На протяжении нескольких тысячелетий основными инструментами для навигации были компас, карта и секстант. Достигнув в ходе развития совершенства, эти три кита, на которых покоилось судовождение , стали, тем не менее, преградой на пути технического прогресса в судовождении. Возросшие размеры и скорости судов, повышение интенсивности судоходства потребовали внедрения новых навигационных технологий, автоматизации судовождения, повышения безопасности судов - того, чего не могли обеспечить традиционные орудия судоводителя.

Для того, чтобы преодолеть тупик, требовался качественный скачок в картографии, и он произошел в конце прошедшего столетия. Новые высокопроизводительные компьютеры дали возможность переводить бумажные карты в цифровую форму, хранить их, записывать на компактные носители, передавать по линиям связи и вновь восстанавливать на дисплеях компьютеров.

Вершиной современных навигационных и компьютерных технологий стало создание мозга современного судна - электронной картографической информационной системы , осуществляющей отображение карт и места судна, прокладку трассы движения и контроль отклонений от заданного маршрута, вычисление безопасных курсов, предупреждение судоводителя об опасности, ведение судового журнала, управление автопилотом и т. п.

Современная электронно-картографическая навигационная информационная система состоит из трех основных элементов - цифровых карт, записанных на каких-либо носителях (в основном на компакт-дисках), приемника спутниковой навигации, компьютера и соответствующего программного обеспечения. Такая система применяется на больших судах профессионального флота и способна выполнять следующие функции:

• Проведение различных операций с картами;
• Автоматическое ведение судового журнала;
• Получение информации по навигационным объектам;
• Планирование перехода;
• Учет течений и погодных условий;
• Тревожная сигнализация;
• Создание планов поисково-спасательных операций;
• Работа с оборудованием автоматической идентификации судов (АИС);
• Режим истинного/относительного движения;
• Работа с системами автоматической радиолокационной прокладки (САРП);
• Отображение трехмерного отображения рельефа дна.

В системе имеется возможность подключения различных навигационных датчиков лага, эхолота, датчика ветра, дрейфа и т. п.

ЭКНИС обладает очень высокими возможностями для навигации, но на малых судах - катерах, моторных и парусных яхтах, небольших рыболовных ботах - ее использование связано с большими трудностями, как правило, из-за недостатка места и необходимости защиты компьютера от воды, влаги, морской соли.

Поэтому для малого флота были созданы специальные приборы, имеющие разные названия - картплоттеры , навигационно-картографические системы, навигационные центры, содержащие в своем герметичном корпусе приемник GPS, компьютер с установленной на заводе программой и миниатюрный носитель картографической информации (картридж).

Носителями картографической информации для навигационных систем малых судов (картплоттеров) являются мини-картриджи. Если на лазерных компакт-дисках обычно записывается мировая база электронных карт , то на мини-картриджах записывается набор карт различного масштаба отдельных районов, объем которого зависит от емкости картриджа.

Существует несколько электронно-картографических систем , используемых для записи карт на картриджи - С-Мар NT+, С-Мар NT MAX, Blue Chart, Navionics Nav-Charts™ и некоторые другие. Наибольшим покрытием Мирового Океана обладает коллекция картриджей С-Map NT МАХ и, что самое важное, в ее состав входят электронные карты отечественных акваторий - Ладожского и Онежского озер, Финского залива, Баренцева, Белого, Азовского, Черного и Каспийского морей и пр.

Аналогичные карты внутренних водных путей есть и в коллекции Blue Chart. Источниками данных электронных карт являются официальные карты, производимые гидрографическими службами, собственное производство данных по договорам с гидрографическими службами, оцифровка материалов съемки малых гаваней при отсутствии официальных бумажных карт (по заказу местных властей).

Совсем еще недавно электронно-картографические системы представляли собой сложные и очень дорогие системы на базе компьютеров. Такие системы (ЭКНИС – электронно-картографическая и информационная навигационная система; ЭКС – электронно-картографическая система) используются на больших морских судах. Для малых судов можно было бы использовать ноутбуки с упрощенным программным обеспечением, но обычные ноутбуки обладают плохой водо– и влагостойкостью, а специальные защищенные, очень дорогие доступны не каждому.

За прошедшие 10–15 лет появились компактные, доступные по цене, стационарные и носимые электронно-картографические приборы – карт-плоттеры, наименьшие из которых не уступают по размерам обычному приемнику GPS, которые можно переносить в кармане или в рюкзаке, установить в рубку катера, в надувную лодку, на байдарку. Более того, появились приборы, являющиеся одновременно рыбопоисковым эхолотом и карт-плоттером.

Современный картплоттер состоит из двух основных частей – носителя картографической информации и плоттера. Необходимые для получения местоположения данные картплоттер может получать от встроенного приемника GPS, либо от любого внешнего приемника.

Носители картографической информации

Носителями картографической информации для навигационных систем малых судов (картплоттеров) являются лазерные компакт-диски и мини-картриджи (рис . 60 ). Мини-картриджи применяются в стационарных картплоттерах, а компакт-диски используются для загрузки карт в носимые приборы, размеры которых не позволяют разместить слот для картриджа.

Если на лазерных компакт-дисках обычно записывается мировая база электронных карт, то на мини-картриджах записывается набор карт различного масштаба отдельных районов, объем которого зависит от емкости картриджа. Существует несколько электронно-картографических систем, используемых для записи карт на картриджи – С-Мар NT+, C-MAX, Blue Chart, Navionics Nav-Charts™, Furuno MiniChart и некоторые другие. Наибольшим покрытием отечественных акваторий – Ладожского и Онежского озер, Финского залива, Баренцева, Белого, Азовского, Черного и Каспийского морей обладают коллекции карт С-Мар и Blue Chart.

Источниками данных электронных карт С-МАР и Blue Chart являются официальные карты, производимые гидрографическими службами, собственное производство данных по договорам с гидрографическими службами, оцифровка материалов съемки малых гаваней при отсутствии официальных бумажных карт (по заказу местных властей).

Рис . 60. Носители электронных карт

Картплоттеры

Картплоттер (рис . 61, 62 ) – это функционально законченный прибор, содержащий в своем водонепроницаемом корпусе приемник спутниковой навигации (в некоторых моделях приемник может быть и выносным), компьютер с заложенной на заводе-изготовителе программой, монохромный или цветной дисплей, клавиатуру для управления, слот для ввода картриджа или порт для загрузки карт. Обязательным элементом является порт для ввода-вывода информации в международном морском формате NMEA 0183.

Размеры экранов могут быть самыми различными – от совсем маленьких, размером 40 ? 60 мм, цветных и монохромных экранов носимых картплоттеров Garmin GPS MAP 60 и 76, до крупных 10–15 дюймовых на стационарных судовых плоттерах.

Рис . 61. Носимый картплоттер

Все картплоттеры имеют общие принципы работы и управления с помощью курсора и меню, с которыми мы познакомимся с использованием какой-либо популярной модели, например, ChartMaster v6 с цветным 6-дюймовым дисплеем.

Картплоттер имеет 12-канальный параллельный приемник GPS. Он имеет все полагающиеся ему функции – определение координат, отображение на экране электронной карты положения судна и трассы его перемещения, параметров движения, маршруты, путевые точки и пр. Для навигации на акваториях, на которые нет карт, в картплоттерах обычно имеются страницы с соответствующей графикой, аналогичной имеющейся в обычных приемниках GPS. В данном приборе для этого имеется графический указатель «дорога», в других, в частности, в приборах Garmin, используется указатель «компас».

Работа с картплоттером

Управление практически всеми картплоттерами осуществляется, как в компьютере, через систему меню с помощью клавиш – стрелок, джойстика и функциональных клавиш. С помощью меню устанавливают необходимые настройки дисплея, трассы, единиц измерения, охранных зон и пр. и пр., выбираются различные функции, создаются маршруты и путевые точки.

Рис . 62. Стационарный картплоттер

Первое включение прибора, как и у приемника GPS, начинается с процесса инициализации. Поскольку этот процесс уже рассматривался в предыдущей главе, на нем останавливаться не будем, а сразу перейдем к работе с картплоттером.

После включения прибора, как только его приемник GPS захватит сигналы спутников, на экране установится карта района нахождения судна, изображение которого будет располагаться в центре. Если на этот район есть картридж, то на экране будет отображаться подробная карта конкретного участка.

Обычно на картриджах записываются карты самых разных масштабов – от генеральных до крупномасштабных для портов, или трудных в навигационном отношении участков. Имеющаяся в картплоттере функция ZOOM («масштаб») позволяет выбирать нужный масштаб. В некоторых моделях возможно увеличение масштаба свыше заданного картой за счет растяжки изображения карты. Это создает определенные удобства для судовождения, но не увеличивает детализацию находящегося на экране изображения.

Движение судна отображается на дисплее одним из двух способов. В первом случае его отметка остается неподвижной в центре экрана на фоне движущейся карты; во втором случае отметка движется от центра к краю экрана и по достижении его возвращается назад одновременно со сдвигом карты. При необходимости может отображаться траектория движения судна, вектор скорости и его текущие координаты.

Использование курсора

Важную роль в работе с картплоттером играет курсор. Это – главный инструмент, с помощью которого решается множество задач – измерение дальности и азимута до объектов, определение их координат, вычисление расстояний между объектами, создание путевых точек и маршрутов, получение информации и многое другое. Рассмотрим для примера несколько функций курсора.

Если в ходе плавания возникнет необходимость определения расстояние до какого-то объекта на карте (до берега или вешки), достаточно навести перекрестие курсора на эту точку, и в информационном окне появятся ее координаты, а также дальность и направление относительно судна. Аналогичным образом получают информацию об отмеченных на карте названиях островов, населенных пунктах, портах, о навигационной обстановке, глубинах и т.п.

Если навести курсор на какой-либо объект, например, навигационный буй или маяк – в появившемся информационном окне появится полная информация об этом объекте – высота, цвет, цвет и сектора видимости огней и т.п. С помощью курсора можно получить названия не обозначенных на картах островов и населенных пунктов.

Использование курсора значительно облегчает создание путевых точек и маршрутов. В отличие от приемника GPS, где эта задача решается с помощью бумажной карты с дальнейшим вводом полученных координат через меню, в картплоттере это просто и быстро осуществляется с помощью курсора – достаточно установить его на нужное место на электронной карте и нажать нужную клавишу. Полученную путевую точку затем можно легко отредактировать, присвоить ей какой-либо символ или имя, передвинуть на другое место или удалить.

Полученные маршруты и составляющие их точки размещаются на специальных страницах в виде таблиц с координатами. Их можно переименовывать, присваивать символы (например, якорь, крест, рыбка и т.п.), изменять координаты, удалять, причем, делать это можно не только в плавании, но и дома, используя для этого режим симуляции.

После создания путевых точек и сформирования маршрута необходимо проверить на наличие навигационных опасностей на всех его отрезках. Для этого записанный маршрут выводят на карту, где он будет представлен в виде связанных линиями путевых точек, и затем просматривают его на всем протяжении. Если окажется, что на каком-то участке линия проходит через опасное место (остров, каменную гряду, мель), какую-либо точку данного отрезка перетягивают курсором до тех пор, пока эта линия не уйдет с опасного места, после чего снова продолжают проверку последующих участков.

Плавания по маршрутам

Под «плаванием по маршруту» будем понимать последовательное движение от точки к точке заранее спланированного и хранящегося в памяти маршрута с использованием технических и программных возможностей приборов, позволяющих контролировать отклонения судна от заданного направления.

В современных картплоттерах при плавании по маршруту контроль отклонения осуществляется двумя способами – либо по положению отметки судна на проложенной трассе движения, либо с помощью специальных графических индикаторов, используемых обычно в приемниках GPS. Некоторые модели картплоттеров могут объединять на одном экране оба режима, что делает более удобным судовождение в сложной навигационной обстановке.

Очень полезной функцией контроля за направлением движения судна по маршруту является вектор скорости. Это очень чувствительный и быстродействующий инструмент, позволяющий быстро реагировать на отклонения от генерального курса.

Если маршрут создан заблаговременно и хранится в памяти прибора, то через меню его выбирают из списка и активируют одним из имеющихся способов, после чего на экране отобразится участок карты с проложенным маршрутом и картплот-тер перейдет в режим навигации. При этом, в окне данных появятся значения направления на первую путевую точку, дальность до нее, время в пути и время прибытия, а графические дисплеи будут показывать отклонения от истинного курса.

При приближении к активной точке на заданное расстояние прибор подаст звуковой сигнал и сообщение в информационном окне на экране об этом событии.

По прибытии в первую точку прибор автоматически перейдет в режим движения к следующей точке и т.д., вплоть до прибытия к конечному пункту плавания.

Плавания по путевым точкам

Навигация по путевым точкам является частным случаем плавания по маршруту, поэтому принципы использования картплоттера и судовождения одни и те же.

Путевые точки могут создаваться заблаговременно и храниться в памяти прибора, откуда они могут извлекаться, активироваться с помощью функции «GO TO» и использоваться для навигации. Создание путевых точек в ходе плавания очень эффективно осуществляется с помощью курсора – для этого достаточно навести его перекрестие на нужное место и нажать клавишу «GO TO» – и картплоттер перейдет к навигации на выбранную точку.

Следует остановиться на одной особой путевой точке «МОВ» (Man Over Board) – «Человек за бортом». Эта путевая точка задается обычно нажатием специальной клавиши, после чего карт-плоттер автоматически переходит к навигации на точку МОВ.

Сервисные функции

База информационных данных

Каждый картплоттер содержит набор информационных данных, содержание и объем которых может быть различным в разных моделях. Часть информационной базы вводится при производстве приборов, а основная часть поступает вместе с электронной картой района.

Основную часть базы данных составляет навигационная информация, обязательно присутствующая в каждом картплоттере. Сюда входят сведения о глубинах, навигационных опасностях, навигационной обстановке, названия островов, заливов, портов и т.п. Такие данные обычно выводятся автоматически в информационное окно при наложении курсора на данный объект или, в некоторых моделях, при попадании отметки судна в установленную область около объекта.

Каждый картплоттер содержит информационные данные о приливах и отливах для каждого конкретного района. Они содержатся на отдельной странице, выбираемой через главное меню.

Второй блок данных может содержать список портов и укрытий для данной карты с расстояниями до судна и направлениями на них, их характеристики (наличие телефона и телеграфа, больницы, нефтебазы, особенности акватории). Нередко список портов выстраивается по возрастанию расстояний до судна, что позволяет в случае необходимости быстро выбрать ближайшее укрытие.

Пользовательские функции

Под этим не очень корректным названием будем понимать набор самых разнообразных функций, облегчающих пользователю работу с картплоттером. В каждой модели прибора имеется свой набор функций, поэтому остановимся только на наиболее распространенных.

МОВ («Человек за бортом»).

Это одна из важнейших функций, позволяющая одним нажатием клавиши запомнить место упавшего за борт человека и перевести картплоттер в режим навигации на точку падения. После нажатие клавиши точка МОВ автоматически запоминается и сохраняется как активная до тех пор, пока она не будет удалена оператором.

Функция «возврат к судну»

При прокладке маршрута или при просмотре карты с помощью курсора можно «заблудиться» – потерять отметку судна. Для быстрого возврата на место судна существует функция, которая может называться в разных моделях «НОМЕ», «Find ship», «Ship» или еще как-нибудь. Нажатием данной функциональной клавиши на экран быстро выводится участок карты, в центре которого находится судно и курсор.

Запись трасс

При движении судна любой картплоттер может записывать и сохранять, по желанию пользователя, пройденную трассу. Трасса записывается в виде точек. На коротких трассах эти точки сливаются в линию, но, с увеличением пройденного расстояния, интервал между точками в связи с их ограниченным количеством, автоматически увеличивается.

Наиболее сложные и дорогие приборы могут хранить несколько трасс вместе с их характерными особенностями и, при необходимости, воспроизводить их, корректировать и использовать для судовождения.

Навигационные алармы

Эта функция позволяет вырабатывать сигналы тревоги (предупреждений) в случаях вхождения в установленную зону, при подходе к путевой точке маршрута, к навигационной опасности, при прохождении над местом, где глубина меньше заданной, при дрейфе судна на якоре.

Каталоги карт

Некоторые дорогие картплоттеры нередко содержат в себе каталоги карт, позволяющие в плавании легко найти нужный картридж или заказать его. Каталог карт может быть как для района, так и всемирный.

«Эхолот»

Эта функция, имеющаяся в некоторых картплоттерах, позволяет считывать с карты текущие значения глубины и отображать их одновременно с картой на экране в цифровой либо в графической форме. Кроме того, прибор может получать значения глубины в формате NMEA 0183 от судового эхолота и отображать их.

«Видеонаблюдение»

Некоторые модели картплоттеров имеют возможность работы с телевизионной камерой для наблюдения за надводным и подводным пространством или помещениями судна. Такие видеокамеры обычно поставляются как опции.

В заключение о бумажной карте. Картплоттер, несомненно, удобнее бумажной карты – он не мнется, не рвется, не намокает, им легко пользоваться, у него более богатые информационные возможности. Однако бумажная карта остается по настоящий день, наряду с вахтенным журналом, основным документом судоводителя, по которым, при каких-либо авариях будут разбираться компетентные органы. Помните об этом!

В отличие от бумажной карты, электронная карта, содержит скрытую информацию, которую можно использовать по мере необходимости. Эта информация представляется в виде слоев, которые называются тематическими, потому что каждый слой состоит из данных определенной тематики (рис. 1). Например, один слой электронной карты может содержать сведения о дорогах, второй - о проживающем населении, третий - о фирмах и организациях и т. д. Каждый слой можно просматривать по отдельности, совмещать сразу несколько слоев или выбирать отдельную информацию из различных слоев и выводить ее на карту.

Электронную карту можно легко масштабировать на экране компьютера, перемещать в разные стороны, рисовать и удалять объекты, печатать на принтере любые территории. Кроме того, компьютерная карта обладает и другими свойствами. Например, можно запрещать (или разрешать) отображать на экране определенные объекты. Выбрав объект с помощью мыши, можно запросить информацию о нем, например, высоту и площадь дома, название улиц и др.

Именно с появлением электронных карт появился и другой термин «геоинформационные системы» (ГИС). Существуют десятки определений геоинформационных систем (их еще называют и географическими информационными системами). Но большинство специалистов склоняются к тому, что определение ГИС должно базироваться на понятии СУБД. Поэтому можно сказать, что ГИС - это системы управления базами данных, предназначенные для работы с территориально-ориентированной информацией.

Рис. 1. Основу большинства современных ГИС-приложений составляют информационные слои

Важнейшей особенностью ГИС является способность связывать картографические объекты (т. е. объекты, имеющие форму и местоположение) с описательной, атрибутивной информацией, относящейся к этим объектам и описывающей их свойства (рис. 2).

Как было отмечено выше, в основе построения ГИС лежит СУБД. Однако, вследствие того, что пространственные данные и разнообразные связи между ними достаточно сложно описать реляционной моделью, полная модель данных в ГИС имеет смешанный характер. Пространственные данные специальным образом организованы, и эта организация не базируется на реляционной концепции. Напротив, атрибутивная информация объектов (семантические данные) вполне удачно может быть представлена реляционными таблицами и соответствующим образом обрабатываться.

Рис. 2. В электронных картах даже обычная точка может сопровождаться коллекцией фотографий, дающей представление об этой местности

Объединение моделей данных, лежащих в основе представления пространственной и семантической информации в ГИС, образует геореляционную модель.

Любая географическая информация содержит сведения о пространственном положении, будь то привязка к географическим или другим координатам или ссылки на адрес, почтовый индекс, идентификатор земельного или лесного участка, название дороги и др. (рис. 3). При использовании подобных ссылок для автоматического определения местоположения объекта применяется процедура геокодирования. С ее помощью можно быстро определить и посмотреть на карте где находится интересующий вас объект.

Более перспективным является бесслоевой объектно-ориентированный подход к представлению объектов на цифровой карте. В соответствии с ним объекты входят в классификационные системы, которые отражают определенные логические отношения между объектами предметных областей. Группировка объектов разных классов для разных целей (отображения или анализа) производится более сложным способом, однако, объектно-ориентированный подход более близок к характеру человеческого мышления, чем послойный принцип.

Рис. 3. В современных ГИС-приложениях можно производить необходимые расчеты грузоперевозок

При использовании судоводителями традиционных бумажных карт затраты времени для снятия координат с дисплея приемоиндикатора (ПИ) и нанесения их на карту, которая недостаточно точна, приводят к тому, что обсервация не является текущей, в нее вносятся дополнительные погрешности.

Кроме того, при плавании в стесненных условиях наносить координаты судна на карту просто некогда. В данном случае необходимо иметь отображение места судна в реальном масштабе времени, что возможно при использовании навигационной карты на электронном дисплее (электронной карты). Последнее десятилетие XX века характеризуется развитием морской электронной картографии. К настоящему времени это новое направление навигационной технологии приобрело реальность. Электронная картография позволяет коренным образом улучшить организацию работы судоводителей и облегчить ее, снизить навигационную аварийность.

Можно утверждать, что на наших глазах происходит техническая революция в судовождении. Необходимость обеспечить непрерывный и объективный контроль за местоположением и движением судна и наблюдаемых целей, автоматизировать измерения и их обработку, представлять наглядную и достоверную информацию в виде, пригодном для немедленного использования, привела к разработке и использованию в радиолокации систем автоматической радиолокационной прокладки (САРП), а в радионавигации - автоматических приемоиндикаторов спутниковых радионавигационных систем и комплексных индикаторов навигационной обстановки с электронными картами.

Элементы электронной картографии впервые начали использоваться в судовых системах автоматической радиолокационной прокладки и в береговых системах управления движением судов. Такие карты получили название упрощенных или стилизованных. Электронные карты нового поколения создаются в специальных центрах, имеющих лицензию национального гидрографического управления и отвечающих за полноту и правильность отображения навигационной обстановки. Картографические базы данных, используемые и при составлении обычных бумажных карт, преобразуются в цифровую форму, записываются на магнитные диски или иные типы носителей, затем на судне индицируются на экране дисплея (видеопрокладчика) с высокой разрешающей способностью.

История создания электронных карт имеет следующую хронологию:

В 1982 г. Международная морская организация (ИМО) опубликовала в предварительной версии стандарт, определяющий характеристики ECDIS (Electronic Chart Display and Information System). Существует также стандарт Международной гидрографической организации (МГО), устанавливающий требования к ECDIS.

В 1987 г. была утверждена координационная группа ИМО/МГО для разработки технико-эксплуатационных требований к судовой системе отображения электронных карт и информации. При этом имелось в виду, что в случае удовлетворения этих требований ECDIS будет признаваться законным эквивалентом бумажных карт.

Электронная карта должна отображать следующий минимум картографических данных: контур береговой линии, глубины и высоты, безопасные границы по глубине, подводные препятствия, стационарные и плавучие навигационные средства, морские пути (фарватеры, каналы, рекомендованные курсы, системы разделения движения судов), запретные и ограниченные для плавания районы, числовой и линейный масштабы отображаемой карты, значения ограничивающих карту координат и, как минимум, по одной промежуточной линии, обозначающей параллель и меридиан. Кроме того, по желанию судоводителя на экране могут отображаться другие картографические данные из перечня, определенного эксплуатационными требованиями ИМО к ECDIS, например, справочные данные о береговых и плавучих средствах навигационного обеспечения, правила плавания, различные предупреждения навигационного характера, пути движения паромов, подводные трассы кабелей и трубопроводов, геодезическая информация (геодезическая основа, дата создания и дата последней корректуры электронной карты) и пр.

Если ECDIS сопрягается с САРП, то на экране видеопрокладчика можно наблюдать движение других судов с соответствующими векторами их перемещений. На экране ECDIS в реальном масштабе времени отображается отметка собственного судна, перемещающаяся в соответствии с данными, полученными от GPS. Электронная карта воспроизводит морскую навигационную карту меркаторской проекции с ориентацией «Норд» и стабилизацией «Истинное движение», то есть символ судна перемещается по неподвижной электронной карте. Смена отображаемого участка карты на соседний участок осуществляется автоматически (при необходимости - вручную) при приближении судна на определенное расстояние к краю карты.

Видеопрокладчик должен иметь возможность отображать электронные карты в масштабах , адекватных масштабам стандартным морских навигационных карт. Предусматривается возможность изменения масштабов, как минимум в два раза, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Надо иметь в виду, что увеличение масштаба означает лишь увеличение изображения участка карты, но это увеличение не сопровождается большей детализацией участка побережья или местности. ECDIS имеет возможность записывать данные о перемещении судна в течение определенного времени (например, в течение 36 часов), то есть - вести «судовой журнал». Устройство носителя картографических данных должно исключить их стирание или изменение в судовых условиях. При этом должна обеспечиваться возможность корректуры электронных карт на судне как автоматически с использованием систем спутниковой связи, так и вручную путем внесения судоводителем дополнительных символов. По мере накопления корректуры пользователи периодически, например, ежеквартально, могут получать полную обновленную версию электронной карты. Работая с электронным каталогом, судоводитель может подобрать электронные карты всех необходимых масштабов на предстоящий переход. На этих картах выполняется предварительная электронная прокладка маршрута предстоящего перехода. Маршрутные точки могут наноситься либо по географическим координатам, либо с помощью специального маркера по пеленгу и дистанции относительно выбранного навигационного ориентира. Линии предварительной прокладки выделяются на экране особым цветом. Может быть выполнен «подъем» навигационной карты, для чего в любом месте экрана могут быть нанесены точки, сплошные и прерывистые линии, условные знаки, цифры и буквы. С учетом особенностей района плавания и характеристик судна в ECDIS могут быть введены допустимые значения отклонений судна от заданной линии пути, допустимые значения минимальных дистанций сближения с выделенными навигационными опасностями, а также дистанций срабатывания предупредительной сигнализации при подходе к точкам поворота.

Для текущего местоположения судна ECDIS должна рассчитывать и индицировать в буквенно-цифровой форме следующую текущую навигационную информацию:

Дату и время (гринвичское или поясное);

Географические координаты судна с обозначением способа их определения;

Боковое отклонение судна от заданной линии пути (СТЕ - cross track error) с указанием стороны (знака) отклонения

Дистанцию и пеленг на очередную маршрутную точку (DIST ТО WP, BRG ТО WP) и время плавания до нее (TIME ТО WP);

Географические координаты маркера («+»), который судоводитель может установить в любой точке экрана;

Пеленг на маркер и дистанцию до него (COURSOR IIG. COURSOR RNG).

Наблюдая за перемещением отметки собственного судна по экрану ECDIS, судоводитель может осуществлять глазомерную проводку судна по заданной линии пути, учитывая также объективную цифровую информацию. При наличии надежной и высокоточной системы определения места судна ECDIS становится важнейшим техническим средством навигации не только в прибрежных водах, но и в узкостях, так как обеспечивает мгновенный контроль за местоположением и движением судна, прогнозирование развития навигационной ситуации, оперативное планирование и контроль маневров, безошибочность опознавания навигационных ориентиров.

Требования к электронным картам были разработаны в 1995 году 19-й Ассамблеей ИМО и оформлены Резолюцией А. 817(19), затем был разработан стандарт морских электронных карт № 1174 и начались разработки национальных стандартов. В требованиях ИМО к ECDIS отмечалось, что первичной функцией системы является обеспечение безопасности мореплавания. Система должна отображать всю картографическую информацию, необходимую для безопасного и эффективного судовождения. Такая информация должна официально гото-Виться и распространяться гидрографическими службами, уполномоченными правительствами стран. ECDIS должна обеспечивать надежность и доступность навигационной информации, предусматривать соответствующее резервирование и документирование данных рейса. Такие системы с 2001 года рассматриваются как легальный эквивалент бумажных навигационных карт. Вместе с тем, судоводитель должен реально оценивать и учитывать технические ограничения ECDIS, в том числе привязку к географическим координатам, а не к побережью, зависимость от точности навигационных датчиков и ограничений используемых СРНС, опасность использования неприемлемого масштаба электронной карты, возможную неполноту навигационной информации на этой карте и т. д. Даже кратковременная неисправность или отказ ECDIS может привести к полной потере контроля за обстановкой и своего места и, как следствие, к навигационной аварии.

Существует также проблема, связанная с системой координат. В международных стандартах на ECDIS определено, что используемая картографическая информация должна иметь американскую систему координат WGS-84. В этой системе функционирует и GPS (СРНС НАВСТАР). Однако российская СРНС ГЛОНАСС имеет собственную геодезическую основу ПЗ-90, а отечественные бумажные карты созданы по референц-эллипсоиду Красовского (иногда его называют «Пулково-42»). Несмотря на указанные ограничения и сложности уже сейчас на современных судах устанавливают по два дисплея ECDIS, каждый из которых имеет автономный источник электропитания. При этом дисплеи соединяют с основными техническими средствами навигации - гирокомпасом, лагом, приемоиндикатором СРНС GPS. В этом случае электронная карта превращается в навигационный автоматизированный комплекс, позволяющий решать различные задачи судовождения.

Понятно, что такой комплекс должен использоваться совместно с другими техническими средствами навигации, в частности, с судовой РЛС и эхолотом. Имеются возможности использования электронных карт и на яхтах. Примером может служить кругосветное плавание яхты «Апостол Андрей» под командованием заслуженного мастера спорта РФ Н.А. Литау в 1996-1999 годах (яхта обогнула земной шар, проследовав по всем четырем океанам, прошла впервые в истории Северным морским путем в западном направлении) на яхте использовались только электронные карты, для чего были установлены два дисплея. Несомненно, что со временем ECDIS полностью заменит бумажные карты и будет таким же обязательным навигационным средством , как сейчас гироскопический и магнитный компасы, лаг или судовая радиолокационная станция.

1. Основы электронной картографии

1.1. Основные понятия

Название данной дисциплины состоит из трех понятий; картография, электронная, основы. Картография - эта карта и все что с ней связано. Основы - это основные знания о электронной картографии. Понятие "электронная" трудно привязать к карте. Более проще понять когда карту назвать цифровой. Но так сложилось это понятие.

Основы электронной картографии - это основные знания об электронной картографии.

Структура электронной картографии приведена на рис.1.

Законодательство и нормативные документы
Требования к источникам данных	Требования к обработке данных	Требования к данным перед представлением в системе отображения	Требования к системам отображения данных	Требования к пользователю
Возможность использования в электронных картах	Возможность использования после обработки в существующих системах отображения	Необходимость преобразования данных в формат соответствующий системе отображения данных	Соответствие требованиям соответствующих организаций	Знание основ электронной картографии

Источники данных для электронных карт

Обработка данных для отображ.

Данные для отображе-

Системы отображения данных

Пользователь электронных карт

Нав.системы

GPS, ГЛОНАСС, АИС, наз. тр-т, др.

Системы обр. данных

Панорама,

Использова- ние : навигация морская и сухопутная,

обработка геоданных, наука, образование, различные области

Носитель данных
Бумажный, фотобумага, электронный (цифровая, анал. камера, телев. камера)	Бумажный, Фотобумага, электронный (цифровая камера, телев. камера)	электронный
Вид данных
Растровый, векторный	Растровый, векторный	векторный растровый
Формат данных
	Форматы в растровом и векторном виде	в формате системы отображения

Рис. 1. Структура электронной карты

В бумажной картографии символы наносятся на бумажную основу. При этом символы понятны человеку и соответствуют определенным требованиям. В электронной карте аналогично, только вместо бумажной основы - система отображения в виде дисплея.

Источники создания электронных карт те же что и у бумажных, плюс данные в цифровом виде. В процессе развития электронной картографии сложилось так, что данные в различных системах отображения имеют различные форматы, что затрудняет или вообще не позволяет использовать данные в других системах отображения.

Возникает необходимость в обработке данных перед их представлением в системе отображения.

Источники данных для электронной картографии, системы обработки данных, данные перед представлением в системе отображения, сами системы отображения и пользователь электронных карт должны удовлетворять соответствующим требованиям, определенных на основе нормативных документов и законодательных актов.

Кроме этого, для работы с электронной картографией необходимы знания о форматах данных, видах графики (векторная, растровая), устройстве систем отображения способах обработки и представления данных и другие знания, связанные с электронной картографией.

Для получения этих знаний курсантами определен перечень лекций и лабораторных работ, необходимых курсанту с освоением дисциплины "Основы электронной картографии"

Согласно ГОСТ 21667-76 Картография. Термины и определения,

Картография - это область науки, техники и производства, охватывающая изучение, создание и использование картографических произведений.

Исходный картографический материал - картографический материал, который используется для создания или обновления карты.

Карта - построенное в картографической проекции, уменьшенное, обобщенное изображение поверхности Земли, поверхности другого небесного тела или внеземного пространства, показывающее расположенные на них объекты в определенной системе условных знаков.

Согласно ГОСТ 28441-99 КАРТОГРАФИЯ ЦИФРОВАЯ, цифровая карта; ЦК: Цифровая картографическая модель, содержание которой соответствует содержанию карты определенного вида и масштаба.

Более простым языком, карта - это бумажный носитель с нанесенным на нем условными обозначениями, согласно нормативных документов необходимый человеку для его деятельности.

Цифровая карта - информация, удовлетворяющая стандарту. S57,

В системе отображения ECDIS цифровая карта удовлетворяет стандарту S57 в части обмена данными между системами и определенному стандарту в самой системе.

Основная цель электронных карт и навигационных систем, построенных на их основе, - упрощение повседневного труда штурмана и повышение безопасности мореплавания.

Первые электронные карты появились в 90-х годах и представляли собой сканированные копии бумажных карт. Подобные карты принято называть растровыми электронными картами . Однако выяснилось, что простое сканирование бумажных карт, зачастую приводит к невозможности их использования совместно с современными навигационными устройствами. Кроме того, использование растровых электронных карт (RENC) затрудняет проведение автоматического анализа навигационной ситуации.

На основе тщательного изучения современных информационных технологий и их специфики в области морской навигации, Гармонизационной группой ИМО/МГО был разработан эксплутационный стандарт на систему отображения электронных карт и информации ECDIS , основывающийся на использовании векторных электронных карт формата S-57. Основное предназначение стандарта S-57 - стандартизация обмена гидрографическими данными между Гидрографическими Службами, Агентствами, производителями картографической продукции и ECDIS -систем.

Согласно S-57, гидрографическая информация структурируется в наборы данных, которые, в свою очередь, могут объединяться в наборы обмена. Набор данных S-57 может рассматриваться как объектно-ориентированная база данных, подчиняющаяся перечисленным в стандарте семантическим правилам (объекты, атрибуты, связи между ними и т.д.) и записанная (закодированная) в соответствии с описанным в стандарте синтаксисом.

Семантика стандарта опирается на то, что любой картографический объект обладает, как пространственно-геометрическими, так и функционально-описательными свойствами. В соответствии с этим карта S-57 состоит из двух типов объектов: пространственных (spatial) и описательных (feature). Spatial объекты (например, node - узел, edge - сегмент, face - площадь), характеризуются координатами, задающими их местоположение на поверхности Земли. Feature объекты, обладают определенным набором атрибутов и описывают некий естественный или искусственный предмет, например: LNDARE - область суши, DEPARE - область глубин, BOYCAR - кардинальный буй и т.д. Между объектами могут существовать связи различного типа, позволяющие смоделировать сколь угодно сложную сущность реального мира. Подробное описание стандарта находится в IHO Transfer Standard for Digital Hydrographic Data Edition 3.0 -

В настоящий момент осуществляется переход от версии 2 стандарта S-57 (известного как DX90) к последнему изданию S-57 edition 3. Следует отметить, что из-за существенных изменений в семантической модели, конвертация данных из DX90 в S-57 ed. 3 является достаточно сложной задачей. Программы dKart Inspector и dKart Office позволяют автоматизировать процесс преобразования данных и создания цифровых наборов обмена, предоставляя средства для контроля качества изготавливаемой продукции.

Являясь стандартом обмена гидрографическими данными, S-57 не оптимален при прямом использовании в судовых навигационных системах. Навигационные электронно-картографические системы могут использовать внутренний формат представления данных - SENC (System ENC). Формат SENC более компактен и специально предназначен для представления картографической информации на экране монитора.

Одним из широко распространенных S-57 совместимых SENC-форматов является формат картографических данных CM93 фирмы C-Map.

Навигационные электронно-картографические системы dKart Navigator и dKart Explorer ориентированы на использование S-57 совместимых данных, в том числе CM93 и DCF.

По вопросам приобретения электронных навигационных карт CM93 обращайтесь к разделу электронные карты .

помимо данных, содержащихся на традиционных морских картах, электронные карты содержат данные и из других источников - книг огней и знаков, лоций и пр. - нет

По сравнению с традиционными бумажными картами и публикациями, электронные карты обладают рядом преимуществ, повышающих безопасность судовождения и облегчающих ориентацию в текущей навигационной ситуации:

помимо данных, содержащихся на традиционных морских картах, электронные карты содержат данные и из других источников - книг огней и знаков, лоций и пр. - нет необходимости искать навигационную информацию в разрозненных источниках - все данные сосредоточены в электронной карте;

векторная структура данных (являющаяся стандартной для электронных карт) позволяет проводить быстрый анализ навигационной ситуации, информируя судоводителя о возможных опасностях;

процедура корректуры электронной карты намного легче традиционной и может быть выполнена в течение минут, непосредственно в море. Используя электронные карты и цифровые корректуры, судоводитель получает уверенность в том, что имеющаяся у него картографическая информация отражает самые последние изменения;

совместно с внешними навигационными устройствами (GPS , САРП, АИС-транспондер ) электронные карты предоставляют возможности для отображения в реальном времени навигационной ситуации, включая собственное местоположение судна, положение радарных и АИС-целей.

Общие принципы построения систем отображения навигационной информации используемые в электронной картографии

Сейчас координаторскую деятельность по стандартизации электронных карт осуществляет IHO во содействии с IMO . Электронная карта. обхватывает как термин три понятия:

описание данных;

программное обеспечение для их обработки;

электронную систему отображения данных.

1.2. Область применения электронных карт

Область применения электронных карт: судоходство морское и речное, автомобильный транспорт, министерство обороны, различные области науки и техники

1.3. Пользователи электронных карт

Пользователи электронных карт; капитан, штурман (судоходство морское и речное); водители, диспетчера (наземный транспорт); капитан, штурман (воздушный транспорт; космонавты; геодезисты; географы; и т.д.

1.4. Контрольные вопросы

1. Что такое бумажная карта?

2. Что такое электронная карта?

3. Что такое картография?

4. Что такое электронная картография?

5. Каковы основные причины перехода с бумажных карт на электронные?

6. Какова область применения электронных карт?

7. Кто пользователи электронных карт?