05 октября 2016

Будущее ЭКНИС и развитие стандартов хранения информации

Объектно-ориентированная модель стандартизации информации для решения навигационных задач

S-100 – новый стандарт хранения геопространственных гидрографических данных

Оборудование ЭКНИС предназначено для решения всех видов штурманских задач с точки зрения сохранения максимальной безопасности судовождения. Электронные картографические системы контролируют прохождение маршрута, маневры, могут управлять автопилотом. Постоянный контроль ситуации позволяет ЭКНИС подать своевременный сигнал опасности в случае нахождения прямо по курсу другого судна и вычислить безопасный маневр расхождения. Таким образом, электроника в состоянии сделать то, что непосильно для бумажной карты, какой бы точной она ни была.

Применение оборудования ЭКНИС регулируется конвенцией СОЛАС, согласно которой все суда с 2012 года должны оснащаться ЭКНИС. Постоянное развитие электронной картографии требует от ЭКНИС новых возможностей совместимости и способности оперировать всеми типами навигационных данных. Привычный стандарт Международной Гидрографической Организации (IHO) S-57, действующий с начала девяностых годов прошлого века, устанавливает правила обмена гидрографическими данными и изначально поддерживал информацию всех форматов, однако сегодня требует обновления.

Новый стандарт S-100, объединяющий все форматы данных для применения в ЭКНИС, который должен прийти на смену S-57, не только закроет вопросы совместимости, но и послужит основой, позволяющей в полной мере реализовать потенциал развития электронной картографии и иной гидрографической продукции.

S-100 стандарт хранения гидрографических данных

Исторически электронная картография появилась в середине восьмидесятых. Она представляла собой стандартную бумажную картографию, переведенную в электронный формат граффайлов. В соответствии со Спецификацией структура и формат такого документа должна быть одинаковой для всех электронных носителей, однако большое количество компаний, занявшихся изготовлением электронных навигационных карт, повлекло возникновение различных форматов файлов, в целом разделившихся на растровый и векторный форматы графических данных.

Растровый формат подразумевает создание фотографической копии бумажной карты, а векторный – создание базы объектов, каждому из которых соответствует определенный вектор координаты. Для визуализации той или иной карты на мониторе необходима соответствующая программа, а применительно к судну, на отображаемую карту должна налагаться информация о его координатах, координатах соседних судов и прочих особенностей региона. Такая система должна позволять строить графический маршрут следования, дополнять карту новыми данными и отображать истинное положение судна относительно окружения и всего пространства.

Это оборудование сегодня хорошо известно под именем картплоттеров. Вместе с ними получили развитие электронные картографические системы (ЭКС), позволяющие подключать навигационную матчасть, например, спутниковые антенныРЛСэхолотыкомпасы и другое судовое оборудование. Наличие исчерпывающей информации о параметрах движения судна в одной системе наделяет ее вычислительной мощью и способностью просчитать многие варианты движения, связанные с прохождением маршрута. Система может и должна подавать разного рода сигналы о наличии опасностей, времени до поворотной точки и т.д.

Автоматизация контроля за движением судна в значительной степени устраняет риск человеческого фактора при принятии решений на ходовом мостике. Тем не менее, до середины девяностых годов IMO не разрешала отложить бумажные карты, использование которых было обязательным параллельно с электронной системой. Это время стало отправной точкой для зарождения нового поколения так называемых электронно-картографических навигационно-информационных систем ЭКНИС (ECDIS) для регламентирования работы которых и был создан стандарт S-57.

Количество изданий стандарта показывает, сколь сложным был процесс прохождения идеи единого картографического устройства в жизнь, и какое время необходимо, чтобы производители соответствующего программного обеспечения могли реализовать все положения издания. Поэтому каждое из изданий «замораживалось», как правило, на четырехлетний срок, чтобы дать возможность отрасли приспособиться к нормативным требованиям. Последнее издание S-57 произошло на рубеже тысячелетий, и практически сразу за этим начал разрабатываться стандарт S-100.

Международная Гидрографическая организация

S-100 представляет собой последний стандарт гидрографических данных, поддерживающих ISO 19100 – актуальную серию географических стандартов, главной целью которого можно указать простоту интеграции гидрографической информации в электронную картографию. Переход с S-57 на S-100 осуществляется крайне постепенно, при этом сам по себе стандарт S-57 никуда не исчезает, однако производители софта и приложений активно стимулируются для разработки решений в новом стандарте S-100.

Оптимизация, общие интерфейсы и совмещение несовместимого – основной посыл регулятора в отношении распространения стандарта S-100. В его разработке учтено много ошибок, проявивших себя во время многолетней практики следования стандарту S-57. Взятые за основу S-100 стандарты ISO 19100 рисуют вектор развития в наиболее перспективном направлении и дают уверенность в том, что реализованная в итоге система надолго опередит время и даст возможность всем заинтересованным участникам рынка наполнить ее своими решениями.

Стандарты ISO предлагают современным разработчикам так называемый профиль инструментов для реализации определенной функции, а стандарт S-100 представляет собой набор таких профилей. Входные данные представляются с помощью так называемого концептуального схематического языка, структурные объекты которого наполняют концептуальные словари объектов, регистрируемых в регистрах, составляющих реестр. Информация, хранимая в регистрах, послужит основой для разработки новых продуктов и при этом позволит Гидрографической организации контролировать и управлять этим процессом. Аналогично с объектами работают регистры изображений, включающих множество символов и правил их визуализации.

Любой продукт, основанный на стандарте S-100, должен реализовываться на правилах, содержащихся в общей модели объекта, в свою очередь, являющейся концепцией самого объекта и его характеристик. Кроме этого, в S-100 огромное внимание уделено метаданным, необходимым для совместимости хранимых гидрографических данных по уровню своего качества. Для этого к хранителям данных предъявляется требование прописывать в этих данных соответствующую информацию.

Объекты из каталога данных классифицируются по признакам типа и информации об объекте. Электронный каталог объектов должен быть совместим с любыми географическими данными, указывающими на объект из каталога. При этом каждый объект имеет свои атрибуты и беспрепятственный доступ к ним через каталог, и совместно они получают определения из концептуального словаря объектов. S-100 устанавливает правила каталогизации объектов и классифицирует их типы. Также S-100 включает в себя информацию о системах координат, пространственной привязке, стандарты кодирования и другую информацию специального характера, которая может быть полезна разработчикам.

ЭКНИС и S-100

Навигационно-картографические системы интенсивно развиваются и совершенствуются, благодаря чему растет эффективность судовождения во всем мире. В ближайшем будущем можно прогнозировать дальнейшие шаги развития отрасли, которые способны привести к совмещению на одном дисплее всех возможных данных, включающих в себя электронную картографию, данные РЛС, транспондеров, САРП. Наполняемость информацией позволит существенно расширить электронную картографическую базу. Один модуль объединит в себе геопозиционирование, радиолокационную прокладку, прием сообщений навигационного и гидрометеорологического характера.

S-100 начал действовать с начала 2010 года и расширил действующий S-57. Превосходство S-100 заключено в его гибкости и динамике обработки информации. По сути, он имеет открытую архитектуру, и его состав может расширяться по определенным правилам, без оказания влияния на сам стандарт S-100. Поддержка 3D-продуктов открывает впечатляющие возможности по способам представления навигационной обстановки пользователю ЭКНИС. S-100 содержит компонент, позволяющий отслеживать приливы и отливы, от которых зависят глубины, предназначенный наглядно информировать о текущей глубине на основании анализа. Отдельным направлением в части реализации стандарта S-100 стоит высокоплотная батиметрия. В связи с развитием данного сегмента не за горами доработка S-100 до S-101. S-101 позволяет составлять маршрут следования судна, учитывая все возможные опасности, метеорологические данные, течения и катаклизмы климата. Визуализация прохождения маршрута с параметрами, которые хочет видеть судоводитель, представляется мощнейшим средством анализа возникновения критических ситуаций и их предупреждения.

S-100 несравнимо гибче S-57, и находится вне каких-либо рамок, налагаемых на формат кода информации. Наглядность, обеспечиваемая 3D, временными параметрами, высокоплотной батиметрией и другими компонентами S-100 превращает ЭКНИС в устройство, трансформирующее объективную реальность в максимально сжатую картину, содержащую исчерпывающую информацию обо всех нюансах возможного движения судна. Принятие решений на базе такой вычислительной мощи с возможностями просчитать любые параметры движения судна в различных условиях может превратиться в формальность уже в самом ближайшем будущем.