Cvičení z předmětu Geoinformační technologie
Cíle cvičení:
Data pro cvičení
Úkoly:
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:
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:
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:
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:
Systémové nastavení:
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:
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:
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:
Vyzkoušejte nastavení referenčních měřítek podle Tabulky 1.
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:
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.
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:
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:
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:
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.
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:
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:
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:
Doporučení: Při přípravě projektu nezapomeňte na omezený výkon kapesních a polních počítačů a omezte/zvolte počet zobrazovaných vrstev, případně si ponechte pouze rastrový obrázek.
Tabulka 3: datový model liniové vrstvy os komunikací. Soubor je již součásti archívu, pro práci jen vytvořte rychlý formulář k vrstvě (OSAKOM).
Tabulka 4: číselníky liniové vrstvy os komunikace.
Tabulka 5: datový model bodové vrstvy středu parkovacích stání.
TypStaní: Běžné, ZTP, Vyhrazené, Jiné
Tabulka 6: datový model polygonové vrstvy hranic bloků parkovacích ploch s více než jedním stáním.
Rezim: Veřejné, placené VŠB, Placené jiné, Jiné