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.

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.

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.

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

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.

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 основу использования электронных карт в судовождении положены следующие основные принципы:

Точность и полнота электронных навигационных карт (ЭНК) должна быть не ниже бумажных навигационных;

Картографическая база данных (КБД) и корректуры к ней должны быть выполнены в официально принятых МГО стандартных форматах;

КБД и ЭНК приобретают юридическую силу только после их утверждении национальными гидрографическими службами;

Исходная КБД в судовых системах автоматизации хранится в неизменяемом виде;

КБД и система ее управления являются программными продуктами, поэтому размножение, регистрация и их распространение должны соответствовать правилам.

В ЭКНИС могут использоваться три вида электронных карт:

Векторные карты, выпущенные национальными гидрографическими службами в соответствии с международным стандартом.

Растровые навигационные карты, выпускаемые официальными уполномоченными организациями.

Неофициальные электронные карты (упрощенные) частично не соответствующие стандарту.

Технология изготовления векторных карт представляет процесс, включающий автоматизированную обработку информации и одновременный контроль ее профессиональными инженерами-гидрографами для предоставления конечного продукта пользователю. Электронная карта может быть получена на основе ис­пользования информации бумажной карты или электронной базы данных, находящейся в архиве. Современная технология позволяет получить электронную карту одновременно с ведением промерных работ на судне.

В настоящее время активно используется технология изготовления электронных карт по информации имеющихся бумажных. Первичный этап включает сканирование бумажной карты и получение растрового образа, т.е. файла рисунка этой карты. Последующая обработка предполагает векторизацию оператором полученной растровой карты с помощью специальной программы.

Первоначально создается файл пустой электронной карты с параметрами координат углов, соответствующими углам растровой карты, указываются система координат (эллипсоид) и проекция бумажной (растровой) карты.

После привязки углов растровой карты в координаты образовавшейся пустой электронной карты оператор в рекомендованной последовательности выбирает объекты цифрования, которым будет присваиваться определенный код. Все объекты карты можно разделить на площадные, линейные, точечные и справочную информацию.

При фиксировании точечных объектов происходит запоминание координат этой точки и кода, по которому он будет распознаваться картографической системой впоследствии.

Линейные объекты векторизуются программой, позволяющей распознавать точки растровой карты. Так, программным способом образуется линия с точками, закодированными определенным образом. Площадные объекты представляются в виде замкнутого контура с автоматическим кодированием всех точек внутри него.

Справочная информация может относиться ко всей карте (проекция и система координат), группе объектов (условия движения судов внутри портовых вод) или иметь пояснительный характер описания отдельных точек, отражаемых на карте (места якорных стоянок).

Кодированные таким образом объекты бумажной карты представляют векторизованную базу данных, которая может обрабатываться, распознаваться и отображаться в картографической системе. При использовании электронной базы данных, хранящейся в архиве процесс векторизации аналогичен.

В настоящее время нет полной коллекции векторных карт на весь Мировой океан.

Как уже отмечалось, неофициальные электронные карты частично не соответствуют стандарту. Векторные электронные карты, изготовленные коммерческими компаниями, являются только информационными и не могут заменять бумажные карты. Изготавливая неофициальные карты во внутреннем формате, при­сущем только конкретной фирме, производители сами принимают решение о виде их представления на экране, использовании цветовой гаммы, библиотеке отображаемых символов, последовательности и уровне насыщенности информацией объектов карты. Обычно уровень качества этой работы, контролируемой профессиональными гидрогра­фами, является высоким.

Создание растровых навигационных карт производится путем сканирования обычных бумажных карт. Растровые карты в RCDS представляют графическую копию бумажных карт, отображаемую на экране монитора. Она удобна в восприятии, т.к. полностью соответствует бумажной, но менее информативна и не позволяет решать многие навигационные задачи, связанные с безопасностью судовождения.

Как отмечалось, векторные карты более информативны по сравнению с растровыми и могут наиболее активно использоваться в картографических системах, так как каждая точка имеет определенный код, который идентифицируется и распознается картографической системой. Таким образом, векторная карта позволяет производить опознавание любых объектов и своевременно реагировать на них, предупреждая судоводителя о приближении к подобным объектам. Это не относится к растровой карте, т.к. она является растровым образом бумажной карты - ее фотографией, представляющей цветовую гамму, которая не может быть использована в системе своевременных предупреждений о приближении к опасности. Система распознает различные цвета, однако не может их идентифицировать по какому либо признаку, В связи с этим растровые карты не могут использоваться в системе сигнализации.

Другим недостатком растровых карт является то, что невозможно одновременно наблюдать на экране монитора карты, выполненные в разных проекциях.

Поскольку изменение масштаба растровой карты на экране монитора представляет собой «растягивание» или «сжатие» изображения, то возникают трудности в состыковке двух смежных растровых карт, выполненных на основе бумажных карт разного масштаба, при этом может происходить потеря информации.

Основной единицей распространения ЭНК является ячейка, представляющая навигационно-гидрографическую информацию определенного географического района. Объем информации файла ячейки не должен превышать значения 5 мегабайт. В ячейке содержится часть базы данных навигационно-гидрографической обстановки определенного географического района. Имя ячейки состоит из восьми символов.

Нумерация ячеек происходит следующим образом: например GB400001

GB 4 00001

Код тип номер

Страны карты карты (ячейки)

-Первые два символа указывают код страны-производителя ЭНК,

-Третий символ обозначает код масштабного ряда от 1 до 6 для масштабов от 1:2250000 и мельче до 1:2500.

Остальные пять символов ССССС имени ячейки должны определять уникальный идентификатор ячейки данного масштабного диапазона.

Основным источником при производстве ЭНК в настоящее время являются их бумажные аналоги, т.к. многие производители электронной картографической продукции не занимаются сами гидрографическими исследованиями.

Бумажная карта, с которой при этом копируется информация, может иметь отличие от цифрового аналога ЭНК в следующем:

1) нарезка рамок (нет необходимости делать площадное перекрытие карт).

Большинство ЭНК производится без изменения нарезки рамок бумажных карт. Это позволяет не выпускать новые каталоги. Однако для работы с ЭНК отпадает необходимость перекрытия карт, т.к. происходит автоматическая загрузка новой карты при приближении судна к ее границе. В связи с этим нарезка может представлять стыкующиеся квадраты - ячейки. В основе нарезки ячеек лежит требование по их информативности - объем информации ячейки не должен превышать 5 мегабайт.

2) не соответствие проекции.

Основными проекциями морских навигационных карт являются 6 проекций:

Нормальная равноугольная цилиндрическая проекция Меркатора.

Поперечная равноугольная цилиндрическая проекция Меркатора.

Поперечная равноугольная цилиндрическая проекция Гаусса.

Нормальная равноугольная поликоническая проекция (на картах USA).

Нормальная (полярная) равновеликая азимутальная проекция.

Universal Transversal Mercator"s Projection (UTM). Это аналогия проекции Гаусса.

При издании ЭНК обязательно учитываются особенности проекций бумажных карт и, как правило, производится пересчет в Projection Mercator (нормальная равноугольная цилиндрическая проекция Меркатора). В этой проекции представлено большинство бумажных навигационных карт, она наиболее удобна при прокладке курсов и чаще использует­ся в судовождении.

3) не соответствие системы координат.

Работа системы ECS ориентирована на координирование по спутниковой системе. ПИ современных систем выдают координаты местоположения судна в геодезической системе WGS-84.

Бумажные карты, в действительности, изготавливаются в различных системах координат, которые обязательно указываются в легенде карты. Наиболее часто встречающимися системами координат являются:

1) WGS - 84 (эллипсоид с тем же именем).

2) WGS - 72 (эллипсоид с тем же именем).

3) ED-50 (Europien Datum) (эллипсоид International).

4) Pulkovo 1942 (референц эллипсоид Красовского).

Исходя из этого, координаты объектов на бумажной и ЭНК могут не совпадать. Это произойдет если система координат бумажной карты отличается от WGS - 84. На бумажной карте и на ЭНК указываются поправки для перехода из системы WGS - 84 к системе координат бумажной карты.

4) не соответствие координат объектов в результате ошибок при цифровании.

Ошибки, возникающие при цифровании карт, не должны превышать требований предъявляемых в ТЭТ к ECS.

Линейные погрешности, вводимые судоводителем для выработки ECS сигналов при отклонении судна от заданного пути, приближении к опасности, приближении к точке поворота, не должны превышать 1 мм в масштабе экрана дисплея.

Одним из основных критериев качества продукции считается возможность использования карт различных ведущих фирм в своей бортовой системе. Желательно при этом "читать" не только векторные, но и растровые карты. Основная проблема возникает в том, что практически все фирмы изготавливают карты (кодируют) в своем формате. Формат - это спецификация последовательности и видов представления элементов информации (чисел, текста) на носителе.

Если формат совершенен и отвечает всем требованиям для ECDIS, то его не очень трудно перевести в международный формат, в котором оговорены все особенности и последовательность изложения информации об объектах. Процедура перевода одного формата в другой называется конвертированием.

Однако, многие фирмы имеют достаточную коллекцию, но не выдерживают требований МГО, т.е. не могут или не хотят представлять свои карты по установленному стандарту. Для того чтобы прочитать ЭНК в своей бортовой системе необходимо знать их формат и структуру, т.е. иметь программу для преобразования данных, иными словами иметь конвертор. Подобными конверторами фирмы обмениваются по взаимной договоренности в целях дополнения своих коллекций, выражаясь профессионально "открывают свой формат".

Исходя из того, что векторные карты имеют значительное преимущество перед растровыми и системы ECS настроены на загрузку векторных карт, у судоводителя возникают определенные трудности при переходе с векторной карты на растровую. Это проявляется при изменении масштаба (появляется сильное нагромождение или разряжение информации), перестает срабатывать настроенная система сигнализации, меняется время загрузки при переходе с одной растровой карты на другую и т.д.

Корректура электронных карт

Для поддержания ЭНК на уровне современности в соответствии с требованиями Конвенции SOLAS-74/95 предусмотрены операции по их корректуре.

Различают корректуры:

Официальные, источником которых являются гидрографические службы;

Местные, поступающие от региональных уполномоченных служб(береговой охраны, лоцманской службы и т.д.);

Официальные корректуры могут быть следующими:

Локальные постоянные или временные (с указанием срока действия);

Корректуры для изменения картографической нагрузки;

Для добавления, удаления и замены картографических объектов или их атрибутов;

Пространственные корректуры для полной замены одной или нескольких карт.

Система корректуры ЭНК в ЭКНИС соответствует следующим основным принципам:

· корректуры стандартизованы по структуре, системе классификации и кодирования, а формат передачи данных корректуры соответствует международному формату DX90;

· обновление ЭНК включает использование не только постоянных, временных и предварительных Извещений мореплавателям (ИМ), но относящихся к этой карте навигационных предупреждений NAVARЕA и NAVTЕX;

· обновлению подвергается системная ЭНК, исходная КБД сохраняется в неизменном виде;

· вносимая корректура не должна ухудшать отображаемую на экране ЭНК, сведения о внесенной корректуре хранятся в памяти системы и отображаются по запросу судоводителя-оператора;

· ответственность национальных гидрографических организаций за корректуры ЭНК эквивалентна ответственности, которую они несут по корректуре бумажных навигационных карт.

Основные требования к корректуре и сервису распространения корректурной информации изложены в «Руководстве по корректуре ENC». Официальная корректура IHO должна отличаться от местной, выпущенной портовыми властями, a ECDIS минимальной способности должна отражать различные методы корректуры.

Руководство определяет следующие категории сервиса:

Сервис по расписанию - сервис корректуры в определенные интервалы времени, заранее известные отправителю и получателю.

Сервис по требованию - любой сервис корректуры, выраженный требованием индивидуального пользователя, т.е. передача корректуры по запросу пользователя.

Чрезвычайный сервис - любая передача корректуры, не использующая регулярное расписание и содержащая срочную информацию касающуюся ENC.

Методы корректуры подразделяются на различные категории.

- Ручная корректура - основана на неформатированной информации корректуры (ИМ, передача голосом по радио и т.д.). Корректурная информация должна вводиться в структурированной форме, соответствующей стандарту ECDIS.

Производство ручной корректуры осуществляется с помощью графического редактора, имеющегося в электронной картографической системе. Создаваемые судоводителем корректурные файлы нумеруются и хранятся в определенной последовательности. Обычно информация последующих файлов включает информацию предыдущих. Это позволяет периодически уничтожать предыдущие файлы. При наложении информации корректурного файла на основную карту можно на экране монитора наблюдать откорректированную карту. Основной особенностью является то, что отображение основной карты будет отличаться от отображения внесенной корректурной информации.

- Автоматическая корректура - процесс корректуры, при котором информация корректуры воспринимается в SENC без вмешательства оператора.

Автоматическая корректура может быть разбита на два подкласса.

Полная автоматическая корректура - метод корректуры, при котором данные корректуры достигают ECDIS напрямую от дистрибьютора, без какого-либо вмешательства человека. Это может быть достигнуто через передачу по радио в автоматическом режиме. Следуя процедурам подтверждения или приема, ECDIS автоматически производит корректуру SENC. Судоводитель при этом не предпринимает никаких действий, а только отслеживает дату последней корректуры карт судовой коллекции, убеждаясь в том, что корректура прошла и карты откорректированы.

Полуавтоматическая корректура - метод корректуры, требующий вмешательства человека для установления связи между техническими средствами, используемыми для передачи информации по корректуре, и ECDIS. В таких случаях судоводитель вынужден предпринимать определенные действия для корректуры судовой коллекции карт.

Информацию о корректуре можно получить, используя сеть Интернет и имея доступ к корректурным файлам карт судовой коллекции на сайте официального дистрибьютора корректуры.

Откорректировать карты можно также, заказав через агента или представителя компании в порту диск CD с обновленной коллекцией карт или дискету с набором корректурных файлов судовой коллекции электронных карт. Информация с дискеты позволяет изменять состояние ENC. Карты с диска CD полностью заменяют коллекцию карт на откорректированную. Периодичность издания новых дисков CD обычно составляет 3 месяца.

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

Сервисные возможности различных электронных картографических систем могут быть различны.

Присоединяемая корректура (автоматическая) - изменяет информацию, содержащуюся в предшествующей SENC;

Не присоединяемая (ручная) - не изменяет информацию SENC.

Кроме перечисленных имеется еще ряд категорий.

При выполнении корректуры электронных карт необходимо учитывать несоответствия систем координат бумажных и электронных карт на точность нанесения корректуры

Официальным источником информации в некоторых случаях могут быть ИМ, где приведены координаты объектов для конкретных бумажных карт. Различие систем координат определяется разными параметрами эллипсоидов, используемых при созда­нии бумажной карты и отображении электронной.

Исходя из того, что в судовой коллекции могут быть ENC, изготовленные на основе бумажных карт разных государств, которые имеют различные системы координат, судоводитель должен знать все особенности корректуры электронных карт по информации ИМ для бумажных и особенности изложения информации в ИМ различных государств.

Информация в ИМ принадлежит бумажной карте. В результате того, что электронная карта должна обязательно отображаться в системе координат WGS-84, а бумажная может быть изготовлена в другой (эллипсоид не WGS-84), значения координат одной и той же точки на бумажной и электронной картах могут значительно отличаться. В результате возможных различий систем координат электронной и бумажной карты ошибка, возникающая в результате пренебрежения вводом поправок к широте и долготе, может достигать на местности 350 - 400 м и более. Этот показатель часто значительно превышает ширину судоходного канала. Для корректуры карт крупного масштаба необходим обязательный учет этих поправок.

При нанесении точек на ENC по информации ИМ судоводитель должен вводить поправки в координаты, используя информацию легенды карты. Как правило, в легенде карты указываются поправки для перехода от системы координат WGS-84 к системе координат бумажной карты.

В последние два десятилетия 20-го века в технологии навигации произошла очередная (после радиолокации) революция.

Стимулом для создания новой технологии стало быстрое развитие электроники, вычислительной техники и связи, с одной стороны,и настоятельная необходимость в повышении уровня безопасности судоходства, защиты жизни людей, дорогостоящих грузов, охраны окружающей среды – с другой.

Бумажная морская навигационная карта, штурманский циркуль, транспортир, параллельная линейка переходят из разряда основных во второстепенные, запасные.

Потеснив их, электронная навигация уверенно прокладывает себе дорогу.

Вершиной современных навигационных и компьютерных технологий стало создание электронного справочника современного судна – электронной картографической навигационной информационной системы ЭКНИС (ECDIS – Electronic Chart Display and Information System). ЭКНИС осуществляет отображение карт и места судна, позволяет вести прокладку трассы движения и осуществлять контроль отклонений от заданного маршрута, осуществляет вычисление безопасных курсов,предупреждение судоводителя об опасности, ведение судового журнала, управление авторулевым и т.п.

ЭКНИС являются исключительно эффективным средством информации в навигации, существенно сокращающим нагрузку на вахтенного помощника и позволяющим уделять максимум времени наблюдению за окружающей обстановкой и выработке обоснованных решений по управлению судном.

Все многообразие существующих электронных картографических систем принято делить на три группы:

ECDIS - электронные картографические навигационные информационные системы;

ECS - электронные картографические системы;

RCDS - растровые картографические дисплейные системы.

Международной морской организацией официально признаются только ECDIS.

Имеется в виду, что с юридической точки зрения ECDIS является эквивалентом современных бумажных навигационных карт в рамках требований Правила V/20 Конвенции SOLAS. Информационный характер ECDIS означает её способность предоставлять судоводителю по его запросу характеристики и параметры картографических объектов, таких, как ориентиры, опасности, опасные изобаты, запретные и ограниченные для плавания районы, а также данные об условиях плавания по всему маршруту следования судна и т. п.

Навигационный характер определяется как традиционными задачами ECDIS (предварительная и исполнительная прокладка, коррекция текущего места), так и новыми задачами по оценке навигационной безопасности плавания, корректуре электронных карт, организации подачи заблаговременной сигнализации и т. п.

ECDIS отображает на экране дисплея точные картографические данные морской карты в реальном времени, т. е. в сочетании с текущим местом судна, полученным от DGPS, GPS. Система обрабатывает и представляет информацию и от других навигационных датчиков, например гирокомпаса, лага, эхолота, РЛС, САРП. На рисунке показаны основные элементы ECDIS.

Электронные картографические навигационные информационные системы предназначены для решения следующих навигационных задач:

вывод данных от приемоиндикаторов местоположения судна, а также лага и гирокомпаса на электронную карту и непрерывное ведение исполнительной прокладки;

запись траектории пройденного пути;

ведение электронного судового журнала и вывод его данных на печать;

восстановление отображения траектории пути судна и записей судового журнала любого рейса;

составление предварительной электронной прокладки предстоящего рейса с проведением расчетов скорости, расстояний, времени плавания;

избирательное управление составом отображаемой картографической информации;

слежение за исполнительной электронной прокладкой и параметрами движения судна по маршруту;

измерение географических координат, дистанций и пеленгов любых объектов карты;

сигнализация о приближении к путевой поворотной точке, отклонениях от установленных параметров движения судна и неисправностях самой системы;

отображение карты в удобном масштабе (масштабирование) и врезка электронной карты;

отображение электронной карты в режимах ориентации «Север вверху» и «Курс вверху»;

получение дополнительной справочной информации о картографических объектах, средствах навигационного оборудования, а также гидрографических и других сведений из базы данных электронной карты;

возможность слежения за изменением местоположения захваченных неподвижных объектов относительно движения собственного судна;

вывод на экран изображения карт в различных форматах, в том числе стандарте ECDIS, утвержденном IMO;

автоматическая, полуавтоматическая и ручная корректура электронных карт;

подбор цвета экрана в зависимости от освещенности помещения рубки;

мгновенная запись местоположения судна (человек за бортом);

отображение на электронной карте целей, захваченных на САРП/РЛС;

запись (архивация) траекторий целей на диск и возможность их отображения вместе с соответствующей траекторией собственного судна и записями судового журнала.