Электронные карты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В судовождении все более широкое распространение получают высокоэффективные навигационно-информационные компьютерные системы с электронными картами (ЭК). Среди них выделяют в настоящее время два вида систем: ECDIS (Electronic Chart Display and Information System); ECS (Electronic Chart System).

ECDIS - это навигационно-информационная компьютерная система (НИКС), удовлетворяющая специальным требованиям, что позволяет судоводителям официально использовать ее прокладку на электронной карте вместо прокладки на бумажных картах. Такой статус ECD1S определен правилом V/20 международной конвенции ИМО по безопасности жизни на море (SOLAS-74). Согласно этому правилу, все суда должны быть снабжены приведенными на уровень современности картами, наставлениями для плавания, пособиями до огням, знакам, радиотехническим средствам, извещениями мореплавателям, таблицами приливов и другими специальными публикациями, необходимыми на предстоящий рейс. Требуемые карты могут быть обеспечены также путем их представления на экране ECD1S. Это касается и других необходимых на рейс навигационных пособий, информация которых также может быть отображена на экране ECD1S.

Таким образом, ECDIS может быть использована как эквивалент бумажных навигационных карт и пособий для плавания. Это означает не физическую эквивалентность прокладок на электронной и бумажной картах, а юридическое признание использования ECD1S без применения бумажных карт на район плавания.

Эксплуатационные требования к ECDIS, требования к ее аппаратуре и программному обеспечению определены международными организациями: ИМО - международной морской организацией (IMO - International Maritime Organization), МГО - международной гидрографической организацией (IHO - International Hydrographic Organization), МЭК - международной электротехнической комиссией (IEC - International Electrotechnical Comission).

ECS представляет собой навигационную или навигационно-информационную компьютерную систему с электронными картами, не удовлетворяющую в полной мере требованиям к ECD1S, ECS не может быть использована без применения официальных бумажных карт.

В ECDIS реализуются последние достижения в области информационной техники и они обладают обширными возможностями.

Корректура электронных карт в ECDIS может осуществляться автоматически через спутниковые каналы связи и, в частности, через всемирную компьютерную сеть Интернет. Через эту сеть можно заказывать и получать также новые электронные карты и другую навигационную информацию.

В результате применения ECDIS судоводитель на ходовой вахте освобождается от выполнения многих рутинных операций. Его основными функциями становится наблюдение за окружающей обстановкой, контроль ECDIS и других средств судовождения, управление их работой для получения требуемой обстановкой информации, оценка предоставляемой информации и принятие решений по управлению судном. ECDIS способна предоставлять судоводителю в интегрированном виде информацию, характеризующую различные стороны процесса судовождения, что позволяет ему уверенно и обоснованно принимать решения. Применение ECDIS повышает результативность деятельности судоводителя, обеспечивает использование большего объема и номенклатуры данных, увеличивает скорость их обработки, улучшает точность и достоверность результатов, повышает безопасность мореплавания и приводит к росту финансовых показателей работы судна.

1. Электронные карты. Классификация

В общем плане под электронной картой - ЭК (electronicchart -ЕС) - понимается изображение определенного района Земли в условном виде на экране дисплея или набор данных для построения этого изображения.

При рассмотрении вопросов использования ЭК применяется их классификация по различным признакам.

В зависимости от полноты информации, представляемой на карте, ЭК разделяют на полномерные и упрощенные (стилизованные). По нагрузке полномерные навигационные ЭК равноценны официальным бумажным навигационным картам и содержат всю картографическую информацию, необходимую для безопасного и эффективного судовождения.

Нагрузка упрощенных электронных карт недостаточна для целей безопасного плавания. 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 упрощенном виде, который позволяет реализовывать имеемая аппаратура. Схематическое изображение на экране дисплея местности в определенной проекции, не эквивалентное бумажной навигационной карте и не удовлетворяющее требованиям к безопасности мореплавания, обычно называется упрощенной (стилизованной) электронной картой.

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 (chartdigitizer).

В зависимости от метода цифрового представления информации карты ЭК делят на растровые и векторные.

В растровых картах (Rastrelectronicnavigationalchart - RNC) используется метод цифрового представления изображения карты в виде матрицы точек (пикселей). При таком представлении карты сведений об отдельных картографических объектах в памяти нет. Исходной для получения данных растровых карт служит информация официальных бумажных карт. Растровые карты получаются сканированием основы и раздельно цветного изображения бумажных карт. За основу растровых ЭК приняты печатные платы для обычных бумажных карт. Снятая с основы карта является копией бумажной. Сканерная технология производства растровых карт обеспечила в начале 90-х годов быстрое производство мировой коллекции этих карт.

Ввекторных ЭК (Vectorelectronicnavigationalchart -VENC) применяется метод цифрового представления элементов карты с помощью точек, линий, контуров, заданных своими координатами и соответствующим кодом. При таком методе представления информация карты хранится в памяти в виде последовательности записей, характеризующих каждый имеемый на карте картографический объект. 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.

Все объекты векторной электронной карты обычно распределяются по определенным тематическим уровням, называемыхслоями карты. Такими слоями, например, могут быть: навигационные средства, глубины, 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 различным. Требуется их иметь, по крайней мере, три: базовая информация, дополнение базовой информации до стандартной, вся другая информация. Выделение таких слоев позволяет определить три вида нагрузки карты: базовую, стандартную и полную.

Базовая нагрузка - означает уровень информации карты, который не может быть удален с дисплея. Она содержит информацию, которая требуется всегда, во всех географических районах и при любых обстоятельствах. Это не означает, что ее достаточно для безопасного судовождения. Базовая нагрузка включает: береговую черту (для полной воды); выбранную капитаном для собственного судна безопасную изобату; в ограниченной безопасной изобатой области отдельные подводные опасности с глубинами, меньшими безопасной; в пределах этой же области отдельные опасности, такие как мосты, линии электропередачи, 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 минимальный набор данных, обеспечивающих безопасность при прокладке и планировании пути. Стандартная нагрузка включает базовую, а также линии осыхания, стационарные и плавучие средства навигации, границы фарватеров, каналов, приметные визуальные и радиолокационные объекты, запретные и ограниченные районы, и некоторые другие сведения.

Полная нагрузка состоит из стандартной и всей другой информации. Вся другая информация включает: значения глубин, подводные кабели и трубопроводы, маршруты паромов, детали всех отдельных опасностей, детали навигационных средств, содержание предупреждений мореплавателям, дату издания ЭК, горизонтальный геодезический датум, ноль глубин, магнитное склонение, географические названия и т.д.

Изображение векторной карты получается путем преобразования цифровых данных картографических объектов в графическое изображение карты. Построение элементов карты производится с помощью точек, прямых линий (векторов), ломаных линий и контуров по координатам точек, представляющих метрику картографических объектов.

Векторные ЭК до недавнего времени создавались в основном путем съема их цифровых данных с бумажных карт с помощью дигитайзерныхтехнологий. В этих технологиях значительное место занимает ручной труд, что приводило к существенным затратам времени на производство векторных карт. В результате долгое время не было полной коллекции векторных карт на весь Мировой океан. В настоящее время для производства векторных карт созданы современные автоматические сканерные технологии, выполняющие «векторизацию» бумажной карты в требуемом формате и контроль качества получаемых данных. В результате скорость создания векторных электронных карт значительно увеличилась.

Кроме официальных бумажных карт, исходной информацией для образования данных векторных ЭК могут служить непосредственно данные геодезической съемки местности, а также результаты аэро и космической фотометрической съемки районов Земли. Это имеет большое значение по следующим причинам:

* Обеспечивается более высокая точность данных карты, так как исходные данные свободны от погрешностей графического их представления на бумажной карте.

* Электронные карты могут создаваться по результатам новых высокоточных съемок местности, не ожидая, когда будут получены по этим результатам бумажные карты.

Дело в том, что съемка многих районов Земли выполнена давно и ее точность 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. Эта работа рассчитана на несколько лет. Получаемые при выполнении этой работы результаты могут непосредственно использоваться для создания новых высокоточных ЭК.

В зависимости от юридического статуса ЭК подразделяются на официальные и неофициальные карты. Официальными считаются ЭК, выпускаемые государственными гидрографическими организациями. Все другие ЭК относятся к неофициальным картам. Официальные векторные карты, например, создаются Главным управлением навигации и океанографии (ГУНиО) России. Официальные растровые электронные карты (RNC) производятся, например, специальной службой Британского Адмиралтейства (ARCS -AdmiraltyRasterChartStrvice), гидрографической службой США (NOAA - NationalOceanicandAtmosphericAdministration).

В зависимости от вида навигационной системы, в которой ЭК представляются, электронные карты делятся на ecdis-карты и ecs-карты. Ecdis-карты - это официальные векторные электронные навигационные карты, данные которых стандартизованы по содержанию, структуре, действующему формату обмена картографической информацией и полностью удовлетворяют специальным требованиям ИМО и МГО. Они выпускаются для использования с ECDIS. Ecdis-карты в документах ИМО названы Electronicnavigationalcharts - ENC. В основу использования ecdis-карт в судовождении положены следующие принципы:

* точность и полнота ЭК должна быть не ниже бумажных навигационных карт;

* Данные карты и корректуры к ней должны быть представлены в официально принятых ШО стандартных форматах;

* Государственные гидрографические службы должны нести полную ответственность за содержание ЭК и корректур к ним;

* Данные карт и официальных корректур должны храниться в памяти системы в неизменяемом виде;

* размножение, регистрация и распространение ЭК должны соответствовать международным правилам распространения программного обеспечения.

К Ecs-картам относятся: растровые карты, упрощенные ЭК, выпускаемые частными фирмами полномерные векторные ЭК, векторные карты в отличном от действующего формате.

Классификация ЭК в зависимости от масштаба. Как известно, подробность нагрузки карт зависит от их масштаба. Масштаб электронной карты, которому соответствует ее нагрузка, называется оригинальным масштабом ЭК. В зависимости от оригинального масштаба ЭК делятся на:

* карту 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. Отметим, что традиционно бумажные отечественные навигационные морские карты в зависимости от масштаба подразделяются на следующие виды:

* генеральные - 1:1000000 - 1:5000000;

* путевые - 1:100000 - 1:500000;

* частные - 1:25000 - 1:50000;

* планы - 1:25000 и крупнее.

Классификация ЭК в зависимости от использования в навигационной системе. Среди векторных карт различают основные и системные карты. Основной называют карту, данные которой размещены в отдельном файле, поставляемом государственной или частной организацией. Данные основной карты не могут быть изменены на судне.

Системная электронная карта (Systemelectronicnavigationalchart - SENC) - это набор данных для отображения откорректированной навигационной карты, представленный во внутреннем формате системы. Он является результатом преобразования системой информации основной ЭК с учетом корректур и данных, добавленных мореплавателем. Это тот набор данных, который составляет дисплейный файл системы для отображения откорректированной навигационной карты и выполнения с ее помощью навигационных функций. SENC может содержать информацию и от дополнительных источников.

2. Функции для использования радиолокационной информации

ECDIS может работать с РЛС, обеспечивая отображение на ЭК первичной радиолокационной (РЛ) информации, которая может быть выведена поверх ЭК. Это облегчает сравнение РЛ-изображения с картой, позволяет установить неточность положения судна, а также обнаружить цели, о которых не было сигнализации при пересечении ими охранной дистанции.

При подключении САРП к ECDIS на ЭКпредставляются все взятые на сопровождение РЛ-цели как символы с идентификаторами и векторами истинной скорости. Имеются операции для изменения длины векторов экстраполированного перемещения целей, и обеспечивается выбор для отображения векторов истинного или относительного движения.

У отметок целей на ЭК могут выводиться следы их прошлого движения.

Для получения числовых данных движения целей имеется функция "Просмотр формуляров целей", при использовании которой отображаются пеленг, дистанция цели, ее курс и скорость, расстояние и время кратчайшего сближения. Опасные цели выделяются цветом.

В некоторых картографических системах (напримерNAVI-SAILOR 2400 ECDIS, разработанной фирмой ТРАНЗАС МАРИН) предусмотрен встроенный радар-интегратор с возможностями документировать и накладывать на электронную карту "сырое" РЛ-изображение, выделять, сопровождать и документировать большое количество целей.

В ECDIS реализуются функции для работы с АИС-траиспондером. Эта идентификационная система предназначена для обеспечения судоводителей максимально точной и подробной информацией об обнаруженных целях, имеющих AIS-транспондеры. Помимо сведений о курсе и скорости судна-цели (передаваемых им самим и поэтому точных), система АИС позволяет получить информацию о названии судна, его владельце, тоннаже и размерах, маршруте и типе перевозимого груза. Подобная информация может быть полезна, например, при планировании маневрирования и в ряде других случаев.

Для определения положения и элементов движения собственного судна и контроля безопасности его движения ECDIS предоставляет функции навигационного использования радиолокационной информации. Кинематические параметры собственного судна могут определяться при сопровождении неподвижных точечных объектов и характерных элементов протяженных РЛ-объектов.

Для возможности решения на основе РЛ-информации широкого спектра навигационных задач к ECDIS может подключаться специальный радиолокационно-навигационный модуль (РНМ). РНМ совместно с ECDIS предоставляют средства для отображения полного РЛ-образа акватории поверх электронной карты. Возможность синхронизации обоих изображений в реальном времени и наблюдения РЛ-образа, как совместно с картографическими данными, так и независимо, позволяет судоводителю легко ориентироваться в узкостях и незнакомых районах плавания. Одним из существенных преимуществ совместного использования РИМ и ECDIS является возможность взаимного контроля навигационных и радиолокационных средств в наглядной форме, что качественно повышает степень надежности всегокомплекса.

С помощью РНМ решаются следующие задачи:

обеспечение полной совместимости ECDIS с различными типами приемо-передатчиков радаров ведущих фирм производителей;

формирование цифрового РЛ-образа всей акватории и передача его в ECDIS;

уменьшение влияния на цифровой РЛ-образ помех естественного и искусственного происхождения (от морского волнения, дождя, тумана, низких облаков, снеговых зарядов, соседних РЛС). Для этой цели применяются алгоритмы "scan-to-scan" и "sweep-to-sweep" корреляции. Первый вид корреляции характеризует стохастическую зависимость РЛ-данных, соответствующих последовательным посылкам зондирующих импульсов. "Sweep-to-sweep" корреляцией оценивается зависимость цифровых РЛ-образов, последовательно получаемых при разных оборотах антенны;

оптимальное выделение малоразмерных морских целей на фоне мешающих отражений от береговой черты и портовых сооружений;

селекция РЛ-целей, измерение их координат и определение кинематических параметров;

реализация устойчивого к помехам алгоритма обработки видеосигналов целей.

3. Другие функции

ECDIS может выполнять и другие функции, ряд из них характеризуется ниже.

Функции измерений позволяют с помощью курсора определить географические координаты любой точки на карте; пеленг (курсовой угол) и дистанцию между текущим местом судна или выбранной оператором точкой и точкой, указываемой курсором.

Функция "Человек за бортом" - фиксирует место падения человека на карте и выдает на индикацию координаты этого места и все необходимые сведения для поиска человека.

Функции планирования и обеспечения операций поиска и спасания - используются для организации и проведения поисково-спасательных операций на море как индивидуально (одним судном), так и в составе группы судов. Организация операции заключается в расчете маршрута/маршрутов движения судов с учетом квадрата поиска, видимости и т.п. Расчет маршрутов движения ведется на основе рекомендаций MERSAR и IMOSAR, изданных Международной гидрографической организацией.

Функции трехмерного моделирования рельефа дна обеспечивают судоводителю возможность ознакомления с изображением профиля рельефа дна в виде "объемного" изображения. Источниками информации для построения профиля служат данные карты и эхолота.

Возможными областями применения этих функций являются: маневрирование в условиях сложного рельефа дна, проведение гидрографических операций и промысловых работ и т.д.

Функции обучения работе с ECDIS и тренажа. В памяти ECDIS может помещаться программа для обучения работе с ECDIS с примерами использования ее функций. В ряде систем может моделироваться процесс проводки судна в различных районах с предоставлением судоводителю возможности использования функций ECDIS с целью обучения и тренажа. Оператором может быть выбрана карта, помещено на ней свое судно, заданы его элементы движения, нанесены на карту условные цели и заданы их курс и скорость.

4. Понятие об источниках погрешностей ECDIS

Помимо неоспоримых преимуществ ECDIS имеют определенные недостатки и ограничения.

При работе с ECDIS следует оценивать ее ограничения и погрешности, которые могут быть вызваны:

* несовершенством устройств цифрования карты и средств ее отображения;

* неточностью и недостаточной подробностью картографической информации;

* погрешностями, обусловленными ошибками датчиков информации;

* различием координатных систем датчиков с координатной системой карты;

* ошибочной интерпретацией данных.

5. Практическое применение электронных карт

электронных карта радиолокационный поиск

Общая информация

В 2011 г я проходила практику в Электрорадионавигационной камере в отделе электронной картографии. ООО «ЭРНК» предоставляет услуги по корректуре карт, а также услуги по управлению коллекцией навигационных карт и пособий компаний «Новошип», «Юником», «Палмали» и других, представляет Российскую Гидрографию в Азово-Черноморском бассейне, по реализации Российских навигационных карт, пособий и корректурного материала, а также оказываем необходимые услуги в целях поддержания всех карт и пособий на уровне современности. Так же услуги оказанные камерой предназначены для поддержания судовой коллекции карт и пособий на уровне современности, что обеспечивает тем самым, безопасность навигации и эффективное управление судном. Они также обеспечивают соответствие требованиямIMO (SOLAS), а также всевозможным национальным правилам.УслугиЭРНК включают:

1. Автоматическое снабжение новыми изданиями карт и пособий.

2. Еженедельное снабжение Извещениями Мореплавателям и корректурными кальками.

3. Изготовление сводной корректуры на навигационные пособия

4. Корректурный журнал.

5. Снабжение цифровыми кальками и ИМ ГУНиО МО.

6. Доставка корректурной информации по каналам спутниковой связи по запросу судна.

Снабжение новыми изданиями

Компьютерная система учета новых изданий, создана для обеспечения скорейшей доставки всех необходимых новых изданий на судно. Для предоставления данной услуги необходим полный список всех карт и пособий судовой коллекции. Эта информация заносится в компьютер. Также необходимо знать где, когда и как новые издания должны быть доставлены на судно. Снабжение может быть организовано как на регулярной основе, например каждые четыре недели отправлением в офис судовладельца с последующей отправкой на судно, так и по периодической информации от судовладельца о порте следующего захода судна с сообщением адреса агента, или по прямым сообщениям с судна. Каждая новая карта или карта или книга нового издания автоматически проверяется на вхождение в судовую коллекцию или на соответствие районам плавания. Если оказывается, что данное издание входит в судовую коллекцию, то оно резервируется для следующей доставки. При формировании отправки, печатается список зарезервированных изданий, издания выбираются со склада и отправляются. Если какие либо наименования отсутствуют на складе то они автоматически включаются в следующую доставку.Услуга снабжения новыми изданиями производится абсолютно бесплатно. Единственно за что платит судовладелец это за стоимость самого издания и его доставку. По этой услуге, каждое судно снабжается Chart Index'ом, представляющим собой список всех карт, книг и других изданий, как покомплектно так и по порядку адмиралтейских номеров. Из этого списка, штурман может определить имеющиеся на борту издания, включая дату издания. Очевидно, что штурман должен вносить в Chart Index все изменения коллекции Chart Index переиздается ежегодно.

Еженедельное снабжение Извещениями Мореплавателям и корректурными кальками

Для поддержания судовой коллекции карт на уровне современности, еженедельно предоставляется конверт с корректурной информацией на карты судовой коллекции. Набор корректурной информации включает:

- Выпуск ИМ ГУНиО МО

- Кальки-трейсинги на судовую коллекцию карт Еженедельные корректурные кальки - наиболее быстрый и точный инструмент позволяющий осуществлять корректуру, уменьшая затрачиваемое на корректуру время, что в свою очередь позволяет судоводителю поддерживать всю судовую коллекцию карт на уровне современности.

- Нумерник (Список карт судовой коллекции на которые выпала корректура по выпуску)

Изготовление сводной корректуры на навигационные пособия

Компания предлагает услугу по изготовлению сводной корректуры на навигационные пособия судовой коллекции. Данная услуга позволяет избежать рутинного вклеивания корректуры в книги. Сводная корректура поставляется ежеквартально и включает в себя всю действующую корректуру с момента издания книги по последний выпуск. Штурману достаточно вложить сводную в соответствующее издание.

Корректурный журнал

Компьютерная система предоставляет возможность формирования корректурного журнала для судов пользующихся снабжением новыми изданиями. Корректурный журнал может быть использован менеджером или штурманом для проверки состояния корректуры карт находящихся на борту.

Снабжение цифровыми кальками и ИМ ГУНиО МО

В случае когда доставка бумажной корректуры затруднена (Судно работает в трудно доступных районах, заранее неизвестен адрес агента) камерой была разработана система снабжения цифровыми кальками-трейсингами. Судно получает еженедельно по электронной почте набор калек-трейсингов в соответствии с судовой коллекцией карт, нумерник, текст выпуска ИМ ГУНиО МО. Кальки распечатываются на борту с использованием поставляемого нами программного обеспечения на принтере.

Доставка корректурной информации по радио каналам по запросу судна непосредственно на борт. 

В случае если на судне есть издания не корректировавшиеся длительное время, ЭРНК имеет возможность передать полный перечень корректурной информации по запросу. В своем запросе штурман указывает номера требуемых карт и выпуск по которому они откорректированы. В ответ он получает тексты всех действующих извещение выпавших на карту с момента последней корректуры по последний выпуск ИМ ГУНиО МО. Данная услуга не предоставляется продавцами карт зарубежного производства

Список литературы

1. Буров Н.И. Электронная навигация и картография. Под редакцией Козыря Л.А.: ОГМА. - Одесса, 1996 - 26 с.

2. Вагущенко Л.Л., Кошовий А.А. Автоматизовані комплекси судноводіння. - Київ, КВЩ, 2000. - 292 с.

3. Гофман, Велингоф, Лихтенегер. Глобальная система определения местоположения GPS. Теория и практика. - Киев, Наукова думка, 1996.

4. Кудряшов С., Михайлов В. Пора менять курс / Судоходство, N4-6, 1995, с. 35-37.

5. Руководства оператора систем с электронными картами: "NavyMaster", "NavySailor", "Горизонт", "dKartNavigator", " dKartExplorer".

6. Электронные карты в. морской навигации: Обзоры по судостроительной технике/ЦНИИ "РУМБ". - Л., 1989. - 130 с.

7. Admiralty List of Radio Signals, Vol. 8, Satellite Navigation Systems. 1998/99. - 82 p.

8. N. Bowditch /The American Practical Navigator, Defence Mapping Agency, 1995 Edition.

9. Bridge Procedures Guide, Third edition, Marisec Publications, 1998.

10. Resolution IMO A.817(19) adopted on 23 November 1995. Performance standards for electronic chart display and information systems (ECDIS), 15 p.

11. IMO, SN/Circ.207. - Differences between RCDS and ECDIS. - 7 Jun, 1999.

12. http://www.morintech.ru/ecdis.htm#ecdis

13. http://ernc.ru/content/view/13/30/

Размещено на Allbest.ru