10

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОННЫХ КАРТАХ И СУДОВЫХ НАВИГАЦИОННО-ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

1.1. Виды морских электронных навигационных карт

Морской навигационной картой (НК) называется плоское,

математически определенное, уменьшенное, условно-знаковое, обобщенное изображение земной акватории с прилегающими участками суши, показывающее размещение, свойства, связи объектов и явлений, важных в навигационном отношении. НК может также рассматриваться как обладающая высокой информативностью, пространственным подобием относительно оригинала, метричностью, обзорностью, наглядностью образнознаковая модель среды, в которой происходит движение судна, что делает карту важнейшим ключевым средством судовождения. НК бывают бумажными и электронными. Ниже уделено внимание только вторым картам.

Обычно под электронной картой (ЭК) понимается программноуправляемое картографическое изображение, визуализированное с использованием программных и технических средств в принятой для карт проекции и системе условных знаков. Определяют ЭК и как набор цифровых данных, из которых образуется изображение карты на экране.

Электронные навигационные карты в зависимости от метода цифрового представления данных в памяти, юридического статуса, изготовителя и других факторов могут быть разных видов. Для обеспечения удобства оперирования в НИС электронные карты определенного вида объединяются в картографической базе данных (КБД). Картографическая база данных – это совокупность взаимосвязанных картографических данных на весь Мировой океан или его часть, предназначенная для целей судовождения, и представленная в цифровой форме при соблюдении общих правил описания, хранения и манипулирования данными. КБД, содержащая картографическую информацию на весь Мировой океан, называется всемирной, а КБД, включающая данные карт только части этого океана, – региональной.

1.1.1.Растровые и векторные карты

Взависимости от метода цифрового представления данных в памяти системы ЭК делят на растровые и векторные.

Растровые навигационные карты (RC). Для записи и хранения данных этих карт используются растровые форматы - метод цифровой записи изображения в виде матрицы точек (пикселей). При таком способе представления карты сведений об отдельных картографических объектах в памяти нет. Изображение RC отражается в памяти миллионами точек (пикселей). Каждый пиксель является мельчайшей компонентой изображения карты с определенным цветом. Растровые карты получаются сканированием цветного изображения бумажных навигационных карт (БНК) с добавлением основы для отсчета координат. Последняя операция представляет привязку

11

пикселей к географическим координатам. Сканирование БНК выполняется с высоким разрешением, например, 254 пикселя на дюйм. Полученная RC является точной электронной копией БНК и наследует ее датумы. Все данные RC находятся в одном слое, и ее содержание не может быть изменено с целью приспособления к условиям и обстоятельствам плавания. В памяти при растровом хранении изображений представлены все точки поверхности карты, что изначально определяет большой объем файла RC.

Основа для отсчета координат карты может наноситься вручную либо рассчитываться на компьютере. Благодаря ей на растровой карте может выполняться планирование пути с расчетом необходимых элементов, ведение исполнительной прокладки и получение географических координат любой точки карты. Отображение RC является простым воспроизведением на экране дисплея хранимых в памяти данных о ее точках. Вид растровой навигационной карты показан на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Пример растровой карты

Хотя растровая карта и является точной копией бумажной, она имеет и отличия от нее. Цвет пикселей может быть изменен при выводе данных RC на экран. С этой целью при отображении карты по определенному правилу преобразуется числовая характеристика пикселей, которая описывает их цвет. В результате растровые карты могут отображаться разными палитрами цветов. Это позволяет приспособить RC к уровню освещенности на мостике (день, сумерки, ночь). На рис. 1.2 представлен вид RC для ночных условий.

Преимуществами растровых карт являются [2]:

–высокопроизводительность сканерной технологии получения растровых карт, которая практически не включает ручного труда;

–дешевизна, легкость производства по сравнению с векторными картами;

–знакомые для пользователей цвета и символы;

–точность и достоверность, соответствующая БНК;

–возможность использования для решения навигационных задач, выполняемых с помощью БНК.

12

Рис. 1.2. Представление RC «ночной» таблицей цветов

Векторные навигационные карты (VNC) хранятся в памяти в виде последовательности записей, характеризующих каждый имеемый на карте картографический объект (КО). По этим записям с помощью специальной программы НИС сама строит карту на экране дисплея. Вид векторной навигационной карты показан на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Векторная карта

Обычно в начале файла VNC помещаются метаданные. Они содержат общие для карты сведения, описание характеристик, признаков текста, обеспечивающих быстрый поиск нужной информации в файле. В эти сведения входят: географический идентификатор (номер карты), название карты, единицы измерения (координат, высот и глубин), горизонтальный геодезический датум, вертикальные датумы, оригинальный масштаб VNC, минимальный и максимальный масштабы отображения VNC, дата издания карты, и др. В описании характеристик и текста приводятся сведения о типах данных, о приоритетах их отображения и др.

Содержание VNC в файле обычно задано в виде совокупности записей переменной длины о картографических объектах. Среди КО различают

13

точечные (point), линейные (line), контурные и площадные (areal). Запись КО в общем случае состоит из четырех основных частей (полей): I, T, M, S.

Первое поле отводится идентификатору I (имени) объекта. Во втором поле помещается признак Т типа КО, который определяет условное изображение объекта. В поле М (метрика) находятся значения координат, характеризующих пространственное положение КО на земной поверхности. В четвертом поле содержится семантическая характеристика S (атрибуты) объекта. Это поле может включать географическое название, дальность видимости и другие характеристики КО.

Все объекты VNC распределяются по слоям. Эти слои образуются обычно из классов объектов, а не из отдельных их видов. Количество слоев VNC может быть разным. Ими, например, могут быть: навигационные средства, глубины, искусственные объекты, качество данных и т.д. Содержание VNC записывается либо в одном файле с указанием признаков данных различных слоев, либо в нескольких файлах (послойно). Разделение состава VNC на слои позволяет управлять их видимостью и приспособить нагрузку карты к обстоятельствам плавания и к решаемым задачам.

Технологии производства векторных карт. VNC до недавнего времени создавались по данным БНК с помощью дигитайзерных технологий. В этих технологиях значительное место занимает ручной труд, что являлось причиной невысокой скорости производства карт. В настоящее время VNC образуются с помощью более производительных сканерных технологий, автоматически выполняющих «векторизацию» БНК и контроль качества получаемых данных. Для создания VNC также могут использоваться данные географических информационных систем (ГИС), обеспечивающих сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение картографических данных.

Векторные карты могут составляться и непосредственно по результатам геодезических съемок. В настоящее время съемка местности может выполняться с помощью DGPS, аэро и космической фотометрии районов Земли, вертолетных лазерных измерений и другими способами. Использование результатов современных геодезических съемок для составления ЭК имеет большое значение по следующим причинам:

–обеспечивается более высокая точность карты, так как исходные данные свободны от погрешностей графического их представления на БНК;

–не нужно ожидать, когда по результатам новых высокоточных съемок местности будут получены БНК.

Построение векторной карты на экране НИС выполняется с помощью

специальной программы путем трансформации содержащихся в ее файле цифровых данных в графическое изображение. Эта процедура называется синтезом VNC или визуализацией ее данных. Синтез VNC включает в себя: вычисление размеров экранной области, формирование запросов к КБД и вывод из нее данных основной карты, определение номеров корректурных документов к основной карте и вывод их из памяти системы, селекцию КО,