Картографическое обеспечение плавания в высоких широтах

Опубликовано в номере:
PDF версия
В статье обсуждается проблема создания электронных картографических навигационных информационных систем, пригодных для контроля навигационной безопасности при плавании в высоких широтах.

Решение ряда задач осуществления государственной политики Российской Федерации в Арктике [1] и стратегии развития Арктической зоны России [2] (освоения шельфа, защиты национальных интересов, повышения транспортного потенциала Севморпути и проч.) связано с расширением судоходства в Арктическом бассейне, включая его приполюсные районы.

25_51_01


рис. 1

Для минимизации неизбежно возрастающих при этом рисков совершения навигационных аварий необходимо внедрение в практику высокоширотного плавания средств автоматизации контроля навигационной безопасности плавания (НБП), в том числе электронных картографических навигационных информационных систем (ЭКНИС), предназначенных для работы в этих широтах. При этом сами методы контроля НБП должны оставаться традиционными и регламентироваться правилами Российского морского регистра судоходства и «Технического регламента о безопасности объектов морского транспорта».

25_51_02


рис. 2

Существующие в настоящее время ЭКНИС непригодны для контроля НБП в широтах выше 85°, так как не обеспечивают в этих районах корректное отображение поверхности Земли и выработку необходимых навигационных параметров. Связано это прежде всего с перво­основой, на которой строится любая ЭКНИС, — с электронной навигационной картой (ЭНК), а точнее — с тем, каким образом она построена. Последнее зависит от того, с помощью какого метода проектирования Земля, близкая в общем случае к эллипсоиду вращения, превращается в карту. Здесь следует отметить, что требования к ЭКНИС, формируемые Международной морской организацией, и к ЭНК, выдвигаемые Международной гидрографической организацией [3, 4], хотя и не ограничивают применение тех или иных методов проектирования, оставляя их выбор на усмотрение производителя ЭНК, все же регламентируют вид используемых при этом координат.

В Российской Федерации единственным официальным производителем ЭНК является «280 Центральное картографическое производство ВМФ». Карты эти, как и их бумажные оригиналы, выпускаемые этим же предприятием, используют нормальную равноугольную цилиндрическую проекцию Меркатора, при которой сетка привычных географических координат, нанесенная на поверхности Земли, проектируется на цилиндр, касающийся Земли по линии экватора. Такие карты отличаются искажением фигуры Земли в высоких широтах. Более того, на ней невозможно отразить положение Северного полюса, а площадь Гренландии кажется сопоставимой с площадью Южной Америки, тогда как на деле она в восемь раз меньше. В силу указанной причины существующие ЭКНИС (и не только отечественные, поскольку нормальная проекция Меркатора при построении ЭНК является общеупотребительной) не могут быть эффективно использованы в высоких широтах. Не способствует плаванию в этом регионе и абсолютно недостаточное его картографическое покрытие. Так, по данным того же «280 ЦКП ВМФ» [5], ЭНК Северного Ледовитого океана в широтах выше 80° С.Ш. представлены только 17 ячейками, покрывающими отдельные участки архипелагов Земля Франца-Иосифа и Северная Земля, а также северную часть Карского моря.

Еще одной специфической чертой плавания в обсуждаемом регионе является сложность использования географических координат, что связано, прежде всего, с неустойчивой работой в высоких широтах традиционных средств курсоуказания, а на самом Северном полюсе понятие «курс» как угол межу направлением движения корабля и направлением на Север и вовсе теряет смысл. В связи с этим в широтах выше 85-й параллели переходят на использование квазигеографической системы координат, строящейся для сферической Земли, радиус которой определяется используемой геодезической системой координат, описывающей земной эллипсоид. При этом Северный полюс переносят в точку пересечения географического экватора с географическим меридианом 180°, географические меридианы 90°Е и 90°W используют в качестве квазиэкватора, а географические меридианы 0 и 180° — в качестве начального квазимеридиана (рис. 1).
Положение любой точки К на поверхности Земли в такой системе определяется квазиширотой jq и квазидолготой lq, а направления в этой точке, например квазикурс Кq, отличаются от направлений в географической системе координат (в данном случае — курса) на угол перехода Q, определяемый углом между северной частью географического меридиана и квазисеверной частью квазимеридиана точки К.

Для работы в этом районе предлагается использовать в ЭКНИС ЭНК в поперечной равноугольной цилиндрической проекции Меркатора, которая представляет собой проекцию сетки квазигеографических координат, нанесенной на поверхности Земли, на поверхность цилиндра, касающегося земной поверхности по линии квазиэкватора. Вид сетки географических и квазигеографических координат на поверхности Земли для широт выше 75° с. ш. приведен на рис. 2. В этом случае в приполярной зоне не возникает ранее имевших место искажений отображения земной поверхности.

Известно [6], что основные уравнения нормальной и поперечной проекций Меркатора и уравнения локсодромии (линии на карте постоянного курса) и квазилоксодромии (линии на карте постоянного квазикурса) отличаются только используемыми в уравнениях координатами — географическими или квазигеографическими. Именно это свойство проекции Меркатора позволяет использовать единые принципы, методы и правила контроля НБП во всех районах, включая приполюсные, и создать единую для всех широт ЭКНИС с использованием ЭНК в той или иной проекции Меркатора в зависимости от района плавания. Такие ЭНК могут быть получены как результат наложения на сетку географических или квазигеографических координат графического изображения картографической информации.

Предложенный подход к картографическому обеспечению ЭКНИС при плавании в высоких широтах согласован Управлением навигации и океанографии Минобороны, ОАО «Государственный научно-исследовательский и навигационно-гидрографический институт» (ведущей организацией Минобороны в области морской навигации), «280 ЦКП ВМФ» и используется в ЭКНИС разработки ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». При его реализации расчет и отображение сетки географических координат производится в соответствии с «Правилами гидрографической службы» [7]. Расчет и отображение сетки квазигеографических координат, преобразование географических координат в квазигеографические и обратно производятся по разработанной ОАО «ГНИГНИ» методике [8] с учетом различных параметров земного эллипсоида для геодезических систем координат СК-42, ГСК-2011 и WGS-84, что обусловлено различием «квазимеркаторских» координат точки на экране ЭКНИС, достигающем 28 м в различных геодезических системах координат.

25_51_03


рис. 3

Учитывая, что основным содержанием ЭНК для Центрального арктического бассейна (ЦАБ) является информация о глубине моря, такие ЭНК могут быть получены как результат наложения на сетку географических или квазигеографических координат графического изображения рельефа дна. В качестве базы данных рельефа дна для ЦАБ используется разработанная «280 ЦКП ВМФ» официальная ЭНК RU191115 масштаба 1:2 500 000 в системе координат WGS-84. На рис. 3 приведен вид экрана ЭКНИС с ЭНК, полученной в результате наложения на сетку квазигеографических координат официальной ЭНК RU191115, преобразованной в квазигеографическую систему.

Все операции в ЭКНИС с полученной описанным способом ЭНК (масштабирование, графические построения, измерения и др.) не вызывают дополнительной нагрузки на судо­водителя. Выработка навигационных параметров собственного судна, определение положения подвижных и неподвижных препятствий, отображение радиолокационных целей и целей, полученных от автоматической идентификационной системы, контроль НБП и решение других задач ЭКНИС производятся в координатах ЭНК района плавания.

25_51_04


рис. 4

Выбор координат, географических или квазигеографических, производится судоводителем в зависимости от широты места плавания. Именно такая ЭКНИС используется в комплекте аппаратуры, разработанном ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» совместно с ЗАО «Транзас» и предназначенном для обеспечения плавания в Арктике (рис. 4).

Использование ЭКНИС при плавании в приполюсных районах позволит снизить нагрузку на судоводителя, повысить объективность и достоверность контроля НБП и уменьшить риск навигационных аварий.

ЛИТЕРАТУРА

1. www.rg.ru/2009/03/30/arktika.
2. www.minregion.ru/uploads/document.
3. Publication S-57. IHB, Monaco. 2000.
4. Publication S-57. IHB. Monaco. 2010.
5. Arctica-Katalog. ФКУ «280 ЦКП ВМФ». 2014.
6. Справочник штурмана. М.: Воениздат. 1968.
7. Правила гидрографической службы № 5, УНиО МО РФ. Санкт-Петербург. 2009.
8. Методика построения и использования системы квазигеографических координат для единых государственных систем координат РФ и системы координат WGS-84, ОАО «ГНИГНИ». Санкт-Петербург. 2013.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *