Файл: Л. К. Радченко навигационная картография новосибирск сгугиТ 2017.pdf

Л. К. Радченко
НАВИГАЦИОННАЯ КАРТОГРАФИЯ
Новосибирск
СГУГиТ
2017

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ГЕОСИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ»
(СГУГиТ)
Л. К. Радченко
НАВИГАЦИОННАЯ КАРТОГРАФИЯ
Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия для студентов 2-го курса, обучающихся по направлению подготовки магистров 21.04.03 «Геодезия и дистанционное зондирование», профиль «Геоинформационное картографирование»
Новосибирск
СГУГиТ
2017

УДК 528.94
Р159
Рецензенты: ведущий специалист ГУП «Мосгоргеотрест», соискатель кафедры картографии, МИИГАиК С. В. Дубровина кандидат технических наук, старший преподаватель, СГУГиТ
А. А. Колесников
Радченко, Л. К.
Р159 Навигационная картография [Текст] : учеб. пособие / Л. К. Рад- ченко. – Новосибирск : СГУГиТ, 2017. – 69 с.
ISBN 978-5-906948-02-1
В учебном пособии освещены вопросы современной навигационной карто- графии. Пособие подготовлено кандидатом технических наук, доцентом кафед- ры картографии и геоинформатики Л. К. Радченко.
Составлено в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта и учебных планов, предназначено для студентов
2-го курса, обучающихся по направлению подготовки магистров 21.04.03 «Гео- дезия и дистанционное зондирование», профиль «Геоинформационное карто- графирование». Также может быть использовано аспирантами направления
05.06.01 «Науки о Земле», профилей подготовки «Картография», «Геоинформа- тика».
Ответственный редактор: доктор технических наук, директор НИИСР СГУГиТ
Д. В. Лисицкий
Печатается по решению редакционно-издательского совета СГУГиТ
УДК 528.94
ISBN 978-5-906948-02-1
© СГУГиТ, 2017

3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .............................................................................................................. 5 1. Навигационная картография. Основные определения. История развития .......................................................................................................... 6 1.1. Навигационная картография, определения, функции и за- дачи ........................................................................................................... 6 1.2. Особенности навигационных карт ........................................................ 7 1.3. История развития навигационной картографии .................................. 8 1.4. Связь навигационной картографии с другими дисциплинами ........... 13 2. Системы спутниковой навигации, общая характеристика и раз- витие .............................................................................................................. 15 2.1. Понятие навигации и ее виды .............................................................. 15 2.2. Краткая историческая справка о развитии спутниковой на- вигации ................................................................................................... 16 2.3. Применение спутниковой навигации .................................................. 18 2.4. Перспективы развития спутниковой навигации ................................ 19 2.5. Устройства для использования навигационных систем.................... 20 3. Навигационные карты и их классификация. Особенности соз- дания и содержания ..................................................................................... 22 3.1. Общие сведения о навигационных картах, их назначение ............... 22 3.1.1. Морские навигационные карты ................................................. 22 3.1.2. Аэронавигационные карты ........................................................ 25 3.1.3. Автонавигационные карты ........................................................ 28 3.2. Место навигационных карт в современной классификации карт. Классификация навигационных карт ........................................ 30 3.3. Содержание автонавигационных карт ................................................ 33 3.4. Нормативно-правовые требования, предъявляемые к авто- навигационным картам ......................................................................... 36 3.5. Анализ современных навигационных карт ......................................... 38

4 3.6. Навигационные карты в интернете. Онлайн-карты ........................... 38 3.7. Обзор программного обеспечения, используемого для реа- лизации навигационных карт .............................................................. 39 4. Современное состояние навигационного картографирования ................ 40 4.1. Навигационное картографирование, его сущность и разви- тие ........................................................................................................... 40 4.2. Методика создания цифровых автомобильных навигацион- ных карт и адресных планов ................................................................ 44 4.3. Проблемы, перспективы и тенденции развития навигаци- онного картографирования .................................................................. 46 5. Теория графов и ее применение в навигационной картографии ............ 50 5.1. Теория графов ........................................................................................ 50 5.2. Основные понятия теории графов ....................................................... 51 5.3. Маршрутизация ..................................................................................... 55 5.4. Дорожный граф ...................................................................................... 56 5.5. Задача о кратчайшем пути .................................................................... 58
Заключение ........................................................................................................ 63
Контрольные вопросы...................................................................................... 64
Библиографический список ............................................................................. 66

5
ВВЕДЕНИЕ
Внедрение информационных технологий во все сферы научной дея- тельности и повседневной жизни, а также во многие отрасли народного хозяйства является отличительной чертой современного общества.
Благодаря спутниковым и цифровым технологиям получает стреми- тельное развитие такое направление картографии, как «Навигационная картография». Как следствие, появляются новые навигационные карты и приложения, которые становятся неотъемлемой частью жизнедеятельно- сти социума, составляющей многих производств и отраслей хозяйства.
В настоящее время создаются и активно используются различные на- вигационные карты. Это такие общеизвестные карты, как морские, аэро- навигационные и автонавигационные, а также карты, которые получили развитие в последнее время, такие, как навигационные карты для служб
МЧС, пожарных частей, служб скорой помощи, различные навигационные справочники для широкого круга потребителей. Основная часть этих карт и приложений создана частными производственными компаниями, без со- блюдения единых картографических принципов и правил создания карто- графических произведений. Причиной такой некорректности является от- сутствие теоретической базы (основы) по навигационному картографиро- ванию, поэтому перед современными картографами стоит задача решить эту проблему.
Данное пособие базируется на теоретических и практических иссле- дованиях российских и зарубежных ученых и является первым комплекс- ным изданием для формирования теоретической базы по навигационной картографии.

6
1.
НАВИГАЦИОННАЯ КАРТОГРАФИЯ.
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ
1.1.
Навигационная картография, определения,
функции и задачи
Навигационная картография – это раздел картографии, изучающий теоретические и методические вопросы создания навигационных карт и приемы работы с ними, использующиеся для решения различных навига- ционных задач.
Цель навигационной картографии – обеспечение специализированной достоверной картографической и мультимедийной информацией процесса передвижения человека (самостоятельно или с помощью транспортного средства) в определенном пространстве.
Функциями навигационной картографии являются: а) создание навигационной карты, по сути дела, это процесс навига- ционного картографирования, который сформировался на базе геоинфор- мационных технологий, использующий опыт комплексных географиче- ских исследований и специального картографирования; б) поддержание навигационной карты в современном актуальном со-
стоянии, т. е. ее оперативное обновление; в) использование навигационных карт.
Навигационная карта – это специальная карта с навигационной ин- формацией, достаточной для решения задачи автоматизированного опре- деления местоположения человека или транспортного средства и расчета маршрута движения. Цифровые навигационные карты создаются для ис- пользования в электронном оборудовании и предназначены для решения навигационных задач в картографо-информационных системах различно- го назначения.
Основная цель навигационной карты – это обеспечение ориентирова- ния на местности [1].

7
К задачам навигационной картографии относятся:
- разработка классификации навигационных карт;
- описание математической основы (проекции, системы координат, масштаб);
- строгое определение содержания цифровой навигационной продук- ции согласно масштабу. Содержание навигационных карт зависит от пользователя, для которого она создается, например, для пожарной части важно будет показать все пожарные гидранты, возможные препятствия во дворах улиц, информацию по строениям (этажность, материал постройки и назначение здания), возможное количество людей в здании, контактные телефоны лиц, ответственных за пожарную безопасность. Для скорой по- мощи важными будут совсем другие объекты;
- разработка и использование единой системы условных обозначений для всех видов навигационной продукции (в настоящее время стандарти- зированы и унифицицированы условные знаки только для морских и аэ- ронавигационных карт);
- обязательное исполнение принципов генерализации при составле- нии цифровых навигационных карт и справочников;
- применение способов оформления цифровой навигационной продук- ции [2]. Например, производители навигационных карт предлагают двойное оформление карт: для дневного и ночного времени использования;
- определение способов визуализации. На навигационных картах применяются следующие виды визуализации картографического отобра- жения: двухмерная карта (вид сверху); перспективное отображение с вы- сотой зданий и их частей; перспективное отображение, включающее реа- листичные 3D-модели выдающихся объектов. При движении транспорт- ного средства подключается четвертая характеристика – время, и мы уже имеем дело с 4D-визуализацией [2, 3].
1.2.
Особенности навигационных карт
Главную особенность навигационной карты – ее интуитивная чи-
таемость. При движении (когда нет возможности посмотреть легенду карты) пользователь вынужден быстро ориентироваться в пространстве и

8 принимать решение о дальнейших действиях. Поэтому, чаще всего, ус- ловные знаки спроектированы так, чтобы пользователь с первого взгляда понимал, о каком объекте идет речь. Дорожные знаки на навигационных картах изображаются аналогично знакам в правилах дорожного движения.
Второй особенностью является адаптивность. Дело в том, что карто- графическое изображение навигационной карты движется, и, в зависимо- сти от скорости управляемого объекта, а также благодаря системе гло- бального позиционирования эта карта меняет свое содержание. Следова- тельно, эта особенность «моделирует» следующую, которая называется
генерализация по фактору движения.
Также к особенностям навигационных карт относится ее мультимас-
штабность. Масштаб навигационной карты изменяется в зависимости от скорости движения управляемого объекта и сложности дорожных развя- зок. При изменении масштаба должен изменяться и размер условного зна- ка, но это действие пока не выполняется на большинстве автонавигаци- онных карт [4].
Особое место занимают способы визуализации навигационных карт, это и 2-D, 3-D и 4-D. При способе 4-D четвертой характеристикой являет- ся время, и в зависимости от скорости передвижения объекта меняется на- вигационная карта.
Сетевое моделирование – эта особенность проявляется в создании до- рожного графа, который необходим для решения задачи о кратчайшем пути.
Мультимедийность – еще одна особенность навигационной карты.
Выражается в воспроизведении звукового ряда, когда бортовой компью- тер сообщает голосом о необходимых маневрах по заранее спланирован- ному пути [1].
1.3.
История развития навигационной картографии
Одним из самых древних свидетельств использования картографии для целей навигации являются палочковые карты (рис. 1), которые жите- ли Маршалловых островов изготавливали из маленьких раковин и паль- мовых черенков. Раковины, закрепленные на черенках, представлялись островами, а волокна располагались в разных направлениях и показывали

9 фронт морской зыби, поднимаемой господствующими ветрами, прилива- ми и прибоем. Плавая на каноэ, микронезийские мореходы умели ориен- тироваться по таким картам и находить нужные направления на острова, когда те скрывались из вида. Подобные изображения, как и другие древ- ние карты, всегда составлялись для определенных практических целей [5].
Рис. 1. «Палочковые карты»
Первые европейские и арабские мореплаватели определяли направле- ние движения по Солнцу и звездам. Их карты чаще всего были ориенти- рованы на восток, лишь применение компаса изменило вид и содержание морских навигационных карт. Стремительное развитие получили особые морские карты, которые называются портуланы. Их особенностью был подробный рисунок береговых линий: заливов, речных дельт и прибреж- ных островов, а особенно гаваней и малых бухт, т. е. важных объектов для судовождения. На этих картах мелкие детали сознательно преувеличива- ли, по сравнению с ситуацией на суше. Портуланы всегда ориентированы на север, на них были нанесены густые компасные сетки, которые показы- вали направления на четыре стороны света и до двадцати восьми проме- жуточных румбов. Для удобства пользования в условиях мореплавания и при прокладке курса судна, портуланы вычерчивали на плотном перга- менте в виде свитков или наклеивали отдельными листами на большие тонкие доски.
В далеком средневековье портуланы (рис. 2) считались секретными документами, имелись даже специальные меры для их уничтожения при

10 захвате судна неприятелем. Именно из-за секретности лишь малая часть портуланов сохранилась до наших дней. Со временем появились и атласы портуланов, которые кроме карт содержали навигационные таблицы, ка- лендари, справочные сведения по астрономии и астрологии. Портуланы просуществовали до XVII в., а в эпоху Великих географических открытий плавание в открытом океане потребовало уже картографических проекций с сетками меридианов и параллелей [5].
Рис. 2. Портулан эпохи Возрождения
Значительный прорыв в картографическом обеспечении навигации связан с именем великого фламандского картографа Герарда Меркатора, который в 1541 г. впервые изготовил навигационный глобус (рис. 3) диа- метром 42 см. В эпоху Великих географических открытий создавалось множество глобусов, его же изобретение отличалось тем, что на нем в пределах океанов были нанесены компасные сетки, как это прежде дела- лось только на портуланах. На глобусе были проведены меридианы, па- раллели и, впервые, – линии локсодромий (особые кривые, пересекающие меридианы под одним и тем же азимутом, что очень удобно для проклад- ки курса корабля).
В 1595–1606 гг. Герардом Меркатором была создана карта под назва- нием «Россия с соседними странами».

11
Рис. 3. Глобус Г. Меркатора
В наши дни идея Меркатора обрела новую жизнь, воплотившись в конструкцию навигационного глобуса-индикатора (рис. 4). С выходом че- ловека в космос на пультах космических кораблей и в центрах управления полетами появилось средство космической навигации в виде глобуса – космический навигационный индикатор, который наглядно показывает текущее положение космического аппарата по долготе и широте и относи- тельно системы наземных измерительных пунктов. С помощью двигателя он вращается с запада на восток со скоростью, равной одному обороту
Земли за звездные сутки (23 ч 56 мин), а движение космического аппарата по орбите заменено вращением глобуса в противоположном направлении.
Рис. 4. Индикационный глобус

12
В 1705 г. при Школе математических и навигацких наук была откры- та Гражданская типография, печатавшая книги, карты и атласы.
В ней бы- ло издано около 40 различны х карт, в том числе «Первый русский атлас»
(1713 г.).
В 1752 г. в г. Петербурге создана компасная мастерская при Морском кадетском корпусе.
В 1829 г. под руководством генерального штаба Федора Федоровича
Шуберта создана «Военно-дорожная карта части России и пограничных земель» в масштабе 1 : 1 680 000.
В 1837 г. в Вене, на основе предыдущей карты, создана карта, со- стоящая из 16 листов, масштаба 1 : 1 400 000, которая носит точно такое же название.
В 1888 г. создана «Военно-дорожная карта Европейской России».
В 1915 г. создан путеводитель «Москва» под редакцией Е. А. Звягин- цева.
В 1915 г. создан «Первый карманный адрес-указатель (справочник) г. Москвы издания инженера-механика А. З. Полунова», который содер- жал новейший номерационный план г. Москвы.
В 1920 г.первым государственным картографическим заведением
(г. Петроград) издана «Карта пароходных сообщений, железных и почто- вых дорог России» на двух листах в масштабе 1 : 4 200 000.
В 1933 г. Гидрографическим управлением Главсевморпути организо- вано XII межведомственное совещание, которое приняло развернутую программу гидрографического изучения арктических морей. К началу этих работ на трассу Северного морского пути имелось 52 карты, а к
1941 г. было издано 80 навигационных карт.
В 1933 г. открыто Гидрографическое управление Главсевморпути для организации и выполнения гидрографических исследований в Арктиче- ском бассейне для создания морских карт и других работ.
В 1934 г. создана карта автобусных маршрутов г. Москвы.
В России в XIX в. были созданы специальные гидрографические службы, которые контролировали процесс кораблевождения и обеспечи- вали его безопасность. Главной задачей этих служб было составление морских навигационных карт, содержание которых состояло в показе глу-