1 МЕЖДУНАРОДНАЯ ГИДРОГРАФИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СТАНДАРТЫ МГО НА ГИДРОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЁМКИ 5-е издание, февраль 2008 года Специальная публикация № S–44 Монако Международное гидрографическое бюро 2008 г. СОДЕРЖАНИЕ страницы Предисловие.............................................................................................................................. 3 Введение .................................................................................................................................... 5 Глава 1: Классификация съемок ............................................................................................. 8 Глава 2: Определение места .................................................................................................. 10 Глава 3: Глубины .................................................................................................................... 11 Глава 4: Другие измерения .................................................................................................... 14 Глава 5: Атрибуция данных................................................................................................... 16 Глава 6: Устранение сомнительных данных........................................................................ 18 Таблица 1................................................................................................................................. 19 Словарь терминов................................................................................................................... 22 Приложение А: Руководящие указания по контролю качества ........................................ 27 Приложение В: Руководящие указания по обработке данных ......................................... 31 Примечание: Приложения А и В будут изъяты из этого документа после того, как включенная в них информация будет полностью перенесена в Публикацию МГО М–13 «Руководство по гидрографии». 3 СТАНДАРТЫ МГО НА ГИДРОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ (S–44) 5-е издание, февраль 2008 года ПРЕДИСЛОВИЕ Данная публикация, «Стандарты МГО на гидрографические съёмки» (S–44), представляет собой один из стандартов, которые разрабатываются Международной гидрографической организацией (МГО) в целях оказания помощи обеспечению безопасности мореплавания. Официальные обсуждения вопроса об учреждении стандартов на гидрографические съёмки начались на VII-й Международной гидрографической конференции (МГК) в 1957 году. В Циркулярных письмах, направленных государствам-членам МГО в 1959 и 1962 гг., сообщались мнения государств-членов по данному вопросу, и в 1962 г. VIII-я МГК учредила Рабочую группу (РГ) в составе: двух членов из США, одного – из Бразилии и одного – из Финляндии. РГ осуществляла деятельность по переписке и провела два заседания, которые были приурочены к IX-й МГК, проводившейся в 1967 году. Ею был подготовлен текст Специальной публикации МГО № S–44. Первое издание S–44, озаглавленное «Стандарты точности, рекомендованные для гидрографических съёмок» было опубликовано в январе 1968 года. В Предисловии к нему говорилось: «… гидрографические съёмки классифицируются как съёмки, выполняемые в целях составления морских навигационных карт, которые обычно используются судами», и «исследование, которое ограничивается определением плотности и точности измерений, необходимых для отображения морского дна и других объектов с точностью, достаточной для навигационных целей». На протяжении последующих лет технологии и процедуры менялись, и МГО снова учреждала рабочие группы, чтобы привести S–44 на уровень современности: 2-е издание вышло в свет в 1982 г., 3-е – в 1987 г. и 4-е – в 1998 г. В ходе этих пересмотров основные цели публикации оставались, в основном, неизменными, и то же самое относится и к 5-му изданию. В Полномочия Рабочей группы, учреждённой для подготовки 5-го издания S–44, среди прочего было включено намерение предоставить более ясные руководящие указания, касающиеся объектов подводного рельефа; в них также перечислялся ряд вопросов, вызывающих беспокойство, и в том числе – возможности систем по обнаружению объектов на морском дне и характеристики объектов, подлежащих обнаружению. РГ пришла к выводу, что S–44 устанавливает минимальные стандарты для съёмок, которые выполняются для безопасности надводной навигации. РГ сочла, что определение точных характеристик объектов, которые подлежат обнаружению, значимых для каждой конкретной организации, и определение способности тех или иных систем и используемых ими процедур обнаруживать подобные объекты – это обязанность национальных властей каждой страны. Далее РГ заключила, что конструктивные решения и их исполнение для сооружения целей, используемых для демонстрации технических возможностей систем по обнаружению объектов на морском дне, входят в обязанности национальных властей. Упоминание кубических объектов размером более одного или двух метров в данных Стандартах даёт основу для понимания того, что обнаруживаться должны объекты, по крайней мере, такого размера. Главными отличиями данного издания Стандартов от 4-го издания являются следующие: Разделение Категории 1 на две подкатегории: 1а, когда требуется полное обследование дна, и 1b, когда такое обследование не требуется. Исключение Категории 3, т.к. было сочтено, что больше нет надобности проводить ее различие с Категорией 2. 4 Замена, в большинстве случаев, слов «точность1» (accuracy) и «погрешность» (error) на слово «неопределенность» (uncertainty). Погрешности существуют и представляют собой разности между наблюдённым значением и значением истинным. Раз истинное значение никогда не бывает известно, следовательно, и сама погрешность не может быть известна. Неопределённость – это статистическая оценка вероятной величины погрешности. Данная терминология теперь все чаще используется в практике измерений: см. публикации ISO/IEC 98:1995 г. «Руководство по выражению неопределенности в измерениях» (которая должна быть откорректирована в 2008 г.) и ISO/IEC 99:2007 «Международный словарь по метрологии – Основные и общие понятия и связанные с ними термины». Словарь терминов был приведён на уровень современности, а некоторые термины, которые, по мнению РГ, являются основополагающими для понимания настоящих Стандартов, повторно приводятся во «Введении». РГ пришла к заключению, что информацию, касающуюся того, «как выполнять съёмку», включать в данные Стандарты нецелесообразно, и из 5-го издания она была изъята. Однако РГ признает пользу такого руководства, и данная информация была сохранения в двух приложениях. РГ рекомендует переместить эту информацию в публикацию МГО М–13 («Руководство по гидрографии») и одновременно исключить её из публикации S–44. В Таблицу 1 был включён минимальный интервал между точками («пятнами») обследования дна батиметрическим лидаром2 – для съёмок категории 1b, для которых не требуется полное обследование дна. Наконец, РГ придерживалась того мнения, что в S–44 предоставляются «Стандарты на гидрографические съёмки», и что готовить «Спецификации» на основе этих Стандартов – обязанность конкретных гидрографических служб или организаций. Спецификации будут более специфичны в отношении описания систем, и как таковые будут меняться более быстро, по мере изменения систем. 1 В значении «степень достоверности» (прим. пер.) LIDAR – лазерный локатор, лидар; зд. – гидрографической съёмки (прим. пер.) 2 авиационная лазерная система 5 ВВЕДЕНИЕ Цель данной публикации – предоставить свод стандартов на выполнение гидрографических съёмок для сбора данных, которые используются, в основном, для составления навигационных карт, применяемых для безопасности надводной навигации и защиты морской среды. Необходимо понимать, что данная публикация предоставляет только минимальные стандарты, подлежащие соблюдению. В тех случаях, когда батиметрия и предполагаемые цели судоходства того требуют, у гидрографических служб / организаций, желающих осуществить сбор данных, может возникнуть необходимость установить более жёсткие стандарты. Кроме того, данная публикация не содержит процедуры настройки необходимого оборудования, выполнения съёмки или обработки результирующих данных. Процедуры (которые являются основной частью системы выполнения полной гидрографической съёмки), должны разрабатываться гидрографической службой / организацией, желающей осуществить сбор данных, отвечающих настоящим Стандартам. Необходимо учитывать категорию съёмки, уровень которой эта служба / организация желает достигнуть, имеющееся в ее распоряжении оборудование и тип топографии, которую она намерена обследовать. В Приложениях «А» и «В» предоставляются руководящие указания по контролю качества и обработке данных, – предполагается, что они будут перенесены в «Руководство по гидрографии» (это публикация МГО М–13), в котором даются дальнейшие указания по поводу того, как выполнять гидрографические съёмки. Нет ничего, что могло бы остановить пользователей, принявших данные Стандарты, перед тем, чтобы использовать эти Стандарты для других целей. Действительно, подобное расширение сферы применения Стандартов приветствуется. Однако те пользователи, которые желают заимствовать данный документ для других технических средств, должны помнить причину, по которой эти Стандарты были написаны, и поэтому принимать тот факт, что, возможно, не все части Стандартов подойдут для их специфических целей. Чтобы соответствовать Категории съёмки по S–44, съёмка должна отвечать ВСЕМ спецификациям этой категории, включённым в данные Стандарты. Кроме того, важно отметить, что адекватность съёмки – это конечный продукт всей системы съёмки и процессов, применяемых во время сбора данных. Неопределённости, о которых говорится в следующих главах, отражают суммарные перенесённые неопределённости всех частей системы. Простое использование отдельного оборудования, которое теоретически способно удовлетворять требуемой неопределённости, не обязательно является достаточным для того, чтобы удовлетворять требованиям данных Стандартов. Должно приниматься во внимание и то, как налажено оборудование, и то, как оно используется, и как оно взаимодействует с другими компонентами в полной системе съёмки. Все составные части и их комбинации должны быть способны предоставлять данные, соответствующие требуемому стандарту. Гидрографической службе / организации необходимо убедиться в том, что это так на самом деле, путём, например, проведения соответствующих испытаний оборудования, которое будет использоваться для съёмки, и путём обеспечения соответствующей калибровки, которая проводится до, а также во время, и, в уместных случаях, после выполняемой съёмки. Специалист, выполняющий съёмку, - это важнейший компонент процесса съёмки, и он должен обладать достаточными знаниями и опытом, чтобы быть способным управлять системой в соответствии с требуемым стандартом. Определить это может быть трудно, хотя гидрографические квалификации (напр., окончание специалистом курсов по гидрографической съёмке, признанных МГО соответствующими Категории А/В) могут оказать существенную помощь в проведении подобной оценки. 6 Следует отметить, что выпуск данного нового издания стандарта не означает, что съёмки, или основанные на них карты и морские навигационные пособия, выполненные в соответствии с предыдущими изданиями стандарта, признаются недействительными, а устанавливает стандарты для того, чтобы данные, собранные в дальнейшем, лучше отвечали нуждам пользователей. Также следует отметить, что в тех случаях, когда морское дно подвержено изменениям (напр., имеются песчаные гряды), съёмки, выполненные в соответствии с любой Категорией из данных Стандартов, быстро устаревают. Подобные районы требуют повторной съёмки через регулярные промежутки времени, чтобы гарантировать, что данные съёмки соответствуют действительности. Интервалы между повторными съёмками, которые будут зависеть от местных условий, должны устанавливаться национальными властями. Словарь терминов, используемых в данной публикации, приводится после Главы 6. Термины, включённые в словарь, показаны в тексте курсивом, а в электронной версии они обеспечиваются гиперссылками на соответствующие им определения. Приведённые ниже «Основные определения» из Словаря терминов рассматриваются как основополагающие для понимания настоящих Стандартов. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Обнаружение объектов: способность системы обнаруживать объекты заданного размера. В данных Стандартах задаются размеры объектов, которые должны быть обнаружены во время съёмки с целью обеспечения безопасности мореплавания. Полное обследование дна: метод систематического исследования морского дна, применяемый с целью обнаружения большинства объектов, заданных в Таблице 1; использование отвечающих требованиям систем, процедур и подготовленного персонала. На практике невозможно достичь 100%-го акустического обследования / 100%-го батиметрического покрытия (использования данных терминов следует избегать). Исправленные глубины: Измеренные глубины со всеми поправками, относящимися к съёмке, последующей обработке данных и их приведению к используемой высотной основе. Суммарная горизонтальная (плановая) неопределённость (СГН; англ. – THU): компонент суммарной перенесённой неопределённости (СПН), рассчитанный в горизонтальной плоскости. Несмотря на то, что СГН даётся как одиночная величина, она имеет размерность 2D. Делается предположение, что неопределённость анизотропна (т.е. корреляцией между погрешностями широты и долготы можно пренебречь). Это делает нормальное распределение симметричным по окружности и позволяет характеризовать радиальное распределение погрешностей относительно истинного значения одним числом. Суммарная перенесённая неопределённость (СПН; англ. – TPU): результат перенесения неопределённостей, при котором все составляющие неопределённости измерений, как случайные, так и систематические, вносят свой вклад и переносятся на конечный результат оценки точности. Перенесение неопределённостей объединяет все измеренные неопредёленности из различных источников и переносит их на результирующую неопределённость полученного или рассчитанного параметра. 7 Суммарная вертикальная (высотная) неопределённость (СВН; англ. – TVU): компонент суммарной перенесённой неопределённости (СПН), рассчитанный в вертикальной плоскости. СВН – величина с размерностью 1D. 8 ГЛАВА 1 – КЛАССИФИКАЦИЯ СЪЁМОК Введение В данной главе описываются категории съёмки, которые считаются приемлемыми для того, чтобы дать возможность гидрографическим службам / организациям производить навигационную продукцию, которая предоставит возможность предполагаемому судоходству совершать безопасную навигацию в районах, обеспеченных съёмкой. Поскольку требования изменяются в зависимости от глубины и видов предполагаемого судоходства, здесь определяются четыре различные категории съёмки; каждая из них предназначена для удовлетворения ряда потребностей. Описание четырёх категорий приводится ниже, с указанием потребности, которую категория предположительно должна удовлетворять. Таблица 1 устанавливает минимальные стандарты для каждой из данных категорий, и читать её необходимо вместе с подробным текстом следующих глав. Категория съёмки, которая наиболее отвечает требованиям безопасности мореплавания в данном районе, должна выбираться организацией, отвечающей за получение съёмки. Следует отметить, что для всего района, который необходимо обеспечить съёмкой, одной категории может быть недостаточно, и в этих случаях организация, которая отвечает за получение съёмки, должна ясно определить, где следует применять разные категории съёмки. Кроме того, следует отметить, что ситуация, обнаруженная исполнителем съёмки на месте, может так существенно отличаться от ожидавшейся, что послужит основанием для изменения категории. Например, в районе, через который проходят маршруты крупнотоннажных танкеров для перевозки сырой нефти (VLCCs), и предполагаемые глубины в котором превышают 40 метров, возможно, была определена категория съёмки 1а, однако, если исполнитель съёмки обнаруживает мелководные участки с глубинами менее 40 метров, наверное, будет более приемлемо проводить съёмку этих участков в соответствии с Особой категорией. Особая категория Это наиболее строгая из всех категорий, и её использование предназначено только для тех районов, где расстояние под килем судов достигает критических значений. Из-за критического расстояния под килем требуется полное обследование дна, и размер объектов, подлежащих обнаружению в ходе такой съёмки, намеренно сохраняется маленьким. Поскольку расстояние под килем судов достигает критических значений, считается невероятным, что съёмки Особой категории будут проводиться в районах с глубинами более 40 метров. Примерами районов, которые могут служить основанием для проведения съёмок Особой категории, являются: места стоянки судов, гавани и важнейшие участки судоходных фарватеров. Категория 1а Эта категория предназначена для тех районов, в которых морское дно достаточно мелководно для того, чтобы природные или созданные человеком объекты, находящиеся на дне, могли представлять собой опасность для надводного судоходства определённого вида, которое предположительно может осуществляться в данном районе, но в которых расстояние под килем судов не достигает таких критических значений, как в случае Особой категории, описанной выше. Поскольку в этих районах могут существовать созданные человеком или природные объекты, которые могут представлять опасность 9 для надводного судоходства, требуется полное обследование дна, однако размер объектов, подлежащих обнаружению, больше, чем для Особой категории. Расстояние под килем становится менее важным по мере увеличения глубин, и в районах, где глубина составляет больше 40 метров, размер объектов, подлежащих обнаружению в ходе полного обследования дна, увеличен. Съёмки категории 1а могут ограничиваться акваториями с глубинами менее 100 метров. Категория 1b Эта категория предназначена для районов с глубинами менее 100 метров, где общее изображение морского дна считается отвечающим требованиям того вида надводной навигации, который предполагается в данном районе. Полного обследования дна не требуется, что означает, что некоторые объекты могут быть пропущены, хотя максимально допустимое междугалсовое расстояние будет ограничивать размер объектов, которые, вероятно, останутся необнаруженными. Эта категория съёмки рекомендуется только в тех случаях, когда расстояние под килем не представляет собой проблемы. Примером послужил бы район, в котором характеристики дна таковы, что вероятность того, что на морском дне имеются созданные человеком или природные объекты, которые будут подвергать риску тот тип надводных судов, которые предположительно совершают навигацию в данном районе, низка. Категория 2 Это наименее строгая категория, она предназначена для тех районов, где глубины таковы, что общее изображение морского дна считается отвечающим требованиям. Полного обследования дна не требуется. Рекомендуется ограничивать съёмки Категории 2 районами с глубинами более 100 метров, поскольку, если глубины превышают 100 метров, существование созданных человеком или природных объектов, достаточно крупных для того, чтобы оказывать влияние на надводную навигацию и при этом всё же оставаться не обнаруженными в ходе съёмок, соответствующих Категории 2, считается невероятным. 10 ГЛАВА 2 – ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА 2.1 Плановая неопределённость Неопределённость места – это неопределённость местоположения [погрешность определения места] измеренной глубины или объекта в системе геодезических координат. Координаты следует привязывать к геоцентрической системе исходных координат, основанной на Международной земной системе координат (ITRS), напр. Всемирной геодезической системе координат 1984 г. (WGS–84). Если же, в исключительных случаях, координаты привязаны к местным исходным геодезическим данным, последние должны быть привязаны к геоцентрической системе исходных координат, основанной на ITRS. На неопределённость места оказывает влияние много различных параметров; следует учитывать вклады всех подобных параметров в суммарную плановую неопределённость (THU). Для нахождения неопределённости места следует принять статистический метод, объединяющий все источники неопределённости. Неопределённость места на уровне 95%-й доверительной вероятности должна регистрироваться вместе с данными съёмки (см. также раздел 5.3). Способность системы съёмки успешно выполнять требуемые функции должна демонстрироваться с помощью расчёта THU. Местоположение промеров, опасностей, других важных подводных объектов, средств навигационного оборудования (стационарных и плавучих), объектов, важных для навигации, береговой линии и топографических объектов, следует определять таким образом, чтобы плановая неопределённость удовлетворяла требованиям, установленным в Таблице 1. Это включает все источники неопределённости, а не только те, которые связаны с оборудованием, с помощью которого определяют место. 11 ГЛАВА 3 – ГЛУБИНЫ 3.1 Введение Морская навигация требует точных и надёжных знаний глубины для того, чтобы можно было без риска использовать грузоподъёмные свойства судов в максимальном объёме, а также максимально доступную для безопасной навигации акваторию. В тех случаях, когда безопасные расстояния под килем имеют большое значение, неопределённости глубины должны контролироваться более строго и лучше пониматься. Подобным же образом, размеры объектов, которые будут, или, что более важно, возможно, не будут обнаружены в ходе съёмки, следует также определять и понимать. Измеренные глубины и высоты осыхания следует привязывать к нулю высот, совместимому с продукцией, создаваемой или корректируемой на основе результатов съёмки, например с нулём карты. В идеальном случае нулём глубин также должен быть хорошо определённый нуль высот, такой как LAT3, MSL4, геоцентрическая система исходных координат, основанная на ITRS, или другой геодезический исходный уровень. 3.2 Высотная неопределённость Высотную неопределённость надо понимать как неопределённость исправленных глубин. При вычислении высотной неопределённости необходимо давать количественную характеристику источников [квантифицировать источники] отдельных неопределённостей. Все неопределённости, как изложено в разделе А.4 Приложения «А», следует статистическим образом объединять для получения суммарной высотной неопределённости (TVU). Указанная в Таблице 1 для каждой категории съёмки максимально допустимая высотная неопределённость для исправленных глубин устанавливает неопределённости, которым должна удовлетворять съёмка, чтобы она соответствовала этой категории. Неопределённость, относящаяся к уровню 95% доверительной вероятности, связна с оценкой погрешности, внесённой суммой случайных погрешностей и погрешностей поправок за систематические погрешности [т.е. частей систематических погрешностей, оставшихся после введения поправок]. Способность системы съёмки успешно выполнять требуемые функции должна демонстрироваться с помощью расчёта TVU. Учитывая, что на неопределённость глубин оказывают влияние как постоянные, так и зависимые от глубины погрешности, для вычисления максимально допустимой TVU на уровне 95% доверительной вероятности используется формула, приведённая ниже. Для расчёта максимально допустимой TVU для отдельной глубины в формулу необходимо ввести параметры «a» и «b», приведённые в Таблице 1 для каждой категории съёмки, а также глубину «d»: + √ a2 + (b х d)2, где a 3 выражает ту часть неопределённости, которая не изменяется в зависимости от глубины, LAT - Наинизший приливный уровень, возможный по астрономическим причинам (прим. пер.) 4 MSL - Средний уровень моря (прим. пер.) 12 b это коэффициент, который выражает ту часть неопределённости, которая изменяется в зависимости от глубины, d это глубина, bхd выражает ту часть неопределённости, которая зависимости от глубины. изменяется в Высотная неопределённость на уровне 95% доверительной вероятности должна регистрироваться вместе с данными съёмки (см. также 5.3). 3.3 Введение поправки за уровень прилива / колебания уровня моря В целях приведения промеров к соответствующему нулю глубин в период проведения съёмки на всей обследуемой акватории должны выполняться наблюдения, достаточные для определения колебаний уровня моря. Колебания уровня могут определяться либо путём непосредственного измерения уровня (напр. с помощью мареографа) и в необходимых случаях вноситься по всему обследуемому району как котидальные поправки, либо с помощью трёхмерных методов определения места с привязкой к требуемому нулю глубин с помощью подходящей модели разделения. Для глубин, превышающих 200 метров, вводить поправки за уровень прилива / колебания уровня моря не нужно, если данная аппроксимация не оказывает значительного влияния на TVU. 3.4 Измерение глубины Все аномальные объекты, находящиеся в районе обследования, о которых сообщалось ранее, и объекты, обнаруженные в ходе съёмки, следует изучить подробнее, и если их наличие подтвердиться, следует определить их координаты и наименьшие глубины. Если наличие аномального объекта, о котором сообщалось ранее, не подтверждается, то см. Главу 6, в которой изложены требования по опровержению ранее полученных данных. Организация, отвечающая за качество съёмки, может установить глубину, за пределом которой проводить подробное исследование морского дна – и, следовательно, изучение аномальных объектов – не требуется. Для остатков кораблекрушений и препятствий, расстояние над которыми может оказаться менее 40 метров, и которые могут представлять опасность для обычной надводной навигации, следует определять координаты и наименьшую глубину над ними с помощью наилучшего из доступных методов при соблюдении стандарта неопределённости глубины соответствующей категории съёмки, указанного в Таблице 1. Гидролокаторы бокового обзора не следует использовать для измерения глубин, их следует применять для определения районов, требующих более подробного и точного исследования. 3.5 Обнаружение объектов Когда требуется полное обследование дна, оборудование, используемое для выполнения съёмки, должно быть способно обнаруживать объекты, имеющие размеры, указанные в Таблице 1, и эта способность должна быть доказана. Кроме того, данное оборудование должно считаться частью системы (включающей в себя оборудование для съёмки и обработки данных, процедуры и персонал), которая обеспечит высокую 13 вероятность обнаружения указанных объектов. Обязанность проводить оценку любой предлагаемой системы съёмки на предмет её способности успешно выполнять требуемые функции, и тем самым убеждаться в том, что эта система может обнаружить достаточно большую долю любых подобных объектов, возлагается на гидрографическую службу (организацию), которая осуществляет сбор данных. Требования, предъявляемые к обнаружению объектов, для Особой категории и Категории 1а (соответственно, 1 и 2 кубических метра) – это минимальные требования. Могут существовать объекты, имеющие размеры меньше, чем те, которые заданы для конкретной категории, но представляющие опасность для мореплавания. Поэтому гидрографическая служба (организация) может счесть необходимым обнаружить более мелкие объекты, чтобы снизить риск существования необнаруженных опасностей для надводной навигации. Следует отметить, что даже в том случае, когда съёмка выполняется с помощью подходящей системы, 100%-е обнаружение объектов никогда нельзя гарантировать. В случае сомнений относительно существования в районе объектов, которые, возможно, не будут обнаружены используемой системой съёмки, следует рассмотреть возможность использования альтернативной системы (напр. механического трала), чтобы увеличить доверие к минимальным безопасным глубинам в этом районе. 3.6 Плотность промеров / междугалсовое расстояние При планировании плотности промеров в целях обеспечения надлежащего обследования дна необходимо принимать во внимание как характер морского дна в данном районе, так и требования безопасной надводной навигации. Для съёмок Особой категории и Категории 1а рекомендаций относительно максимального междугалсового расстояния не приводится, так как к ним относится доминирующее требование о полном обследовании дна. Для Категорий 1b и 2 полного обследования дна не требуется, и в Таблице 1 рекомендуются максимальное междугалсовое расстояние (Категории 1b и 2) и плотность полос обследования батиметрическим лидаром (Категория 1b). При выполнении съёмки нужно как можно раньше оценить характер морского дна, чтобы решить, не следует ли уменьшить или увеличить междугалсовое расстояние / плотность полос обследования батиметрическим лидаром, указанные в Таблице 1. 14 ГЛАВА 4 – ДРУГИЕ ИЗМЕРЕНИЯ 4.1 Введение Наблюдения, о которых идёт речь ниже, не всегда бывают необходимы, но если они определены в техническом задании съёмки, то они должны отвечать следующим стандартам. 4.2 Отбор проб грунта В районах, где предполагается постановка судов на якорь, следует определять характер морского дна; определять его возможно с помощью взятия проб грунта или на основе анализа данных из других источников (напр. однолучевые эхолоты, гидролокатор бокового обзора, профилограф осадочных пород, видеосистема и пр.). Отбор проб грунта следует осуществлять через расстояния (интервалы), зависящие от геологии морского дна и требований по обеспечению достоверности данных применяемого метода. 4.3 Связь нуля карты и высотной геодезической основы местности Техническая резолюция МГО № А2.5, которая приводится в публикации МГО М–3, требует, чтобы нулевой уровень, используемый для предвычислений приливов, был бы тем же самым, который используется в качестве нуля карты. Чтобы батиметрические данные могли использоваться полностью, высотная основа, используемая для наблюдений за приливами, должна быть связана с общим нулём высот местности через приметные постоянные опорные пункты, расположенные вблизи самописцев уровня моря / пунктов наблюдения / обсерваторий. Производить определения высот эллипсоида на реперах с нулевой отметкой высоты, которые используются для наблюдений за приливами, следует относительно геоцентрической исходной системы координат, основанной на ITRS, предпочтительно – относительно Всемирной геодезической системы координат 1984 г. (WGS-84), или относительно соответствующего геодезического исходного уровня. 4.4 Предвычисления приливов Для анализа могут потребоваться данные о приливах с целью дальнейшего предвычисления высот прилива и создания Таблиц приливов, для чего наблюдения должны охватывать как можно более длительный период времени, и в предпочтительном случае – не менее 30 суток. 4.5 Наблюдения за приливными течениями Скорость и направление приливных течений, которые могут превышать 0,5 узла, следует измерять на подходах к гаваням и фарватерам, в местах любого изменения в направлении фарватера, в местах якорных стоянок и районах, прилегающих к причальным стенкам. Кроме того, желательно измерять прибрежные и морские течения в тех случаях, когда они имеют достаточную силу для того, чтобы оказывать влияние на надводную навигацию. 15 Измерения параметров приливных течений в каждой точке должны проводиться на глубинах, достаточных для того, чтобы удовлетворять требованиям обычной надводной навигации в обследуемом районе. В случае приливных течений следует производить одновременные наблюдения высот приливов и метеорологических условий, и период наблюдений в идеальном случае должен составлять 30 суток. Скорость и направление приливного течения следует измерять, соответственно, с точностью до 0,1 узла и ближайших 10°, на уровне 95% доверительной вероятности. Там, где есть причина полагать, что сезонный расход реки оказывает влияние на приливной режим и течения, измерения следует выполнять так, чтобы охватить весь период изменчивости. 16 ГЛАВА 5 – АТРИБУЦИЯ ДАННЫХ 5.1 Введение Чтобы обеспечить всеобъемлющую оценку качества данных съёмки, необходимо вместе с данными съёмки регистрировать или документировать определённую информацию. Такая информация важна для того, чтобы обеспечить возможность использования данных съёмки разными пользователями, имеющими различные потребности, особенно потому, что во время сбора данных их требования могут быть неизвестны. 5.2 Метаданные Метаданные должны быть полными, и они должны включать в себя, по крайней мере, информацию о: • съёмке в целом, т.е. о дате, районе, использовавшемся оборудовании, названии носителя, с которого производилась съёмка, • использовавшейся исходной системе геодезических координат, т.е. исходных геодезических данных и нуле высот, включая привязки к геодезической исходной системе координат, основанной на ITRS (напр. WGS-84), если использовался местный нулевой уровень, • процедурах калибровки и их результатах, • методе корректуры за скорость звука, • нуле глубин и внесении поправки за уровень моря, • степени неопределённости и о соответствующих уровнях доверительной вероятности, • любых особых или исключительных обстоятельствах, • правилах и механизмах, применявшихся для «прореживания» данных. Предпочтительно, чтобы метаданные составляли неотъемлемую часть цифровых данных, зарегистрированных в ходе съёмки, и соответствовали «Стандарту на метаданные» из Стандарта МГО S–100, когда он будет принят. Пока стандарт S–100 не принят, в качестве модели метаданных можно использовать стандарт ISO 19115. Если описанной выше возможности нет, подобная информация должна включаться в документацию съёмки. Рекомендуется, чтобы организации, отвечающие за качество съёмки, разрабатывали и документировали перечень метаданных, которые используются для данных их съёмки. 5.3 Атрибуция точечных данных Всем данным должен присваиваться атрибут оценки их неопределённости на уровне 95%-й доверительной вероятности: как для координат, так и – в уместных случаях – для глубины. Вычисленный или принятый в качестве допущения масштабный коэффициент, применяемый к среднему квадратическому отклонению, чтобы установить неопределённость на уровне 95% доверительной вероятности, и/или допущенное статистическое распределение погрешностей следует регистрировать в метаданных 17 съёмки. (Например, если предположить нормальное распределение для одномерной величины, такой как глубина, то для уровня доверительной вероятности 95% коэффициент составит 1,96. Предложение в метаданных, которое отвечает требованиям, будет следующим: «Неопределённости вычислены на уровне доверительной вероятности 95%, допускающей коэффициент среднего квадратического отклонения 1,96 (для величины с размерностью 1D) или 2,45 (для величины с размерностью 2D), что соответствует допущению о нормальном распределении погрешностей». При измерении глубин такая процедура в предпочтительном случае должна осуществляться для каждого отдельного промера; однако для нескольких промеров или даже для некоторого района может быть зарегистрирована одна оценка неопределённости, при условии, что можно ожидать, без ущерба для безопасности, что разность между отдельными оценками неопределённости и коллективно приписанной оценкой неопределенности является такой незначительной, что ею можно пренебречь. Атрибуция данных, как минимум, должна быть достаточной для того, чтобы демонстрировать, что требования данных Стандартов удовлетворены. 5.4 Атрибуция батиметрической модели Если необходима батиметрическая модель, метаданные должны включать в себя: разрешающую способность модели, метод вычисления, плотность данных, положенных в основу модели, оценку неопределённости, поверхность неопределённости для модели и описание данных, положенных в основу модели. 5.5 Отчёт о съёмке Отчёт о съёмке представляет собой основное средство, с помощью которого ответственный за съёмку утверждает содержание всех полевых данных. В нём должен быть представлен ясный и полный отчёт о том, как съёмка выполнялась, о полученных результатах, возникших трудностях и недостатках. Основное внимание следует уделять достигнутой точности и тому, были ли соблюдены спецификации съёмки. 18 ГЛАВА 6 – УСТРАНЕНИЕ СОМНИТЕЛЬНЫХ ДАННЫХ 6.1 Введение Для повышения безопасности мореплавания желательно устранять сомнительные данные, то есть данные, которые обычно на картах обозначаются как «РА» (положение приблизительно), «PD» (положение сомнительно), «ED» (существование сомнительно), «SD» (глубина сомнительна) или как «reported danger»5. Для подтверждения или опровержения существования таких данных необходимо тщательно определить район поиска и затем исследовать данный район в соответствии со стандартами, изложенными в данной публикации. 6.2 Протяжённость района поиска Ни одна эмпирическая формула для определения района поиска не подойдёт сразу для всех ситуаций. По этой причине рекомендуется применять радиус поиска, равный 3 величинам рассчитанной неопределённости места опасности, нанесённой по донесению, на уровне доверительной вероятности 95%, которая определяется квалифицированным специалистом по гидрографической съёмке путём тщательного изучения отчёта о сомнительных данных. Если такой отчёт является неполным или вообще отсутствует, неопределённость полученных координат должна оцениваться другими способами, такими как, например, более общая оценка неопределённостей измерения координат и глубины в тот период, когда производился сбор данных, о которых идёт речь. 6.3 Осуществление поиска Методология осуществления поиска должна исходить из характера объекта, района, в котором по донесению имеются сомнительные данные, и вероятной опасности, исходящей от потенциального препятствия для надводной навигации. После того, как это установлено, процедура поиска должна состоять из выполнения гидрографической съёмки на площади, определённой в разделе 6.2, в соответствии со стандартами, установленными в данной публикации. 6.4 Представление результатов Сомнительные данные заменяются истинными данными, полученными во время поиска, если опасность была обнаружена. Если опасность не обнаружена, организация, отвечающая за качество съёмки, решает, сохранить ли её на карте или исключить. 5 «Опасность, нанесённая по донесению» – прим. пер. 19 ТАБЛИЦА 1 Минимальные стандарты на гидрографические съёмки (Таблицу 1 следует читать вместе с полным текстом, приведённым в данном документе) Ссылка на текст Глава 1 Глава 2 § 3.2 и примеч. 1 Словарь терминов и примеч. 2 §§ 2.1, 3.4, 3.5 и примеч. 3 § 3.6 и примеч. 4 Категория Особая 1а 1b 2 Описание районов Районы, в которых глубина под килем имеет критическое значение Районы, в которых глубины меньше 100 м, а безопасное расстояние под килем менее важно, но в которых могут находиться объекты, способные представлять опасность для надводного судоходства Районы с глубинами менее 100 метров, в которых расстояние под килем не представляет собой проблемы для того вида надводной навигации, который предполагается в данном районе Районы с глубинами обычно более 100 м, в которых общее изображение морского дна считается отвечающим требованиям 2м 5 м + 5% глубины 5 м + 5% глубины 20 м + 10% глубины Максимально допустимая THU на уровне доверительной вероятности 95% Максимально допустимая TVU на уровне доверительной вероятности 95% Полное обследование дна a = 0,25 м b = 0,0075 a = 0,5 м b = 0,013 a = 0,5 м b = 0,013 a = 1,0 м b = 0,023 Требуется Требуется Не требуется Не требуется Обнаружение объектов Кубические объекты > 1м Кубические объекты > 2м, на глубинах до 40 м; 10% глубины на глубинах больше 40 м Не применяется Не применяется Рекомендуемое максимальное междугалсовое расстояние Не определяется, т.к. требуется полное обследование дна Не определяется, т.к. требуется полное обследование дна 3 средних глубины или 25 м, в зависимости от того, какое значение больше. Для батиметрических лидаров расстояние между полосами обследования – 5 х 5 м 4 средних глубины 20 Глава 2 и примеч. 5 Глава 2 и примеч. 5 Глава 2 и примеч. 5 Определение места стационарных сно и топографии, значимой для навигации (на уровне доверительной вероятности 95%) Определение места береговой линии и топографии, менее значимой для навигации (на уровне доверительной вероятности 95%) Среднее положение плавучих сно (на уровне доверительной вероятности 95%) 2м 2м 2м 5м 10 м 20 м 20 м 20 м 10 м 10 м 10 м 20 м 21 Примечания: 1: Учитывая, что существуют как постоянные, так и зависимые от глубины неопределённости, влияющие на неопределённость глубин, для вычисления максимально допустимой TVU на уровне 95%-й доверительной вероятности должна использоваться приведённая ниже формула. Чтобы вычислить максимально допустимую TVU для некоторой глубины, в формулу необходимо ввести значения «а» и «b», приведённые в Таблице 1 для каждой категории съёмки, а также глубину «d». + √[a2 + (b х d)2], где a выражает ту часть неопределённости, которая не изменяется в зависимости от глубины, b это коэффициент, который выражает ту часть неопределённости, которая изменяется в зависимости от глубины, d это глубина, bхd выражает ту часть неопределённости, которая зависимости от глубины. изменяется в 2: В целях безопасности мореплавания, для съёмок Особой категории и Категории 1a, чтобы гарантировать минимальную безопасную глубину на протяжении всего района может считаться достаточным использование механического трала с точно заданной глубиной траления. 3: Кубический объект – это правильный куб, каждая сторона которого имеет одинаковую длину. Следует отметить, что требования МГО по обнаружению объектов с размерами 1 и 2 кубических метра, соответственно, для Особой категории и Категории 1a, являются минимальными требованиями. В определённых обстоятельствах, гидрографические службы (организации) могут счесть необходимым определить более мелкие объекты, чтобы снизить до минимума риск существования необнаруженных опасностей для надводной навигации. Смягчение критериев объектов, подлежащих обнаружению, до 40 метров для Категории 1а отражает максимальную предполагаемую осадку судов. 4: Междугалсовое расстояние может быть увеличено, если используются процедуры обеспечения надлежащей плотности промеров. «Максимальное междугалсовое расстояние» следует понимать как: • расстояние между промерными галсами – для однолучевых эхолотов, или • расстояние между используемыми внешними границами полос обследования – для систем широкополосной съёмки. 5: Применяется только тогда, когда эти измерения требуются для съёмки. 22 Словарь терминов Примечание: Термины, определения которых приводятся ниже, - это термины, имеющие самое непосредственное отношение к данной публикации. Более полное собрание терминов можно найти в Специальной публикации МГО S–32 («Гидрографический словарь»); с этой публикацией необходимо консультироваться, если нужного термина не окажется здесь. Если в S–32 приводится определение, отличающееся от приведённого здесь, то приведённое ниже определение следует использовать применительно к данным стандартам. Точность: степень, с которой измеренная Accuracy: The extent to which a measured or или исчисленная величина согласуется с enumerated value agrees with the assumed or предполагаемым или принятым значением. accepted value (see: uncertainty, error). Батиметрическая модель: цифровое Bathymetric Model: A digital representation представление топографии (батиметрии) of the topography (bathymetry) of the sea floor морского дна глубинами и их by coordinates and depths. координатами. Грубая ошибка (выброс): результат Blunder: The result of carelessness or a небрежности или ошибки [при выполнении mistake; may be detected through repetition of измерений]; может быть обнаружена путём the measurement. повторных измерений. Обследование дна: метод систематического исследования морского дна, имеющий целью обнаружение объектов, таких как затонувшие суда, скалы и другие препятствия на дне. Доверительный неопределённость. интервал: Bottom search: A systematic method of exploring the seabed in order to detect features such as wrecks, rocks and other obstructions on the seabed. см. Confidence interval: See uncertainty. Уровень доверительной вероятности (УДВ): вероятность того, что истинное значение измерения будет лежать в пределах заданной неопределённости [читаем – точности] от измеренного значения. Необходимо отметить, что УДВ (напр. 95%) зависит от предполагаемого статистического распределения данных и рассчитывается различным способом для величин с размерностью 1D [т.е. одномерных величин] и 2D [т.е. двумерных величин]. В контексте данного стандарта, который исходит из предположения, что ошибки измерений подчиняются нормальному закону, 95% УДВ для величин с размерностью 1D (напр. глубин) Confidence level: The probability that the true value of a measurement will lie within the specified uncertainty from the measured value. It must be noted that confidence levels (e.g. 95%) depend on the assumed statistical distribution of the data and are calculated differently for 1 Dimensional (1D) and 2 Dimensional (2D) quantities. In the context of this standard, which assumes Normal distribution of error, the 95% confidence level for 1D quantities (e.g. depth) is defined as 1.96 x standard deviation and the 95% confidence level for 2D quantities (e.g. position) is defined as 2.45 x standard deviation. 23 определяется как произведение коэффициента 1,96 на величину стандартного отклонения. УДВ для величин с размерностью 2D (напр. места) определяется как произведение коэффициента 2,45 на величину стандартного отклонения. Поправка: величина, которая прибавляется к результатам измерения или функции с целью уменьшить или минимизировать эффект [систематической] погрешности и улучшить результат измерения или функции. Она также добавляется, чтобы привести наблюдение к какому-либо выбранному условному стандарту. Поправка соответствует рассчитанной (систематической) погрешности по величине, но противоположна по знаку. Correction: A quantity which is applied to an observation or function thereof, to diminish or minimise the effects of errors and obtain an improved value of the observation or function. It is also applied to reduce an observation to some arbitrary standard. The correction corresponding to a given computed error is of the same magnitude but of opposite sign. Погрешность: Разность наблюдённого или рассчитанного значения некоторой величины и истинного значения величины. (NB. Истинное значение никогда неизвестно, таким образом и истинная погрешность никогда не может быть получена. Допустимо говорить об источниках погрешности, но значения, которые получаются из того, что известно как «бюджет погрешностей», а также из анализа невязок, являются результатом расчёта неопределённости, а не погрешностями. (См. неопределённость.) Error: The difference between an observed or computed value of a quantity and the true value of that quantity. (NB The true value can never be known, therefore the true error can never be known. It is legitimate to talk about error sources, but the values obtained from what has become known as an error budget, and from an analysis of residuals, are uncertainty estimates, not errors. See uncertainty.) Объект: в контексте данного стандарта это любой [материальный] объект, который может являться продуктом человеческой деятельности, выступающий над морским дном и способный представлять опасность для надводной навигации. Feature: in the context of this standard, any object, whether manmade or not, projecting above the seafloor, which may be a danger for surface navigation. Обнаружение объектов: способность системы обнаруживать объекты заданного размера. В данных Стандартах задаются размеры объектов, которые должны быть обнаружены во время съёмки с целью обеспечения безопасности мореплавания. Feature detection: The ability of a system to detect features of a defined size. These Standards specify the size of features which, for safety of navigation, should be detected during the survey. Полное обследование дна: метод Full bottom search: A systematic method of систематического исследования морского exploring the seabed undertaken to detect most дна, применяемый с целью обнаружения of the features specified in Table 1; utilizing 24 большинства объектов, заданных в Таблице 1; использование отвечающих требованиям систем, процедур и подготовленного персонала. На практике невозможно достичь 100% акустического обследования / 100% батиметрического покрытия (использования данных терминов следует избегать). adequate detection systems, procedures and trained personnel. In practice, it is impossible to achieve 100% ensonification / 100% bathymetric coverage (the use of such terms should be discouraged). Аппаратура контроля целостности: аппаратура, состоящая из СНА ГНСС и радиопередатчика, установленная на точке с известными координатами и используемая для слежения (мониторинга) за качеством дифференциального сигнала ГНСС. Невязки текущего и известного места постоянно контролируются, и превышение немедленно передаётся пользователю как тревожное сообщение о невозможности использования системы. Integrity monitor: Equipment consisting of a GNSS receiver and radio transmitter set up over a known survey point that is used to monitor the quality of a Differential GNSS (DGNSS) signal. Positional discrepancies are continuously monitored and timely warnings are transmitted to users indicating when the system should not be used. Мониторинг целостности: способность Integrity monitoring: This is the ability of a системы обеспечивать немедленную system to provide timely warnings to users передачу пользователю тревожных 00when the system should not be used. сообщений о невозможности использования системы. Метаданные: информация, описывающая характеристики данных, напр. неопределённости результатов съёмки. Определение по ISO: данные (описательного характера) о наборах данных и аспекты их [возможного] использования. Метаданные являются данными, неявным образом прикрёпленными к наборам данных. Примерами метаданных являются: название набора данных, параметры качества, источник данных, неопределённости [читаем – точность определения] места и глубины и сведения об авторском праве. Metadata: Information describing characteristics of data, e.g. the uncertainty of survey data. ISO definition: Data (describing) about a data set and usage aspect of it. Metadata is data implicitly attached to a collection of data. Examples of metadata include overall quality, data set title, source, positional uncertainty and copyright. Гарантия качества: все планируемые и систематические действия, необходимые для обеспечения достаточной уверенности в том, что продукт или услуга будут удовлетворять заданным требованиям качества. Quality assurance: All those planned and systematic actions necessary to provide adequate confidence that a product or a service will satisfy given requirements for quality. Контроль качества: все процедуры, Quality control: All procedures which ensure которые гарантируют, что продукт отвечает that the product meets certain standards and определённым стандартам и техническим specifications. требованиям. 25 Исправленные глубины: Измеренные глубины со всеми поправками, относящимися к съёмке, последующей обработке данных и их приведению к используемой высотной основе. Reduced depths: Observed depths including all corrections related to the survey and post processing and reduction to the used vertical datum. Ноль глубин: уровень, от которого даются значения глубин, измеренные в ходе гидрографической съёмки. Также называется «нулевым уровнем», к которому приводятся измеренные глубины. Sounding datum: The vertical datum to which the soundings on a hydrographic survey are reduced. Also called ‘datum’ for sounding reduction. Суммарная горизонтальная [плановая] неопределённость (СГН): компонент суммарной перенесённой неопределённости [погрешности] СПН, рассчитанный в горизонтальной плоскости. Несмотря на то, что СГН даётся как одиночная величина, она имеет размерность 2D. Делается предположение, что неопределённость анизотропна (т.е. корреляцией между погрешностями широты и долготы можно пренебречь). Это делает нормальное распределение симметричным по окружности и позволяет характеризовать радиальное распределение погрешностей относительно истинного значения одним числом. Total horizontal uncertainty (THU): The component of total propagated uncertainty (TPU) calculated in the horizontal plane. Although THU is quoted as a single figure, THU is a 2D quantity. The assumption has been made that the uncertainty is isotropic (i.e. there is negligible correlation between errors in latitude and longitude). This makes a Normal distribution circularly symmetric allowing a single number to describe the radial distribution of errors about the true value. Суммарная перенесённая неопределённость (СПН): результат перенесения неопределённостей, при котором все составляющие неопределённости измерений, как случайные, так и систематические, вносят свой вклад и переносятся на конечный результат оценки точности. Перенесение неопределённостей объединяет все измеренные неопределённости из различных источников и переносит их на результирующую неопределённость полученного или рассчитанного параметра. Total propagated uncertainty (TPU): the result of uncertainty propagation, when all contributing measurement uncertainties, both random and systematic, have been included in the propagation. Uncertainty propagation combines the effects of measurement uncertainties from several sources upon the uncertainties of derived or calculated parameters. Суммарная вертикальная [высотная] неопределённость (СВН): компонент суммарной перенесённой неопределённости (СПН), рассчитанный в вертикальной плоскости. СВН – величина с размерностью 1D. Total vertical uncertainty (TVU): The component of total propagated uncertainty (TPU) calculated in the vertical dimension. TVU is a 1D quantity. 26 Неопределённость: интервал (вокруг полученного результата измерения) который будет содержать истинное значение измеренной величины на заданном уровне доверительной вероятности. Уровень доверительной вероятности интервала и принятое статистическое распределение ошибок также должны быть установлены. В контексте данного стандарта термины «неопределённость» и «доверительный интервал» являются равнозначащими. Поверхность неопределённости: модель, основанная, как правило, на «гридированных данных» [т.е. данных, сведённых в регулярную сетку], которая описывает неопределённость глубин продукта съёмки на граничащих районах поверхности Земли. Поверхность неопределённости должна содержать достаточное количество метаданных для однозначного описания природы содержащейся в ней неопределённости. Uncertainty: The interval (about a given value) that will contain the true value of the measurement at a specific confidence level. The confidence level of the interval and the assumed statistical distribution of errors must also be quoted. In the context of this standard the terms uncertainty and confidence interval are equivalent. Uncertainty Surface: A model, typically grid based, which describes the depth uncertainty of the product of a survey over a contiguous area of the skin of the earth. The uncertainty surface should retain sufficient metadata to describe unambiguously the nature of the uncertainty being described. 27 Приложение А – УКАЗАНИЯ ПО КОНТРОЛЮ КАЧЕСТВА6 ПРИМЕЧАНИЕ: необходимо отметить, что информация, содержащаяся в приложениях «А» и «В» даёт некоторые указания по контролю качества и обработке данных. Эти приложения НЕ являются составной частью Стандартов S–44 и будут изъяты, когда содержащиеся в них данные будут полностью включены в публикацию МГО M–13. А.1 Введение Для того чтобы убедиться, что требуемые неопределённости достигнуты, необходимо осуществлять мониторинг функционирования [системы съёмки]. Необходимо продемонстрировать соответствие критериям, заданным в этом документе. Перед началом и после окончания сбора данных, а также после значительной модификации системы МЛЭ, необходимо выполнять стандартную процедуру калибровки. Установление процедур контроля качества должно являться главным приоритетом для гидрографической службы (организации). Эти процедуры должны относиться также к датчикам навигации и ориентации, оборудованию для сбора и обработки данных, а также к операторам. Должно быть подтверждено, что всё оборудование функционирует с учётом откалиброванных параметров, и вся система МЛЭ должна быть оценена, чтобы убедиться в том, что соответствующие допустимые неопределённости, приведённые в Таблице 1, не превышаются. Следует осуществлять мониторинг и других параметров, таких как перемещения судна и его скорость, которые могут влиять на качество регистрируемых данных. Процедуры обработки, которые использовались до внедрения систем на основе многолучевых эхолотов (МЛЭ) и LIDAR, не являются эффективными, как с точки зрения использования людских ресурсов, так и времени, которые необходимы для обработки больших массивов данных, собираемых такими системами. Требуются процедуры, предусматривающие возможности редактирования, обработки и создания окончательных наборов данных с приемлемыми затратами людских ресурсов и временными ограничениями в процессе поддержания целостности данных. Поскольку гидрографические службы (организации) по-прежнему несут ответственность за свою продукцию, эти процедуры обработки должны быть хорошо документированы. Исходные данные съёмки (первичные данные от различных датчиков) должны быть надлежащим образом сохранены перед началом их последующей обработки. Окончательно обработанные данные также должны быть сохранены. Долговременное хранение данных в эпоху быстрого изменения электронных средств архивации требует аккуратного планирования, выполнения и мониторинга. Каждая служба отвечает за определение своей технической политики, касающейся длительного сохранения наборов данных выполненных съёмок, как необработанных, так и первично обработанных. А.2 Определение места Для съёмок Особой категории и Категорий «1а/b» рекомендуется выполнять мониторинг целостности данных. В тех случаях, когда для определения или уточнения определения местоположения носителя гидрографической аппаратуры устанавливается оборудование (напр., вводятся поправки глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС)), в расчёты THU должна включаться неопределённость места этого оборудования относительно исходных геодезических данных. 6 Приложения «А» и «В» приводятся в переводе Ю. Г. Фирсова с поправками 7 отдела ЦКП ВМФ. 28 А.3 Целостность данных о глубинах. Контрольные галсы или перекрывающиеся полосы обзора показывают уровень согласованности и приемлемости измерений, но не свидетельствуют об абсолютной точности, поскольку имеются многочисленные источники потенциально общих погрешностей (см. А.4) между данными основных и контрольных галсов. Процедуры контроля качества должны включать статистический анализ расхождений и соображения, касающиеся общей погрешности для установления соответствия съёмки стандартам, приведённым в Таблице 1. Эффекты от выбросов и грубых погрешностей должны быть устранены ещё до выполнения такого анализа. Оставшиеся аномальные расхождения должны быть в дальнейшем проанализированы путём систематического анализа составных источников неопределённостей. Все рассогласование данных должны быть разрешены путём анализа или повторной съёмки в процессе проведения работ. Возможность сравнения поверхностей, построенных по вновь полученным данным и историческим данным, часто может быть полезной при подтверждении качества новой информации или, наоборот, для того, чтобы предупредить организацию, собравшую данные, об обнаруженных систематических неопределённостях, которые требуют немедленного внимания. A.3.1 Однолучевой эхолот (ОЛЭ) Контрольные галсы должны выполняться с заданными интервалами. Эти интервалы обычно не должны превосходить 15 междугалсовых расстояний галсов основного покрытия. A.3.2 Эхолоты для площадной съемки Должна быть выполнено соответствующее оценивание неопределённостей глубин, полученных по каждому углу падения (в пределах каждого луча МЛЭ). Если какая-либо из глубин имеет неприемлемые неопределённости, то соответствующие им данные должны исключаться. Должен быть выполнен ряд контрольных галсов. В местах, где перекрытие смежных полос съёмки значительно, интервал между контрольными галсами может быть увеличен. А.3.3 Эхотралы Необходимым условием является соответствие расстояний между преобразователями эхотрала и глубиной акватории, которая должна быть акустически исследована для получения полного покрытия в пределах полосы съёмки. Должен быть выполнен ряд контрольных галсов. При ухудшении состояния погоды должны контролироваться вертикальные перемещения вылетов, на которых расположены преобразователи эхотрала. Особенно это относиться к тем эхотралам, у которых отсутствует прямое измерение вертикального перемещения преобразователей. Когда вертикальное перемещение преобразователя эхотрала превосходит максимально разрешённую величину в бюджете неопределённостей, съёмка должна быть прервана до улучшения погодных условий. А.3.4 Батиметрическая лазерная система (LIDAR) Опасности для навигации, обнаруженные батиметрической лазерной системой, должны быть проинспектированы с помощью батиметрической системы, способной 29 определить минимальные глубины в соответствии со стандартами, изложенными в данном документе. Должен быть выполнен ряд контрольных галсов. А.4 Источники ошибок Несмотря на то, что последующий текст в основном касается ошибок данных, получаемых с помощью систем площадной съёмки, в принципе он касается данных любой системы, измеряющей глубины. У систем площадной съёмки расстояние между положением глубины на дне и системой определения места может быть очень большим, особенно в глубокой воде. Поэтому неопределённость положения глубины на дне является функцией ошибок курса судна, угла луча и глубины моря. Ошибки углов крена и дифферента также вносят свой вклад в неопредёленность положения каждой отметки глубины на дне в функции глубины. Неопределённости являются также функцией не только самой системы площадной съёмки, но также её положения на судне-носителе и относительных смещений вспомогательных датчиков и их точности. Использование невертикальных лучей вносит дополнительные неопределённости, вызванные неточным знанием углов ориентации судна в моменты излучения и приёма эхосигналов сонара. Неопределённости, связанные с получением положения каждого индивидуального луча, должны включать: а) погрешности системы определения места; b) погрешности в наклонной дальности и угле луча; c) погрешности, связанные с моделью рефракции луча (включая профиль скорости звука), и углом луча; d) погрешности курса судна; e) погрешности углов лучей, вызванные рассогласованием осей преобразователей [и датчика перемещений] f) положение датчиков; g) погрешности датчика перемещений судна, т.е. углов крена и дифферента; h) погрешности смещений датчика определения места [относительно преобразователя МЛЭ]; i) временной синхронизации запаздывания [поступления навигационной информации]; Факторы, вносящие вклад в вертикальную неопределённость, включают: a) погрешность высотного положения нуля глубин; b) вертикальную составляющую погрешности системы определения места; c) погрешности определения высоты уровня, включая интерполяцию уровня к месту измерения глубины; d) инструментальную погрешность; e) погрешность скорости звука; f) модель погрешностей превышения нуля глубин над эллипсоидом; g) погрешности перемещений судна, т.е. крен, дифферент и вертикальное перемещение; h) осадка судна; i) динамическая осадка судна (проседании и посадка); j) наклон дна; и k) временная синхронизация / запаздывание. Организациям, отвечающим за качество съёмки, предлагается самим разрабатывать бюджет неопределённостей для своих систем. 30 A.5 Перенесение неопределённостей TPU представляет собой комбинацию случайных и смещённых неопределённостей. Случайные и короткопериодные неопределённости должны быть опознаны и оценены в горизонтальном и вертикальном направлениях. Перенесённая неопределённость может быть выражена в виде дисперсии (м²), но чаще представляется в виде неопределённости (м), получаемой из дисперсии с учётом предположения, что неопределённость следует известному закону распределения. В последнем случае должны быть указаны: уровень достоверности (т.е. 95%-й уровень доверительной вероятности) и предполагаемое распределение погрешностей. Горизонтальная неопределённость обычно выражается одним числом на уровне 95%, при этом подразумевается изотропическое (ненаправленное) распределение неопределённостей плановых координат. В процессе гидрографической съёмки возникает необходимость моделирования определённых длиннопериодных факторов, относящихся к природным физическим процессам (т.е. приливы, скорость звука, динамику, проседание съёмочного судна). Неадекватные модели могут приводить к неопределённостям, имеющим характер смещений в результатах съёмки. Эти неопределённости должны быть оценены отдельно от неопределённостей случайного типа, вызванных случайными факторами. TPU (суммарная перенесённая неопределенность) представляет собой результирующую из двух основных неопределённостей. Традиционный путь для расчёта результата представляет собой арифметическую сумму, вместе с тем пользователи должны понимать, что такой путь значительно переоценивает суммарную неопределённость. Большинство исполнителей-практиков и соответствующие стандарты ISO рекомендуют квадратическое суммирование (т.е. суммирование соответствующим образом масштабированных дисперсий). 31 Приложение В – УКАЗАНИЯ ПО ОБРАБОТКЕ ДАННЫХ (МЛЭ) ПРИМЕЧАНИЕ: необходимо отметить, что информация, содержащаяся в приложениях «А» и «В» даёт указания по контролю качества и обработке данных. Эти приложения не являются составной частью Стандартов S-44 и будут убраны, когда содержащиеся в них данные будут полностью включены публикацию M-13 МГО. Текст данного приложения взят из Циркулярного письма МГБ № 27/2002, озаглавленного «Руководящие указания по обработке батиметрических данных высокой плотности» (“Guidelines for the processing of high volume bathymetric data”) от 8 августа 2002 г. Разделы 2, 3.1 и 4 данного руководства были введены в текст пятой редакции S-44; остальные разделы с небольшими сокращениями представлены ниже. В.1 Введение Следующие указания по обработке данных концентрируют внимание на принципах и описывают минимальные требования. Приведённые далее шаги обработки следует понимать только как общие указания, то же самое касается и их последовательности, и их нельзя рассматривать как полностью исчерпывающие. Может понадобиться адаптация, как в части конфигурации оборудования, с которой выполнялась съёмка, так и реально используемой системы обработки. Обычно при обработке следует стремиться к использованию всех доступных источников информации для подтверждения наличия отметок глубин, наиболее существенных для безопасности мореплавания. Необходимо придерживаться следующей последовательности выполнения операций: В.1.1 Место Этот шаг должен включать объединение данных определения места от различных датчиков (если необходимо), оценивание данных определения места и устранение резких изменений координат. Сомнительные данные должны помечаться «флажками», но не убираться из массива данных. 32 В.1.2 Поправки глубин Должны быть введены поправки за уровень, измерения ДПС, а также изменения осадки судна (динамическое заглубление антенны и от изменения загрузки). Должна быть обеспечена возможность введения новых поправок так, чтобы не учитывать те поправки, которые использовались при съёмке. В.1.3. Данные пространственного положения. Данные пространственного положения (курс, крен, дифферент и вертикальное перемещение) должны быть оценены и резкие изменения параметров устранены. Сомнительные данные должны помечаться «флажками», но не убираться из массива данных. В.1.4 Поправки за скорость звука На этом этапе должны быть рассчитаны и учтены поправки за рефракцию акустического луча. Если учёт рефракции выполнялся при съёмке в реальном времени, то должна быть обеспечена возможность введения новых поправок так, чтобы не учитывать те поправки, которые использовались при съёмке. В.1.5 Системное временное запаздывание Временное запаздывание в системе съёмки может иметь как постоянный, так и переменный компонент. Система сбора и система обработки должна контролировать величину запаздывания и устранять её. В.1.6 Объединение места и глубин Для этой операции необходимо учитывать как временное запаздывание, так и величины относительных смещений судовых координат датчиков. В.1.7 Анализ возвращённого эхосигнала В случае, когда доступна информация о временной развертке амплитуды эхосигнала, эта информация может использоваться для проверки достоверности глубин. В.1.8 Автоматическая (не интерактивная) очистка данных На этом этапе полученные координаты (положение отметок глубин и глубины) должны автоматически контролироваться программой с использованием подходящего статистического алгоритма, по которому имеется документация и который был протестирован, в результате чего было продемонстрировано его способность выдавать стабильные точные результаты. При выборе алгоритма необходимо учитывать устойчивость оценивания, которая должна быть подтверждена. Многие пакеты применяемые для обработки батиметрии с высокой плотность данных, имеют встроенные инструменты, построенные с учетом возможности статистической обработки, имеющей целью поиск и представление грубых ошибок вычисленных глубин (выбросов). Вообще говоря, массивы с высокой плотностью данных и большим перекрытиями смежных полос обзора предоставляют многообещающие возможности для обнаружения выбросов. Каждое агентство ответственно в части оценивания и подтверждения правильности используемого алгоритма и принятых процедур. Все выбросы и ошибочные или сомнительные данные должны быть отмечены «флажками» для последующей проверки оператором. Используемый тип «флажка» должен свидетельствовать, что он выставлен на этапе автоматической очистки данных. 33 B.1.9 Ручная (интерактивная) очистка данных После осуществления процедур автоматической обработки предъявляется требование о том, чтобы опытный и ответственный гидрограф выполнил проверку результатов автоматической чистки (фильтрации) данных, оценку результатов и разрешение любых оставшихся неоднозначностей. На этом этапе настоятельно рекомендуется применение аппаратных средств для объёмной 3-D (трёхмерной) визуализации. Принятие решения об использовании или устранении кажущихся явно ложными отметок глубин может быть дополнительно обосновано путём объёмного представления данных в трёхмерном пространстве. Такие аппаратные средства должны предоставлять возможность «зуммирования» (изменения масштаба изображения). Интерактивная обрабатывающая система должна также предоставлять различные режимы визуализации, т.е. показ данных в следующих вариантах: отметки глубин, неопределённости глубин, поперечный профиль по одной посылке, профиль по заданному лучу, цифровое изображение интенсивности обратного рассеивания и т.д. Должна обеспечиваться визуализация данных съёмки совместно с другой полезной информацией: береговой линией, затонувшими судами, средствами навигационного оборудования и т.д. В любых режимах должно быть возможно редактирование данных, включающее регистрацию в контрольном журнале (ревизорское заключение). При редактировании отметок глубин часто может быть полезным понимание пространственного контекста рассматриваемых данных. То, что может выглядеть как плохая отметка глубины (выброс) вне контекста, может быть опознано, как реальный донный «артифакт» (подводные сваи, затонувшие суда и.т.д.), если их, например, рассматривать в контексте с картографической подложкой. По возможности такое изображение должно быть привязано к геоцентрической системе координат. Возможность сравнения поверхностей, построенных по вновь полученным данным и историческим данным, часто может быть полезной при подтверждении качества новой информации или, наоборот, для того, чтобы предупредить организацию, собравшую данные, об обнаруженных систематических неопределённостях, которые требуют немедленного внимания. По возможности такие аппаратные средства должны иметь возможность согласования нормализованного цифрового изображения интенсивности обратного рассеивания с данными батиметрии, и при условии, что обеспечивается автоматическое опознавание объектов на дне, должна обеспечиваться возможность отображения данных, помеченных флажками, для того и другого способа представления данных. Правила, которым следовал оператор на данном этапе обработки, должны быть документированы. Флажки, установленные на этапе автоматической фильтрации, на глубинах меньших, чем окружающие, должны требовать явных действий оператора, по крайней мере в отношении съёмок, выполняемых по Особой, Первой-a и Первой-b категориям. Если оператор отменил флажки, которые были выставлены на этапе автоматической фильтрации, то такое решение должно быть документировано. Если флажок установлен самим оператором, то тип использованного флажка должен содержать в себе указание на это. В.2 Использование поверхностей неопределённости Многие батиметрические пакеты, допускающие статистическую обработку, имеют возможность создавать поверхности неопределённости, связанные с батиметрией. При этом используются либо вводимые оценки погрешностей, либо создаётся статистика по глубинам в пределах каждой ячейки грида. Отображение соответствующим образом 34 закодированной поверхности неопределённости является одним из способов, с помощью которого можно установить, что вся обследованная акватория удовлетворяет предъявляемым требованиям. Если какой-либо район акватории не соответствует этим требованиям, то он может быть отмечен для последующего повторения съёмки или применения альтернативной аппаратуры с целью уменьшения неопределённостей до допустимого уровня. Если такая обработка выполняется в реальном масштабе времени, то стратегия сбора данных может адаптироваться по мере выполнения съёмки, чтобы обеспечить качество регистрируемых данных, приемлемое для их предполагаемого использования. Каждая организация отвечает за то, чтобы обосновать такие возможности обработки до начала их использования. В.3 Процедуры проверки достоверности Окончательные данные должны подвергаться независимой самостоятельно разработанной проверке достоверности, использующей документированные процедуры контроля качества.
