Katarzyna Tarasiuk Akademia Morska w Gdyni
Studenckie Koło Naukowe „Nawigator”
ANALIZA PORÓWNAWCZA
STANDARDOWEJ I ELEKTRONICZNEJ MAPY
NAWIGACYJNEJ
W prezentowanym artykule przedstawiono analizę porównawczą mapy standardowej z mapą elektroniczną. Uzyskano ją na zasadzie wyboru charakterystycznych elementów, które składają się na mapę oraz opisania ich w odpowiednim rozdziale. Każdy rozdział składa się z opisu danego elementu oddzielnie w mapie standardowej i elektronicznej, a następnie ukazuje różnice występujące pomiędzy tymi elementami w obu rodzajach map. Celem artykułu jest rozwiązanie ważnego problemu współ-czesnej nawigacji, jakim jest ukazanie różnic pomiędzy tymi mapami, oraz zaprezentowanie zalet, jakimi dysponuje mapa elektroniczna.
1. WPROWADZENIE
Standardowa mapa nawigacyjna jest jednym z najważniejszych narzędzi, pozwalających prowadzić bezpieczną żeglugę na statku. Pierwsze mapy były znane już w VI w. p.n.e. w Babilonii, natomiast Geografia Klaudiusza Ptolemeusza z II w. zawierała już opis konstrukcji map w odwzorowaniu stożkowym [2]. Oznacza to, że od ponad 27 wieków mapa dostarcza ludziom niezbędnych informacji umożliwiających graficzne rozwiązanie problemów dotyczących podróży, jej pla-nowania i realizowania.
Elektroniczna mapa nawigacyjna ENC (Electronic Navigational Chart) jest stosunkowo nową technologią, która ma swój początek w latach 80. XX wieku [5]. Wprowadza ona do życia nawigatora na mostku nowe, bardziej efektywne stan-dardy pracy oraz umożliwia dokładniejsze przestrzeganie prawideł z zakresu bez-pieczeństwa statku i żeglugi. Według IHO (International Navigational Organization) elektroniczne mapy dzielą się na dwie podstawowe grupy:
• te, które odpowiadają założeniom IMO (International Maritime Organization), znane również jako ECDIS (Electronic Chart Display and Information System); • wszystkie inne rodzaje map elektronicznych znanych jako ECS (Electronic
Chart Systems) [8].
Dzięki temu, że mapa elektroniczna integruje na jednym monitorze szereg różnorodnych informacji pochodzących z zewnętrznych urządzeń, m.in. takich, jak: RADAR, AIS, GPS, można ją uznać za system nawigacyjny, wspomagający
kierowanie statkiem. Jednakże, pomimo wielu zalet, nadal na większości jednostek żeglugi wielkiej nie zastąpiła ona w pełni konwencjonalnej mapy nawigacyjnej. Jest to m.in. rezultat standardów i przepisów, wprowadzanych przez organizacje IMO oraz IHO.
Na 73. sesji MSC (Maritime Safety Commitee), w dniach od 27 listopada do 6 grudnia 2000 roku, przyjęto zmieniony rozdział V (Bezpieczeństwo Żeglugi) Konwencji SOLAS (Safety of Life at Sea), który nabrał mocy 1 lipca 2002 roku [9]. Prawidło 19. nowego rozdziału V (Wymagania dotyczące posiadania przez statki systemów nawigacyjnych oraz wyposażenia) pozwala na zastąpienie papierowych map i wydawnictw nautycznych systemem ECDIS. Jednakże dalej, według ustępu 2.1.5, statek powinien mieć w rezerwie odpowiedni komplet map papierowych, gdy system ten jest częściowo lub w pełni wykorzystywany [3]. Jak widać, temat zastąpienia map papierowych elektronicznymi przysparza władzom organizacji morskich ciągłych problemów, a analizowanie i porównywanie ich cech jest nadal aktualne.
2. WYMAGANIA NARZUCONE MAPIE PAPIEROWEJ I ELEKTRONICZNEJ
Przede wszystkim obie mapy muszą spełniać wymogi konwencji SOLAS i rezolucji IMO oraz IHO. Jednym z nich jest prawidło V/27 (Mapy nawigacyjne i nautyczne), które jest niezbędne do spełnienia przez ENC, aby mogło być legalnie ekwiwalentne z mapą papierową. Ponadto od map wymaga się spełnienia wymo-gów technicznych, jak np. mapa papierowa powinna posiadać odpowiedni format i być wykonana z papieru o odpowiedniej klasie, który umożliwi nawigatorowi pełne jej eksploatowanie w warunkach morskich. Natomiast ENC, aby zapewnić bezawaryjną pracę systemu, musi dysponować odpowiednią liczbą sprawnych urządzeń technicznych i elektronicznych.
3. POZIOME UKŁADY ODNIESIENIA
W mapach papierowych przez cały okres ich użytkowania wykorzystano szereg poziomych układów odniesienia. Obecnie najczęściej spotykany jest układ WGS-84. Niestety, istnieją jeszcze statki, na których używane są stare lub niestandardowe mapy wydrukowane w innym niż WGS-84 układzie odniesienia. Utrudnia to bezpieczną żeglugę ze względu na poprawki, jakie trzeba wziąć pod uwagę przy korzystaniu z urządzeń nawigacyjnych, o charakterze międzynarodowym, ustala-jących pozycję statku.
Tabela 1
Rozwój modeli Ziemi w latach 1830–1948 [1]
Elipsoida odniesienia Rok określenia Wymiary półosi w metrach
duża mała Airy’ego Bessela Clarke`a Hayforda Krasowskiego WGS-60 WGS-72 GRS-80 WGS-84 1830 1841 1880 1924 1940 1960 1972 1980 1984 6 377 563 6 377 397 6 378 249 6 378 388 6 378 245 6 378 165 6 378 135 6 378 137 6 378 137 6 356 257 6 356 079 6 356 581 6 356 912 6 356 863 6 356 783 6 356 751 6 356 752 6 356 752
W mapach elektronicznych horyzontalnym układem odniesienia według ustaleń wydawnictwa IMO jest wyłącznie WGS-84. Jest to kolejny dowód międzynarodowej standaryzacji ENC i rezultat umożliwiający współdziałanie ENC, m.in. z GPS, bez konieczności czasochłonnego przeliczania przez nawi-gatora dodatkowych poprawek. Odciąża to jego pracę, przez co pozwala przezna-czyć więcej czasu na inne czynności związane z bezpiecznym prowadzeniem statku.
4. SKALA MAPY
W trakcie rejsu statkiem mapa należy do podstawowych dokumentów, obok Dziennika Pokładowego, służących do zapisu procesu nawigacji. Dzięki niej nawigator zna wyznaczony kurs, punkty zwrotu oraz potrafi określić pozycję statku poprzez prowadzenie zliczenia drogi. Według skali mapy dzielą się na trzy grupy: • mapy generalne o skali od 1:5 000 000 do 1:500 000;
• mapy brzegowe o skali od 1:500 000 do 1:25 000; • plany o skali od 1:25 000 do 1:500 [5].
Liczba map papierowych na statku jest uzależniona od jego trasy i pośrednio od skali mapy. Mapy mają taką skalę, w jakiej przygotował je ich edytor. Stanowią przeciwieństwo mapy elektronicznej, gdzie nawigator sam decyduje o wyświet-lanej skali, za pomocą myszki lub klawiatury płynnie przechodząc z jednej w drugą. Stwarza to poniekąd niebezpieczeństwo dla kierowania statkiem, gdyż nieumiejętne operowanie skalą mapy prowadzi do zatracenia rzeczywistych proporcji. W efekcie przeszkoda nawigacyjna może znajdować się znacznie bliżej niż widać na mapie. Problem ten rozwiązano przez wprowadzenie alarmu, który informuje o utracie konstrukcyjnej skali mapy.
5. ELEMENTY ZAWARTE W TREŚCI MAPY
Informacje zawarte w treści mapy umożliwiają zaplanowanie trasy przejścia tak, aby ominąć miejsca niebezpieczne dla żeglugi. Ponadto pomagają zidenty-fikować obiekty, dzięki którym będzie możliwe określenie pozycji własnej statku. Informacje te są prezentowane w formie graficznej, za pomocą znaków i symboli, które w ogólnym założeniu nie powinny zaciemniać obrazu mapy i utrudniać nawigatorowi jej interpretacji. Zasadniczy wpływ na czytelność mapy mają odpo-wiednio zestawione barwy oraz prostota obiektów. Na mapie papierowej elementy treści mapy są niezmienne. Nie można decydować o treści ukazanej na papierze, co jest przeciwieństwem i zarazem wielką zaletą mapy elektronicznej. Jednak aby nie dać nawigatorowi za dużej swobody w operacjach dodawania i usuwania sym-boli, co szczególnie w wypadku usuwania może być przyczyną sytuacji zagrożenia bezpieczeństwa statku, IMO w rezolucji A.817(19) w załączniku 2 podzieliło informacje prezentowane na mapach elektronicznych na trzy grupy:
1. Display base – zawiera informacje stałe, niezmienne, takie m.in. jak: • linia brzegowa;
• izobata bezpieczeństwa statku, wybrana przez nawigatora;
• wskazanie odosobnionych podwodnych niebezpieczeństw na głębokościach mniejszych niż izobata bezpieczeństwa statku, które leżą w obszarach wód bezpiecznych zdefiniowanych przez tę izobatę;
• systemy wyznaczania ruchu statków; • skala, zakres, zorientowanie;
• jednostki głębokości i wysokości.
2. Standard display – mapa zawiera informacje, gdy jest pierwszy raz wyświet-lona przez ECDIS, m.in. takie, jak:
• linia osuchów;
• wskazania stałych i pływających pomocy nawigacyjnych; • granice torów wodnych, kanałów itp.;
• obiekty rzucające się w oczy wizualnie i na radarze; • zakazane i ograniczone obszary;
• granice skali mapy.
3. All other information – zawiera informacje wyświetlane według decyzji nawi-gatora, m.in. takie, jak:
• punkty sondowań;
• podwodne kable i rurociągi; • trasy promów;
• szczegóły o wszystkich odosobnionych niebezpieczeństwach; • szczegóły o pomocach nawigacyjnych;
• data edycji ENC; • układ odniesienia; • deklinacja magnetyczna;
• nazwy miejsc [4].
6. ODWZOROWANIE KARTOGRAFICZNE I ZORIENTOWANIE
6.1. Odwzorowanie kartograficzne
Pierwszorzędnym wymogiem, stawianym morskim mapom nawigacyjnym, jest zasada, że kierunki na mapie muszą pokrywać się z rzeczywistymi kierunkami, co pozwala na wyznaczenie pozycji z pomiarów kątowych [5]. Przyjęte odwzorowanie kartograficzne powinno spełniać ten wymóg poprzez zachowanie wierności kątów. W związku z tym jednym z najczęściej spotykanych odwzorowań jest Transverse Mercator, które spełnia ową zasadę zachowania wierności kątów. Istnieje wiele innych odwzorowań kartograficznych, powstałych ze względu na przeznaczenie i obszar Ziemi, jaki będą przedstawiały na płaszczyźnie. W przy-padku map wiernie zachowujących powierzchnie, tzw. równopowierzchniowych, istnieją odwzorowania azymutalne Lamberta oraz odwzorowanie Mollweidego. Razem z mapami równoodległościowymi są one rzadziej spotykane w dziedzinie nawigacji z uwagi na fakt deformowania kątów [7].
Bez względu na wielość odwzorowań kartograficznych dana mapa papierowa jest wydrukowana w danym odwzorowaniu, określonym przez producenta, nato-miast mapa elektroniczna umożliwia wybór pomiędzy kilkoma odwzorowaniami.
6.2. Zorientowanie
Na większości map standardowych użyto jednego sposobu zorientowania, mianowicie zorientowania względem północy (North-up). Jest to niezbędne, aby kierunki na mapie pokrywały się z kierunkami rzeczywistymi (szerzej o tym w punkcie 5.1). Podobnie jak w przypadku odwzorowania kartograficznego, na mapach elektronicznych istnieje możliwość zmiany zorientowania, co więcej, zorientowanie obrazu na ENC można ustawić względem każdego dowolnego kursu. Należy jednak pamiętać, aby zorientowanie nie ulegało zbyt często zmianie, ponieważ może to doprowadzić do rozmazania obrazu [5].
7. PRACA NA MAPIE
7.1. Dane techniczne
Mapa elektroniczna zgodnie z ustawieniami nawigatora może pokazać mniej informacji, lecz bardziej skutecznych niż mapa standardowa. Według IMO oraz IHO efektywny obszar prezentowania mapy na monitorze powinien mieć wymiary co najmniej 270*270 mm. Ponadto rozmiar pojedynczego piksela nie powinien
przekraczać 0,3 mm. Standardowe wymiary mapy papierowej wynoszą 91*122 cm. Reasumując, powierzchnia ekranu jest około 12 razy mniejsza od powierzchni standardowej mapy nawigacyjnej. Ze względów ekonomicznych jest to zaleta – ekran monitora zajmuje znacznie mniej miejsca na stanowisku nawigatora niż mapa papierowa, dając nawigatorowi swobodę ruchu podczas wyznaczania trasy, punktów zwrotu, ogólnie przy pracy na mapie. Natomiast ze względów technicz-nych mniejszy ekran stwarza poważne ograniczenia. Na 1 cal kwadratowy na ekranie przypada oblisko 7000 punktów. Na papierze tych samych punktów na 1 calu kwadratowym przypada 1 440 000. Oznacza to, iż na papierze są około 200-krotnie większe możliwości [5].
7.2. Prowadzenie nawigacji
Prowadzenie nawigacji na papierowych mapach nawigacyjnych wymaga od nawigatora zdolności manualnych, jak również umiejętności poprawnej selekcji nadmiaru informacji, które odczytuje z mapy i wydawnictw nautycznych, do wykorzystania w danym momencie. W celu trafnego określenia obecnej sytuacji oficer sam powinien zanalizować i przetworzyć wiadomości otrzymane z urządzeń nawigacyjnych (GPS, RADAR), serwisu ostrzeżeń nawigacyjnych oraz wydaw-nictw nautycznych. Jedną z przyczyn rozwoju ENC jest umożliwienie przed-stawienia tych wszystkich informacji na monitorze. I tak, po uprzednim i odpo-wiednim ustawieniu właściwości ENC na ekranie wyświetla się mapa sprzężona z obrazem RADAR, a obok widoczne są informacje pobierane z GPS, tzn. pozycja, czas, ETA i wiele innych. Mapy elektroniczne w czasie rzeczywistym reagują na polecenia człowieka bez zakłócania obrazu, dlatego z roku na rok stają się coraz bardziej rozpowszechniane zarówno na statkach żeglugi wielkiej, jak i małych komercyjnych jednostkach.
8. AKTUALIZACJA MAP
Elementy zawarte w treści mapy oraz wydawnictwach nawigacyjnych ulegają ciągłym zmianom, dlatego sytuacja na niej przedstawiona może nie odpowiadać rzeczywistości. W wyniku tego zjawiska nawigator jest zmuszony do ciągłego, bieżącego aktualizowania map standardowych. Jest to konieczne, aby zapewnić załodze, jednostce i ładunkowi bezpieczeństwo podczas żeglugi. W zależności od sposobu podawania poprawek do wiadomości dzieli się je na:
• rozpowszechniane w formie publikacji „Wiadomości Żeglarskie” (Notices to Mariners) oraz ich uzupełnienia (Supplements);
• rozpowszechniane drogą radiową ostrzeżenia nawigacyjne (Radio Navigational Warnings) [5].
„Wiadomości Żeglarskie” wydawane są co tydzień i przekazywane do agencji lub bezpośrednio na statek. Nawigator wprowadza poprawki własnoręcznie
w zależności od rangi poprawki, tuszem lub ołówkiem, na mapę i do wydawnictw nawigacyjnych. Statek jest w ciągłym ruchu, dlatego niektóre edycje „Wiadomości Żeglarskich” nie trafiają do rąk nawigatora, przez co dowiaduje się on o niektórych poprawkach z pewnym opóźnieniem. W celu zapobieżenia temu powołano służbę do przekazywania informacji drogą radiową od razu po wykryciu niebezpie-czeństwa dla nawigacji. Kilka razy dziennie przez radiostacje brzegowe jest nadawany komunikat zawierający wszystkie informacje o niebezpieczeństwie.
W przypadku map elektronicznych problemu aktualizacji również nie można bagatelizować. Według IMO i IHO, ENC można uznać za w pełni ekwiwalentną z mapą standardową dopiero wówczas, gdy będzie aktualna co do rzeczywistości. Poprawki w mapach elektronicznych dzieli się na:
• punktowe; • obszarowe; • czasowe [5].
Natomiast nośniki do przekazu danych, czyli aktualizacji, przesyła się do użytkownika w postaci:
• analogowych „Wiadomości Żeglarskich”, które będą wprowadzane przez użyt-kownika,
• kaset lub dyskietek
• poprawek telekomunikacyjnych [5].
W mapach papierowych istnieje jedynie ręczna metoda aktualizacji. Współ-cześnie do tej metody dołączyły dodatkowo dwie za sprawą map elektronicznych. Są to:
• metoda półautomatyczna – gdzie praca operatora ogranicza się do połączenia danych aktualizujących z ECDIS;
Rys. 1. Zamawianie map i aktualizacji przez standardowy system e-mail na statku
według firmy TRANSAS MARINE [10]
9. WNIOSKI
W ciągu kilku ostatnich lat zauważa się ciągły wzrost zastosowania elektro-nicznych map nawigacyjnych na statkach. Jednak zanim mapa elektroniczna wyprze całkowicie z użytku mapę papierową, musi spełnić szereg prawideł i rezo-lucji organizacji międzynarodowych IMO oraz IHO. Ponadto, aby była uznana za legalny ekwiwalent zestawu map papierowych i publikacji nautycznych, powinna być zgodna z prawidłami SOLAS. W celu pełnego eksploatowania ENC konieczne jest wprowadzenie dodatkowych szkoleń dla przyszłych nawigatorów. Jest oczy-wiste, iż sposób prezentowania danych, jak i sama praca na mapie elektronicznej, różnią się znacząco od mapy papierowej.
Czynniki wpływające na te różnice przedstawione są na rysunku 2.
Z drugiej strony dobrze wyszkolony oficer, świadomy swojej wiedzy i umie-jący ją wykorzystać, wraz z postępem technologicznym wpłynie na wzrost zautomatyzowania urządzeń na mostku statku. Skutkuje to odciążeniem jego pracy, co w efekcie doprowadzi do wzrostu bezpieczeństwa jednostek na szlakach żeglownych.
Tabela 2
Analiza porównawcza mapy elektronicznej i standardowej
Charakterystyka mapy Mapa elektroniczna Mapa standardowa
Wymagania techniczne Odpowiednia liczba sprawnych urządzeń technicznych i elektronicznych
Odpowiedni format i klasa papieru, umożliwiające pracę w warunkach morskich Poziome układy
odniesienia
Wyłącznie WGS-84 Szereg różnorodnych
odwzorowań, głównie WGS-84 Skala mapy Decyduje o niej nawigator,
zmieniając ją w czasie rzeczywistym
Stała – wydrukowana przez producenta
Elementy zawarte w treści mapy
Zmienne znaki i symbole, zmienność w ilości i charakterze informacji, zmienność w doborze kolorów
Stałe znaki i symbole, ograniczony charakter i ilość informacji, ograniczony zasób kolorów
Zorientowanie mapy Zmienne – ustawione przez nawigatora
Stałe, zwykle North-up Metody aktualizacji Ręczna,
półautomatyczna, automatyczna
Wyłącznie ręczna
1. Bosy J., Układy geodezyjne i kartograficzne, Instytut Geodezji i Geoinformatyki, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu.
2. Encyklopedia Gazety Wyborczej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005. 3. Konwencja SOLAS (Safety of Life at Sea) 1974.
4. Resolution A.817(19), Performance Standards for Electronic Chart Display and Information Systems (ECDIS), 23 November 1995.
5. Weintrit A., Elektroniczna mapa nawigacyjna: wprowadzenie do nawigacyjnych systemów informacyjnych ECDIS, Wydawnictwo Uczelniane WSM w Gdyni, Gdynia 1997.
6. Weintrit A., Dziula P., Morgaś W., Obsługa i wykorzystanie systemu ECDIS: przewodnik do ćwiczeń na symulatorze, Wydawnictwo Akademii Morskiej w Gdyni, Gdynia 2007.
Źródła internetowe:
7. http://pl.wikipedia.org/wiki/Strona_g%C5%82%C3%B3wna. 8. http://www.iho-ohi.net/english/home/.
9. http://www.imo.org/. 10. http://www.transas.com/.
PAPER STANDARD NAVIGATIONAL CHART VERSUS ELECTRONIC NAVIGATIONAL CHART
Summary
In the presented article there is declared a comparing analysis between standard and electronic charts. It was obtained by choosing characteristic points, which consist to the whole map and describing them in appropriate allocations. Every part consist of description of exact element separately for standard chart and electronic chart. Then there are showed differences between elements in both kinds of chart. The object of the article is to solve the certain problem of the modern navigation, to present the differences between those charts and to recommend the electronic chart.
