Map Projections for Electronic Navigation and Other Marine GIS Applications

The results of a research on the identification of suitable map projections for Electronic Chart Display and Information System (ECDIS) are presented. Eighteen map projections have been selected and evaluated according to criteria based on the calculation and analysis of distortion as well as on specific requirements for marine navigation. Six map projections are proposed for use in Electronic Navigation (e-Nav) systems together with specific selection rules based on the location and the extent of the area displayed on the screen. Additional map projections for potential use in other marine GIS applications are also identified and proposed.Se presentan los resultados de una investigación sobre la identificación de proyecciones de mapas adecuadas para el Sistema de Información y Visualización de las Cartas Electrónicas (SIVCE). Se han seleccionado dieciocho proyecciones de mapas, que se han evaluado según los criterios basados en el cálculo y el análisis de distorsión, así como en los requisitos específicos para la navegación marina. Se proponen seis proyecciones de mapas, para su uso en los sistemas de Navegación Electrónica (e-Nav), junto con unas reglas de selección específicas basadas en la localización y en la extensión de la zona visualizada en pantalla. Se han identificado y propuesto también proyecciones de mapas adicionales para su uso potencial en otras aplicaciones del SIG marino.Les résultats d’une recherche sur l’identification de projections cartographiques adaptées au système de visualisation de cartes électroniques et d’information (ECDIS) sont présentés dans cet article. Dix-huit projections cartographiques ont été sélectionnées et évaluées selon des critères établis à partir de calculs et d’analyses de distorsion ainsi que des demandes spécifiques à la navigation maritime. Six projections cartographiques destinées à être utilisées dans le cadre de systèmes de navigation électronique (e-Nav) sont proposées en même temps que des règles de sélection spécifiques établies selon le lieu et l’étendue de la zone affichée à l’écran. Des projections cartographiques supplémentaires destinées à être éventuellement utilisées dans d’autres applications SIG maritimes sont également identifiées et proposées

New Meridian Arc Formulas for Sailing Calculations in Navigational GIS

This paper presents simple compact formulas for the computation of the length of the meridian arc. The proposed alternative formulas are to be primarily used for accurate sailing calculations on the ellipsoid in a GIS environment as in ECDIS and other ECS. Their validity and effectiveness in terms of the accuracy achieved and the CPU time required are assessed and compared to standard geodetic methods. The results of this study show that the proposed formulas are simpler, shorter and more than twice as fast as other geodetic methods of the same accuracy, used for sailing calculations on the ellipsoid, such as “rhumb-line sailing” and “great elliptic sailing”.Este trabajo presenta formulas compactas simples para el calculo de la longitud del arco meridiano. Las fórmulas alternativas propuestas son para ser utilizadas principalmente para cálculos precisos de navegación sobre el elipsoide en un ambiente GPS como en ECDIS y otros SCE. Su validez y efectividad en términos de precisión alcanzada y el tiempo de CPU requerido son evaluados y comparados con los métodos geodésicos estándares. Los resultados de este estudio muestran que las fórmulas propuestas son mas simples, cortas y mas del doble de rápidas que otros métodos geodésicos de la misma precisión, utilizados en los cálculos de navegación sobre el elipsoide, tales como “ navegación loxodrómica” y “navegación ortodrómica”.Cet article présente des formules simples et concises pour le calcul de la longitude de l’arc du méridien. Les formules alternatives proposées doivent être utilisées principalement pour des calculs précis de navigation sur l’ellipsoïde dans un contexte SIG comme dans l’ECDIS et les autres ECS. Leur validité et leur efficacité en termes de précision obtenue et de temps CPU requis sont évaluées et comparées aux méthodes géodésiques standard. Les conclusions de cette étude montrent que les formules proposées sont plus simples, plus courtes et au moins deux fois plus rapides que les autres méthodes géodésiques de même précision, utilisées pour les calculs de navigation sur l’ellipsoïde, telle que la « navigation loxodromique » et la « navigation orthodromique »

Satellite Derived Bathymetry (SDB) and Safety of Navigation

This paper reviews the use of Satellite Derived Bathymetry (SDB) technology to derive depths from remote sensed (RS) data and how this technology can be used to address crucial aspects of safety of navigation. The estimation of bathymetric depth using optical RS techniques has advantages and disadvantages. Using imagery techniques, depths can be determined quickly over large remote coastal areas. These areas can however consist of dangerous hazards, submerged objects and steep seabed morphology. SDB processing techniques introduces new perspectives to potentially improving safety of navigation charting. The feasibility of deriving bathymetry from remote sensed images, requires that the accuracy of such data should be evaluated and an assessed in terms of how this data can be used and depicted in nautical chart production. The parameters associated with SDB capabilities that contribute to cartographic production are further discussed and evaluated against current IHO Standards.Este artículo revisa el uso de la tecnología de Batimetría Satelital Derivada (SDB) para obtener profundidades a partir de datos obtenidos de sensores remotos (RS) y cómo esta tecnología puede utilizarse para abordar aspectos cruciales de la seguridad de la navegación. La estimación de la profundidad batimétrica utilizando técnicas ópticas RS tiene ventajas y desventajas. Usando técnicas de imágenes, las profundidades pueden determinarse rápidamente en extensas áreas costeras remotas. Sin embargo, estas áreas pueden contener amenazas peligrosas, objetos sumergidos y en una morfología escarpada del fondo marino. Las técnicas de procesado SDB introducen nuevas perspectivas para mejorar potencialmente la representación de la seguridad de la navegación. La viabilidad de la derivación de la batimetría a partir de imágenes obtenidas de sensores remotos requiere que la exactitud de tales datos sea evaluada y valorada en términos de cómo estos datos pueden utilizarse y representarse en la producción de cartas náuticas. Los parámetros asociados a las capacidades SDB que contribuyen a la producción cartográfica se discuten adicionalmente y se evalúan conforme a las normas actuales de la OHI.Cet article étudie l'utilisation de la technologie de la bathymétrie par satellite (SDB) afin de déduire des profondeurs à partir de données de télédétection (RS) ainsi que la manière dont cette technologie peut être utilisée pour traiter des aspects cruciaux de la sécurité de la navigation. L'estimation de la profondeur bathymétrique à l'aide de techniques de télédétection optique présente des avantages et des inconvénients. En utilisant des techniques d'imagerie, les profondeurs peuvent être déterminées rapidement sur de vastes zones côtières lointaines. Ces zones peuvent néanmoins contenir des risques dangereux, des objets immergés et comporter des fonds marins escarpés. Les techniques de traitement de la SDB introduisent de nouvelles perspectives pour une éventuelle amélioration de la cartographie pour les besoins de la sécurité de la navigation. La possibilité de dériver la bathymétrie à partir d'images de télédétection nécessite que la précision de ces données soit évaluée et analysée afin de savoir comment elles peuvent être utilisées et décrites dans la production de cartes marines. Les paramètres associés aux capacités de la SDB qui contribuent à la production cartographique font l'objet de discussions plus poussées et sont évalués par rapport aux normes de l'OHI en vigueur

Sailing calculations and visualization of long navigational paths in ECDIS

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

Sailing calculations and visualization of long navigational paths in ECDIS

296 σ.Ο βασικός σκοπός της διδακτορικής διατριβής είναι η διερεύνηση των μεθόδων επίλυσης των θεμελιωδών προβλημάτων ναυσιπλοΐας καθώς και των γενικών αρχών και μεθόδων επιλογής και υλοποίησης χαρτογραφικών απεικονίσεων για την ανάδειξη νέων βελτιωμένων μεθόδων, τόσο για την ακριβέστερη σχεδίαση του πλου, όσο και για την πιστότερη απεικόνιση δρομολογίων πλου μεγάλων αποστάσεων στα Συστήματα Ηλεκτρονικού Χάρτη (ΣΗΝΧ). Στο 1ο εισαγωγικό κεφάλαιο με τίτλο:“Η ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΝΑΥΣΙΠΛΟΪΑΣ ΣΤΙΣ ΕΞΕΛΙΞΕΙΣ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΟΙ ΣΤΟΧΟΙ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ” παρουσιάζεται μια συνοπτική επισκόπηση των βασικών αρχών και μεθόδων επίλυσης των θεμελιωδών προβλημάτων της ναυσιπλοΐας σε συνδυασμό με τις μεθόδους χαρτογραφικής απεικόνισης και οπτικοποίησης δρομολογίων πλου μεγάλων αποστάσεων, τόσο στην παραδοσιακή ναυσιπλοΐα, όσο και σε περιβάλλον ΣΗΝΧ. Έμφαση δίνεται στις αδυναμίες των χρησιμοποιουμένων μεθόδων και τα περιθώρια βελτίωσής τους, στις διεθνείς προδιαγραφές των ΣΗΝΧ και στους στόχους της διατριβής. Στο 2ο κεφάλαιο με τίτλο: “ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΘΕΜΕΛΙΩΔΩΝ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ ΝΑΥΣΙΠΛΟΪΑΣ” παρουσιάζονται, αναλύονται και αξιολογούνται παραδοσιακές και νεότερες μέθοδοι επίλυσης των θεμελιωδών προβλημάτων ναυσιπλοΐας στη σφαίρα και στο ΕΕΠ και προτείνονται νέες βελτιωμένες μέθοδοι και αλγόριθμοι γεωδαιτικής επίλυσης, τόσο για την ακριβέστερη σχεδίαση του πλου, όσο και για την απεικόνιση δρομολογίων πλου μεγάλων αποστάσεων σε ΣΗΝΧ σε οποιαδήποτε χαρτογραφική απεικόνιση. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι προτεινόμενες νέες μέθοδοι για: Τον ακριβέστερο και αποτελεσματικότερο υπολογισμό του μήκους του τόξου του μεσημβρινού που χρησιμοποιείται ως προαπαιτούμενος υπολογισμός για την επίλυση αρκετών προβλημάτων ναυσιπλοΐας. Την ακριβέστερη και αποτελεσματικότερη επίλυση των προβλημάτων λοξοδρομικού πλου (ευθέος και αντιστρόφου) στην επιφάνεια του ελλειψοειδούς και τον υπολογισμό των γεωδαιτικών συντεταγμένων μεγάλου αριθμού ενδιάμεσων σημείων των δρομολογίων λοξοδρομικού πλου, για την ακριβέστερη απεικόνιση αυτών των δρομολογίων στην οθόνη του συστήματος με χρήση οποιασδήποτε χαρτογραφικής απεικόνισης. Την για πρώτη φορά δημοσιευόμενη ολοκληρωμένη μέθοδο και αλγόριθμο επίλυσης του προβλήματος πλου στη μέγιστη έλλειψη (ευθέος και αντιστρόφου), συμπεριλαμβανομένου και του υπολογισμού των γεωδαιτικών συντεταγμένων μεγάλου αριθμού ενδιάμεσων σημείων του μέγιστου ελλειπτικού τόξου, για την ακριβέστερη απεικόνιση των αντίστοιχων δρομολογίων στην οθόνη του συστήματος με χρήση οποιασδήποτε χαρτογραφικής απεικόνισης. Η αξιοπιστία και η ακρίβεια των προτεινόμενων στο 2ο κεφάλαιο νέων μεθόδων επίλυσης προβλημάτων ναυσιπλοΐας τεκμηριώθηκε με την εκτέλεση συγκριτικής αξιολόγησης των αριθμητικών αποτελεσμάτων επίλυσης προβλημάτων λοξοδρομικού πλου, ορθοδρομικού πλου, πλου στη γεωδαισιακή γραμμή και πλου στη μέγιστη έλλειψη. Στο 3ο κεφάλαιο με τίτλο: “ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΔΙΠΛΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ ΕΕΠ ΣΕ ΕΠΙΠΕΔΟ” 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 (στη σφαίρα και στη συνέχεια στο επίπεδο). Αρχικά παρουσιάζεται επισκόπηση των μεθόδων μετασχηματισμού της επιφάνειας του ΕΕΠ σε σφαίρα και καθορίζονται τέσσερις μέθοδοι μετασχηματισμού για πιθανή χρήση σε ΣΗΝΧ. Στη συνέχεια εκτελείται αναλυτική συγκριτική αξιολόγηση των παραμορφώσεων των μεθόδων αυτών με τον υπολογισμό και την ανάλυση των αντίστοιχων παραμορφώσεων. Ως αποτέλεσμα προτείνεται η καταλληλότερη για χρήση σε ΣΗΝΧ μέθοδος διπλού μετασχηματισμού του ΕΕΠ (σε σφαίρα και στη συνέχεια σε επίπεδο) για την αξιοποίηση και των χαρτογραφικών απεικονίσεων, στις οποίες υφίστανται συναρτήσεις χαρτογραφικού μετασχηματισμού μόνο για τη σφαίρα. Στο 4ο κεφάλαιο με τίτλο: “ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΙΚΩΝ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΕΩΝ” παρουσιάζεται αρχικά επισκόπηση των γενικών μεθόδων επιλογής και αξιολόγησης χαρτογραφικών απεικονίσεων και καθορίζονται οι ειδικές απαιτήσεις για ΣΗΝΧ. Με βάση τις ειδικές αυτές απαιτήσεις προσδιορίζονται δεκαοκτώ (18) απεικονίσεις που αξιολογούνται αναλυτικότερα σε επόμενα στάδια για ενδεχόμενη χρήση σε ΣΗΝΧ. Ο προσδιορισμός αυτός στηρίχτηκε στη συγκριτική μελέτη των βασικών χαρακτηριστικών του συνόλου των χαρτογραφικών απεικονίσεων που παρουσιάζονται στα κυριότερα συγγράμματα της αναλυτικής χαρτογραφίας (μέγεθος και κατανομή παραμορφώσεων, μορφή των γραμμών της ορθοδρομίας/λοξοδρομίας και των μεσημβρινών/ παραλλήλων). Στη συνέχεια εκτελείται η αρχική αξιολόγηση των απεικονίσεων αυτών με την εκπόνηση και ανάλυση ειδικών χαρτών, στους οποίους απεικονίζονται επιλεγμένα δρομολόγια ορθοδρομικού και λοξοδρομικού πλου καθώς και ελλείψεις παραμόρφωσης για κάθε αξιολογούμενη απεικόνιση. Από την αρχική αυτή αξιολόγηση επιλέχτηκαν για περαιτέρω αναλυτικότερη αξιολόγηση δεκαπέντε (15) απεικονίσεις. Στο τελευταίο τμήμα του κεφαλαίου 4 καθορίζονται εξειδικευμένα κριτήρια επιλογής χαρτογραφικών απεικονίσεων για ΣΗΝΧ που θα χρησιμοποιηθούν στα επόμενα στάδια αξιολόγησης. Στο 5ο κεφάλαιο με τίτλο:“ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ ΑΞΙΟΛΟΓΟΥΜΕΝΩΝ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΙΚΩΝ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΕΩΝ” παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της αναλυτικότερης συγκριτικής αξιολόγησης των δεκαπέντε (15) απεικονίσεων που επιλέχτηκαν στο 4ο κεφάλαιο. Αυτό το στάδιο αξιολόγησης στηρίχτηκε στον υπολογισμό και στην ανάλυση των γωνιακών και επιφανειακών παραμορφώσεων για κάθε εξεταζόμενη απεικόνιση. Για το σκοπό αυτό εκπονήθηκαν αναλυτικά διαγράμματα κατανομής των παραμορφώσεων με το γεωγραφικό πλάτος, καθώς και χάρτες με τις ισαριθμικές καμπύλες των γωνιακών και επιφανειακών παραμορφώσεων για τις εξεταζόμενες απεικονίσεις. Από την αξιολόγηση αυτή επιλέχτηκαν επτά (7) απεικονίσεις για περαιτέρω αναλυτικότερη αξιολόγηση, ανάλογα με τη θέση και την έκταση της γεωγραφικής περιοχής. Στο 6ο κεφάλαιο με τίτλο:“ΕΠΙΛΟΓΗ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΙΚΩΝ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΕΩΝ ΓΙΑ ΣΗΝΧ” παρουσιάζονται η διαδικασία και τα αποτελέσματα της τελικής συγκριτικής αξιολόγησης των χαρτογραφικών απεικονίσεων που επιλέχτηκαν στο 5ο κεφάλαιο. Αυτό το στάδιο αξιολόγησης στηρίχτηκε τόσο στη λεπτομερέστερη ανάλυση της κατανομής των παραμορφώσεων ανάλογα με τη θέση και την έκταση της αποδιδόμενης στην οθόνη του συστήματος γεωγραφικής περιοχής, όσο και στην αξιολόγηση ειδικών κριτηρίων και παραμέτρων αξιολόγησης για ΣΗΝΧ. Τελικά προτείνονται πέντε (5) απεικονίσεις για χρήση σε ΣΗΝΧ σύμφωνα με προτεινόμενους κανόνες επιλογής της κατά περίπτωση καταλληλότερης. Στο 7ο κεφάλαιο με τίτλο:“ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ, ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ” παρουσιάζονται συγκεντρωτικά και σχολιάζονται τα αποτελέσματα των επί μέρους συνιστωσών της εκτελεσθείσας έρευνας και προτείνονται θέματα για περαιτέρω έρευνα. Στα δέκα (10) παραρτήματα παρουσιάζονται λεπτομερέστερα τα σημαντικότερα προϊόντα της ανάλυσης που εκτελέστηκε για την τεκμηρίωση της διατριβής, όπως: η αναλυτική εξαγωγή των τύπων της λοξοδρομίας στο ελλειψοειδές, ειδικοί χάρτες για κάθε αξιολογούμενη χαρτογραφική απεικόνιση, στους οποίους έχουν σχεδιαστεί ελλείψεις παραμόρφωσης, καθώς και επιλεγμένα δρομολόγια λοξοδρομικού και ορθοδρομικού πλου μεγάλων αποστάσεων, κ.α.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 first chapter presents a brief overview of the methods and practices used in traditional navigation and ECDIS/ECS systems and the corresponding IMO performance standards for ECDIS concerning the conduction of sailing calculations, the employment of map projections and the visualization of long navigational paths. The second chapter presents formulas for both Rhumb Line Sailing (RLS) on the ellipsoid and Great Elliptic Sailing (GES). The RLS formulas result from the analysis of the geometry of the loxodrome on the ellipsoid and are simpler and faster than those traditionally used for Rhumb Line Sailing on the ellipsoid, which are normally based on the Mercator projection formulas. The proposed algorithm for Great Elliptic Sailing provides high accuracy comparable to that obtained by the computations of geodesics. Numerical tests show that discrepancies in the computed distances between “geodesic” and the proposed new method and algorithm for the “great elliptic arc sailing” are practically negligible for navigation. The proposed algorithms for RLS and GES calculate also the geodetic coordinates of any finite number of intermediate points for the precise depiction on long navigational paths on the screen. The third 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 for which formulas are provided only for the sphere. The fourth 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 fifth 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 sixth chapter presents the results of the final evaluation depending on the location and 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 last (seventh) 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 have been constructed for the support of the conducted research such as: specially constructed maps showing selected Great Circles (GCs) and Rhumb Lines (RLs)/loxodromes routes, distortion ellipses and isolines of area and angular distortion for the evaluated projections.Αθανάσιος Η. Παλληκάρη

Introducing Smart Marine Ecosystem-Based Planning (SMEP)—How SMEP Can Drive Marine Spatial Planning Strategy and Its Implementation in Greece

This paper introduces smart marine ecosystem-based planning (SMEP), a marine spatial planning (MSP) strategy for more participatory and responsive marine governance by leveraging “smart” digital services. SMEP denotes an iterative MSP process with planning cycles that incorporate continuous data gathering of spatial–temporal natural phenomena and human activities in coastal and marine areas, with ongoing data mining to locate key patterns and trends, to strive for periodic refinement of the MSP output. SMEP aims to adopt an ecosystem-based approach, taking into account both living and nonliving aspects of the marine environment, and making use of all available spatial data at various resolutions. In pursuit of SMEP implementation, the paper examines the current state of the MSP process in Greece and relates its long-term success with the establishment of a marine spatial data infrastructure (MSDI), employing contemporary nautical cartography standards along with hydrospatial data services