Гидрографическая деятельность

· Цифровой дисплей. Цифровой дисплей, являясь основным, имеет опцию показа сразу нескольких параметров.

Рис 13. Цифровой дисплей

· Дисплей временной диаграммы (Time Plot Display). Этот дисплей служит для показа изменений во времени данных от датчиков или вычисленных значений (вычислений).

· Дисплей сырых данных (Raw Multibeam Display). Этот дисплей показывает сырые данные, полученные от эхолота, т.е. без компенсации за качку и скорость звука. Этот дисплей полезен при отсутствии рядом контрольного экрана эхолота.

· Дисплей раскрытия (Swath System Display). Дисплей показывает исправленные данные, которые будут передаваться для дальнейшей обработки (Sounding Grid или Processing Manager).

Вышеперечисленные дисплеи используются для калибровки и управления системами. Следующий ряд дисплеев используется для удержания и визуализации данных о позиции судна и глубине.

· Дисплей положения судна на галсе (Helmsman display). Этот дисплей служит для удержания на заданном в Контроллере галсе.

· Навигационный дисплей (Navigation display). Навигационный дисплей показывает вид сверху на район работ: с подложкой карты, сеткой глубин и траекторией судна



Рис 14. Навигационный дисплей с объектами, галсами и отметками определений

При промере, по ряду причин, данные, полученные эхолотом, могут содержать изрядное количество шума (ложных сигналов). Конечно, шум должен удаляться фильтрами самого эхолота, но это происходит не всегда. С этой целью в QINSy используется ряд фильтров, позволяющих уменьшить количество ложных глубин.

Окончательная стадия обработки (создание карты) выполняется системой QINSy Mapping (Terramodel). После записи данных модулем промера, необходимо исследовать данные на предмет корректировки установок, удаления ложных глубин и т.п. Для обработки данных доступны следующие опции:

· Менеджер преобразований (прежде менеджер проекта) позволяет редактировать установки промера в записанных данных, также как это делает модуль промера. Также менеджер позволяет исследовать сырые данные, полученные от сенсоров.

· Менеджер обработки используется для очистки данных от ложных значений, введения срезки и, экспорта данных другим приложениям.

· Утилита сетки глубин представляет пользователю цветной образ рельефа дна. С помощью этой утилиты, пользователь может исследовать результаты промера и производить вычисления, связанные с дноуглублением.

Пакет QINSy предназначен для обеспечения выполнения гидрографической съемки рельефа дна, океанографических исследований, сейсмических съемок, дноуглубительных работ, возведения буровых платформ, инспекции трубопроводов и подводных кабелей, сбора и обработки данных, и широко применяется при производстве инженерных гидрографических съемок. Пакет довольно широко используется современными российскими компаниями, занимающимися исследованием морского дна.

Программа не имеет русских версий, что невыгодно отличает ее от других пакетов, осложняет ее изучение и использование.

2.4 Пакет программ "МУСКАТ"

Пакет программ "Мускат" разработан российской компанией "Гирооптика". Он предназначен для размещения на малых гидрографических судах с целью:

· приема данных от судовых датчиков навигационной информации, измерения параметров рельефа и грунта дна в ходе съемки их первичной обработки и регистрации на техническом носителе;

· предварительной обработки зарегистрированной информации непосредственно в районе работ с оценкой качества результатов съемки и планированием галсов дополнительного обследования;

· окончательной обработки результатов съемки, формирования отчетных материалов на техническом носителе информации и представления их в различных формах визуализации.

Программа обеспечивает решение следующих задач:

· предварительное планирование съемки и корректировка предварительного плана по фактическим условиям проведения работ;

· автоматический прием данных от судовых датчиков навигационной и гидрографической информации;

· первичную обработку навигационной и гидрографической информации, и ее регистрацию на техническом носителе;

· выдачу данных оператору комплекса и рулевому судна для управления движением судна по галсу и оперативного контроля качества регистрируемых данных;

· обработку и редактирование зарегистрированной информации непосредственно в районе проведения гидрографических работ с оценкой полноты и качества съемки и создание плана дополнительного обследования;

· формирование выходных материалов по результатам предварительной обработки.

В состав бортового комплекса сбора и обработки навигационной и гидрографической информации от судовых датчиков входят:

· ЭВМ бортового исполнения;

· специальное программное обеспечение;

· системное программное обеспечение Windows Pro 2000 и выше;

· программный пакет ECDIS "NAVI-SALOR" с программой "Карт-сервер";

· прибор рулевого;

· устройство сопряжения для связи с датчиками навигационной и гидрографической информации.

"Мускат" обеспечивает автоматический прием навигационной и гидрографической информации от следующих датчиков:

· приемоиндикатора "Бриз-К", "Бриз-КД" спутниковой навигационной системы;

· приёмоиндикатора радионавигационной системы "Крабик";

· системы измерения параметров качки (СИПК);

· измерителя скорости звука в морской воде ИСЗ;

· многоканального эхолота МКЭ;

· одноканального эхолота ПЭЛ;

· профилографа гидрографического ПГ.

Примечание: при наличии на борту суда (катера) системы измерения параметров качки (СИПК) информация от ПИ "Бриз-К" принимается СИПК, а затем транслируется в программу.

В состав специального программного обеспечения входят:

· комплекс программ "Планирование";

· комплекс программ "Съёмка";

· комплекс программ "Апостериорная обработка".

Создание нового рабочего проекта в пакете "Мускат" выполняется в комплексе программ "Планирование". Задачи предварительного планирования съемки состоят из:

· формирования оперативной карты района съёмки на базе электронной навигационной карты и без нее;

· формирования плана съёмки, планирования основных, контрольных, дополнительных и рекогносцировочных галсов табличным, графическим и параметрическим методами с включением в план: направления галсов, координат начальных и конечных точек галсов, междугалсовых расстояний, перекрытий полос обследования;

· формирования базы априорных данных (БАД) на район съемки;

· графического и табличного представления предварительного плана съемки на экране монитора.



Рис. 15. Вид главного окна с загруженной картой и описанием составляющих элементов окна

В программу могут быть загружены карты двух форматов:

· файлы *.sit - основного типа карт, создаваемых самим гидрографическим комплексом;

· файлы *.map - вспомогательного типа карт, создаваемых внешней программой из файлов формата *.sxf. В дальнейшем на их основе создается карта формата *.sit.

Основным способом создания картографической основы для работы комплекса является формирования карты на основе данных карт-сервера.

Для формирования карты на основе данных карт-сервера используются файлы формата *.t19, которые включают в себя информацию об объектах листа карты.

Возможно создание новой карты при полном отсутствии исходной информации. Данная операция проводится при невозможности создания карты иными способами: на основе данных карт-сервера, на основе файлов *.sxf, на основе описания объектов.

Строка "Система координат" позволяет построить планшет в любой из 4-х систем: СК-42, СК-95, ПЗ-90, WGS-84.

Строка "Проекция" позволяет оператору выбрать проекцию, в которой будет построен планшет (Гаусса, Меркатора).

Для задания параметров галса требуется ввести координаты начала и конца галса. Это может быть выполнено вручную или введено с карты через буферы обмена.

Рис. 16. Создание галсов съемки

Комплекс в ходе планирования съемки может работать в двух режимах: "Работа с сеткой галсов" и "Работа с отдельными галсами". При создании новой сетки галсов возможны три варианта ввода галсов:

· "1-ый галс и междугалсовое расстояние". В этом случае оператору необходимо ввести координаты точек начала и конца для первого галса, задать междугалсовое расстояние, направление следования последующего галса и общее количество галсов.

· "Ввод галсов с карты" позволяет вручную с карты задавать расположение галсов.

· "Ввод радиальных галсов и ограничение района" может применяться при необходимости выполнения гидрографической съёмки с ограниченными возможностями плавания. Под ограниченными возможностями плавания понимается наличие в районе работ участков, на которых невозможно спланировать сплошную сетку галсов из-за наличия островов, мелководья и других препятствий. Планирование радиальных галсов применяется в том случае если необходимо спланировать съёмку рельефа вокруг какого-нибудь природного или искусственного объекта.

Создание Базы априорных данных (БАД) является составной частью планирования съемки. Информация БАД должна содержать исчерпывающую информацию о районе съемки, применяемом оборудовании, сложившейся обстановке (для задания поправок и др.). Указанную информацию оператор традиционно вручную должен внести в базу данных. Львиную долю объема данных содержит, как правило, картографическая информация, которую ранее оператору приходилось также вводить вручную.

Рис. 17. Создание базы априорных данных

Для упрощения действий оператора в гидрографическом комплексе принят следующий порядок работы с картографической информацией, включающий следующие этапы:

· создание оперативной карты, например на основе данных карт-сервера;

· нанесение вручную на карту отсутствующих динамически изменяющихся объектов (уровенных постов, мареографов, новых навигационных элементов и др.);

· автоматизированный перенос необходимых типов объектов с карты в БАД;

· автоматизированный перенос необходимых типов объектов из БАД в программу Апостериорной обработки (для расчета поправок, построения планшета, формирования паспорта съемки и др.).

Перед началом практической работы в программе с внешними абонентами необходимо сконфигурировать систему и проверить ее работоспособность.

Процесс конфигурирования системы осуществляется при помощи одноименной команды в меню "Съемка". При этом выбираются подключенные к комплексу внешние устройства (абоненты), а затем, при необходимости, корректируются номера СОМ-портов к которым они подключены.

При выборе подключаемых устройств следует иметь в виду следующее:

· спутниковая навигационная система "Бриз К" подключается напрямую к комплексу только при отсутствии системы измерения параметров качки "Вертикаль";

· к комплексу может быть подключен только один из трех эхолотов: многолучевой эхолот (каждая из трех его антенн подключается по отдельному СОМ - порту), многоканальный эхолот "Съемка", двухчастотный эхолот "Приз" (каждая из его составных частей - непосредственно эхолот и профилограф подключаются по отдельным СОМ - портам);

· номера СОМ - портов у подключенных устройств не должны совпадать.

Создание судна в программе "Мускат" не производится, расположение оборудования учитывается в виде введения поправок "За отстояние антенны КНС от вибратора" и "За углубление вибраторов" входе апостериорной обработки, после произведения съемки.

Комплекс прикладных программ "Съемка" является универсальной программой, рассчитанной на работу с различными типами эхолотов, систем измерения параметров движения и др. Поэтому перед началом практической работы с внешними абонентами необходимо сконфигурировать систему и проверить ее работоспособность.

В процессе съемки рельефа дна комплекс обеспечивает:

· автоматический прием навигационной и гидрографической информации;

· регистрацию ее на техническом носителе, проверку принятой информации на полноту и соответствие согласованным форматам;

· привязку принятых значений навигационных и гидрографических параметров к единому времени;

· преобразование данных для ввода в ЭВМ;

· диагностику состояния и уровня работоспособности датчиков информации, аппаратуры и программного обеспечения комплекса;

· проверку непрерывности поступления информации от каждого датчика навигационной и гидрографической информации;

· вычисление параметров вождения судна по запланированной схеме галсов и выдача их на экран монитора оператора и индикатор рулевого;

· вычисление параметров сноса и поправок лага и гирокомпаса;

· формирование постоянной информационной модели и представление ее на средствах отображения комплекса (на дисплее ЭВМ и индикаторе рулевого) для контроля хода съемки оператором и вождения судна по запланированным галсам;

· отображение на экране монитора оператора следующей информации:

o линии планируемого и фактического галса;

o даты, текущего времени, масштаба отображения информации;

o значений текущих координат катера;

o курса, путевого угла, абсолютной и относительной скорости носителя;

o глубины измеряемой эхолотом;

o расстояния, оставшегося до конца галса и расстояния пройденного от начала галса;

o величины уклонения от линии заданного галса;

o компасного курса;

o поперечного профиля глубин и псевдообъемного изображения рельефа дна по данным от МКЭ;

o данных из БАД: границы района, схемы запланированных галсов, объектов нагрузки;

Рис. 18. Окно съемки

· формирование информационной модели оператору, сопровождающейся звуковым, световым и цветовым сигналами, в случае:

o появления глубин, меньше заданной;

o неустойчивой работы или отказа какого-либо из судовых датчиков;

o приближения судна к опасным для плавания, запретным или другим особым участкам (или заданным оператором особым точкам), указанным в базе априорных данных (БАД);

o выхода судна в точки начала (конца) галса и в точки поворота.

· представление оператору дополнительной информации по его запросу;

· контроль выполнения плана съемки, прием от оператора указаний по корректуре плана съемки и их реализация;

· отслеживание и фиксирование глубин, меньших глубины, заданной оператором.

Процесс проведения съемки максимально автоматизирован. КПП самостоятельно отслеживает курс судна, величину отклонения от заданных галсов, выдает необходимые команды рулевому, автоматически включает эхолот при выходе в начальную точку галса и выключает при достижении конечной точки. Постоянно анализируется работоспособность внешних устройств и средств связи с ними, при возникновении сбоев оператору выдается предупредительное сообщение, а сам факт потери связи фиксируется в протоколе съемки. Параметры движения судна, принимаемые от эхолотов измерения фиксируются в файлах. На экране постоянно (с частотой 1 Гц) отображаются текущие параметры движения судна, профили измеряемых глубин.

Параметры движения судна выводятся в информационной зоне экрана. В верхней части информационной зоны указываются текущие время и дата, ниже расположены текущие координаты корабля в системе WGS-84, далее приводятся максимальные (за последние 10 секунд) параметры качки: углы килевой (КК) и бортовой (БК) качки, вертикальное перемещение (Н). Левее параметров качки приводятся значения компасного курса (Кгк), путевого угла (ПУ) и скорости судна.

В нижней части информационной зоны помещены характеристики движения по галсам:

· номер следующего или текущего галса и его дирекционный угол, общее количество галсов;

· рекомендуемый курс для выхода на начальную точку или при движении по галсу (К рек);

· величина и направление отклонения от галса;

· расстояние от начала галса и до конца галса (либо до начала галса при выдвижении на галс);

· ориентировочное время до прихода в конечную/начальную точку галса.

В нижней части правой панели расположено окно, информирующее оператора о проводимых системой действиях, аварийных ситуациях и др.

КПП осуществляет автоматическое формирование имен для файлов параметров движения судна (файлов *.gps и *.spk) и файлов глубин (зависят от типа эхолота), создание этих файлов, запись в них данных и закрытие их.

После достижения судном точки начала очередного галса система автоматически переходит во второй подрежим режима "Съемка" - "Движение по галсу".

Включение и выключение приема данных от эхолотов (переключение между подрежимами) осуществляется КПП по факту "попадания" текущих координат судна в круг с радиусом равным заданной погрешности съемки и центром в точке начала/конца галса. Не исключены ситуации, когда судно не сможет попасть в такой круг (особенно в начале галса) без нежелательного маневра. В этой ситуации оператор может принудительно включить или наоборот выключить прием данных от эхолота (активизировать первый или второй подрежим).

По завершению очередного галса система автоматически (или принудительно по указанию оператора) переходит в подрежим "Выдвижение к началу галса".

В окне профилей глубин в зависимости от типа эхолотов будут показываться текущие профили дна.

После завершения прохождения всех запланированных галсов комплекс автоматически переходит в режим "Планирование" информируя об этом оператора.

Оператор может принудительно перевести комплекс в режим "Планирование" выбрав соответствующую команду в меню "Съемка" или щелкнув мышью на панели "Съемка".

В результате выполнения комплекса прикладных программ формируются файлы измеренных глубин (при работе с одноканальным и многоканальным эхолотами), характеристик грунта (при работе с профилографом ПГ) и координат. Формирование выполняется по галсам. Каждому галсу соответствует пара файлов (файл параметров или глубин и файл координат). После окончания галса, сформированные файлы автоматически переписываются на внешний накопитель на магнитном диске.

Для решения задач предварительной обработки навигационной и гидрографической информации, зарегистрированной гидрографическим комплексом площадной съемки рельефа дна в прибрежной зоне "Мускат", предназначен Комплекс прикладных программ (КПП) "Апостериорная обработка".

В ходе первичной обработки навигационной и гидрографической информации комплекс выполняет:

· оценку достоверности и отбраковку промахов в измерении навигационных и гидрографических параметров на галсе;

· оценку точности полученных от СНС или вычисленных координат места судна на галсе;

· формирование базы навигационных данных (БНД), содержащей достоверные вероятнейшие навигационные данные, описывающие фактическое движение судна по галсам (по маршруту), с оценкой точности всех элементов навигации;

· формирование базы гидрографических данных, содержащей значения измеренных глубин, значения предварительных поправок к измеренным глубинам, и типы грунтов, полученных от профилографа гидрографического.

Апостериорная обработка зарегистрированной информации непосредственно в районе проведения гидрографических работ с оценкой полноты и качества выполненных работ, построением планшета и трехмерной модели рельефа дна на экране дисплея и создание плана дополнительного обследования, включает:

· вычисление поправок к зарегистрированным значениям глубин и отображение на экране дисплея в цифровом и графическом виде;

· корректировка зарегистрированных значений глубин вычисленными поправками;

· вычисление поправок к координатам зарегистрированных глубин за отстояние антенны СНС от центра антенной системы;

· отбор достоверных координат по данным приёмоиндикатора СНС, аппроксимация точек определения координат судна на галсе плавной линией;

· представление графиков изменения СКП координат получаемых от СНС на каждом галсе;

· отбор достоверных координат по данным приёмоиндикатора СНС

· обработка данных рекогносцировочной съёмки (только для ПЭЛ);

· анализ зафиксированных пропусков в измерении и регистрации значений глубин и оценка степени их влияния на подробность и точность съёмки;

· оценка достоверности зарегистрированных значений глубин;

· вычисление фактических междугалсовых расстояний и величин перекрытия смежных полос обследования рельефа многоканальным эхолотом;

· вычисление показателей подробности и точности выполненной съёмки:

o СКП измерения глубин;

o СКП интерполяции глубин на середину междугалсовых расстояний по данным фактически проведённой съёмки (для ПЭЛ);

o фактической вероятности обнаружения отличительных глубин (для ПЭЛ);

· отбор значений глубин и значений параметров грунта дна для отображения на экране дисплея и для вывода на графопостроитель;

· вычисление координат точек, определяющих положение изобат;

· оценка качества выполненной съёмки по результатам сличения значений глубин на участках пересечения основных и контрольных галсов, а также в зонах перекрытия полос обследования смежных галсов;

· вычисление координат места судна и СКП определения координат с учетом СКП положения исходных пунктов по введенным оператором данным прямой, обратной, комбинированной и дальномерно-угломерной засечек, и формирование фалов координат траектории движения судна для использования их в апостериорной обработке зарегистрированных значений глубин;

· решение прямой и обратной геодезических задач;

· пересчёт координат и системы СК-42 в WGS 84 и обратно (географических и прямоугольных);

· добавление на планшет глубин, измеренных другими способами, а также характеристик грунтов;

· нанесение и корректура береговой черты по координатам точек ее определяющих, с возможностью задания типа линии (пунктирная, точечная, сплошная);

· нанесение и корректура объектов СНО и географических названий местности;

· отображение на экране дисплея на фоне оперативной карты или координатной сетки, сформированной в системе координат заданной оператором (СК-42, WGS-84):

o планшета съемки рельефа и грунта дна в масштабе, задаваемом оператором, выполненного в соответствии с требованиями ПГС-4 и ПГС-8;

o траекторий реальных галсов с отметками точек обсерваций и отображением ширины полосы обследования МКЭ;

o изобат по файлам, сформированным при расчете координат точек, определяющих положение изобат;

· выявление отличительных форм рельефа дна;

· построение трёхмерной модели рельефа дна района выполненной съёмки на экране дисплея;

Рис. 19. Построение трехмерной модели

· сличение результатов выполненной съёмки с работами прошлых лет;

· предъявление оператору таблицы статистических данных по результатам обработки материалов выполненной съёмки.

По результатам апостериорной обработки, выполненной в районе работ, формируются выходные материалы:

· графическая модель (планшета) и их цифровых аналогов фактического перемещения;

· планшет съемки рельефа и грунта дна, выполненного в соответствии с требованиями ПГС-4 и ПГС-8;

· данные по уточнению предварительного плана съемки и откорректированный план в графическом представлении;

· план обследования выявленных отличительных глубин и других участков района по решению оператора;

· графический материал, полученный в процессе обработки;

· протокол решений оператора, принятых по особым ситуациям;

· протокол выявленных отличительных глубин и навигационных опасностей;

· донесения по вновь обнаруженным отличительным формам рельефа дна и навигационным опасностям;

· протокол по результатам сличения значений глубин в точках пересечения галсов;

· протокол по результатам обработки данных рекогносцировочной съемки;

· протокол контроля полноты зарегистрированной информации и вычисления показателей подробности и точности выполненной съемки;

· файл вычисленных поправок для исправления измеренных глубин.

· протокол выполненной апостериорной обработки зарегистрированных данных съемки;

· файл паспорта съемки.

Надежность отчетных материалов съемки характеризуется отсутствием промахов в значениях параметров полей с вероятностью не ниже 0,997 и вероятностью классифицировать достоверное значение параметра как промах в измерении не выше 0,005. Пакет был разработан в соответствии с ПГС №4, поэтому не отвечает многим современным международным требованиям. Программа принята на вооружение Гидрографической службы (ГС) ВМФ, входе ее эксплуатации выявлены многие недоработки, которые устраняются в последующих версиях программы.

Выводы по главе 2

1. В настоящее время разработан и начинает широко использоваться при производстве гидрографических исследовании новый класс программных продуктов - электронные гидрографические информационные системы (ЭГИС).

2. Современные ЭГИС подразделяются на "специализированные" (NEPTUN, ISIS), обеспечивающие работу только с определенными типами датчиков информации, и "универсальные" (QINSY, HYDRO PRO, МУСКАТ, HYPACK), поддерживающие весь цикл исследований при более полном наборе датчиков гидрографической информации.

3. Пакет HYPACK предназначен для проведения инженерных изысканий, выполнения съемки рельефа дна в прибрежных районах, на реках, каналах и других внутренних водоёмах, обеспечения мониторинга участков дноуглубительных работ в основном с небольших плавсредств, и получил широкую известность в гидрографических кругах благодаря своей функциональности, удобству в эксплуатации и ежегодным обучающим семинарам, проводимым фирмой-разработчиком во многих странах мира.

4. Пакет HYDRO PRO - многофункциональный программный пакет для навигационно-геодезического обеспечения всего спектра гидрографических и морских строительных работ на шельфе, дноуглубительных работ и других подобных задач, где требуется высокоточное позиционирование, активно используется компаниями, занимающимися исследованием природных ресурсов.

5. Пакет QINSY предназначен для обеспечения выполнения гидрографической съемки рельефа дна, океанографических исследований, сейсмических съемок, дноуглубительных работ, возведения буровых платформ, инспекции трубопроводов и подводных кабелей, сбора и обработки данных, и широко применяется при производстве инженерных гидрографических съемок.

6. Пакет МУСКАТ, предназначенный для проведения съемки рельефа дна, гидрографического траления, морской грунтовой съемки и геологических изысканий, поиска малоразмерных объектов, обследования русел рек, подводных частей буровых установок, газо- и нефтепроводов, плотин и других сооружений, применяется подразделениями ГС ВМФ, но имеет пока ограниченное применение.

7. Рассмотренные пакеты программ, за исключением пакета Мускат, являются схожими как по своим возможностям и различаются лишь по некоторым незначительным параметрам. Жесткая конкуренция на рынке специализированного программного обеспечения, заставляет разработчиков постоянно усовершенствовать свои программы.

8. Большим преимуществом программного обеспечения HYPACK MAX, выгодно отличающим его от других систем аналогичного назначения, является поддержка большого количества форматов электронных карт, как морских, так и наземных, включая форматы наиболее популярных ГИС.

3. Методика производства съемки рельефа дна в районе

3.1 Методика проектирования и подготовки к съемке

Создание нового рабочего проекта перед выполнением производственных работ является первым шагом в подготовке пакета программ. Созданный проект, включает в себя всю необходимую информацию для проведения гидрографических, сейсмических и других видов работ [8].

Рабочий проект пакета программы HYPACK MAX содержит следующие данные:

· Геодезические параметры (система координат, коэффициенты трансформации, модель геоида). Эти данные копируются из текущего рабочего проекта в новый.

· Оборудование судна (конфигурация судна, место расположения рабочего оборудования). Данные также копируются из текущего проекта в новый.

· Файлы картографической основы. Программа HYPACK MAX поддерживает только определенные форматы электронных карт.

· Схема галсов. При создании нового проекта в пакете HYPACK MAX схемы галсов создаются вручную по заданным координатам или же копируются из уже существующего проекта. В пакете HYPACK MAX есть возможность создавать галсы графическим способом.

3.1.1 Геодезические параметры

В программе "Геодезические параметры" (Geodetic Parameters) (рис. 20) предполагается, что данные, поступающие в HYPACK MAX от аппаратуры определения местоположения (РНС, СРНС) относятся к системе геодезических координат на эллипсоиде WGS-84. Поэтому, если необходимо получить результаты съемки в другой координатной системе, следует задать ее название или параметры. В пакете поддерживаются 17 заранее заданных (Predefined) координатных систем (Grid). В случае, если эллипсоид "предустановленной" координатной системы отличается от WGS-84, необходимо дополнительно задать 3 или 7 параметров трансформации.

Рис. 20 . Задание геодезических параметров в пакете HYPACK MAX

Для задания координатой системы, не поддерживаемой пакетом, необходимо (рис. 21):

1. в поле списка "Grid" установить параметр "none", при этом становится доступен ввод данных на панели "Projection";

2. задать название проекции (поддерживается 18 проекций) и ее параметры;

3. задать единицы измерений линейных величин и глубины;

4. задать эллипсоид для выбранной проекции (поддерживается 27 эллипсоидов);

5. если эллипсоид задаваемой проекции отличается от WGS-84, то необходимо задать 3 или 7 параметров трансформации.



Рис. 21. Задание геодезических параметров для системы координат не поддерживаемой пакетом

Расчет семи параметров трансформации в программе HYPACK MAX производится в следующей последовательности:

1. в текущем проекте установить геодезические параметры для референцной системы, в которой известны геодезические координаты пунктов, на которых были выполнены наблюдения с помощью спутниковой аппаратуры;

2. с помощью программы "Блокнот" (Notepad) создать текстовые файлы с координатами X, Y, Z (плоские прямоугольные координаты и высота для референцной системы координат) или B, L, H (широта, долгота, высота для системы координат WGS-84 (система результатов спутниковых наблюдений);

3. запустить программу расчета параметров трансформации с помощью меню;

4. в открывшемся окне задать установки, касающиеся формата текстовых файлов (X,Y,Z или B,L,H), варианта расчета (три или семь параметров трансформации), а также полного имени текстовых файлов с координатами. При этом имеется возможность точно указать поля тестовых файлов с исходной информацией.

После выполнения всех установок в окне необходимо нажать клавишу "Next", при этом появится окно с результатами расчета изображенное на рис. 22.

При нажатии на клавишу "View detailed report" появляется окно "блокнота" с детальной расшифровкой результатов расчета и окончательными погрешностями параметров трансформации для каждого из наблюденных пунктов. Текстовый файл с результатами может быть сохранен средствами самого "блокнота".

При удовлетворительном результате полученные параметры трансформации могут быть автоматически загружены в программу "Геодезические параметры" заданием установки: "Apply results to my Geodetic Parameters".

Для выхода из программы расчета параметров трансформации нажать клавишу: "Finish".

Рис. 22. Окно программы результатов вычисления семи параметров трансформации

3.1.2 Установка формы и характеристики судна и сопряжение рабочего оборудования

Чтобы начать работу с программой HYPACK MAX необходимо выполнить настройку всего оборудования, которое будет использоваться при съемке, и указать его в соответствующих меню. Меню программы позволяет сделать установку форму и характеристики судна, вида оборудования (GPS- приёмники, эхолоты, гирокомпас, гировертикаль и т.д.), какая информация требуется. Также необходимо установить Com- порты на персональном компьютере, через которые будут поступать данные с оборудования на компьютер.

Работу с редактором создания формы корпуса "объекта" (судна) следует выполнить на этапе подготовки к съемке. Запуск программы может осуществляться из головного меню пакета HYPACK MAX: <Preparation>Editor > Boat Shape Editor>, либо с использованием команды панели основных инструментов. При этом на экране появляется окно "Boat Editor" (Редактор судна) (рис. 23).

Создание формы судна происходит в следующей последовательности:

1. запуск программы может осуществляться из головного меню пакета HYPACK MAX: <Preparation>Editors > Boat Shape Editor>;

2. Ввод точек определяющих форму корпуса судна в панели Boat Point;

3. Ввода точек, определяющих положение клюзов якорей на корпусе объекта (Anchor Points);

4. ввода точек обрисовки элементов объекта в панели (Drawing Objects).



Рис. 23. Окно панели Boat Editor

Щелчок правой клавиши мыши на очертаниях созданной формы судна или символе судна в окне "Карта" вызывает контекстное меню "Boat Features" (Характеристики судна). С помощью пунктов данного контекстного меню можно получить доступ к установкам, относящимся к "объекту", и дать его характеристики.

Функции пунктов меню характеристики судна представлены в таблице 5.

Таблица 5 Функции пунктов меню характеристики судна

Symbol	Установки одной из формы корпуса объекта, заданных по умолчанию (круг, квадрат или "рыбка").
Track Parameters	Выбор пункта "Track Parameters" контекстного меню "Судно" приводит к индикации окна задания установок отображения траектории
Symbol Color	Задание цвета обрамления корпуса объекта, который используется для отображения буквенно-цифровой информации, относящейся к данному объекту в окне "Данные"
Fill Color	Задание цвета для заполнения корпуса объекта.
Display Shape	Высвечивает один из "символов" формы корпуса объекта, либо специально созданную форму корпуса объекта, содержащуюся в файле с расширением *.vel.
Anchors	Поддержка процедуры отдачи и выбора якорей, клюзы которых установлены в определенных местах корпуса объекта, форма которого определена в файле с расширением *.vel
Main Vessel	Задает объект (судна) в качестве основного объекта, относительно которого выполняются расчеты положения относительно текущего галса: включение и выключение регистрации, и расчет бокового уклонения от галса.
Unload Shape	Выгрузка формы корпуса объекта, присвоенного судну.
Select Shape	Присвоение объекту (судну) формы корпуса, содержащегося в файле с расширением *.vel.
Draft/Squat	Изменение величины поправки за углубление антенны эхолота и (или) "проседания" судна на ходу, присвоенного судну.
Show Profile	Рисование профиля глубин от эхолота, присвоенного данному объекту (судну).
Label Vessel	Индицирует имя объекта (судна) вблизи его корпуса.

Для обеспечения автоматического ввода данных от гидрографического оборудования, необходимо выполнить его сопряжение с программой "Съемка" (Survey). Это отдельная программа, работающая в реальном масштабе времени требует, чтобы процедура сопряжения была выполнена заранее на этапе подготовки к съемке. В процессе работы программа "Съемка" циклически опрашивает сопряженное оборудование, а также выполняет разнообразные вычисления (расчеты: положения относительно текущего галса, целеуказания на текущую точку-цель, перерисовку экрана, запись информации в файл данных и т.д.) с частотой 20 Гц.

Для обеспечения взаимодействия внешних устройств с вычислительными программами в пакете HYPACK MAX используются специальные программы - драйверы, каждый из которых выполняет следующие функции: считывает данные с устройства с заданной частотой, выполняет необходимые преобразования первичных данных устройства, осуществляет привязку данных к единой шкале времени, а также записывает аннотации.

Принцип работы программы "Съемка" со съемочным оборудованием представлен рис. 24.



Рис. 24. Принцип работы программы "Съемка" с внешними устройствами

Драйвер устройства хранит данные и их временную привязку до тех пор, пока программа "Съемка" не соберется их затребовать, (это происходит 20 раз в сек.). Большинство оборудования сохраняет только последнее измерение. Поэтому, если новое измерение получено до того, как старое было передано в программу "Съемка", то старое измерение не будет использовано. Программа "Оборудование" (Hardware) имеет встроенную систему для тестирования драйверов устройств. Количество драйверов в пакете HYPACK MAX очень велико, что обеспечивает подключение практически любого существующего оборудования.

Программа "Оборудование" (Hardware) обеспечивает возможность сопряжения оборудования для проведения однолучевой и многолучевой съемки рельефа дна. Кроме того, имеется отдельная программа "Hysweep Hardware", которая позволяет выполнить сопряжения, только для выполнения съемки с многолучевыми эхолотами (multibeam survey) и эхотралами (multiple transducer survey).

Для запуска программы "Оборудование" (Hardware) для подготовки к однолучевой либо многолучевой съемке необходимо выбрать соответствующую команду на панели основных инструментов. В открывшемся окне "Hardware" выбрать пункт New Configuration. При этом будет выдан запрос о необходимости сохранения текущей конфигурации съемочного оборудования (Hardware Configuration). Если конфигурацию необходимо сохранить - выбрать клавишу "Yes" и ввести имя файла конфигурации. Если текущая конфигурация уже имеет имя, или нет необходимости ее сохранения - следует нажать клавишу "No".

Для каждого устройства, используемого для проведения съемки необходимо:

· Выбрать соответствующий драйвер, мышью в окне "Select device Type";

· Установить драйвер устройства: присвоить имя "А", частоту опроса "Б" и тип данных "В", которые требуется использовать в программе "Съемка";

· В окне "Установка драйвера" (Device Setup) щелкнуть по клавише "Setup" и во вновь открывшемся окне, задать специфические установки для данного драйвера;

· в окне "Установка драйвера " щелкнуть по клавише "Record" и задать "принцип регистрации" (record basis). Рекомендуется выбрать "Always" - "Всегда регистрировать";

· в окне "Установка драйвера" щелкнуть по клавише "Connect" и задать установки для соединения с устройством (выбор типа интерфейса и его параметров);

· в окне "Установка драйвера" щелкнуть по клавише "Offsets" и задать положения антенн в судовой системе координат;

· повторить установку драйверов для всех других устройств, используя пункт меню:" Add Device".

Когда все устройства будут установлены выбрать пункт меню: "DeviceSAVE AS" и в открывшемся стандартном окне введите имя файла конфигурации.

Файл конфигурации с расширением .ini будет сохранен в директории текущего проекта. В дальнейшем, возможно, быстро восстановить конфигурацию оборудования с использованием пункта меню: File Open Configuration.

Задание установок в окне "Device Setup" происходит в следующей последовательности:

· в строке ввода "Name" необходимо вводить имя устройства;

· в строке "Update frequency" ввести частоту опроса данных устройства в мсек. Рекомендуемая частота опроса - 50 мсек., учитывая, что программа опрашивает драйвер устройства 20 раз в секунду;

· в поле "Type" необходимо отметить тип данных, которые программе необходимо получить от драйвера. Для спутниковой аппаратуры это обычно: координаты (position), курс (heading), скорость (speed). Если синхронизацию таймера компьютера предполагается осуществлять с использованием сообщения ZDA протокола NMEA, необходимо отметить позицию "Sync.Clock";

· в поле "Options" (Опции) необходимо отметить, какие строки данных будут регистрироваться программой в файлах .raw. При выборе опции "Record raw data", будут записаны строки "RAW", содержащие время и геодезические координаты от датчика позиционирования (обычно GPS). Рекомендуется использовать эту опцию, позволяющую на этапе пост-обработки выполнить преобразование первичных данных съемки на другую проекцию и эллипсоид;

· ряд кнопок, расположенных в правой части окна "Device Setup" обеспечивают дополнительные опции по настройке драйвера устройства.

3.1.3 Загрузка файлов картографической основы

При проектировании гидрографических работ целесообразно использовать все имеющиеся в цифровой форме картографические материалы. Большинство форматов цифровых карт можно загрузить в текущий проект в рамках процедуры использования контекстного меню щелчком правой клавиши мыши по папке "Background Files" поле папок проектных файлов. В открывшемся контекстном меню надо выбрать пункты "Add File " или "Add File & Copy". Однако файлы электронных карт форматов C-Maps и VPF имеют специальную процедуру инициализации, которую необходимо выполнить перед тем, как загрузить карту в свой проект.

3.1.4 Проектирование галсов съемки

Ответственным этапом проектирования съемки является создание проектных галсов, на которых будет производиться регистрация координат и глубин в процессе съемки рельефа дна. Проектные галсы создаются в программе "Редактор галсов" (Line Editor) и сохраняются в файлах с расширением .lnw.

Систему галсов можно создать одним из двух методов:

1. Созданием вручную или графически на экране исходного галса (галс-образец), с последующим его "размножением" путем задания одного из пяти вариантов "смещения" (offsets);

2. Созданием графически на экране галса - непрерывного маршрута, включающего неограниченное количество путевых точек (way points);

Процесс создания системы галсов с помощью "Редактора галсов" состоит в выполнении следующих операций:

1. вызова "Редактора галсов";

2. щелкнув мышью по кнопке "Add Points", нужно войти в режим ручного создания таблицы для ввода координат путевых точек (прямоугольных или географических). Каждый щелчок по этой кнопке создает "пустую" строку таблицы, которую необходимо заполнить вручную набором с клавиатуры. Однако, удобнее вводить путевые точки галса графически;

3. Щелкнув мышью по клавише "Cursor", можно войти в режим графического ввода путевых точек галса непосредственно на электронной карте. При этом окно "Редактора" сворачивается и занимает место слева в нижней части экрана;

4. Исходный галс с любым количество сегментов может быть "размножен", создавая тем самым систему галсов сложной конфигурации. Для этого необходимо в окне "Редактор галсов" щелкнуть по клавише "Offsets". При этом появится окно выбора метода смещения ("Select Offset Method"). В этом окне содержится пять закладок, каждая из которых определяет, каким образом задается смещение "галса образца" для создания системы галсов:

· создание параллельно смещённых галсов относительно исходного галса. Смещение возможно как в одну, так и в обе стороны с заданным значением расстояния между галсами от базового галса (рис.25);

Рис. 25. Параллельно смещённые галсы относительно исходного галса

· лучевое смещение галсов относительно начальной точки исходного галса. В этом методе задаётся угол между лучами и их количество (рис.26);



Рис. 26. Лучевое смещение галсов относительно начальной точки исходного галса

· смещение галсов относительно центра исходного галса (рис. 27);

Рис. 27. Смещение галсов относительно центра исходного галса

· ступенчатое смещение галсов. Этот метод позволяет смещать создаваемые параллельные галсы от базового, используя значения DX- смещение по широте и DY - смещение по долготе (рис. 28);

Рис. 28. Ступенчатое смещение галсов

· создание смещенных галсов под прямым углом к исходному галсу. Для этого необходимо задать расстояние от центра исходного галса в одну и другую сторону, и расстояние между смещёнными галсами (рис. 29);



Рис. 29. Смещение галсов под прямым углом к исходному галсу

Наиболее распространенным методом является "Parallel" - параллельное смещение исходного галса на величину подробности промера (междугалсового расстояния).

5. После создания системы галсов одним из методов "смещений" целесообразно увидеть полученные результат. Для этого в окне Редактора галсов необходимо щелкнуть по клавише "Preview". Окно редактора будет свернуто, а на электронной карте в наиболее крупном масштабе отобразится созданная система галсов;

6. Далее следует щелкнуть по свернутому в левом нижнем углу экрана Редактору - его окно вновь появится на экране. Теперь можно воспользоваться местным меню: FILE для сохранения системы галсов.

После сохранения системы галсов в файле и закрытия Редактора, имя файла галсов появится на панели файлов проекта. При этом файл будет автоматически активирован.

Другим вариантом создания системы галсов является использование программы "Проектирование канала" (CHANNEL DESIGN), которая выполняет трехмерное проектирование канала, в результате которого формируются файлы: .chn и .lnw. Кроме того, файл системы галсов может быть создан путем импорта файла формата DXF, содержащего информацию о полилинях, упорядоченную специальным образом.

Для создания криволинейного сегмента:

щелкнуть по изображению квадрата в строке окна Редактора галсов

1. в появившемся окне введем радиус криволинейного сегмента со знаком "+" закругление справа, "-" закругление слева;

2. Изображение квадрата в строке окна Редактора галсов будет теперь заменено окружностью;

3. Теперь следует нажать "Preview" чтобы увидеть результат (рис. 30).

Рис. 30. Вид криволинейного сегмента

3.2 Методика производства съемки

Пакет программ "Съемка" (Survey) является составной частью общего пакета HYPACK MAX и предназначен для обеспечения съемки рельефа дна или навигационно-батиметрического обеспечения различных морских исследований с использованием однолучевого, многолучевого эхолота и других видов оборудования.

Пакет обеспечивает решение двух основных задач:

· проводку "объекта" (судна) по системе галсов съемки;

· регистрацию навигационной и другой (батиметрической, геофизической) информации на машинном носителе (жестком диске ПЭВМ).

Для обеспечения возможности успешного старта пакета "Съемка" необходимо:

1. Убедиться в том, что геодезические параметры заданы правильно. Следует вызвать окно "Геодезические параметры" (GEODETIC PARAMETERS) и убедиться, в том, что все установки соответствуют необходимым требованиям.

2. Проверить установку гидрографического оборудования (HARDWARE) подключенного к компьютеру.

Для проведения съёмки необходимо ввести навигационные параметры. Окно "Навигационные параметры "Navigation Parameters" (рис. 31), в программе HYPACK MAX включает в себя:

· автоматическое начало регистрации. Программа автоматически начинает регистрацию, когда дистанция от центра системы судна до начальной точки галса меньше, чем введённое расстояние. Если ввести значение "0.0", то начало регистрации осуществляется вручную. При введении положительной величины параметра, то программа автоматически стартует, когда текущее расстояние от судна до стартовой точки станет менее введённого значения. При отрицательном значении параметра старт галса произойдёт при пересечении линии, перпендикулярной галсу в стартовой путевой точке;

· установка предела отклонения судна от галса. При отклонении судна от галса на расстояние больше заданного программа начинает сигнализировать об этом;

· номер следующего маркера события. Есть возможность установить номер следующего маркера события. Подпрограмма "Съёмка" запоминает последний маркер события, когда работа была остановлена или перезапущена и начинает нумерацию маркера события с последнего, используемого маркера;

· интервал между маркерами события. Представление дистанции или времени по выбору пользователя между маркерами события;

· определение величины увеличения номера события. Определяется величина увеличения номера события при генерировании каждого очередного маркера события;

· указание номера или имени текущего галса съёмки;

· приращение номера галса. В этом окне показывается, какой номер галса будет принят в обработку после прохождения судном текущего галса;

· время записи в одном файле. Определяется длительность записи данных в одном файле (в минутах). Используется на длинных галсах, когда желательно периодически сохранять регистрируемые данные в файле, чтобы избежать их потерю в непредвиденной ситуации;

· установка времени записи в файлы матрицы. Определяется количество минут, по истечению которых программа делает промежуточную запись в файлы матрицы глубин. Используются для предотвращения непредвиденной ситуации, в результате которой данные могут быть утрачены;

· скорость распространения звука используемая в системе Roxann. Используется только когда, когда идёт работа в Roxann;

· установка минимальной глубины. Программа сигнализирует о том, что глубины меньше или равны введённым глубинам.

Рис. 31.Окно навигационные параметры

Стартовать галс можно вручную либо автоматически следующими методами:

1. комбинация горячих клавиш: CNTL-S;

2. в меню "регистрация" (Logging) - выбрать подменю "начало регистрации" (Start Logging);

3. использовать автоматический старт путем задания параметра "Ворота старта галса" (Start Line Gate) отличным от нуля. находится в окне меню "Навигационные параметры". При этом:

· если введена положительная величина параметра "Ворота старта галса", то программа автоматически стартует (запустит регистрацию) когда текущее расстояние от судна до стартовой путевой точки станет менее введенного значения "Ворота старта галса";

· при отрицательной величине параметра, старт галса произойдет при пересечении линии, перпендикулярной галсу в стартовой путевой точке.

Возможно закончить галс (выключить регистрацию) следующими способами:

1. использовать комбинацию горячих клавиш: CNTL-E;

2. в меню "Регистрация" (Logging) - выбрать подменю "Стоп регистрации" (End Logging);

3. если параметр "Ворота старта галса", отличен от нуля, то программа "съемка" автоматически закончит галс (отключит регистрацию) когда судно пересечет линию, перпендикулярную последней путевой точки текущего галса;

4. когда вы заканчиваете галс программа автоматически переключится на следующий сегмент или галс в текущем файле галсов.

Прерывание регистрации возможно (без выключения) с помощью меню "Съемка"(Logging) - подменю (команда) "Пауза регистрации" (Pause Logging). Возобновление регистрации возможно только в ручном режиме с помощью меню "Съемка"(Logging) - подменю (команда) "Resume Logging".

В случае, когда галс состоит из нескольких сегментов используются следующие опции, выбор которых помещен в окне Навигационные параметры "Navigation Parameters":

· While Logging: автоматическое переключение регистрации на следующий сегмент текущего галса происходит только в режиме регистрации. Если регистрация уже запущена, автоматическое переключение на следующий сегмент будет обеспечено;

· Always: программа выбирает наиболее подходящий (близко расположенный) сегмент вне зависимости от того запущена ли уже регистрация или нет. Любые попытки изменения текущего сегмента будут проигнорированы;

· Never: программа не будет автоматически переключаться на новый сегмент (включать регистрацию). Возможно включить регистрацию комбинацией горячих клавиш: CNTL-F (Forward Segment) или CNTL-B (Backward Segment). Аналогичные команды можно выдать из меню "Lines".