CC BY
185
УДК 528.91
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ НАВИГАЦИОННОЙ КАРТОГРАФИИ
Елена Степановна Утробина
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры картографии и геоинформатики, тел. 8(383)-361-06-35, е-mail: [email protected]
Статья касается вопроса развития навигационной картографии. Также рассмотрены основные компоненты навигационной системы: навигационные приемники, особенности программного обеспечения, навигационные картографические базы данных, при этом особое внимание уделено навигационным картам.
Ключевые слова: навигационная картография, навигационная система, навигационная карта.
SOME ASPECTS OF NAVIGATIONAL MAPPING
Elena S. Utrobina
Ph..D, Assoc.Prof., Department of Cartography and Geoinformatics,, Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhonogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, phone: . 8(383)-361-06-35, е-mail: [email protected]
Some problems of navigational mapping are considered. Main components of navigation system are shown, i.e. navigation receivers, software, and navigation mapping database. Special attention is given to navigation maps.
Key words: navigation mapping, navigation system, navigation map.
В последнее время, значительный скачок в развитии науки, техники и информационных технологий отразился и на системе картографических дисциплин, которые, быстрыми темпами стали внедрять в свои отрасли высокие технологии, что привело к появлению новых разделов и развитию отраслей картографии, различающихся по назначению и практической направленности. Так с внедрением глобальных позиционирующих систем (GPS - Global Position System, глобальной навигационной спутниковой системы - ГЛОНАСС) получило широкое развитие навигационное картографирование для рядового потребителя. Технологии для навигации непрерывно совершенствуются и становятся все более доступными. Сейчас почти у каждого человека имеется устройство со встроенным GPS-приемником (компьютер, смартфон, планшет, навигатор), позволяющее ориентироваться в пространстве, как пешему путешественнику, так и автомобилисту.
В сигнале, посылаемом спутником на Землю, содержится информация о времени отправки спутника и его точных координатах. GPS-приемник записывает и расшифровывает сигнал спутника, вычисляя разницу во времени между отправкой и получением радиосигнала, определяя на основании полученной информации координаты: широту, долготу и высоту над уровнем моря, а также время, направление и скорость движения любого объекта на местности. Таким образом, можно определить местоположение важных для пользователя объектов: начало-конец маршрута, поворот дороги, нужный адрес или населенный пункт и т.д. Широкое использование GPS-приемников связано с решением традицион-
ных научных и производственных задач, но также и частных вопросов, возникающих у широкого круга потребителей геопространсвенной информации.
Не так давно для обеспечения навигации использовались бумажные навигационные карты, созданные преимущественно в равноугольной проекции Меркатора и имеющие специальное содержание, которое устанавливалось в зависимости от решаемых навигационных задач. Навигационные карты были рассчитаны только на определенные круги пользователей и входили в группу специальных карт. В последнее время цифровые навигационные карты стали доступными современному пользователю и практически вытеснили «бумажные». В результате широкого распространения GPS/ГЛОНАСС систем многие задачи в различных отраслях деятельности человека связанные с навигацией, значительно упростились, но при этом неизбежно возникли новые проблемы, а также новые идеи, направленные на совершенствование и дальнейшее развитие отраслей с помощью навигационных систем, в том числе навигационной картографии. Поэтому актуальность развития картографии в направлении навигационного картографирования несомненна. Учет геопространсвенных интересов пользователя, при работе с навигационными системами, в современных условиях немаловажен, поскольку ориентирование на местности и планирование маршрута движения стало не просто удобным, но и общедоступным и востребованным потребителем, особенно это касается развития систем наземной навигации (автомобильной, туристической и т.д.).
Любая навигационная система состоит из нескольких подсистем: это подсистема навигационного обеспечения, включающая системы спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS сеть наземных базовых станций и технические средства профессиональной или персональной навигации; подсистема программного обеспечения, включающая специализированные программные средства, позволяющие реализовать навигационные и информационно-справочные запросы пользователей; геоинформационная подсистема, включающая цифровые навигационные карты, интегрированные со справочными тематическими базами данных [1, 2, 3].
Известны основные виды навигационных систем: это аэронавигационные, космической навигации, морской и речной навигации, наземной навигации. Навигационные системы можно классифицировать также и по другим признакам, например, по характеру решаемых задач, по точности приема сигнала со спутника и т.д. Кроме того внутри этих классификаций навигационные системы также могут подразделяться по ряду признаков.
Навигационные устройства, входящие с состав навигационной системы, в настоящее время получили широкое распространение, они используют в своей работе GPS-приёмники, которые подразделяют на профессиональные (высокоточные) использующиеся в военных целях, для геодезии и картографии; и простые (бытовые) применяющиеся в различных сферах деятельности для широкого круга пользователей. Причем GPS-приёмники для широкого круга пользователей могут быть как портативными - навигаторы (туристические, спортивные, автомобильные), так и встроенными в другие устройства (компьютер, планшет, мобильный телефон и т.д.), а также выделяются GPS-трекеры, GPS-логгеры,
использующиеся для спутникового мониторинга автомобилей, людей, животных других объектов.
Программное обеспечение навигационной системы состоит из операционной системы, программной оболочки, специальной навигационной программы и дополнительных приложений. При этом операционная система совместно с программной оболочкой является координатором между аппаратным обеспечением навигационного устройства и специализированными программами, предоставляя программам разных разработчиков единый интерфейс. Специальная навигационная программа, частным случаем которой является, например, На-вител, Автоспутник и др., отображает только положение GPS-приёмника в пространстве, которое передается лишь одной точкой на сером экране в соответствии с географическими координатами. Поэтому в основе любой навигационной системы лежит карта, которая позволяет увидеть окружающую эту точку местность и позволяет достаточно легко ориентироваться по ней. Таким образом, навигационная программа и карта тесно взаимодействуют между собой, хотя обновление программы и карты выполняется по отдельности. Судя по всему, отсюда возникает ошибочная трактовка понятий, например под «навигационной картографией» очень часто подразумевают либо саму векторную навигационную карту, либо имеют в виду базу данных этой карты, но, ни то, ни другое неверно, ни по терминологии ни, по сути.
Навигационная программа также обеспечивает поддержку дополнительных сервисов, например, сервис информации о пробках, функции обмена треками с другими пользователями и т.д.
Навигационная система в зависимости от метода цифрового представления информации может использовать карты растрового и векторного формата данных, которые упрощенно называют растровыми и векторными.
В качестве растровых карт могут выступать отсканированные пользователем бумажные топографические карты и привязанные к местности с помощью специализированного программного обеспечения, например Ozi Explorer, такие карты чаще всего используются автомобилистами, туристами. Большое распространение имеют космофотокарты, часто их называют спутниковые карты, изображение которых строиться на основе космического снимка с нанесенным векторным картографическим изображением отдельных элементов местности. Недостатками растровых карт является, то, что компьютер картографические изображения воспринимает просто как картинки, лишь пользователь может рассматривать их как карту и идентифицировать реки, озера, дороги, леса, строения, но без дополнительных информационных возможностей. Кроме того при данном отображении информации сказываются значительные затраты оперативной и внешней памяти, что влияет на скорость работы устройства, также при этом возникают сложности с масштабированием изображения. В программах, где при масштабировании происходит подмена более мелкого масштаба изображения другим, более крупным и наоборот, необходимо иметь подборку карт одного района в разных масштабах, что также увеличивает количество файлов и общий объем памяти. Кроме того, по точности навигации они уступают векторным картам. К достоинствам растровых карт можно отнести возможности пользователя самостоятельно вносить дополне-
ния в изображение карты, например, «сшить» с соседним регионом, а также добавить подпись, комментарий, метку объекта, фотографию. Необходимо отметить и простоту ее и получения, путем скачивания с Интернет или сканирования бумажной карты нужного района. В Интернет содержится множество ресурсов, выложенных в свободный доступ, в том числе привязанных карт на различные регионы России, в различных масштабах.
Векторная карта выполняется с помощью векторной графики и состоит из графических примитивов (точек, линий, полигонов). Она представляет собой набор данных о географическом расположении объектов векторного формата, из которых формируется карта местности. Часто она содержит семантическую и метрическую атрибутивную информацию, хранящуюся в таблицах геоинфор-мационных баз данных.
Преимуществами использования векторных навигационных карт являться высокая точность изображения, легкость масштабирования в результате использования многоуровневой генерализации, возможность автоматической прокладки маршрута и непрерывное его отслеживание посредством создания нового картографического изображения вокруг движущегося объекта. Необходимо также отметить изменение текущего масштаба в зависимости от скорости движения объекта, элементы анимации, голосовые и визуальные подсказки. Кроме того возможно визуальное управление цветом, световым освещением (дневное и ночное время), шрифтом и расположением подписей.
С целью удобства ориентирования на навигационных картах используются следующие виды визуализации картографического отображения: двухмерная карта (вид сверху); перспективное отображение с высотой зданий и их частей; а также перспективное отображение, включающее реалистичные 3D модели выдающихся объектов.
Векторную карту, часто называют картографической базой данных, подразумевая, что компьютер хранит не само изображение объекта, а информацию, на основании которой и создается карта. Но при этом компьютер векторную карту, как и растровую саму по себе не видит, а просто выстраивает изображение из графических примитивов. Причем карта, имея векторный формат, может использоваться и без атрибутивной информации, т.е. у нее может отсутствовать база данных. Также говоря о навигационной базе данных, ошибочно подразумевают визуализированную на экране векторную карту, только лишь потому, что в ее основе заложена база данных с атрибутивной информацией. Следовательно, необходимо разделять понятия векторная карта и картографическая (навигационная) база данных.
Картографическая база данных навигационных карт, включает атрибутивные данные об элементах общегеографического содержания топографических карт в сочетании со специальными тематическими данными, необходимыми для эффективной работы навигационной системы. Такую базу данных часто называют навигационной картографической базой данных. Так, например, для автомобильных навигационных карт, необходимы специальные тематические слои, такие как граф дорог, включающий всевозможные данные и атрибуты дорожной сети, например, адресный реестр населенных пунктов, реестр объектов инфра-
структуры (POI - Points of Interest,) или так называемых точек интереса, которые используются для построения маршрута и для поиска объекта по адресу.
Навигационные карты выпускают компании Navteq и Tele Atlas, но также в каждой стране существуют местные поставщики, в России это Навител и «АГТ Геоцентр». Но при этом следует отметить, что на многие районы Российской Федерации (РФ), навигационных карт с достаточной степенью детализации информации просто нет. Создание карты всего мира ведется помощью проекта Open Street Map, участники которого простые пользователи навигационных карт, проживающие в данной местности, не являющиеся картографами. Они создают карты на отдельные территории, причем по достоверности и подробности содержания эти карты, иногда превосходят карты подготовленные карто-графами-профессионалами. Это происходит по тому, что для качественного редактирования навигационных карт необходимо выезжать на местность, что требует дополнительных и немалых финансовых затрат, которые зачастую не выгодны компаниям-создателям навигационных карт.
Новые знания требуют не только систематизации, но и единства в терминологии, единого состава картографической информации, используемой картами одного типа навигации, с учетом требований современного потребителя и навигационного программного обеспечения, а также технических особенностей навигационных устройств, совместно с которым используется данная карта. Поэтому в перспективе развития навигационной картографии в России следует учитывать опыт создания зарубежных навигационных карт в сочетании со спецификой регионов РФ, включая разработку качественного оформления с учетом 3D, анимационных и световых эффектов, также содержания, соответствующего требованиям времени. Необходимо комплексное формирование и наполнение навигационных картографических баз данных, по всем регионам РФ, включая необходимость их регулярного, своевременного обновления, с целью получения навигационных карт отвечающих постоянно растущим требованиям современного общества.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Дубровский А.В., Середович С.В. Цифровые навигационные карты в структуре
РИПД // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч.
конф. «Экономическое развитие Сибири и Дальнего Востока. Экономика природопользования, землеустройство, лесоустройство, управление недвижимостью» : сб. материалов в 4 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 3. - С. 180-185.
2. Дубровский А.В. Геоинформационные системы: управление и навигация : учебно-метод. пособие. - Новосибирск: СГГА, 2013. - 95 с.
3. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии: монография. В 2 т. Т. 1. - М.: Картгеоцентр, 2005. - 334 с.
© Е.С. Утробина, 2013
