Biểu đồ hàng hải chuyển đổi sang kỹ thuật số với sự trợ giúp từ GIS

Trong hàng trăm năm, những người lính thủy đánh bộ đã sử dụng hải đồ giấy để điều khiển tàu thuyền của họ gần các đường bờ biển, qua các độ sâu khác nhau của nước và xung quanh các mối nguy hiểm trong hàng hải. Giờ đây, các yêu cầu về công nghệ mới đang thay đổi cảnh quan — hoặc cảnh biển, nếu bạn muốn — xung quanh việc sản xuất biểu đồ. Các văn phòng thủy văn đang bắt đầu rời bỏ ý tưởng rằng họ phải lập hải đồ giấy truyền thống và hướng tới quan điểm rằng những người hàng hải cần — và muốn — cập nhật các biểu đồ hàng hải theo yêu cầu.

Craig Greene, giám đốc sản phẩm của ArcGIS Maritime tại Esri cho biết: “Bản đồ giấy thường rất tốn công sức và thời gian để xây dựng, vì vậy chúng có thể tụt hậu so với hải đồ điện tử về khả năng đưa thông tin ra ngoài nhanh chóng”.

arcnews-article-nauticalcharts-1

Bộ phận Hải đồ tại Cục Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia (NOAA) đang xây dựng ứng dụng Biểu đồ Tùy chỉnh NOAA — đã tạo ra biểu đồ này về Vịnh Tomales, California — với sự cộng tác chặt chẽ của Esri.

Guy Noll, cố vấn hàng hải tại Esri, cho biết: “Một hải đồ giấy mới có thể được sử dụng hai năm sau khi dữ liệu về hải đồ đó có sẵn. Và nó đã như vậy trong nhiều thập kỷ."

Mặc dù vậy, nhiều người hàng hải vẫn thích giao diện, cảm nhận và chức năng của biểu đồ giấy truyền thống. Vì vậy, mặc dù điều này không có nghĩa là biểu đồ giấy biến mất, nhưng nó có nghĩa là cách chúng được tạo ra đang thay đổi.

Sản xuất biểu đồ đang trở thành một nỗ lực đầu tiên của công nghệ, trong đó tất cả dữ liệu được lấy từ một hệ thống dựa trên GIS, được tiêu chuẩn hóa. Từ đó, những người hàng hải có thể truy cập các biểu đồ trên định vị điện tử hoặc thiết bị di động, hoặc dưới dạng tệp PDF có thể được in ra. Thông tin trên hải đồ sẽ kịp thời hơn và chính xác hơn, và ở một số nơi trên thế giới, các thủy thủ sẽ có thể điều chỉnh biểu đồ của họ cho chính xác nơi họ sẽ lái tàu của họ.

Greene nói: “Điều này hoàn toàn làm bật mí cách tạo ra các biểu đồ giấy truyền thống. Những biểu đồ này sẽ vẫn an toàn cho việc điều hướng, nhưng chúng sẽ trông khác. Đó là một sự thay đổi lớn”.

Và đó là nơi mà ngành hàng hải nói chung đang hướng tới.

Thời gian để hợp lý hóa

Văn phòng Khảo sát Bờ biển của Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia (NOAA) là đơn vị đi đầu trong quá trình chuyển đổi này. Vào cuối năm 2019, văn phòng đã thông báo cho các nhà hàng hải rằng, trong vòng 5 năm, họ sẽ ngừng sản xuất giấy truyền thống và biểu đồ hàng hải raster và thay thế chúng bằng một ứng dụng web cho phép mọi người tạo biểu đồ bằng cách sử dụng những gì cập nhật nhất Dữ liệu Biểu đồ Định vị Điện tử (ENC) từ NOAA.

Các ứng dụng NOAA Chart Tuỳ chỉnh , đó vẫn là một nguyên mẫu, đang được xây dựng với sự hợp tác chặt chẽ với ESRI, sử dụng ArcGIS Maritime, một phần mở rộng của ArcGIS Desktop và ArcGIS Enterprise để sắp xếp hợp lý và tăng tốc sản xuất hải đồ.

arcnews-article-nauticalcharts-2-768x519

Chức năng mới trong ArcGIS Maritime Server cho phép người dùng kết hợp nhiều nguồn dữ liệu hơn để tạo các biểu đồ như biểu đồ này, của Cherry Point gần Bellingham, Washington.

Greene cho biết: “Chúng tôi gặp gỡ thường xuyên với NOAA và nhóm quản lý ứng dụng Biểu đồ tùy chỉnh của NOAA. Chúng tôi đang làm việc cùng với họ để triển khai những điều sẽ khiến mọi người chấp nhận ứng dụng để NOAA có thể loại bỏ việc sản xuất biểu đồ giấy vào tháng 1 năm 2025.”

Theo Craig Winn, giám đốc danh mục đầu tư về biểu đồ mật độ cao (HD) tại Bộ phận Hải đồ của văn phòng,có 2 lý do Văn phòng Khảo sát Bờ biển muốn ngừng sản xuất hải đồ giấy.

Ông nói: “Ngành công nghiệp đang phụ thuộc nhiều hơn vào Biểu đồ định vị điện tử để điều hướng và lập kế hoạch, vì vậy giấy tờ đã chuyển sang vai trò dự phòng.”

Và trong một thời gian rất dài, Văn phòng Điều tra Bờ biển đã hỗ trợ hai quy trình công việc riêng biệt: tạo ENC, bao gồm dữ liệu vectơ và tạo biểu đồ raster, hiện đang được sử dụng để sản xuất các sản phẩm giấy. Điều này đặt ra nhiều yêu cầu về thời gian và nguồn lực.

Winn cho biết: “Đó là những quy trình làm việc riêng biệt đòi hỏi những nhân sự riêng biệt sử dụng các phần mềm khác nhau.”

Đây không chỉ là vấn đề của Văn phòng Khảo sát Bờ biển. Cơ quan Thủy văn Canada (CHS) cũng đang đối mặt với những khó khăn tương tự.

Louis Maltais, Giám đốc dịch vụ không gian địa lý và hỗ trợ tại CHS cho biết: “Ngay bây giờ, CHS cần hỗ trợ đồng bộ đầy đủ giữa ba dòng sản phẩm: ENC, raster và giấy. Và trên hết ba điều này, tôi cần duy trì hệ thống cập nhật cho ENC, hệ thống cập nhật cho raster và hệ thống cập nhật cho báo cáo. Đó là một cơn ác mộng để có thể duy trì”.

Đó là lý do tại sao Canada cũng đang tìm cách hợp lý hóa, tăng tốc và thậm chí tự động hóa việc sản xuất biểu đồ giấy.

Maltais nói: “Chúng tôi cần có danh mục đầu tư nhanh nhất có thể.

Winn lặp lại tình cảm này. “Tại Bộ phận Hải đồ, chúng tôi coi đây là cơ hội để cống hiến nỗ lực duy trì ENC và sau đó có thể hỗ trợ các sản phẩm khác từ bộ dữ liệu đó,” ông nói.

Chuyển sang bảo trì dữ liệu

Ngành hàng hải bắt đầu chuyển sang hướng dẫn đường điện tử đầu tiên vào năm 2009, khi Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) yêu cầu tất cả các tàu buôn phải sử dụng Hệ thống Thông tin và Hiển thị Hải đồ Điện tử (ECDIS) để tuân thủ chương V của Công ước Quốc tế về An toàn của Life at Sea, một hiệp ước hàng hải quốc tế.

arcnews-article-nauticalcharts-3

ArcGIS Maritime cho phép người dùng kết hợp nhiều nguồn dữ liệu vào các biểu đồ như biểu đồ này, hiển thị dữ liệu đo độ sâu mới nhất đến từ Trung tâm Thông tin Môi trường Quốc gia (NCEI) cùng với cơ sở hạ tầng dầu khí ở Vịnh Mexico.

“Hầu hết các văn phòng thủy văn được cấu trúc xung quanh việc xây dựng các hải đồ giấy truyền thống. Họ dành rất nhiều thời gian, tiền bạc và năng lượng cho những thứ đó,” Greene giải thích. “Và với sự ủy thác đó của IMO, cùng với sự phụ thuộc ngày càng nhiều vào các hệ thống điện tử hiện đại, các biểu đồ giấy về cơ bản đang trở thành phương án dự phòng.”

Tuy nhiên, vẫn có chỗ cho hải đồ giấy, đặc biệt nếu hệ thống điện tử của một con tàu bị lỗi - điều này xảy ra thường xuyên hơn hầu hết mọi người nghĩ, theo Maltais.

Greene nói: “Các văn phòng thủy văn vẫn cần sản xuất chúng, nhưng họ không đủ khả năng để xây dựng toàn bộ tổ chức của mình xoay quanh việc sản xuất các sản phẩm giấy bản đồ truyền thống.”

Vì vậy, trọng tâm đang chuyển sang quản lý và duy trì dữ liệu vectơ được sử dụng để tạo ENC hơn là thiết kế biểu đồ giấy. Điều này cũng sẽ giúp ngành hàng hải tiếp nhận mạnh mẽ hơn các tiêu chuẩn dữ liệu quốc tế mới, bao gồm mô hình dữ liệu thủy văn phổ quát S-100 và S-101, đặc điểm kỹ thuật sản phẩm mới cho ENC. Cả hai tiêu chuẩn này, cùng với tiêu chuẩn dữ liệu S-57 - những gì hiện đang được sử dụng cho sản xuất ENC - cũng góp phần xây dựng cơ sở hạ tầng dữ liệu không gian biển (MSDI), sẽ giúp các cơ quan trên toàn thế giới chia sẻ dữ liệu và dịch vụ thủy văn tại cấp quốc gia và khu vực.

Noll cho biết: “Với MSDI, các quốc gia có thể sử dụng nội dung mà họ đã tạo để tạo ra một tương lai nơi công việc thủ công của họ có thể thêm giá trị lặp lại thay vì giá trị từng sản phẩm. “Họ có thể thiết lập mẫu, tự động hóa mẫu đó và sau đó tập trung vào dữ liệu hơn là cố gắng tạo ra các sản phẩm đẹp như tranh trước đây, việc này tốn rất nhiều thời gian cho mỗi sản phẩm”.

Biểu đồ theo yêu cầu

Với tất cả những thay đổi đang diễn ra, đội hàng hải tại Esri muốn đưa ra giải pháp.

arcnews-article-nauticalcharts-5

Biểu đồ vùng biển gần Sitka, Alaska này được tạo bằng phần mở rộng ArcGIS Maritime Server, tích hợp với một số nguồn dữ liệu, bao gồm cả ArcGIS Living Atlas of the World.

Greene nói: “Sản phẩm theo yêu cầu [PoD] về cơ bản là phản ứng của chúng tôi đối với điều này. “Chúng tôi nghĩ, tốt, hãy nhìn vào những gì công nghệ hiện đại có thể làm. Chúng tôi có thể tạo một ứng dụng web có thể tự động tạo tệp PDF — biểu đồ giấy — trực tiếp từ dữ liệu biểu đồ điện tử”.

Đó là một ý tưởng tiên tiến, và Văn phòng Khảo sát Bờ biển của NOAA đã nhanh chóng lên đường. Đã là người dùng lâu năm của ArcGIS Maritime, văn phòng sẽ sử dụng phần mở rộng ArcGIS Maritime Server như mọi khi — để tạo REST hoặc các dịch vụ bản đồ web trực tiếp từ dữ liệu hải đồ điện tử của nó. Nhưng thay vì để các ENC phản ánh các hải đồ giấy, vốn đã được thực hiện trong nhiều thập kỷ, Bộ phận Hải đồ sẽ lật nó để các biểu đồ giấy đến từ các ENC. Đó là nơi chức năng Sản phẩm theo yêu cầu của ArcGIS Maritime gia tăng giá trị.

Winn giải thích: “ENC về cơ bản là dữ liệu được quy - các tính năng và thuộc tính - và chúng tôi có một giải pháp cơ sở dữ liệu trung tâm để tạo ra chúng. Chúng tôi đi vào và thực hiện bất kỳ thay đổi nào chúng tôi cần thực hiện đối với cơ sở dữ liệu trung tâm của mình, và sau đó chúng tôi đẩy những thay đổi đó ra thông qua ArcGIS Maritime. Những thay đổi này được xuất dưới dạng ENC được cập nhật. Các phiên bản của các ENC đó được đặt ở cùng một vị trí máy chủ như ứng dụng web và sau đó các công cụ mà Esri đã phát triển sẽ trích xuất thông tin từ các tệp đó và trình bày cho người dùng để họ tạo các tệp PDF của riêng mình và họ có thể in ở đâu đó nếu họ cần."

Có tất cả dữ liệu trong cơ sở dữ liệu trung tâm làm cho ENCs đồng nhất hơn; chính xác hơn, vì dữ liệu mới có thể được thêm vào nhanh chóng; và dễ tiếp cận hơn so với biểu đồ giấy truyền thống.

Giúp ngành hàng hải thực hiện chuyển đổi

Thách thức bây giờ là làm cho các nhà hàng hải sử dụng ENC hoặc các biểu đồ giấy mới này dựa trên ENC.

Mặc dù CHS vẫn đang trong giai đoạn thăm dò để thực hiện một giải pháp hợp lý hóa các biểu đồ giấy và ENC, tổ chức này đã cố gắng đánh giá mức độ sẵn sàng của các thủy thủ Canada đối với những việc như thế này.

Maltais nói: “Họ nói với chúng tôi rằng có hai điều họ thích ở biểu đồ giấy. Họ cảm thấy rằng, vì mục đích lập kế hoạch, thực sự tốt khi có một cái nhìn rộng về nơi họ sẽ đến để họ có thể lên kế hoạch cho lộ trình của mình. Và họ muốn có biểu đồ giấy ở đâu đó để dự phòng, để họ cảm thấy an toàn”.

arcnews-article-nauticalcharts-4-768x510

Cơ quan Thủy văn Canada (CHS) cần danh mục các biểu đồ của mình càng nhanh càng tốt, đó là lý do tại sao họ đang phát triển cái mà họ gọi là biểu đồ giấy 2.0, trông giống như biểu đồ này của Cảng Vancouver.

Nhưng tương lai là biểu đồ điện tử, như Maltais nhấn mạnh. Vì vậy, một ý tưởng mà anh ấy có cho cái mà anh ấy gọi là biểu đồ giấy 2.0 là để những người hàng hải đăng ký một dịch vụ.

Maltais cho biết: “Đây là nơi chúng tôi đang đi ở Canada về bộ dịch vụ S-100 của chúng tôi. Bạn sẽ đăng ký một dịch vụ và khi bạn kết nối với dịch vụ đó, bạn không cần phải lo lắng liệu mình có được cập nhật hay không. Bạn được kết nối với dịch vụ, vì vậy bạn sẽ luôn được cập nhật. "

Bộ phận Hải đồ của NOAA cũng đang xem xét những mối quan tâm tương tự về hàng hải, mặc dù nó đang di chuyển nhanh hơn để ngừng sản xuất hải đồ giấy truyền thống và hủy bỏ hoàn toàn các hải đồ giấy cũ. Nhưng cơ quan đang cẩn thận.

John Nyberg, trưởng Bộ phận Hải đồ của NOAA cho biết: “Tôi muốn chắc chắn rằng khi một biểu đồ bị hủy, dữ liệu kỹ thuật số tương đương hoặc tốt hơn sẽ có sẵn trong khu vực đó. “Tôi muốn những người hàng hải chọn ENC, không bị ép buộc phải sử dụng nó. Nếu chúng tôi cung cấp dữ liệu tốt hơn, cập nhật hơn với nhiều chi tiết hơn và dễ cập nhật hơn, tôi hy vọng họ sẽ chọn sử dụng nó.”

Ứng dụng web Biểu đồ tùy chỉnh của NOAA đang cho thấy nhiều hứa hẹn trong việc lập biểu đồ theo yêu cầu ở Hoa Kỳ, cho cả người đi tàu và cho Văn phòng Khảo sát Bờ biển.

Winn cho biết: “Chúng tôi thấy đây là thứ mà rất nhiều người sẽ sử dụng, nếu không phải hàng ngày, thì chắc chắn là thường xuyên để truy cập các bản sao tĩnh của bộ dữ liệu của chúng tôi - biểu đồ,”. “Chúng tôi vẫn chưa ở đó, nhưng một khi mọi người đã quen với nó và họ đang sử dụng nó, họ có thể nói, Tại sao chúng tôi không làm điều này 10 năm trước?”