Растровые и векторные карты отличия: Растровые и векторные карты. Что это такое и в чём их отличие? – Виды и форматы представления навигационных карт

Растровые и векторные карты. Что это такое и в чём их отличие?

Всех приветствую! Вот и началась у нас настоящая осень. Холодно, льют дожди, а за окном темно уже чуть ли не в 6 вечера. А это значит, что настало время начинать писать о теории копа и картографии. Как раз о последнем в этой статье и пойдёт речь.

Рассмотрим растровые и векторные карты, их понятия, отличия и полезность для кладоискателя в поисках монеток и прочей старины. Ну что, поехали.

Растровые карты

Это такие карты, которые представляют собой цифровые изображения с привязкой к координатам. Обычно, они отсканированы и загружены в наши устройства, по которым мы смотрим дорогу к точкам копа или ищем места для поиска. Обычно, это топографическая карта генштаба, план генерального межевания (хотя практического смысла в их привязке я не вижу) или спутниковые снимки. Такую карту можно привязать даже своими руками, скачав изображение в сети или оцифровав бумажную карту из любого атласа.

Компьютер, навигатор или смартфон со специальной картографической программой не смогут распознать на таких картах отдельные объекты. К примеру, дороги, реки, населённые пункты. Всё это распознаётся софтом как набор пикселей, как у обычной картинки. В силу этого ни одна программа не сможет осуществить по таким картам динамическую навигацию: прокладка маршрутов, расчёт расстояний, и прочее. Это всё делать можно только вручную.

Изображения карт имеют довольно большой размер, которые серьёзно нагружают процессор устройства, ведь работа с изображениями требует довольно мощного технического оснащения. У меня при работе с картами Озик вылетал даже на планшете Samsung Galaxy Note 10,1, хотя он имеет четырёхъядерный процессор и 2 гб оперативной памяти.

Векторные карты

В отличие от растровых, это карты, состоящие не из пикселей, а из набора объектов, будь то дома, точки, дороги и прочее, а также информацию об их местоположении. Тут можно привести такие примеры, как «Яндекс. Карты», «Навител» или «Garmin». Обычно, на копе они используются лишь для того, чтобы по трассе добраться до какого-нибудь опорного пункта за городом, где переключаются уже на растровые карты.

Такие карты создать самостоятельно очень сложно и проблематично, однако существует огромное количество сервисов. Как платных, так и бесплатных. Ими удобно пользоваться в городах или на трассе, но никак не в полях и лесах, где не отмечено множество нужных нам объектов: грунтовые дороги, заброшенные населённые пункты. То есть, «вектор» отображает лишь современное состояние местности, к тому же упуская многие детали.

Векторные карты имеют намного меньший вес и не требуют высоких вычислительных мощностей навигационного оборудования. Программа лишь «раскидывает» географические объекты на экране компьютера или навигатора в нужных местах, не прогружая миллионы пикселей.

Что лучше?

Как я уже и писал выше, у растровых и векторных карт свои функции. Вторые использует огромное количество людей для быстрой и удобной навигации по населённым пунктам. Те же самые таксисты. Приложения со встроенными картами можно установить практически на каждый телефон и легко смотреть дорогу к интересуемым адресам. Но Большинство программных продуктов требует подключение к интернету.

Некогда бумажными картами, переведенными в «цифру» уже пользуются туристы, кладоискатели, рыбаки и охотники. Их серьёзнейшее достоинство — они работают офф-лайн, даже при полном отсутствии связи. Нужно лишь соединение со спутниками. Я и сам являюсь активным пользователем как одного, так и другого типа карт. Растровые карты для копа я смотрю на телефоне под управлением Android  в приложении OziExplorer, а вот для векторных хватает и айфона.

Поделиться в социальных сетях

Векторные и растровые карты — Евгений Куршев

Точки над i для тех, кто не очень понимает или искренне заблуждается. Всё достаточно банально, никаких откровений.

С понятием векторной графики предлагаю ознакомиться самостоятельно. Совсем кратко: растровая графика — это когда у нас в файле записаны цвета каждой точки на картинке, а векторная — это когда у нас записано описание: «в таких-то координатах у нас синий круг радиуса 20 с красной каймой толщины 2, а из таких координат в такие идёт зелёная пунктирная линия». Далее речь пойдёт не о векторной графике в целом, а только о картах, в которых обычно применяются только два с половиной примитива: точка и ломаная (замкнутая и нет).

Терминология

С одной стороны, все современные карты изначально векторные (разумеется, к Генштабу и прочим анахронизмам это не относится) т.к. готовятся в современном цифровом мире, где рисовать карту как окончательную растровую картинку никому уже не придёт в голову (её будет крайне проблематично модифицировать). С другой, финально на экране компьютера/телефона любая карта является растром т.к. экраны на всех этих устройствах растровые (кто слышал о существовании векторных экранов — молодцы, возьмите пряник, но сейчас это к делу не относится).

Так что деление на векторные и растровые традиционно проводят по тому, в какой момент карта растеризуется (преобразуется из вектора в растр): если на пользовательское устройство загружается растр и устройство тупо его рисует на экране as is — это растровая карта. Если на пользовательское устройство загружаются векторные данные и растеризация выполняется уже силами пользовательского устройства в момент отображения карты — это векторная карта.

Далее термины «векторная / растровая карта» следует понимать именно в соответствии с таким делением.

Кто хочет доказывать, что OSM (или кто другой) всегда векторный потому что он изначально векторный — вам зачёт по софистике, пряника не будет.

Спутниковые снимки, как вы понимаете, растровые изначально и другими не бывают.

Преимущества

Растровые:

• минимальная нагрузка на процессор пользовательского устройства
• простота разработки софта для пользовательского устройства
• более-менее стандартизованное между разными сервисами тайловое представление

Векторные:

• многократно меньший объём.
• возможность менять стиль карты / отображаемые элементы прямо на пользовательском устройстве.

Недостатки — строго наоборот:

Растровые:

• очень большой объём, в случае jpeg-тайликов — замыливание.
• на карте ничего нельзя изменить, это готовая картинка.

Векторные:

• ресурсоёмкость и неспешность отрисовки. Скорость отрисовки приближается к растру, но не догонит никогда ни по скорости, ни по нагрузке на процессор.
• растеризатор и его возможности чаще всего сильно упрощаются (дабы вписаться в ресурсы пользовательского устройства). В среднем, карты выглядят хуже, но прогресс не стоит на месте.
• у всех свои форматы векторных карт. Стандартов между разными поставщиками нет, и, вероятнее всего, никогда не будет.

Историческое развитие

Все карты, которые начинали свою жизнь в Вебе изначально поставлялись пользователям растровыми т.к. расретизация на стороне пользователя прямо в браузере была технически невозможна (ну или неоправданно трудно реализуема). Таковы OSM, Я.Карты, Google Maps. Пользуясь последними достижениями веб-стандартов, некоторые из них смогли стать векторными даже в Вебе — в первую очередь это Google Maps, плюс не так давно стала развиваться векторная доставка OSM: то, что вы видите на openstreetmap.org — разумеется, ещё растр, а векторное представление можете пощупать, например, на openmaptiles.org

С некоторыми картами, которые шли в комплекте с отображающей их оболочкой, пользователи изначально знакомы как с векторными: таковы, например, карты Navitel и 2GIS (в те времена, когда это была только программа под Windows). Все эти карты, когда стали выходить в Веб, вынуждены были обзавестись server-side растеризацией (и то, что вы видите на 2gis.ru — это уже растровая карта).

Тайлы

В вебе растровые карты принято доставлять пользователю тайликами — небольшими квадратными картинками (чаще всего 256×256 пикселей). Этот формат подхватили все, под его отображение и работу с ним сделано много библиотек. Только благодаря этому мы можем цеплять к Locus`у много разных карт. С векторными картами так никогда не будет.

Векторные карты раньше всегда поставлялись «кусками территории» (город, область, страна) в одном файле. Но в современном мире перманентного онлайна назрела потребность поставлять карту пользователю очень маленькими кусками (зачем ему грузить всю область, если он только два ближайших квартала на экране телефона намерен пролистать?) и стали появляться векторные тайлы. Форматы у всех свои, отображение возможно только в родном софте. Повторю ещё раз, появление альтернативных программ для отображения векторных Яндекс.Карт / Google Maps и всех прочих крайне маловероятно.

Так кто векторный, а кто растровый?

OSM:

• в вебе почти всегда растровый (реально сайтов использующих векторный OSM пока полторы штуки).
• в Locus`е, когда это тайловые растеризации (стандартный стиль Carto/Mapnik, OpenCycleMap, OpenTopoMap etc) — это, очевидно, растр. А вот родные для Locus`а LoMaps или OpenAndroMaps (и всё прочее формата MapsForge) — это векторные карты.
• в OsmAnd`е всё аналогично Locus`у.
• MapsMe — прекрасная реализация отображения векторного OSM.

Важно понимать, что в OSM очень много данных. Обычно ни в один формат доставки векторного OSM пользователю не упаковывают всё, что есть в OSM. Для LoMaps и для OpenAndroMaps набор упаковываемых в файл OSM-тегов различен (но у обоих представлено всё основное — разница в мелочах). Далее, не всё, что упаковано в файл, вы увидите на экране — это будет зависеть от используемой вами визуальной темы (что позволяет выбирать тему по вкусу / под конкретную задачу). Ну а все растровые представления OSM также показывают разный набор объектов по разным правилам — и именно тем, а не использованными цветами, в первую очередь и отличаются.

Яндекс.Карты:

• в вебе растровые. [upd: конца 2018 года в совместимых браузерах — векторные]
• в Locus`е / OsmAnd`е / SAS Planet — растровые.
• в мобильном приложении — с апреля 2016 векторные (в Я.Навигаторе — векторные с момента его публичного запуска).

Google Maps:

• в вебе в современном браузере — векторные.
• в Locus`е / OsmAnd`е / SAS`е — растровые (и доступны нам т.к. сервера Google всё ещё генерят растровые тайлы для старых браузеров и прочей обратной совместимости).
• в мобильном приложении уже очень давно векторные.

2GIS, Bing, Apple Maps и прочие-прочие-прочие — растровые в вебе и векторные в родном мобильном приложении.

Ах, да, ещё Garmin. Родные карты и тот OSM, который многие берут c GIS-Lab (или с прочих сайтов, берущих из этого первоисточника) — это векторные карты. Листая их на Garmin`е, каждый может проникнуться ресурсоёмкостью растеризации на пользовательском устройстве 😉 А вот, что пользователи готовят сами и заливают в формате jnx — это растр. То, что заливается в kml, несмотря на неспешность работы на устройстве — тоже растр.

Векторные и растровые карты

Количество просмотров публикации Векторные и растровые карты — 1191

Цифровая картографическая информация

Лекция №3

Электронная карта — ϶ᴛᴏ карта͵ существующая в виде компьютерного файла. Специальное программное обеспечение может отображать информацию из этого файла на экране дисплея, печатать на принтере, прокладывать маршруты движения и многое другое. Возможности манипулирования с электронной картой зависят не только от «продвинутости» программного обеспечения, но и от вида электронных карт, которые бывают растровыми и векторными.

Растровая карта представляет собой цифровое изображение, получаемое путем сканирования обычной бумажной карты. Так же как и цифровая фотография, она является копией оригинала с точностью до элемента (пиксела) сканирования. В случае если учесть, что бумажная карта выполняется с точность нанесения объектов не выше 0,1 – 0,2мм, то сканирование с разрешением около 500dpi (при этом размер пиксела составляет примерно 0,1мм) обеспечивает сохранение в растровой карте всœех деталей исходной бумажной карты.

Растровая карта имеет две особенности. Первая состоит по сути в том, что, как правило, получаемый после сканирования файл имеет большой объём. Действительно, в случае если отсканировать в полноцветном режиме карту размером 50х50см с разрешением 508dpi, то получившийся файл будет иметь размер 5000х5000х3 = 75Мб.

Вторая особенность состоит по сути в том, что программное обеспечение практически нечего, кроме отображения, делать с растровой картой не умеет. По растровой карте компьютер не может выполнять такие расчёты как: определœение оптимального маршрута движения, расчет профиля земной поверхности и т.п. Более того, ввиду больших объёмов, отображение растровых карт на маломощных компьютерах происходит достаточно медленно.

Перечисленные особенности, являющиеся недостатками растровых карт, существенно ограничивают их применение, однако, в некоторых случаях, их использование бывает оправдано, ввиду низких затрат на их производство. В случае если в наличии имеются бумажные карты, сделать из них электронные растровые карты достаточно легко и быстро путем сканирования и последующего несложного процесса ʼʼпривязкиʼʼ растрового изображения карты к какой-либо системе координат.

Растровая карта местности представляет собой набор множества отдельных разноцветных точек (пикселœей), расположенных в определœенном порядке. Растровое изображение должна быть сохранено в компьютере или на дисках различных форматах, то есть в виде файлов с различными расширениями. Основные растровые форматы, с которыми работают практически всœе графические программы: *.bmp, *.gif, *.jpg, *.tif, *.tiff, *.drg, *.png. При этом в поставляемом программном обеспечении готовых карт, кроме карты мира, как правило, нет. Необходимые для работы карты пользователь может отсканировать, найти в Интернете или приобрести на дисках.

На растровой карте невозможна относительная динамическая навигация ( прокладка , пелœенг и т.д. ) . При абсолютных методах из-за отсутствия информации по истинным местам геодезических объектов . К примеру , Норвежская Гидрографическая Служба заявила , что электронные карты по их берегам можно будет сделать после исследований , которые при условии финансирования займут десять лет . Кроме того очевиден другой существенный недостаток растровых карт . Это всœего лишь картинка . Невозможно изменить масштаб , разгрузить карту , убрав некоторые слои , просмотреть информацию об объектах , обеспечить сигнализацию о пересечении или приближении к различным зонам и районам , включая зоны опасностей , опасных глубин , районов , закрытых для плавания и так далее . Это означает , что теряется смысл всœей идеи динамической электронной картографии , где в автоматическом режиме осуществляется предупреждение об опасностях .

Основным достоинством растровой карты местности является то, что карта в электронный вид должна быть переведена обычным сканированием с бумажного оригинала любого масштаба. При помощи компьютерной программы растровые карты местности можно масштабировать, детального посматривать карты большого размера, вручную корректировать объекты на карте, добавлять графическую и текстовую информацию.

При этом компьютер не распознает отдельные объекты в растровом изображении: реки, леса, дороги, строения воспринимаются программой как единый упорядоченный набор цветных точек и при увеличении масштаба четкость изображения ухудшается. Пожалуй, это самый главный недостаток растровых карт местности.

В случае если предполагается использовать GPS приемник, то изображение карты крайне важно откалибровать, то есть установить определœенное соответствие между координатами реальной земной поверхности, имеющей определœенный изгиб и проекцией этой поверхности на плоской карте. Самая простейшая калибровка делается при помощи двух точек на противоположных сторонах изображения. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, географическая широта и долгота объекта связываются с точками (пикселями) и отображаются на электронной карте.

Количество калибровочных точек должна быть увеличено, в случае если карта имеет значительные размеры или какие-либо неточности, к примеру сдвиги при сканировании или смещение оригинала карты относительно северного направления.

Координаты точек калибровки бывают вычислены двумя способами: определœением GPS координат непосредственно на местности или при помощи координатной сетки на оригинале бумажной карты.

На данный момент навигационная программа OziExplorer, включая модификацию OziCE дл КПК, практически не имеет конкурентов для работы с растровыми электронными картами.

Векторная карта по своему внутреннему содержимому не имеет ничего общего с растровой. Она представляет собой базу данных, в которой хранится информация об объектах карты. Эта информация состоит их двух видов: геометрическое и атрибутивное описание объектов. Атрибутивное описание включает в себя такие, к примеру, данные, как высота дерева, ширина дороги, скорость течения реки, название населœенного пункта и т.п. Геометрическое описание определяет контура объектов (в общем случае криволинœейные), представляя их, как правило, ломаными прямыми, которые с допустимой погрешностью аппроксимируют исходные кривые контура.

Стандарт DX-90 устанавливает формат передачи данных , структуру самих данных и профили применения данных . Этот стандарт манипулирует особым типом данных , называемым объектами . Под объектом здесь подразумевается представленное в цифровом виде , описание сущности некоторой картографической единицы . Объект описывается своими характеристиками (attributes) , своей геометрией и связями с другими объектами .

Абсолютное большинство электронных карт отображают данные в одной из двух концепций :

ECS ( ELECTRONIC CHART SYSTEM ) — концепция отображения , когда электронная карта не является полным эквивалентом бумажной карты . В этом случае электронная карта является дополнительным источником информации , а основной картой считается бумажная

ECDIS ( ELECTRONIC CHART DISPLAY AND INFORMATION SYSTEM ) — в этой концепции электронная карта полностью соответствует требованиям СОЛАС-74 , то есть является эквивалентом бумажной карты .

Стандарт ECDIS разработан таким образом , чтобы быть полностью совместимым со стандартом DX-90 , то есть карты , отвечающие требованиям ECDIS , обязательно должны или быть составлены в формате DX-90 или иметь средства эквивалентного преобразования данных из формата DX-90 в свой внутренний формат .

Векторная карта базируется на 3 основах:

— формате представления информации;

— классификаторе информации;

— правилах цифрового описания объектов.

Формат определяет внутреннее устройство векторной карты. От него зависят такие характеристики, как объём файла векторной карты и время доступа к требуемому объекту. Производители программного обеспечения создают всœе новые и новые форматы, которые позволяют оптимизировать те или иные функции, в связи с этим в настоящее время существует несколько десятков форматов векторных карт. Единого стандарта в настоящее время нет.

Классификатор информации представляет собой электронный структурированный список всœех объектов, которые могут встретиться на карте, и всœех атрибутов, которые могут содержать объекты. Классификаторы «рождаются» в организациях, которые производят векторные карты, и далее сопровождают эти карты при их использовании. Это крайне важно ввиду того, что, как правило, в базе данных векторной карты хранятся цифровые записи типа: 31410000, 2, 15, 1.5 , что означает: 31410000 – объект «река», 2 – тип объекта – линœейный, 15 – глубина – 15м, 1.5 – скорость течения – 1.5 м/с. Все вышеописанные расшифровки хранятся в классификаторе, в связи с этим без него векторная карта – бессмысленный набор цифр.

Правила цифрового описания определяют процесс создания геометрического образа объекта векторной карты. К примеру, объект «мост» должна быть описан координатами центра моста и вектора, определяющего направление моста. Может быть и другое описание: координатами двух концов моста. По этой причине правила цифрового описания призваны установить единообразное описание однотипных объектов карты. Правила, так же как и классификатор, должны сопровождать саму векторную карту, ведь для того чтобы правильно нарисовать мост на экране, крайне важно знать, по каким правилам он был создан.

Следует отметить, что производители векторных карт зачастую создают свои собственные форматы, классификаторы, и правила цифрового описания, в связи с этим векторные карты различных источников несовместимы между собой.

Основной недостаток векторных карт – существенные затраты на производство. Так к примеру, для создания 1 листа векторной топографической карты масштаба 1:200 000 требуется примерно 2 – 4 человеко-недель.

При этом неоспоримое преимущество векторных карт – возможность автоматической обработки ее компьютером, объясняет всœе большее и большее их распространение во всœевозможных компьютерных приложениях, в т.ч. и для навигационных целœей в авиации.

Карта местности в векторном виде, представляет собой хранилище изображений (базу данных) объектов (дороги, строения, лес, водоемы и др.) с описанием этих объектов в виде математических формул и алгоритмов, определяющих геометрическую форму, размер, цвет, местоположение объекта. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, компьютерная программа различает и опознает каждый объект индивидуально. Основное отличие векторной карты местности от растровой состоит в том, что в программе хранится не само изображение объекта͵ а информация, на базе которой объект создается непосредственно в процессе визуализации на экране компьютера.

После определœения GPS координат приемника появляется его изображение на векторной карте. Экран приемника или компьютера отображает объекты, которые находятся рядом с приемником. Количество отображаемых объектов определяется выбранным масштабом. При перемещении приемника, соответственно картинка меняется: навигационная программа, анализируя новые координаты приемника, генерирует новое изображение на экране в соответствии с выбранным масштабом и настройками приемника.

Каждое перемещение по векторной карте означает перерисовку всœех видимых объектов. По этой причине для ускорения работы с векторной картой объект исходя из выбранного масштаба должна быть отображен подробно, схематически или скрыт.

Навигационная программа позволяет настраивать степень подробности отображения объектов и подписей на карте исходя из масштаба.

Подписи к объектам также находятся в базе данных и при крайне важно сти оперативно генерируются на экране вместе с другими объектами векторной карты. Отдельные программы дают возможность управления цветом, шрифтом и расположением надписей. При увеличении масштаба программа следит за тем, чтобы надписи по возможности не перекрывались.

Форматы векторных карт, в отличие от форматов растровых карт, единого стандарта не имеют. Есть ряд форматов векторных карт, совместимых с большим количеством графических программ для работы с векторными изображениями. Некоторые же векторные форматы бывают использованы только для какой-то определœенной программы.

Российские разработчики навигационных программ, в частности компании ʼʼГис-руссаʼʼ и ʼʼНавительʼʼ поставляют программное обеспечение с возможностью самостоятельной разработки карты какой-либо местности.

При этом другие компании, среди которых ʼʼiGoʼʼ, ʼʼTomTomʼʼ ʼʼDestinatorʼʼ, ʼʼАвтоспутникʼʼ, работающие с картографическими данными известных поставщиков ʼʼTeleAtlasʼʼ и ʼʼNavTechʼʼ, работают с эксклюзивным форматом, продавая карты достаточно дорого.

30 Сравнение растровых и векторных Гис

Сравнение растровой и векторной модели данных, плюсы и минусы.

Свойство/Модель данных

Растровая Векторная

Масштабируемость — +

Избыточность (объем данных) — +

Передача непрерывных свойств + —

Передача дискретных объектов — +

Легкость создания + —

По сравнению с растровыми данными, векторные данные характеризуются относительно небольшими требованиями к памяти и более быстрой обработкой таких данных. В отличие от растровых данных векторные данные имеют топологию, которая означает, что линии и полигоны «знают» из каких узлов они состоят и с какими объектами они граничат. Точечные данные можно считать особой формой векторных данных используемых для хранения безразмерных объектов.

31 Методы создания тематических карт

1. Качественный метод – используется для группировки однотипных объектов по индивидуальному значению атрибутов(каждому значению сопоставляется свой цвет). Выделение происходит по числовым и не числовым значениям.

2. Количественный – используется для группировки объектов слоя по упорядоченности диапазонам, численным значениям и атрибутов(метод количественного фона). Можно использовать только численные значения.

3. Карта – диаграмма – помогает отобразить численные значения нескольких атрибутов в виде небольшой диаграммы.

4. Значительный метод позволяет анализировать только 1 переменную.

5. Метод изолиний – отображает материальные данные в виде растровой поверхности с непрерывной цветовой раскраской карты.

6. Точечный метод – используется для отображения на карте данных сопоставляемых с территорией.

32 Требования к цифровой карте

Цифровая карта — отображение цифровой модели местности в памяти компьютера в определённом масштабе представления с использованием некоторого символьного языка. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЦИФРОВОЙ КАРТЕ

— В рамках ГИС-технологии, с помощью которой должны создаваться цифровые карты М1:2000 и М1:500, один и тот же слой объектов могут образовывать объекты, состоящие из любых геометрических примитивов и их совокупностей. Другими словами, слой определяется как множество объектов одного класса, имеющих одинаковые тематические свойства, но не обязательно одинаковые геометрические характеристики.

— Векторные объекты цифровой карты должны отображаться в соответствии с требованиями Роскартографии к «бумажным» картам.

— Ошибка положения контуров объектов на ЦК относительно исходного картографического материала не должна превышать 0.2 мм в масштабе карты.

— Если цифровая карта имеет растровое изображение, состоящее из сегментов, то они должны быть объединены в единое растровое поле, связанное с заданной эталонной координатной сеткой. Растровое изображение каждого сегмента (планшета топопланов) должно быть скорректировано (откалибровано) по набору реперных точек, равномерно расположенных по поверхности карты и имеющих известные координаты достаточной для соответствующего масштаба точности.

— Координаты объектов на цифровой карте должны иметь значения в местной системе координат. Координаты объектов должны иметь значения действительного числа с двойной точностью double (64бит).

— Слои объектов должны соответствовать классам объектов, представленным в соответствии с Условными знаками для топографических планов масштабов М1:2000 и М1:500 (ГУГК).

33 Технология создания векторных карт

2.7. Характеристика векторных карт.

формате, названия, характеристики, примечания и другие надписи в текстовом формате, и могут включать поясняющие графические изображения в растровом формате, в таком как .tif или .jpg.

Чтобы избежать ненужных для судоводителей тонкостей, ниже дается обобщенное и упрощенное описание структуры цифровых данных векторных карт.

Обычно в начале файла векторной ЭК помещаются метаданные. Они содержат общие для карты сведения, описание характеристик, признаков текста, обеспечивающих быстрый поиск нужной информации в файле. В эти сведения входят: географический идентификатор (номер карты), название карты, единицы измерения (координат, высот и глубин), горизонтальный геодезический датум, вертикальные датумы, оригинальный масштаб ЭК, минимальный и максимальный масштабы отображения ЭК, дата издания карты, и др.

Вописании характеристик и текста приводятся сведения: о типах данных, о приоритетах их отображения и др.

Содержание ЭК в файле обычно задано в виде совокупности записей переменной длины о картографических объектах.

Запись КО в общем случае состоит из четырех основных частей

(полей): I, T, M, S.

Первое поле отводится идентификатору I (имени) объекта, позволяющему однозначно определить объект в составе данных ЭК.

Во втором поле помещается признак Т типа объекта, который присваивается объекту согласно кодификатору и определяет его условное изображение.

Вполе М (метрика), находятся значения координат, характеризующих пространственное положение объекта на земной поверхности.

Вчетвертом поле содержится семантическая характеристика S (атрибуты) объекта. Поле S может включать географическое название, дальность видимости и другие характеристики объекта.

Код типа КО определяется в соответствии с системой классификации и кодирования картографической информации. Эта система должна удовлетворять трем основным требованиям: иметь иерархическую структуру, использовать картографические символы МГО, обеспечивать возможность добавления новых и изменения старых данных. В соответствии с системой классификации картографические объекты разделяются на подгруппы, группы, классы.

Метрическое описание включает в себя совокупность координат, полностью определяющих пространственное положение объекта.

Точечный объект на земной поверхности определяется только одной парой координат.

Векторные и растровые карты

На современном этапе развития цифровых технологий морская навигация не осталась без внимания. За последние несколько лет активно развивается электронная картография, и в особенности векторная. С появлением технологий производства морских электронных векторных карт возникла соответственно необходимость их отображения на мониторе компьютера. Такие системы получили название ECDIS (Electronic Chart Display & Information Systems) ECS (Electronic Chart System), в русском языке — ЭКНИС (Электронно — Картографическая и Навигационно — Информационная Система) и ЭКС (Электронно — Картографическая Система). Остановимся по подробнее на различиях между этими двумя системами :

ECDIS— состоит из трёх обязательных основных частей :

·  используемые карты должны быть только векторными и произведены официальными производителями и отвечать всем требованием Стандарта S — 57;

·  Система отображения должна отвечать Стандарту S — 52;

·  Используемый компьютер должен быть выполнен в морском исполнении.

При соблюдении всех трёх условий, такая система называется ECDISи должна иметь соответствующий сертификат от Национального Регистра или иного надзирающего органа, имеющего на то соответствующие поручения от Национального Правительства.

Не соблюдение одного или всех вышеуказанных условий превращает ECDISв обыкновенную ECS, например :

·  используемые карты — Растровые или Векторные, но от коммерческого производителя, не имеющего на то соответствующего поручения от Правительства и поэтому такие карты не могут считаться официальными;

·  система отображения не отвечает требованиям Стандарта S — 52;

·  используемый компьютер —  не в морском исполнении и не имеет сертификата Национального Регистра, иными словами это обыкновенный компьютер.

Растровые карты — это самый простой тип карт, которые получается путём сканирования бумажной карты. Собственно говоря, Растровые карты являются — «цветными картинками» и занимают много места на жестком диске;

Векторные карты — это цифровой набор данных, который получается путем цифрования растрового изображения бумажной карты, т.е. Растровые карты являются промежуточным этапом в производстве Векторных карт. Производство Векторных карт соответственно является очень дорогостоящим и длительным процессом, так как, кроме непосредственно цифрования, существует несколько стадий верификации (проверки). Иными словами в результате процесса цифрования добавляется База Данных. Векторные карты занимают значительно меньше места, достаточно сказать, что мировая коллекция векторных карт в формате СМ 93/3 фирмы С — МАР состоит из примерно 19.000 — 20.000 карт, умещается на одном DVD диске.   

Совместное использование Векторных и Растровых эл. карт — Здесь следует поподробнее остановиться на узаконенную возможность одновременного  использования в одном ECDIS принципиально двух разных типов электронных карт : Векторных и Растровых.

На мой взгляд такое «узаконивание» крайне губительно и более того абсолютно не допустимо, другими словами — это практически прямой путь к авариям. Поясним на простом примере : «Судоводитель использует ECDISс Растровыми картамив том районе, где отсутствует полное покрытие Векторными картами. По роду своей деятельности штурман не имеет возможности, да и не должен, постоянно отслеживать информацию на мониторе компьютера, и в этот самый момент судно пересекает границу между Векторной и Растровой картами, т.е. на Растровой карте не работают сигналы предупреждения о приближении к опасным глубинам, подводным препятствиям, затонувшим судам и т.д. с глубинами над ними равными или меньшими, чем опасная. Поэтому судоводитель, справедливо ожидая соответствующее предупреждение, к которым уже привык при плавании по Векторным картам, автоматически лишается такового. Наличие на мониторе четких границ между Векторными и Растровыми картами не решает проблему, так как, как сказано выше, нет возможности постоянно следить за информацией на мониторе, а звуковые сигналы могут быть не услышаны из-за внешних шумов.»

Системы отображения должны быть ориентированы на использование только Векторных или только Растровых карт. В крайнем случае, возможно допустить одновременное использование двух разных типов карт, но при условии, что эти карты покрывают разные районы. Например, Северное море покрыто только Векторными картами, а Балтийское только Растровыми, но ни в коем случае недопустимо использование разных типов электронных карт при плавании в пределах одного бассейна.

Преимущество, которое получают судоводители, используя ECDIS  и ECS,

является абсолютно неоспоримым и это становится особенно актуальным, если принимать во внимание всё ещё продолжающеюся тенденцию к сокращению экипажей судов.

Следует особо отметить те возможности, которые предоставляют нам цифровые технологии, например построение трех — мерного рельефа дна и т. п. Это дает возможность отразить специфику навигации для таких типов судов, как Гидрографические суда, Дноуглубительные суда, Подводные лодки и позволяет вплотную подойти к понятию «Подводная Навигация», которая представляется особенно интересной для подводного флота, так как позволяет спроектировать основную надводную обстановку на поверхность дна, что в свою очередь значительно повышает эффективность подводной навигации в части определения места судна.

Завтра :

На основе современных тенденций в развитии Электронной Картографии можно сказать, что системы отображения ECDIS в недалёком будущем станут обязательным судовым оборудованием, т.е. конвенционным и, как правило, это коснется в первую очередь пассажирский и крупнотоннажный флот. Здесь на современном этапе видится две основные проблемы:

1.  Отсутствие достаточного количества официальных карт необходимых для покрытия всей судоходной части мирового океана, что является в данный момент основным тормозом в распространении ECDIS  и ECS.

2.  Своевременная адаптация к цифровым технологиям всех береговых контролирующих организаций. Здесь поясним на примере : «Судно полностью оборудовано сертифицированным ECDIS и, соответственно, нет необходимости в использовании бумажных карт, но береговые проверяющие организации продолжают требовать к предъявлению коллекцию бумажных откорректированных карт на весь рейс судна. Таким образом, возникает конфликтная ситуация, которая не всегда может быть разрешена удачным образом, и скорей всего на начальном этапе будет приводить, как минимум, к неоправданным задержкам с отходом таких судов в рейс, что в свою очередь повлечет за собой дополнительные и неоправданные расходы для судовладельцев».

Увеличение аварийности, не смотря на все технические усовершенствования:

Для снижения уровня аварийности необходимо в срочном порядке:

q  Перестать сокращать штурманский состав — Штурманов должно быть 3 чел., как минимум, не считая Капитана, которые несут ТОЛЬКО ходовую и стояночную вахты и больше ничего.

q  Упразднить все вневахтенные обязанности для тех, штурманов, которые несут ходовую вахту на мостике.

q  Вся вне вахтенная работа (корректура карт, грузовые дела, обслуживание радио — и электро — навигационного оборудования и прочие штурманские обязанности) должна выполняться дополнительными штатными должностями для штурманов, например, отдельно грузовой и штурманский (навигационный) помощники, не несущие ходовую вахту. Итого должно быть 5 (пять) помощников капитана, как минимум, 3 помощника (штурмана) несут ходовую и стояночную вахту + 1 грузовой + 1 навигационный помощники (штурмана).

С Уважением, Пётр Татаринцев,

Капитан Дальнего Плавания, Руководитель направления по Электронной Картографии и Системам Отображения, ЗАО «Морские Навигационные Системы», Санкт — Петербург.

4.3. Сравнение векторных и растровых моделей

Векторные и растровые модели являются на данный момент наиболее распространенными при создании и использовании ГИС в разных областях. При этом нельзя однозначно утверждать о приоритете одной из них – преимущества и недостатки каждой модели проявляются на разных этапах создания ГИС при решении разных задач. Отдельные ГИС специально созданы для обработки растровых изображений, большинство современных ГИС использует векторную графику. В технологии создания лесных электронных карт с помощью WinGISиспользуются обе модели. Сравнение основных свойств этих моделей приведено в табл. 11.