книга "НИС". Вагущенко Л. Л. Судовые навигационно информационные системы одесса 2004
 Скачать 5.96 Mb.
|
|
Классификация ЭК в зависимости от использования в навигационной системе . Различают исходные (основные, базовые) и системные электронные карты. Исходной (основной, базовой) картой является ЭНК или цифровые данные других карт, которые размещены в одном файле (или в нескольких), поставляемом государственной или частной организацией. Данные основной карты обычно не могут быть изменены на судне. Системная электронная карта – это набор данных для отображения откорректированной навигационной карты, представленный во внутреннем формате системы и интегрированный с информацией пользователя. Он является результатом преобразования системой содержания основной ЭК, корректур, и данных, добавленных мореплавателем. Это информация, которая составляет дисплейный файл для отображения в системе откорректированной навигационной карты для целей выполнения с ее помощью навигационных задач. 68 2.7. Характеристика векторных карт. 2.7.1. Состав данных векторных ЭК. Общие сведения . Как уже упоминалось, изображение векторных ЭK представляется в памяти в виде последовательности записей, характеризующих каждый имеемый на карте картографический объект (геометрический примитив). Чтобы иметь возможность управлять составом нагрузки карты, векторные данные распределяются по определенным тематическим уровням (слоям карты). Под слоем понимается совокупность однотипных пространственных элементов, относящихся к одной теме или классу объектов, представленная в системе координат, общей для набора слоев. Слой отображается как единое целое. Содержание одной векторной карты записывается либо в одном файле, с указанием признаков данных различных слоев, либо в нескольких файлах (послойно). К данным векторных карт добавляется специальная программа, позволяющая строить карту в нужной проекции на экране дисплея (генерировать символы картографических объектов, наносить точки, линии, текст, заполнять контуры различными цветами и выполнять другие операции для отображения карты). Разделение данных векторной карты на несколько слоев позволяет судоводителю приспособить нагрузку карты к обстоятельствам плавания и к решаемым задачам. Для одного и того же района файл векторной карты меньше по объему файла растровой карты, но в то же самое время данные векторной карты более информативны. Так, например, мировая коллекция порядка 7500 векторных карт может занимать объем всего 500 Мб. В то же время 40 растровых карт прибрежных районов могут потребовать свыше 1000 Мб памяти. Стоимость векторных карт обычно выше стоимости растровых ЭК, ввиду большей трудоемкости их создания. Составными частями векторной карты являются картографические объекты. Картографическим объектом (КО) называется реальный объект или явление, изображаемое на карте в условном виде; или описание или группа описаний картографических характеристик реального объекта или явления в цифровом виде для отображения его на ЭК. Среди КО различают точечные (point), линейные (line), контурные и площадные (areal). Структура файлов векторных ЭК. Для векторных карт используются файлы с довольно сложной структурой. Они содержат графические данные основного изображения карты в векторном 69 формате, названия, характеристики, примечания и другие надписи в текстовом формате, и могут включать поясняющие графические изображения в растровом формате, в таком как .tif или .jpg. Чтобы избежать ненужных для судоводителей тонкостей, ниже дается обобщенное и упрощенное описание структуры цифровых данных векторных карт. Обычно в начале файла векторной ЭК помещаются метаданные. Они содержат общие для карты сведения, описание характеристик, признаков текста, обеспечивающих быстрый поиск нужной информации в файле. В эти сведения входят: географический идентификатор (номер карты), название карты, единицы измерения (координат, высот и глубин), горизонтальный геодезический датум, вертикальные датумы, оригинальный масштаб ЭК, минимальный и максимальный масштабы отображения ЭК, дата издания карты, и др. В описании характеристик и текста приводятся сведения: о типах данных, о приоритетах их отображения и др. Содержание ЭК в файле обычно задано в виде совокупности записей переменной длины о картографических объектах. Запись КО в общем случае состоит из четырех основных частей (полей): I, T, M, S. Первое поле отводится идентификатору I (имени) объекта, позволяющему однозначно определить объект в составе данных ЭК. Во втором поле помещается признак Т типа объекта, который присваивается объекту согласно кодификатору и определяет его условное изображение. В поле М (метрика), находятся значения координат, характеризующих пространственное положение объекта на земной поверхности. В четвертом поле содержится семантическая характеристика S (атрибуты) объекта. Поле S может включать географическое название, дальность видимости и другие характеристики объекта. Код типа КО определяется в соответствии с системой классификации и кодирования картографической информации. Эта система должна удовлетворять трем основным требованиям: иметь иерархическую структуру, использовать картографические символы МГО, обеспечивать возможность добавления новых и изменения старых данных. В соответствии с системой классификации картографические объекты разделяются на подгруппы, группы, классы. Метрическое описание включает в себя совокупность координат, полностью определяющих пространственное положение объекта. Точечный объект на земной поверхности определяется только одной парой координат. 70 Линейные и площадные КО задаются количеством координат, соответствующем числу образующих их точек. В целях экономного использования памяти для хранения данных векторных ЭК применяются дельта–координаты (приращения) относительно юго-западного угла карты. В этом случае метаданные карты содержат координаты ее юго-западного угла. Следует отметить, что метрика – это только географические координаты объектов, безотносительные к проекции карты. Преобразование координат объектов к выбранной проекции является задачей синтеза карты. Поле атрибутов объекта (S) содержит его характеристики. Одной из основных особенностей векторных карт является снабжение данных о каждом объекте связанной с ним полезной навигационной информацией. Эта информация затем может быть вызвана на отображение или представлена автоматически. Характеристики объектов представляются в памяти в символьном виде. Для буя, например, это его цвет, номер, вид, дата установления, характеристики огня и др. При синтезе ЭК данные метрики используются для графического изображения объекта. Характеристики объектов непосредственно в формировании изображения не участвуют. Они могут выводиться в виде текста. Слои векторной карты . Все объекты векторной электронной карты распределяются по слоям. Такими слоями, например, могут быть: навигационные средства, глубины, внутренние водные пути, искусственные объекты, качество данных, характеристики и т.д. Разделение нагрузки карты на слои позволяет системе, отображающей ЭК, управлять видимостью этих слоев. Количество информационных слоев векторной ЭК может быть разным. Рекомендуется образовывать слои карты из классов объектов, а не из отдельных их видов. Возможность отображения только той информации, которая требуется в сложившейся ситуации, является одним из важных достоинств векторных карт. 2.7.2. Синтез векторных карт и технологии их производства. Построение векторной карты на экране НИС выполняется с помощью специальной программы. Изображение карты получается путем трансформации содержащихся в ее файлах цифровых данных объектов в графическое изображение карты. Процедура преобразования цифровых данных карты в ее изображение называется синтезом векторной ЭК или визуализацией ее данных. 71 Синтез электронной карты включает в себя: вычисление размеров экранной области, формирование запросов к КБД и вывод из нее данных основной карты, определение номеров корректурных документов к основной карте и вывод их из памяти системы, селекцию картографических объектов, преобразование географических координат с учетом проекции карты в экранные координаты, генерализацию, отсечение картографических объектов, формирование дисплейного файла. Программы, выполняющие задачу синтеза изображения ЭК, называются визуализаторами данных карт. Построение карты производится с помощью точек, прямых линий (векторов), ломаных линий и контуров по координатам точек, представляющих метрику картографических объектов. Точечные объекты обычно изображаются с помощью таблицы и генератора условных знаков. Линейные КО представляются линиями (непрерывными, пунктирными, и др.) соответствующего цвета или в виде цепочки условных знаков вдоль линии (например, границы запретных районов). Площадные объекты могут быть с цветовым заполнением контура и без него. Произвольной формы линии на карте (береговая черта, изобаты и др.) задаются набором точек, между которыми они аппроксимируются отрезками прямых. Шаг дискретизации кривых определяется графической точностью исходного материала и разрешающей способностью дисплея. Вид векторной карты представлен на рис. 2.6. Рис. 2.6. Вид электронной векторной карты. Технологии производства векторных карт . Векторные ЭК до недавнего времени создавались по данным бумажных карт с помощью дигитайзерных технологий. В этих технологиях значительное место занимает ручной труд, что являлось причиной 72 невысокой скорости производства карт. В результате долгое время не было векторных данных на весь Мировой океан. В настоящее время векторные карты образуются с помощью более прои тор он чения векторных навигационных карт также могут испо т е и огут составляться и непосредственно по резу о высокая точность карты, так как исходные данные нные карты могут создаваться по результатам новых чены по районов Земли выполнена давно и ее то 2.7.3. Официальные векторные карты. Основны зводительных сканерных технологий , автоматически выполняющие «век изацию» бумажных карт и к троль качества получаемых данных. В результате скорость создания векторных карт увеличилась. Для полу льзоваться данные географических информационных систем (ГИС). ГИС - это система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение картографических данных. ГИС содержит сведения об объектах карт в форме их цифровых представлений. По территориальному охвату различают ГИС: глобальные, субкон инентальные, национальны , региональные, локальные ил местные. Векторные карты м льтатам геодезических съемок . В настоящее время съемка местности может выполняться с помощью DGPS, аэро и космической фотометрии районов Земли, вертолетных лазерных измерений и другими способами. Использование результатов современных геодезических съемок для составления ЭК имеет больш е значение по следующим причинам: – Обеспечивается более свободны от погрешностей графического их представления на бумажной карте. – Электро высокоточных съемок местности, не ожидая, когда будут полу этим результатам бумажные карты. Дело в том, что съемка многих чность не отвечает современным требованиям. Это обстоятельство снижает эффективность спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС и, соответственно, систем с ЭК. Поэтому в настоящее время производятся обширные работы по уточнению положения картографических объектов в системе WGS84 для многих районов Земли. Программа по определению с высокой точностью позиций КО рассчитана на несколько лет. Результаты ее выполнения могут непосредственно использоваться для создания новых ЭК, а также для улучшения имеемых электронных карт. е особенности . Официальные векторные карты (ЭНК), пред е, обр ставляют собой совокупности цифровых данных, стандартизованные по содержанию, структур формату, от ажению, 73 и изданные государственными гидрографическими организациями специально для использования в ЭКДИС. ЭНК позволяют для различных ситуаций в наглядном виде отоб е я ы жены след щ и ользовать только официальные картографические быть не ниже бумажных навигационных рафке ЭНК необходимо учитывать требования МГО; уется распределить по трем категориям ть представлены в принятом в памяти системы ие организации выпускают ЭНК только е гидрографические службы несут полную етствовать ной нави ражать необходимую картографическую и навигационно- гидрографич скую информацию на экране диспле и в полнять с ней определенные операции для повышения безопасности плавания. В основу использования ЭНКв судовождении поло ую ие прав ла: • для ЭНК следует исп данные, последнего издания, подготовленные государственными гидрографическими службами; • точность и полнота ЭНК должны карт; • при раз • координаты объектов ЭНК требуется представлять в системе WGS84; • содержание и отображение (цвета, символы, характеристики дисплея) ЭНК должны соответствовать публикации S52 Международной гидрографической организации; • все объекты системной ЭНК треб ее нагрузки: базовая, стандартная, полная; • данные карты и корректуры к ней должны бы МГО стандартном векторном формате S57/3.1; • ЭНК и официальные корректуры следует хранить отдельно в неизменяемом виде; • государственные гидрографическ на свои воды; • государственны ответственность за содержание ЭНК и корректур к ним; • размножение, регистрация и поставка ЭНК должны соотв международным правилам распространения программных продуктов ЭНК должна содержать всю информацию официальной бумаж гационной карты и может, сверх нее, включать дополнительные относящиеся к судовождению сведения. Категории нагрузки СЭНК . Характеризуя категории нагрузки сист ии карты, который не м е зка включает: береговую черту (для полной воды); выб и л ы н емной ЭНК, необходимо отметить следующее. Базовая нагрузка – означает уровень информац ожет быть удален с дисплея. Она содержит наиболее важную для безопасного плавания картографическую информацию, которая требуется вс гда, во всех географических районах и при любых обстоятельствах. Базовая нагру ранную капитаном безопасную изобату; в ограниченной безопасной зобатой об асти отдельн е подвод ые опасности с глубинами, меньшими безопасной; в пределах этой же области 74 отдельные о асности, такие как мосты, линии электропередач, включая буи и знаки, которые используются или не используются как средства навигации; системы движения; масштаб; вид ориентации карты и режим дисплея; единицы глубин и высот. Стандартная нагрузка – это набор п данных, необходимых при нави овую нагрузку, линии осых артная нагрузка должна вызываться для отображения одним дейс представляет информацию о всех объектах карт подводные кабе ори т ьными датумами ЭНК гационной прокладке и планировании пути. Стандартное содержание карты включает баз ания, стационарные и плавучие средства навигации, границы фарватеров, каналов, приметные визуальные и радиолокационные объекты, запретные и ограниченные районы, и некоторые другие сведения. Станд твием оператора. Полная нагрузка ы, имеемую в памяти. Отображаемая карта в этом случае содержит стандартную нагрузку и другие картографические данные. Вся другая информация включает: значения глубин, ли и трубопроводы, маршруты паромов, элементы всех отдельных опасностей, детали навигационных средств, содержание предупреждений мореплавателям, дату издания ЭК, г зонтальный геодезический датум, ноль глубин, датум высот, географические названия и т.д. Названные компоненты карты могут бы ь распределены по классам объектов для возможности отображения этих классов в отдельности. Вертикал могут быть нули для глубин и высо ита официальных векторных карт т, используемые на официальных бумажных навигационных картах. Защ . Целью защиты данных элек льного копирования данных ЭНК (пиратского ступа только к тем картам коллекции, на которые ванные стандарты для защиты информации ЭНК соде I тронных карт является: - Предотвращение неофициа использования), - Ограничение до пользователем получено разрешение (селективный доступ); - Обеспечения гарантии, что данные ЭНК пришли от уполномоченного источника. Рекомендо ржатся в публикации МГО: “S63 – HO Data Protection Scheme”, декабрь 2002 г. Этот документ определяет защитные конструкции и оперативные процедуры, которым необходимо следовать, чтобы гарантировать правильное воплощение предложенной схемы защиты ЭНК в жизнь, а также включает спецификации, позволяющие создавать согласованные системы для работы с данными ЭНК. 75 Защита от пиратского использования и селективный доступ достигаются кодированием информации ЭНК. Согласно стандартам защиты поставщик данных (сервер) предоставляет пользователям данные ЭНК в закодированном виде. ЭКДИС должна их декодировать перед образованием системной карты. Подлинность получения данных ЭНК от уполномоченного источника обеспечивается применением электронной подписи поставщика данных. Предложенная схема защиты позволяет производить массовое распространение ЭНК на компакт-дисках с идентификационными данными каждого пользователя. Селективный доступ к конкретным ячейкам обеспечивается с помощью специальных ключей, которые устанавливаются для аппаратуры пользователей. Процедура кодирования должна применяться к «сжатым» файлам ЭНК, чтобы избежать повторения фрагментов информации и уменьшить возможность взламывания кода, примененного к данным ЭНК. Компрессия данных производится сервером перед их кодированием, а декомпрессия выполняется в аппаратуре пользователя после раскодирования полученных данных. Посылаемые сервером закодированные данные ЭНК на английском языке называются encrypted ENC data. |