Кратко и по существу — сравнение, проблемы эпохи лоций/портоланов (и XIX века) и то, как современные спутники и многолучевые эхолоты решают те же задачи, с перечислением новых рисков и способов их смягчения.
1) Что было и какие задачи решались
- Основные геодезические задачи: точное положение судна/точек на берегу, привязка береговой и морской съемки к опорным пунктам, картирование берегов и глубин (батиметрия), учёт приливов/стримов и магнитных отклонений.
- Эпоха портоланов/лоций (средневековье — до XIX): ориентация по береговым ориентирaм, курсовым линиям, магнитному компасу; портоланы дают детальную береговую информацию локально, но без строгой геодезической привязки к единой системе. В XIX веке — введение триангуляции, морской хронометр и астрономические определения долготы/широты, постепенное создание национальных геодезических сетей.
2) Основные технические и организационные проблемы тогда
- Отсутствие единой референцной системы (локальные датумы, несовместимые шкалы).
- Низкая/неравномерная точность:
- портоланы точны локально по ориентиру (иногда порядок сотен метров или больше в относительном положении снаружи), а астрономические наблюдения давали погрешности порядка $[1\text{–}3]$ морских миль в позицировании в неблагоприятных условиях;
- Ограниченная батиметрическая съёмка: глубины мерили локально эхом или звеньями — редкая сетка данных, мало обновлений.
- Навигационные приборы: зависимость от магнита (дефлекции), точности хронометров (ошибка в хронометре даёт ошибку в долготе), атмосферные влияния на наблюдения.
- Организационные: секретность карт, разрозненное хранение и обновление сведений, медленная передача исправлений, разные стандарты составления карт.
3) Как современные методы решают эти задачи
- Позиционирование:
- GNSS (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou) обеспечивает регулярное абсолютное позиционирование; точность: для обычного однополосного приёма порядка $\sim 5\text{–}15\text{м}$, при дифференциальных/PPP/RTK — до $\sim$десантиметров или сантиметров (RTK/Network: $\sim 1\text{–}5\text{см}$ в хороших условиях).
- Единые референцные рамки: глобальные системы (WGS84/ITRF) устраняют проблему несовместимости локальных датумов.
- Батиметрия: многолучевые (multibeam) эхолоты дают плотную, геореференцированную сеть профилей — вертикальная точность при качественной калибровке и корректном SVP до $\pm$дециметра; горизонтальное разрешение зависит от угол/частоты и скорость судна.
- Дополнительные датчики: INS/IMU (чтобы учесть крен/тангаж/рыскание и выливание), гидрографические SBET/PPK для точной побуквенной привязки эхосигналов.
- Морские модели/геоиды и приливы: современные приливные сервисы, модели геоида и преобразования эллипсоид–ортометрическая высота обеспечивают корректировки для глубин и навигационных высот.
- Стандарты и обмен: IHO стандарты (S-44 для качества съёмки, S-57/S-100 для данных), электронные навигационные карты (ENC), регулярные обсервации и бюллетени об обновлениях.
4) Технические детали — источники ошибок и их оценка
- Ошибка глубины из-за неверной скорости звука $c$: при глубине $z$ ошибка в скорости $\Delta c$ даёт приближённую вертикальную ошибку
$$\Delta z\approx z\frac{\Delta c}{c}.$$ Следствие: при $z=100\text{м}$ и $\Delta c=1\text{м/с}$ (при $c\approx 1500\text{м/с}$) $\Delta z\approx 0.067\text{м}$.
- Суммарная ошибка позиционирования/батиметрии (упрощённо):
$${\sigma }_{\text{tot}}=\sqrt{{\sigma }_{GNSS}^2+{\sigma }_{IMU}^2+{\sigma }_{sound}^2+{\sigma }_{tide}^2+\dots }$$ где все компоненты должны быть оценены и контролируемы.
- Разрешающая способность спутниковой картографии/альтиметрии для прибрежной батиметрии ограничена: космическая альтиметрия даёт крупномасштабную информацию (разрешение километры, точность метров—десятков метров), но не заменяет плотную многолучевую съёмку в прибрежье и портах.
5) Новые риски и уязвимости при современных методах
- Зависимость от GNSS:
- глушение (jamming) и подмена (spoofing) сигналов; целевые атаки на PNT;
- косвенные эффекты: отказ GNSS делает автоматические системи позиционирования/эха менее надежными.
- Киберриски: подмена карт ENC, повреждение серверов обновлений, атаки на навигационное ПО.
- Ошибки обработки больших данных: автоматическая фильтрация/интерполяция батиметрии может скрывать артефакты (скалы, обломки) при агрессивной усредняющей обработке.
- Псевдообновлённость: кажущаяся детальность (высокое разрешение спутниковых DEM или СБД) + редкая фактическая съёмка приводит к устаревшим картам — опасность «визуально точной, фактически неверной» информации.
- Ограничения датчиков: многолучевые эхолоты требуют качественной калибровки, SVP-профилей; ошибки в калибровке IMU или антенных монтажных смещениях приводят к систематическим погрешностям.
- Космические/геофизические риски: космическая погода (солнечные бури) ухудшает GNSS/радиосвязь; постепенные сдвиги геофизических датумов требуют трансформаций (ITRF обновляется), что может ломать совместимость исторических данных.
6) Смягчение рисков — краткие рекомендации
- Мультисенсорность и резервирование: GNSS + INS + доп. РТК/Локальные опоры; резервные навигационные методы (радионавигация, визуальные/радиолокационные системы).
- Жёсткие процедуры QA/QC: контроль SVP, датчиков, калибровки MBES; соответствие IHO S-44/S-100; верификация суровым осмотром в участках риска.
- Киберзащита и контроль целостности данных ENC; цифровые подписи обновлений.
- Планирование операций с учётом уязвимостей (зоны повышенного риска глушения, регулярные актуализации батиметрии в портах).
- Поддержание и привязка старых карт/данных к современной системе координат с учётом трансформаций датумов.
Вывод: переход от эры портоланов и локальной астрономии к глобальной GNSS+MBES дал качественный скачок в точности и полноте геодезического обеспечения навигации и картографии (с погрешностями от десятков метров в прошлом — к сантиметрам/дециметрам в современных измерениях). Но одновременно возникла новая совокупность рисков: технологическая зависимость (GNSS, ПО), киберугрозы, процедуры обработки больших данных и необходимость постоянной калибровки/обновления съёмки. Рабочая модель — мультисенсорность, строгие стандарты и регулярное обновление/верификация данных.