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!

ECDIS - Electronic Chart Display & Information System - основаны на использовании и отображении цифровой картографи­ческой и навигационно-гидрографической информации в виде электронных карт. Они представляют собой перспективные интегрированные информационные системы, предназначенные для решения комплекса задач судовождения, автоматизации работы судоводителя и повышения навигационной безопасности мореплавания.

Интегрированность ECDIS подразумевает, что они объединяют информацию о местоположении судна на основании счисления ко­ординат по данным лага и гирокомпаса, обсерваций по спутнико­вым навигационным системам, в совокупности с картографической и радиолокационной информацией о навигационной обстановке.

Информационное назначение ECDIS определяется ее способностью представлять судоводителю параметры картографических объектов (ориентиров, опасностей, фарватеров, глубин и др.) и данные об условиях плавания по всему маршруту перехода.

Навигационное назначение определяется решением как тради­ционных задач (счисление, прокладка, введение поправок в счисли- мые координаты, помощь в удержании судна на заданном курсе и др.), так и новых задач по оценке навигационной безопасности плавания, выработке рекомендаций по безопасному маневрированию, автоматизации процессов и процедур с электронной картой (ЭК) и ее использованию для мореплавания.

Электронные навигационные карты разделяются на растровые и векторные. Растровые карты нашли более широкое применение в видеопрокладчиках различных фирм для обеспечения нужд море­плавания. Сегодня национальные гидрографические службы про­изводят такие системы и подтверждают возможность их использо­вания.

Растровые навигационные карты представляют собой точные копии бумажных карт. Они получаются путем сканирования с высоким разрешением бумажных карт или их пластиковых аналогов с последующей обработкой, включая уменьшение размеров файла с помощью методов сжатия информации, добавления данных для его описания, проекции и т. п.

Последующая обработка позволяет современному программно­му обеспечению производить автоматическую прокладку, планировать маршрут перехода, обеспечивать автоматизированную сигнализацию для привлечения внимания судоводителя при отклонении от запланированного пути или контролировать место судна. При воспроизведении растровой карты можно изменять ее расположение в различных вариантах: ориентация «Север», «Курс» или любое другое по желанию судоводителя. При изменении ориентации карты все надписи поворачиваются вместе с изображением. Данная особенность сторонников векторных карт трактуется не как недостаток, а скорее как достоинство, позволяющее избежать возможной ошибки оператора, естественным образом напоминая ему о том, что карта расположена нестандартно. В то же время осуществление разворота обеспечивает возможность совмещения карты с радиолокационным изображением.

Все надписи на растровых картах увеличиваются или уменьша­ются пропорционально увеличению или уменьшению размера вос­производимой карты. В случае, когда воспроизводится значитель­ный участок, он может выглядеть переполненным пояснительными надписями, которые будут затруднять чтение. При уменьшении размеров воспроизводимого района, пояснительные надписи увеличиваются, приобретая чрезмерный размер, также мешают чтению карты. Поэтому при выполнении предварительной прокладки на ECDIS рекомендуется уменьшить нагрузку карты (например, отменить изображение всех глубин, кроме минимально допустимых).

Значительное преимущество растровых систем перед бумажными картами - это возможность ведения автоматической прокладки, отображение положения судна относительно окружающей обстановки в режиме реального времени. Существующее навигационное программное обеспечение сопрягается с системами определения места судна.

Производство векторных карт наиболее трудоемко. Оно заклю­чается в первоначальном сканировании карты, а затем векторизации этой карты, т.е. перевода различных линейных, площадных и точечных объектов в цифровой код. Такими предметами являются: берега, осушки, изобаты, изолированные опасности (подводные, надводные, осыхающие скалы, затонувшие суда), буи, маяки, различные ограждающие линии и т. д.

Некоторые фирмы применяют смешанную технологию цифро­вания: наиболее сложные объекты сканируют, а затем векторизуют, а точечные объекты цифруют одновременно с векторизацией.

При работе с такой картой в ECDIS имеется возможность реагировать на любой объект, так как он имеет свой код. Это позволяет судоводителю разгружать карту, т. е. удалять с экрана дополнительную и не имеющую особого значения информацию. Например, для судна с осадкой 10 метров можно убрать все глубины более 20 м.

Очевидно, что по информативности векторные карты лучше растровых и позволяют решать более широкий круг задач, связан­ных с безопасностью судовождения.

Основная концепция ECDIS состоит в том, что точность и пол­нота ЭК должны быть эквивалентны (или не менее) точности и полноте бумажной карты.

Процедура планирования перехода судна на ECDIS, в общем, ничем не отличается от ее выполнения без применения цифровых технологий, но прежде, чем приступать к работе с ECDIS, необхо­димо ознакомиться с ее функциональными возможностями и огра­ничениями.

Основные функциональные возможности ECDIS сводятся к следующим возможностям:

- Работа с ЭК:

- автоматические:

* изменение масштаба,

* выполнение корректуры;

Возможность изменения состава отображаемой картографи­ческой информации;

Получение дополнительной справочной информации о кар­тографических объектах;

Планирование и выполнение предварительной прокладки маршрута перехода с проверкой на наличие навигационных опасностей в полосе заданного движения судна и проведением расчетов скорости, расстояний, времени плавания и т. п.

Контроль за местоположением судна:

Отображение обсервованных (счислимых) географических координат места судна;

Автоматическое ведение счисления и текущей прокладки с отображением траектории судна;

Измерение пеленгов и дистанций как от местоположения собственного судна до любого объекта, так и от любого местоположения на карте до любого объекта;

Отображение векторов движения судна относительно грунта и относительно воды (по данным гирокомпаса и лага);

Автоматическая оценка навигационной безопасности плава­ния на основе использования цифровой модели навигационно-гидрографической обстановки в ЭК и сигнализации об опасных собы­тиях;

Совмещение радиолокационной и навигационно-гидрогра- фической информации;

Обеспечение проигрывания маневра для безопасного расхождения с другими судами (при сопряжении с САРП);

Введение поправок в счислимые координаты места судна по данным обсерваций, полученным традиционными методами;

Автоматическое ведение судового журнала.

Оценка информации по району плавания:

Получение информации

* по портам,

* по приливам,

* по течениям;

* климатических данных;

Расчет направления и скорости истинного ветра;

Расчет остаточной скорости при движении по маршруту пе­рехода;

Просмотр архивных данных.

Указанные функциональные возможности ECDIS определяют следующие преимущества перед бумажной картой:

Обеспечение судоводителя интегральной навигационной об­становкой на основе объединения информации от различных технических средств навигации (РЛС, САРП, СНС и др.);

Уменьшение искажений масштаба и направлений на сис­темной электронной навигационной карте (SENC) путем автома­тического размещения главной параллели карты в середине экрана;

Повышение навигационной безопасности на основе более подробного учета гидрографической обстановки по цифровой модели карты и ее оценки по результатам совмещения радиолокационной и картографической обстановки;

Автоматическая корректура ЭК.

Главное же достоинство ECDIS заключается в повышении уровня автоматизации деятельности судоводителя, его обеспечение более надежной и достоверной непрерывной информацией о картографической и навигационной обстановке, местоположении судна, осуществление непрерывного ведения автоматической прокладки пути, уменьшение и исключение погрешностей при измерениях, опознании и расчетах.

Таким образом, применение ECDIS на судах дает возможность коренным образом улучшить организацию работы судоводителей и снизить навигационную аварийность.

Однако ECDIS свойственны определенные ограничения:

ЭК отображают на обычных дисплеях примерно 1/6 часть бумажной карты традиционных размеров при одинаковом масштабе.

Из-за этого требуется более частая смена изображения. Частичное устранение этого ограничения достигается применением двух дисплеев, на одном из которых отображается мелкомасштабная карта района, а на другом - карта части этого района, но в более крупном масштабе;

Из-за наличия в ECDIS электронного изменения масштаба возможно отображение карты в таком крупном масштабе, при котором не обеспечивается необходимая точность измерений и не поддерживается детальное содержание ЭК. В этом случае оператору ECDIS должно автоматически выдаваться соответствующее предупреждение об опасном масштабе карты;

При работе с дисплеями наблюдается повышенная утомляе­мость операторов;

Для работы с ECDIS необходима специальная подготовка судоводительского состава в целях ее эффективного использования и преодоления психологического барьера перед новыми нетрадиционными техническими средствами.

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.

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.

ЭКНИС - (Электронно-Картографическая и Навигационно-Информационная Система)
ECDIS - (Electronic Chart Display and Information System)

ЭКС - (Электронно-Картографическая Система)
ECS - (Electronic Cartographic System)

Для того, чтобы разобраться в большом количестве различных Электронно-Картографических Систем, предлагаемых на Мировом рынке, мы предлагаем обратить Ваше внимание на нижеследующие факторы, которыми следует руководствоваться, при выборе той или иной Системы.

Понятие ECDIS включает в себя Три основных составляющих:

1. Компьютер в Морском исполнении Одобренного типа с соответствующим Сертификатом, выдаваемым специальным Надзорным Органом (в России это Российский Морской Регистр Судоходства).

2. Сертифицированное Программно - Математическое Обеспечение, отвечающее всем Требованиям IMO, IEC & IHO.

3. Векторные Карты - только от Официальных Производителей, какими являются Национальные Государственные Гидрографические Службы (Департаменты) или иные Организации, уполномоченные на то Правительствами соответствующих Государств.

Примечание:

В ECDIS допускается использование Растровых карт, но только в том случае, когда не обеспечивается полное покрытие предстоящего рейса Официальными Векторными картами (данными).

Счисления пути судна по Растровой карте необходимо дублировать на Бумажной карте.

(См. так же ниже в разделе Электронные карты).

Отсутствие хотя бы одной из вышеизложенных составляющих не даёт права ни одной Системе называться ЭКНИС / ECDIS.

Прежде всего надо помнить, что любая Система состоит из двух главных частей:

1. Непосредственно сама Программа;

2. Электронные карты, с которыми может работать выбранная Вами система.

Как вы понимаете, одна Программа никому не нужна и карты сами по себе - то же.

Выбор Программы:

1. Интерфейс Программы. Удобство Главного Меню, его наглядность и расположение (в виде Набора кнопок по краю экрана или наличие постоянного Меню). Можно ли включить любую функцию Программы одним нажатием, или для этого надо выполнить ряд последовательных действий, что в свою очередь приводит к потере Оперативности при работе с Программой, это становится особенно важным в условиях Экстремальной Навигации.

2. Какие и сколько Навигационных Приборов (Датчиков) можно подключить к компьютеру. Например, наличие интерфейса для САРП, АИС, Компаса, Лага, Эхолота, Авторулевого и так далее.

3. Количество Навигационных Функций реализованных в выбранной Вами Программе и обеспечивают ли они Мореплавателю выполнение решения всех ежедневых задач по Судовождению, например:

Наличие функции выполнения Предварительной Прокладки,

Возможность Автоматических и Ручных записей в Судовой Журнал,

Возможность наложения на карту и сохранения в отдельном файле своей собственной информации (Площади, Линии или Точеченые Объекты), так называемый Пользовательский Слой (User Layer),

Наличие в программе Базы Данных Таблиц Приливов,

Возможность отображения на карте одновременно двух символов судна от двух разных навигационных Систем - Параллельное Счисление, эта функция особенно важна, так как обеспечивается постоянное определение места судна по двум разным навигационным системам с отображением соответствующих символов на электронной карте.

4. Наличие в Программе Системы Предупреждений:

О приближении к Точке Поворота;

К Опасности с глубиной, равной или меньшей, чем Безопасная Глубина, устанавливаемая Мореплавателем;

К району с Особыми Условиями Плавания;

К району с Опасными Глубинами;

О нарушении связи с внешними Навигационными Системами;

5. Качество Функций:

Быстрота Доступа к тем или иным Функциям. Другими словами, сколько надо сделать нажатий на кнопки для того, что бы включить или выключить необходимую функцию.

Удобство ввода соответствующих параметров для решения тех или иных Навигационных задач. Например, ввод Пеленгов и Дистанций, измеренных внешними приборами (Визуальный Пеленг с репитера Гиро компасса и Дистанция с Радара) для определения Обсервованного места суда с постановкой соответствующего символа.

Наличие всей необходимой информации в окне функции для обеспечения постоянного и полного контроля за её работой.

Электронные Карты:

Прежде всего необходимо знать, что все Электронные карты делятся на две Основные группы:

1. Векторные Карты (Vector Charts).
2. Растровые Карты (Raster Charts).

Все Навигационные Программы, соответственно, делятся на Три группы по типу карт, с которыми они могут работать:

1. Векторные Систеты
2. Растровые Системы
3.Смешанные Системы с возможностью использования как Векторных, так и Растровых карт. Здесь следует Особо Предупредить пользователей таких Систем о том, что Ваш ECDIS будет всякий раз автоматически превращаться в обыкновенную Электронно - Картографическую Систему (ЭКС / ECS), как только счисление пути Судна перейдёт с Векторной карты на Растровую и Вы должны будете, начиная с этого момента, дублировать всю прокладку на обыкновенной Бумажной карте до тех пор, пока счисление снова не перейдёт на Векторную карту.

Главное отличие Векторных карт от Растровых заключается в том, что Векторная карта имеет свою собственную Базу Данных с Описанием и Координатами Географических Объектов. База Данных позволяет соответствующей Программе:

Решать такие Задачи Безопасности как приближение к Опасным Подводным Объектам (затонувшие Суда, Подводные Препятствия, Сооружения и так далее с глубинами над ними равными или меньшими чем Безопасная Глубина, устанавливаемая Мореплавателем);

Изменять размер различных Символов карты (Тексты, Средства навигационного Оборудования, отметки Глубин);

Выделять Опасные Объекты,

Удалять от отображения Неопасные Объекты,

Изменять состав Информации на карте.

Пётр Татаринцев, Капитан Дальнего Плавания