ISSN 1733-8670 ZESZYTY NAUKOWE NR 6(78) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE Andrzej Bąk 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 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. Wyniki badań ekspertowych dotyczących wymagań stawianym elektronicznej mapie nawigacyjnej w PNS Tabela 1 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 5. Elementy widoczne na żądanie 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 ID Shape Type Num Points Obiekt "Linia brzegowa" wraz z atrybutami Xcoordinate Ycoordinate Style Cpen Width Pattern 1 CoastLine 7 468011.9 5946105.01 1 9 0 1 8 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 Cfill Tabela 2 Remarks 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 abak@am.szczecin.pl 46