Картографической системы. Электронная картография и картографические системы Картографическая система

Реферат на тему

Геоинформационные системы: электронная картография

Введение

1.Что такое электронное картографирование

2.Модели ГИС

3.Решаемые задачи

4. Кому нужны ГИС

Литература

Введение

Информация о реальных объектах и событиях в той или иной мере содержит так называемую пространственную составляющую. Пространственный аспект имеют здания и сооружения, земельные участки, водные, лесные и другие природные ресурсы, транспортные магистрали и инженерные коммуникации. Уже давно доказано, что 80-90 % всех данных составляют геоданные, т. е. не просто абстрактные, безличные данные, а информация, имеющая свое определенное место на карте, схеме или плане.

Каждый из нас хоть однажды в своей жизни работал с бумажной картой. С появлением компьютеров появились и компьютерные карты, которые обладают множеством дополнительных и полезных свойств.

1. Что такое электронное картографирование

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

2.Модели ГИС

Так как ГИС может работать с двумя существенно отличающимися типами данных - векторными и растровыми, то существует и две модели ГИС.

В векторной модели кодированная информация о точках, линиях и полигонах хранится в виде набора координат X, Y (в некоторых ГИС часто добавляется третья пространственная и четвертая, например, временная координата). Местоположение точки (точечного объекта), например, здания, описывается парой координат (X, Y). Линейные объекты, такие как дороги или реки, сохраняются как наборы координат X, Y. Полигональные объекты типа земельных участков или областей обслуживания хранятся в виде замкнутого набора координат. Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств, таких как плотность населения.

Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами, так как растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (ячеек), оно подобно отсканированной карте или картинке.

3.Решаемые задачи

ГИС общего назначения обычно выполняет несколько задач:

Ввод данных;

Манипулирование и управление ими;

Информационный запрос и его анализ;

Визуализация данных.

Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных из бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно важно при выполнении крупных проектов, либо при сравнительно небольшом объеме работ данные можно вводить с помощью дигитайзера. Некоторые ГИС имеют встроенные векторизаторы, автоматизирующие процесс оцифровки растровых изображений. Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся картографические данные нужно изменить. Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе и одинаковой картографической проекции. ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи. В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов. Но при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять СУБД, специальные компьютерные средства для работы с интегрированными наборами данных. При наличии ГИС и географической информации можно получать ответы, как на простые вопросы, так и на более сложные, требующие дополнительного анализа, запросы. Запросы можно задавать как простым щелчком кнопкой мыши на определенном объекте, так и посредством развитых аналитических средств. Процесс наложения (пространственного объединения) включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях. Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных в виде карты или графика. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными.

4. Кому нужны ГИС

1. Предпринимателям.

Люди, занимающиеся бизнесом, могут использовать ГИС в разных областях своей деятельности для анализа и отслеживания текущего состояния и тенденций изменения интересующей их области рынка.

2. Руководителям предприятий.

Благодаря возможности ГИС связывать объекты схемы производственного цикла с чем угодно по щелчку кнопки мыши, обеспечивается эффективное управление производственным процессом, предотвращение аварий сводится к минимуму операции, повышается надежность и уменьшается потребность в персонале.

3. Нефтяникам и газовикам.

4. Охранным службам.

ГИС позволит определить оптимальное расположение камер наблюдения и других устройств, выдавать их сообщения в реальном времени, распечатывать отчеты в заданное время.

5. Транспортным службам.

Благодаря ГИС, в любой момент можно узнать, где находятся грузовики, состояние дорожного покрытия, информацию о пробках на дорогах, эффективнее рассчитывать загруженность транспорта и оптимизировать маршрут движения.

6. Пожарникам.

Пожарные команды получают мощное средство по координированию действий отдельных подразделений, по охвату и наблюдению за большей площадью, расчету направления огня и прогнозированию скорости его распространения.

7. Маркетологам.

Использование ГИС-приложений помогает переориентировать главную цель маркетинговых усилий с удовлетворения осредненных потребностей населения города или района на оперативное реагирование на запросы каждого человека, живущего или работающего в зоне реализации товаров фирмы.

С помощью ГИС можно проводить необходимые демографические исследования, выяснять, где проживают ваши потенциальные клиенты и по каким дорогам ездят (на самых загруженных и лучше освещенных разместить рекламные щиты).

9. Почтовым службам.

К соответствующим картам привязаны места проживания клиентов, маршруты и расписания авиарейсов, границы административных районов, другая полезная информация, позволяющая справиться с возрастающими потоками корреспонденции.

10. Банкам.

ГИС поможет вам точно и эффективно расположить филиалы, осуществить инкассацию, оперировать ресурсами в соответствии с состоянием рынка ценных бумаг и других факторов.

11. Экологам.

Использование ГИС позволяет наблюдать и оценивать состояние земной и водной поверхности районов, подверженных экологическим катастрофам.

12. Вооруженным силам.

ГИС помогут связать с географическими данными оперативно-тактическую информацию, а также отслеживать переброску войск и техники в районах боевых действий.

13. Администрациям.

Для городских и районных администраций ГИС являются необходимым инструментом в управлении коммунальными, дорожными и другими службами, обеспечивающими жизнедеятельность городов и населенных пунктов.

5. Краткий обзор средств разработки ГИС

Универсальное и наиболее распространенное средство для создания ГИС ARC/INFO служит для обеспечения компьютерного картографирования и оперативного принятия решений. Оно работает с любыми видами информации, имеющей привязку к территории. С помощью ARC/INFO можно легко получить в цифровой форме любую карту, схему, видеоизображение или рисунок, ввести табличные, статистические и другие тематические данные, привязанные к объектам карты. ARC/INFO позволяет работать с сериями карт, накладывая одну карту на другую, и проводить их сопряженный анализ, создавать «твердые» копии необходимых карт и схем.

Упрощенная версия ARC/INFO - Arcview - поддерживает внутренний формат SHAPE и внутренний язык программирования AVENUE. Но при использовании этой системы для больших по объему слоев проявляется эффект процессорозависимости, т. е. нужно иметь мощные ресурсы процессора и памяти, чтобы эффективно работать с ней. В ее поставку входят дополнительные модули для анализа геоинформационных данных 3D-Analyst и SpatialAnalyst.

Полнофункциональная оболочка географических информационных систем среднего класса ATLAS GIS содержит все обычные средства ввода, редактирования и печати/рисования карт, развитые презентационные средства (полное управление цветами и штриховками, создание и редактирование символов, многочисленные вставки, тематическое картографирование, бизнес-графику). Кроме того, она поддерживает работу с растровыми проектами (растровые подложки), позволяет группировать данные по географическому признаку, создавать буферные зоны, специальные средства обработки данных, основанные на библиотеке встроенных функций и операторов, развитые функции импорта и экспорта данных в другие форматы.

При разработке ГИС-приложений среда разработки Maplnfo Professional обеспечивает доступ к базам данных Oracle8i, хранилищам данных на сервере и управление ними, создание тематических карт, создание и запись SQL-запросов. Кроме того, эта среда разработки поддерживает растровые форматы, включая BMP, JPG, TIFF, MrSID, имеет универсальный преобразователь для форматов AutoDesk, ESRI и Intergraph. Начиная с версии 6, обеспечивается поддержка Интернета и трехмерных изображений, а также усовершенствованы средства геокодирования информации.

Еще одна популярная среда разработки AutoCAD Map обладает всеми инструментами программы AutoCAD 2000, а также специализированными возможностями для создания, отслеживания и производства карт и географических данных. Она позволяет работать с широким спектром файловых форматов и типов данных, обеспечивает возможность связи с базами данных и включает основные инструменты ГИС-анализа. Используя AutoCAD Map, можно связывать карты с ассоциативными базами данных, добавлять данные в карты и делать их более интеллектуальными, чистить карты, строить узловую, сетевую и полигональную топологию для анализа, создавать тематические карты с легендами, работать с существующими данными карты в других системах координат и файловых форматах, импортировать данные из других CAD и ГИС-систем, экспортировать данные в другие форматы, распечатывать карты и атласы.

Главными преимуществами российской системы GEOGRAPH-GE-ODRAW является функциональность и невысокая цена. Она состоит из трех основных модулей:

Geograph (модуль конечного пользователя, фактически - это про-смотрщик);

Geodraw (векторный топологический редактор);

Geoconstructor (средство разработки приложений).

Программный комплекс GeoCad Systems (www.qeocad.ru) предназначен для разработки и последующего операционного обслуживания информационных систем целевого (преимущественно, кадастрового) назначения конечного пользователя. Модули управления базами данных этой системы реализованы в среде MS Access, предоставляющей пользователям мощный инструмент разработки и адаптации клиент-приложений системы.

Для обработки графической информации объектов (отображения метрических данных и их графического редактирования) в комплект модульной многоцелевой кадастровой системы Geocad System входит специализированный модуль CPS Graph. Он является неотъемлемой частью.

ГИС ИнГЕО (www.integro.ru) - система, в которой пользователь сам может конструировать библиотеки любых векторных символов, линий, заливок. Это наиболее эффективная ГИС для создания топопланов масштаба 1:10000 - 1:500. Она имеет развитую инструментальную систему в технологии lnternet\lntranet, с помощью которой пользователь может самостоятельно строить сложнейшие реляционные таблицы семантических данных картографических объектов. ИнГЕО имеет мощную кадастровую надстройку - систему ИМУЩЕСТВО и систему МОНИТОРИНГ.

Система TopoL представляет собой универсальную ГИС, применимую во многих отраслях для решения разнообразных прикладных задач. Она позволяет выполнять весь комплекс работ по созданию, редактированию, анализу и использованию цифровых карт местности. Ее вариант TopoL-L предназначен для лесхозов и лесоустройства.

Интерфейс программы ориентирован на отраслевые задачи, отличается простотой и функциональностью. Стандартное меню исходного программного продукта отсутствует. Меню содержат только те пункты, которые необходимы пользователю.

Развитие Интернета не обошло стороной и картографию. Так, картографическое ПО для Интернета позволяет публиковать готовые тематические карты во Всемирной сети. Серверные картографические приложения, разработанные для внедрения интерактивных карт в Интернете, имеют широкий набор картографических функций. Одним из таких программных продуктов, предназначенных для публикации и сопровождения картографической информации в Интернете, является MapXtreme - сервер картографических приложений, созданный корпорацией Maplnfo. Открытая архитектура MapXtreme работает с любым Web-сервером и не нуждается в дополнительных plug-ins, что позволяет использовать любые браузеры на ПК или рабочих станциях UNIX. Еще один продукт этой корпорации, MapXsite, позволяет достаточно легко встраивать в Web-страницы картографическую информацию.

6. Некоторые украинские разработки

Атлас Украины является первым полнофункциональным геоинформационным продуктом всеукраинского значения. Он был разработан совместными усилиями сотрудников киевской компании Интеллектуальные Системы ГЕО и Института географии Национальной Академии Наук Украины.

Электронный Атлас Украины рассчитан на широкий круг пользователей и предназначен прежде всего для справочно-информационных и пользовательских целей. Он позволяет получить общее и достаточно полное представление об изображенных на его картах природных и социально-экономических процессах и может стать учебником при изучении этих процессов. Главной составляющей информационного обеспечения Атласа Украины является набор электронных карт. Он включает в себя информацию о геополитическом положении Украины, ее истории, природных условиях и ресурсах, населении, культуре, религии, экономических и социальных условиях проживания населения, финансах и бизнесе, политике и экологии.

Среди функциональных возможностей Атласа Украины следует выделить изменение масштаба карты для более детального просмотра, получение информации о просматриваемых объектах, возможность поиска информации на карте по ключевому слову, возможность печати картографических материалов.

Атлас Украины доступен и в Интернете: на Web-сайте компании Интеллектуальные Системы ГЕО (www.isgeo.kiev.ua) можно увидеть интерактивные карты Киева (масштаб 1:50000) и Украины (1:500000).

Другая известная в Украине ГИС - ВИЗИКОМ-КИЕВ (разработчик - киевская компания ВИЗИКОМ (www.visicom.kiev.ua)) - ориентирована на широкий круг пользователей, которым для принятия решений необходимо осуществлять анализ картографических данных, контроль собственных объектов, а также поиск и отображение объектов на плане города Киева. Система, отличается легкостью использования, в то же самое время предоставляет достаточно широкие возможности поиска и отображения данных. Она предоставляет пользователю возможности отображения произвольного фрагмента плана города, определения расположения на плане улиц города по их названиям и почтовому адресу. Также с помощью этой системы можно получить информацию об учреждениях, предприятиях и организациях города, выполнять поиск учреждений, предприятий и организаций, расположенных в городе Киеве по различным критериям, создавать дополнительные информационные слои на плане города, выводить на печатающее устройство необходимые фрагменты плана и алфавитно-цифровые характеристики отдельных предприятий или объектов собственных информационных слоев пользователя, просматривать и искать объекты транспортной сети украинской столицы, планировать оптимальные маршруты движения.

С конца 1998 года в Украине используется первая версия графической информационной системы сети железных дорог ТМкарта (www.tmsoft-ltd.com). Она имеет удобный графический интерфейс, позволяет отображать транспортную сеть железных дорог по всей территории Украины, СНГ и Балтии, автоматически отслеживать движение вагонов по всему пути их следования.

В процессе написания реферата мы ознакомились с электронным картографированием, моделями ГИС, решаемыми задачами ГИС, кому могут понадобиться ГИС, произвели краткий обзор существующих ГИС и ГИС украинского происхождения. Данный реферат может быть полезен для студентов различных специальностей, которые используют различные географические карты в процессе обучения.

Литература

1. Антонов А.В. Системный анализ. Методология. Построение модели: Учеб. пособие. - Обнинс: ИАТЭ, 2001. - 272 с.

2. Богданов А.А. Тетология: В 3 т. - М., 1905-1924.

3. Венда В.Ф. Системы гибридного интеллекта: эволюция, психология, информатика. - М.: Машиностроение, 1990. - 448 с.

4. Волова В.Н. Основы теории систем и системного анализа/ В.Н. Волова, А.А. Денисов. - СПб.: СПбГТУ, 1997. - 510 с.

5. Волова В.Н. Методы формализованного представления систем/ В.Н. Волова, А.А. Денисов, Ф.Е. Темнигов. - СПб.: СПбГТУ, 1993. - 108 с.

6. Гасаров Д.В. Интеллетальные информационные системы. - М.: Высш. ш., 2003. - 431 с.

7. Гелшов В.М. Введение в АСУ. - Киев: Техника, 1974.

8. Дегтярев Ю.И. Системный анализ и исследования операций. - М.: Высш. ш., 1996. - 335 с.

9. Корячов В.П. Теоретичесие основы САПР: Учеб. для вузов/ В.П. Корячо, В.М. Крейчи, И.П. Норенов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 400 с.

10. Мамионов А.Г. Основы построения АСУ: Учеб. для взов. - М.: Высш. ш., 1981. - 248 с.

11. Меньов А.В. Теоретичесие основы автоматизированного управления: Учеб. пособие. - М.: МГУП, 2002. - 176 с.

12. Острейовский В.А. Автоматизированные информационные системы в экономике: Учеб. пособие. - Ср т: СрГУ, 2000. - 165 с.

13. Острейовский В.А. Современные информационные технологии экономистам: Учеб. пособие. Ч. 1. Введение в автоматизированные информационные технологии. - Ср т:СрГУ, 2000. - 72 с.

14. Автоматизированные информационные технологии в экономике/Под ред. проф. Г.А. Титоренко. - М.: Компьютер, ЮНИТИ, 1998.- 400 с.

15. Автоматизированные информационные технологии в банковской деятельности / Под ред. проф. Г.А. Титоренко. - М.: Финстатинформ, 1997.

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

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

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.

Эта великолепная по краткости и емкости формулировка легендарного капитана Врунгеля в полном объеме раскрывает задачи, решаемые судоводителями с помощью навигации в плаваниях, вне зависимости от того, где они проходят, - на озере, в море или в океане.

На протяжении нескольких тысячелетий основными инструментами 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. Традиционные орудия судоволителя не могли обеспечить выполнение этих требований.

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 ECDIS, 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 система состоит из трех основных элементов - цифровых карт, записанных на каких-либо носителях (в основном на компакт-дисках), приемника GPS и компьютера с соответствующим программным обеспечением. Такая система применяется на больших судах профессионального флота, 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).

Рассмотрим отдельные элементы навигационно-картографической системы малого судна.

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. Количество записываемых карт зависит от емкости картриджа. Так, например, один картридж C-Map NT+ может содержать комплект карт Азовского и Черного морей.

Существует несколько электронно-картографических систем, используемых для записи карт на картриджи: С-Мар NT+, Navionics Nav-Charts™, Furuno MiniChart и некоторые другие. Наибольшим покрытием Мирового океана обладает коллекция картриджей С-Map NT+, и, что самое важное, в ее состав входят электронные карты отечественных регионов: Ладожского и Онежского озер, Финского залива, Баренцева, Белого, Азовского, Черного и Каспийского морей, акваторий, прилегающих к дальневосточному побережью России. Поэтому в дальнейшем разговор у нас пойдет об аппаратуре, работающей с электронными картами в формате C-Map NT+. Картриджи C-Map NT+ производятся международной компанией С-МАР, представителем которой в России является фирма «C-МАР Россия».

Существуют картриджи, удобные для коротких «прогулочных» рейсов (Local), есть такие, которые используются для переходов на средние расстояния (Standard), и имеются картриджи, предназначенные для длительных путешествий (Wide). Например, если на одном картридже S (Standard) размещаются карты Онежского или Ладожского озер, то в состав картриджа

W (Wide) входят одновременно карты обоих озер и восточного участка Финского залива. Специально для рыбаков выпущены картриджи, включающие в себя батиметрические данные. Большинство картриджей С-МАР NT+ содержат портовую информацию и информацию о приливах и отливах, которая может быть выведена пользователем на дисплей плоттера. В состав одного картриджа может входить более 150 электронных навигационных карт и планов портов различных масштабов от 1:1500000 до 1:1500.

Специальный пользовательский картридж (USER C-Card) позволит записать координаты любых точек, которые могут понадобиться в следующем походе, будь то ресторан на берегу или место для подводного плавания.

Если хочется поработать над пройденным путем или спланировать будущий маршрут, находясь дома, то можно использовать РС Planner NT. Этот прибор разработан для того, чтобы использовать персональный компьютер (ПК) в качестве инструмента для навигационного планирования. На экране дисплея ПК отображаются имеющиеся электронные карты с помощью картриджей C-MAP NТ+, которые используются непосредственно на борту судна. Функции PC Planer NT - это просмотр карт, масштабирование, создание пользовательских отметок, планирование маршрута, просмотр пройденного пути. Каждая функция планирования на картографическом плоттере может быть так же легко реализована на домашнем компьютере.

Источниками данных электронных карт С-МАР 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).

Картографическая база данных NT подвергантся регулярной корректировке по извещениям мореплавателей. Новые выпуски базы данных NT производятся трижды в год. Пользователь может обменять старый картридж на откорректированный (впрочем, как и приобрести новый), просто обратившись в офис «С-МАР Россия» или к одному из дилеров.

КАРТПЛОТТЕРЫ

Картплоттер (или навигационный центр) - это функционально законченный прибор, содержащий в своем водонепроницаемом корпусе приемник GPS (в некоторых моделях приемник может быть и выносным), компьютер с заложенной на заводе-изготовителе программой, монохромный или цветной дисплей, клавиатуру для управления и слот для ввода картриджа. В некоторых моделях приемник GPS отсутствует, и информация о собственных координатах поступает от внешнего источника. Обязательным элементом является порт для ввода-вывода информации в международном морском формате NMEA 0183.

C работой и характерными особенностями картплоттеров познакомимся на примере популярной модели - Raychart 520 с монохромным дисплеем или его аналога Raychart 530 c цветным дисплеем производства известной английской компании Raymarine.

Оба картплоттера имеют 12-канальный параллельный приемник GPS, совмещенный с антенной. Приемник обладает всеми полагающимися функциями: определением координат и параметров движения, возможностями создания и хранения путевых точек и маршрутов движения по ним, графическими средствами отображения.

Для облегчения работы с картплоттерами в них на заводе предварительно устанавливается мировая карта с нанесенными всеми крупными портами и населенными пунктами. На ней нет присущей морской карте подробной информации, поэтому пользоваться ею можно лишь там, где заведомо известно об отсутствии навигационных опасностей.

Подробные карты какого-либо конкретного района (например, Oнежского озера, Черного моря) вводятся с картриджа, для чего картплоттер имеет один или два слота.

РАБОТА С КАРТПЛОТТЕРОМ

Нажатием клавиши POWER включаем приемник. Еще одно нажатие этой клавиши - и на экране появляются регуляторы яркости подсветки и контрастности изображения, позволя- ющие регулировать качество изображения.

Управление практически всеми картплоттерами осуществляется так же как в компьютере, через меню, или с помощью трекбола и функциональных клавиш. С помощью меню устанавливают необходимые настройки дисплея, трассы, единиц измерения, охранных зон и пр., выбирают различные функции, создают маршруты и путевые точки.

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 появится подробная карта конкретного участка.

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 и его текущие координаты.

Использование курсора

Важную роль в работе с картплоттером играет курсор. С его помощью решается множество задач: измерение азимута и дальности до объектов, определение их координат, создание путевых точек и маршрутов, получение информации и многое другое. Рассмотрим для примера несколько функций курсора.

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

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.

Аналогичным образом создается маршрут: назначают его номер и на находящуюся на экране карту курсором последовательно наносят точки, определяющие трассу движения судна. Результаты прокладки останутся на карте в виде ломаной линии, которую можно при подготовке и в ходе плавания корректировать путем перемещения, добавления или удаления точек курсором.

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.

Плавание по маршрутуПод «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 - «хайвей» («дорога»), «компас», «маршрут». Некоторые модели картплоттеров могут объединять на одном экране оба режима, что делает более удобным судовождение в сложной навигационной обстановке. Помимо этого, графические индикаторы позволяют пользоваться прибором как обычным приемником GPS в тех местах, карты C-Map NT которых отсутствуют.

Если маршрут создан заблаговременно и хранится в памяти прибора, то через меню входят в библиотеку маршрутов, находят нужный и активируют его одним из имеющихся способов, после чего на экране отобразится участок карты с проложенным маршрутом и картплоттер перейдет в режим навигации. При этом в окне данных появятся значения направления на первую путевую точку маршрута, дальность до нее, время в пути и время прибытия, а графические дисплеи будут показывать отклонения от истинного курса. По прибытии в первую точку прибор автоматически перейдет в режим движения к следующей точке и т.д., вплоть до прибытия к конечному пункту плавания. Приближение к точке на определенное расстояние может по желанию сопровождаться звуковым сигналом одновременно с появлением сообщения в информационном окне на экране.

Плавание 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.

СЕРВИСНЫЕ ФУНКЦИИ

База информационных данных

Каждый картплоттер содержит набор информационных данных, объем и содержание которого могут быть различными 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. При желании можно получить более подробную информацию об отмеченном объекте: высоту, цвет и характеристики огней маяков и буев, вешек, характеристики районов плавания, сведения о наличии запретов на плавание и рыбную ловлю и т.п.

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.

Функция «Возврат к судну»

При прокладке маршрута или при просмотре карты с помощью курсора можно «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 обязательно записывает и сохраняет пройденную трассу. 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.

Современный рынок предлагает большой выбор картплоттеров производства различных фирм, с разными размерами экранов, цветных и монохромных, носимых и стационарных. В приложении приводятся характеристики некоторых наиболее распространенных приборов, использующих картографию С-Map NT и C-Map NT+. 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 мореплавателя, по которым, в случае аварии будут разбираться компетентные органы.

Помните об этом!

Характеристики некоторых электронных картплоттеровразличных производителей
	RAYMARINE Raychart 320	RAYMARINE Raychart 520 (Raychart 530)	INTERPHASE Chartmaster 7MX (Chartmaster 7CVX)	INTERPHASE Chartmaster 11MX (Chartmaster 11CVX)	FURUNO GP-1650
	4,75" монохромный	7" монохромный (цветной)	6" монохромный (цветной)	10,4" монохромный (цветной)	5,6" цветной
Приемник	12 каналов встроенный	12 каналов выносной	12 каналов встроенный	12 каналов встроенный	8 каналов встроенный
Кол-во путевых точек
Кол-во маршрутов
Питание, В
Размеры, мм
Масса, кг
Ориентиро-вочная цена, у.е.

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?