Kilo wody pod stopą

Co żeglarz w dobie GPS’a musi wiedzieć o mapach?

  • date
  • 18.02.2013 1632
  • φ52.224  λ21.1002 

Ktoś mi kiedyś powiedział, że „przyjmujemy, że mapa jest tworem idealnym” i rzeczywiście na potrzeby obliczania poprawek tak „przyjmujemy” ale jest o wiele więcej rzeczy, o których żeglarz powinien wiedzieć zanim przystąpi do nawigacji czy zakupu mapy.

Ten wpis jest po trochu odpowiedzią na artykuł, który opublikowano dziś w zagle.com.pl. Bo nie mogę się zgodzić, że przedstawienie podziału na mapy generalne, drogowe i brzegowe oraz plany jest wystarczające. Warto by chyba powiedzieć co z tego wynika zarówno dla celów dokonania dobrego zakupu jak i dla celów bezpiecznego żeglowania.

Po pierwsze należy sobie uświadomić, co oznacza fakt, że mapa jest nautyczna. Zobacz, że mapy fizyczne zwykle mają bogatą treść mapy na lądzie, a nautyczne odwrotnie – czyli tam, gdzie będziemy się poruszać. I to jest tylko w zasadzie prawda, bo mapa nautyczna ma też taką treść „lądową”, która pozwala prowadzić nawigację terestryczną. I to wydawałoby się jest oczywista oczywistość, ale w rejonach w których lubię żeglować (np. Arktyka) sondowania przeprowadzono  na tyle dawno temu, że treści lądowej przydało by się dużo więcej.

Na co należy zwracać uwagę: wyloty dużych dolin – rzecznych czy lodowcowych – jeżeli planujesz podejście to pamiętaj, że w Arktyce i w regionach dotkniętych gwałtownymi powodziami zatoki u wylotu dolin są niebezpieczne.  W Arktyce ze względu na gwałtowną naturę zjawisk nawet bardziej niż gdziekolwiek indziej. A to oznacza, że do planowania potrzeba dużo więcej treści lądowej – nawet jeśli tylko obejrzanej na Google Maps. W tych bardziej odległych regionach obowiązkowe jest też zerknięcie na mapę topograficzną. Dlaczego to piszę? Bo mam wrażenie, że coraz częściej starożytna sztuka „przygotowania akwenu” jest zastępowana przewodnikiem (oby dobrym). Zdarzyło mi się, że doświadczony skądinąd kapitan naciskał w niewybrednych słowach na załogę, żeby „jechała” po ustawionej na ploterze kresce pomimo wylotu rozległej doliny lodowcowej – załoga jechała, niestety bez echosondy – i to, że nic się od jachtu nie urwało przy przytarciu o mieliznę to cud boski.

Nie jestem też zwolennikiem wyrzucania map co roku. Ale należy pamiętać, że mapa dostarcza DANYCH, żeby na ich podstawie można było prowadzić nawigację musimy je przekształcić w INFORMACJE, czyli przez chwilę pomyśleć (nikt nie mówił, że żeglarstwo tego nie wymaga).

Podstawowa sprawa to ocena na ile mapa jest aktualna. Oczywiście dobrą praktyką jest oddawanie map do aktualizacji (dla tych co nie wiedzą jak to się odbywa: instytucja, która wydała mapę naklei na nią odpowiedni zaktualizowany kawałek – lub tez przyśle stosowne fragmenty z opisem – do naklejenia przez właściciela). Jeżeli masz mapę z powiedzmy 2000 roku, to przez 12 lat mogło się wydarzyć sporo. Masz więc klucz interpretacyjny: moja mapa jest nieco nieaktualna, mogę się spodziewać czegoś nowego. Przynajmniej w tym okresie zbadaj, choćby przez Internet czy coś się katastrofalnego na danym akwenie nie wydarzyło. Zlustruj za pomocą Gógla czy nie ma nowych budowli. A w jednym z kolejnych wpisów opowiem Ci jak możesz wykorzystać zdjęcia satelitarne do stworzenia sobie uzupełniającej pomocy nawigacyjnej. Druga sprawa to In formacja na podstawie jakiego kartowania (czyli na podstawie kiedy pobranych danych) mapa została skonstruowana. Są wciąż takie regiony świata, gdzie mapy mają sondowania np. z XIX w. I oczywiście często są to sondowania dokładne. Często ale nie zawsze. Możesz więc sobie zadać pytanie ile jest wart Twój spokój? Może to nie jest super poważny problem ale jeżeli zsumujesz kilka kompromisów to na ile Twój spokój pozostanie niezachwiany?

Kolejna sprawa o kapitalnym znaczeniu to to, że Ziemia nie jest płaska. No świetnie, wiesz to od podstawówki. Ale Ziemia nie jest też kulą. Nie jest nawet geoidą. Ma kształt odwróconej gruszki (nie, nie jedzie na 4 słoniach stojących na żółwiu). Tych przybliżeń zresztą jest kilka [1]. Ważna informacja jest jedna – Ziemia to bryła NIEREGULARNA. Co oznacza, że nie można przyjąć jednego przybliżenia i po poddaniu go operacji matematycznej zwanej odwzorowaniem uzyskać jednakowo dokładnej mapy. Dlatego właśnie różne Państwa stosują różne elipsoidy (przybliżenia powierzchni Ziemi). I choć przyjęło się, że mapy nautyczne używają elipsoidy WGS84 to nie zdziw się,  jeżeli w Szwecji nic nie będzie na miejscu – ponieważ oni używają elipsoidy SWEREF99 (jeżeli Cię interesuje dlaczego używa się różnych elipsoid zobacz przypis [1]). Warto więc pamiętać o przejściu na odpowiedni system georeferencyjny w GPSie czy w programie do nawigacji elektronicznej. Na mapie znajdziesz informację w jakim systemie działa.

Kolejna sprawa to kwestia odwzorowania kartograficznego. Oczywiście stary dobry Merkator króluje niepodzielnie ALE… Żeby zrobić mapę dla nieregularnej bryły jaką jest Ziemia najpierw musimy określić w przybliżony sposób jej kształt. Dla map generalnych jest to elipsoida obrotowa. Dla map średnioskalowych elipsoida odpowiednia dla danego obszaru. Dla wielkoskalowych (to te co mało terenu pokazują z dużą szczegółowością) przyjmujemy system geodezyjny (zwykle WGS84) – tak on też jest oparty o elipsoidę wyjściową.  A jeżeli masz plan portu to na pewno uznajemy, że Ziemia jest jednak płaska (zniekształcenia dla skali 1:500 są zaniedbywalne). Na dobrej mapie znajdziesz te informacje w metryce mapy.

Pamiętaj, że kuli nie da się przekształcić w płaską mapę bez strat. Dlatego, stosujemy odwzorowania kartograficzne. W przypadku odwzorowania Merkatora receptura jest prosta. Owijamy kulę walcem (powierzchnię walca da się rozwinąć na płasko). Następnie wszystkie punkty z interesującego nas obszaru RZUTUJEMY na powierzchnię walca i proszę mapa gotowa.

Z praktycznego punktu widzenia musisz pamiętać o zasadniczej rzeczy. Taka mapa nie będzie miała zniekształceń tylko w tych punktach, w których walec stykał się z powierzchnią kuli (geoidy czy elipsoidy w zależności od tego jakie przybliżenie kształtu ziemi przyjmujemy). W przypadku odwzorowania Merkatora, oznacza to, że wzdłuż jednego równoleżnika (jak przyłożymy do kuli/elipsoidy/geoidy walec to on się będzie stykał w jednej linii -> można wiec to zrobić tak, że będzie to akurat interesujący nas równoleżnik) zniekształceń nie będzie. W miarę oddalania się od tego równoleżnika zniekształcenia będą rosnąć. Żeby zmniejszyć zniekształcenia możemy powierzchnię kuli/elipsoidy/geoidy przeciąć powierzchnią walca, wtedy uzyskamy dwa równoleżniki bez zniekształceń, a pomiędzy nimi zniekształcenia będą rosnąć dużo wolniej.

To właśnie dlatego, kiedy sięgasz po cyrkiel, żeby zmierzyć ile jeszcze mil morskich trzeba przepłynąć zanim poleją Ci zimny trunek w tawernie, to odczytujesz pomiar na południku jak najbliżej mierzonego odcinka, na północ i na południe od tego odcinka pomiar będzie zafałszowany.

Równoleżniki, na których nie ma zniekształceń odczytasz w metryce mapy.

Na koniec jeszcze jedna ważna rzecz – zależność pomiędzy skalą mapy, a jej zawartością. Ogólnie możemy powiedzieć, że im większa skala mapy tym więcej na niej szczegółów. Przy czym skala to ułamek 1/N – zwykle zapisywany jako 1:N. Jeżeli skala jest duża, to oznacza, że wartość ułamka 1:N jest duża (zobacz 1:5000 > 1:50000 > 1:500000). Dokładnie taka sama zależność  jest pomiędzy zawartością mapy. Im większa skala tym więcej na mapie szczegółów. Im mniejsza skala tym większą powierzchnię widać (ale mniej dokładnie).

Jest jeszcze generalizacja. To jest zestaw decyzji jakie podejmuje redaktor mapy, kiedy decyduje, które elementy w danej skali mają być jeszcze widoczne, a które można pominąć. Oczywiście dobry redaktor mapy nautycznej nie powinien się kierować estetyką (żeby nie było naćkane) ale bezpieczeństwem żeglugi – pierwszeństwo mają więc zagrożenia. Jeżeli nawigujesz za pomocą map elektronicznych to jest to odpowiednik funkcji declutter – komputer może automatycznie „wyczyścić” Ci widok mapy – ale uważaj wtedy zadecyduje za Ciebie. Twoje bezpieczeństwo będzie zależeć od komputera – warto więc zapoznać się z ustawieniami programu nawigacyjnego, żebyś Ty mógł zdecydować jakie szczegóły są pomijane dla jakiej skali. Krótko mówiąc to, że jedziesz na widoku generalnym i masz czysto, nie znaczy wcale, że czegoś tam nie ma.

Jeżeli kupujesz mapę nawigacyjną i zastanawiasz się którą spośród dwóch map wybrać, z pomocą przyjdzie Ci podstawowa technika analizy kartoznawczej. Wybierz sobie kwadrat (nie za duży bo będziesz liczyć do wieczora) i policz znajdujące się na nim elementy – wszystkie: linie, poligony, punkty liczbę kolorów. Wybierz tę mapę, która dla tego samego obszaru ma ich więcej ale uwaga istotne są też inne czynniki (takie jak aktualność czy częstotliwość i koszty aktualizacji). Nie mówiąc już o tym, że jeżeli zamierzasz uprawiać nawigację papierową to jakość papieru (odporność na wielokrotne ścieranie bazgrołów ołówkiem) ma niebagatelne znaczenie.

Podsumowując – mapa to pewien model. Ale, żeby model nie był zabawką musi być używany przez wprawnego żeglarza, który wie jak działa. Cóż mogę rzec, jak widzisz mapa też nie zwalnia od myślenia. Żeglarstwo to już taki sport, bez głowy ani rusz.

[1] Geoida to pewna bryła teoretyczna, która jest wynikiem obliczeń matematycznych. Najprościej wytłumaczyć to tak: bierzemy pion i tworzymy bryłę, która w każdym punkcie jest prostopadła do pionu. Efekt? Ziemia ma kształt odwróconej gruszki. Ale zaraz, zaraz, skoro mieliśmy sobie ułatwiać, a nie utrudniać to przyjmujemy, że Ziemia jest elipsoidą obrotową. Tyle, że teraz elipsoida nie wszędzie dotykać  do rzeczywistej powierzchni Ziemi (czyli znów zniekształcenia). Możesz to zauważyć, kiedy żeglujesz po morzu – czyli zakładamy, że Twój GPS jest na wysokości powiedzmy 3 m n.p.m. – a pokazuje -10 m n.p.m. Wynika to z faktu (pomijam czynniki meteorologiczne), że GPS odnosi wysokość do ustawionej elipsoidy (chyba, że masz sensor barometryczny wtedy możesz ustawić sobie 0).  Żeby uniknąć zniekształceń różne kraje przyjmują różne elipsoidy – które najlepiej odpowiadają powierzchni Ziemi w danym miejscu – czyli będą się cechowały miniejszymi zniekształceniami.

Bear