книга "НИС". Вагущенко Л. Л. Судовые навигационно информационные системы одесса 2004
 Скачать 5.96 Mb.
|
|
Часть вторая посвящена теоретической модели данных. В третьей части описана структура данных. Приложение А содержит каталог (Object Catalogue) находящихся в обращении классов картографических объектов, соответствующих им характеристик (атрибутов) и полный перечень значений атрибутов. Здесь под классом подразумевается определенная группа объектов, эквивалентных по установленным признакам. Приложение В является спецификацией, в которой приведены стандарты классов объектов и их атрибутов. Они должны использоваться при записи изображений карт в файлах с целью обмена данными между Гидрографическими организациями, производителями ЭКДИС, мореплавателями и другими пользователями. Формат S57/3.1 обладает широкими возможностями, он совместим с другими средствами обмена данными и не ориентирован на определенную разграфку и проекцию карт. Формат S57/3.1 сочетает в себе свойства гибкости и компактности. Он позволяет: поддерживать несколько уровней обмена цифровыми данными, представлять позиции объектов в географической или прямоугольной системах координат с различными единицами и мерами точности, строить карты в любых проекциях, хранить описательную информацию, метаданные, добавлять новые записи. Форматом S57/3.1 определен способ хранения данных в виде отдельных программных объектов, включающих в себя сведения о местоположении и все атрибуты. Под атрибутом здесь понимается характеризующее пространственный объект свойство, качественный или количественный признак, ассоциированный с идентификатором объекта, но не связанный с его позицией. При объектной организации данных отдельные элементы из разных файлов могут выбираться и компоноваться перед отображением. Такая возможность позволяет любой выбранный судоводителем район, включающий данные одной или нескольких ячеек, показывать в НИС как целую единую карту. Представление 60 любого района земной поверхности как единого целого изображения называется бесшовным отображением карт. Кроме того, карты в формате S57/3.1 удобно корректировать и обновлять при переиздании. Формат S57/3.1 обеспечивает широкие возможности поэлементной корректуры электронных карт, так как каждый объект, атрибут и другие компоненты карты имеют свои уникальные идентификаторы. Это позволяет изменять, убирать элементы карты и, при необходимости, вставлять новые компоненты, не затрагивая другие объекты карты. Для неофициальных векторных ЭК требования S57/3.1 не являются обязательными. Для обмена официальной картографической информацией по каналам телесвязи разработан специальный формат MACDIF (Map and chart data inter change format). Внутрисистемные форматы данных . Следует подчеркнуть, что формат S57/3.1 создан специально для обмена цифровой картографической информацией, а не для целей синтеза карт в НИС. Ввиду определенных неудобств работы с форматом S57/3.1 внутри ЭКДИС при выполнении ее операций, производители этих систем свободны, согласно публикации МГО S52, создавать для данных СЭНК свои внутрисистемные форматы, соответствующие задачам, решаемым конкретной ЭКДИС. Внутрисистемные форматы называют также форматами СЭНК. В любом случае ЭКДИС должна иметь возможность приема (импорта) данных от гидрографических служб в формате S57/3.1 и преобразования (конвертации) их во внутренний формат. Последний, согласно публикации S52 МГО, должен сохранять логическую структуру и состав исходной информации. Ряд производителей с тем, чтобы упростить использование данных ЭК, создали удобные как для распространения, так и для оперирования внутри НИС, форматы данных. Первым из таких официально признанных форматовявляется СМ-93/3, разработанный фирмой С- МАР. Он получил одобрение Норвежского классификационного общества Det norske Veritas – DnV. С помощью специальных программных средств данные из формата S57/3.1 могут быть конвертированы в СМ-93/3 и наоборот. Формат СМ-93/3 является внутренним во многих системах с официальными векторными электронными картами. Распространение в формате СМ-93/3 позволяет использовать ЭНК в таких системах без конвертации из формата, в котором они распространяются, в формат СЭНК, в котором они используются в системе. Касаясь достоинств формата СМ-93/3, необходимо отметить, что он: 61 - Удобен как внутренний формат для ЭКДИС и одновременно является форматом передачи данных; - Совместим с форматом S57/3.1. При конвертации данных из S57/3.1 сохраняет содержание и логику информации; - Обеспечивает автоматическую корректуру, основанную на приеме электронных ИМ через e-mail, Интернет НТТР, Инмарсат, мобильные каналы связи и т.д.: - Работает со многими операционными системами; - Экономен в расходе памяти. В среднем объем карт в СМ-93/3 в пять раз меньше, чем в S57/3.1; - Поддерживает все языки и алфавиты (латинский, кириллицу, арабский, китайский, хинди и т.д.); - Обеспечивает представление новых объектов при расширении их числа (приливных явлений, данных для рыбаков и т.д.); - Позволяет наносить на карту текст на любом языке, разных размеров и стилей, горизонтально, вертикально, по любой кривой линии. Ряд из этих преимуществ позволяет получить также одобренный формат ТХ-97, который использует фирма «Транзас Марин» для своих электронных карт. Внутри ЭКДИС и ЭКС, выпускаемых фирмой «Транзас Марин», официальные векторные карты ЭНК представляются в формате ТХ-97. Поставка ЭНК для систем Транзаса может производиться в этом формате. 2.5. Разграфка ЭК. Разграфкой (нарезкой) бумажных карт называется система деления изображения земной поверхности на листы отдельных карт. Чаще всего для морских карт применяется прямоугольная разграфка, когда изображение земной поверхности в меркаторской проекции с помощью отрезков меридианов и параллелей делится на прямоугольные или квадратные листы. При рассмотрении электронных карт термин «разграфка» имеет похожий, но несколько иной смысл. Для использования в НИС картографические данные представляются в виде информационного массива (картографической базы данных), имеющего свой формат и организацию. Картографическая база данных (КБД) – это предназначенная для целей судовождения совокупность взаимосвязанных картографических сведений на весь Мировой океан либо его определенную часть, представленная в цифровой форме при соблюдении общих правил описания, хранения и манипулирования данными. По аналогии с набором бумажных карт КБД иногда называют коллекцией электронных карт. 62 Массив картографических данных имеет большую размерность. Для удобства хранения и оперирования с таким крупным набором данных картографическая информация разбивается на части, которые помещаются в отдельных файлах. В основе разделения данных лежит тот или иной способ нарезки земной поверхности на отдельные участки (ячейки). Под ячейкой обычно понимается элемент разбиения земной поверхности линиями регулярной сети, чаще всего отрезками меридианов и параллелей. В современных векторных КБД используется представление элементов карты в памяти в виде объектов и регулярно-ячеистый способ организации базы данных, обеспечивающий логическую неразрывность информации файлов. При таком способе хранения информации из содержания файлов можно образовывать совокупности данных для любого вырезанного оператором на карте-схеме мира района и показать его на экране как целую единую карту. КБД, которые обеспечивают такую возможность, называются бесшовными картографическими базами данных. Для таких баз термин «разграфка» означает скорее не разбиение изображения земной поверхности на отдельные листы карт, а деление данных в базах в соответствии с той или иной нарезкой земной поверхности на ячейки. Кратко охарактеризуем следующие виды разграфки, применяемые для электронных карт: – нарезку гидрографических служб для бумажных карт; – равномерную разграфку, предложенную МГО; – нарезку гидрографических служб для ЭНК; – другие виды разграфки для электронных карт. Разграфки гидрографических служб для бумажных карт. Характерной чертой нарезки гидрографических служб для бумажных карт является перекрытие соседними картами определенной акватории на их стыке и зависимость шага разграфки от широты, что обеспечивает приблизительное выравнивание площадей поверхности карт на разных широтах. Это в определенной степени способствует в случае равномерного распределения картографической нагрузки выравниванию информационных объемов карт. Нарезки карт, используемые гидрографическими организациями разных стран, имеют отличия. Три гидрографические службы в мире выпускают навигационные карты на весь Мировой океан, но разграфка этих карт неодинакова. Это Британское адмиралтейство, коллекция навигационных карт которого состоит примерно из 3900 карт; Гидрографическая служба США (NOAA – National Oceanic and Atmospheric Administration, NIMA - National Imagery and Mapping Agency), полный комплект навигационных карт которой включает порядка 4600 карт; и русская гидрография – 6500 карт. NOAA является 63 гидрографической службой, которая занимается изданием карт только на воды США. NIMA – это картографическое агентство Департамента обороны США, выпускающее морские навигационные карты для всех районов Мирового океана. Когда для ЭК используется разграфка гидрографических служб, то обычно нумерация ЭК соответствует номенклатуре бумажных навигационных карт. Однако это необязательно. Разграфка МГО . В равномерной разграфке, предложенной МГО, в качестве разделяющих карты линий используются отрезки меридианов и параллелей с шагом, одинаковым по угловой величине для широты и долготы. Соседние карты при разграфке МГО стыкуются между собой без перекрытия. МГО рекомендует использовать следующие параметры разграфки: – для планов – 7.5'; – карт гаваней – 15'; – карт подходов – 30'; – карт побережья – 1 0 ; – генеральных карт – 5 0 ; – карты мира – 10 0 Разграфка гидрографических организаций для ЭНК . Для ЭНК применяются нарезки данных, выбранные государственными гидрографическими службами с учетом требований Международной гидрографической организации. МГО для официальных векторных карт установлен регулярно- ячеистый способ разграфки картографической информации. Ячейка определена как наименьший административный блок для географических и навигационно-гидрографических данных, представляющий собой сферическую прямоугольную область, ограниченную двумя параллелями и двумя меридианами. Данные ячейки следует помещать в отдельный файл (set file). Каждая ячейка должна иметь свой уникальный адрес (идентификатор), по которому однозначно определяется ее место на карте мира. МГО рекомендует для файлов ЭНК и ее ячеек использовать названия из восьми символов с расширением, имеющих следующую структуру. Первые два символа должны определять производителя ЭНК. Третий символ используется для указания «навигационной цели» карты, т.е. является грубым указателем ее масштаба: 1 – обзорная карта мира, 2 – генеральная карта, 3 – прибрежная карта, 4 – подходы к порту, 5 – гавань, 6 – карта для швартовки (план). Четвертый-восьмой символы являются кодом, определяющим место расположения ЭНК. 64 Расширение («.000», «.001», «.002» или другие значения) обозначает номер корректуры ЭНК. Приведем для примера несколько кодов производителей электронных карт: RU - Россия, UA - Украина, US - США, DE - Германия, GB - Англия, FI – Финляндия, FR - Франция, JP - Япония, DK - Дания, KP - Корея, CL - Чили. Используемые разными гидрографическими службами коды для определения положения ячейки карты не являются однообразными. Одни службы используют в этих кодах только цифры, другие – буквы и цифры, или только буквы. Приведем примеры названия файлов ЭК разных гидрографических организаций (без расширений): DE221000, DK2CHWGG, FR301090, US5PR62M, GB100007, CL2AN020, AU314145. Право выбора размеров ячеек принадлежит производителем ЭНК, однако объем данных ячейки не должен превышать 5Мб. Ячейку не следует делать и слишком малой, чтобы не увеличивать значительно их общее количество. В первую очередь создаваемые ЭНК должны покрыть подходы к основным портам и главные судоходные пути. Поэтому национальные ГО группируют ячейки в районах основных портов. Рис. 2.5. Нарезка ЭНК на воды Японии. В качестве примера можно привести нарезку, выбранную Гидрографической организацией Японии для мелко и крупномасштабных ЭК своего побережья (рис. 2.5). Следует отметить, что при регулярной ячеистой разграфке используется два вида отражения картографическими данными элементов земной поверхности: 65 • Неполное представление; • Сплошное покрытие. При неполном представлении из имеемого множества важных для судовождения картографических данных в файл(ы) ячейки помещаются только те, которые нужны для отображения карты в масштабе, выбранном для ячейки. Такой способ используется для ЭНК. В результате земная поверхность отражается данными, соответствующими неодинаковым оригинальным масштабам. При сплошном покрытии в файл(ы) ячейки записываются все имеемые для нее важные в навигационном отношении картографические данные. Обычно при записи и хранении они распределяются по «масштабным» уровням. Это позволяет системе показывать на карте любой район с нагрузкой элементами, соответствующей заданному оператором масштабу отображения. Понятие «оригинальный масштаб данных карты» здесь теряет свой смысл. Другие нарезки карт . Кроме названных, существуют разграфки, использованные частными фирмами при производстве векторных карт. В качестве примера можно указать равномерную разграфку со сплошным покрытием норвежской фирмы «С–Мар». Картографические данные этой фирмы разделены на девять районов. Районы состоят из ячеек, которые имеют размер 4 0 х4 0 , стыкуются друг с другом без перекрытия и обеспечивают покрытие акваторий всего Мирового океана. Организация КБД этой фирмы обеспечивает бесшовное отображение карт. Аналогичной чертой обладает и база данных карт фирмы «Navionics» (США). Данные в ней сгруппированы по ячейкам 5 0 х5 0 2.6. Классификация электронных карт. При рассмотрении вопросов использования электронных карт применяется их классификация по различным признакам. В зависимости от полноты информации , представляемой на карте, ЭК разделяют на полномерные и упрощенные (стилизованные). Полномерные навигационные ЭК по нагрузке равноценны официальным бумажным навигационным картам и содержат всю картографическую информацию, необходимую для безопасного и эффективного судовождения. Для использования полномерных карт требуются обладающие широкими возможностями средства хранения и отображения информации, которыми ряд автоматизированных навигационных систем не обладает. В таких системах могут использоваться ЭК в 66 упрощенном виде, который позволяет реализовывать имеемая аппаратура. Упрощенной (стилизованной) электронной картой обычно называется схематическое изображение на экране дисплея местности в определенной проекции, не эквивалентное бумажной навигационной карте и не удовлетворяющее требованиям к безопасности мореплавания. Упрощенные ЭК получаются самыми разными способами. Для ввода с бумажных карт в память ЭВМ данных для стилизованных карт в ряде автоматизированных навигационных систем используются специальные кодирующие планшеты – дигитайзеры (chart digitizer). В зависимости от юридического статуса ЭК подразделяются на официальные и неофициальные карты. Официальными картами считаются ЭК, издаваемые государственными гидрографическими организациями. К неофициальным картам относятся все другие электронные карты. В зависимости от метода цифрового представления изображения карты в памяти ЭК делят на растровые и векторные. Растровые карты . Для записи и хранения изображенияэтих карт используются растровые форматы - метод цифрового представления изображения карты в виде матрицы точек (пикселей). При таком способе представления карты сведений об отдельных картографических объектах в памяти нет. Векторные карты . Изображение этих карт хранится в памяти в векторных форматах. Структура данных векторных карт обычно представляет собой последовательность записей, характеризующих каждый имеемый на карте объект. По этим записям с помощью специальной программы НИС сама строит карту на экране дисплея. Классификация ЭК в зависимости от масштаба (назначения карты) . Подробность навигационных карт зависит от их масштаба. Масштаб, которому соответствует нагрузка электронной карты, называется ее оригинальным масштабом. Масштаб, в котором карта показывается на экране дисплея, именуют масштабом ее отображения. Навигационные карты изготавливаются в разных масштабах, примерно от 1:2500 до 1:15000000 и даже меньше. Как известно, классификации бумажных навигационных карт в зависимости от масштаба, принятые гидрографическими организациями разных стран, в определенной степени отличаются. Например, бумажные отечественные навигационные морские карты в зависимости от масштаба подразделяются на следующие виды: 67 – генеральные – 1:1000000 ÷ 1:5000000; – путевые – 1:100000 ÷ 1:500000; – частные – 1:25000 ÷ 1:50000; – планы – 1:25000 и крупнее. Морские карты, выпускаемые Картографическим агентством (NIMA) Департамента обороны США, включают: - генеральные карты 1:150000 и меньше; - прибрежные карты 1:50000 ÷ 1:150000; - гавани 1:50000 и больше. Если электронные карты изготавливаются как копии бумажных карт, то они соответствуют классификации гидрографической службы, издавшей эту бумажную карту. Международная гидрографическая организация для официальных векторных карт (ЭНК), используемых в ЭКДИС, установила следующую классификацию в зависимости от оригинального масштаба: • карты мира (World) – 1:2500001 и меньше; • генеральные карты (General) – 1:300001 ÷ 1:2500000; • прибрежные карты (Coastal) – 1:80001 ÷ 1:300000; • подходные карты (Approach)– 1:40001 ÷ 1:80000; • гавани (Harbour) – 1:10001 ÷ 1:40000; • планы (Plan) – 1:10000 и крупнее. |