Pobierz - Scientific Journals of the Maritime University of Szczecin

Pobierz - Scientific Journals of the Maritime University of Szczecin

ISSN 1733-8670
ZESZYTY NAUKOWE NR 6(78)
AKADEMII MORSKIEJ
W SZCZECINIE
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
Andrzej Bąk
Proces tworzenia mapy na potrzeby
nawigacyjnego systemu pilotowego
Słowa kluczowe: nawigacyjny system pilotowy, mapa.
Przedstawiono proces budowy mapy wykorzystywanej w nawigacyjnym systemie 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 nawigacyjnego 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 presented. The author put emphasis on necessary chart requirements. Finally, original computer applications are presented as a useful tool in making navigation system charts
Andrzej Bąk
Wprowadzenie
Biorąc pod uwagę bezpieczeństwo statku na akwenach ograniczonych, jasno widać, iż jest ono ściśle związane z intensywnością ruchu statków. W przypadku torów podejściowych do portów, które są szczególnym przypadkiem
akwenów ograniczonych, szeroko stosowana jest żegluga z wykorzystaniem nawigacyjnych 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 elektronicznych, zarówno rastrowych jak i wektorowych, z wymaganiami i oczekiwaniami
pilotów, czyli użytkowników tych systemów, stwierdzono, iż mapy te nie w pełni spełniają stawiane im wymagania. Wynikiem tego było opracowanie 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 kapitanów żeglugi wielkiej posiadających uprawnienia pilotowe opracowano wymagania, 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 wyposażone w wiele funkcji, które są zbędne w PNS. Dodatkowo aplikacje do tworzenia map wektorowych w formacie S–57 są stosunkowo drogie. Postanowiono
zatem opracować własną bazę danych, zawierającą dane potrzebne do opracowania elektronicznej mapy nawigacyjnej. Sama budowa bazy danych odzwierciedla 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.
40
Proces tworzenia mapy na potrzeby nawigacyjnego …
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
1.
Zobrazowanie
2.
Skala mapy
3.
Centrowanie mapy
4.
Elementy stale
widoczne
5.
Elementy widoczne
na żądanie
Wymagania
 według północy,
 według osi toru,
 według nabrzeża.
zmienna
automatyczny, ręczny











linia brzegowa,
oś toru wodnego,
bezpieczna izobata,
stawy,
pławy,
linie nabieżnika,
kable, rurociągi, światłowody,
numer stawy, pławy lub ich nazwa.
skarpa toru wodnego,
sektory świateł,
kilometry osi toru.
W celu właściwej interpretacji obiektu, jak i jego wyglądu, konieczne było nadanie obiektom unikalnych identyfikatorów jak i zestawu atrybutów, które definiują szczegółowo wygląd obiektu na mapie. Przykładowy zestaw atrybutów pojedynczego 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 elektronicznej mapy nawigacyjnej. Rysunek 2 przedstawia wartości atrybutu „CPen”,
który jest odpowiedzialny za kolor rysowanej linii.
41
Andrzej Bąk
Baza danych
Tabela 1
Tabela 2
Tabela 3
Tabela n
Mapa
Warstwa 1
Warstwa 2
Warstwa 3
Warstwa n
Rys. 1. Podobieństwo pomiędzy strukturą bazy danych a strukturą mapy
Tabela 2
Obiekt "Linia brzegowa" wraz z atrybutami
ID
Shape
Type
1 CoastLine
Num
Points
7
Xcoordinate
Ycoordinate
468011.9 5946105.01
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
Style
Cpen
Width
Pattern
Cfill
Remarks
1
9
0
1
8
Land
Area
Podobnie zdefiniowane są pozostałe atrybuty. Taka hierarchiczna budowa
pozwala na łatwą modyfikację mapy, jak i na łatwe i przejrzyste grupowanie danych hydrograficznych. Mapa tworzona na potrzeby nawigacyjnego systemu pilotowego skonstruowana została na elipsoidzie WGS84 w układzie UTM. Pozwoliło to na bezpośrednie zobrazowanie wodnicy statku na podstawie satelitarnych systemów nawigacyjnych: 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 nawigacyjnych. Za przykład może posłużyć zobrazowanie względem osi toru wodnego,
które w tym rozwiązaniu jest nowością (rys. 3).
42
Proces tworzenia mapy na potrzeby nawigacyjnego …
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 hydrograficznymi 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 elektronicznej mapy nawigacyjnej na potrzeby PNS. Aplikacja ta odczytuje dane z bazy danych konwertując je na obiekty graficzne, które następnie zapisywane są na
poszczególnych warstwach mapy. Gotowa mapa zapisywana jest do kilku plików. Plik z rozszerzeniem *.em2 zawiera plik nagłówkowy mapy:
[General]
Version=200
FileID=8206
NumLayers=20
43
Andrzej Bąk
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 umieszczonych 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 informacji dotyczących obiektów, np. do wyświetlania szczegółowej charakterystyki danego światła nawigacyjnego.
44
Proces tworzenia mapy na potrzeby nawigacyjnego …
Rys. 4. "Map Creator" – aplikcja do tworzenia map elektronicznych
Obecnie mapa ta wykorzystywana jest z powodzeniem w prototypie nawigacyjnego systemu pilotowego na torze podejściowym Szczecin – Świnoujście (rys.
5). Dalsze badania mają na celu weryfikację tego formatu mapy i jego przydatności w tego typu rozwiązaniach.
Rys. 5. Ekran pilotowego systemu nawigacyjnego z mapą toru Szczecin – Świnoujście
45
Andrzej Bąk
Podsumowanie
Zaprojektowana elektroniczna mapa nawigacyjna wraz z towarzyszącą jej
bazą danych stanowi alternatywę dla istniejących serwisów map elektronicznych. Niezaprzeczalną zaletą jest jej elastyczność w przystosowywaniu jej do
nowych wymagań stawianych przez użytkowników. Nie jest to produkt hermetyczny. Sam proces tworzenia poszczególnych warstw mapy na podstawie utworzonej bazy danych trwa kilka minut. Obecnie mapa jest testowana na torze podejściowym 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. Wydawnictwo 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
[email protected]
46