Cvičení z předmětu Geoinformační technologie

Úvodní slovo Cvičení č. 1. Cvičení č. 2. Cvičení č. 3. Cvičení č. 4. Cvičení č. 5 a 6. Cvičení č. 7. Cvičení č. 8. Cvičení č. 9. Cvičení č. 10. Cvičení č. 11. - dobrovolné Cvičení č. 12. - dobrovolné
VŠB

Cvičení č. 8. – Základy práce pro GPS mapování v prostředí ArcPAD – příprava mapování


Cíle cvičení:

  • Seznámit se s nastavením projektu v prostředí ArcPad a s obsahem jednotlivých nástrojů a funkcí.
  • Seznámit se s načítáním lokálně uložených prostorových dat (vektorových i rastrových).
  • Seznámit se se základy ovládání zobrazení mapy na displeji.
  • Seznámit se s obsahem panelu pro konfiguraci prostředí ArcPad.
  • Seznámit se s definicí vlastností datové vrstvy načtené v projektu.
  • Vyzkoušet si přípravu datových vrstev, do kterých bude prováděno mapování. Definice vrstvy symbolů a příprava rozhraní formulářů pro doplňování atributů.
  • Nacvičit si editaci bodových, liniových a polygonových objektů.
  • Seznámit se s konfigurací GPS přístroje (NMEA protokol).

Data pro cvičení

Úkoly:

  1. Načtěte data z archivu Cviceni8.zip a nastavte jim symboly.
  2. Nastavte měřítka pro zobrazení a názvy dat podle tabulky1.
  3. Vytvořte vrstvu pro editaci podle tabulky 2.
  4. Vložte 6 geoprvků do vrstvy KRIBOD.
  5. Proveďte konfiguraci GPS přístroje a parametrů měření.
  6. Do příštího cvičení si připravte samostatný projekt, viz. samostatný úkol na závěr cvičení.

Teoretická část cvičení

Základní pravidla a informace pro začínající uživatele GPS

Systém GPS zajišťuje uživatelům polohovou službu, která umožní uživateli vybavenému GPS přijímačem určovat nepřetržitě svou polohu v prostoru a čase. Přesnost určení polohy se pohybuje od mm do prvních desítek metrů. Přesnost výsledného měření určuje ze strany uživatele především třída GPS přístroje použitá pro měření, metoda měření a podmínky, za kterých k měření dochází. Záměrně je zde zcela zanedbána schopnost správce systému GPS ovlivňovat přesnost měření uživatele pomocí nástrojů řízení přístupu k signálům.

Zatímco třídu přijímače a z toho vyplývající dostupné metody měření můžete ovlivnit a tím zvýšit přesnost svých měření, tak vliv okolních podmínek při měření se můžete snažit jen minimalizovat pečlivou přípravou měření (ne vždy je to reálně možné).

Systém GPS je založen na měření vzdálenosti mezi GPS přístrojem a družicemi systému GPS. Aby mohla být vzdálenost změřena správně (s minimální možnou chybou) je důležitá přímá viditelnost mezi anténou přijímače a družicí (družicemi) GPS systému. Pro správné určení polohy ve 3D prostoru je nezbytné pozorovat minimálně 4 družice. Z toho pro vás, jako pro uživatele systému GPS, plyne první omezení.

Pravidlo 1 – volná obloha a čtyři družice

Potřebujete nezastíněny výhled na co největší část oblohy. Čím přesněji má být měření, tím větší má toto pravidlo platnost. Pro 3D měření potřebujete vidět minimálně 4 družice.

Signály, které přichází od družic se šíří volně prostředím, nejde o úzce zaměřený signál. Z toho pro vás vyplývá, že se rádiové vlny nesoucí signály mohou odrážet od různých rádiově reflexních povrchů. Tomuto jevu se říká vícecestné šíření signálů. Vícecestné šíření je největším zdrojem nepřesností v určení polohy.

Pravidlo 2 – stínění antény uživatelem

Anténa přístroje musí směřovat k obloze. To je nutné obzvlášť ohlídat u malých levných GPS modulů. U těch je odklonění antény od vertikálního směru během měření velmi snadné. Odklonění antény od vertikálního směru ve spojení se zastíněním vlastním tělem, může vést k chybě i v řádech 10-tek metrů i v jinak vhodné oblasti bez jiných překážek ve výhledu na oblohu. GPS modul v kapse bundy nebo kalhot bude měřit, pravděpodobně ale ne příliš přesně.

Pravidlo 3 – dynamika GPS měření

Pokud mapujete, tak se nejdříve na chvíli zastavte, než spustíte průměrování polohy. Levné GPS přístroje mívají svou dynamiku určování polohy, která je spojená s jejich cílovým nasazením při měření ve ztížených podmínkách s častou ztrátou signálů.

Pravidlo 4 – orientační určení chyby EPE a DOP

Většina GPS přístrojů poskytuje objektivní parametry DOP vyjadřující vliv konstelace družic na možnou výslednou chybu v určení času a prostorových souřadnic.

Hodnota 1 je ideální. Čím vyšší je hodnota DOP, tím vyšší je možnost vysoké chyby zapříčiněné nevhodnou konstelaci družic. Jako mezní hodnota je považovaná hodnota 7. Měření s vyšší hodnotou DOP mohou být zatíženy příliš vysokou chybou.

Parametr automaticky neříká, že je měření nepřesné, ale upozorňuje na potenciální problém. V součinnosti s parametrem UERE, slouží k výpočtu tzv. EPE (odhadnuté polohové chyby), jedná se o statistickou hodnotu!


Praktická část cvičení základy práce v prostředí ArcPad

Nastavení projektu v prostředí ArcPad a charakteristika jednotlivých nástrojů a funkcí

Prostředí a ovládání ArcPad pro Windows a ArcPad pro mobilní zařízení je naprosto stejné. Při zahájení práce GIS aplikací se začíná nastavením parametrů projektu. Při konfiguraci projektu Vlastnosti mapy v prostředí ArcPad jde především o:

  • Pojmenování projektu Informace o mapě/Název.
  • Nastavení vzdálenosti pro přichytávání Přichytávání.
  • Nastavení referenčního měřítka Měřítko/Referen­ční.

Projekt si uložte Uložit mapu jako pod jménem MapovaniVSBTUO. Do pracovního adresáře si zkopírujte data z adresářů vektor a rastr.

Varování: Projekt ArcPad MapovaniVSBTU­O.apm si uložte do adresáře, kde máte všechna prostorová data, se kterými budete chtít v projektu pracovat! Všechna pracovní data a projekt musí být v jednom adresáři, ve kterém není používáno další dělení na podadresáře, jinak vám nebude projekt po přenesení do mobilního zařízení fungovat!

Příklad: Data archívu Cviceni10.zip si rozbalíte na disk D:\Cviceni10\Mo­jeCviceni10. Pak soubor projektu musí mít cestu D:\Cviceni10\Mo­jeCviceni10\Ma­povaniVSBTUO.apm.

Prostředí ArcPad lze rozdělit na několik typů nástrojů a funkcí:

  • Hlavní lišta nástrojů funkce pro nastavení projektu, nastavení prostředí programu ArcPad a nastavení komunikace aplikace s GPS přístroji, laserovými dálkoměry a fotoaparátem.
  • Lišta nástrojů PROHLÍŽENÍ DAT jsou nástroje a funkce pro práci s mapovým polem a daty v mapovém poli.
  • Lišta nástrojů EDITACE jsou nástroje pro pořizování a další editaci prostorových dat. A to buď pomoci externího zařízení (GPS, dálkoměr, fotoaparát) nebo pomocí ruční editace.
  • Lišta nástrojů RYCHLE OVLADANI obsahuje volbu symbolů po rychlou tvorbu prvků.
  • Lišta nástrojů NAVIGACE se skládá ze zkratek k různým činnostem z předchozích lišt.

Načítání vektorových a rastrových dat

ArcPad je schopen pracovat jak s vektorovými daty, tak s rastrovými daty. V prostředí ArcPad však můžete editovat pouze vektorová data. V případě, že jste připojení k internetu, můžete do projektu načíst a zobrazit také data poskytovaná mapovými servery.

ArcPad nativně podporuje vektorový formát ESRI shapefile. Dále pak ArcPad podporuje celou řadu rastrových formátu TIF, JPEG, JPEG2000, MrSID, PNG, GIF, BMP, CADRG.

Do ArcPad si načtěte všechna data z archivu Cviceni10.zip, které jste si rozbalili do pracovního adresáře, prostřednictvím tlačítka Přidat vrstvu.


Ovládání mapového okna

Prohlížení mapového okna se provádí pomoci nástrojové lišty Prohlížení dat. K základním nástrojům pro ovládání datového okna aplikace ArcPad patří nástroje:

  • zvětšit, zmenšit
  • posunout
  • pevné zvětšení a pevné zmenšení
  • zvětšit na vrstvu
  • zaostřit na vybrané prvky
  • vycentrovat na GPS
  • přejít na plný rozsah
  • vytvořit záložku, přejít na záložku

Konfigurace prostředí ArcPad

Konfiguraci lze rozdělit na část, která slouží k definici prvků zobrazovaných v okně aplikace a nastavení systémových proměnných aplikace ArcPad. Nastavení je celá řada, níže jsou uvedeny pouze základní položky. Konfigurace se volí z hlavní nástrojové lišty položka Možnosti.

Definice prvků umožňuje aktivovat nebo deaktivovat zobrazení:

  • měřítko
  • posun rámu
  • stavový řádek
  • severka
  • jednotlivé lišty nástrojů

Systémové nastavení:

  • možnosti/Zobra­zení
  • možnosti/Cesty

Rychlý dotaz, výběr geoprvku podle jejich atributů a dotazování kurzorem

V terénu je občas potřeba zjistit informace o vektorových geoprvcích (objektech), které vidíte v mapě. K tomu vám může sloužit několik nástrojů. Ty se liší podle toho, jak se vyhledávání informací zadává a co je výsledkem hledání. Výběry se nacházejí v liště nástrojů Prohlížení dat.

Prvním způsobem vyhledání informací je použití rychlého kurzorového dotazu na objekt Identifikovat. Kliknutím na geoprvek získáte:

  • Soupis všech jeho atributů s jejich hodnotami.
  • Náhled na fotografii nebo obrázek, který je k objektu připojen.
  • Seznam symbolů pro vykreslení geoprvků.
  • Souřadnice jednotlivých vrcholů geoprvku.

Druhý způsob hledání je složitější a používá se v případě, že hledáte konkrétní geoprvek podle určité vlastnosti, například hledáte v Porubském areálu VŠB-TUO budovy z názvem J. Nástroj pro tento výběr se jmenuje Najít. Při jeho použití musíte znát:

  • Vrstvu (soubor) ve kterém se geoprvek nachází.
  • Název atributu geoprvků, který obsahuje hodnoty pro nastavení kritéria.
  • Hodnota atributu pro dosazení do kritéria.

Posledním typem výběrového nástroje je Pokročilý výběr, který slouží k výběru geoprvků kurzorem.


Definování vlastností zobrazování datové vrstvy v projektu ArcPad

Definice vlastností zobrazení prostorových dat má několik důležitých části, které se stávají důležitými obzvláště při použití mobilních počítačů, které mají zpravidla omezeny hardwarový výkon (kapacita paměti, omezenou plochou pro zobrazení a omezený výkon procesoru).

Nejdůležitější vlastnosti tematické vrstvy v prostředí ArcPad jsou:

  • Název vrstvy – ten se nemusí a také většinou neshoduje s názvem datového souboru. Umožňuje srozumitelně pojmenovat vrstvu načtenou v projektu.
  • Popisky – za jakých okolností a jak bude generován popisek v mapě.
  • Symbol – volba symbolu pro zobrazení.
  • Měřítko pro zobrazení prostorových dat – definice mezních měřítek, kdy se má v projektu obsah vrstvy zobrazit.

Vyzkoušejte nastavení referenčních měřítek podle Tabulky 1.

Nastavení vlastností vrstev pro cvičný projekt.

Tabulka 1: Nastavení vlastností vrstev pro cvičný projekt.

Příprava dat pro mapování, tvorba rychlých formulářů

Proces přípravy datové vrstvy se skládá z části, kdy je vytvořen:

  • Shapefile soubor s požadovaným názvem a požadovanými atributy nástroj Otevři Mapu/Nový/Sha­pefile.
  • A z části, kdy je v prostředí ArcPad vytvořeno formulářové rozhraní nad tematickou složkou souboru.

Rozhraní slouží jako filtr, který umožní kontrolovat uživatelem zapisovaný obsah do tematické složky souboru a zabránit tak zápisu nesmyslných hodnot. Zatímco vytvořený shapefile soubor je použitelný ve většině aplikací pro GIS, se samotným formulářem umí pracovat pouze ArcPad.

Možnost vytvořit formulářové rozhraní pro vrstvu je druhý volitelný krok při založení nové vrstvy. Formulář je možné vytvořit i dodatečně k již existujícímu shapefile souboru Otevři Mapu/Nový/Rychlý formulář.

V rámci přípravy dat pro editaci v terénu je dobré provést v prostředí projektu ArcPad také definici symbolů, případně popisků apod.

Vytvořte si rychlý formulář podle Tabulky č. 2.

datový model a číselníky bodové vrstvy křižovatka.

Tabulka 2: datový model a číselníky bodové vrstvy křižovatka.

Mapování a editace bodů

Při mapování bodových objektů můžete k zaznačení polohy mapovaného objektu využít jen myš (popřípadě jiné polohovací zařízení) nebo data z GPS přístroje. Můžete také provádět opravy již zaměřených dat a to ať už se jedná o geometrickou složku dat, nebo atributovou složku mapovaných dat.

Při editaci se postupuje v níže uvedených krocích:

  • Zapnutí editace vybrané vektorové vrstvy v HLAVNÍ liště nástrojů/Tabulka obsahu nebo přímo v Liště nástrojů PROHLÍŽENÍ DAT/Zahájit / Ukončit editaci.
  • Výběr typu geoprvku, který bude zapisován. Lišta nástrojů EDITACE/Bod pro bodovou vrstvu.
  • Buď použití tužky pro zadání polohy nebo použití polohy přečtené z GPS přístroje Lišta nástrojů EDITACE/Sejmout bod GPS.
  • Po zadání polohy doplnění hodnot atributu a potvrzení provedených změn OK.

Poznámka: Při aktivaci editace vrstvy může být jako editovatelná zapnuta vždy jen jedna vrstva daného typu geoprvku (bodová, liniová, polygonová). Více o typech geoprvků ve cvičení ZGIT 3 – Vektorový datový model a vektorová data. Proto v druhém kroku editace stačí provést pouze výběr typů geoprvku a ArcPad bez problémů identifikuje cílovou vrstvu.

Vytvořte si podle postupu uvedeného výše 6 geoprvků reprezentujících křižovatky.

Mapování a editace linií

Probíhá podobně jako při editaci bodu v těchto krocích:

  1. Nastavení režimu editace vybrané vektorové vrstvy v HLAVNÍ liště nástrojů/Tabulka obsahu nebo přímo v Liště nástrojů PROHLÍŽENÍ DAT/Zahájit / Ukončit editaci.
  2. Výběr typu geoprvku, který bude zapisován. Lišta nástrojů EDITACE/Lomená linie (Polygon) pro liniovou (polygonovou vrstvu).
  3. Buď použití tužky pro zadání polohy nebo použití polohy přečtené z GPS přístroje Lišta nástrojů EDITACE/Sejmout lomový bod linie postupně zadat všechny lomové body linie (polygonu).
  4. Po posledním požadovaném bodu ukončit editaci geometrické složky geoprvku pomocí nástroje LIŠTY PŘÍKAZŮ/Přikročit k editaci atributů.
  5. Po zadání polohy, doplnění hodnot atributů a potvrzení provedených změn OK.

ArcPad 10 konfigurace GPS a kontrola

Samotná konfigurace se obecně skládá z několika voleb, které jsou u většiny mapovacích aplikací podobné. Konfiguraci naleznete pod AKTIVOVAT GPS/Nastavení GPS… zde pak na jednotlivých záložkách konfigurujete rozhraní a práci s GPS přístrojem.

První a nejdůležitější položkou je konfigurace sériového portu, kterým proudí data poskytovaná GPS přístrojem záložka GPS. U turistických a navigačních GPS modulů je několik různých komunikačních protokolů. V případě ArcPad jsou podporovány protokoly NMEA 0183 (ten budete používat), SiRF, TSIP , PLGR , Eartmate TM. Standardní parametry pro protokol NMEA 0183 jsou uvedeny níže. Každé zařízení má však vlastní parametry a je nutné je vyhledat v dokumentaci od výrobce.

Pro konfiguraci vašeho zařízení zvolte:

  • Baud rate – 4800.
  • Protokol - NMEA 0183.
  • Port - COMX: u něhož naleznete slovo GPS.

Poznámka: Více informaci o protokolu -NMEA 0183 můžete nalézt ve GPNS cvičení 01 – Datové protokoly a formáty v GNSS. Přesto že parametry komunikace jsou ve standardu NMEA 0183 definované, je dobré se podívat do dokumentace GPS přístroje, co o nastavení uvádí výrobce.

  • Automatické aktivování GPS po spuštění ArcPad vypnout.
  • Zobrazení aktivity GPS ve stavovém řádku nastavte podle osobních preferencí.
  • Automaticky posun zobrazení za pohybujícím se kurzorem GPS pozice zapněte.
  • Záznam obsahu získaných vět NMEA do GPS.log souboru zapněte.

Dalším důležitým parametrem je způsob snímání polohy záložka Vytvořit. GPS přijímače nejnižší třídy předávají počítači data o poloze většinou 1 x za sekundu. Při měření polohy je dobré zvýšit přesnost měření tzv. průměrováním. Možnost průměrování je a jeho parametry je možné nastavit jako jeden z parametrů konfigurace aktivací Umožnit průměrování. Odlišuje se průměrování:

  • pro body a
  • pro lomové body linie

U každého nastavte minimálně hodnotu 10, lze mít i větší. Počítejte s tím, že co sekundu se bude jedna hodnota do průměru započítávat.

Parametry definující podmínky, za kterých budou data naměřená přístrojem GPS zpracována mapovací aplikaci, umožňují filtrovat potenciálně hrubé nepřesnosti ve stanovení polohy, ke kterým může docházet. Nastavení naleznete na záložce Kvalita. K těmto parametrům patří:

  • Nastavení maximálního PDOP pro akceptování měření (7).
  • Nastavení maximální EPE pro akceptování měření (bez nastavení).
  • Akceptování pouze DGPS módu měření (bez nastavení).
  • Akceptování měření pouze 3D módu.

Z hlediska měření GPS je další volba zaměřená na korekci výšky měření záložka GPS výška. V případě měření s GPS přístrojem je výška udávána jako výška antény a geoidu.

Aktivování GPS v ArcPad a kontrola funkčnosti

Aktivování GPS přístroje provedete prostřednictvím symbolu Aktivovat GPS/Aktivovat GPS.

Data získané z GPS přístroje je pak možné zobrazit v okně Aktivovat GPS/Pozice GPS. Popis informací zobrazených v okně pozice GPS naleznete v referenční příručce pro ArcPad .

Kontrolu datového toku, který je získáván z GPS přístroje zobrazíte kliknutím na tlačítko Aktivovat GPS/POZICE GPS/Ladění GPS.


Samostatný úkol – příprava pro terénní mapování

Do příštího cvičení si každá skupina samostatně připraví projekt pro terénní mapování . Vaším úkolem je připravit projekt pro mapování, v němž budou vytvořeny tři shapefily a k nim rychlý formulář. Strukturu shapefilu, atributů a rychlého formuláře vytvořte podle Tabulek 3-6, které jsou uvedeny níže.

Vytvořte tedy:

  • Projekt pro mapování (jako základ můžete použít již připravený projekt ve Cviceni10_VZOR­.zip), který nahrajete do mapovacího zařízení.
  • Shapefile pro linie komunikace parkoviště včetně rychlého formuláře s navrženými atributy a integritními omezeními, který se bude jmenovat Osakom.shp. Datový model pro tuto vrstvu je uveden v tabulce 3 a 4.
  • Shapefile pro jednotlivá parkovací stání na parkovišti včetně rychlého formuláře s navrženými atributy a integritními omezeními, který se bude jmenovat Parkst.shp. Datový model pro tuto vrstvu je uveden v tabulce 5.
  • Shapefile pro půdorys parkoviště včetně rychlého formuláře s navrženými atributy a integritními omezeními, který se bude jmenovat Parkhra.shp. Datový model pro tuto vrstvu je uveden v tabulce 6.

Doporučení: Při přípravě projektu nezapomeňte na omezený výkon kapesních a polních počítačů a omezte/zvolte počet zobrazovaných vrstev, případně si ponechte pouze rastrový obrázek.

datový model liniové vrstvy os komunikací. Soubor je již součásti archívu, pro práci jen vytvořte rychlý formulář k vrstvě (OSAKOM).

Tabulka 3: datový model liniové vrstvy os komunikací. Soubor je již součásti archívu, pro práci jen vytvořte rychlý formulář k vrstvě (OSAKOM).

číselníky liniové vrstvy os komunikace.

Tabulka 4: číselníky liniové vrstvy os komunikace.

datový model bodové vrstvy středu parkovacích stání.

Tabulka 5: datový model bodové vrstvy středu parkovacích stání.

TypStaní: Běžné, ZTP, Vyhrazené, Jiné

datový model polygonové vrstvy hranic bloků parkovacích ploch s více než jedním stáním.

Tabulka 6: datový model polygonové vrstvy hranic bloků parkovacích ploch s více než jedním stáním.

Rezim: Veřejné, placené VŠB, Placené jiné, Jiné

Náplň webu: Pavel Švec (pavel.svec1@vsb.cz) web design: Václav Kostka (kos416@vsb.cz)