I N Ż Y N I E R I A R U C H U M O R S K I E G O 2 00 5
ZESZYTY NAUKOWE NR 6(78)
AKADEMII MORSKIEJ
W SZCZECINIEAndrzej Bąk
Proces tworzenia mapy na potrzeby
nawigacyjnego systemu pilotowego
Słowa kluczowe: nawigacyjny system pilotowy, mapa.
Przedstawiono proces budowy mapy wykorzystywanej w nawigacyjnym syste-mie pilotowym oraz koncepcję bazy danych, jak i warstwową budowę samej mapy nawigacyjnej. Szczególny nacisk położono na wymagania, jakie powinna spełniać taka mapa. Opisano także aplikacje pomocne w procesie tworzenia mapy nawiga-cyjnego systemu pilotowego.
Pilot Navigation System Chart Production Process
Keywords: Pilot Navigation System, chart.
The paper presents the process of producing a chart for the pilot navigation system. The structure of databaseand s layered structure of the chart itself are pre-sented. The author put emphasis on necessary chart requirements. Finally, origi-nal computer applications are presented as a useful tool in making navigation sys-tem charts
Wprowadzenie
Biorąc pod uwagę bezpieczeństwo statku na akwenach ograniczonych, ja-sno widać, iż jest ono ściśle związane z intensywnością ruchu statków. W przy-padku torów podejściowych do portów, które są szczególnym przypadkiem akwenów ograniczonych, szeroko stosowana jest żegluga z wykorzystaniem na-wigacyjnych systemów pilotowych (Pilot Navigation System – PNS). Systemy te doskonale poprawiają przepustowość jak i koordynację ruchu statków, a co za tym idzie poprawiają bezpieczeństwo żeglugi na tych akwenach. Nieodzownym elementem takiego pilotowego systemu nawigacyjnego jest elektroniczna mapa nawigacyjna. Porównując właściwości obecnie dostępnych map elektronicz-nych, zarówno rastrowych jak i wektorowych, z wymaganiami i oczekiwaniami pilotów, czyli użytkowników tych systemów, stwierdzono, iż mapy te nie w peł-ni spełpeł-niają stawiane im wymagapeł-nia. Wypeł-nikiem tego było opracowapeł-nie własnej elektronicznej wektorowej mapy nawigacyjnej na potrzeby pilotowego systemu nawigacyjnego dla toru wodnego Szczecin – Świnoujście.
1. Koncepcja bazy danych na potrzeby pilotowego systemu
nawigacyjnego
Na podstawie przeprowadzonych badań ankietowych wśród pilotów i kapi-tanów żeglugi wielkiej posiadających uprawnienia pilotowe opracowano wyma-gania, jakie musi spełniać elektroniczna mapa nawigacyjna wykorzystywana w systemie pilotowym. Utworzona też została komputerowa baza danych, która posłużyła do opracowania elektronicznej mapy nawigacyjnej. Wymagania, jakie powinna spełniać mapa w nawigacyjnym systemie pilotowym zebrano w tabeli 1.
Po przeanalizowaniu wyników okazało się, że oczywisty był wybór mapy wektorowej, gdyż tylko taka może sprostać stawianym jej wymaganiom. Obecne na rynku mapy elektroniczne po części je spełniają, jednak jednocześnie są wy-posażone w wiele funkcji, które są zbędne w PNS. Dodatkowo aplikacje do two-rzenia map wektorowych w formacie S–57 są stosunkowo drogie. Postanowiono zatem opracować własną bazę danych, zawierającą dane potrzebne do opraco-wania elektronicznej mapy nawigacyjnej. Sama budowa bazy danych odzwier-ciedla warstwową budowę mapy, przez co proces jej tworzenia jest stosunkowo prosty. Rysunek 1 przedstawia wspomniane wyżej podobieństwa.
Sama baza danych zawiera w tabelach informacje o obiektach wraz z ich atrybutami. Do obiektów tych zaliczają się:
1. Punkty: sondaż pojedynczy, pława, stawa, odbojnica, poler.
2. Linie (polilinie): linia brzegowa, nabieżnik, nabrzeże, oś toru. 3. Poligony: ląd stały,
obszary wodne o różnych głębokościach, izobaty.
Tabela 1 Wyniki badań ekspertowych dotyczących wymagań stawianym
elektronicznej mapie nawigacyjnej w PNS
Lp. Opis funkcji Wymagania
1. Zobrazowanie według północy, według osi toru, według nabrzeża. 2. Skala mapy zmienna
3. Centrowanie mapy automatyczny, ręczny 4. Elementy stale
widoczne
linia brzegowa, oś toru wodnego, bezpieczna izobata, stawy,
pławy,
linie nabieżnika,
kable, rurociągi, światłowody, numer stawy, pławy lub ich nazwa. 5. Elementy widoczne
na żądanie
skarpa toru wodnego, sektory świateł, kilometry osi toru.
W celu właściwej interpretacji obiektu, jak i jego wyglądu, konieczne było na-danie obiektom unikalnych identyfikatorów jak i zestawu atrybutów, które defi-niują szczegółowo wygląd obiektu na mapie. Przykładowy zestaw atrybutów po-jedynczego obiektu przedstawia tabela 2.
Poszczególne wartości atrybutów odpowiadają konkretnym wartościom w skorelowanej bazie danych, gdzie przechowywane są konkretne wartości atrybutów służące do bezpośredniego wykorzystania w procesie tworzenia elek-tronicznej mapy nawigacyjnej. Rysunek 2 przedstawia wartości atrybutu „CPen”, który jest odpowiedzialny za kolor rysowanej linii.
Rys. 1. Podobieństwo pomiędzy strukturą bazy danych a strukturą mapy
Tabela 2 Obiekt "Linia brzegowa" wraz z atrybutami
ID Shape Type Num Points Xco- ordinate Yco-
ordinate Style Cpen Width
Pat- tern Cfill Re- marks 1 CoastLine 7 468011.9 5946105.01 1 9 0 1 8 Land Area 2 468505.02 5945779.07 3 468585.16 5945898.74 4 468375.7 5946045.74 5 468087.11 5946225.65 6 468039.87 5946149.49 7 468011.9 5946105.01
Podobnie zdefiniowane są pozostałe atrybuty. Taka hierarchiczna budowa pozwala na łatwą modyfikację mapy, jak i na łatwe i przejrzyste grupowanie da-nych hydrograficzda-nych. Mapa tworzona na potrzeby nawigacyjnego systemu pi-lotowego skonstruowana została na elipsoidzie WGS84 w układzie UTM. Po-zwoliło to na bezpośrednie zobrazowanie wodnicy statku na podstawie satelitar-nych systemów nawigacyjsatelitar-nych: GPS, DGPS.
Jedną z dodatkowych, oczywistych zalet opracowania własnej bazy danych jest możliwość elastycznego dostosowywania jej właściwości do ewentualnych zmian, wymaganiach, jakie ma spełniać, co nie byłoby możliwe w przypadku korzystania z gotowych, dostępnych na rynku elektronicznych map nawigacyj-nych. Za przykład może posłużyć zobrazowanie względem osi toru wodnego, które w tym rozwiązaniu jest nowością (rys. 3).
Baza danych
Tabela 1 Tabela 2 Tabela 3 Tabela n
Mapa
Rys. 2. Atrybut "CPen" wraz wartościami
Rys. 3. Zobrazowanie względem osi toru wodnego
3. Aplikacje do tworzenia mapy na potrzeby PNS
Po wykonaniu bazy danych oraz wypełnieniu jej odpowiednimi danymi hy-drograficznymi należało napisać osobny program komputerowy, który w sposób automatyczny lub półautomatyczny pozwoliłby na skonstruowanie elektronicznej mapy nawigacyjnej. Jako docelowy format mapy został wybrany własny format, oparty na bibliotekach graficznych Object Pascal zaimplentowany w Delhi 7.
Rysunek 4 przedstawia ekran aplikacji wykorzystywanej do tworzenia elek-tronicznej mapy nawigacyjnej na potrzeby PNS. Aplikacja ta odczytuje dane z ba-zy danych konwertując je na obiekty graficzne, które następnie zapisywane są na poszczególnych warstwach mapy. Gotowa mapa zapisywana jest do kilku pli-ków. Plik z rozszerzeniem *.em2 zawiera plik nagłówkowy mapy:
[General] Version=200 FileID=8206 NumLayers=20
Extension_X1=448948.0000000000000000 Extension_Y1=5913308.0000000000000000 Extension_X2=482038.0000000000000000 Extension_Y2=5980300.0000000000000000 CurrentLayer=ANIMATION AerialViewLayer= LastView_X1=450466.1977593212500000 LastView_Y1=5972348.0139360399900000 LastView_X2=451759.1367940091880000 LastView_Y2=5973033.4945449503100000 CoordSystem=0 CoordsUnits=0 DrawBoxColor=15793151 IsAreaClipped=0 AreaClipped_X1=0.0000000000000000 AreaClipped_Y1=0.0000000000000000 AreaClipped_X2=0.0000000000000000 AreaClipped_Y2=0.0000000000000000 ClipAreaKind=0 HGuidelines=0 VGuidelines=0 ClipPolygonalArea=0 [Projection] proj=utm ellps=WGS84 units=m zone=33 [Layers] FileName0=Canvas LayerType0=0
Plik *.ed2 zawiera informacje o warstwach oraz obiektach na nich umieszczo-nych oraz o ich atrybutach, np. czy dana warstwa jest widoczna lub edytowalna. Zapisane są w nim również rozmiary każdej warstwy.
Plik *.ep2 zawiera informacje dotyczące stosowanej elipsoidy.
Plik *.ex2 zawiera informacje o pozycji obiektów w pliku *.ed2 oraz również jako odniesienia do poszczególnych rekordów w plik *.dbf.
Plik *.rx2 jest używany do indeksowania obiektów celem szybkiego do nich dostępu. Plik *.dbf jest formatem FoxPro służącym do przechowywania dodatkowych in-formacji dotyczących obiektów, np. do wyświetlania szczegółowej charaktery-styki danego światła nawigacyjnego.
Rys. 4. "Map Creator" – aplikcja do tworzenia map elektronicznych
Obecnie mapa ta wykorzystywana jest z powodzeniem w prototypie nawigacyj-nego systemu pilotowego na torze podejściowym Szczecin – Świnoujście (rys. 5). Dalsze badania mają na celu weryfikację tego formatu mapy i jego przydat-ności w tego typu rozwiązaniach.
Podsumowanie
Zaprojektowana elektroniczna mapa nawigacyjna wraz z towarzyszącą jej bazą danych stanowi alternatywę dla istniejących serwisów map elektronicz-nych. Niezaprzeczalną zaletą jest jej elastyczność w przystosowywaniu jej do nowych wymagań stawianych przez użytkowników. Nie jest to produkt herme-tyczny. Sam proces tworzenia poszczególnych warstw mapy na podstawie utwo-rzonej bazy danych trwa kilka minut. Obecnie mapa jest testowana na torze po-dejściowym Szczecin – Świnoujście.
Literatura
1. Litwin L., Myrda G., Systemy Informacji Geograficznej. Zarządzanie danymi
przestrzennymi w GIS, SIP, SIT, LIS. Wydawnictwo HELION, Gliwice 2005.
2. Davis D.E., GIS dla każdego. Wydawnictwo MIKOM, Warszawa 2004. 3. Jurdziński M., Weintrit A., Mapa elektroniczna w nawigacji morskiej.
Wy-dawnictwo WSM, Gdynia 1992.
Recenzenci
dr inż. Zdzisław Kopacz, prof. AMW dr inż. Lucjan Gucma
Adres Autora mgr inż. Andrzej Bąk
Akademia Morska w Szczecinie Instytut Nawigacji Morskiej ul. Wały Chrobrego 1/2 70-500 Szczecin abak@am.szczecin.pl
