Наземные и авиационные топографические карты.
Тенденции развития
Новикова Светлана Борисовна,
ГБОУ гимназия № 397 им. Г.В. Старовойтовой
Кировского района Санкт-Петербурга
ГБОУ гимназия № 397 им. Г.В. Старовойтовой
Кировского района Санкт-Петербурга
Рассматриваются прикладные задачи, требующие применения топографических карт. Анализируются новые требования, предъявляемые к современным картам в различных областях, и определяются пути их решения. Показана актуальность применения новых подходов при разработке и создании карт. Особое внимание уделено задачам постоянного обновления, комплексирования на основе взаимодействия с другими источниками полезной информации, повышающими эффективность использования как на земле, так и в воздушном пространстве.
На уроках географии развиваются прикладные умения, связанные с ориентированием на местности. Ученики знакомятся с принципами построения и использования топографических карт, учатся работать с масштабом, считать и измерять расстояния, определять координаты объектов, прокладывать маршруты, избегая болот и сильных возвышенностей, строить профили рельефа местности. Но им необходимо иметь представление и о работе с современными навигационными средствами, знать об особенностях работы с электронными картами, обладать первичными навыками ориентации с помощью GPS навигатора.
Современная топографическая карта – это основа и, одновременно, продукт геоинформационной системы (ГИС). ГИС решают задачи автоматизированного сбора, хранения, анализа и графической визуализации: картографической информации; дополнительных пространственно-временных данных и объектов, включенных в состав соответствующей базы данных. Каждая из таких карт формируется в зависимости от назначения и технического облика системы, которая ее использует [1,2].
Современная навигация реализуется с помощью электронных карт местности на которых в реальном масштабе времени отображается месторасположение движущегося объекта. Но достаточно ли того представления информации, которое используется сейчас для автомобильной навигации при организации транспортного движения или ее необходимо улучшать?
Типичное двумерное изображение, формируемое программой автомобильной навигации при прокладке маршрута, не содержит дополнительной информации о местности, или о прохождении одной дороги над другой без их пересечения. Все это приводит к ошибкам водителей, пытающихся ориентироваться по подобной карте. Современной альтернативой такому отображению является разработка карт местности, которые способны отображать привычную для человеческого глаза обстановку в виде 3-х мерного изображения с пропорциональными относительно друг друга зданиями, остановками, зелеными насаждениями. При этом визуализацию нужно делать настраиваемой, чтобы здания становились полупрозрачными, для лучшей ориентации водителя.
Такую карту следует делать многослойной. Каждый слой отображения должен настраиваться так, чтобы показывались только нужные в текущий момент вспомогательные объекты карты, например, автомойки и автозаправочные станции. Более того для навигационных систем рекомендуется использовать обновляемую из интернета базу данных о вспомогательных объектах карты: аптеках, ресторанах, парикмахерских и т.д. Для того, чтобы узнать их расположение, достаточно будет включить соответствующий «слой» трехмерной карты [3].
Трехмерные карты позволят ориентироваться и в пригородной местности по визуализации рельефа местности: холмам, лесам, полям, горному рельефу на горизонте.
Следующим шагом в автомобилестроении станет производство и эксплуатация автоматически управляемых автомобилей. Если оснастить автомобиль видеокамерами, радарами, телевизорами и лазерными дальномерами, позволяющими «видеть» всех остальных участников движения, в том числе пешеходов и животных на дорогах и иметь детальные карты для навигации по маршруту, то он будет более безопасен, чем машина с водителем, поскольку компьютер способен анализировать и реагировать на складывающуюся обстановку более быстро и эффективно [4]. Этому способствует и использование современных нейронных самообучающихся алгоритмов, к процессу обучения которых на ранней стадии можно привлечь самых опытных водителей. Более того, возможно создать и автоматическую систему связи между автомобилями, которая позволит визуализировать их на навигационной карте, в том числе и в условиях плохой видимости: сильный туман, дождь, снег или на участках петляющих дорог без местного освещения в ночное время.
Все это говорит о том, что сегодня актуальна задача разработки очень подробных топографических трехмерных карт, способных при наличии связи с интернетом и космическими спутниками, а в перспективе и другими автомобилями отображать реальную обстановку в пути и всех участников дорожного движения в реальном масштабе времени.
Стремительно развивается и другое направление по формированию топографических карт, открытых для редактирования в интернете, которые носят название OpenStreetMap [1]. Пользователями, активно развивающими этот проект, обычно являются туристы и любители дикой природы, путешествующие в местах, удаленных от автомобильных дорог и населенных пунктов. Обычные топографические карты достаточно подробны, но часто не содержат другой необходимой вспомогательной информации. Например, где проложены новые тропы, есть родники, удобные места для стоянок с палатками или где возможно развести костер. Формирование карт происходит автоматизировано. Многие туристы используют в походах GPS-навигаторы, в память которых записывается трек-маршрута, а пользователи вводят описание и запоминают координаты различных объектов. Благодаря их усилиям на картах OpenStreetMap появляется множество достопримечательностей, маршрутов, ориентиров. Более того, на свободных картах теперь появятся фотографии окружающей местности, привязанные к картам, что еще более упрощает навигацию для пеших или велотуристов.
Развитие технологии пополнения и обновления карт геоданными позволяет повысить безопасность походов как на стадии разработки маршрута, так и при навигации на местности.
Таким образом, сегодня очень актуальна задача формирования цифровых карт для наземной навигации нового поколения. Такая карта отображается в трехмерном виде, в наглядном представлении. Она связана с постоянно пополняемой и обновляемой базой данных, представленной в виде многослойных структур, на которых можно выделить автомобильные, вело и пешеходные дороги, маршруты и тропы. База данных, привязанная к карте, содержит перечень необходимых геоданных: в городах – аптеки, автозаправки, рестораны, в труднодоступной местности – ориентиры для путешественников, проходимые тропы, места для ночлега и родники с питьевой водой. При дальнейшем совершенствовании информационной и технической оснащенности карта сможет показывать и других участников автомобильного движения и позволит сделать более совершенными и безопасными и разрабатываемые сегодня беспилотные автомобили.
Отметим в итоге основные тенденции развития современных наземных топографических карт: увеличение информативности, наглядности и управляемости. Они требуют быстрого и легкого масштабирования в широких пределах, добавления рельефа, объектов местности, формирования трехмерной визуализации, хранения большого объема геоданных, реализации удобного интерфейса. Пользователю предоставляется возможность в отдельном «слое», накладываемом на карту, отображать требуемые ему объекты (в том числе малоразмерные, показывая их месторасположение точками).
Помимо карт для наземной навигации, необходимы и топографические карты для летательных аппаратов (ЛА) малой авиации. Известно, что в аэронавигации безопасный полет самолета невозможно реализовать без использования радионавигационных карт, которые подразделяются по предназначению [5]:
– для полетов по воздушным трассам;
– для полетов по местным воздушным линиям.
В настоящее время радионавигационные карты для полетов по воздушным трассам охватывают весь мир. Создание и обновление радионавигационных карт производится в соответствии с изменением информации в электронной навигационной базе данных. Радионавигационные карты содержат полную информацию, необходимую экипажам воздушных судов для выполнения безаварийного полета. Сведения, опубликованные на радионавигационных картах, отображают всю действующую аэронавигационную информацию по воздушным трассам государств, полученную от официальных полномочных авиационных органов. Полет по маршруту на большой высоте от аэропорта до аэропорта регулярными рейсами очень хорошо сопровождается и поддерживается самыми различными системами.
Но сегодня все больше становится и средств малой авиации: небольших вертолетов и самолетов, осуществляющих полеты в том числе и на малых высотах, осуществляющих взлет и посадку в малых аэропортах. Безопасность их полета напрямую связана с авиационными топографическими картами.
Известно, что использование при навигации спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS позволяет определять положение летательного аппарата с высокой точностью – до нескольких метров [5]. Спутниковые навигационные приемники определяют положение, как правило, в географической системе координат: широта, долгота, высота. Но для полетов малой авиации ориентирование часто происходит на местности при помощи бумажных, полетных карт.
При известном положении объекта ориентирование по карте представляет собой не очень сложную задачу. Но при возрастающих скоростях полета, огромном потоке диагностической и другой информации пилоту затруднительно проводить дополнительные расчеты по карте. Поэтому для повышения безопасности полета необходимо обеспечить автоматическую навигацию самолета по цифровой карте.
При этом сама карта должна быть достаточно подробной и желательно трехмерной. Цифровая топографическая карта, которая совмещена с изображением местности от радиолокационных, телевизионных и телевизионных изображений позволит в реальном масштабе времени производить безопасный полет в самых сложных метеоусловиях, в том числе и на малых высотах при взлетах и заходах на посадку, а также при полетах в горах.
Такая топографическая карта для полетов должна содержать не только положение ЛА, но и отображать действующие воздушные трассы и другие рейсы. Так фирма SAS разработала навигационный компьютер, предназначенный для самолетов [5]. Особенностью данного компьютера является использование в качестве источника информации приемо-передатчика, который позволяет определять координаты не только самого объекта, но и других объектов, снабженных такими же устройствами. Это дает возможность пилоту видеть на экране компьютера положение других самолетов.
Все это говорит о том, что и полеты ЛА на навигационных картах также могут отображаться в реальном масштабе времени. При полётах на малых высотах и при посадке на полосы малых аэропортов важно отобразить в дополнительных слоях карты местные ориентиры или возможные препятствия – радиомачты, высоковольтные линии передач, показать ориентацию взлетно-посадочных полос.
Разработка и создание топографических карт для ЛА малой авиации, способных оперативно отображать другие воздушные суда, позволит избежать столкновений в воздухе. Подробные карты районов аэропортов с взлетно-посадочными полосами, вышками, мачтами радиомаяков упростят взлет и посадку. Визуализация трехмерного рельефа местности в любую погоду поможет обезопасить полет в горах или на малой высоте.
Библиографическое описание:
- Михеева, Т.И., Михеев, С.В. и др. Интеллектуальная транспортная геоинформационная система ITSGIS. Том 1. Ядро/ Самара: Интелтранс, 2016. – 171 с.
- Михеева, Т.И., Михеев, С.В. и др. Интеллектуальная транспортная геоинформационная система ITSGIS. Том 2. Плагины/. Самара: Интелтранс, 2016. – 207 с.
- Скворцов А.В., Поспелов П.И., Котов А.Д. Геоинформатика в дорожной отрасли/ Московский автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет), 2005. – 250 с.
- Мартин Форд. Роботы наступают: Развитие технологий и будущее без работы. / М.: Альпина нон-фикшн, 2016. – 430 с.
- Малышев В.В., Куршин В.В. Навигация авиационного потребителя с использованием цифровых карт/ Электронный журнал «Труды МАИ», 2003, № 12.// Электронный ресурс: http://www.mai.ru. 19 c. (Свободный доступ).
