Тема 2 Понятия об электронных картах общие сведения об электронных картах

В общем случае под электронной картой (electronic chart) – понимают электронный способ создания, хранения, корректуры и отображения на экране дисплея с помощью условных знаков изображения участка земной поверхности.

Основой для создания изображения электронной карты (ЭК) на экране дисплея служит картографическая база данных (КБД). Картографической базой данных называется специально организованная для целей судовождения совокупность официальных сведений о картографических, навигационно–гидрографических и гидрометеорологических элементах обстановки в районах океанов и морей и прилегающих к ним побережий.

До недавнего времени такой базой данных являлись только бумажные морские карты, руководства и пособия.

В настоящее время накопленные разными странами картографические базы данных преобразуются в цифровую форму, позволяющую хранить, обновлять, переносить и воспроизводить их на экране дисплея системы. Используя такую базу данных, современные автоматизированные системы навигации воспроизводят на экране дисплея электронную карту. Полнота, объем, и возможности воспроизведения таких картографических баз данных могут быть различными.

Существующие в настоящее время в цифровом виде картографические базы данных можно классифицировать по следующим основным характеристикам:

• используемой математической модели земного эллипсоида;

• полноте представляемой информации;

• технологии преобразования в цифровую форму;

• возможности корректуры на судне;

• возможности при воспроизведении (стандартное, сокращенное, дополнительное);

• возможности автоматического воспроизведения сигнала об опасности или о наступлении назначенного судоводителем события.

В настоящее время существует множество различных автоматизированных систем навигации, воспроизводящих электронные карты.

По объему информации, воспроизводимые этими системами электронные карты можно разделить на три группы:

• упрощенные или стилизованные ЭК, которые неэквивалентны бумажной морской навигационной карте. Такие ЭК содержат меньше информации, чем обычные бумажные карты и не применяются для ведения счисления и определения места судна, а носят информационный характер;

• растровые электронные карты (Raster navigational chart-RNC) - эквивалентны бумажной морской навигационной карте;

• векторные полномерные электронные карты (Electronic navigational chart – ENC) – нагрузка которых удовлетворяет требованиям Правила V5/20 Конвенции IMO SOLAS-74/95, содержащие информацию и обладающие свойствами соответствующими стандартам IMO и IНО для ECDIS.

Упрощенные или стилизованные ЭК представляют собой схематическое изображение отдельных участков земной поверхности, которые предназначены для наглядного представления о получаемой информации и ориентировки на местности. Используются для нанесения информации о погоде, гидрометеорологических данных, схем движения, при построении тренажеров по управлению движением судна, радиолокационных тренажерных комплексах и других аналогичных случаях, когда вопросы точного отображения участков земной поверхности не имеют первостепенного значения.

Растровые электронные карты – картографические базы данных, основой которых служат «электронные копии» с обычных морских навигационных карт, снятые с помощью сканера. Такая технология создания картографических баз данных называется растровой технологией. Для стран, имеющих наиболее полные и высококачественные коллекции карт на весь Мировой океан, это был наиболее быстрый и легкий путь создания цифровых картографических баз данных. В начале 90-х годов такую картографическую базу данных начало создавать Британское гидрографическое управление. Сейчас эта работа завершена.

В настоящее время такие картографические базы данных позволяют осуществлять автоматическую корректуру на судне по данным, распространяемым гидрографическими службами на специальных носителях или по каналам морской подвижной связи.

Растровые электронные карты используются в Растровых картографических дисплейных системах (Raster Chart Display Systems – RCDS). IMO признает использование таких систем (Циркуляр IMO SN/Circ.207, 7 January 1999). Однако RCDS не обладают всеми функциями ECDIS и могут быть использованы только совместно с обычными бумажными морскими навигационными картами, руководствами и пособиями. Прокладка ведется на бумажной карте. Отличия RCDS от ECDIS с ENС и рекомендации судоводителям по использованию RCDS изложены в Циркуляре IMO SN/Circ.207, 7 January 1999.

Векторные полномерные электронные карты (Electronic navigational chart – ENC) – картографические базы данных, стандартизованных по содержанию, структуре и действующему формату обмена картографической информацией, выпущенные для использования на основе официальных данных, подготовленных национальными гидрографическими организациями. Такая база данных содержит всю картографическую информацию, необходимую для безопасного судовождения и может содержать дополнительную информацию из навигационных руководств и пособий, которой нет на бумажных морских навигационных картах (например, данные для расчета приливо-отливных явлений, правила плавания и др.). Эти картографические базы данных используются в Электронных картографических дисплейных информационных системах – ECDIS. Такие автоматизированные системы навигации являются наиболее перспективными.

Электронная карта в ECDIS (ENC) не является копией бумажной карты, а представляет собой совокупность таких источников информации как бумажная карта, сведения из лоции, сведения по огням и знакам и др.

Корректура электронных карт

Корректура электронных карт осуществляется в соответствии с определенными правилами.

Источниками корректуры должны быть:

• национальные гидрографические службы – официальные корректуры;

• компетентные местные службы (лоцманская, маячная, береговой охраны и др.) – местные корректуры.

Официальные корректуры могут быть:

• локальные постоянные;

• локальные временные (с указанием срока действия);

• корректуры для добавления, удаления, замещения картографических объектов или их атрибутов;

• пространственные корректуры для полной замены одной или нескольких карт.

Система корректуры для ENC ECDIS должна быть организована в соответствии со следующими требованиями:

• обновлению (Update) должна подвергаться системная электронная карта. Исходная картографическая база данных должна при любых условиях остаться неизменной;

• корректуры должны быть стандартизованы по структуре, системе классификации и кодирования; формат передачи данных должен соответствовать формату DX90;

• обновление электронной карты должно включать использование не только постоянных, временных и предварительных Извещений мореплавателям, но также относящихся к карте навигационных предупреждений Navarea и Navtex; текстовая часть информации по корректуре электронной карты должна быть на английском языке;

• вносимая корректура не должна ухудшать электронную карту. Сведения о внесенной корректуре должны сохраняться в памяти системы и отображаться по запросу судоводителя;

• ответственность национальных гидрографических организаций за корректуры должна быть эквивалентной той ответственности, которую они несут по корректуре бумажных навигационных карт.

Корректура электронных карт может осуществляться: вручную, полуавтоматически и автоматически.

Ручная корректура осуществляется судоводителем с помощью специальной программы-редактора, имеющейся в системе управления базами данных. Данные вводятся судоводителем с клавиатуры. При этом используется имеющийся в программе набора условных знаков, символов, элементов, шрифтов и т.п.

При вызове на экран, данные ручной корректуры отображаются таким образом, чтобы они четко отличались от всей информации на экране, полученной другим образом, т. е. чтобы четко видно, что это данные ручной корректуры.

Полуавтоматическая корректура осуществляется путем доставки носителя информации (дискеты или компакт-диска) по почте в порт захода и перезаписи информации с носителя в картографическую базу данных системы или путем приема по каналам связи на судне и записи на носитель информации и последующей переписи ее в картографическую базу данных системы. В этом случае информация на носителе должна быть записана в формате, который может быть преобразован во внутренний формат установленной на судне системы. При вызове на экран данные полуавтоматической корректуры отображаются в виде, присущем только этим данным, и явно отличаются от любой другой информации на экране.

Автоматическая корректура осуществляется путем передачи корректурной информации по каналам спутниковой связи и автоматической записи в картографическую базу данных системы. Для этого система должна быть сопряжена с аппаратурой спутниковой связи. При автоматическом вводе корректуры применяются методы защиты и контроля целостности получаемой информации. Получаемая корректурная информация регистрируется. Система сообщает судоводителю о получении корректурной информации и номера пропущенных извещений. Информация автоматической корректуры представляется в формате MACDIF, определенном IМО в качестве стандартного формата для автоматической корректуры ENC. При вызове на экран, данные автоматической корректуры отображаются в виде, присущем только этим данным, и явно отличаются от любой другой информации на экране. Автоматическая корректура признана IМО наиболее предпочтительной. Данные для автоматической корректуры могут предоставляться по инициативе соответствующих служб или по запросу судоводителя.

Данные каждой группы корректур хранятся в отдельных файлах.

В существующих системах построение откорректированной электронной карты может осуществляться различными способами. Например, в системе хранятся две базы данных - база данных исходной КБД и база данных корректур к ней. Построение электронной карты в этом случае осуществляется путем работы с двумя базами данных. В другом случае в системе хранятся три базы данных - исходная КБД, база данных корректур и откорректированная КБД. В этом случае построение электронной карты осуществляется только по откорректированной КБД.

Судоводитель должен иметь четкое представление об источниках корректурной информации и организации доставки её на судно.

Следуя процедурам подтверждения или приема, ЭКНИС автоматически производит корректуру в системе электронных навигационных карт.

Как правило, корректурную информацию можно получить, используя сеть Интернет и имея доступ к корректурным файлам карт судовой коллекции.

Это осуществляется путем заключения договора между фирмой производителем корректуры и судовладельцем. Откорректировать карты можно также, заказав через агента или представителя компании в порту диск CD с обновленной коллекцией карт или дискету с набором корректурных файлов на судовую коллекцию электронных карт. Наложение информации с дискеты на электронные карты производит их обновление. Карты с диска CD полностью заменяют коллекцию карт на откорректированные. Периодичность издания новых дисков CD обычно составляет 3-4 месяца.

Некоторые фирмы предлагают сервис корректуры, используя каналы телефонной связи. Для этого судоводитель в порту должен дозвониться до фирмы- производителя корректуры и получить кодированную информацию по корректуре для своей судовой коллекции по каналу телефонной связи.

Сервисные возможности различных электронных картографических систем в отношении корректуры могут быть различны.

II. По отношению к базе данных карты:

– присоединяемая корректура (автоматическая) – изменяет информацию, содержащуюся в предшествующей СЭНК;

– не присоединяемая корректура (ручная) – не изменяет информацию СЭНК. Эта форма корректуры просто добавляет дополнительную информацию в СЭНК. Целесообразно использовать ее в качестве временной или предварительной корректуры.

III. По совокупности информации:

– последовательная корректура – новая корректурная информация, которая появилась со времени выхода предыдущей корректуры;

– накопленная корректура – совокупность всей последовательной корректурной информации, которая была выпущена со времени самого позднего издания ЭНК;

– составная корректура – последняя корректура, представляющая по своей сути переиздание ЭНК.

IV. По формату корректуры:

– неформатированная корректура, формат которой отличается от стандарта IHO S-57, не читается машиной и не добавляется в базу данных электронной навигационной карты;

– форматированная корректура – корректура, читаемая машиной.

В электронных картографических системах класса ЭКНИС должны использоваться официальные корректуры, издаваемые организациями, отвечающими за изготовление баз данных ЭНК, т. е. государственными гидрографическими службами. Любая другая корректура или информация по безопасности мореплавания должна вводиться в систему вручную. Это может быть корректурная информация из Извещений мореплавателям, радионавигационных предупреждений, местных оповещений и т. п.

Судоводитель несет ответственность за своевременную корректуру системной электронной навигационной карты, отображаемой на экране, так же как и в отношении бумажных карт. При этом ручная корректура должна рассматриваться только, как временная мера и должна быть заменена при первой возможности на корректуру ЭНК издающей организации.

Синтез электронной карты

Синтез электронной карты - это переход от цифровых данных карты к её отображению на экране дисплея с помощью средств машинной графики. Математико-картографическое моделирование обеспечивает переход от математической модели к карте (и обратно) или к другой математической модели. Синтез электронной карты можно рассматривать как переход от цифровой модели местности к модели картографического изображения на экране дисплея, синтезированного средствами машинной графики.

В соответствии с назначением различают следующие виды моделей: цифровую модель местности, цифровую модель рельефа, цифровую модель ситуации, цифровую модель картографического объекта, цифровую карту местности.

Синтез электронной карты включает в себя:

• вычисление размеров экранной области;

• определение номера карты для этой области;

• формирование запросов в картографическую базу данных и вывод из неё соответствующих данных карты;

• смену карт;

• селекцию картографических объектов;

• генерализацию;

• отсечение картографических объектов;

• преобразование географических координат в экранные;

• формирование дисплейного файла.

Вычисление размеров экранной области производится для определения номера карты в пределах окна программы (экранной области, занятой отображением карты). Далее формируется запрос в картографическую базу данных и вывод из неё данных выбранной карты. Смена отображаемого участка карты или смена карты производится автоматически при достижении символом судна заданного расстояния до границы окна программы или по указанию судоводителя.

Селекция (Selection) это исключение или восстановление отображения на экране одного или нескольких типов картографических объектов по выбору судоводителя. Например, убрать с экрана маяки или вывести на экран географические названия или выделить яркостью границы запретных для плавания районов и т. д. Такая функция позволяет судоводителю разгрузить или дополнить данными карту в зависимости от решаемых им задач. В режиме селекции можно выбрать три вида нагрузки карты: базовая, стандартная, полная. К этим видам нагрузки может добавляться и другая дополнительная информация.

Генерализацией (Generalization) называется процедура исключения или упрощение изображения некоторых картографических объектов на экране в зависимости от выбранного судоводителем масштаба карты, чтобы избежать перегруженности карты. При генерализации в зависимости от изменения масштаба карты с экрана автоматически убираются (изменяются) или восстанавливаются некоторые картографические объекты.

Отсечение - это удаление картографического объекта или его части, не попавшей в окно программы.

Преобразование географических координат в прямоугольные экранные координаты производится для построения (отображения) объектов в нужном месте экрана с помощью средств машинной графики.

Дисплейный файл включает команды и операнды для выполнения операций машинной графики необходимые для отображения электронной карты на экране дисплея.

При отображении синтезированной карты выполняется ряд операций: генерация условных знаков, поворот и отображение элементов изображений, заливка (закрашивание) площадей, ограниченных замкнутыми контурами (например, закрашивание глубин менее 10м или запретных районов и т. п.).

При работе с маркером по выбору судоводителя могут выполняться следующие операции:

• определение географических координат маркера, т. ч. при наведении судоводителем маркера на выбранный объект или на любую точку, отображенной на экране карты, на информационном поле экрана воспроизводятся её географические координаты;

• определение пеленга (обратного пеленга) и дистанции от судна до объекта, т. е. при наведении судоводителем маркера на выбранный объект или на любую точку, отображенной на экране карты, на информационной панели воспроизводятся пеленг с судна на объект и дистанция или пеленг с объекта на судно и дистанция между ними;

• вызов на информационное поле экрана дополнительной информации об объекте, на который наведен маркер;

• другие операции, присущие конкретной системе.

Система обмена электронной картографической информацией

В целях обеспечения безопасности мореплавания национальные гидрографические службы проводят большую работу по гидрографическим съемкам и измерениям, обслуживанию и мониторингу СНО. созданию цифровых наборов картографических, навигационно-гидрографических данных и поддержке их на уровне современности, хранению и архивации материалов. Банк данных Национальной гидрографической службы на обслуживаемый регион является наиболее полным, достоверным и современным. Поэтому для создания современного и достоверного банка данных на весь Мировой океан, обмен информацией между национальными гидрографическими службами имеет очень важное значение.

Кодирование цифровых наборов данных может осуществляться различным образом. Поэтому в целях обеспечения обмена электронной картографической информацией между национальными гидрографическими службами и предоставления такой информации на суда оборудованные ECDIS, IНО совместно с IMO разработан международный стандарт обмена картографической информацией и унификации предоставления информации на суда – S – 57.

Standard S-57 «IMO Transfer Standard for Digital Hydrographie Data» состоит из двух частей: А и В. Часть А содержит каталог картографических объектов (КО), включающий: список классов КО и перечень характеристик (атрибутов) КО. Класс КО – это определенная группа КО, которые считаются эквивалентными друг другу, например, плавучие маяки разных видов. Атрибуты КО – это присущий определенной группе КО набор стандартных характеристик, который считается необходимым и достаточным для описания данного класса КО, например, для плавучих маяков: изображение условного знака, цвет условного знака и ряд других характеристик.

В части В описан формат обмена картографическими данными между странами – членами IMO – формат DX90. Формат – это правила цифрового представления данных и обмена ими – спецификация последовательности и видов представления элементов информации (чисел, текста и др.) на носителе. Набор форматов или комплексный формат определяет структуру информации, представленной на носителе.

Формат DX90 в настоящее время является основным форматом для декодирования и обмена цифровыми картографическими данными. Формат DX90 является частью Стандарта S – 57 IHO, поэтому его иногда обозначают S-57/DX90.

Формат DX90 сочетает в себе свойства гибкости и компактности, совместим с другими средствами обмена данными и не ориентирован на определенную нарезку карт. Он позволяет:

• поддерживать несколько уровней обмена цифровыми данными;

• представлять место объекта в географической или прямоугольной системе координат с различными единицами и мерами точности;

• строить карты в различных проекциях;

• хранить описательную информацию для наборов данных;

• добавлять новые записи.

В развитие формата DX90 для обмена картографической информацией между гидрографическими службами и пересылки их пользователям по каналам связи разработан специальный формат MACDIF (Map and chart data inter change format).

В связи с особенностями аппаратной части и программного обеспечения с целью оптимизации обработки и хранения информация в автоматизированных системах навигации представлена во внутрисистемном формате. Однако система, отвечающая стандартам ECDIS, должна обеспечивать конвертацию DX90 во внутренний формат и наоборот. Цифровые данные карты, представленные во внутреннем формате автоматизированной системы навигации, называются системными данными электронной карты.