Процесс создания электронной навигационной карты

Данная статья представляет собой экскурс в процесс создания электронной навигационной карты и попытку ответить на вопрос: «Почему штурману знания об этом могут быть полезны?».

Безусловно, первым звеном в цепи событий будет инициатива, проявленная организацией заинтересованной в получении современных гидрографических данных. Наиболее часто такой организацией будет национальная гидрографическая служба (например, United Kingdom Hydrographic Office – UKHO в Великобритании или Главное упавление навигации и океанографии – ГУНиО в России). Привычным стал тот факт, что издание навигационных карт и пособий лежит в сфере интересов оборонных ведомств, так как без них невозможно гарантировать боеготовность национального военно-морского флота (ВМФ). По этой причине до недавнего времени военные специалисты производили весь цикл работ, необходимых для создания навигационных документов. Однако, в текущий момент времени наметилась тенденция к широкому привлечению коммерческих компаний для решения некоторых специфических задач. Растущая стоимость постройки и эксплуатации специализированных гидрографических и, в особенности, экспедиционных судов приводит к тому, что ВМФ старается сократить их количество в своём составе до минимума, и возложить наиболее дорогостоящую и трудоёмкую часть работ – сбор данных – на коммерческого подрядчика. Таким образом, роль национального гидрографического ведомства сводится к формулированию концепции по поддержанию и развитию национального банка океанографических данных, выработке спецификаций для промера, если его выполнение возложено на третью сторону, а также предоставление информации в виде, соответствующем интересам конечного пользователя.

Теперь возникает вполне закономерный вопрос: какие же стандарты лежат в основе сбора данных, и о каких именно данных идёт речь. Ведущая роль в унификации требований, предъявляемых к гидрографической информации, используемой для создания навигационных карт, принадлежит Международной гидрографической организации – International Hydrographic Organisation (IHO). Наиболее важными, являются следующие руководства:

• S-44 IHO Standards for Hydrographic Surveys
• S-52 Specifications for Chart Content and Display Aspects of ECDIS
• S-57 IHO Transfer Standard for Digital Hydrographic Data
• S-61 Product Specification for Raster Navigational Charts (RNC)
• S-65 ENC Production Guidance

Все указанные документы размещены на веб-узле IHO и доступны бесплатно.
Для построения навигационной карты используются следующие виды данных:

• Результат промера многолучевым эхолотом
• Результат съёмки гидролокатором бокового обзора
• Пробы грунта
• Промер однолучевым эхолотом в особо мелководных зонах

Когда сведения собраны в соответствии с требованиями задания, выданного заказчиком, и предоставлены ему, приходит очередь их обработки и интерпретации. Следует отметить, что процесс создания любой современной карты полностью цифровой (вне зависимости от того бумажная ли требуется карта или электронная). Исходными источниками для работы будут: массив, содержащий данные о точках морского дна (координаты X, Y, Z и служебная информация) – от эхолота и графические файлы в которых каждый пиксель изображения соотнесён с фактической позицией объекта на дне (обычно, прямоугольные координаты) – от гидролокатора бокового обзора. Результат промера эхолотом после подготовки импортируется в специальное программное обеспечение, с помощью которого производится построение трёхмерной модели морского дна. На этом этапе принципиально важно выявить ложные эхо-сигналы, пришедшие (в случае с многолучевым эхолотом) от биологических целей и препятствий, находящихся в водяном столбе (таких как пузырьки воздуха от работы пропульсивного комплекса судна). Действие этих факторов может привести к формированию машинным алгоритмом узких вертикальных «пиков» на сгенерированной поверхности. Оператор в таком случае должен, полагаясь на свой опыт, определить, является ли объект на дне ошибкой, или это действительно навигационная опасность (например, мачта занесённого грунтом затонувшего судна). В некоторых случаях может потребоваться выполнение гидрографического траления для прояснения обстановки.

После того, как была построена поверхность морского дна, результат будет экспортирован в специализированное картографическое программное обеспечение (например “ArcGIS Map” или любое другое в зависимости от требуемого продукта). На этом этапе производится формирование сетки координат, нанесение изобат, условных знаков, в результате чего будет получен привычный глазу штурмана результат – карта.

Пример 3-х мерной модели дна, использованной для создания карты (ПО “ Fledermaus”, набор данных Shallow Survey Conference Common Data Set 2001)

Итак, зачем же судоводителю иметь представление о том, как она создаётся? Я вижу как минимум, две причины. Первая – ни одна, даже самая совершенная, карта не является идеальным, на 100% точным изображением морского дна. Она переставляет собой двумерную модель, в то время как оригинал является трехмерной поверхностью, созданной программным обеспечением по результатам промера многолучевым эхолотом. В результате этого возникает психологический барьер, мешающий правильно интерпретировать информацию с карты. Это выражается в следующем: во время планирования перехода, как правило, маршрут готовится по аналогии с движением по обычной дороге, а значение глубины определяет, можно следовать в данном направлении, или нет. При рассмотрении искусственно поддерживаемого фарватера возникает искушение верить, что он представляет собой углубление правильной формы с гарантированными характеристиками в пределах зоны, обозначенной буями, или вехами. Такой подход может привести к опасным последствиям.

На самом деле канал больше похож на обычный сухопутный овраг, а средства навигационного обеспечения (СНО) просто установлены так, чтобы обеспечить безопасный проход по нему. Зачастую, (особенно в китайских водах) можно наблюдать, как изобата меньшей глубины оказывается между буями, обозначающими безопасный проход, или вплотную приближается по касательной к границе канала. Учитывая, что буйреп имеет запас слабины для компенсации действия прилива, в малую воду буй может оказаться немного в стороне от места, обозначенного на карте, что создаст угрозу выхода судна на мелководный участок, если штурман слепо положился на СНО, проигнорировав рельеф дна, отображённый на карте. Было бы логично проследить за характером расположения изобат, попытаться представить, как выглядит дно, и выполнить прокладку по самой глубокой части (конечно, с учётом местных правил плавания).

Ещё один очень важный фактор, который нельзя игнорировать штурману: стремление издателя карты интегрировать в неё столько уже имеющихся данных, сколько возможно без вреда для её ценности. Как отмечалось выше, выполнение промера – исключительно дорогостоящая операция, поэтому стремление к сокращению объёма таких работ вполне оправданно. Национальные гидрографические службы собирают океанографический материал в течение длительного времени и они, почти наверняка, будут иметь возможность покрыть им интересующую зону частично, или даже полностью. Появление в недавнем прошлом такого класса программного обеспечения как географические информационные системы (ГИС) ещё более упростило задачу объединения и упорядочивания результатов промера проведённого в разные годы, даже в тех случаях, когда он выполнен с использованием различных моделей Земли и систем координат. Поэтому свежеизданная карта не обязательно будет полностью состоять из результатов недавних съёмок. Районы активного судоходства, зоны якорных стоянок, фарватеры, подходы к причалам, безусловно, будут тщательно обследованы с применением современного оборудования. Однако, наряду с этим, очень велика вероятность того, что на карту будут нанесены значения глубин, полученные с помощью гораздо менее надёжных средств, таких как электромеханический эхолот и ручной лот. На привычной адмиралтейской бумажной карте обязательно будет приведена диаграмма надёжности (reliability diagram), с которой можно получить информацию о степени достоверности данных на различных участках карты, времени обследования и применявшихся при этом приборах. Сложнее дело обстоит с электронными картами. В любой системе будет предусмотрена возможность ознакомиться со свойствами карты (дата издания, датум и др.), однако проверить актуальность гидрографических данных практически невозможно. Поэтому следует помнить: «На вашей современной электронной карте могут содержаться не адекватные фактическому состоянию дел сведения».

Отмеченное обстоятельство сыграло злую шутку с экипажем многоцелевой атомной подводной лодки (АПЛ) военно-морских сил (ВМС) США USS “San-Francisco”[2]. В 2005 году произошло столкновение этой АПЛ на полном ходу, с подводной горой юго-восточнее острова Гуам. В результате один член экипажа погиб и девяносто восемь получили травмы различной степени тяжести. Носовая оконечность ПЛ была повреждена настолько тяжело, что в последствие ремонт был проведён заменой этой части корпуса на соответствующий элемент конструкции однотипной ПЛ, ранее выведенной из состава флота.

К сожалению, официальные результаты расследования найти не удалось, но подавляющее большинство источников сходятся в следующем: на борту имелось 5 разных карт (какие именно, достоверно не известно). На засекреченной бумажной карте, использовавшейся во время перехода, препятствие отмечено не было, однако, на остальных оно было обозначено как «зона воды отличающаяся по цвету» (discoloured water). Этого оказалось достаточно для того, чтобы признать командира виновным в пренебрежении процедурами контроля за планированием перехода.

Таким образом, наилучшим средством контроля за объективностью отображения навигационной обстановки на карте (любой), следует признать сопоставление приведённых сведений с информацией из других источников (лоции, карты и пособия, изданные другими гидрографическими ведомствами).

В заключение, хотелось бы свести все мысли воедино. Какими бы совершенными ни были средства, предоставляющие вам информацию о районе плавания, они пока не отображают дно таким, как оно есть на самом деле, и поэтомуследует трезво оценивать их возможности и понимать ограничения с тем, чтобы сформировать максимально достоверное мнение о фактической обстановке и обеспечить требуемый уровень безопасности мореплавания.

Список использованных источников:

1. Веб узел международной гидрографической организации, перечень стандартов и публикаций 
2. Портал новостей
3. Веб узел компании IVS 3D (изображение комбинации растровой карты и 3-х мерной модели дна, полученной в результате съемки многолучевым эхолотом)

Автор: Андрей Чемодуров

Статья опубликована: http://key4mate.com.ua/blog/process-sozdaniya-elektronnoj-navigacionnoj-karty.html