Тема 3 Информационное обеспечение нис

ИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА СИСТЕМЫ

Под информационной базой системы понимают программный продукт, включающий картографическую базу данных и систему управления базами данных.

Информационная база системы создается в соответствии со стандартами IMO и IНО по специальной технологии, по которой работают национальные гидрографические службы.

Она обеспечивает:

• просмотр любого участка Мирового океана. При этом автоматически подбирается номер карты и её оптимальный масштаб;

• любая карта может отображаться в удобном для судоводителя масштабе. Этот масштаб может быть оперативно изменен в пределах 1 : 1000 – 1 : 20000000;

• любой фрагмент карты может быть вырезан и увеличен на весь экран;

• судоводитель может быстро получить подробную информацию по любому картографическому объекту, отображаемому на экране;

• судоводитель может нанести на карту надписи, условные знаки, различные зоны и т.п.;

• возможность корректуры при невозможности изменить исходную базу данных;

• возможность выбора судоводителем режима истинного или относительного движения;

• возможность наложения на электронную карту радиолокационного изображения;

• возможность просмотра всех районов текущей карты и любой другой карты;

• возможность по команде судоводителя выделять, отключать или добавлять для отображения любые группы картографических объектов (например, глубины, изобаты, знаки навигационного ограждения, маяки и др.);

• возможность планирования рейса и предварительной прокладки;

• возможность сигнализации об опасностях или наступлении заданного судоводителем события;

• возможность автоматически при движении судна получать текущие координаты или пеленг и дистанцию, на любую выбранную на карте точку.

В настоящее время в соответствии с программой WEND создается система общей всемирной сети организаций для образования базы данных электронных навигационных карт для нужд международного судоходства, удовлетворяющих требованиям IMO к ECDIS.

КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ БАЗА ДАННЫХ

Картографическая база данных - это совокупность картографических и навигационно - гидрографических данных, описывающих определенный район Мирового океана, для целей судовождения.

Картографическая база данных ECDIS создается по стандартам IMO и IHO. Это база данных, стандартизированных по содержанию, структуре и действующему формату обмена картографической информацией, выпущенная для использования на основе официальных данных, подготовленных национальными гидрографическими организациями, имеющими соответствующую лицензию и несущими ответственность за полноту и правильность отображения навигационной обстановки.

Картографические и навигационно-гидрографические данные, которые могут быть использованы и при составлении бумажных морских навигационных карт, преобразуются в цифровую форму, "шифруются" тщательно подобранными условными знаками, записываются на стандартные физические носители и переносятся в память компьютера судовой электронной картографической дисплейной информационной системы.

Создание банка данных официальных векторных полномерных электронных морских навигационных карт и обмен цифровыми картографическими данными между странами осуществляется в стандарте-формате S-57/DX90.

В основе создания картографической базы данных лежат математическая модель Земли и математический способ изображения поверхности земного эллипсоида на плоскости – картографическая проекция.

При гидрографической и топографической съемке все объекты на поверхности Земли относятся к поверхности эллипсоида. При решении задач судовождения, связанных с обработкой результатов измерений, выполненных на земной поверхности, реальную фигуру геоида заменяют правильной фигурой, поддающейся математическому описанию. Такой фигурой является эллипсоид.

Из-за различия фигур геоида и эллипсоида невозможно добиться полного совпадения всех точек их поверхностей. Даже при самом оптимальном подборе размеров и способа ориентировки земного эллипсоида его поверхность на отдельных участках может отстоять по высоте от поверхности геоида на несколько десятков метров.

Работы по уточнению и оптимизации элементов земного эллипсоида велись учеными разных стран, поэтому в разных странах используются земные эллипсоиды с несколько отличающимися друг от друга элементами (эллипсоиды Бесселя, Кларка, Хайфорда, Эйри, Красовского, Южноамериканский и др.).

Геодезическую основу карты составляют координаты опорных пунктов, используемых при построении данной карты и определяющих географическое (плановое и высотное) положение всех её точек.

Координаты одних и тех же картографических объектов на картах, составленных для различных земных эллипсоидов, не совпадают. Для согласования результатов геодезических измерений, производимых в различных странах, рассчитываются международные земные эллипсоиды (европейский, спутниковые и др.). Наиболее оптимальным точным и общепринятым в настоящее время является земной эллипсоид WGS84 (World geodetic system - WGS).

Современные спутниковые системы навигации так же используют математическую модель земного эллипсоида (например, "Навстар" - WGS84).

Судоводитель должен иметь четкое представление, какая модель земного эллипсоида лежит в основе имеющейся у него картографической базы данных, какая модель земного эллипсоида используется в источниках навигационной информации (средствах внешней коррекции), входящих в состав (сопряженных с системой).

При создании карты решается задача изображения поверхности эллипсоида на плоскости по определенным математическим законам. Способ изображения поверхности Земли на плоскости называется картографической проекцией. Изображение системы меридианов и параллелей на карте называется картографической сеткой. Большинство навигационных морских карт составляется в нормальной равноугольной цилиндрической проекции Меркатора.

Важнейшими свойствами проекции являются:

• проекция равноугольна. Свойство равноугольности обеспечивает подобие фигур на карте и на местности;

• линия курса (локсодромия) изображается на карте прямой линией;

• картографическая сетка - сетка меридианов и параллелей карт представляет собой систему прямых линий, пересекающихся под прямыми углами.

Эти свойства максимально упрощают навигационную прокладку и решение других графических задач на карте.

В ECDIS принята проекция Меркатора. За главную параллель карты обычно принимается параллель, проходящая через центр экрана.

Основной характеристикой карты является масштаб. Данные электронной карты в картографической базе данных соответствуют определенным стандартным масштабам. В зависимости от масштаба электронные карты делятся на:

- карты мира (World) - 1:2500001 и меньше;

- генеральные карты (General) - 1:300001 – 1:2500000;

- прибрежные карты (Coastal) - 1:80001 - 1:300000;

- подходные (Approach) - 1:40001 - 1:80000;

- гавани (Harbour) - 1:10001 - 1:40000;

- планы (Plan) - 1:10000 и крупнее.

Электронные карты могут отображаться как в масштабе, которому соответствуют её данные в картографической базе данных, так и в других масштабах. Отображение на экране дисплея района в более крупном масштабе, чем тот, в котором он записан в базе данных, называется перемасштабированием (overscale); соответственно отображение в более мелком масштабе недомасштабированием (under scale). Наибольший (наименьший) масштаб векторной полномерной электронной карты – это значение самого крупного (мелкого) масштаба, в котором в системе может представляться определенная карта.

Судоводитель должен помнить, что при перемасштабировании карта может оказаться недогруженной, т, е. недостаточно подробной.

Высотной основой морских карт для показа глубин является уровень моря, называемый нулем глубин. Принятые в различных странах нули глубин и высот отличаются друг от друга.

При пользовании картой судоводитель должен ознакомиться со сведениями о нуле глубин и высот.

Структура картографической базы данных.

На каждой карте отображаются береговая линия и набор картографической информации. Набор картографической информации сгруппирован в так называемые слои. В различных слоях хранятся огни и буи, кабели и трубопроводы, места затонувших судов, опасные районы, места якорных стоянок, районы ограниченного рыболовства, изобаты, проходы, рекомендованные маршруты и т. д. Это дает возможность последовательно изображать на экране или удалять с него информацию требуемого состава в любой желаемый момент времени, что позволяет избежать перегрузки экрана информацией.

В самой системе картографическая база данных представлена тремя уровнями:

• данные электронной карты (Electronic navigational chart data – ENCD) – база данных национальной гидрографической организации, созданная по стандартам IMO и IHO и представленная в стандартном формате;

• базовые данные электронной карты (Electronic navigational chart data base – ENCDB) – основные данные для производства и поддержания электронной карты, образованные из данных электронной карты (ENCD);

• системная электронная карта (System electronic navigational chart – SENC) – база данных во внутреннем формате системы, состоящая из: данных электронной карты, преобразованных системой во внутренний формат; корректур и данных, введенных судоводителем. Такая база данных помешается в отдельный файл, который непосредственно служит для создания изображения карты на экране дисплея и работы с ней.

Информация системной электронной карты (СЭК), видимая на экране, делится на три категории:

• базовая системная электронная карта (Display base);

• стандартная системная электронная карта (Standard Display);

• другая информация (Other information).

Базовая системная электронная карта это основная картографическая информация, которая не может быть удалена с экрана дисплея. Такая информация необходима при решении любых задач.

Однако судоводитель должен помнить, что эта информация недостаточна для безопасного судовождения.

Базовая системная электронная карта содержит следующую информацию:

• береговую черту (для полной воды);

• единицы глубин и высот;

• безопасную изобату для собственного судна, введенную судоводителем;

• отдельные подводные опасности с глубинами, меньшими безопасной, в пределах района, ограниченного безопасной изобатой;

• отдельные опасности, которые лежат внутри района, ограниченного безопасной изобатой, такие как буи и знаки, мосты, линии электропередачи;

• системы разделения движения судов;

• числовой и линейный масштаб карты;

• ориентация карты;

• режим дисплея.

Стандартная системная электронная карта это основная картографическая и навигационно–гидрографическая информация.

Такая информация (нагрузка карты) является минимальной обеспечивающей безопасность при предварительной и исполнительной прокладке. Эта информация может дополняться или изменяться судоводителем.

Стандартная системная электронная карта содержит следующую информацию:

• информацию базовой системной электронной карты;

• линии осыхания;

• стационарные и плавучие средства навигационного ограждения;

• границы фарватеров, каналов и т. п. ;

• визуальные и радиолокационные приметные объекты;

• запретные и ограниченные районы;

• предупреждения мореплавателям;

• значения координат, ограничивающих карту, и, как минимум, по одной промежуточной линии, обозначающей параллель и меридиан.

По запросу судоводителя может отображаться следующая информация:

• значения глубин и высот;

• подводные трассы кабелей и трубопроводов;

• маршруты паромов;

• детали всех отдельных опасностей;

• справочные данные о стационарных и плавучих средствах навигационного оборудования;

• содержание извещений мореплавателям;

• дату издания и дату последней корректуры карты;

• земной эллипсоид;

• магнитное склонение;

• географические названия;

• правила плавания в районе и другая информация.

Картографическая база данных может содержать и другую информацию (дополнительную). Под другой информацией понимается информация, которая обычно содержится в традиционных бумажных навигационных руководствах и пособиях. Например, для морей с приливами картографическая база данных дополняется файлами данных приливо-отливных течении в узловых точках в зависимости от фазы Луны и времени прохождения её через меридиан. Программа системы управления базами данных соответственно содержит файлы с астрономическими константами, позволяющими рассчитать фазу Луны и время прохождения ее через меридиан. В таких случаях режим селекции дополнительно включает отображения на ЭК на текущее данное время преобладающего в эти моменты приливо-отливного течения.

Дополнительная информация может включать сведения из лоций описаний огней и знаков, описаний радиотехнических средств правил плавания и других навигационных пособий.

Представление информации в картографической базе данных

Информация в картографической базе данных имеет файловую структуру (хранится в файлах). Файл – это поименованная область на физическом носителе (НЖМД, НГМД, компакт-диске и т. п.) в которой хранится программа, текстовая, графическая или любая другая информация.

Файлы в КБД разделяются на следующие типы: каталоги-справочники электронных карт; таблицы разграфки; цифровые данные электронных карт; таблицы опорных точек аппроксимации меркаторской проекции; таблицы классификации и кодирования картографических объектов; корректуры; рекомендованные маршруты; предварительная прокладка; таблицы селекции объектов электронных карт; библиотеки символов, сокращений и их описаний и др.

Каталог-справочник служит для поиска и выбора данных электронной карты. Он содержит идентификаторы электронной карты и соответствующие им физические адреса файлов электронных карт. Составление этого каталога производится автоматически специальной программой при первичной загрузке файлов данных электронных карт в базу.

Разделение земной поверхности на отдельные карты называется разграфкой или нарезкой.

Для электронных карт используют два вида разграфки:

• разграфку гидрографических служб, используемую и для нарезки бумажных карт;

• равномерную разграфку, предложенную IHO.

Характерной чертой разграфки гидрографических служб является зависимость шага разграфки от широты, что обеспечивает приблизительное выравнивание площадей поверхности на разных широтах. Это в определенной степени способствует случае равномерного распределения картографической нагрузки выравниванию информационных объемов карт. Когда для электронной карты используется разграфка гидрографических служб, то обычно нумерация электронной карты соответствую нумерации соответствующих бумажных морских навигационных карт. В равномерной разграфке, предложенной ІНО, в качестве разделяющих карты линий, используются отрезки меридианов и параллелей с шагом, одинаковым по угловой величине для широты и долготы. Параметры разграфки приняты ІНО для планов – 7,5'; карт гаваней - 15'; карт подходов - 30'; карт побережья - 1°: генеральных карт - 5°; карты мира - 10°. Карте каждого района по определенной системе присваивается номер (идентификатор), по которому однозначно определяется место этого района на карте мира.

Структура файлов электронных карт ориентирована на быстрый поиск и вывод данных для отображения электронной карты и решения штурманских задач. В начале файла приводится информация, обеспечивающая быстрый поиск нужной информации в файле: географический идентификатор (номер карты), определяющий положение района на карте мира; название карты; единицы измерения координат; высоты и глубины; используемый земной эллипсоид; нуль глубин; масштаб источника электронной карты; минимальный и максимальный масштабы отображения электронной карты; магнитное склонение; дата формирования данных электронной карты и др. Далее в описании характеристик и текста приводятся: сведения об источнике получения информации электронной карты и надежности данных; описание признаков приоритета данных (основная картографическая информация, основная навигационно – гидрографическая информация, дополнительная информация) и др. В конце файла электронной карты помещают текстовую информацию для судоводителя, характеризующую картографические объекты словесно.

Таблицы опорных точек аппроксимации меркаторской проекции служат для перехода от географических координат картографических объектов к прямоугольным экранным координатам при построении карты на экране дисплея.

Система классификации и кодирования картографической и гидрографической информации имеет иерархическую структуру, использует картографические символы IHO, обеспечивает возможность добавления новых и изменения старых данных.

Файлы корректур представляют собой совокупности записей обеспечивающих выполнение программно реализуемой корректуры основной картографической и навигационно-гидрографической информации, содержащейся в файлах электронной карты.

Файлы рекомендованных маршрутов включают: файл-каталог списка маршрутов (List of routes); файл-каталог библиотеки транзитных и подходных участков; файлы координат путевых точек транзитных и подходных участков и другие данные.

Файл предварительной прокладки содержит номера и координаты путевых точек, значения курса и скорости на отрезках маршрута и другие данные.

Таблица селекции объектов электронной карты, определяющая группы объектов, отображаемых по запросу судоводителя, обеспечивает регулирование картографической нагрузки электронной карты.

Библиотека символов, сокращений и их описаний используется при редактировании электронной карты.

Картографическая база данных дополняется файлами, содержащими сведения из лоций, описаний огней и знаков, описаний радиотехнических средств, данные для предвычисления приливо-отливных явлений, правила плавания и сведения из других навигационных пособий.

Система управления картографической базой данных

Система управления базами данных – это совокупность программ, обеспечивающих управление работой картографической базы данных, её обработку, хранение и взаимодействие оператора (судоводителя) с системой при работе с информационными базами.

Система управления базами данных решает следующие задачи:

• настройка и конфигурирование картографической базы данных;

• введение в базы новых файлов;

• обновление содержимого баз;

• удаление ненужных данных;

• объединение и разделение файлов;

• копирование и восстановление файлов;

• поиск информации в базах;

• обработка маркера (измерительные задачи);

• выдачу информации судоводителю;

• управление доступом к информации;

• управление каталогами электронных карт;

• синтез электронной карты;

• отображение электронной карты;

• поиск объектов на карте;

• редактирование электронной карты;

• корректура электронных карт;

• копирование (перенос) данных электронной карты;

• тестирование электронной карты;

• управление автоматической системой корректуры электронных карт;

• защита информации от несанкционированного доступа;

• устранение ошибок в работе;

• отображение дополнительной информации;

• другие задачи, присущие конкретной системе.

Ввод информации в картографическую базу данных осуществляется:

• с доставленных на судно носителей информации при подготовке к плаванию (основной объем информации);

• автоматический ввод информации, передаваемой по каналам спутниковой связи;

• ручной ввод информации судоводителем.

В картографических базах данных предусмотрены следующие виды доступа к информации:

• только для чтения (Read only);

• для чтения и модификации с сохранением старой информации (Read and Modify);

• для чтения, модификации и стирания устаревшей информации (Read, Modify and Delete).