PRÓBA BUDOWY APLIKACJI NARZÊDZIOWEJ GIS NA PODSTAWIE MODELU POJÊCIOWEGO AN ATTEMPT AT BUILDING GIS APPLICATION ON THE BASIS OF THE CONCEPTUAL MODEL

Transkrypt

1 Próba budowy POLSKIE aplikacji TOWARZYSTWO narzêdziowej GIS INFORMACJI na podstawie PRZESTRZENNEJ modelu pojêciowego ROCZNIKI GEOMATYKI 2007 m TOM V m ZESZYT 1 7 PRÓBA BUDOWY APLIKACJI NARZÊDZIOWEJ GIS NA PODSTAWIE MODELU POJÊCIOWEGO AN ATTEMPT AT BUILDING GIS APPLICATION ON THE BASIS OF THE CONCEPTUAL MODEL Agnieszka Chojka 1, Agnieszka I ykowska 2, Agnieszka Zwirowicz 1 1 Uniwersytet Warmiñsko-Mazurski w Olsztynie, 2 Centrum Badañ Kosmicznych PAN w Warszawie S³owa kluczowe: aplikacja narzêdziowa, implementacja, GML, modelowanie pojêciowe, UML, XML Keywords: tool application, implementation, GML, conceptual modelling, UML, XML Wstêp Naturaln¹ cech¹ systemów informacyjnych jest koniecznoœæ zapewnienia w³aœciwego przep³ywu informacji pomiêdzy nadawc¹ a odbiorc¹ osobami, instytucjami, zakresami przedmiotowymi, realizacjami sprzêtowo-komputerowymi itd. Cecha ta, oprócz tego, e jest w³aœciwa ogólnie wszelkim systemom informacyjnym, dotyczy równie samej informacji, jako takiej. Nie mo na bowiem wyobraziæ sobie potrzeby istnienia informacji bez mo liwoœci jej przekazania (zakomunikowania). Podejmowanie wszelkich decyzji na poziomie w³adz lokalnych wymaga korzystania z bardzo wielu informacji pochodz¹cych z ró nych Ÿróde³. Komputeryzacja i informatyzacja wszystkich dziedzin ycia nie ominê³a równie administracji, gdzie coraz wiêcej danych przechowywanych i przetwarzanych jest w wersji cyfrowej. Przejawem tego rozwoju jest budowanie i korzystanie z systemów wspomagaj¹cych zarz¹dzanie informacj¹ odnosz¹c¹ siê do przestrzeni, której dotycz¹ podejmowane decyzje. W niniejszym opracowaniu zaprezentowane zostanie wykorzystanie modelowania pojêciowego informacji geograficznej w systemach wspomagaj¹cych zarz¹dzanie informacj¹ na przyk³adzie zarz¹dzania i gospodarowania przestrzeni¹ oraz zarz¹dzania kryzysowego. Z praktyki wynika, e wiêkszoœæ dziedzin zwi¹zanych z przestrzeni¹ geograficzn¹ (np. zarz¹dzanie kryzysowe, geodezja, gospodarka przestrzenna) korzystaj¹ ze wspólnych Ÿróde³ informacji. Czêsto jednak ka da z komórek urzêdu ma dostêp do tej samej informacji w ró nej formie (np. ró ny format zapisu danych, ró na aktualnoœæ itd.). Istnieje wiele lokalnych wersji tych samych danych. Wynika to z zaburzeñ w przep³ywie informacji, niepotrzebnie powielanej przez lokalnych u ytkowników (redundancja danych), którzy nie dbaj¹ o nale yt¹ jej aktualizacjê. Wykorzystanie ogólnego narzêdzia jakim s¹ modele pojêciowe pozwala na usprawnienie i ujednolicenie przep³ywu danych oraz wykorzystanie tej samej informacji w ró nych rozwi¹zaniach narzêdziowych.

2 8 Agnieszka Chojka, Agnieszka I ykowska, Agnieszka Zwirowicz Rys. 1. Schemat wykorzystania wspólnej GeoBazy dla potrzeb ró nych systemów informatycznych wspomagaj¹cych podejmowanie decyzji W Polsce nadal ma³o jest ogólnych, z³o onych zbiorów danych, które mog¹ byæ wykorzystane przez jednostki administracji w koordynacji dzia³añ w przestrzeni geograficznej, st¹d na potrzeby niniejszego opracowania za³o ono istnienie zagregowanego Ÿród³a danych, nazywanego tu GeoBaz¹, które zawiera podstawowe, z punktu widzenia autorów, elementy niezbêdne do funkcjonowania systemów wspomagaj¹cych zarz¹dzanie informacj¹ (rys. 1). Na przyk³adzie kilku podstawowych elementów wchodz¹cych w sk³ad GeoBazy zbudowano model pojêciowy jej fragmentu. Do tego celu wykorzystano œrodki formalne i narzêdzia bêd¹ce standardami w zakresie wymiany informacji geograficznej. Œrodki i narzêdzia modelowania informacji geograficznej Mo liwoœæ wymiany (transferu) informacji jest warunkiem koniecznym dla efektywnego wspó³dzia³ania oddzielnych realizacji GIS, polegaj¹cego na przenoszeniu, kojarzeniu i ³¹cznym interpretowaniu informacji pochodz¹cych z ró nych Ÿróde³ (Pachelski, 2002). Potrzeba przep³ywu informacji w systemach informacji geograficznej wymusza konstruowanie modeli informacyjnych w kategoriach ogólnych, niezale nych od œrodowisk sprzêtowo-programowych. Celowi temu s³u y metodyka modelowania pojêciowego informacji

3 Próba budowy aplikacji narzêdziowej GIS na podstawie modelu pojêciowego 9 geograficznej w postaci tzw. schematów pojêciowych, które przedstawiaj¹ abstrakcyjne i ogólne opisy informacji w kategoriach informatycznych. Schematy pojêciowe mog¹ i powinny stanowiæ podstawê zgodnych realizacji narzêdziowych w odmiennych œrodowiskach, by w ten sposób gwarantowaæ efektywny przep³yw informacji pomiêdzy tymi œrodowiskami (Pachelski, 2002). W dziedzinie informacji geograficznej, model pojêciowy opisany za pomoc¹ œrodka formalnego to schemat pojêciowy, bêd¹cy podstaw¹ wdro enia bazy danych geograficznych. Schemat pojêciowy jest na tyle ogólnym opisem rzeczywistoœci, e mo e byæ wdro ony z u yciem dowolnego rozwi¹zania programowego i sprzêtowego. W metodyce informacji geograficznej wprowadza siê równie pojêcie schematu aplikacyjnego, który jest schematem pojêciowym stworzonym dla specyficznego zakresu przedmiotowego. Schemat aplikacyjny definiuje klasy obiektów i strukturê informacji geograficznej. Posiada on równie dwa cele: m osi¹gniêcie powszechnego i poprawnego rozumienia danych, umo liwiaj¹c w ten sposób m jednoznaczne interpretowanie tych danych jako informacji, zapewnienie takiej formy opisu danych, która jest akceptowana przez system komputerowy, co umo liwia zastosowanie zautomatyzowanych mechanizmów do zarz¹dzania danymi geograficznymi (Pachelski, 2003/2004). Zagadnienia metodyki modelowania pojêciowego informacji geograficznej s¹ przedmiotem prac normalizacyjnych w skali miêdzynarodowej, europejskiej i krajowej (normy z serii ISO 19100). Istot¹ jest tu wykreowanie takich œrodków informatycznych, które zapewnia³yby transfer informacji w sposób nieograniczony, zarówno co do jej form, struktur, zakresów przedmiotowych i treœci, jak i typów, parametrów i cech funkcjonalnych sprzêtu komputerowego i oprogramowania. Celem tych prac jest umo liwienie przep³ywu ka dej informacji geograficznej pomiêdzy ró nymi realizacjami sprzêtowo-programowymi GIS. Wspó³praca praktyków i teoretyków doprowadzi³a do zdefiniowania ogólnych metod i narzêdzi daj¹cych mo liwoœæ transferu informacji w sposób nieograniczony, zarówno co do jej form, struktur, zakresów przedmiotowych i treœci, jak i parametrów i cech funkcjonalnych sprzêtu i oprogramowania. Takim powszechnie przyjêtym na œwiecie standardem wymiany informacji jest jêzyk XML (W3C, oraz jego pochodna dedykowana systemom informacji geograficznej GML. XML jest jêzykiem znaczników i s³u y do opisywania zawartoœci dokumentów elektronicznych w sposób prosty i harmonijny, zrozumia³y zarówno dla komputerów, jak i dla ludzi. Podstawowymi sk³adnikami dokumentu XML s¹ elementy i atrybuty, które s¹ umieszczane w elementach, jako dodatkowe informacje (Kozienko, Gwiazda, 2002). GML wykorzystuje notacjê XML, stosuj¹c siê do wszelkich regu³ zapisu danych i definiowania schematów XML. Umo liwia definicjê obiektów geograficznych, systemów odniesienia, uk³adów wspó³rzêdnych, elementów geograficznych i elementów topologicznych. Niezale noœæ sprzêtowa i narzêdziowa pozwala na wykorzystanie GML w integrowaniu danych pochodz¹cych z ró nych Ÿróde³. Do projektowania baz danych, aplikacji komputerowych oraz systemów informacyjnych stosuje siê natomiast jêzyk UML. Pozwala on na zdefiniowanie, wizualizacjê i udokumentowanie modelu, jego struktury i funkcji. Modele wykonane w UML przeznaczone s¹ do pracy na ka dym typie lub kombinacji sprzêtu, systemu operacyjnego i jêzyka programowania.

4 10 Agnieszka Chojka, Agnieszka I ykowska, Agnieszka Zwirowicz Œcie ki technologiczne Poni ej pokazano mo liwoœci praktycznego wykorzystania modeli pojêciowych, które pozwalaj¹ na wizualne przedstawienie struktury bazy danych zawieraj¹cej informacje geograficzne oraz mog¹ byæ wykorzystane przy wymianie informacji dla potrzeb np. zarz¹dzania kryzysowego oraz zarz¹dzania przestrzeni¹. Przedstawiono równie dwie œcie ki technologiczne pozwalaj¹ce na przejœcie od teoretycznego modelu pojêciowego w notacji UML do konkretnego rozwi¹zania programowego. Œcie ka UML XML ArcGIS Pierwsz¹ z zaproponowanych œcie ek jest przejœcie od modelu pojêciowego do aplikacji za poœrednictwem jêzyka XML. Przejœcie od modelu pojêciowego do modelu fizycznego mo na zrealizowaæ wykorzystuj¹c do budowy modelu pojêciowego (w notacji UML) fragmentu GeoBazy (rys. 2), oprogramowanie Microsoft Office Visio Professional Nastêpnie korzystaj¹c z odpowiedniego makra pod Visio (ESRI XMI Export) model ten mo na zapisaæ w formacie XML (XMI) (rys. 3). Dodatkowo model pojêciowy zapisany w formacie XML mo e pos³u yæ do wygenerowania kodu jêzyka C++ (wykorzystanie odpowiedniego makra w œrodowisku programistycznym Microsoft Visual Studio 6.0, co pozwala na implementacjê np. zachowania stworzonych (zamodelowanych) obiektów. Rys. 2. Przyk³ad modelu pojêciowego dla fragmentu GeoBazy (rys. 1) zapisanego w notacji UML

5 Próba budowy aplikacji narzêdziowej GIS na podstawie modelu pojêciowego 11 Kolejnym krokiem jest zbudowanie schematu geobazy na podstawie stworzonego modelu UML w œrodowisku ArcGIS, a nastêpnie dodanie odpowiednich obiektów i ustawienie ich atrybutów (rys. 4). Efektem koñcowym jest uzyskanie, zamodelowanego wczeœniej w postaci diagramu UML, fragmentu bazy danych, kompatybilnego z okreœlonym œrodowiskiem programowym (w tym wypadku ArcGIS). Strukturê i zawartoœæ informacji, zapisan¹ wczeœniej w postaci modelu, mo emy wiêc odtworzyæ i wykorzystaæ w okreœlonej aplikacji. Œcie ka UML GML ArcGIS Drugie z przedstawionych rozwi¹zañ pokazuje propozycjê przejœcia od modelu do aplikacji za poœrednictwem jêzyka GML. Jest to rozwi¹zanie o tyle interesuj¹ce, e wiêkszoœæ narzêdzi s³u ¹cych do modelowania w UML nie ma mo liwoœci eksportu do formatu GML. Przyk³adami oprogramowañ umo liwiaj¹cych konwersjê modeli UML do formatu GML s¹ m.in. UML/INTERLIS-editor (rys. 5, 6), a tak e ShapeChange. Nale y zwróciæ uwagê na fakt, e powstaj¹ce w tych programach modele GML s¹ niepe³ne. Niezbêdne staje siê uzupe³nianie generowanego schematu GML o szczegó³y implementacyjne, zamodelowanie biblioteki typów GML. St¹d te bior¹ siê problemy z wymian¹ schematów GML miêdzy ró nymi organizacjami sprzêtowo-programowymi. Przeprowadzono próbê przeniesienia modelu zapisanego w formacie GML wygenerowanego w narzêdziu UML/INTERLIS-editor do oprogramowania ArcGIS. Niestety z powodów wy ej wymienionych transfer siê nie powiód³. Tak wiêc narzêdzia transferu informacji geograficznej bazuj¹ce na jêzyku GML nie s¹ obecnie dopracowane na tyle, by mo na by³o efektywnie wykorzystaæ je do wymiany informacji. Rys. 5. Przyk³ad modelu pojêciowego dla fragmentu GeoBazy (rys. 1) zapisanego w notacji UML, wykonany w narzêdziu UML/INTERLIS-editor

6 12 Agnieszka Chojka, Agnieszka I ykowska, Agnieszka Zwirowicz Rys. 6. Model pojêciowy dla fragmentu GeoBazy z rysunku 5 zapisany w jêzyku GML (fragment) Podsumowanie Wnioski i spostrze enia zawarte w niniejszym artykule s¹ wstêpnymi wynikami prac, które wymagaj dalszego uzupe³nienia. Zaprezentowane œcie ki s¹ tylko wybranymi przyk³adami mo liwych rozwi¹zañ, które pozwalaj¹ uzyskaæ praktyczn¹ realizacjê ogólnych rozwi¹zañ, jakimi s¹ modele pojêciowe. Ogólny, z za³o enia, model pojêciowy zbiera w jednym miejscu wszystkie cechy, atrybuty obiektu, co pozwala na uporz¹dkowanie struktury danych i zwiêksza efektywnoœæ wykorzystania zgromadzonych danych. Ka dy z u ytkowników korzysta jedynie z potrzebnej mu czêœci informacji, która dziêki temu jest efektywniej wykorzystywana. Przetestowane na potrzeby niniejszego opracowania procedury konwersji informacji ze standardu UML, poprzez XML i GML, do konkretnego rozwi¹zania aplikacyjnego pozwoli³y sprawdziæ, które ze œcie ek mo na wykorzystaæ w praktyce i nakreœli³y kierunek dalszych prac. Nale y podkreœliæ, e w szczególnoœci dalszych badañ wymaga œcie ka technologiczna wykorzystuj¹ca jêzyk GML. Niniejsze opracowanie mia³o na celu jedynie zasygnalizowanie tematu i nakreœlenie kierunków badañ. Dalsze prace zmierzaæ bêd¹ do uproszczenia procedur i przystosowaniu ich do praktycznego wykorzystania na ró nych szczeblach administracji. Literatura Bajor Z. i in., 2005: Informacje w wycenie nieruchomoœci, MIRDRUK, Olsztyn. Kmiecik A., 2005: Jêzyk GML w rodzinie norm ISO z serii Materia³y III Ogólnopolskiego Seminarium z cyklu modelowanie informacji geograficznej Modelowanie Informacji Geograficznej wed³ug norm europejskich i potrzeb infrastruktur informacji geograficznej, Zeszyt 1, Warszawa.

7 Próba budowy aplikacji narzêdziowej GIS na podstawie modelu pojêciowego 13 Kozienko P., Gwiazda K., 2002: XML na powa nie, Wydawnictwo Helion, Gliwice. Pachelski W., Dzia³alnoœæ normalizacyjna w dziedzinie informacji geograficznej. Geodeta, Magazyn Geoinformacyjny nr 11 (90), ss Pachelski W., 2003/2004: Materia³y dydaktyczne z kursu podyplomowego Podstawy modelowania informacji geograficzne (schematy aplikacyjne regu³y budowy). UWM, WGiGP, KGSz, Olsztyn. Skarka W., 2005: Metodologia tworzenia i wykorzystania baz wiedzy w procesie projektowania, Wydawnictwo Politechniki Œl¹skiej, Gliwice. W3C, dokumenty on-line: Summary The need of the information flow in the information systems results in the necessity of conceptual modelling, which allows to work at an abstract level without dependency on any kind of either software or hardware. The methodology of conceptual modelling in the geographic information area in the form of conceptual schemas presents abstract and general description of information in geomatic categories. This paper describes an attempt at building GIS application on the basis of a conceptual model. With the use of a simple conceptual model, which could be used to analyse issues connected with spatial management on community level, as well as to make the decision in disaster management support systems at the powiat (county) level, the technological path of building simple application was presented. mgr in. Agnieszka Chojka agnieszka.chojka@uwm.edu.pl mgr Agnieszka I ykowska agnizy@cbk.waw.pl mgr in. Agnieszka Zwirowicz agnieszka.zwirowicz@uwm.edu.pl

8 14 Agnieszka Chojka, Agnieszka I ykowska, Agnieszka Zwirowicz Rys. 3. Model pojêciowy dla fragmentu GeoBazy z rysunku 2 zapisany w jêzyku XML (fragment)

9 Próba budowy aplikacji narzêdziowej GIS na podstawie modelu pojêciowego 15 Rys. 4. Dodanie obiektu Budynek (na podstawie klasy Budynek model pojêciowy, rys. 2); ustawienie wartoœci atrybutów obiektu

10 Systemy POLSKIE informacji TOWARZYSTWO geograficznej w INFORMACJI planowaniu poszukiwañ PRZESTRZENNEJ morskich ROCZNIKI GEOMATYKI 2007 m TOM V m ZESZYT 1 15 SYSTEMY INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ W PLANOWANIU POSZUKIWAÑ MORSKICH MO LIWOŒCI I PERSPEKTYWY ROZWOJU GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEMS IN SEARCH AND RESCUE PLANNING CAPABILITIES AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT Agnieszka Chojka 1, Agnieszka I ykowska 2, Marek Piotrowski 3, Jerzy Pyrchla 4, Agnieszka Zwirowicz 1 1 Uniwersytet Warmiñsko-Mazurski w Olsztynie 2 Centrum Badañ Kosmicznych PAN w Warszawie 3 Dywizjon Zabezpieczenia Hydrograficznego MW 4 Akademia Marynarki Wojennej w Gdyni S³owa kluczowe: metody informatyczne w planowaniu poszukiwañ morskich, SAR, GIS Keywords: informatics methods in search and rescue planning, GIS, SAR Wprowadzenie Systemy typu GIS wykorzystywane s¹ obecnie w wielu dziedzinach nauki i gospodarki, m.in. w nawigacji, SAR oraz wchodz¹ w sk³ad nowoczesnych centrów powiadamiania i zarz¹dzania sytuacjami kryzysowymi. Koordynacja dzia³añ wszelkich s³u b reagowania kryzysowego na morzu, wymaga szybkiego reagowania na zagro enia spowodowane zarówno si³ami natury, jak równie pojedynczymi wypadkami losowymi. Operatorzy systemów zarz¹dzania, prócz dobrej komunikacji pomiêdzy poszczególnymi s³u bami/jednostkami, potrzebuj¹ z regu³y dok³adnej oraz natychmiastowej informacji o sytuacji w przestrzeni. Systemy GIS wspomagaj¹c podejmowanie decyzji, pozwalaj¹ przewidzieæ rozszerzanie siê zagro enia (np. przemieszczenie siê zagro onego obiektu, czy rozprzestrzenianie siê rozlewu olejowego). Wiêkszoœæ informacji w tego typu systemach ma œcis³y zwi¹zek z po³o eniem na mapie. Historia rozwoju metod SAR Pierwszej próby usystematyzowania metod poszukiwania obiektu poruszaj¹cego siê po powierzchni morza, dokonano podczas II wojny œwiatowej. To wówczas ze wzglêdu na zagro enie, jakie dla aliantów stanowi³y niemieckie okrêty podwodne zatapiaj¹ce coraz wiêcej tona u na pó³nocnym Atlantyku, rozpoczêto prace zmierzaj¹ce do wypracowania sku-

11 16 A. Chojka, A. I ykowska, M. Piotrowski, J. Pyrchla, A. Zwirowicz tecznej taktyki ich poszukiwania i wykrywania. Wyniki prac grupy zadaniowej ASWORG (US Navy Antisubmarine Warfare Operations Research Group), by³y z pocz¹tku niejawne. Dopiero po zakoñczeniu dzia³añ wojennych, B.O. Koopman opublikowa³ kilka spójnych artyku³ów, w których przedstawi³ wyniki prac kierowanego przez siebie zespo³u (USGG Rep. No. CG-D-15-01; Bednarczyk, Pyrchla, Piotrowski, 2005). Da³o to pocz¹tek dyskusji nad mo liwoœci¹ adaptacji opracowanej taktyki dla celów poszukiwañ i ratowania ycia na morzu. Po wprowadzeniu niewielkich zmian i pewnych uproszczeñ, opracowano klasyczn¹ teoriê planowania poszukiwañ CSPM (Classical Search Planning Method), która da³a pocz¹tek wspó³czeœnie stosowanym i zalecanym przez IMO (International Maritime Organisation) metodom poszukiwania. Z biegiem lat, pod wp³ywem zdobywanego doœwiadczenia i prowadzonych prac badawczych, teoria ta ulega³a zmianom wynikaj¹cym g³ównie z ograniczeñ technicznych zwi¹zanych z brakiem mo liwoœci symulacji i prowadzenia szczegó³owych obliczeñ, jak równie chêci¹ maksymalnego uproszczenia prowadzonych przez koordynatorów kalkulacji. Metoda CSPM opublikowana zosta³a pocz¹tkowo w National SAR Manual US Coast Guard (1957), jednak e z biegiem lat podlega³a wielu zmianom i uaktualnieniom (LAMSAR, 1999; Bednarczyk, Pyrchla, Piotrowski, 2005). W ci¹gu ostatnich czterdziestu lat powsta³o wiele narzêdzi wspomagaj¹cych planowanie poszukiwañ na morzu. Z tego powodu, wszystkie metody pogrupowaæ mo na w nastêpuj¹cy sposób: m metody rêcznego planowania poszukiwañ; m zautomatyzowane wersje metod rêcznych; m skomplikowane, probabilistyczne modele komputerowe i symulacyjne. Metody rêcznego planowania poszukiwañ oparte metodzie CSPM. z powodu nagromadzenia zalecanych do obliczenia wspó³czynników i zmiennych, poch³ania³y bardzo du o czasu. Koncepcja automatyzacji metod rêcznych mia³a usprawniæ proces obliczeñ, jednak wykorzystywant w nich aparat matematyczny powodowa³, e równie te metody by³y czasoch³onne. System informacji geograficznej w rozwoju metod i narzêdzi SAR Wraz z rozwojem techniki i powszechn¹ informatyzacj¹ wielu dziedzin ycia, techniki numeryczne zaczêto wykorzystywaæ równie w poszukiwaniach morskich SAR.. Planowanie poszukiwañ obiektów w przestrzeni (w tym równie na morzu) wi¹ e siê z koniecznoœci¹ przetwarzania du ej iloœci ró norodnych danych, czêsto w sytuacji wymagaj¹cej szybkiego podjêcia decyzji. Takie warunki sprawiaj¹, e mo liwe jest pope³nienie b³êdów, które w tego rodzaju dzia³aniach mog¹ decydowaæ o yciu lub œmierci ratowanych osób. Automatyzacja manualnych metod poszukiwañ stanowi³a naturalny krok w rozwoju informatycznych rozwi¹zañ wspomagaj¹cych planowanie poszukiwañ nawodnych. Wykorzystanie materia- ³ów w postaci cyfrowej, w trakcie planowania poszukiwañ, pozwoli³o przede wszystkim: m wyeliminowaæ b³êdy cz³owieka, który w sytuacji stresowej dzia³a zwykle mniej efektywnie; m przyspieszyæ uzyskiwanie wyników i obliczeñ, wykonywanych na zgromadzonych danych; m rozpatrywaæ dane pochodz¹ce z wiêkszej liczby Ÿróde³;

12 Systemy informacji geograficznej w planowaniu poszukiwañ morskich 17 m u³atwiæ dostêp do informacji i ich modyfikacjê; m ³atwo wizualizowaæ uzyskane informacje w przestrzeni. Analiza danych w postaci cyfrowej pozwala m.in. na wykorzystanie bardzo zaawansowanego aparatu matematycznego oraz modeli, które wierniej odwzorowuj¹ rzeczywistoœæ. W przypadku poszukiwañ nawodnych wiêkszoœæ informacji zgromadzonych i przetwarzanych w tego typu systemach ma œcis³y zwi¹zek z po³o eniem na mapie. Metody SAR operuj¹ na danych posiadaj¹cych odniesienie przestrzenne, st¹d potrzeba i mo liwoœæ wykorzystania systemów informacji geograficznej, które u³atwi³yby i usprawni³y proces podejmowanych decyzji w sytuacjach SAR (IAMSAR, 1999; Piotrowski, 2004). Systemy informacji geograficznej pozwalaj¹ na uporz¹dkowanie, ujednolicenie i usystematyzowanie danych, a wynikaj¹ca z za³o enia otwartoœæ tych systemów pozwala na ci¹g³¹ rozbudowê i aktualizacjê raz wprowadzonych danych (Longley i in., 1999). Specyfika poszukiwañ nawodnych sprawia, e sam GIS w klasycznym rozumieniu tego pojêcia, nie jest jeszcze narzêdziem znacz¹co rozszerzaj¹cym mo liwoœci prowadzonych analiz. Jeœli jednak rozumieæ GIS nieco szerzej, jako zestaw danych odniesionych przestrzennie w postaci numerycznej oraz dostosowanych do specyfiki poszukiwañ morskich SAR, mo liwoœci wykorzystania tych narzêdzi znacznie wzrastaj¹. W odniesieniu do poszukiwañ ratowniczych, najistotniejsze znaczenie ma kilka elementów. S¹ to m.in.: m okreœlenie warunków hydrometeorologicznych (prêdkoœæ i kierunek wiatru, prêdkoœæ i kierunek pr¹du); m dok³adnoœæ pozycji jednostki poszukuj¹cej i poszukiwanego obiektu; m optymalne wyznaczenie obszaru poszukiwañ. Narzêdzie wspomagania poszukiwañ, aby mog³o byæ kompletne w sensie funkcjonalnoœci, powinno wykorzystywaæ zalety GIS oraz metod pozwalaj¹cych na dok³adne pozycjonowanie obiektów, a tak e zapewniæ przep³ywu informacji. Po³¹czenie tych w³aœnie elementów sprawi, e narzêdzie dla potrzeb SAR pozwoli na planowanie i prowadzenie akcji ratowniczej przy wykorzystaniu wszelkich dostêpnych informacji, a co za tym idzie jej optymalizacjê. Przyk³adowy schemat pojêciowy GIS, jaki mo na by³oby wykorzystaæ na potrzeby budowania kompletnej aplikacji SAR, zaprezentowano na rysunku 1. ludzie sprzêt oprogramowanie pozyskiwanie przechowywanie prezentowanie analizowanie przetwarzanie Rys. 1. Struktura pojêciowa Systemu Informacji Geograficznej (Ÿród³o: Yue-Chou, 1997)

13 18 A. Chojka, A. I ykowska, M. Piotrowski, J. Pyrchla, A. Zwirowicz Wspó³czesne narzêdzia wspomagaj¹ce planowanie poszukiwañ m Obecnie istnieje wiele rozwi¹zañ automatycznego planowania poszukiwañ wykorzystywanych w miêdzynarodowych s³u bach ratowniczych. Wiêkszoœæ z tych narzêdzi nale y do grupy zautomatyzowanych metod rêcznych i s¹ to m.in.: USCG Search and Rescue Planning (SARP), CANSARP, ASA SARMAP/ARCVIEW, Search and Rescue Information System (SARIS) i USCG C2PC Automated Manual Solution (AMS) (Bednarczyk, Pyrchla, Piotrowski, 2005; Fitzgerald, 1998; Target Detection Experiment, 1995). Pierwsz¹ zautomatyzowan¹ wersj¹ rêcznej metody planowania poszukiwañ by³ program SARP USCG, opracowany w 1970 roku. By³ on czêœci¹ systemu programów i bazy danych, opracowanych dla inspektorów RCC, na potrzeby prowadzenia dochodzeñ w sprawach SAR. Z czasem, operacyjne wykorzystanie tego oprogramowania rozszerzono o: m eliminacjê potencjalnych b³êdów obliczeniowych wystêpuj¹cych podczas planowania poszukiwañ metod¹ pencil-and-paper (planowania poszukiwañ, wykonywanego rêcznie na mapach papierowych); zwiêkszenie czasu niezbêdnego na gromadzenie i analizowanie szczegó³owych informacji o danym przypadku, kosztem czasu oszczêdzanego na b³yskawicznym obliczeniu wszelkich parametrów poszukiwania przez narzêdzie informatyczne. Mimo, i program SARP nie zwalnia³ planuj¹cego poszukiwania z koniecznoœci rysowania zadania na mapie, wyrêcza³ go w wielu czynnoœciach zwi¹zanych z przeliczaniem po³o- enia i rozmiaru ca³kowitego obszaru poszukiwañ. Na bazie programu SARP US powsta³o narzêdzie CANSARP. W trakcie prac nad najnowsz¹ wersj¹ CANSARP wykorzystano wiele uwag i sugestii u ytkowników pracuj¹cych w Canadian Coast Guard. Program zosta³ przedstawiony na konferencji SARSCENE 99 w St. John na Nowej Funlandii w paÿdzierniku 1999 roku. CANSARP wykorzystuje informacje œrodowiskowe (prezentowane w postaci siatki) otrzymywane z kanadyjskiej Narodowej Agencji Œrodowiskowej (Canada s National Environmental Agency), w czasie bliskim rzeczywistemu, a tak e podobne prognozy do tych, jakie otrzymuje oprogramowanie USCG CASP, a pochodz¹ce z US Navy s Fleet Numerical Meteorology and Oceanography Center w Monterey w Kalifornii (Pyrchla, 2001; 2002). W programie CANSARP otrzymujemy 11 odrêbnych datum, pochodz¹cych od pojedynczej pozycji pocz¹tkowej. Pocz¹tkowo wszystkie te punkty korzystaj¹ z tych samych informacji œrodowiskowych (wiatr i pr¹d), dlatego jedyn¹ dostrzegaln¹ ró nic¹ jest k¹t rozbie noœci dryfowej, jaki wybierany jest dla konkretnego obiektu. K¹ty rozbie noœci dryfowej wykorzystywane s¹ do okreœlenia skrajnych dwóch punktów rozbie noœci: lewego i prawego, a nastêpnie 9 równomiernie rozmieszczonych pomiêdzy nimi datum. Liczba ta jest nieparzysta, dlatego jedna trajektoria jest zawsze zgodna z kierunkiem wiatru. Ponadto, z powodu rozdzielenia poszczególnych datum, mog¹ one znajdowaæ siê pod wp³ywem zró nicowanych parametrów œrodowiskowych, jakie z regu³y wystêpuj¹ w ró nych miejscach i czasie, co w praktyce oznacza, e 11 datum mo e utworzyæ z up³ywem czasu nieregularny ³uk (rys. 2). Innym rozwi¹zaniem automatyzacji metod rêcznego planowania poszukiwañ, jest oprogramowanie oparte na produktach Applied Science Associates, Inc. (ASA) z Narragansett, Rhode

14 Systemy informacji geograficznej w planowaniu poszukiwañ morskich 19 Island, OILMAP/ARCVIEW i/lub Incident Command System (ICS). G³ównym zadaniem oprogramowania OILMAP jest predykcja trajektorii rozlewów olejowych i umo liwienie przeprowadzenia szczegó³owych analiz dotycz¹cych zagro enia w przypadku pojawienia siê rozlewu oleju na wybranym akwenie lub w jego pobli u. Oprogramowanie wykorzystuje metodê symulacji Monte Carlo do okreœlenia prawdopodobieñstwa rozk³adu dryfuj¹cej plamy oleju w okreœlonym czasie, co z kolei jest bardzo podobnym rozwi¹zaniem do tego jakie zastosowano w programie CASP, który w oparciu o t¹ metodê wylicza prawdopodobny rozk³ad po³o enia poszukiwanego obiektu w danym czasie (Pyrchla, Bednarczyk, 2000; Pyrchla, 2002). W programie ASA SARMAP/ARCVIEW zastosowano wiele rozszerzeñ GUI/GIS, które s¹ bardzo u yteczne dla u ytkowników tego oprogramowania. Zgodnie z przyjêt¹ nazw¹ produktu, SARMAP wykorzystuje otwart¹ architekturê produktu ARCVIEW i jego narzêdzi GIS. Rys. 2. Rozwi¹zanie umo liwiaj¹ce okreœlenie optymalnego obszaru poszukiwañ w programie CANSARP Poza tym, podobnie do narzêdzi kanadyjskich i brytyjskich, SARMAP posiada dostêp do szczegó³owej bazy danych pr¹dów morskich. Rozwi¹zaniem przyjêtym w trakcie okreœlania optymalnego obszaru poszukiwañ, jest wyznaczenie trzech oddzielnych datum (skrajnego lewego, skrajnego prawego i zerowego zgodnego z kierunkiem wiatru) (rys. 3). Bez w¹tpienia program SARMAP posiada najbogatsz¹ bazê informacji i charakterystyk o poszukiwanych obiektach (oko³o 60 ró nego rodzaju obiektów). Charakterystyki te pochodz¹ ze spisu, jaki zamieœcili w swojej publikacji Allen i Plourde (1999). Program ten posiada tak e dostêp do zaawansowanych danych o parametrach œrodowiska, jaki jest mo liwy do osi¹gniêcia w zautomatyzowanej wersji rêcznego planowania poszukiwañ, g³ównie dziêki zastosowaniu krótkiego kroku czasowego, wykorzystywanego w trakcie symulacji. Innym dostêpnym obecnie narzêdziem zautomatyzowanego planowania poszukiwañ, jest program SARIS (Search And Rescue Information System), w którym wykorzystano metodê brytyjsk¹ UK CG3. Równie to narzêdzie, wyposa one zosta³o w wiele cech standardu GUI/GIS, które w praktyce s¹ bardzo u yteczne dla u ytkownika. Obejmuj¹ one m.in.: wektorow¹ liniê brzegu i wektorowe linie batymetryczne. Metoda UK CG3, na podstawie której powsta³o oprogramowanie, umo liwia wyznaczenie trzech odrêbnych datum skrajnego lewego, skrajnego prawego i zerowego, zgodnego z kierunkiem wiatru. W metodzie poczyniono pewne modyfikacje w stosunku do tradycyjnej metody CSPM. Odst¹piono m.in. od wyliczania wspó³czynników bezpieczeñstwa, s³u ¹cych do wyznaczenia promienia pierwszego obszaru poszukiwañ. Oficjalnym powodem takiego postêpowania, jest wg autorów metody UK CG3, nadmierny wzrost (o ponad 21%) rozmiaru przeszukiwanego akwenu. Najnowszym rozwi¹zaniem w dziedzinie komputerowego wspomagania dzia³añ SAR na morzu jest program SAROPS (rys. 4).

15 20 A. Chojka, A. I ykowska, M. Piotrowski, J. Pyrchla, A. Zwirowicz Wspó³czesne prace badawcze poœwiêcone planowaniu poszukiwañ zmierzaj¹ w dwóch g³ównych kierunkach: optymalizacji metod wyznaczania obszarów poszukiwañ i optymalizacji trasy poszukiwania. We wszystkich przedstawionych narzêdziach komputerowych wspomagaj¹cych planowanie poszukiwañ podejmowano próby modyfikacji metody wyznaczania obszarów poszukiwania. Tworzone rozwi¹zania pomijaj¹ wa ne zagadnienie nieregularnoœci kszta³tu przeszukiwanego obszaru w zagadnieniu lokalizacji wypadku morskiego i wyznaczenia trasy poszukiwania. Nowe rozwi¹zania w dziedzinie metod SAR Powstaj¹ce w ostatnich latach narzêdzia komputerowego wspomagania planowania poszukiwañ (SARP, CANSARP, SARMAP, SARIS, C2PC/AMS i CASP), znajduj¹ siê wci¹ w fazie rozwoju. G³ównym powodem takiej sytuacji jest fakt, i do tej pory w wiêkszoœci z nich funkcjonowa³ przestarza³y aparat matematyczny. Aparat ten, opracowany w trakcie II wojny œwiatowej przez zespó³ matematyków zatrudnionych w US Navy, bardzo dobrze sprawdza³ siê w odniesieniu do wówczas posiadanych mo liwoœci technicznych. Dzisiejszy postêp technologiczny, rozwój aparatów i metod matematycznych, a tak e pojawienie siê systemów GIS, wywiera coraz silniejszy wp³yw na rozumienie metod planowania poszukiwañ w sytuacjach SAR. Od kilku lat prowadzone s¹ prace badawcze przy wspó³pracy Akademii Marynarki Wojennej w Gdyni (Studium Szkolenia Ogólnomorskiego) i Instytutu Podstaw Informatyki PAN w Sopocie, a tak e zespo³u naukowego Centrum Badañ Kosmicznych w Warszawie i Uniwersytetu Warmiñsko-Mazurskiego w Olsztynie, nad nowymi metodami planowania poszukiwañ w sytuacjach SAR, które optymalizowa³yby wyznaczenie obszaru i trasy poszukiwañ. W tym celu prowadzone s¹ badania symulacyjne i doœwiadczenia œrodowiskowe na wodach Ba³tyku. Potrzeba stworzenia nowych metod poszukiwañ ma olbrzymie znaczenie bior¹c pod uwagê dynamikê wód Morza Ba³tyckiego, a tak e wci¹ praktykowane, tradycyjne podejœcie do planowania poszukiwañ. Studiuj¹c ponadto wyniki prowadzonych prac badawczo-rozwojowych w USCG, CCG i wielu innych s³u bach ratowniczych, mo na tak e dostrzec coraz wiêksz¹ dynamikê w tej dziedzinie (Piotrowski, 2004; Pyrchla, Piotrowski, 2004). Innym kierunkiem prac, prowadzonych wspólnie przez SSO AMW i IPI PAN, jest optymalizacja metod poszukiwania poprzez modyfikacjê sposobów poszukiwania. Dziêki opracowaniu œrodowiska symulacyjnego GASPS (Genetic Algorithm serach Path Simulator rys.5), prowadzone s¹ doœwiadczenia maj¹ce na celu weryfikacjê sposobów poszukiwania poprzez wykorzystanie algorytmów genetycznych, która okazuje siê bardzo obiecuj¹ca w trakcie prowadzonych doœwiadczeñ w warunkach symulacyjnych.

16 Systemy informacji geograficznej w planowaniu poszukiwañ morskich 21 Rozwi¹zanie zgodne z doktryn¹ TMO Rozwi¹zanie oparte na metodzie algorytmów genetycznych Rys. 5. Rozwi¹zania tras poszukiwania wygenerowane przez symulator GASPS Podsumowanie Prowadzone obecnie prace badawcze w placówkach naukowo-badawczych na œwiecie, jak i w kraju, przyczyniaj¹ siê do powstawania bardzo interesuj¹cych narzêdzi komputerowego wspomagania poszukiwañ na morzu. Wszystkie one odchodz¹ w ró nym stopniu od tradycyjnej metody CSPM planowania poszukiwañ, zaadoptowanej w podrêcznikach IAM- SAR i zalecanych przez IMO. Podejmowane s¹ próby tworzenia nowych sposobów optymalizacji obszarów jak i tras poszukiwañ przy wykorzystaniu algorytmów genetycznych. Narzêdziem tego typu jest symulator GASPS tworzony przez SSO AMW i IPI PAN. Nale y podkreœliæ, i aplikacje bazuj¹ce na elementach GIS znajduj¹ coraz wiêcej zwolenników w spo³ecznoœci SAR, a prace rozwojowe maj¹ce na celu pe³niejsze zespolenie obu systemów, nabieraj¹ coraz szybszego tempa. Zastosowanie elementów GIS w narzêdziach dedykowanych poszukiwaniom morskim jest jeszcze wci¹ nowe, dlatego zagadnienie projektowania nowoczesnych rozwi¹zañ, opartych na technologii systemów informacji geograficznych, w dziedzinie SAR jest aktualne i potrzebne. Literatura Bednarczyk M., Pyrchla J., Piotrowski M., 2005: Toward the Application of AI Methods in Marine SAR Operations. The VIII International Maritime Conference "Safety of Surface, Subsurface and Flight Over the Sea Aspects". Polish Journal of Environmental Studies, Vol. 14, Supplement I, HARD Olsztyn. Fitzgerald R., 1998: Target Detection Experiment, Phase III - Data Analysis, Oceans Ltd. Frost J.R. (Soza & Co.), Stone L.D. (Metron, Inc.), 2001: Review of Search Theory: Advances and Applications to Search and Rescue Decision Support. USCG Rep. No. CG-D IAMSAR, 1999: International aeronautical and maritime search and rescue manual. Volume II. Mission coordination. IMO/ICAO, Londyn/Montreal. IAMSA, 1999: International aeronautical and maritime search and rescue manual. Tom III. Œrodki mobilne, IMO/ICAO, Londyn/Montreal.

17 22 A. Chojka, A. I ykowska, M. Piotrowski, J. Pyrchla, A. Zwirowicz Longley P.A., Gooldchild M.F., Maguire D.J., Rhind D.W., 1999: Geographical information systems; Vol. 1, Principles and Technical Iusses, ss. 580, Vol. 2 Management Issues and Applications, ss Morse M.P., Kimball E.G., 1998: Methods of operations research. Military Operations Research Society, Alexandria, Virginia. Piotrowski M., 2004: Satelitarne wspomaganie dzia³añ SAR. Stan obecny i kierunki rozwoju. VII Konferencja Morska, Gdynia. Pyrchla J., Bednarczyk M., 2000: Zbiory rozmyte w planowanie poszukiwañ morskich, II Sympozjum Nawigacja Zintegrowana, Szczecin. Pyrchla J., Piotrowski M., 2004: Szybkie ³odzie ratownicze. Eksploatacja i manewrowanie. Bellona. Pyrchla J., 2001: The Utility of Fuzzy Set Theory for Locating Sea Accidents, Geodezja i Kartografia nr 4, Warszawa. Pyrchla J., 2002: Zbiory rozmyte w teorii lokalizacji wypadków morskich. Wybrane zagadnienia. Wyd. J. Pyrchla, Gdynia. Target Detection Experiment, Phase I Experiment Planning, Oceans Ltd., May Yue-Chou, 1997: Exploring Spatial Analysisin in Geographic Information Systems. On Word Press, USA. Summary The development of the information technology, the automatic searching methods and Geographical Information Systems are present in many new fields of science. In this paper the analyses of the automatization of the traditional methods in the sea searching, the evolution of the sea navigation and the life-saving are introduced. Some of the most important new tools and trends connected with Search and Rescue actions are described. The special attention is given to present connections between SAR and GIS fundamental functions. The paper shows some examples of the GIS solutions in the sea specialistic software. mgr in. Agnieszka Chojka agnieszka.chojka@uwm.edu.pl mgr Agnieszka I ykowska agnizy@cbk.waw.pl por. mar. mgr in. Marek Piotrowski marek-piotrowski@wp.pl kmdr dr in. Jerzy Pyrchla J.Pyrchla@amw.gdynia.pl mgr in. Agnieszka Zwirowicz agnieszka.zwirowicz@uwm.edu.pl

18 Systemy informacji geograficznej w planowaniu poszukiwañ morskich 23 Rys. 3. Okreœlenie optymalnego obszaru poszukiwañ w programie SARMAP (Ÿród³o: USCG Rep. No CG-D )

19 Rys. 4. Rozwi¹zanie zadania poszukiwania w programie SAROPS USCG zaprezentowane na seminarium Technologies for Search, Assistance and Rescue Seminar we Francji w paÿdzierniku 2004 r. (Ÿród³o: USCG Rep. No CG-D-15-01) 24 A. Chojka, A. I ykowska, M. Piotrowski, J. Pyrchla, A. Zwirowicz

20 Rezultaty testowania POLSKIE programu TOWARZYSTWO DEMETER 2000 w INFORMACJI laboratoriach PRZESTRZENNEJ DGNSS/GIS che³mskiej PWSZ ROCZNIKI GEOMATYKI 2007 m TOM V m ZESZYT 1 23 REZULTATY TESTOWANIA PROGRAMU DEMETER 2000 W LABORATORIACH DGNSS/GIS CHE MSKIEJ PWSZ TEST RESULTS OF THE DEMETER 2000 PROGRAMME IN THE DGNSS /GIS LABORATORIES OF THE PWSZ IN CHELM Andrzej Fellner, Pawe³ Trómiñski, Józef Zaj¹c Pañstwowa Wy sza Szko³a Zawodowa w Che³mie S³owa kluczowe: system DEMETER, GNSS, GIS, EUPOS, nawigacja, ³¹cznoœæ, zarz¹dzanie Keywords: DEMETER system, GNSS, GIS, EUPOS, navigation, communication, management Wprowadzenie Do ustalania po³o enia przestrzennego, okreœlania i utrzymywania nawigacyjnych parametrów, niezbêdnych do ko³owania, startu, wykonania lotu po wyznaczonej trasie i l¹dowania wykorzystuje siê pomoce i systemy nawigacyjne, które wed³ug Ÿróde³ uzyskiwania informacji i sposobów jej przekazywania, dzieli siê na nastêpuj¹ce grupy: m geotechniczne, umo liwiaj¹ce wykorzystanie do okreœlania po³o enia przestrzennego i nawigacyjnych elementów lotu parametrów naturalnych geofizycznych pól Ziemi: magnetycznego, grawitacyjnego, barycznego; m œwietlnotechniczne, umo liwiaj¹ce ustalenie pozycji wzglêdem Ÿróde³ œwiat³a lub oœwietlonego terenu lub te odebranie okreœlonego sygna³u (rozpoznania, dowodzenia, kierowania ruchem, ostrze enia przed niebezpieczeñstwem i inne); m radiotechniczne, umo liwiaj¹ce wykorzystanie do ustalania linii pozycyjnych po³o enia przestrzennego, kierunku i wysokoœci lotu w³aœciwoœci fal elektromagnetycznych, wypromieniowanych przez specjalne urz¹dzenia znajduj¹ce siê na pok³adzie statku powietrznego lub na powierzchni ziemi; m astronomiczne (radioastronomiczne), umo liwiaj¹ce okreœlanie nawigacyjnych elementów lotu wed³ug pozycji i ruchu cia³ niebieskich (lotnicze radiosekstanty, astrokompasy, astronomiczne orientatory); m satelitarne, umo liwiaj¹ce okreœlanie nawigacyjnych elementów lotu wed³ug sztucznych satelitów Ziemi. Lot jest ustalony, je eli jego elementy zachowuj¹ sta³¹ wartoœæ, zaœ nieustalony je eli wartoœci te ulegaj¹ zmianom. Z praktyki lotniczej wynika, e lot nigdy nie jest ustalony przez

21 24 Andrzej Fellner, Pawe³ Trómiñski, Józef Zaj¹c d³ugi czas, poniewa zawsze wystêpuj¹ czynniki zak³ócaj¹ce, zmieniaj¹ce wartoœæ elementów ruchu statku powietrznego. St¹d te podczas obliczeñ nawigacyjnych za lot ustalony w odniesieniu do ka dego z jego elementów przyjmuje siê œredni¹ wartoœæ tego elementu w okreœlonym interwale czasu. W ten sposób otrzymuje siê œredni kurs, prêdkoœæ, wysokoœæ i inne parametry nawigacyjne. Tradycyjnie jako kryterium podzia³u nawigacji powietrznej przyjmuje siê rodzaje technicznych urz¹dzeñ nawigacyjnych, odgrywaj¹cych dominuj¹c¹ rolê podczas wykonywania lotu. Podzia³ przestrzeni powietrznej Ze wzglêdu na potrzeby lotnictwa oraz kontrolê ruchu, polska przestrzeñ powietrzna (rys. 1) zosta³a podzielona na: m kontrolowan¹, zawieraj¹c¹: drogi lotnicze; strefy kontrolowane lotnisk komunikacyjnych oraz wojskowych udostêpnionych dla komunikacji lotniczej; m operacyjn¹, w sk³ad której wchodz¹ przestrzenie lotów: swobodnych; koordynowanych. Bior¹c pod uwagê wzglêdy u ytkowe, wymaga siê aby informacja dotycz¹ca przestrzennego po³o enia statku powietrznego by³a ci¹g³a, wiarygodna, precyzyjna. Wymagania dla poszczególnych faz lotu (przeloty transoceaniczne, krajowe, podejœcie i l¹dowanie nieprecyzyjne, podejœcie i l¹dowanie precyzyjne) lotnictwa cywilnego okreœla Miêdzynarodowa Or- Rys. 1. Podzia³ przestrzeni powietrznej

22 Rezultaty testowania programu DEMETER 2000 w laboratoriach DGNSS/GIS che³mskiej PWSZ 25 ganizacja Lotnictwa Cywilnego (ICAO). Ta sama organizacja zdefiniowa³a parametry warunków meteorologicznych wymaganych podczas l¹dowania statków powietrznych na lotniskach, przyjmuj¹c trzy podstawowe kategorie: Kat. I minimalna podstawa chmur 60 m; widzialnoœæ pozioma 800 m; Kat. II minimalna podstawa chmur 30 m; widzialnoœæ pozioma 400 m; Kat. III podzielona zosta³a na trzy podkategorie: III A minimalna podstawa chmur zasiêg widzialnoœci pasa; widzialnoœæ do l¹dowania 200 m; automatyczne l¹dowanie; III B minimalna podstawa chmur zasiêg widzialnoœci pasa; widzialnoœæ do l¹dowania 45 m; automatyczne l¹dowanie, ko³owanie; III C minimalna podstawa chmur 0 m; widzialnoœæ do l¹dowania 0 m. Wymagania dotycz¹ce wiarygodnoœci, dostêpnoœci, dok³adnoœci dla poszczególnych wysokoœci lotu prezentuje tabela 1. Bior¹c pod uwagê mapy wykorzystywane obecnie dla potrzeb lotnictwa, b³¹d po³o enia punktu mo na okreœliæ z dok³adnoœci¹ od 1,1 do 1,2 mm na mapie. Wykorzystuje siê nastêpuj¹ce mapy: m mapy w skali 1: , na których wyznaczone s¹ trasy przelotu statków lekkich oraz 1: u ywane do nawigacji statków ciê kich; m m m mapy pok³adowe u ywane g³ównie podczas wykorzystywania radiotechnicznych i astronomicznych œrodków nawigacyjnych (np. radiolatarnie) najczêœciej skale od 1: do 1: ; mapy u ywane g³ównie do prowadzenia rozpoznania lotniczego oraz wyprowadzania statku powietrznego na punkty orientacyjne skale od 1: do 1: ; mapy specjalne przeznaczone g³ównie dla rozwi¹zania ró norodnych zadañ nawigacyjnych skale od 1: do 1: Na mapach tych naniesione s¹ siatki: linii równych azymutów (od radiostacji), radiopelengów, linii równych odleg³oœci. Tabela 1. Wiarygodnoœæ, dostêpnoœæ, dok³adnoœæ, wymagania ustalone przez ICAO Fazy lotu L¹dowanie wg KAT I L¹dowanie wg KAT II L¹dowanie wg KAT III Podejœcie do l¹dowania Przeloty w korytarzu Przeloty nad oceanem opóÿnienie (s) Wiarygodnoœ æ ryzyko niewiarygodnoœci (s) 6,3 x 10 2 x 10 2 x 10 10,3 x , , , ,9975 D ostêpnoœæ Dok³adnoœæ (95%) pozycja (m) wysokoœæ (m) Wysokoœæ lotu (m) 0 18, 7 5, , 2 1, , 1 0, _ 0, _ 0,

23 26 Andrzej Fellner, Pawe³ Trómiñski, Józef Zaj¹c Radiotechniczne systemy i pomoce nawigacyjne w Polsce W obecnym stadium rozwoju polskiego lotnictwa, bior¹c pod uwagê precyzjê okreœlania po³o enia przestrzennego, szczególn¹ rolê odgrywaj¹ radiotechniczne systemy i pomoce nawigacyjne. Zasada ich dzia³ania oparta jest na promieniowaniu i odbiorze fal elektromagnetycznych, rozchodz¹cych siê ze sta³¹ prêdkoœci¹ km/s i maj¹cych zdolnoœæ odbijania siê od napotkanych na swej drodze przeszkód. Zale nie od miejsca ustawienia, radiotechniczne systemy lotnicze dzieli siê na: m naziemne radiolatarnie bezkierunkowe (prowadz¹ce), rozg³oœnie, radionamierniki, radiolatarnie ogólnokierunkowe, stacje systemów radionawigacyjnych, stacje radiolo- m kacyjne (radarowe); pok³adowe radiokompasy (automatyczne radionamierniki), korespondencyjne radiostacje, radiolokatory (radary), specjalne urz¹dzenia systemów radionawigacyjnych (wyliczniki, odbiorniki satelitarne, komputery), urz¹dzenia dopplerowskie, radiowysokoœciomierze. Naziemne urz¹dzenia radiotechniczne mog¹ wspó³pracowaæ z pok³adowymi urz¹dzeniami jako pojedyncze lub samodzielne œrodki, które nazywane s¹ punktami radionawigacyjnymi. Natomiast pok³adowe wyposa enie radiotechniczne statku powietrznego i odpowiadaj¹ce mu naziemne urz¹dzenie radiotechniczne tworz¹ system radiotechniczny. Zasiêg dzia³ania i zakres mo liwoœci wykorzystania tych systemów, zale y od mocy urz¹dzeñ, d³ugoœci fali i warunków rozchodzenia siê fal elektromagnetycznych oraz wymaganej dok³adnoœci i ci¹g³oœci okreœlania parametrów lotu, linii pozycyjnych. W trakcie przeprowadzonych badañ okaza³o siê, e oprócz szeregu zalet, urz¹dzenia radiotechniczne posiadaj¹ wady, do których zalicza siê: ma³a odpornoœæ na zak³ócenia (szczególnie te sztuczne celowo organizowane), ograniczony zasiêg odpowiednich systemów, zale noœæ dok³adnoœci pomiarów parametrów nawigacyjnych od odleg³oœci miêdzy wspó³pracuj¹cymi urz¹dzeniami oraz warunków propagacji fal elektromagnetycznych, ograniczona przepustowoœæ niektórych systemów (mo - liwoœæ jednoczesnego wykorzystywania przez okreœlon¹ liczbê statków powietrznych). W zale noœci od zasiêgu dzia³ania systemy radiotechniczne dziel¹ siê na: systemy dalekiej nawigacji (ponad 1000 km), bliskiej nawigacji (do 1000 km), umo liwiaj¹ce l¹dowanie. Natomiast bior¹c pod uwagê mierzone parametry nawigacyjne systemy radiotechniczne dzieli siê na: k¹towe, odleg³oœciowe, k¹towo-odleg³oœciowe, hiperboliczne, dopplerowskie, satelitarne. Uwzglêdniaj¹c powy sze aspekty, przyst¹piono do badañ, które mia³y okreœliæ jaka jest rzeczywista dok³adnoœæ systemów i pomocy radiotechnicznych, aktualnie funkcjonuj¹cych w naszym kraju, a tak e wyznaczenie za pomoc¹ symulacji komputerowych optymalnego rozmieszczenia stacji VOR/DME. Rezultaty uzyskane podczas eksperymentów lotniczych prezentuje tabela 2. Z przedstawionego zestawienia wynika, e dok³adnoœæ okreœlania parametrów nawigacyjnych zale y od: zasiêgu wykrycia, wysokoœci lotu statku powietrznego, k¹tów zakrycia. Najwiêksz¹ dok³adnoœæ polskich lotniczych œrodków radiotechnicznych stwierdzono podczas okreœlania: odleg³oœci 280 m, azymutu 1 0, wysokoœci 300 m. Osi¹ganie takich rezultatów wymaga jednak stosowania kilku systemów lub pomocy nawigacyjnych. Jednak umowy miêdzynarodowe obliguj¹ Polskê do posiadania urz¹dzeñ okreœlaj¹cych lotnicze parametry nawigacyjne z dok³adnoœci¹ wymagan¹ dla drugiej kategorii ICAO (poziom 5,2 m, pion 1,7 m). Obecnie funkcjonuj¹ce pomoce i systemy nawigacyjne nie s¹ w stanie spe³niæ

24 Rezultaty testowania programu DEMETER 2000 w laboratoriach DGNSS/GIS che³mskiej PWSZ 27 Tabela 2. Zestawienie dok³adnoœci polskich lotniczych œrodków radiotechnicznych Lp. Nazwa urz¹dzeni a 1 Radiolokacyjny system l¹dowania RSP-7T 2 Radiolokacyjny system l¹dowania RSP-10 3 Radiololatarnia PAR - 8SS 4 RadiolatarniaKROKU S 5 Radiolatarnia PAR - 9M 6 Radionamiernik ARP - 6D 7 Radionamiernik ARP Odleg³oœciomier z Jawor - M2 9 Odleg³oœciomier z NUR Odleg³oœciomier z AWIA-W 11 Wysokoœciomier z PRW-13 Zasiêg wykrycia (promieniowania) H wysokoœæ lotu samolotu H500/28 km H1000/45 km H5000/22-80 km H8000/40-90 km H500/30 km H1000/45 km H5000/18-85 km H8000/40-90 km k¹towy system radiotechniczny (radiokompas i radiolatarnia bezkierunkowa); k¹towy system radiotechniczny (radionamiernik i pok³adowa radiostacja korespondencyjna); Dok³adnoœæ wspó³rzêdnych okreœlania w odleg³oœci 1% zakresu wskaÿnika 0 w azymucie ± 1 w odleg³oœci 1% zakresu wskaÿnika 0 w azymucie ± 1 Rozró nialnoœæ w odleg³oœci 1,5 km azymucie ± 3 w 0 w odleg³oœci 1,5 km azymucie ± 3 w 0 H 500/300 km H 500/300 km H 500/100 km H1000/60 km H3000/120 km H10 000/200 km H1000/80 km H3000/150 km H10 000/250 km H100/40 km H500/60 km H1000/110 km H5000/240 km H10 000/250 km H300/50 km H10 000/160 km H100/45 km H1000/90 km H10 000/100 km przy k¹cie zakrycia 0 H100/42 km H300/65 km H500/85 km 0 < 2,5 _ < 2 0 _ w odleg³oœci 600 m 0 w azymucie ± 1 w odleg³oœci 500 m 0 w azymucie ±1 w odleg³oœci 500 m 0 w azymucie ±1 w wysokoœci ± 300 m w odleg³oœci 1000 m w odleg³oœci 1,5 km azymucie ±2 w 0 w odleg³oœci 150 m azymucie ±3 w 0 w odleg³oœci 150 m azymucie ±3 w 0 _ tych wymagañ. Dlatego zasadne jest opracowanie systemu umo liwiaj¹cego pokrycie obszaru ca³ego kraju radiolatarniami. W Polsce nie funkcjonuj¹ w chwili obecnej systemy dalekiej nawigacji, a jedynie bliskiej nawigacji oraz systemy umo liwiaj¹ce l¹dowanie. Dlatego w dalszych rozwa aniach rozpatrywane s¹ nastêpuj¹ce pomoce i systemy nawigacyjne: m radiowysokoœciomierze pok³adowe; m pok³adowe urz¹dzenia dopplerowskie; m radionamierniki; m m

25 28 Andrzej Fellner, Pawe³ Trómiñski, Józef Zaj¹c m k¹towy system radiotechniczny VOR; m radiodalmierz DME; m radiotechniczny system podejœcia do l¹dowania ILS; m radiotechniczny system podejœcia do l¹dowania SP 50; m radiotechniczny system podejœcia do l¹dowania USL; m radiotechniczny system podejœcia do l¹dowania PAR; m radiotechniczny system podejœcia do l¹dowania RSL; m radiotechniczny system RSBN. Radiowysokoœciomierze Powszechnie stosowane radiowysokoœciomierze, wystêpuj¹ w dwóch odmianach w zale noœci od zakresu mierzonych wysokoœci: ma³ych (wszystkie statki powietrzne), du ych (tylko wielomiejscowe statki powietrzne). Ze wzglêdu na zmiennoœæ wskazañ radiowysokoœciomierzy, w zale noœci od rzeÿby przelatywanego terenu, nie mog¹ one s³u yæ do utrzymywania sta³ej wysokoœci lotu i wykorzystuje siê je przewa nie do kontroli wysokoœciomierzy barometrycznych, kontroli wysokoœci podczas lotów kosz¹cych, przy przebijaniu chmur i podejœciu do l¹dowania. Podczas prowadzonych badañ okaza³o siê, e zalet¹ radiowysokoœciomierzy jest to, e wartoœæ rzeczywistej wysokoœci lotu mo e byæ w dowolnym czasie odczytana na wskaÿniku bez dodatkowych obliczeñ. Jednak posiadaj¹ te podstawow¹ wadê polegaj¹c¹ na zale noœci uzyskiwanych wskazañ od k¹tów pochylenia i przechylenia statku powietrznego, spowodowan¹ brakiem stabilizacji anten w p³aszczyÿnie poziomej. Tote nie nale y korzystaæ ze wskazañ radiowysokoœciomierzy podczas: pochyleñ i przechyleñ powy- ej zakresu pomiarowego oraz lotu w górach. Dok³adnoœæ pomiaru wysokoœci rzeczywistej zale y od typu radiowysokoœciomierza i zakresu mierzonych wysokoœci. Radionamierniki i radiokompasy Z przeprowadzonych badañ wynika, e przeciêtna przepustowoœæ radionamiernika wynosi szeœæ statków powietrznych. Natomiast do podstawowych b³êdów radionamierzania, zwi¹zanych z wp³ywem powierzchni ziemi i atmosfery, zalicza siê: brzegowy (mijanie linii l¹d morze), górski (powstaje w wyniku dyfrakcji, najwiêksze w granicach podczas lotów na ma³ych wysokoœciach, praktycznie nie wystêpuje je eli wysokoœæ lotu jest wiêksza od 1,5 2-krotnej wysokoœci gór), nocny (dotyczy tylko radiokompasów). Na dok³adnoœæ wp³ywaj¹ chmury i opady atmosferyczne wahania w zakresie ± 20 0 co 5 10 s. Podczas lotu w strefie opadów (deszcz, grad, œnieg), wahania mog¹ nawet wynieœæ od ± 20 0 do ± 40 0 co jedn¹ minutê. Podczas przeprowadzonych badañ stwierdzono, ze praktyczna dok³adnoœæ radionamierzania wynosi odpowiednio: dla automatycznych radiokompasów od ± 2 0 do ± 3 0 ; dla krótkofalowych radionamierników naziemnych dalekiego zasiêgu od ± 0,7 0 do ± 0,9 0 ; dla ultrakrótkofalowych radionamierników naziemnych ± 3 0. Radiolatarnie W polskim lotnictwie jest stosowany (umieszczany w korytarzach powietrznych) k¹towy system radiotechniczny œredniego i bliskiego zasiêgu VOR (Very High Frequency Omni-

26 Rezultaty testowania programu DEMETER 2000 w laboratoriach DGNSS/GIS che³mskiej PWSZ 29 Directional Radio Range). Ta ogólnokierunkowa radiolatarnia bardzo wysokiej czêstotliwoœci umo liwia okreœlanie namiarów magnetycznych i wystêpuje w dwóch wersjach: m klasycznej pasmo czêstotliwoœci MHz, zasiêg widocznoœci naturalnego horyzontu oko³o 360 km, pomijalny b³¹d propagacji fal elektromagnetycznych, b³¹d terenowy powodowany odbiciem fal od przeszkód ± 3 0, b³¹d instrumentalny zwi¹zany z niedok³adnoœci¹ pomiaru przesuniêcia fazowego ± l 0, b³¹d dopuszczalny dla systemu ± 4 0 ; m dopplerowskiej pasmo czêstotliwoœci i zasiêg takie same jak w klasycznej wersji, b³¹d propagacji pomijalny, b³¹d terenowy ± 0,5 0, b³¹d instrumentalny zwi¹zany z niedok³adnoœci¹ pomiaru przesuniêcia fazowego ± l 0, b³¹d dopuszczalny dla systemu ± 1,5 0. Bardzo czêsto system VOR pracuje w po³¹czeniu z innymi systemami: ILS, SP 50, RSBN, KURS MP 2, DME (VOR/DME), TACAN (VOR/TAC). Radiolatarnie VOR identyfikowane s¹ kodem Morse'a, foni¹ lub jednoczeœnie kodem i foni¹, a w zale noœci od umiejscowienia rozró nia siê radiolatarnie: Rys. 2. Minimalne wysokoœci odbioru sygna³ów VOR, w zale noœci od odleg³oœci statku powietrznego od radiolatarni Rys. 3. Obszar interferencyjny dwóch radiolatarni VOR pracuj¹cych na tej samej czêstotliwoœci