Sailing calculations and visualization of long navigational paths in ECDIS

Διεύρυνση και επίλυση προβλημάτων ναυσιπλοϊας και οπτικοποίηση δρομολογίων πλου μεγάλων αποστάσεων σε συστήματα ηλεκτρονικού χάρτη

Sailing calculations and visualization of long navigational paths in ECDIS

Pallikaris, Athanasios

Παλληκάρης, Αθανάσιος

PhD Thesis

2010

The aim of this dissertation is twofold firstly to investigate the methods of sailing calculations used in ECDIS and ECS systems and propose new improved methods for precise calculation on the ellipsoid and secondly to investigate the issue of the employment of map projections in ECDIS and ECS systems and propose specific projections for improved visual perception of long navigational paths. The 1st chapter presents a brief overview of the relevant methods and practices used in traditional navigation and ECDIS/ECS systems and the corresponding IMO performance standards for ECDIS concerning. The 2nd chapter presents the proposed improved methods and algorithms for Rhumb Line Sailing (RLS) on the ellipsoid and the Great Elliptic Sailing (GES). The proposed algorithms calculate also the geodetic coordinates of any finite number of intermediate points for the precise depiction on long navigational paths on the screen. The 3rd chapter presents the results of the conducted study on the most appropriate method of double projection of the ellipsoid (intermediate transformation of the ellipsoid to sphere) for the employment of map projections. The 4th chapter elaborates on the criteria and methodology that have been used for the selection of the appropriate map projection in ECDIS. According to these criteria eighteen (18) map projections are initially selected and evaluated for potential use in navigational systems. As a result of this preliminary evaluation, fifteen (15) map projections are proposed for further analytical evaluation. The 5th chapter presents the results of the calculation and analysis of distortion and other evaluation criteria and parameters for the fifteen (15) projections selected in chapter 4. As a result, seven (7) map projections are proposed for final evaluation. The 6th chapter presents the results of the final evaluation depending on the location and on the extend of the area portrayed on the screen. Improved visual perception is possible through the proper choice among five (5) alternative solutions for the selection of the most appropriate map projection. The 7th chapter presents a brief overview of the conclusions, the proposed new sailing calculation methods on the ellipsoid and the rules established for the choice of map projections for improved visual perception of long navigational paths on the ECDIS/ECS screen. The ten (10) annexes contain maps and other products that constructed for the support of the conducted research.

Ο βασικός σκοπός της διδακτορικής διατριβής είναι η ανάδειξη βελτιωμένων μεθόδων τόσο για την ακριβή επίλυση των θεμελιωδών προβλημάτων ναυσιπλοΐας στο ελλειψοειδές εκ περιστροφής όσο και για την πιστότερη απεικόνιση δρομολογίων πλου μεγάλων αποστάσεων στα Συστήματα Ηλεκτρονικού Χάρτη (ΣΗΝΧ). Στο 1° κεφάλαιο παρουσιάζεται επισκόπηση των σχετικών μεθόδων που χρησιμοποιούνται στην παραδοσιακή ναυσιπλοΐα και σε περιβάλλον ΣΗΝΧ, σε συνδυασμό με τις διεθνείς προδιαγραφές των ΣΗΝΧ. Στο 2° κεφάλαιο προτείνονται νέες μέθοδοι/αλγόριθμοι επίλυσης προβλημάτων λοξοδρομικού πλου στην επιφάνεια του ελλειψοειδούς εκ περιστροφής και του πλου στο μέγιστο ελλειπτικό τόξο. Με τις προτεινόμενες μεθόδους υπολογίζονται οι γεωδαιτικές συντεταγμένες μεγάλου αριθμού ενδιάμεσων σημείων των δρομολογίων πλου, για την ακριβέστερη απεικόνιση τους στην οθόνη του συστήματος με χρήση οποιασδήποτε χαρτογραφικής απεικόνισης. Στο 3° κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της διερεύνησης των μεθόδων μετασχηματισμού της επιφάνειας του ΕΕΠ σε σφαιρική επιφάνεια και προτείνεται η καταλληλότερη για ΣΗΝΧ μέθοδος διπλού μετασχηματισμού του ΕΕΠ. Στο 4° κεφάλαιο παρουσιάζεται η μεθοδολογία επιλογής και οι παράμετροι αξιολόγησης χαρτογραφικών απεικονίσεων για ΣΗΝΧ και προσδιορίζονται 18 απεικονίσεις, οι οποίες αξιολογούνται σε επόμενα στάδια. Κατά την αρχική αξιολόγηση των απεικονίσεων αυτών επιλέχτηκαν για αναλυτικότερη αξιολόγηση 15 απεικονίσεις. Στο 5° κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης των γωνιακών και επιφανειακών παραμορφώσεων των 15 απεικονίσεων που επιλέχτηκαν στο 4° κεφάλαιο. Κατά την αξιολόγηση αυτή επιλέχτηκαν 7 απεικονίσεις για περαιτέρω αναλυτικότερη αξιολόγηση. Στο 6° κεφάλαιο παρουσιάζονται η διαδικασία και τα αποτελέσματα της τελικής συγκριτικής αξιολόγησης των απεικονίσεων που επιλέχτηκαν στο 5° κεφάλαιο, ανάλογα με εξειδικευμένα για ΣΗΝΧ κριτήρια, όπως η θέση και η έκταση της αποδιδόμενης στην οθόνη του συστήματος γεωγραφικής περιοχής. Με την τελική αυτή αξιολόγηση προτείνονται 5 απεικονίσεις για χρήση σε ΣΗΝΧ, καθώς και κανόνες επιλογής τους. Στο 7° κεφάλαιο παρουσιάζονται συγκεντρωτικά και σχολιάζονται τα αποτελέσματα των επί μέρους συνιστωσών της εκτελεσθείσας έρευνας και προτείνονται θέματα για περαιτέρω έρευνα. Στα 10 παραρτήματα παρουσιάζονται ειδικοί χάρτες και άλλα προϊόντα που εκπονήθηκαν για την υποστήριξη της έρευνας.

Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογία ➨ Περιβαλλοντική Μηχανική

Visualization

Περιβαλλοντική Μηχανική

Mercator projection

Great ellipse

Οπτικοποίηση

Στερεογραφική

Λοξοδρομία

Ισαπέχουσα

Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογία

Azimuthal equisiatant

Ναυτιλία

Ορθοδρομία

Loxodrome

Navigation

Λοξιμουθιακή

Sailing calculations

Γνωμονική

Μέγιστο ελλειπτικό τόξο

Μερκατορική

Gnomonic projection

Cylindrical stereographic

Engineering and Technology

Navigational paths

Ναυτικοί υπολογισμοί

Map projections

Orthodrome

Μέγιστη έλλειψη

Χαρτογραφικές προβολές

Environmental Engineering

Loximuthal projection

ECDIS

Cylindrical equisiatant

Χαρτογραφικές απεικονίσεις

Greek

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ)

National Technical University of Athens (NTUA)

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ). Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών. Τομέας Τοπογραφίας

National Documentation Centre (EKT)

National Archive of PhD Theses

Συλλογή ΕΑΔΔ