Большинство современных морских судов, бороздящих просторы мирового океана, в наши дни для определения своего местоположения используют спутниковые навигационные системы. Очень многие суда также оборудованы средствами электронной картографии, интегрированными с приемниками высокоточных спутниковых навигационных систем. Внедрение этих систем позволило выйти на качественно новый уровень обеспечения навигационной безопасности плавания. Однако мореплавателям следует очень четко представлять возможности и ограничения, присущие новым технологиям.
В мае 2000 года правительство США отменило запрет на использование высокоточных каналов получения навигационной информации системы GPS NAVSTAR для гражданских потребителей. Были открыты для широкого доступа частоты, позволяющие получать координаты корабля с невиданной доселе точностью. Внедрение в повседневную практику спутниковых систем глобального позиционирования GPS NAVSTAR, ГЛОНАСС позволило решать задачи обеспечения навигационной безопасности плавания на принципиально новом качественном уровне.
Многие мореплаватели, особенно непрофессионалы, слепо поддались магии всемогущества GPS навигации и электронной картографии, совершенно не подозревая о неожиданных подводных камнях, которые возникли вследствие дисбаланса между головокружительным уровнем развития средств глобального позиционирования и второй составляющей этой системы – картографических данных.
Точность определения координат места судна в море с помощью GPS в дифференциальном режиме (DGPS) составляет 10 и менее метров с вероятностью 95%. Но знаете ли вы, что на сегодняшний день более 50% данных о глубинах, указанных на морских навигационных картах, были получены до 1940 года!? Что еще существует значительное количество морских навигационных карт, основанных на результатах промеров еще до 1900 года!? И все эти данные в неизменном виде перекочевали в современные электронные карты.
В докосмическую эру было принято считать, что точность определения местоположения и нанесения на морские навигационные карты навигационных опасностей существенно превышает обычную точность определения места судна с помощью самых современных для того времени средств, таких как радио-навигационные или астро-навигационные системы. Невязка более одной морской мили – это было обычным явлением для штурманов того времени, поэтому погрешности картографической съемки, погрешности нанесения полученных данных на карты даже в несколько кабельтовых в таких условиях особого влияния на безопасность плавания не оказывали. Однако космическая навигация с ее 10-15 метрами сразу сделала эти факторы существенными.
Системы координат карты
Большинство GPS приемников работает в системе координат World Geodetic System 1984 (WGS 84). Если карта построена в другой системе, например СК-42, а так было повсеместно в докосмическую эпоху, исправления координат не избежать.
Пренебрежение этими различиями могут иногда стоить жизней многих людей, как это случилось с пассажирами и экипажем рейса авиакомпании «РусЭйр», который разбился в ночь на 21 июня 2011 года при заходе на посадку в аэропорту Петрозаводска. Детально причины этой катастрофы я разбирал в статье «Не вся Земля круглая».
Точность морских навигационных карт, в том числе и электронных, зависит от нескольких факторов. Прежде всего, это точность исходных данных промеров и картографической съемки, которые в свою очередь зависят от характеристик инструментов, с помощью которых выполнялись измерения, точности определения координат этих измерений, точности нанесения результатов измерений на планшеты и кальки, с которых эти данные были перенесены на матрицы для печати карт. Свою лепту также вносят погрешности, определяемые технологией печати, линейные размеры наносимых изображений, линий и символов.
В свое время ведущими национальными гидрографическими организациями, такими как, например, Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (National Oceanic and Atmospheric Administration – NOAA) были разработаны стандарты точности для каждого шага при сборе и обработке информации в процессе картографического производства.
Точность гидрографических наблюдений
В настоящее время подавляющее большинство гидрографических наблюдений производится с помощью системы дифференциальной навигации DGPS. Однако, для наблюдений, которые проводились в период до середины 1990-х годов, погрешности нанесения результатов измерений на исходные планшеты не должны были превышать 1,5 мм. Так, например, для картографической съемки подходов к гавани на карте масштаба 1:20 000 точность нанесения результатов съёмки в 1,5 мм означает, что на местности указанная точка будет расположена в пределах 30 метров от обозначенных координат.
Гидрографическое судно ВМФ РФ «Донузлав»
Требования к картографическому производству
Согласно требованиям к точности картографического производства погрешность нанесения объектов на карту, т.е. перенос с исходных планшетов на литографическую матрицу, в подавляющем большинстве случаев не должна превышать величину 1 мм. В масштабе карты это означает, что, для масштаба 1:20 000 эта погрешность в 1 мм составит 20 метров на местности, а на карте масштаба 1:80 000 – 80 метров соответственно.
Разрешающая способность
Разрешающая способность карты и приоритеты картографа также являются важным фактором. Когда необходимо показать на карте два или более объекта, расположенных вплотную друг к другу, картограф может отдать предпочтение наиболее важному с его точки зрения объекту и сместить или вообще не показывать менее важный. Например, ограждающий буй может быть показан несколько в стороне от своего реального места, чтобы можно было точно нанести ограждаемую им изобату.
Отсюда очевидно, что точность GPS местоположения в 10-15 метров при погрешности нанесения результатов гидрографической съемки на исходные планшеты и последующие погрешности при печати этих данных на картах теряет свою актуальность.
Скриншот рабочей программы картографа CARIS S-57 Composer
Безусловно, гидрографы всего мира продолжают уточнять данные с использованием современных средств позиционирования, но нужно реально осознавать, что до покрытия точными измерениями всего Земного шара еще очень далеко.
Эволюция технических средств батиметрической съемки
Электронные карты
Несмотря на гигантский технологический прогресс, на сегодняшний день основой для производства электронных карт продолжают оставаться бумажные карты. Строить электронные карты только на базе непосредственных данных гидрографических съемок станет возможным, когда этими данными будут покрыты необходимые картографируемые площади. К сожалению, на сегодняшний день, таких районов еще не много. Поэтому следует иметь в виду, что картографическая информация не может быть полнее и точнее, чем на исходных бумажных картах. И если электронная карта создана на основе карты масштаба, например, 1:20 000, даже если в электронной системе вы сможете «растянуть» ее до масштаба, скажем, 1:10 000, то информация на ней не станет от этого полнее или точнее. А это значит, что как бы вы ни уповали на феноменальную точность получения ваших координат с помощью приемника GPS, эти координаты останутся только цифрами, не имеющими никакого значения. Значение имеет только ваше местоположение относительно навигационных опасностей и других объектов, нанесенных на карту. Поэтому знание координат до пятого знака после запятой без адекватной точности картографических данных никаким образом не повысит вашу безопасность плавания, напротив, только создаст иллюзию безопасности.
В статье использованы данные Национального управления океанических и атмосферных исследований США: "Hydrographic Survey Techniques", "Differential GPS (DGPS) & Your Chart", а также сведения из книги Д.А.Гагарского «Электронные картографические системы в современном судовождении»