АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЦИФРОВОЙ КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЕЙ

Полезная модель относится к области автоматизированных систем и может быть использована для построения автоматизированной системы распространения цифровой картографической информации (АСР ЦКИ) внутренних водных путей.
Эффективное судоходство на внутренних водных путях (ВВП), обеспечение безопасности плавания и экологической безопасности требуют наличия современной системы картографического и навигационного обеспечения судов.
Сравнительно короткая навигация на ВВП, сезонная изменчивость рельефа дна, вызывает необходимость оперативного составления и корректуры электронных навигационных карт (ЭНК) и доведения их до судоходных компаний и других потребителей ЭНК ВВП.
Картографическая информация ВВП является одним из частных случаев геопространственных данных.
Из патента на полезную модель RU №30014, МПК G06F 13/00 G06F 17/30, опубл. 10.06.2003, известна система обеспечения предприятия электрических сетей геопространственными данными, содержащая общие ресурсы (Windows NT-сервер) и ПЭВМ пользователей, а также средства отображения и коллективного пользования и систему сбора и передачи данных, подключенные к промышленной сети переменного тока и соединенные между собой локальной вычислительной сетью. Персональные ЭВМ пользователей включают совокупность ПЭВМ координации и управления и ПЭВМ создания и обновления электронных карт.
Недостаток известной системы заключается в отсутствии у конечного пользователя возможности внесения изменений в созданную электронную карту, а также отсутствие возможности для работы с прикладными отраслевыми базами данных.
Известна автоматизированная система распространения (АСР) геопространственных данных (ГПД) по патенту на полезную модель RU №65265, МПК G06F 17/30, опубл. 27.07.2007, которая содержит трехуровневую систему сбора, обработки и распространения геопространственных, в том числе картографических данных. Первым уровнем системы является отраслевой центр ГПД, вторым уровнем - региональные центры ГПД, а третьим уровнем - автоматизированные рабочие места (АРМ) пользователей системы. Отраслевой центр ГПД связан двухсторонними каналами связи с региональными центрами ГПД и АРМ пользователей.
Региональный центр ГПД содержит ПЭВМ - сервер центра, совокупность ПЭВМ координации и управления, совокупность ПЭВМ создания и обновления электронных карт, а также средства отображения и коллективного пользования, систему сбора и передачи данных, соединенные между собой посредством локальной вычислительной сети, ПЭВМ-сервер геопространственных и прикладных отраслевых баз данных, совокупность соединенных со средствами ввода и документирования информации ПЭВМ направлений, обеспечивающих работу с геоинформационными данными, и ПЭВМ редактирования документов, совокупность ПЭВМ обработки фотоснимков и получения ортофотопланов, ПЭВМ системного администратора, и систему защиты информации, соединенные между собой посредством локальной вычислительной сети.
Региональный центр ГПД взаимодействует с ситуационными и отраслевыми центрами. На уровне городского или районного управления региональный центр геопространственной информации взаимодействует с абонентскими пунктами, которые в свою очередь взаимодействуют с автоматизированными рабочими местами поселковой или сельской администрации. Абонентские пункты районной или городской администрации обеспечивают сбор заявок от предприятий, хозяйств и граждан на получение информации; выдачу заявок в региональный центр геопространственных данных; удовлетворение заявок; сбор и предоставление информации в региональный центр геопространственных данных; формирование тематических баз данных. Автоматизированные рабочие места администрации обеспечивают предоставление данных по собственному региону; сбор заявок от предприятий, хозяйств и граждан на предоставление информации; получение информации от абонентских пунктов и предоставление ее предприятиям, хозяйствам и гражданам.
Одной из задач регионального центра ГПД является картографическое обеспечение при проведении анализа и принятия решения в области прикладных вопросов, в том числе мониторинга критически важных и/или потенциально опасных объектов. Однако региональный центр ГПД не обеспечивает создание, обновление и распространение электронных карт ВВП в силу специфичности источников информации о ВВП.
Задача, на решение которой направлена данная полезная модель, заключается в создании системы, обеспечивающей автоматизацию процессов сбора, хранения, распространения, тиражирования и защиты электронных навигационных карт внутренних водных путей, включая процедуры их периодической корректуры.
Технический результат, достигаемый при использовании данной полезной модели, заключается в повышении точности создания ЭНК и сокращении времени на доставку картографической информации потребителям.
Решение указанной задачи достигается тем, что в автоматизированной системе распространения цифровой картографической информации (АСР ЦКИ) внутренних водных путей, содержащей многоуровневую систему сбора, обработки и распространения картографической информации, согласно полезной модели первым уровнем системы является отраслевой центр АСР ЦКИ, вторым уровнем - региональные центры АСР ЦКИ, третьим уровнем - автоматизированные рабочие места (АРМ) пользователей системы, четвертом уровнем - источники навигационной, гидрографической и топогеодезической информации системы, при этом отраслевой центр (ОЦ) системы связан двухсторонними каналами связи с региональными центрами системы и АРМ пользователей системы, региональные центры системы связаны двухсторонними каналами связи с АРМ пользователей системы и источниками навигационной, гидрографической и топогеодезической информации системы, АРМ пользователей системой включают, по крайней мере, стационарные АРМ, судовые терминалы электронно-картографических навигационных информационных систем и мобильные терминалы, а источники информации системы включают, по крайней мере, автоматизированные промерные комплексы, автоматизированные промерно-изыскательские комплексы, системы координированного управления позиционированием землеснаряда, судовые обстановочные комплексы и базы данных ортофотопланов.
Технический результат достигается также тем, что:
отраслевой центр системы содержит сервер, связанный с блоком баз данных, АРМ администратора, АРМ операторов управления и блок защиты информации, подключенные к локальной вычислительной сети;
АРМ оператора управления ОЦ содержит блок ввода/вывода данных, вход/выход которого является входом/выходом блока, к другим раздельным входам/выходам которого подключены блок управления, блок входного контроля карт, блок установки стоимости карт, блок обработки заказов, блок учета оплаты и бухгалтерии, блок формирования лицензий и блок отправки лицензий;
региональный центр системы содержит сервер, связанный с блоком баз данных, АРМ администратора, АРМ верификатора, АРМ картографов, центр печати и блок защиты информации, подключенные к локальной вычислительной сети;
АРМ верификатора содержит блок ввода/вывода данных, вход/выход которого является входом/выходом блока, к другим раздельным входам/выходам которого подключены блок управления, блок настройки алгоритмов проверки, блок программной проверки, блок визуальной проверки, блок формирования протокола камеральной проверки и блок формирования базы данных ошибок;
АРМ картографа содержит блок ввода/вывода данных, вход/выход которого является входом/выходом блока, к другим раздельным входам/выходам которого подключены блок управления, блок конвертирования исходных данных, блок картосоставителя, блок кодирования модельной карты, блок авторской корректуры, блок редакторской корректуры, блок обработки данных оплавывания, блок формирования корректуры карт и блок обработки ошибок;
двухсторонними каналами связи является сеть общего пользования Интернет с обеспечением разграниченного доступа к информации.
Технический результат в части повышения точности создания ЭНК и сокращении времени на доставку картографической информации потребителям достигается за счет оперативного использования данных о навигационной, гидрографической и топогеодезической информации от высокоточных источников, а также за счет автоматизации функций сбора, обработки и накопления цифровой картографической и документальной информации, автоматизации обмена данными между отраслевым и региональными центрами обеспечения АСР ЦКИ и автоматического предоставления их пользователю по поступающим запросам.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых представлены структурные электрические схемы:
на фиг.1 - автоматизированной системы распространения цифровой картографической информации;
на фиг.2 - отраслевого центра АСР ЦКИ;
на фиг.3 - регионального центра АСР ЦКИ;
на фиг.4 - АРМ оператора управления отраслевого центра;
на фиг.5 - АРМ верификатора;
на фиг.6 - АРМ картографа.
Автоматизированная система распространения цифровой картографической информации ВВП представляет собой многоуровневую систему сбора, обработки и распространения картографической информации, первым уровнем системы является отраслевой центр 1 системы, вторым уровнем - региональные центры 2 системы, третьим уровнем - автоматизированные рабочие места 3 пользователей системой, четвертым уровнем - источники 4 навигационной, гидрографической и топогеодезической информации системы. Составные части системы связаны двухсторонними каналами связи 5, в качестве которых может быть использована сеть общего пользования Интернет с обеспечением разграниченного доступа к информации. Автоматизированные рабочие места 3 пользователей включают, по крайней мере, стационарные АРМ, судовые терминалы электронно-картографических навигационных информационных систем (ЭКНИС), мобильные (переносные) терминалы. Источники 4 информации включают, по крайней мере, автоматизированные промерные комплексы (автоматизированные промерно-изыскательские комплексы) (АПК) 6, судовые обстановочные комплексы (СОК) 7, системы 8 координированного управления позиционированием землеснаряда (СКУПЗ) и базы 9 данных ортофотопланов.
Отраслевой центр 1 системы содержит (см. фиг.2) сервер 10, связанный с блоком 11 баз данных, АРМ 14 администратора, АРМ 15 операторов управления и блок 12 защиты информации, подключенные к локальной вычислительной сети (ЛВС) 13. Как правило, ОЦ 1 системы включает в себя два параллельно работающих и дублирующих друг друга сервера 10, связанные с RAID-массивом жестких дисков, хранящих блоки 11 баз данных. Указанные блоки содержат следующие базы данных: электронных карт и их корректур, клиентов и их заказов, выданных лицензий и другую бухгалтерскую информацию. Внутренняя локальная вычислительная сеть 13 отраслевого центра защищена от внешней сети (канала связи 5) блоком 12 защиты информации, представляющим собой, например, межсетевой экран «Watch Guard».
В состав ОЦ 1 системы входит АРМ 14 администратора, являющегося непосредственным руководителем центра. В зависимости от объема нагрузки на ОЦ 1 может включать один или больше АРМ 15 оператора управления, выполняющих непосредственную работу по обработке поступающей картографической информации, обслуживанию заявок пользователей и т.д.
Отраслевой центр 1 системы предназначен для:
защиты ЭНК ВВП от несанкционированного копирования и тиражирования;
ведения, поддержания и обновления электронного каталога ЭНК ВВП;
формирования и поддержания базы данных и корректуры ЭНК ВВП;
обработки заявок на ЭНК ВВП от потребителей и выдачи лицензий;
тиражирования и распространения релизов ЭНК ВВП на CD;
ведения базы данных счетов потребителей и системы учета платежей.
Региональный центр 2 системы содержит (см. фиг.3) сервер 16, связанный с блоком 17 баз данных, АРМ 20 администратора, АРМ 21 верификатора, АРМ 22 картографа, центр 23 документирования и блок 18 защиты информации, подключенные к локальной вычислительной сети 19.
Региональные центры 2 системы предназначены для:
приема и обработки исходных картографических материалов и результатов русловых изысканий;
создания, верификации и оплавывания ЭНК ВВП, создания корректур;
ведения, поддержания и обновления электронного каталога ЭНК ВВП;
формирования и поддержания базы данных и корректуры ЭНК ВВП;
передачи готовых ЭНК в отраслевой центр.
В отраслевой центр 1 (первый уровень АСР ЦКИ) из региональных центров 2 стекается информация по подготовленным ЭНК ВВП, и поступают заявки от пользователей на приобретение карт ВВП.
В региональные центры 2 (второй уровень АСР ЦКИ) поступают результирующие материалы изыскательских и путевых работ от источников 4 навигационной, гидрографической и топогеодезической информации:
автоматизированных промерных комплексов (автоматизированные промерно-изыскательские комплексов) 6, предоставляющих результаты измерения глубин, координаты береговой черты, ключевых плавучих и береговых объектов;
судовых обстановочных комплексов 7, предоставляющих информацию о расстановке и контроле местоположения плавучих и береговых средств навигационного ограждения;
систем 8 координированного управления земснарядами, предоставляющих информацию по результатам проведения дноуглубительных работ;
баз данных 9 ортофотопланов и результатов аэрокосмической съемки 9, позволяющих наносить на создаваемые карты береговую черту и основные береговые объекты.
Автоматизированные рабочие места 3 пользователей системой, являющиеся третьим пользовательским уровнем АСР ЦКИ, представляют широкий круг потребителей картографической информации, и включают в себя:
судовые терминалы электронно-картографических навигационных информационных систем (ЭКНИС);
стационарные АРМ пользователей;
мобильные (переносные) терминалы пользователей.
Автоматизированные рабочие места 3 пользователей, предназначены для:
формирования запросов на поставку ЭНК и корректуры;
получения разрешений или лицензий на работу с ЭНК, получения ЭНК и корректуры;
передачи разрешений потребителям или дешифрирования ЭНК.
Потребители картографической информации с помощью АРМ 3 пользователей, через канал связи 5, обращаются в отраслевой центр 1 АСР ЦКИ для получения необходимых листов карт ВВП или соответствующих корректур.
Основное предназначение АСР ЦКИ - предоставление пользователям картографической информации в электронном виде. Тем не менее, при необходимости, может предоставляться высококачественная твердая копия запрашиваемых листов карт. Также бумажные копии карт могут использоваться региональным центрам для служебных целей: удобства оплавывания, контроля карт и т.д. Решение этой задачи возложено на центр документирования 23, включающий ПЭВМ управления 24 со специализированным программным обеспечением для сканирования, редактирования и печати карт, широкоформатный плоттер 25 формата АО и сканер 26.
В ходе своей работы АРМ 15 оператора управления задействует все перечисленные выше программно-аппаратные средства ОЦ.
Структура регионального центра АСР ЦКИ представлена на фиг.3.
Региональный центр 2 включает в себя два параллельно работающих и дублирующих друг друга сервера 16, связанные с RAID-массивом жестких дисков, хранящих блоки баз данных 17. Данные блоки содержат следующие базы данных: результатов промеров, непроверенных карт, верифицированных карт, карт после оплавывания, финальных карт, ретроспективных данных, ортофотопланов, корректур карт, поставщиков данных, камеральной проверки и др.
Внутренняя локальная вычислительная сеть (ЛВС) 19 регионального центра защищена от внешней сети (канала связи 5) специальным блоком защиты информации 18, представляющим собой межсетевой экран «Watch Guard».
Региональный центр содержит АРМ 20 администратора, являющегося непосредственным руководителем центра.
В состав РЦ входит одно АРМ 21 верификатора и одно или несколько АРМ 22 картографа. В ходе своей работы АРМ картографа и верификатора задействуют вычислительные средства серверов и баз данных центра.
Состав АРМ 15 оператора управления ОЦ приведен на фиг.4.
Автоматизированное рабочее место 15 включает:
блок 27 управления АРМ, предназначенный для осуществления организационного
взаимодействия элементов АРМ;
блок 28 ввода/вывода данных, обеспечивающий внутреннее и внешнее информационное взаимодействие остальных блоков АРМ;
блок 29 входного контроля карт (БВВК), поступающих из региональных центров АСР ЦКИ;
блок 30 установки стоимости полученных листов карт (БУСК);
блок 31 обработки заявок, поступающих от пользователей системы (БОЗ);
блок 32 учета оплаты и бухгалтерии (БУОБ), обеспечивающий финансовый контроль проведения операций;
блок 33 формирования лицензий, на передаваемые пользователям листы карт (БФЛ);
блок 34 отправки лицензий (БОЛ), обеспечивающий отправку всех необходимых лицензий на затребованную картографическую информацию (сами карты находятся в свободном доступе, но для работы с ними необходимы специальные файлы лицензий).
Функционирование АСР ЦКИ происходит следующим образом. Оператор управления ОЦ 1 через соответствующий АРМ осуществляет прием и размещение в базе данных новых листов карт и корректур к ним, поступающих из РЦ 2. В ходе этой работы проверяется наличие всех необходимых атрибутов карты и ее работоспособность, устанавливается стоимость данной карты для конечных пользователей.
С помощью специального Web-интерфейса, развернутого на серверах ОЦ, регистрируются заявки от пользователей на приобретение необходимых файлов (листов) электронных карт. После поступления заявки, соответствующая информация мгновенно направляется на АРМ 15 оператора управления ОЦ, который выставляет пользователю счет для оплаты. После получения средств, что контролируется по базе данных бухгалтерии, лицензии на запрашиваемые листы карт отправляются пользователю. Большинство описанных выше функций автоматизированы, что обеспечивает минимальное участие человека. При использовании удаленных систем «банк-клиент» возможна полная автоматизация процесса отправки лицензий пользователям.
Автоматизированное рабочее место 14 администратора предназначено для контроля работоспособности оборудования и программного обеспечения ОЦ, а также контроля работы операторов управления.
В дальнейшем детально рассмотрена структура АРМ, входящих в состав регионального центра АСР ЦКИ.
Структура АРМ 21 верификатора показана на фиг.5.
Автоматизированное рабочее место 21 включает:
блок 35 управления АРМ верификатора, предназначенный для осуществления организационного взаимодействия элементов АРМ;
блок 36 ввода/вывода данных, обеспечивающий внутреннее и внешнее информационное взаимодействие остальных блоков АРМ;
блок 37 настройки алгоритмов проверки (БНАП), предназначенный для тонкой настройки алгоритма программы камеральной проверки созданной карты;
блок 38 программной проверки (БПП), выявляющий грубые несоответствия и ошибки в структуре элементов созданной карты;
блок 39 визуальной проверки (БВП), исправляющий более сложные ошибки в логической структуре и местоположении объектов карты и их атрибутов;
блок 40 формирования протокола камеральной проверки (БФПКП), возвращаемого впоследствии картографам для доработки карты;
блок 41 формирования базы данных ошибок (БФБДО), детализирующий и систематизирующий информацию, изложенную в упомянутом выше протоколе проверки.
Структура АРМ 22 картографа показана на фиг.6.
Автоматизированное рабочее место 26 включает:
блок 42 управления АРМ, предназначенный для осуществления организационного взаимодействия элементов АРМ;
блок 43 ввода/вывода данных, обеспечивающий внутреннее и внешнее информационное взаимодействие остальных блоков АРМ;
блок 44 конвертирования исходных данных (БКИД), преобразующий исходную навигационную и гидрографическую информацию, поступающую от блока 5;
блок 45 картосоставления (БК), формирующий электронную карту из полученных данных в автоматизированном или полуавтоматизированном режиме;
блок 46 кодирования модельной карты (БКМК), создающий образцовую карту, типичную для всей серии карт;
блок 47 авторской корректуры (БАК), обеспечивающий личную проверку карты самим картосоставителем;
блок 48 редакторской корректуры (БРК), обеспечивающий повторную проверку карты составителем модельной карты;
блок 49 обработки данных оплавывания (БОДО), реализующий дополнительную коррекцию карт по результатам полевых проверок карты изыскательскими партиями;
блок 50 формирования корректур карт (БФКК), создающий перечень изменений, требуемых для внесения в карты пользователей при их актуализации;
блок 51 обработки ортофотопланов (БОО), позволяющий учитывать данные авиационной и космической съемки при нанесении на карту береговой линии и объектов наземных обстановки.
Функционирование РЦ происходит по следующему алгоритму.
По каналу связи 5 от блока источников 4 навигационной, гидрографической и топогеодезической информации поступают исходные данные для формирования карт. Эти данные через блок защиты информации 18 по ЛВС 19 поступают в блок 17 баз данных, где предварительно обрабатываются с помощью программного обеспечения, загруженного на серверы 16. Информация о поступлении исходных данных передается на АРМ 20 администратора и АРМ 22 картографа.
После получения из АРМ 20 администратора задачи на создание карты, оператор АРМ 22 картографа начинает непосредственную работу по формированию карты. С помощью блока 44 конвертирования исходных данных, блока 45 картосоставления и блока 51 обработки ортофотопланов картограф начинает создание макета карты с учетом ретроспективные данные блока 17 баз данных. Для систематизации и унификации создаваемой серии карт с помощью блока 46 кодирования модельной карты опытный картограф создает так называемую модельную карту, служащую основой для создания остальных карт серии.
После создания листа карты производится авторская проверка самим картосоставителем (блок 47) и исправление выявленных ошибок. Далее осуществляется редакторская проверка опытным картографом, производившим кодирование модельной карты. При осуществлении описанных проверок используется специализированное программное обеспечение и визуальные методы контроля.
После проведения проверок файлы карты поступают в базу данных непроверенных карт блока 17, и производится оповещение АРМ 21 верификатора об имеющихся материалах для проведения камеральной проверки. Верификатор осуществляет дополнительную настройку алгоритма проверки в программном обеспечении блока 37, исходя из особенностей полученной карты. В дальнейшем осуществляется несколько итераций программной и визуальной проверок в блоках 38 и 39 соответственно. В результате проведенной камеральной проверки автоматически формируется ее протокол, а затем, на его основе - заполняется база данных ошибок проверки.
Полученная информация о выявленных ошибках передается на АРМ 22 картографа для исправления. После исправления ошибок картографом, карта вновь поступает на АРМ 21 верификатора, и описанная выше процедура повторяется. Если верификатор не обнаружил ошибок, то считается, что карта сформирована успешно и она помещается в базу данных верифицированных карт блока 17.
Далее, по команде с АРМ 20 администратора происходит оповещение соответствующей изыскательской партии, оборудованной АПК 6 о необходимости оплавывания созданной карты. По результатам оплавывания составляется акт, в котором перечисляются замечания и ошибки, выявленные в ходе практического использования карты. Эта информация вновь попадает в базу 17 данных и затем обрабатывается блоком 49 обработки данных оплавывания. Картограф исправляет выявленные ошибки и вновь отсылает карту на АРМ 21 верификатора, где она проходит повторную камеральную проверку. При ее успешности и отсутствии ошибок, карта считается окончательно сформированной, и поступает в базу данных финальных карт блока 17.
В дальнейшем картограф оповещает ОЦ 1 о полученных результатах и пересылает в него результирующую карту для поставки пользователям системы.
В последующем, при небольших изменениях гидрографической или навигационной обстановки, в блоке 50 формируются корректуры к созданным ранее картам, по которым проводится камеральная проверка, но уже без оплавывания. Сформированные блоки корректур в дальнейшем передаются в ОЦ 1 для распространения среди пользователей.
Если по результатам проведенных гидрографических исследований выявлено существенное изменение обстановки, то вместо формирования корректур осуществляется создание новой карты на этот район, описанным выше способом.
Таким образом, в предложенной автоматизированной системе распространения цифровой картографической информации внутренних водных путей обеспечивается повышение точности создания электронных навигационных карт и сокращение времени на доставку картографической информации потребителям.