Выделяют три основных аспекта, обеспечивающие эффективность НИС: • Использование точных откорректированных данных, включающих картографическую и всю другую относящуюся к навигации информацию;
• Четкое знание возможностей и ограничений всей системы (аппаратных
средств, программного обеспечения, данных, датчиков информации, дисплея);
• Знание, какую информацию и когда необходимо использовать при решении задач.
При работе с НИС следует оценивать ее ограничения и погрешности, которые могут быть вызваны:
- несовершенством устройств цифрования карты и средств ее отображения;
- неточностью и недостаточной подробностью картографической информации;
- погрешностями, обусловленными ошибками датчиков информации;
- различием систем отсчета датчиков с координатной системой карты;
- ошибочной интерпретацией данных.
Погрешности цифрования карты. В большинстве случаев данные ЭК получаются путем цифрового представления информации бумажных карт с помощью дигитайзерных или сканерных технологий. В результате электронные карты наследуют все недостатки, присущие бумажным картам, и включают погрешности процесса перевода данных в цифровой вид.
Погрешности, обусловленные разрешающей способностью устройств цифрования. Современные дигитайзеры и сканеры имеют
определенную разрешающую способность, что приводит к соответствующим погрешностям данных ЭК.
Так, например, после сканирования бумажной карты пиксель официальной растровой карты масштаба 1:40000 в формате BSB при представлении на экране занимает площадь 4 м2.
Погрешности графики бумажных карт. Точки, различного вида линии на бумажной карте имеют определенную толщину и нанесены не абсолютно точно. Толщина линий на бумажной карте может достигать 1 мм. Погрешности графики превышают разрешающую способность масштаба бумажной карты. При цифровании бумажных карт, погрешности их графики переносятся в данные ЭК. При масштабе 1:40000 они могут быть причиной ошибок от 40 до 80 м. в положении объектов.
Погрешности графики и устройств цифрования бумажных карт полностью входят в данные ЭК. Следует иметь в виду, что при отображении электронной карты в масштабе, более крупном, чем оригинальный, величина этих погрешностей не уменьшается.
Погрешности, обусловленные человеческим фактором. Следует отметить, что процесс получение цифровых данных ЭК на основе бумажных карт не является полностью автоматическим.
В дигитайзерных технологиях производства векторных карт доля ручного труда велика. При использовании сканерных методов получения этих карт доля ручного труда значительно меньше, но все равно остается.
Касаясь растровых карт, следует обратить внимание, что их проекционная сетка, служащая основой для определения координат судна при исполнительной прокладке и для нахождения координат других объектов, нередко наносилась вручную, с присущими для этого способа погрешностями. Когда для ряда карт основа была пересчитана с помощью компьютера, то нередко выявлялись расхождения между результатами ручного и компьютерного выполнения этой задачи.
На основании вышеизложенного можно заключить, что данным электронных карт могут быть присущи погрешности, обусловленные человеческим фактором.
Касаясь несовершенства средства отображения карты - дисплея, отметим следующее.
Недостаточные размеры экрана монитора. Окно высвечивания карты на экране дисплея обычно составляет примерно 1/6 часть бумажной карты. Поэтому при одинаковом с бумажной картой масштабе ЭК отображает меньший район, размеры которого в ряде случаев могут быть малы для оценки ситуации. Кроме того, дистанция обзора акватории по носу судна в истинном режиме движения может оказаться недостаточной при подходе символа судна к рамке карты. Эти случаи приводят к необходимости смещения карты либо периодического использования более мелкого масштаба отображения.
■ С течением времени происходит постепенное увеличение экранов мониторов, применяемых в НИС, и приближение их к размерам бумажных навигационных карт. Поэтому определенное негативное влияние малости размеров экранов НИС постепенно ослабляется.
Погрешности, обусловленные разрешающей способностью монитора. Размер пикселя дисплеев, на которых отображаются электронные карты, составляет порядка 0.2-5-0.3 мм. Отсюда может быть установлена предельная точность масштаба карты. Для карты масштаба 1:50000 при размере пикселя 0.3 мм она, например, составляет 15 м. Эта точность уже хуже, чем точность определения места по DGPS, и требуемая точность определения положения в стесненных водах.
На точность положения объектов на карте влияет и размер символов. Например, точка, представляющая огонь на растровых картах в формате BSB включает по ширине минимум девять пикселей. В масштабе 1:40000 это составляет площадь с диаметром 36 м2.
6.4. Качество картографических данных.
Под качеством навигационных карт (картографических данных) понимается совокупность свойств, обеспечивающих способность карты удовлетворять целям судовождения. Качество карты оценивается набором показателей, характеризующих отдельные ее свойства: полноту, достоверность, современность, точность, наглядность изображения и др.
Точность карт может быть определена как соответствие позиций изображенных на карте объектов и явлений действительности, т.е. как истинность местоположения, размеров, плановых очертаний и высот объектов. Точность оценивается величинами абсолютных и относительных позиционных погрешностей, характеризующих отклонения координат объектов на карте от их истинных значений.
Неточность картографической информации является следствием ошибок геодезических съемок и погрешностей, допущенных при составлении карты.
С ходом времени точность картографических съемок улучшалась, так как совершенствовалась аппаратура для производства геодезических наблюдений. Поэтому, как правило, карты, основанные на данных более поздних съемок, точнее карт, составленных по результатам раньше проведенных съемок.
Погрешности карт, основанных на данных старых съемок. В настоящее время наблюдается отсутствие современных гидрографических съемок побережья ряда развивающихся стран, особенно островов. В практике судовождения еще используются карты, составленные по съемкам 19 века. Этим картам присущи существенные погрешности определения, как опорных геодезических пунктов, так и объектов, положение которых находилось путем привязки к ним. Погрешности опорных точек обычно больше и вносят систематические отклонения (сдвиг системы отсчета) в положение участков побережья. Ошибки привязки других элементов карты к опорным пунктам меньше, но имеют случайный, трудно учитываемый характер.
Погрешности опорных геодезических пунктов являются причиной смещения позиций участков побережья и опасностей, причем направление и величина сдвига разных участков могут отличаться. Так как ошибки привязки объектов к опорным пунктам меньше погрешностей этих пунктов, то на карте сохраняется верная картина расположения объектов, однако все изображение имеет сдвиг по широте и долготе. Относительно WGS84 этот сдвиг нередко превышает одну милю. Максимальное зафиксированное его значение составляет 7 миль.
До недавнего времени существующим «сдвигам» систем отсчета координат карт не придавалось особого значения, так как позиция судна находилась по береговым ориентирам. В результате обсервованное место судна по отношению к опасностям не имело сдвига. Чтобы исключить влияние различных датумов карт на точность прокладки, выполнялась лишь рекомендация: переходить с карты на карту не по координатам, а по пеленгу и дистанции определенного объекта.
Положение изменилось при широком использовании приемоиндикаторов GPS, дающих Координаты места в единой для всего Земного шара системе WGS84", относительно которой локальные системы координат отдельных карт смещены на ту или другую величину.
Сдвиг положения элементов карты, основанной на старой съемке, имеет плавное с разным характером изменение по мере перехода от участков, найденным по одним опорным пунктам, к участкам, нанесенным относительно других опорных точек, что затрудняет его учет. Случайные погрешности определения отдельных объектов по опорным пунктам не имеют никакой системы. Поэтому пересчитать положение объектов этих карт в систему WGS84 с удовлетворительной точностью не удается. Ввиду существенного отличия от WGS84 систем отсчета координат карт, составленных по результатам старых съемок, судовождение по информации GPS на этих картах опасно. Используя эти карты, безопаснее применять визуальные и радиолокационные обсервации по береговым ориентирам. В этом случае погрешности опорных пунктов не влияют на точность определений места относительно препятствий. Чтобы учесть погрешности позиций объектов, определенных относительно опорных точек, следует, при использовании карт, основанных на старых съемках, обходить опасности на большем расстоянии.
Информация о глубинах на картах, базирующихся на старой съемке, также не отличается высокой точностью и подробностью.
Недостатки карт, основанных на результатах нескольких съемок. Достаточно много бумажных карт представляют собой комбинацию данных нескольких съемок, собранных из разных источников за большой период времени. В результате одна карта может включать районы, где съемки основывались на использовании уровня и секстана, и области высокоточных геодезических данных.
Неточность карт, основанных на съемках, проводимых с помощью береговых РНС. Многие мореплаватели, часто в своей деятельности определявшие место судна путем привязки к береговым объектам, считают, что точность данных карты всегда выше, чем проводимых обсерваций. К сожалению, в настоящее время как бумажные, так и электронные карты не всегда оправдывают эти ожидания.
Гидрографические съемки, которые проводились с использованием высокоточных береговых РНС вплоть до 1980 г, и по результатам которых составлено большинство навигационных карт, обеспечивали в среднем точность ±20 м (Р=0.95). Однако современные навигационные спутниковые системы, даже не в дифференциальном режиме, представляют данные с более высокой точностью. В результате, нередко от мореплавателей приходят жалобы на системы с электронными картами, что при их использовании символ судна оказался на пирсе, или вне канала, по которому идет судно, либо о других подобных ситуациях. Судоводители должны понимать, что нередко причиной этого является неточность данных карт (бумажных, ЭНК, РНК).
Учитывая серьезные недостатки старых съемок и значительно меньшие, но существенные (с точки зрения требований современного судовождения) погрешности геодезических съемок местности, проводимых в недавнем прошлом, необходимо осознавать, что судовождение по данным GPS при плавании в узких проходах и в других тесненных водах небезопасно. С большим доверием здесь необходимо относиться к радиолокационным и визуальным определениям по береговым ориентирам;- считать основными определения по GPS и полностью полагаться на них можно только, а открытом море и в прибрежных водах вдали от опасностей, а также в районах, где данные электронных карт получены по результатам новых высокоточных съемок.
Полнота данных кар т. Вопрос недостаточной подробности данных чаще всего касается значений глубин. Достоверными промерами глубин пока охвачен лишь малый процент вод Мирового океана. Довольно часто на картах можно заметить «белые пятна» в оцифровках глубин, свидетельствующие об отсутствии батиметрической информации на этих участках.
В районах, необеспеченных подробными промерами глубин, могут встретиться опасные для судна участки. Наиболее внимательно требуется относиться к акваториям со сложным рельефом дна. Обычно это районы с каменистым грунтом, в которых резко изменяются глубины. В случаях недостаточности промеров в акваториях со сложным рельефом дна могут встретиться ненанесенные на карту опасные глубины.
Реальность таких опасностей подтверждена тем, что довольно часто при проведении новых подробных промеров обнаруживаются не отмеченные на картах изменения глубин, некоторые из которых представляют опасность для судовождения.
Современность карт. Одной из причин, лежащих в основе требования к осуществлению постоянного наблюдения на переходе, является возможность встречи неучтенных на картах изменений в реальной обстановке. Эти изменения могут быть вызваны:
- Результатами хозяйственной деятельности человека;
- Действием естественных сил;
- Утонувшими объектами.
Результатом деятельности человека на акваториях портов, на участках шельфа и около берега могут быть построенные новые пирсы, причалы, нефтяные вышки и другие объекты, намытые насыпи, прорытые каналы и т.д. Кроме того, некоторые из имеемых на карте объектов, могут быть снесены, убраны или разрушены с той или иной целью. Проведенные в реальной обстановке' изменения вносятся на карту, когда соответствующие власти предоставляют о них информацию. К сожалению, во многих случаях эти документы подаются с большим запозданием.
К естественным причинам изменений в реальной обстановке относятся явления подмывания берега, эрозия почвы, оползни и наносные явления, размывание дна, перемещения грунта, результаты извержений подводных вулканов и землетрясений. Судоводители должны быть особенно внимательны в мелководных районах, где наблюдаются процессы, в результате которых происходит изменение глубин.
Оценка степени доверия к электронным картам. Как можно заметить из вышеизложенного, по качеству довольно много картографических данных не отвечают современным требованиям судовождения. Доля информации, основанной на низкоточной съемке и промерах глубин, еще велика. Достаточно сказать, что в 2002 году в коллекции навигационных карт США свыше 50% информации о глубинах составляли данные, полученные до 1940 года, т.е. свыше полувека назад. Об этом также свидетельствует наличие на многих картах «белых пятен» в оцифровках глубин, недостоверных (пунктирных) изобат, а также надписей положение сомнительно -«ПС» и существование сомнительно - «СС» (на адмиралтейских картах: «РA»- Position approximate, «PD»- Position doubtful).
Наиболее радикальным путем обеспечения высокого качества карт является их переиздание на базе современных геодезических и гидрографических съемок. Однако этот путь требует очень много труда, длительного времени и больших затрат.
Пока же судоводители обязаны не только использовать картографическую информацию, но и оценивать ее качество. Под оценкой навигационной карты (степени доверия к карте) следует понимать заключение о ее качестве с позиции безопасности плавания, сделанное на основе анализа сведений о карте. При этом необходимо обращать внимание на следующие моменты:
- Кто издатель карты; Дата издания; Источник картографических данных и время их получения; Масштаб карты;
- Ноль глубин;
Подробность промеров глубин и Способ их выполнения (подтверждения);
- Рельеф и грунт морского дна;
- Наличие районов, где возможно перемещение грунта (устья рек и участки
действия сильных приливо-отливных течений);
- Наличие шельфовых участков, где производится поиск газа и нефти, и где
могут появиться неотмеченные на картах конструкции.