Исследование особенностей нового стандарта хранения геопространственных гидрографических данных S-100

Содержание Введение

1. История S-100

2. Структура S-100

2.1 Профили1

2.2 Концептуальный схематический язык

2.3 Управление Регистрами Картографических данных IHO

2.4 Регистры Концептуальных Словарей Объектов

2.5 Регистры Изображения

2.6 Общая Модель объекта

2.7 Метаданные

2.8 Каталог Объектов

2.9 Системы Координат

2.10 Пространственная Схема

2.11 Графические и сеточные данные

2.12 Графика

2.13 Форматы кодирования

3. Перспективы развития морских НКС Заключение Библиографический список

Введение

Мореплавание всегда было и в наше время из-за высокой аварийности продолжает оставаться довольно рискованным мероприятием. Как известно, причины морских аварий разные — навигационные ошибки, недостаточная точность или отсутствие информации об окружающей обстановке, «человеческий фактор», ошибки в расчетах остойчивости и непотопляемости своего судна, нередко — преобладающая сила водной стихии. Естественно, с ростом водоизмещения и размеров судов, интенсивности движения на морских путях, риск аварии возрастает многократно. Поэтому современное судоходство невозможно без постоянного развития и совершенствования технологии навигации.

Как достигается безопасность плавания судна? Прежде чем принять решение об изменении курса, выполнении маневра, судоводитель должен в ограниченное время обработать большое количество информации, касающейся параметров движения судна и окружающей обстановки.

Существенно помочь ему может ЭКНИС — электронная картографическая навигационно-информационная система (ECDIS — в английской аббревиатуре). Сегодня ЭКНИС — ядро и интегрирующий центр ходового мостика. Электронные картографические системы занимают все более прочные позиции в современном судовождении. Они быстро и точно решают практически все штурманские задачи, помогают эффективно оценивать окружающую обстановку, следовательно, повышают безопасность мореплавания.

Помимо отображения электронных карт ЭКНИС ведет непрерывную прокладку пути, автоматически контролирует плавание по заданному маршруту, отображает текущее место судна, радиолокационные цели, проигрывает маневр, выдает команды управления авторулевому для движения по заранее проложенному и проверенному маршруту.

Уникальная функция ЭКНИС, которой не обладают ни бумажные карты, ни какое-либо другое техническое средство навигации — автоматическое предупреждение судоводителя об опасности впереди по курсу судна и вычисление безопасных курсовых секторов на основе постоянной обработки базы данных векторных электронных карт.

В соответствии с требованиями правила 19 главы V Конвенции СОЛАС, на каждом судне должны быть навигационные карты и навигационные пособия для планирования и отображения маршрута судна на протяжении предполагаемого рейса и осуществления исполнительной прокладки, а в соответствии с последними поправками к Конвенции СОЛАС, начиная с 2012 г. на всех судах должны быть установлены ЭКНИС, поэтому их совершенствование одна из самых актуальных тем в наши дни. S-100 является хорошей основой для дальнейшего развития электронных карт и других гидрографических продуктов.

1. История S-100

Специальная Публикация МГО 57 (S-57) является Стандартом МГО Передачи Цифровых Гидрографических Данных. Это — установленный стандарт для обмена цифровыми гидрографическими данными между гидрографическими офисами, и для распределения гидрографических данных изготовителям, морякам и другим пользователям данных (например, экологические организации управления).Он был разработан так, чтобы передача всех форм гидрографических данных имела место в последовательной и однородной форме. До настоящего времени, S-57 использовался почти исключительно для того, чтобы кодировать Электронные Навигационные Карты (ЭНК) для использования в электронных картографических навигационно-информационных системах (ЭКНИС). Хотя S-57 был первоначально предназначен, чтобы поддержать все типы гидрографических данных, на данный момент стало ясно, что у этого есть ограничения. Возникла потребность в новом стандарте, способном удовлетворить новым требованиям.

S-57 был формально принят как официальный стандарт МГО на 14-ой Международной Гидрографической Конференции в мае 1992. Он включает:

— общее введение со списком ссылок и определений

— теоретическая модель данных, на которой базируется стандарт

— структуру данных и формат, которые используются, чтобы осуществить моделирование данных

— общие правила для того, чтобы кодировать данные в the ISO 8211инкапсуляции В дополнение к главному документу есть два приложения:

Слушания канадской Гидрографической Конференции и Национальной Конференции Инспекторов 2008 г.

Документ 1A-3 страница 3 ведущий автор: R. Ward

— Приложение A — Каталог Объектов. Он обеспечивает официальную, одобренную МГО схему данных, которая может использоваться для описания объектов реального мира.

— Приложение B содержит одобренные МГО Спецификации Продукта. Они содержат дополнительные своды правил для определенных приложений. В настоящее время, единственная спецификация продукта в S-57, которая находится в широким потреблениемэто спецификация для Электронных Навигационных Карт (ЭНК). Спецификация продукта для словаря данных каталога объектов была также включена, но во всех практических целях никогда не использовалась. Издание S-57 3.0 было выпущено в ноябре 1996.

Издание 3.1 содержащее незначительные изменения и некоторые дополнительные значения атрибута, оно было выпущено в ноябре 2000. В настоящее время, S-57 3.1 «заморожен» и останется таковым до тех пор, пока не потребуется. Приложение к Изданию 3.1, названное Издание S-57 3.1.1 вошло в силу в январе 2007, чтобы включать новые особенности и признаки, требуемые позволить кодирование недавно введенных Морских архипилажных проходов, Экологически Чувствительных Морских Областей и Особенно Чувствительных Морских Областей введенных ИМО.

Введение

Приложения позволяло избежать потребность выпустить новое издание S-57 и последовавших бы влияний и на производителей данных, и на изготовителей оборудования. Издание 3.1.1 работает одновременно с Изданием S-57 3.1 и доступно исключительно для использования тех производителей данных, которым необходимо использовать новые особенности. 4]

Начиная с 1985 г. на рынке программных продуктов для судоводителей стали появляться первые программы, представляющие навигационные бумажные карты в виде компьютерных графических файлов.

Эти графические файлы, получившие впоследствии название электронных навигационных карт (ЭНК), представляли собой стандартизированные по содержанию, структуре и формату базы данных, включающих в себя всю картографическую информацию, необходимую для безопасного мореплавания и дополнительную информацию, относящуюся к навигации. Формат — это спецификация последовательности и видов представления элементов информации (чисел, теста) на носителе.

В первые годы производства электронных навигационных карт каждая фирма выполняла эти карты по собственной технологии и в собственных форматах (как самих карт, так и графических файлов, представляющих карты). Уже в то время наметились две, тогда существенно различные, технологии цифровых данных для электронных карт.

Одна из них основывалась на растровом методе считывания информации, который уже долгие годы использовался в телевидении для построения изображения. Этот метод используется также для считывания изображений в компьютерных устройствах ввода графической информации — сканерах. Суть метода сводится к считыванию бумажной карты сканером, распознаванию и коррекции объектов и надписей на картах, а затем, к выпуску соответствующего файла информации. Электронные навигационные карты, изготовленные таким методом, стали называться растровыми электронными навигационными картами (РЭНК) (RENC—Raster Electronic Navigation Charts). Растровая карта по сути дела представляет собой цифровую фотографию исходной бумажной навигационной карты.

Одновременно с растровой стала развиваться и другая технология «оцифровки» бумажных карт, основанная на использовании принципа действия диджитайзера. В этом методе каждому объекту, считываемому с карты, соответствует свой вектор, связывающий его с базовой точкой карты. Векторный формат графических данных более сложный, однако он позволяет производить любые преобразования данных при сохранении исходной точности и разрешающей способности. Производимые таким образом электронные карты стали называть векторными (ВЭК).

Одновременно с созданием электронных карт стали разрабатываться программы, позволяющие получать их изображения на экране дисплея, наносить на это изображение координаты любого судна, прокладывать маршруты следования, а также наносить другую информацию. Такие программы получили название Chart Plotter — графопостроители электронных карт.

Наряду с графопостроителями электронных карт стали развиваться так называемые электронные картографические системы (ЭКС) — Electronic Chart System (ECS).

Электронная картографическая система, кроме собственно компьютера и программного обеспечения, включает в себя оборудование, позволяющее подключать к системе приемоиндикаторы гиперболических и спутниковых РНС, а также другие приборы, используемые на судне для навигации — радиолокационную станцию, эхолот, лаг, магнитный и гироскопический компасы и др.

В такой системе автоматически ведется счисление пути судна с нанесением траектории движения на электронную карту; уточняется путевой угол и скорость судна; определяются координаты судна с максимально возможной точностью; рассчитываются отклонения от заданной линии пути, время прибытия в конечную точку, расстояние, курс, время до точки поворота; выполняется контроль безопасности движения путем анализа картографической и навигационно-гидрографической обстановки; при необходимости подаются световые и звуковые сигналы, предупреждающие об опасности, либо о других, требующих внимания судоводителя, ситуациях; выполняется и ряд других функций.

Электронные картографические системы обеспечивают непрерывный и объективный контроль за местоположением и движением судна и наблюдаемых целей, позволяют автоматизировать измерения и их обработку, представляют судоводителю наглядную и надежную информацию в виде, пригодном для немедленного использования.

В результате на ходовой вахте судоводитель освобождается от выполнения многих рутинных операций, что исключает возможность совершения им ошибок. Система предоставляет ему в интегрированном виде информацию, характеризующую все стороны процесса судовождения, что позволяет повысить безопасность плавания и обоснованно принимать решения по управлению судном.

В первые годы развития электронной картографии вполне обоснованно возник вопрос о стандартизации как объема информации, отображаемой на картах, так и их форматах. В 1990 г. появился стандарт IHO (International Hydrographic Organization) — международной гидрографической организации (МГО), определяющий содержание и требования к формату карт и картографических дисплеев и их возможностей. Этот стандарт назывался S-52 (первая редакция). В этом же году был определен стандарт на формат DX-90 цифровых картографических данных, принятый совместно ИМО и МГО, а также была принята третья редакция стандарта S-57 («Стандарт передачи МГО цифровых гидрографических данных»), уточняющая векторный формат электронных карт DX-90. Этой редакцией было поставлено условие перевода карт, выполненных по внутренним форматам фирм производителей, в единый формат DX-90 или соответствие этому формату. S-57 устанавливает формат передачи данных, структуру самих данных и профили применения данным.

До 1995 г. ИМО выдвигала жесткое требование, предусматривающее при пользовании электронными картами обязательную прокладку на бумажной навигационной карте. Таким образом, ни плоттеры электронных карт, ни электронные картографические системы ЭКС не признавались заменителями официальных бумажных карт, производимых гидрографическими обществами. Считалось, что ЭНК и ЭКС являются средствами, облегчающими работу судоводителей, повышающими безопасность мореплавания, обеспечивающими экономию топлива и эксплуатационных расходов, но не освобождающими судоводителя от использования официально принятых бумажных карт.

В 1995 г. стал разрабатываться новый класс электронных картографических систем — электронные картографические навигационно-информационные системы (ЭКНИС). В английском языке аббревиатура этих систем расшифровывается как Electronic Chart Display and Information System (ECDIS). Стандарт, определяющий характеристики и форму представления информации в таких системах, получил название EPS — IMO Performance Standard for ECDIS (Резолюция ИМ0А.817(19) от 23 ноября 1995 г.)[1]

Издание 3.1 стало последней версией стандарта S-57. Его происхождение может быть прослежено от ноября 1994, когда была ясно определена необходимость технических требований к ЭНК на 6-ой встрече бывшего комитета по ЭКНИС, нынешнего CHRIS. Следующий семинар последовал в феврале 1995 с участием изготовителей ЭКНИС, гидрографических офисов и регулирующих властей, в целях достижения соглашения о содержании технических требований к ЭНК. На этом семинаре также стало очевидно, что новое издание S-57 было необходимо, чтобы удовлетворить требования и Гидрографических Офисов, и изготовителей ЭКНИС.

В результате рабочая группа баз данных, теперь названная TSMAD, предприняла подготовку и Издания 3.0 S-57, и Спецификации продукта. Они встречались четыре раза во время 1995;1996, чтобы закончить работу. Изменения Версии 2.0 включали двойное выполнение формата, в дополнение к уже существующему; новое понятие структуры ячейки; пересмотренный механизм обновления, основанный на уникальных идентификаторах объекта; и модель данных еще более широкого назначения. Содержание Стандарта было также значительно реорганизовано для версии 3.0, оно включало основную часть и два приложения. Основная часть сформирована из трех частей: общее введение, теоретическая модель данных и описание структуры данных. Приложения содержат Каталог Объектов S-57 и Спецификации продукта для различных приложений. Спецификация ЭНК особенно интересна изготовителям ЭКНИС. Было решено, что Издание 3.0 должно быть заморожено, то есть оставаться неизменным, в течение четырех лет с ноября 1996, чтобы облегчить производство ЭНК гидрографическими офисами и усовершенствование оборудования изготовителями ЭКНИС.

Основываясь на практическом опыте, некоторые Гидрографические Офисы обнаружили небольшое количество рабочих атрибутов, которые требовались для ЭНК, но которые не содержались в Издании 3.0. Поэтому было решено издать ограниченное новое издание S-57, издание 3.1, в конце четырехлетнего периода, которое будет включать только эти недостающие атрибуты. Издание 3.1 S-57 стало официально доступным в ноябре 2000. Хотя и ознакомительная версия была выпущена в ноябре 1999, чтобы дать время производителям программного обеспечения и изготовителям оборудования ознакомиться с новым содержанием.

Развитие S-100 было включено в Программу Работы МГО в 2001. S-100 был разработан TSMAD с активным участием гидрографических офисов, производителей и академиков. S-100 — это современный гидрографический картографический стандарт данных, который поддерживает широкое разнообразие гидрографическо-связанных цифровых источников данных, и полностью соответствует основным международным картографическим стандартам, в особенности серии географических стандартов ISO 19 100, таким образом позволяя более легкую интеграцию гидрографических данных и приложений в картографические решения.

S-100 в конечном счете заменит S-57 — установленный МГО Стандарт Передачи Цифровых Гидрографических Данных. Хотя у S-57 есть много хороших аспектов, у него есть некоторые ограничения:

— S-57 использовался исключительно для того, чтобы кодировать Электронные Навигационные Карты (ЭНК) для использования в электронных картографических навигационно-информационных системах (ЭКНИС).

— S-57 не является современным стандартом, широко принятым в сфере Географической Информационной Системы.

— S-57 не может поддержать требования будущего (например, сетчатая батиметрия (gridded bathymetry), или меняющаяся во времени информация). [4]

Некоторые даже расценивают S-57 как ограниченный стандарт, нацеленный исключительно для производства и обмена данными ЭНК.

Переход от S-57 к S-100 будет тщательно проверен МГО, чтобы гарантировать, что изменения не скажутся неблагоприятно на существующих пользователей S-57, особенно акционеров ЭНК. S-57 продолжит существовать как формат предназначенный для данных ENC для ближайшего будущего. Тем временем, все существующие и потенциальные пользователи гидрографической информации и данных поощряются использовать S-100 в качестве основания для новых приложений, в поисках нового пути для дальнейшего развитие стандарта, если их определенные требования еще не обслуживаются. [7]

2. Структура S-100

регистр каталог кодирование графический Стандарты должны объединять использование лучших методов и процедур, применяемых на практике. Они должны включать руководство о том, как осуществлять эффективные методы производства и оптимизировать качество продукции и сервис, предоставляемый организациями, а также должны позволить использовать вместе несовместимые технологии посредством общих интерфейсов. Стандарт S-100 пытается достигнуть всех этих целей. Кроме того он служит основой для компонентов, которые могут использоваться заинтересованными сообществами для развития их собственных морских картографических продуктов и услуг.

Стандарт S-100 был разработан с учетом прошлых ошибок и недостатков, основываясь на опыте, полученном при разработке и использовании существующего Стандарта МГО Передачи для Цифровых Гидрографических Данных (известный как S-57). S-100 был составлен, используя объектно-ориентированную систему обозначений, известную как Универсальный Язык Моделирования.

Стандарт S-100 служит теоретической основой компонентов, которые основаны на ряде стандартов и спецификаций, принятых Международной Организацией по Стандартизации, ISO 19 100.

Рис. 2.1. Стандарты ISO 19 100 — основа S-100

Эти стандарты и спецификации также используются как основа для большинства действий, предпринимаемых для развития современных картографических стандартов.

S-100 предназначен поддерживать множество гидрографических продуктов и ресурсов. S-100 включает множество частей, которые получены из различных серий стандартов ISO 19 100.

Таблица 2.1.

2.1 Профили Основные стандарты ISO обеспечивают большое количество опций разработчику, желающему использовать их для практического применения. Понятие профиля обеспечивает метод адаптации основных стандартов так, чтобы они удовлетворили определенные требования реализации.

Профиль — это совокупность одного или нескольких основных стандартов и, где применимо, определение выбранных пунктов, классов, подмножеств, опций и параметров таких основных стандартов, которые необходимы, чтобы выполнить определенную функцию. ISO 19 106 описывает два уровня соответствия для профилирования серии стандартов ISO 19 100. Каждая часть S-100 документирует уровень использованный в заявлении о соответствии требованиям для той части.

S-100 является совокупностью профилей стандартов TC ISO 211 для Географической информации. Отношение между стандартными базовыми частями S-100 и их базовыми классами ISO показывают в Таблице 3.1.

2.2 Концептуальный схематический язык Эта часть определяет концептуальный схематический язык и типы исходных данных для использования в пределах сообщества IHO. В этой части определена комбинация Унифицированного языка моделирования (UML) статическая схема структуры, и ряд определений типов исходных данных в виде концептуального схематического языка для спецификации географической информации.

2.3 Управление Регистрами Картографических данных IHO

Международная Гидрографическая Организация (IHO) разработала Реестр в соответствии с ISO 19 135 — Процедуры для регистрации элементов географической информации. Этот реестр содержит расширяемое число регистров, охватывая Концептуальные Словари Объектов, Изображения и Метаданные. Эта часть описывает структуру содержания и управление этими регистрами.

Рис. 2.2. Состав регистров S-100

2.4 Регистры Концептуальных Словарей Объектов Концепуальный Словарь Объектов устанавливает определения, которые могут использоваться, чтобы описать географическую информацию. Использование регистров для хранения определений значительно улучшит возможность IHO управлять и развивать множество продуктов, основанные на S-100, которые будут доступны для использования в относительно короткий промежуток времени. Эти регистры будут поддерживать более широкое использование зарегистрированных элементов, делая их публично доступный и увеличивать их видимость для потенциальных пользователей.

2.5 Регистры Изображения Подобно предыдущим регистрам, регистры изображений включают множество регистров, содержащих наборы связанных символов и правил отображения. Каталоги символов, включая определяющие правила отображения, такие, как сейчас разрабатываются рабочей группой ISO/TC211 с активным участием МГО, будут также доступны из регистров изображений.

2.6 Общая Модель объекта Эта часть представляет правила для разработки схемы приложения, которая является фундаментальным элементом любого изделия основанного на S-100. Общая Модель объекта (GFM), которая является концептуальной моделью для объекта и его характеристик, также является фундаментальной для создания схемы приложения. Эта модель также предоставляет понятие типа информации. GFM является профилем GFM, представленного в Правилах ISO 19 109 для Схем Приложения.

2.7 Метаданные Все более и более, гидрографические организации собирают, хранят и архивируют большие количества цифровых данных, которые становятся важным национальным активом. Знание качества гидрографических данных крайне важно для приложения для данных, поскольку у разных пользователей и разных приложений зачастую существуют различные требования к уровню качества данных. Чтобы достигнуть этого, хранители данных должны будут записать информацию о качестве о этих данных (то есть метаданные), чтобы гарантировать надежность. ISO 19 115 описывает абстрактную структуру для того, чтобы она описала цифровую географическую информацию, определяя качественные элементы метаданных и устанавливая единый набор терминологии метаданных, определений, и процедур для расширения. Эта часть также описывает, как использовать классы, элементы и режимы метаданных ISO 19 115 и включает в себя правила для увеличения качественных метаданных.

2.8 Каталог Объектов Каталог объектов является документом, который описывает содержание продукта данных. Он использует типы элементов продукта, например, объекты и атрибуты, из одного или более словарей данных объектов. Основной параметр классификации в каталоге объектов является классификация по типу объекта и информации о нем. Каталог объектов должен быть доступным в электронной форме для любого набора географических данных, содержащих объект. Каталог объектов может также соответствовать спецификации этой части S-100 независимо от любого существующего набора географических данных. Каталог объектов определен для каждой спецификации продукта. Объекты и их атрибуты связываются в каталоге объектов. Определения объектов и их атрибутов оттягиваются из Концептуального Словаря Объектов.

Эта часть определяет методологию того, как каталогизировать типы объектов, а также определяет, как классифицированы и сортированы типы объектов в каталоге объектов и как они представлены пользователям географических данных. Эта часть применяется для создания каталогов таких типов объектов, которые ранее не были каталогизированы и для изменения существующих каталогов объектов в соответствии с общепринятой практикой. Эта часть применяется к каталогизации типов объектов, которые представлены в цифровой форме. Принципы этой части могут быть расширены на каталогизацию других форм географических данных. Часть 2.5. применима к определению географических особенностей на уровне типа. Этот международный стандарт не применим к представлению отдельных экземпляров каждого типа.

2.9 Системы Координат Эта часть применима к производителям и пользователям гидрографической информации. Принципы этой части могут быть расширены на многие другие формы географической информации, такие как карты, схемы и текстовые документы.

Эта часть определяет концептуальную схему для описания пространственной привязки по координатам. Она описывает минимальные данные, требуемые для определения одномерной, двухмерной и трехмерная пространственной координатной привязки. Все элементы, необходимые, чтобы полностью определить пространственную привязку посредством систем координат и исходных геодезических дат, содержащихся в этом разделе. В этой части также описывается информация необходимая для перехода от одной системы координат к другой и все элементы, необходимые для описания параметров и методов операций с координатами, которые включают преобразования проекции и исходных геодезических дат. Информация о системах координат может быть представлена в полном использовании элементов, определенных в этой части или в отношении регистра информации о системах координат.

2.10 Пространственная Схема Эта часть определяет информацию, необходимую для описания и манипулирования пространственными характеристиками объекта. Эта часть основана на ISO 19 107 — Географической информации — Пространственная схема, однако пространственные требования S-100 являются более направленными, чем требования ISO 19 107. Этот профиль содержит подмножество классов ISO 19 107, которые включены в S-100.

2.11 Графические и сеточные данные Эта часть определяет модель для сеток данных для использования в Гидрографических приложениях, включая графические и сеточные данные. В этой части описывается организация, типы сеток и связанных с ними метаданных и пространственных привязок. Кодирование и формирование изображений и сеток данных выходят за пределы этой части S-100, хотя способ, которым происходит кодирование и формирование изображений используя идентифицированные модели, здесь определен. Эта часть основана на описанных в ISO 19 129 образных, сеточных и протяженных структурах данных.

Рис. 2.3 Графические данные Рис. 2.4. Сеточные данные

2.12 Графика Эта часть определяет модель изображений для определения и организации символов и правил необходимых для отображения характеристик продукта S-100.

2.13 Форматы кодирования Эта часть охватывает форматы кодирования. S-100 обязывает к использованию определенных форматов кодирования, таким образом, оставляя разработчикам изделия выбрать подходящие стандарты кодирования и задокументировать их выбранный формат. Проблема кодирования информации усложняется диапазоном кодирования стандартов, которые доступны. Таблица 3.2 содержит неполный список доступных стандартов кодирования, из которых схемы могут быть разработаны как дополнения к S-100 согласно требованиям. [5]

Таблица 3.2

3. Перспективы развития морских НКС Необходимость дальнейшего развития морских навигационно-картографических систем определяется продолжающимся ростом интенсификации судоходства, ужесточением экологических требований по защите вод Мирового океана, сокращением численности экипажей судов и другими факторами. Что в свою очередь стимулирует общую тенденцию совершенствования методов и средств судовождения.

В настоящее время ведется интенсивная работа по повышению эффективности существующих многофункциональных НКС. Лидером в этом направлении является российская фирма Транзас, обладающая большим опытом разработки программного обеспечения НКС, прогрессивной идеологией построения систем, а также большим интеллектуальным потенциалом.

Обобщая отрывочные и неполные сведения по прогнозу развития навигационно-картографических систем можно выделить следующие тенденции.

— Объединение картографической, радиолокационной и транспондерной информации, а также траекторных данных САРП, с отображением интегрированной информации на одном экране с адаптивным приоритетом тех данных, которые необходимы в конкретной ситуации.

— Совершенствование информационного обеспечения НКС путем включения в картографическую базу данных всей информации, имеющейся в навигационных пособиях и руководствах (лоциях, списках огней и знаков, таблицах приливов, справочнике по портам и т. д.).

— Объединение функций позиционирования, средств радиолокационной прокладки, приема гидрометеорологических и навигационных сообщений в одном аппаратно-программном модуле (приборе) НКС.

— Совершенствование средств математического обеспечения в части создания адаптивных алгоритмов оптимального решения прикладных задач навигации и предупреждения столкновений при минимуме временных и экономических затрат в результате их выполнения.

— Создание многомерных моделей местности и их использование в НКС для автоматизации процесса судовождения, а также при решении задачи поиска и добычи полезных ископаемых в районе континентального шельфа.

— Совершенствование интерактивного диалога судоводитель — техническое средство, а также средств управления и отображения информации.

— Автоматизация операций по корректуре электронных навигационных карт, электронных лоций и других электронных пособий по плаванию.

— Повышение объема документирования разносторонней информации (электронный судовой журнал, траекторные данные судна и встречных целей, информация о навигационной и радиолокационной обстановки маршрута и т. п.) при минимизации затрат памяти за счет селекции только полезной информации и ее последующего сжатия при записи в память. Все вышеперечисленные нововведения стали возможны с появлением нового стандарта МГО S-100 Универсальная гидрографическая модель данных. 2]

1 января 2010 S-100 вступил в силу S-100, он расширяет объем существующего Гидрографического стандарта Передачи Данных S-57. В отличие от S-57, S-100 по сути более гибок и создает условия для использования информации об изображении и данных c координатной привязкой, улучшенных метаданных и многочисленных форматов кодирования. Это также обеспечивает более гибкий и динамический режим обслуживания.

S-100 имеет много преимуществ:

S-100 служит основой для разработки следующего поколения продуктов ENC, так же как и других цифровых продуктов, требуемых гидрографическим, морским и ГИС сообществами. Так как состав S-100 может расширятся, не оказывая влияния на сам стандарт, мы можем видеть очень важные для судоводителей источники данных, продукты и службы.

Рис. 3.1. Ресурсы данных, продукты и службы поддерживаемые S-100

Они включают в себя:

— Графические и сеточные данные

— Навигационные пособия

— Сетевые службы

— Дополнительные военные слои информации

— 3D моделирование и зависимые от времени величины

— ЭНК внутренних водных путей

— Высокая батиметрия

— Классификация морского дна [7]

Рассматривая подробнее каждый из этих пунктов можно выявить те особенные плюсы, которые они дают непосредственно судоводителю.

Графические и сеточные данные определяют специально организованные сетки, которые будут использоваться для гидрографических данных и изображений, связанных с гидрографической информацией. Сетки бывают простые и сложные — многомерные сетки.

Гидрографические промеры глубин являются по их сути рядом результатов измерений полученных в определенных точках. Эти точки могут быть представлены в виде сетки несколькими различными способами: используя правильный интервал в сетках и неправильные сетки с ячейками переменного размера или элементами изображения (пиксели), которые соответствуют обработке промеров глубин как наборы точек.

Изображения также очень важны для гидрографических данных, включая изображения полученные с датчиков, таких как аэрофотосъемка или ЛАЗЕРНЫЙ ЛОКАТОР, фотографии, которые могут быть связаны с векторными данными и отсканированными бумажными картами, обычно известные как «растровые карты.» Благодаря сеточным и графическим данным мы сможем получать информацию о любом объекте карты в ячейке, причем информация не только о характеристиках объекта, но и выдержки из навигационных пособий, а также изображение объекта, причем, именно благодаря сетчатой структуре можно наблюдать объект с разных ракурсов. Эта особенность является крайне полезной при плавании в узкостях и в прибрежной зоне, когда для безопасного прохода необходимо точно знать место судна и его путь, для чего нужно четко опознавать ориентиры и затрачивать на это как можно меньше времени. Все это становится возможным при наличии как можно большей информации об объектах, что и предлагает нам этот компонент S-100.

Благодаря сетевым службам будет поддерживаться постоянное обновление имеющейся информации, что является одним из важнейших условий безопасного мореплавания. Погодная информация полностью интегрируется в навигационную среду ЭКНИС. Другими словами, судоводителю предоставляется возможность, не выходя из навигационного режима, просмотреть визуализированный и анимированный прогноз погоды до 5 суток вперёд и неограниченный по времени прогноз по климатическим базам данных. В определенном режиме работы системы судоводитель может проиграть переход по маршруту с визуализацией и анимацией погодных параметров в будущем времени. В далеких северных и южных полушариях лед — значительная опасность для навигации, в дополнение к опасностям, найденным в умеренных морях; интегрирование информации о льде в реальном времени или псевдореального времени в ЭНК — важный и естественный шаг к более безопасной полярной навигации.

Рис. 3.2 Пример ЭНК с интегрированной информацией о ледовой обстановке

S-100 поддерживает 3D продукты. Это открывает поле для 3D представления морской области, поддерживаемой официальным стандартом IHO, что позволяет пользователю ЭКНИС легко представлять навигационную обстановку, а также имеющиеся ориентиры. Различные исследования в области 3D ЭНК станут реальностью после прохождения необходимой процедуры одобрения.

Рис. 3.3 Пример 3D ЭНК

S-100 также поддерживает величины зависящие от времени. Как пример использования этого компонента можно рассмотреть изменение глубин вследствие приливо-отливных течений. Запасе воды под килем оговаривается в политиках многих компаний и также является одним из самых важных условий безопасного мореплавания, поэтому крайне важно иметь четкое представление об имеющихся глубинах. В некоторых районах, где суда с большой осадкой должны ждать прилива для прохода, а также в районах с большой разницей между уровнями малой и полной воды и сильными приливо-отливными течениями, этот компонент очень важен и особенно полезен, делая наглядными изменение уровня воды и направление приливо-отливных течений.

S-100 будет поддерживать новые приложения, которые идут вне традиционной гидрографии, например, высокоплотная батиметрия. [6]

Рис. 3.4. Пример ЭНК без высокоплотной батиметрии Рис. 3.5. Пример ЭНК с высокоплотной батиметрией Батиметрические ЭНК — это карты с дополнительными слоями, содержащих информацию о глубине высокой плотности. Кроме дополнительных изобат становится возможным батиметрия высокого разрешения. В создание таких карт вовлечены сотрудники Канадской гидрографической службы. Благодаря S-100 стало возможным привести батиметрию к такому уровню, которого никогда не видели прежде. Эти высококачественные файлы батиметрии должны быть созданы, доработаны и обновлены. Новые технологии и процессы должны быть приняты и усовершенствованы, и много критически важных вопросов должно быть решено, чтобы гарантировать максимальную эффективность. Черновой выпуск S-101 Спецификации ЭНК является большим шагом вперед, он предоставляет три использования. Канадская гидрографическая служба является примером использования этого стандарта, они работают с прямоугольными географическими ячейками в соответствии со следующей схемой:

— вход в гавань: данные о масштабе подхода и самой гавани (навигация от точки приема лоцмана до причала). Предложенная степень = 0.02°Ч0.02 °

— Прибрежный: континентальный шельф среднего масштаба (для прибрежной навигации и подхода к точкам принятия лоцмана). Предложенная степень = 0.1°Ч0.1°

— Обзорные: небольшой мир (планирование маршрута и океанский проход). Предложенная степень = 1°Ч1 °.

Используя эту схему, Канадская гидрографическая служба не будет требовать никаких рамок для зон съемок, а также прямоугольные географические ячейки устранят множество сложностей. 3 ]

Используя S-100, как основу, а в будущем S-101 дает судоводителю возможность создавать маршруты с учетом навигационных опасностей, погодных условий, а также баз данных по течениям и климатическим явлениям.

Осуществляется гибкое проигрывание перехода по маршруту с одновременной визуализацией и анимацией всех вышеуказанных компонент в нереальном времени, параметры которого устанавливает сам судоводитель. Расчет времени следования по маршруту можно выполнить с учетом многих компонентов: приливо-отливных течений, постоянных течений, климатической базы данных по ветрам и волнению и погодных условий. Предоставляется возможность производить расчет безопасного режима плавания, опасных курсов и скоростей судна для прогнозируемых погодных условий и климатических баз данных.

S-100 ориентирован на будущее настолько насколько это возможно. Примером являются форматы файлов. Стандарт не регламентирует и не ограничивает используемые форматы внешних файлов, а также их содержимое.

Использование разработанных ISO компонентов и терминологии поможет убедиться, что S-100 и его будущее развитие являются основным направлением картографической индустрии. Это также подтолкнет к более широкому использованию стандарта и позволит сократить затраты при реализации S-100 не только для гидрографической информации, но и для любого типа морских данных в других видах картографических приложений (например, морской GIS).

Соответствие с нормами ISO/TC211 максимизирует использование и развитие коммерческого массового программного обеспечения.

Будет большая совместимость с сетевыми службами, что позволит более легкое получение, обработку, анализ, доступ и представление данных.

Новые компоненты S-100 не будут разработаны изолированно от остальной части сообщества картографических информационных технологий.

В пределах установленных ISO/TC211 норм могут быть встроены любые новые необходимые требования.

Вместо того, чтобы расцениваться как просто стандарт для гидрографии, S-100 будет взаимодействовать с другими стандартами ISO/TC211 и профилями, такими как ДАЙДЖЕСТ НАТО.

Есть много государственных комитетов по стандартизации, которые в полной мере воспользуются S-100 соответствующего нормамISO/TC211.

Совместимая гидрографическая информация будет доступна не только гидрографическим офисам и оборудованию ECDIS. Это позволит гидрографическим офисам использовать совместимые источники картографических данных, например комбинировать топографию и гидрографию, чтобы создать карту прибрежной зоны. [7]

Интеграция с навигационной системой, базами данных по течениям и климатическим данным дает возможность реализовать многие уникальные возможности:

— погодная информация полностью интегрируется в навигационную среду ЭКНИС. Другими словами, судоводителю предоставляется возможность, не выходя из навигационного режима, просмотреть визуализированный и анимированный прогноз погоды до 5 суток вперёд и неограниченный по времени прогноз по климатическим базам данных. В определенном режиме работы системы судоводитель может проиграть переход по маршруту с визуализацией и анимацией погодных параметров в будущем времени.

— имеется возможность создания маршрутов с учетом навигационных опасностей, погодных условий, а также баз данных по течениям и климатическим явлениям. Осуществляется гибкое проигрывание перехода по маршруту с одновременной визуализацией и анимацией всех вышеуказанных компонент в нереальном времени, параметры которого устанавливает сам судоводитель.

— расчет времени следования по маршруту можно выполнить с учетом многих компонентов: приливо-отливных течений, постоянных течений, климатической базы данных по ветрам и волнению и погодных условий.

— предоставляется возможность производить расчет безопасного режима плавания, опасных курсов и скоростей судна для прогнозируемых погодных условий и климатических баз данных. 1]

Заключение

В данном реферате был проведен анализ особенностей принципиально нового стандарта хранения гидрографических данных S-100. Принятый ранее стандарт S-57 не удовлетворяет требованиям безопасности мореплавания. По сравнению с S-57, S-100 имеет следующие преимущества:

— гибкую структуру

— снимает ограничения на используемые форматы данных и форматы кодирования

— вводит новые компоненты, которые облегчают восприятие информации пользователем, такие как: сеточные и графические данные, высокоплотная батиметрия, 3D компоненты и зависящие от времени параметры.

Очевидно, что описанные достоинства S-100 являются важным аспектом безопасного плавания. Для принятия какого-либо решения необходимо обработать множество информации, отслеживать изменение различных параметров. С электронными картами нового поколения, созданными уже на основе нового стандарта, судоводитель получает огромное количество разносторонней информации быстро и удобно, так как эта информация собрана в одном месте и является легко доступной. Это позволяет судоводителю сосредоточиться на наблюдение и позволяет иметь больше времени для принятия решения.

Разработка S-100 — это шаг вперед, ведь он ориентирован на будущее настолько насколько это возможно. Стандарт не ограничен ни форматами данных, ни форматами кодировки, а все новые спецификации продуктов являются подмножеством S-100, что не требует создания новых версий. Благодаря S-100 становится возможной электронная навигация — коллекция, интеграция и отображение морской информации на судне и на берегу электронными средствами с целью усовершенствовать навигацию от места к месту и связанные с этим службы, безопасность в море и защита морской окружающей среды. S-100 является мощной базой для создания новых гидрографических проектов, которые облегчат навигацию и увеличат безопасность плавания.

Библиографический список

1. Дмитриев В. И. Навигация и лоция. Учебник для вузов/ Дмитриев В. И., Григорян В Л., Катенин В. А. -М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. — 471 c.

2. Сизов В. В. Морские навигационно-картографические системы/

Сизов В.В., Ростов-на-Дону «ИРИДИС», 2000. -128 с.

3. Louis Maltais Hydro international / гидрография, 2008. — С. 56 — 57

4. S-57, Версия 3.1 Стандарт МГО передачи цифровых гидрографических данных, Монако, Международное гидрографическое бюро, 2000. — 114 с.

5. S-100, 1.0.0 Универсальная модель гидрографических данных, Монако, Международное гидрографическое бюро, 2010. — 329 с.

6. www. e-navigation.com

7. www.iho.com