радиально расходящимся от полюса прямым линиям, а параллели – к концентрическим окружностям.
Область минимальных искажений Земной поверхности на карте в
ППМ лежит в узкой полосе, центральной линией которой является фиктивный экватор.
2.4. Форматы данных электронных карт.
Понятие об информационном формате. В общем случае под
форматом
понимается структура информационного объекта.
Формат определяет способ расположения и представления данных в разнообразных объектах: таблицах, файлах, базах данных (БД), принтерах и т.д. Различают форматы данных, адресов, кодов, команд, страниц, строк проверочных последовательностей и т.д.
Любой пользователь, знакомый с компьютером, знает, что программы и данные хранятся в памяти в определенных форматах.
Формат данных
представляет собой набор правил, соглашений, стандартов для записи и хранения информации.
Форматы, используемые для представления данных в файлах, делятся на текстовые, графические и комбинированные (метафайлы).
В настоящее время в обращении находится довольно много форматов разных видов. Что касается графических форматов, то их десятки, а если учесть многочисленные версии этих форматов, то это число уверенно превысит сотню.
Представление графических данных в компьютере можно разделить на две большие ветви: растровую и векторную.
Растровые форматы.
Растры представляют изображение в виде точек. В их основе лежит битовая карта (матрица), на пересечении строк и столбцов которой располагаются элементы изображения — пиксели. С каждым пикселем связывается числовая характеристика, которая описывает его тон (если изображение черно-белое) или цвет
(для цветного изображения), а также яркость. Главным преимуществом растровой формы представления графической информации является простота исходной концепции. Каждый отдельный пиксель изображения представляет самого себя, вне зависимости от его положения и роли, которую он играет в рисунке. Построение изображения состоит в простом воспроизведении на экране информации, хранящейся в памяти.
Самыми распространенными из растровых форматов для графической информации, предназначенной для массового пользователя, являются: TIFF, BMP, GIF, JPEG, PNG.
57

Векторные форматы.
Эти графические форматы служат для хранения сведений о векторных изображениях, которые представляют собой совокупность геометрических примитивов: точек, линий, овалов, прямоугольников, дуг и др. Векторные форматы состоят либо из описаний примитивов, либо включают в себя набор инструкций, команд для построения примитивов. Например, чтобы компьютер нарисовал отрезок прямой линии, записывают координаты точек его концов. Для дуги задается центр, радиус, угол и т. д. Не исключается и комбинация этих способов.
В векторном виде хранят информацию системы автоматизированного проектирования, например Autocad, программы, которые создают иллюстративную графику, такие как Coreldraw.
Комбинированные форматы
(метафайлы) предназначены для хранения информации о тексте, о растровых и векторных изображениях и о командах визуализации. Такими форматами являются WMF, CGM,
EPS. В числе немногих примеров использования метафайлов в
Интернете в первую очередь следует назвать формат PDF (Portable
Document Format), предложенный фирмой Adobe.
Для практических задач основными критериями выбора того или иного формата являются - компактность записи, удобство применения при решении задач, совместимость с используемыми программами.
Конвертирование форматов
(format conversion) - преобразование данных из одного формата в другой, воспринимаемый иной системой
(как правило, при экспорте или импорте данных).
Возможность конвертирования графических данных из одного формата в другой существует далеко не для всех форматов.
Форматы электронных карт
. Чтобы обеспечить эффективную обработку информации, форматы данных обычно ориентируются на какой-либо продукт, программную систему или область применения.
Существуют и универсальные форматы (например, американский
STDS, английский NTF), однако для конкретных приложений они малоэффективны. Нет универсального формата, который можно было бы рекомендовать на все случаи жизни для данных любого набора и назначения. Поэтому для ЭК используются специальные форматы, отвечающие целям обмена данными этих карт и оперирования с картографической и навигационно-гидрографической информацией в
НИС.
Ввиду разных типов данных карт для их хранения используются обычно комбинированные форматы. Пространственные данные они представляют в графических форматах, а описательные – в символьных. В символьных форматах хранятся и метаданные.
Электронные навигационные карты, для записи и хранения изображений которых использованы растровые форматы, получили
58

название растровых навигационных карт. В файле такой карты вид района представлен в растровом виде, а надписи (метаданные), относящиеся ко всей карте, хранятся в символьном формате.
Карты, для записи и хранения пространственных данных которых применяются векторные форматы, именуют
векторными
навигационными картами. В файлах векторных карт довольно часто описательная информация тесно увязана с пространственными данными.
Пространственная информация векторных карт состоит из элементарных геометрических объектов трех типов - точек, линий и площадных объектов (полигонов).
В начальный период создания навигационных систем, отображающих электронные карты, не существовало международных требований к форматам карт. Поэтому производители НИС использовали для записи и хранения изображений карт разработанные ими графические форматы, растровые или векторные.
Так, для растровых карт Британское адмиралтейство применило специальный формат ARCS. Гидрографические службы США (NOAA) и Канады (CHS) выпускают растровые карты в формате BSB. Свои форматы имеют и растровые карты других гидрографических служб и частных организаций.
Крупный производитель электронных карт фирма «Транзас
Марин» производит векторные карты в формате ТХ-97. Фирма “С–
Мар” представляет векторные ЭК в своем формате СМ-93/3.
К началу девяностых годов двадцатого века системы с электронными картами получили довольно широкое распространение.
Тогда ИМО приняло решение взять под контроль процесс развития систем с электронными картами, так как их недостатки могли оказать негативное влияние на безопасность мореплавания.
ИМО совместно с МГО, МЭК были выработаны требования к системам с электронными картами, удовлетворяющими современному состоянию судовождения. МГО определила стандарты к содержанию официальных электронных карт, к их отображению на экране и к представлению на электронных носителях.
Формат
для
обмена
официальной
векторной
картографической информацией
. Для обмена картографической информацией между
Гидрографическими организациями, производителями ЭКДИС и мореплавателями Комитетом по обмену цифровыми данными МГО (Commitee of exchange of digital data –
CEDD) был разработан формат S57. Он описан в специальной публикации МГО S57: IHO Transfer Standard for Digital Hydrographic
Data, и носит номер, присвоенный этой публикации - S57. Затем два раза этот формат уточнялся.
59

В настоящее время основным форматом для обмена официальной картографической информацией является издание 3.1 формата S57, в котором пространственные данные карт представлены в векторном виде.
Специальная публикация МГО S57
, в которой описан международный стандарт для обмена картографическими данными, имеет следующие главные разделы.
Первая часть
является расширенным введением. В ней дается общее представление о формате: назначение, структура, ссылочные документы, определения и т.д.