Mapování porubského areálu VŠB-TU Ostrava
description
Transcript of Mapování porubského areálu VŠB-TU Ostrava
VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA
OSTRAVA
Hornicko-geologická fakulta
Institut geoinformatiky
MAPOVÁNÍ PORUBSKÉHO AREÁLU VŠB-TUO
Semestrální projekt
Mária Bárdyová a Roman Ožana
OSTRAVA 2005
1
Obsah
OBSAH 1
SEZNAM ZKRATEK 5
SEZNAM OBRÁZKŮ 5
SEZNAM TABULEK 6
SEZNAM VZORCŮ 6
1 ÚVOD 7
2 ZADÁNÍ 8
3 ÚVOD DO PROBLEMATIKY 9
3.1 Globální družicové navigační systémy 9
3.1.1 Kódové měření 9
3.1.2 Fázové měření 10
3.1.3 Obecná struktura GNPSS 10
3.1.4 Faktory ovlivňující měření polohy 11
3.1.5 Eliminace chyb měření 11
3.1.6 Referenční stanice 12
3.2 Metóda měření GPS RTK 12
3.2.1 Poskytování korekcí prostřednictvím protokolu NTRIP 13
3.2.2 Popis používané referenční stanice 15
4 VSTUPNÍ DATA 17
4.1 Geodetické polohopisní měření 17
4.2 Mapování vegetace areálu VŠB-TUO 17
2
5 POUŢÍVANÉ HARDWAROVÉ VYBAVENÍ 21
5.1 Měřící aparatura Topcon HiPer GD 21
5.2 Datový kontrolér FC100 23
5.3 Modem pro spojení se sítí Internet 24
6 POUŢÍVANÉ SOFTWAROVÉ VYBAVENÍ 25
6.1 TopSURV 5.11.01 25
6.2 TopLink 5.11.01 25
6.3 Occupation Planning 25
6.4 ArcGIS 9.1 25
6.5 Photomodeler Pro 26
6.6 Google SketchUp FREE 26
7 POSTUP PRÁCE 27
7.1 Prozkoumání zájmové oblasti 27
7.2 Tvorba datového slovníku 27
7.2.1 ER diagram datového slovníku 27
7.2.2 Seznam mapovaných vrstev 28
7.3 Vytvoření transformačního klíče 29
7.3.1 Postup vytváření lokálního transformačního klíče 29
7.3.2 Tvorba lokálního transformačního klíče v programu TopSurv 31
7.3.3 Přesnost transformačního klíč 32
7.4 Příprava mapování 33
7.4.1 Program pro plánování observace družic 33
7.5 Mapování metodou GPS RTK 34
7.5.1 Používané vybavení 34
3
7.5.2 Nastavení projektu 34
7.5.3 Zprovoznění měřící aparatury 36
7.5.4 Vlastní měření 37
7.5.5 Spolupráce s předmětem GNPS 38
7.6 Zpracování dat 39
7.6.1 Import dat ze zařízení 39
7.6.2 Používané výstupní formáty 40
7.6.3 Úprava a uložení prostorových dat 41
7.7 Problémy při měřeni 41
7.7.1 Problém: Nemožnost určení polohy 41
7.7.2 Řešení problému 41
7.7.3 Problém: Nechtěné restartování kontroleru FC100 41
7.7.4 Řešení problému 41
7.7.5 Problém: Nefunkční komunikace GPS přijímače a kontroleru 42
7.7.6 Řešení problému 42
7.7.7 Problém : Chyba připojení k internetu 43
7.7.8 Řešení problému 43
7.7.9 Chyba komunikace zařízení přes Bluetooth 43
7.7.10 Řešení problému 43
7.7.11 Problém: Chyba příjem korekcí 44
7.7.12 Řešení chyba 44
7.7.13 Chyby programu TopSurv PC 44
7.7.14 Chyby programu TopSurv CE 44
7.7.15 Chyby programu TopLink 44
8 OVĚŘENÍ TVORBY 3D MODELU MAPOVANÝCH OBJEKTŮ 45
8.1.1 Fotogrammetrická metoda pořízení modelu 45
8.1.2 Metoda přímým odměřováním rozměrů 46
9 ZÁVĚR 48
ADRESÁŘOVÁ STRUKTURA PŘÍLOH 49
4
POUŢITÉ ZDROJE 50
5
Seznam zkratek
CZEPOS Česká síť permanentních stanic pro určování polohy
ČUZK Český úřad zememěřický a katastrální
GIS Geografický informační systém
GLONASS Global Navigation Satellite Systém
GNSS Global Navigation Satellite System
GPS Globální polohový systém
HTTP Hyper Text Transfer Protocol
MGIT Mobilní geoinformační technologie
NMEA National Marine Educators Association
NTRIP Networked Transport of RTCM via Internet Protocol
RTCM The Radio Technical Commision for Maritime Services
RTK Real Time Kinematics
S-JTSK Systém jednotní trigonometrické sítě katastrální
VESOG Výzkumná a experimentální síť pro observace s GDNS
VŠB-TUO Vysoká Škola Báňská Technická Univerzita Ostrava
WGS-84 Word Geodetic Systém - 1984
XML Extensible Markup Language
ZHB Zhušťovací bod
Seznam obrázků
Obr. 1. Ukázka rozmístění družíc GPS na orbitě [landher]
9
Obr. 2. UML diagram spolupráce zobrazujúci princí RTK měřenia. 13
Obr. 3 – Struktura systému popsaného protokolem Ntrip [han] 14
Obr. 4. - Referenční stanice VSBO [vesog] 15
Obr. 5 – Ukázka rozsahu dat nedokončeného mapování vegetace v areálu VŠB 19
Obr. 6 - Přijímač HiPer GD 21
Obr. 7 – Ukázka polohy vybraných bodů pro transformaci. 31
Obr. 8 – Ukázka zadávání identického bodu 32
Obr. 9 – Ukázka programu Occupation Planning 33
Obr. 10. – Rozdělení mapované oblasti 38
Obr. 11– TopLink 5.11 – vybrání příkazu Import from device… 40
6
Obr. 12- „Teplý“ restart datového kontroleru 42
Obr. 13– Ukázka modelu lavičky vytvořeném v Google SketchUp Free 47
Seznam tabulek
Tab. 1. - Súradnice referenčnej stanice VSBO. 15
Tab. 2 - Základní informace o datech měřených geodeticky 17
Tab. 3 - Tabulka použitých vrste 17
Tab. 4 - Pravidla zařazování vegetace do jednotlivých vrstev, seznam vrstev 20
Tab. 5. – Technické parametre přiača HiPer 22
Tab. 6.- Parametre dátového záznamníka 23
Tab. 7 - Tabulka pořizovaných vrstev 29
Tab. 8 - Seznam bodů se souřadnicemi pro transformaci 30
Tab. 9 - Přesnost transformace 33
Tab. 10 – Nastavení parametrů pro měření 36
Tab. 11 – Počet mapovaných objektů 49
Seznam vzorců
Vzorec pro výpočet vzdálenosti mezi přijímačem a družicí [1]
7
1 Úvod
Jednou z pokrokových metod jak získat rychle a efektivně prostorová data je metoda
využívající družicových navigačních systémů. Touto metodou je možné určit relativně přesně
polohu objektů na povrchu Země.
Za dobu aktivního využívání metody družicové navigace byla vypracována celá řada
metod, jak určenou polohu zpřesnit. Pokud využijeme zpřesňujících metod je možné
dosáhnout přesnosti využitelné i v mapách malého měřítka.
První zpřesňující metody byly statické. Výpočet zpřesněné polohy se prováděl
dodatečně. Později byly vyvinuty dynamické metody, které umožňují získat zpřesněnou
polohu přímo v terénu. Zpřesněná poloha je navíc získána v reálném čase.
Obě tyto metody jsou aktivně využívány avšak v našem případě bylo výhodnější
využít dynamickou metodu.
8
2 Zadání
Projekt je zaměřen na mapování všech statických objektů v areálu VŠB-TU Ostrava,
kterých prostorová lokalizace dosud nebyla zaznamenána. Navazuje na předešlý projekt
s názvem Mapování vegetace v areálu VŠB-TU Ostrava.
Statickým objektem jsou myšleny:
objekty inženýrských sítí
dopravní, orientační a turistické značky
odpadkové koše a kontejnery
lavičky
lampy veřejného osvětlení
zastávky městské hromadné dopravy
plochy jednotlivých parkovacích míst
polohy solitérních stromů a keřů
polohy souvislého porostů stromů a keřů
nezařaditelné jedinečné objekty, pevně spojené se zemí
Mapování bude prováděno pomocí měřící aparatury GPS od firmy Topcon (GPS
Hyper GD s datovým kontrolérem FC 100). Pro měření výšek objektů bude použit laserový
dálkoměr Impulse LR.
Pro pozdější vizualizaci získaných dat bude ověřena metoda tvorby 3D modelu
objektu, za tímto účelem je nutné pořídit fotodokumentaci jednotlivých typů objektů.
Projekt dále zahrnuje tyto dílčí úkoly:
1. Seznámení se s obsluhou používaných přístrojů
2. Tvorba lokálního transformačního klíče
3. Příprava dat pro prezentaci na webu
4. Pořízení nezbytných podkladů pro tvorbu 3D modelů objektů
9
3 Úvod do problematiky
3.1 Globální druţicové navigační systémy
Globální navigační družicové systémy jsou tvořeny systémy GPS a GLONASS,
které byly primárně koncipované jako navigační systémy pro vojenské účely. Časem se začalo
rozšiřovat i jejich civilní užití, hlavně pro účely navigace a mapování.
Jedná se o družicový pasivní dálkoměrný systém, který umožňuje určení polohy
v trojrozměrném prostoru spolu s přesným časem. Přijímač určuje vzdálenost k přímo
viditelným družicím. Určování vzdálenosti je prováděny na základě třech základních způsobů
měření:
kódové měření
fázové měření
dopplerovská měření
Pokud známe parametry oběžných drah družic, je možné určit polohu měřeného
objektu, na základě protnutím naměřených vzdáleností k jednotlivým viditelným družicím.
Při určování vzdálenosti se jedná jenom o pseudovzdálenosti. Stanovení času přechodu
signálu je zatíženo chybou hodin přijímače, které nejsou zcela synchronní se systémovým
časem GNSS.
Obr. 1. Ukázka rozmístění družíc GPS na orbitě [landher]
3.1.1 Kódové měření
Základním principem kódových měření je určování vzdáleností mezi přijímačem a
10
družicemi. Běžně se k tomuto účelu využívají tzv. dálkoměrné kódy vysílané
jednotlivými družicemi. Dálkoměrné kódy jsou zjednodušeně řečeno přesné časové značky,
umožňující přijímači určit čas, kdy byla odvysílána kterákoliv část signálu vysílaného družicí.
Přijímač pracuje tak, že ve vstupním signálu, přicházejícím z antény, identifikuje dálkoměrný
kód příslušné družice, zjistí čas odeslání a přijetí jedné sekvence kódu a ze zjištěného
časového rozdílu Δti určí vzdálenost mezi přijímačem a družicí di dle jednoduchého vztahu.
[L1]
ctd ii . [1]
Kde:
di vzdálenost
Δti časový rozdíl
c rychlost světla
3.1.2 Fázové měření
Fázová měření jsou založena na odlišném principu. Vůbec nepracují s dálkoměrnými
kódy, nýbrž zpracovávají vlastní nosné vlny. Zjednodušeně řečeno lze říct, že při fázových
měřeních přijímač spočítá počet vlnových délek nosné vlny, nacházejících se mezi
přijímačem a družicí. Tento počet se skládá jednak z celočíselného násobku nosných vln
(který se dost obtížně určuje) a jednak z desetinné části, kterou je přijímač naopak schopen
určit relativně velmi přesně. [L1]
3.1.3 Obecná struktura GNPSS
Obecně se skládají Globální navigační a polohové satelitní systémy (GNPSS) ze tří
segmentů.
Kosmického segmentu
Řídícího segmentu
Uživatelského segmentu
3.1.4 Popis struktury GPS NAVSTAR
Kosmický segment
Kosmický segment se skládá ze soustavy družíc umístněných na přesně
definovaných oběžných drahách. Jednotlivé družice vysílají radiové signály.
Tyto signály jsou vysílány na nosné frekvenci L1 a L2, na kterých jsou
modulované dálkoměrné kódy C/A a P (případně jeho šifrovaná podoba Y
kód). Dále je na těchto frekvencích přenášena tzv. navigační zpráva, jejíž
11
základním rámcem jsou efemeridy obsahující přesné parametry oběžné dráhy
družic.
Řídicí segment
Řídící segment se skládá ze soustavy stanic umístněných na zemském povrchu.
Stanice slouží k monitorování správného chodu družíc, vyhodnocování
přijatých signálů, určování chyb hodin družíc a přesných parametrů oběžných
drah, ke komunikaci a ovládání družíc. Hlavní řídící stanice se stará o řízení
celého systému.
Uživatelský segment
Využívá signály, vysílané GPS družicemi. Nejdůležitější částí uživatelského
segmentu je přijímač, který je schopen určit svoji polohu, přesný čas a
rychlostí pohybu.
3.1.5 Faktory ovlivňující měření polohy pomocí GPS NAVSTAR
Přesnost měření je ovlivněno mnoha faktory:
řízením přístupu k signálům z družíc, který je výhradně v rukách Ministerstva
obrany USA
„zdravotním“ stavem družíc
interferencí měřených signálů
počtem viditelných družíc, jedná se o dostupnost signálu přičemž minimální
počet pro určení všech čtyř souřadnic jsou čtyři družice
geometrickým rozmístněním viditelných družic, indikátorem vhodnosti
uspořádaní družíc jsou parametry DOP
typ přijímače a způsob určení pseudovzdálenosti
naplánováním doby a přípravou měření
přesnost určení efemerid
přesnost hodin přijímače i na družicích
vplyv ionosféry a troposféry
3.1.6 Eliminace chyb měření
Pro zkvalitnění výsledků určování polohy, zejména pro eliminaci chyb způsobených
zemskou atmosférou a odstranění nepřesností ze selektivní dostupnosti, byly zavedeny
metody zpřesnění:
průměrkování dlouhodobě měřených dat
12
používanější diferenční měření
Diferenční měření využívá diferenční korekce. Tyto korekce jsou pravidelně
poskytována referenčními stanicemi.
3.1.7 Referenční stanice
Je měřící stanice pevně stabilizované a umístněné na bode o známých souřadnicích. Je
vybavena GPS přijímačem (z třídy geodetických přístrojů). Korekce jsou vyhodnocována
porovnáním známých a aktuálně naměřených hodnot. Může jít o korekce polohy, kde se
určuje přímo rozdíl v poloze pro sledovanou čtveřici družíc anebo korekce zdánlivých
vzdáleností, tady se počítá rozdíl vzdálenosti pro každou družici zvlášť.
V současné době dochází k neustálým technickým a funkčním zlepšením těchto
systémů. Postupně se buduje i třetí družicový systém – evropský Galileo, který bude sloužit
výhradně pro civilní účely a přináší i nové služby.
3.2 Metóda měření GPS RTK
Je metoda, která umožňuje získat přesnou polohu (souřadnice) přímo v terén v
reálném čase. Metoda je postavena na fázových měřeních pomoci GPS přijímače, které
kombinuje s příjmem korekcí z referenční stanice (tzv. base).
Referenční stanice přijímá signál z GPS družic, výsledky měření přenáší pomoci
komunikačního kanálu k pohyblivé stanici. Korekce jsou použity pro zpřesnění určení polohy
pohyblivé měřící stanice (tzv. rover).
Pro vzájemné spojení referenční stanice a pohyblivé stanice je potřeba vytvořit stály
komunikační kanál, který umožňuje přenos dat. K tomu je možno využít různých
přenosových medii (bezdrátové datové sítě, mobilní telefony). Přenos je uskutečněn pomoci
přenosového protokolu RTCM SC-104.
Přenosná stanice dokáže přijímat data naměřené referenční stanicí, tyto data přijímač
dokáže zpracovat a vyhodnotit přesnou polohu. Frekvence generování korekcí se udává
přibližně dvacetkrát za sekundu, záleží na požadované výsledné přesnosti měření a na
vlastnostech přenosového media.
Podmínkou správného použití je, aby referenční stanice i pohyblivá aparatura
přijímaly signály ze stejných družic a ve jejich vzájemném stejném rozmístnění, doporučuje
se viditelnost na osem družíc, minimální vhodný počet je šest.
Princip metody měření RTK je schematicky znázorněn na obrázku:
13
cd Princíp RTK merania
Merač
Meracia
aparatúra
Družice
Referenčná
stanica
Operačné
centrum
Modem (mobil)
1.1: urči polohu
1.4: pošli korekcie
1.6: určené korekcie
1.5: skontroluj polohu a vypočítaj korekcie
1.2: určená poloha
1.3: pošli korekcie
1.7: aplikuj korekcie
1.8: určená poloha
Obr. 2. UML diagram spolupráce zobrazujúci princí RTK měřenia.
Spustí se měření, družice posílá signály, které jsou přijímané měřící aparaturou u
uživatele i na referenční stanici, údaje naměřené na stanici se zpracují v operačním centru,
který je vyhodnotí a poskytne pro přenos uživatelům, kde se v přijímači aplikují korekce a ve
výsledku máme přesněji určenou polohu měřeného bodu.
3.2.1 Poskytování korekcí prostřednictvím protokolu NTRIP
Korekce jsou přenášené přes internet, komunikační obálka dat je ve formátu NTRIP.
14
Obr. 3 – Struktura systému popsaného protokolem Ntrip [han]
Popis jednotlivých součástí protokolu NTRIP:
NTRIP source – zdroj korekcí (dat)
generátor datových toků ve formáte RTCM (přijímač referenční stanice)
NTRIP server
odesílá RTCM data do NTRIP casteru (staniční počítač)
NTRIP caster
instalovaný na operačním centru. Rozeznává na základě zpráv zasílaných
prostřednictvím protokolu HTTP zde se jedná o:
o NTRIP Server – příjem dat
o NTRIP Klient – odesílání dat
NTRIP klient
program na straně uživatele, který umožňuje napojení na caster pro příjem dat,
přiděluje se přihlašovací jméno a heslo
Námi využívané korekce odpovídají standardu RTCM SC104 (verze 2.3). Jsou
poskytované přímo z referenční stanice VSBO prostřednictvím casteru kokos.vsb.cz (caster
provozuje VŠB-TUO). Nebo je možné korekce přijímat prostřednictvím hlavního operačního
centra VESOG (caster VESOG bude používán jako záložní v případě nefunkčnosti
předešlého).
15
3.2.2 Popis používané referenční stanice
Referenční stanice VSBO je umístněná na budově A vysoké školy. Její výběr byl
podmíněn tým, že se nachází v bezprostřední blízkosti námi mapované oblasti. Blízkost
referenční stanice je jednou z podmínek použitelnosti korekcí. Provozování této stanice má na
starosti institut Geoinformatiky VŠB-TUO.
Referenční stanice byla vybudovaná v rámci výzkumní a experimentální sítě stanic pro
observace s GNPSS (VESOG) pro výukové a výzkumné účely a je také součástí sítě českých
referenčních stanic CZEPOS.
Obr. 4. - Referenční stanice VSBO [vesog]
V následující tabulce jsou uvedeny základní údaje o referenční stanici VSBO.
ETRF89
Y = 1 285 051.10 m
X = 3 916 836 m
S-JTSK
Y = 479 133.84 m
X = 1 101 052.05 m
Nadmorská výška h = 298.15 m.n.m
Zemepisné súradnice
Φ = 18°09´55´´
λ = 49°50´03´´
Tab. 1. - Súradnice referenčnej stanice VSBO.
Observace signálů jsou prováděna dvoufrekvenčním geodetickým GPS přijímačem.
Data jsou zaznamenávána do archívu v intervalu 30 sekund ve formátu RINEX, popřípadě
v intervalu jedna sekunda pro potřeby měření v reálném čase (RTK).
16
17
4 Vstupní data
4.1 Geodetické polohopisní měření
Data z geodetického polohopisného měření byly použita jako podkladová data
k našemu měření v terénu. Po úpravě těchto budou tato data využita pro prezentaci školy.
Data, získána na základě spolupráce s Institutem geodézie a důlního měřictví, byla vytvářena
v rámci disertační práce Ing. Böhmové Dagmar: Aktualizace digitální mapy areálu VŠB-TUO.
V následující tabulkách jsou uvedeny nejdůležitější údaje o dodaných datech:
Autor zaměření Ing. Böhmová Dagmar
Způsob měření Geodetickým měřením pomocí totální stanice
Rok zaměření 2002
Třída přesnosti 3. třída (0.08 - 0.14 m)
Dostupné Formáty dat DXF VYK
Shape File (Personal Geodatabase)
Prostorový referenční systém, přímé planární S-JTSK
Prostorový referenční systém, přímé výškové výškový systém baltský - po vyrovnání
Cena Pro školní účely zdarma
Tab. 2 - Základní informace o datech měřených geodeticky
Popis Název vrstvy Komentář
Polohopis polohopis.shp Obsahuje množinu geoprvků, které spolu logicky nesouvisí, ale charakterizují prvky v krajině a tvořily
tak nejdůležitější podklad k mapování.
Parkoviště parkoviste.shp Polygonová vrstva obsahující hraniční obvody
parkovišť v areálu školy
Osvětlení osvetleni.shp Bodová vrstva veřejného osvětlení. Jej prostorovou
informaci jsme doplnili naši vrstvu Bod_Lampa.
Tab. 3 - Tabulka použitých vrstev ShapeFile
4.2 Mapování vegetace areálu VŠB-TUO
Data mapování vegetace byla vytvořena v rámci semestrálního projektu v roce 2005.
Mapování vegetace se prováděli tito studenti:
Jan Kucharczyk
Tomáš Minarčík
Petr Musial
18
Při mapování vegetace, v roce 2005, byl použit laserový dálkoměr (IMPULSE-LR),
elektronický úhloměr. Popis používané technologií, zařízení a pracovních postupů se nachází
v dokumentu Projekt_vegetace.doc, dokument je uložen mezi přílohami v adresáři
mapovani_vegetace.
Projekt byl nedokončen. Naším úkolem bylo dokončit datovou sadu, zkontrolovat a
aktualizovat všechny vytvářené vrstvy. Jedním s požadavků bylo dodržení datového slovníku,
který byl používán při mapování vegetace v roce 2005 (použitý datový slovník je součástí
příloh v dokumentu mapovani_vegetace/Datový slovník.doc). Data chyběla zejména v oblasti
areálu kolejí, jak je možné pozorovat na následující mapce.
19
Obr. 5 – Ukázka rozsahu získaných dat z nedokončeného mapování vegetace v areálu VŠB
Jednotlivé mapovány jsou, v rámci mapování vegetace v areálu VŠB jsou uvedeny
v následující tabulce.
Název vrstvy Stručný popis Pravidla zařazování vegetace do jednotlivých vrstev
Bod_Strom Solitérní stromy Strom osamocený (soliter).
Menší skupiny stromů pokud zaměření jednotlivých stromů vyžaduje menší počet bodů než jaký by vyžadovalo zmapování této skupiny jako polygonu. (pro více než čtyři stromy je vhodnější zařadit do Porost_Stromy)
20
Zákonem chráněné a památné stromy.
Bod_Ker Solitérní keře Keře o rozloze menší než cca 4 m2 (brán je kolmý
průmět krajních větví do vodorovné roviny).
Keř uprostřed porostu keřů jiného druhu než jsou okolní keře.
Poly_Strom Souvislý porost stromů Souvislý porost stromů stejného typu. Potom název porostu představuje název tohoto druhu stromů.
V případě rozsáhlého souvislého porostu, kde se vyskytují v hojném počtu stromy (nebo i keře) více druhů. V tomto případě se do atributu Typ zapíše hodnota Smíšený. Atribut Druh_cs a tedy i atribut Druh_lat v tomto případě představuje převládající druh a do poznámky je umístěn výčet ostatních vyskytujících se druhů (v závislosti na tom jestli lze určit převládající druh).
Poly_Ker Souvislý porost keřů Souvislé porosty tvořené výhradně keři o rozloze větší než cca 4 m
2 .
Tab. 4 - Pravidla zařazování vegetace do jednotlivých vrstev, seznam vrstev
21
5 Pouţívané hardwarové vybavení
5.1 Měřící aparatura Topcon HiPer GD
Přístroj HiPer GD od firmy Topcon Positioning Systems je dvoufrekvenční GPS+
přijímač, je multifunkční aparaturou s mnohostrannými využitími.
Aparatura HiPer GD může přijímat a zpracovávat signály L1 a L2, což znamená
zlepšení přesnosti měření a polohy bodů. Umožňuje přijímat signály ze satelitů GPS i signály
GLONASS.
Obr. 6 - Přijímač HiPer GD
Funkce:
technologie Co-Op Tracking, umožňující udržení satelitů v zorném poli za
podmínek zhoršené viditelnosti
redukce vedlejších odrazů
potlačení vnitropásmové interference
příjem diferenciálních korekcí
nastavení parametrů fázového zakličování smyčky PLL (phase locked loop) a
zakličování zpoždění smyčky DLL (delay lock loop)
dvoufrekvenční statické, kinematické, kinematické v reálném čase (RTK) a
diferenciální (DGPS) módy měření.
automatický záznam dat
nastavení různých úhlů elevační masky
nastavení různých měřických parametrů
statické, nebo dynamické módy
22
Parametry GPS Topcon HiPer GD
40 přijímacích kanálů integrovaných v čipe Paradigm
Vestavěný MINTER interface
Parametry sledování
Sledovací kanál 40 L1 kanálů, 20 L1+L2 kanálů GPS (volitelné)
Sledované signály L1/L2 C/A a P kód a nosná
Výkonové parametry
Přesnost vektoru Hor. 3 mm+1 ppm pro L1+L2, 5 mm+1.5 ppm pro L1
Ver. 5 mm+1 ppm pro L1+L2, 6 mm+1.5 ppm pro L1
Přesnost RTK Hor.10 mm+1.5 ppm pro L1+L2, 15 mm+2 ppm pro L1
Ver. 15 mm+1.5 ppm pro L1+L2, 20mm+2 ppm pro L1
Studený/Teplý start < 60 vteřin / < 10 vteřin
Reacquisition < 1 vteřina
Napájení
Baterie 1 x externí (max. 2 porty)
Externí napájení 6 až 28 voltů stejnosměrných
Spotřeba 1.8 - 2.4 Wat
Provozní podmínky
Obal Lisovaný hliník - robustní a vodotěsný
Skladovací teplota -40°C to +75°C
Provozní teplota -40°C do +55°C
Rozměry 15 x 11 x 3.5 H
Váha (kg) 0.4
Parametry GNSS antény
GPS/GLONASS anténa Externí
Typ anténa Microstrip (Zero-Centered)
Základ antény Anténa na rovné desce nebo na tlumícím prstenci
I/O
Komunikační porty 2xseriový (RS232) max.4
Další I/O signály 1pps, Event Marker, Frekvenční výstup, Frekvenční vstup
Indikátor stavu 2x3 barevné-LED, dvě funkční klávesy (MINTER)
Řídící a zobraz. Jednotka Externí : TDS Ranger , CompaQ a jiné
Paměť a registrace
Vnitřní paměť Až 96 Mbyte
Záznam surových dat Až 20 krát za vteřinu
Typ dat Kód a nosná L1 a L2, GPS a GLONASS
Datovy typ
Real Time datové výstupy RTCM SC104 verze 2.2
ASCII NMEA 0183 verze 2.3
Tab. 5. – Technické parametre přiača HiPer
23
5.2 Datový kontrolér FC100
Jedná se o mobilní záznamník, jenž je v terénu využíván pro práci s naměřenýma a
podkladovýma daty. Po propojení s měřící aparaturou, byly využity pro měření jako tzv.
„rover“- pohyblivý přijímač.
Obr. 7 – Datový kontroler FC 100
Záznamník pak sloužil především pro konfiguraci jednotlivých spojení s periferním
zařízením měřící aparatury a ovládaní průběhu celého měření.
Operační systém Microsoft Windows CE.NET 4.2
Paměť 64 MB RAM
64 MB/128 MB flash disk
Mikroprocesor Xscale PXA 255
Taktování mikroprocesoru 400 MHz
Displej 240 x 320 QVGA
Dotykový displej
Datové rozhraní
RS-232C sériový port (D-sub 9)
USB(Rev1.1)(Mini-B)
Compact flash (Typ l/II)
SD paměťová karta
Zvukové rozhraní
Pracovní teplota -20°C až +50°C
Pracovní čas 20 hodin (normální používaní)
Rozměry 182 x 103 x 59 mm
Hmotnost přístroje 0,6 kg
Tab. 6.- Parametre datového záznamníku
24
5.3 Modem pro spojení se sítí Internet
Jako GPRS modem sloužil mobilní telefony
SONY ERICSON T68i - GPRS modem třída 8 (4/1)
popřípadě NOKIA 6670 - GPRS modem třída 6 (3/2)
Pro komunikaci kontroleru s telefonem bylo využíváno Bluetooth rozhraní.
25
6 Pouţívané softwarové vybavení
6.1 TopSURV 5.11.01
Pro všechny Topcon totální stanice a GPS byl vyvinutý programový balík TopSURV.
Tento programový prostředek sloužil pro řízení průběhu celého mapování, kdy jsme jej
využívali pro vkládání, zobrazování a editaci všech dat přímo v terénu. Zajišťoval poměrně
pohodlnou práci s těmito daty, či poskytoval další důležité funkce jako bylo poskytování
informací o stavu a použitelnosti všech družic pro dané měření jejichž signál byl schopen
přijímat. Další nutností pro naše měření s tímto přístrojem byl příjem RTK korekcí, i zde
program TopSURV obsahoval uživatelsky přívětivé nástroje pro výběr NTRIP casteru či
zobrazování informací o přijímaných korekcích.
6.2 TopLink 5.11.01
Programový produkt pro zpracování naměřených dat, jedná se zejména o import a
export dát do dátového záznamníku a jejich převod do specifických formátov.
6.3 Occupation Planning
Plánovací software nabízený od Topcon Positioning Systems. Jeho využítí je popsáno
v kapitole Příprava mapování.
6.4 ArcGIS 9.1
Výrobcem tohoto software je firma ESRI – světový tvůrce programových řešení pro
geografické informační systémy.
ArcGIS Desktop je k dispozici ve třech úrovních (tj. licencích): ArcView, ArcEditor
a ArcInfo, které se liší různou úrovní funkcionality. ArcGIS tvoří integrovaná sada produktů
pro tvorbu komplexního geografického informačního systému. Zaměřuje se zejména na
zpracování prostorových dat (geoprocesing), 3D vizualizaci, kartografii, interoperabilitu a
infrastrukturu GIS.
Používali sme modul ArcMap pro zobrazování, editaci a úpravu naměřených dat a
modul ArcCatalog pro transformaci a správu.
26
6.5 Photomodeler Pro
Photomodeler Pro je software pro vyhodnocování trojrozměrných modelů na základe
fotografických snímků a k provádění kalibraci použitých fotografických aparatur.
6.6 Google SketchUp FREE
Programový nástroj pro vytváření texturovaných prostorových modelů. Ve verzi
SketchUp PRO umožňuje export do souborů typu: DWG, DXF, VRML, OBJ a import
modelů do prostředí programu ArcGIS 3D Analyst pomoci pluginu SketchUp ArcGIS Plugin.
27
7 Postup práce
7.1 Prozkoumání zájmové oblasti
Důležitou částí každé mapovací činnosti je rekognoskace terénu. Bylo za potřeby
prozkoumat zájmovou oblast, jej rozsah a podmínky pro měření GPS přijímačem. Stanovit
objekty, které budou předmětem mapování a dále definovat předběžné složky atributové časti
dát, která se bude podle potřeby doplňovat.
7.2 Tvorba datového slovníku
Při předběžném průzkumu jsme v terénu bylo zjištěno, že v areálu VŠB-TUO se
nachází množství jedinečných objektů. Převážná část objektů byla bodového charakteru. Bylo
nutné sloučit podobné objekty do jednotlivých tříd. Tyto objekty pak představovali základ pro
jednotlivé vrstvy.
Na počátku projektu nám byla dodána data z nedokončeného mapování vegetace
včetně použitých datových slovníků. Tento datový slovník bylo nutné dodržet a plynule tak
navázat na již pořízená data. Tato data jsou popsána v kapitole 3.2 Mapování vegetace areálu
VŠB-TUO.
Jelikož jsme předpokládali časté změny a úpravy datového slovníku, rozhodli jsme se
využít pro jeho uložení databázový systém. Ten je pro tento účel velmi vhodný, protože
poskytuje komplexní náhled na mapované dat a dovoluje uložit různé pomocné popisné data
k jednotlivým atributům a vrstvám přehlednou formou.
7.2.1 ER diagram datového slovníku
Databáze datového slovníku obsahuje celkem čtyři tabulky. Tabulka vrstva uchovává
seznam mapovaných vrstev, na tuto tabulku navazuje seznam atributů pro jednotlivé vrstvy,
tabulka atribut. K jednotlivým atributům mohou být přiřazeny domény (tabulka domena). A
tyto domény obsahují seznamy hodnot (tabulka seznamzhodnot).
28
Obr.1– ER diagram datového slovníku
7.2.2 Seznam mapovaných vrstev
ID Název vrstvy Geometrie Z Hodnota Poznámka
6 Bod_IngSite Bodová ano Objekty inženýrských sítí
1 Bod_Ker Bodová ano Solitérní keř
4 Bod_Kos Bodová ano Odpadkové koše a kontejnery
2 Bod_Lampa Bodová ano Pouliční lampy
5 Bod_Lavicka Bodová ano Lavičky
8 Bod_Objekt Bodová ano Nezařaditelné jedinečné objekty, pevně spojené se
zemí
15 Bod_Strom Bodová ano Solitérní stromy
7 Bod_Zastavka Bodová ano Zastávka městské hromadné dopravy
3 Bod_Znacka Bodová ano Dopravní, turistické a orientační znační
ID Název vrstvy Geometrie Z Hodnota Poznámka
11 Komcesty Liniová ano Komunikace - silnice
10 Komchod Liniová ano Komunikace - chodníky a pěšiny
ID Název vrstvy Geometrie Z Hodnota Poznámka
13 Poly_Ker Polygonová ano Souvislý porostů keřů
29
ID Název vrstvy Geometrie Z Hodnota Poznámka
9 Poly_Parkoviste Polygonová ano Plochy parkovišť
16 Poly_stani Polygonová ano Plochy jednotlivých místa ke stani
12 Poly_Strom Polygonová ano Souvislý porostů stromů
14 VSBB2005 Polygonová ano Podstavy budov VŠB TUO
Tab. 7 - Tabulka pořizovaných vrstev
Poznámka: Nedodané nebo neznáme hodnoty atributů jsou značeny hodnotou „-1“
Datový slovník je uložen v databázi datovy_slovnik.mdb, která se nachází v přílohách
v adresáři datovy_slovnik. Adresář datovy_slovnik obsahuje rovněž seznamy atributů, vrstev a
jednotlivých domén.
7.3 Vytvoření transformačního klíče
Primární souřadný sytém, v němž je určována 3D poloha pomoci GPS přístrojů je
WGS-84 s výšku nad elipsoidem. Na území České republiky jsou stanovené jako oficiální
souřadné systémy pro určeni polohy JTSK a pro určení výšky Baltský systém (nadmořské
výšky) a přijímače neumožňují výběr tohoto systému na přepočet souřadnic, bylo potřebné
vytvořit transformační klíč.
Systém WGS-84 je definovaný na základe měření nad souborem pozemních stanic
rozmístněných po celém světe, představuje tak geocentrický absolutní souřadnicový systém.
Systém JTSK bol definovaný na bázi trigonometrické sítě a vykazuje nepravidelně se měnící
lokální deformace, z toho důvodu neplatí pro tyto systémy přesný transformační klíč pro
celou oblast republiky. Proto byl, pro účely našeho měření, vytvořen lokální transformační
klíč pro Ostravu Porubu a okolí.
K tvorbě transformačního klíče je nutné použít minimálně 6 bodů, u kterých je
předem známa přesná polohu v obou souřadných systémech. Pro tuto skupinu bodů je poté
nutné vypočítat koeficienty transformačního klíče.
7.3.1 Postup vytváření lokálního transformačního klíče
Prvním krokem bylo vyhledání dostatečného počtu vhodných bodů. Pro vyhledání
vhodných bodů byla použita databáze trigonometrických a zhušťovacích bodů z ČUZK.
K vyhledání byla použita internetová aplikace DATAZ [o1]. Seznam a lokalizace použitých
bodů je uveden v tabulce níže.
Body byly vyhledány v terénu a zaměřeny metodou GPS RTK v souřadném systému
WGS-84. Pro potřeby vytvoření transformačního klíče je nutné určit polohu velmi přesně,
30
proto jsme nastavili požadovanou polohovou přesnost na 3 mm a výškovou na 5 mm, při
elevační masce 7°, přijímač byl umístněn na stativu.
Bohužel ne všechny údaje v databázi zhušťovacích a trigonometrických bodů jsou
aktuální a tak došlo k nenalezení některých z nich, nenalezené body byly operativně
nahrazeny body jinými.
Bod
S-JTSK WGS-84 UTM 33N
Y X Z h
249 -1099643.52 -477713.53 223.55 49.84723974 18.18179992 265.146029
254 -1099460.59 -480291.44 289.53 49.84686113 18.14587148 331.3652476
1 -1100933.8 -479282.92 270.09 49.83445675 18.16162473 311.5344922
279 -1101631.03 -477526.53 237.29 49.82958403 18.18678616 278.7010585
284 -1101220.24 -479654.88 258.09 49.83159989 18.15682087 299.6518836
210 -1100100.01 -480951.83 279.72 49.84061585 18.13750204 321.1301504
Tab. 8 - Seznam bodů se souřadnicemi pro transformaci
Na následující mapce je zobrazeno rozmístění zhušťovacích a trigonometrických bodů
v areálu VŠB.
31
Obr. 8 – Ukázka polohy vybraných bodů pro transformaci.
7.3.2 Tvorba lokálního transformačního klíče v programu TopSurv
Nejprve byl vytvořen v programu TopSurv nový projekt. Do tohoto projektu byl
exportován ShapeFile uchovávající 3D polohy měřených bodů v J-TSK (BPV). Tento
soubory byl vytvořen na základě tabulky souřadnic měřených bodů. Tabulka byla získána dle
dat uložených v databázi zhušťovacích a trigonometrických bodů [o1].
32
Poté byly do projektu načteny body změřeny metodou RTK GPS v souřadném
systému WGS1984. Pro přenos naměřených bodů mezi projekty byl použít výměnný
geografický formát LandXML. Při importu bodových vrstev je nutné dát dobrý pozor na
volbu projekce a datumu souřadného systému.
Výpočet lokálního transformačního klíče se poté provedl takto:
vybere se příkaz Localization
zadají se postupně identické body pro lokální systém a pro systém WGS-84
Obr. 9 – Ukázka zadávání identického bodu
vypočítá se chyba rezidua v horizontálním a vertikálním směru
vytvořený transformační klíč se uloží formou exportu do lokalizačního souboru
GC3 (tento soubor je součástí příloh a je uložen v adresáři lokalni_trans_klic
pod názvem WGS_to_JTSK_kolem_VSB.GC3)
7.3.3 Přesnost transformačního klíč
Výsledná přesnost transformace je pro jednotlivé body znázorněná v tabulce. Přesnost
byla shledána jako dostačující pro účely mapování statických objektů v areálu VŠB.
Číslo bodu Horizontální chyba
[m]
Vertikální chyba
[m]
1 0.042 - 0.005
210 0.014 0.030
249 0.012 -0.007
254 0.039 -0.007
279 0.036 0.023
33
284 0.034 -0.034
Tab. 9 - Přesnost transformace
7.4 Příprava mapování
Je jednou z nejdůležitějších etap, která rozhoduje o celkovém rychlém a
bezproblémovém průběhu měření.
Při mapování je důležité, připravit takové data, která budou sloužit jako podklad
vlastnímu mapování a pomohou při orientaci v terénu (takové data jsou například polohopis).
Abychom zamezili vzniku redundantních dat, je potřeba připravit si rovněž data, které
budou pouze kontrolována případně doplňována (v našem případě se jednalo o vrstvy
pořízené při mapování vegetace, viz kap. 3.2).
Rovněž je vhodné si celou oblast rozdělit do několika částí, aby v případě chyby
nedošlo ke ztrátě všech pracně naměřených dat.
7.4.1 Program pro plánování observace družic
Osvědčilo se nám použití plánovacího programu pro observaci družic. Pro plánování
měřičské kampaně byl používán program Occupation Planning.
Obr. 10 – Ukázka programu Occupation Planning
Program Occupation Planning vyžaduje zadání přibližné polohy zamýšleného měření
(v zeměpisných souřadnicích), elevační výšky, čas počátku měření a dobu trvání měření. Dále
34
je nutné nahrát do programu aktuální GPS almanach. Aktuální GPS almanach je k dispozici
zdarma volně ke stažení na internetu [o2].
Dalším zadávaným parametrem jsou překážky ve volném výhledu. Tyto překážky
velmi výrazně ovlivňují viditelnost jednotlivých družic. V případě velkého zákrytu oblohy
překážkami dochází k výraznému ovlivnění kvality měření v důsledku nedostatečného počtu
viditelných družic. Měření se zbytečně prodlužuje a klesá jeho přesnost.
Proto je dobré nalézt během celého dne takový časový interval, po čas kterého budou
podmínky k měření nejlepší, a právě v tuto dobu provést měření.
V rámci plánování se zajímáme zejména o následující parametry:
dostupnost družíc
hodnoty DOP
výška družic
viditelnost
rozmístnění a poloha jednotlivých družíc
pohyb v době zamýšleného měření (SkyPlot)
V rámci našeho projektu jsme prováděli plánování měřičské kampaně jen v případě,
kdy jsme si nebyli jisti, že budeme mít dostatečnou viditelnost na volnou oblohu. Tato
nedostatečná viditelnost byla způsobena zejména přítomnosti výškových budov
v areálu VŠB (budova A) a kolejí (budova A, B).
7.5 Mapování metodou GPS RTK
7.5.1 Používané vybavení
Měření bylo prováděno prostřednictvím GPS přijímače Topcon Hiper GD, se kterým
se komunikovalo přes datový záznamník FC100 s mapovacím softwarem TopSURV. Měření
je prováděno metodou GPS RTK, jako zdroj diferenčních korekcí byla použitá referenční
stanice VSBO.
7.5.2 Nastavení projektu
Před započetím samotného měření bylo nejprve nutné založit nový projekt - New Job.
Jako prvé se nastavil konfigurační profil GPS měření:
konfigurace měření – Config Survey:
vybere se typ měření, získávaní referenčních korekcí
35
konfigurace přijímače – Config Rover Receiver:
nastaví se elevační maska a přenosový protokol
konfigurace modemového připojení na internet - Config Modem Connect:
přes co bude modem komunikovat
konfigurace připojení k internetu – Config Modem Internet Info:
nastaví IP adresa a port pro použitý NTRIP caster
nastavení uživatele – Config NTRIP Login Info:
zadá se užívatelské jméno a heslo
nastavení virtuálního portu – Config Modem Receiver Info
nastavení měřící antény – Config Rover Antenna:
její typ, výška a způsob měření výšky k anténě
nastavení parametrů měření – Config Survey Parms:
typ řešení, zde se může zvolit možnost Fixed nebo Float, přičemž první z nich
při fázovém měření počítá se stanoveným celočíselným násobkem vlnových
délek s vysokou pravděpodobností, při druhém typu jen s přibližným
stanovením; počet měřících epoch, nastavení požadované přesnosti ve
vertikálním i horizontálním směru a nastavení parametrů pro sekvenční měření
tzv. Auto Topo
pokročilé nastavení – Config Advanced:
zadá se jestli chceme použít zlepšovací funkce: redukci vícecestného šíření
signálu a Co-op tracking, přijímané družicové systémy a typ výpočtu RTK
pozice
Naše nastavení parametrů pro měření:
Typ měření Network RTK
Elevačná maska 10°
Prenosový protokol NTRIP
Komunikace s modemem Controller
Nastavení NTRIP castra 158.196.143.89/443 (kokos.vsb.cz)
147.231.105.39/2101 (VESOG)
36
Nastavení uživatela User: user1 (vsbtuo)
Password: 111111 (Klokan4ata)
Typ antény Hiper GD
Výška antény 2 m
Typ měřenia k anténe Vertikálny
Typ riešenia Fix and Float
Počet meracích epoch 3
Tab. 10 – Nastavení parametrů pro měření
Dále se definoval souřadný systém – Coordinate System: jeho projekce (protože
chceme měřit v lokálním systéme zvolili jsme žádny), datum a model geoidu; v jakých
jednotkách se má měření provádět – metry a stupně. Parametry nastavení se můžou dodatečně
měnit i později v menu Job/Config.
Po nastavení projektu, se podle vytvořeného datového slovníku datovy_slovnik.mdb,
nadefinovali všechny kódy, které byly předmětem mapování, použil se příkaz Edit/Codes.
Zde se určuje způsob zobrazení vrstvy a u jejich atributů, o jaký datový typ se jedná, případně
integritní obmezení.
Naimportoval se lokalizační soubor WGS_to_JTSK_kolem_VSB.GC3 a potřebné
podkladové data, příkazem Job/Import/From File. Pro rychlejší chod zobrazování se
nedoporučuje pro podklad volit velikostně rozsáhlé data.
Vytvoření projektu je pohodlnější připravit si předem ve verzi TopSURV PC a pak si
ho ke měření jen nahrát, viz. Import dat se zařízení kde se v programu TopLink místo importu
vybere možnost Export to Device.
7.5.3 Zprovoznění měřící aparatury
Při propojování přístrojů je nutné dodržet tento postup. Pro dobrý průběh měření je
nutné dodržet přesně pořadí prováděných operací.
1. Zapnout GPS přijímač Hyper GD
(stisknutím tlačítka Power, jestli a kolik družíc je přijímaných zobrazuje dioda
STAT blikáním zeleně, stav baterie indikuje dioda BATT, pro uvedení
přijímače do Sleep Modu se tlačítko Power podrží více než 4 sekundy, pro
vypnutí se stlačí a čeká kým nezasvítí diody STAT a REC červeně)
2. Zapnout datový záznamník FC100
37
o Propojit mobilní telefon a datový záznamník pomocí bezdrátového
rozhraní Bluetooth
o Připojit se k internetu
3. Spustit program TopSURV
o Propojit kabelem přijímač a záznamník, jestli je vše v pořádku potvrdí
zvuková hláška
7.5.4 Vlastní měření
Vlastní měření se spustí v menu Survey/Topo:
nastaví se modem pro příjem korekcí – vybere se záložka ConfigModem, zde
se zvolí nastavená IP adresa a port připojovacího NTRIP castra a po načítaní
nabízených datových zdrojů - referenčních stanic, se vybere VSBO a potvrdí
se tlačítkem Connect
zadá se číslo měřeného bodu
vybere se předvolený kód
vypíšu se atributy (při měření doporučujeme používat papírový zápisník, pro
kontrolu a rychlejší záznam atributů a případné poznámky)
samotné měření se spustí tlačítkem Start
Zkušenosti získané během měření:
modul Topo prakticky znázorňuje v jakém režimu měříme, jaká je přibližná
chyba v horizontálním i vertikálním směre a s kolika družicemi měříme
informace o stave a počte viditelných družíc, jejich rozmístnění, hodnoty
parametrů DOP, souřadnice aktuální pozice a systémové informace jsou
zobrazené v modulu Status
Pro přehledné znázornění zmapovaných objektů jsme používali volbu Map
Nedostupné nebo zastíněné objekty se měřili odsazením – Offset, na přímce
nebo kolmicí
Chyba ze zadání atributu nebo kódu objektu se opraví v Edit/Points
Pro měření v zlých podmínkách co se týče dostupnosti třeba mať větší
trpělivost a počkat si (režim Fixed se po čase možná chytne)
všechny vykonané akce jsou doprovázené zvukovými hláškami
38
7.5.5 Spolupráce s předmětem GNPS
Z důvodu technických a programových problému a následné časové náročnosti při
vykonávaní cílů zadání, se naskytla možnost spolupráce na výsledcích měření s cvičením
předmětu Globální navigační a polohové systémy, který jsme rovněž navštěvovali.
Celkovou oblast jsme rozdělili na devět častí. Pro zpracování jsme si vybrali oblasti, o
u kterých jsme předpokládali výskyt problémů při měření (například v důsledku špatné
viditelnosti oblohy). Každá skupina měla přidělené označení a při měření dodržovali námi
definovanou strukturu měřených objektů. V počátcích jsme s nimi chodily do terénu a
vysvětlovali, co a jak mají měřit. Naší úlohou bylo také dodané data zkontrolovat a upravit.
Rozdělení mapované oblasti je zobrazeno na následující mapce.
Obr. 11. – Rozdělení mapované oblasti
39
Seznam členů skupin
A. Maria Bardyová, Vojtěch Bravenec, Tomáš Hubálek
B. Lenka Ferková, Jan Kucharczyk, Petr Musial
C. Tomáš Minarčík, Petr Solnický, Igor Ivan
D. Petr Vavroš, Barbora Hejlková, Petr Lukeš
E. Vlasta Klajblová, Lucie Kavanová, Jarda Kunc"
F. Roman Ožana, Ludmila Hnilová, Jan Lemka
G. Olga Kotlíková, Barbora Koblížková, Veronika Krausová
7.6 Zpracování dat
7.6.1 Import dat ze zařízení
Pro import naměřených dat ze zařízení je určen program TopLink 5.11, aby bylo
možné tento program využívat je nutné mít nainstalovaný program ActiveSync 4.1. Import
dat byl prováděn dle následujícího postupu:
1. Připojení datového kontroleru FC100 k PC pomocí USB kabelu
2. Vyčkání na spuštění programu ActiveSync 4.1
3. Spuštění programu TopLink 5.11
40
Obr. 12– TopLink 5.11 – vybrání příkazu Import from device…
4. Vybrání příslušného zařízení – datový kontrolér FC100
5. Vybrání požadovaného projektu
6. Potvrzení importu
7. Vyčkání na dokončení importu dat – tato fáze je časově náročná, řádově
minuty
7.6.2 Používané výstupní formáty
Program TopLink umožňuje data uložit do mnohých formátů, avšak v našem projektu
jsme využili zejména shapefile a neproprietární formát LandXML [L7] určený pro sdílení
geografických dat.
Ani jeden s těchto formátů však v aktuální verzích programu (TopSurv 5.11 a TopLink
5.11) neumožňoval uložit informace o proběhlém měření (dobu trvání měření, počet epoch,
začátek měření, dosaženou vertikální a horizontální přesnost, konec měření a podobně).
Tyto informace však dokázal uchovat otevřený formát TopConXML, který jsme za
tímto účelem transformovali pomocí námi vytvořeného XSLT (transformačního XSL souboru
TCN_Vector_to_tabs.xsl) do textové podoby.
41
V textové podobě bylo možné tato data připojit, v programovém prostředku
ArcGIS 9.1, jako tabulku s dříve vytvořeným vrstvami, dle atributu RoverPoint.
7.6.3 Úprava a uložení prostorových dat
Prostorová data jsme ukládali nejprve ve formátu shapefile a poté jsme tyto soubory
konvertovali do geodatabáze mapovani_vsb-mdb. Tato geodatabáze obsahuje jak data
původní, pocházející s vlastního měřené, tak data začistená - upravená.
Jelikož pořízenými daty byly převažme bodové geoprvky jejich úprava se skládala
v jejich vizuální kontrole pozice jednotlivých naměřených objektů, porovnání správnosti kódu
objektů zaznamenaných v kontroléru a zápisníku, doplnění chybějících atributů. U
jednotlivých stanovišť parkovišť jsme polygonové prvky vytvářeli na základe naměřených
pomocných bodů. Nakonec se opravené data sloučili do jedné vrstvy, na to jsme využili
funkci Merge, zadali se vstupné vrstvy a jaké atributy chceme u nich evidovat. Výstupné
soubory se pojmenovali na základe nadefinovaného datového slovníku.
7.7 Problémy při měřeni
7.7.1 Problém: Nemožnost určení polohy
GPS přijímač Hyper GD nebyl schopný zpracovávat přijímané signály a určit svoji
polohu.
7.7.2 Řešení problému
Toto bylo způsobeno zejména neaktuálností almanachů. Po jejich aktualizaci a
následném restartování přijímače, došlo zpravidla k určení vlastní polohy. Problém tak byl
odstraněn za zhruba 20 minut.
7.7.3 Problém: Nechtěné restartování kontroleru FC100
Datový kontroler FC100 se někdy začal chovat nestandardně, předběžně samočinně
ukončoval svoji činnost. Tento stav záznamníku nebylo možné nijak ovlivnit, při každém
zapnutí a vypnutí kontroleru docházelo k ukládání ROM paměti přístroje na paměťovou kartu,
pokud na této kartě docházelo volné místo vyskytoval se tento problém častěji. Rovněž
k němu mohlo dojít při neuváženém spuštění několika programů najednou.
7.7.4 Řešení problému
Někdy pomohlo provést tzv. teplý restart kontroleru současným stisknutím kláves Alt
+ šipka nahoru + šipka doprava (jak je vyznačeno na následujícím obrázku). Teplý restart
42
musí být bezpodmínečně prováděn při odpojeném GPS přijímači, jinak dojde k problémum
popsaným v následujícím odstavci.
Obr. 13- „Teplý“ restart datového kontroleru
7.7.5 Problém: Nefunkční komunikace GPS přijímače a kontroleru
V prvních měřeních se vyskytly problémy s tím, že datový kontroler nebyl schopen
přečíst polohu s GPS přijímače. Ten pomoci mimimal interface panel oznamoval, že je
schopen měřit, avšak program TopSurv nedokázal přečíst polohu ani odeslat data do GPS
přijímače.
7.7.6 Řešení problému
GPS přijímač je možné připojovat za účelem jeho konfigurace k běžnému osobnímu
počítači. K tomuto připojení se používá stejný propojovací kabel jako pro k připojení
k datovému kontroleru. Není-li na zařízení spuštěn program TopSurv, je považován GPS
přijímačem za běžné PC a jsou očekávány konfigurační příkazy a jiný způsob komunikace.
Pokud tedy připojíme datový kontroler s GPS přijímačem dříve než spustíme aplikaci
TopSurv, je datová kontroler považován za běžné PC, port je zablokován pro jinou aplikaci
43
(patrně Windows CE) a proto již není možné komunikovat dalším programem s GPS
přijímačem.
Dojde-li přece jen k tomu, že GPS přijímač a záznamník spolu nekomunikují je možné
někdy aplikovat následující postup:
Vypnout GPS přijímač Hyper GD
Odpojit propojovací kabel z datového kontoleru
Provést teplý restart datového kontroleru
A opakovat proces pracovní postup propojování přístrojů
Nepomůže-li ani tento postup je nutný návrat do laboratoře a musí se provést
propojení GPS přijímače s běžným osobním počítačem a následné jej rádně odpojit. Při
problémech tohoto typu se neosvědčilo provádět tvrdý restart datového záznamníku, jelikož
několikrát došlo ke ztrátě profilu Windows CE.
7.7.7 Problém : Chyba připojení k internetu
Někdy během měření vypadávalo spojení s internetem, toto bylo zřejmě nedostatečnou
silou signálu, případě velkým přetížením komunikačního kanálu. Při vytáčení připojení je
nutné zvolit správný profil dle příslušného operátora a SIM karty.
7.7.8 Řešení problému
Tento problém se vyřešil zpravidla jen opětovným připojením. Někdy však došlo
k přerušení spojení s internetem vlivem chyby komunikace přes rozhraní Bluetooth, toto je
pospáno v následujícím odstavci.
7.7.9 Chyba komunikace zařízení přes Bluetooth
Datová kontroler je vybaven CompactBluetooth kartou, tato karta mu umožňuje
komunikovat s okolními zařízeními, jedním s těchto zařízení je mobilní telefon.
7.7.10 Řešení problému
Dosah signálu bluetooth je zhruba 10 metrů, musíme tedy udržovat mobilní telefon
a datový kontroler stále blízko sebe. Pokud se tato vzdálenost zařízení nedodrží, dojde k
odpojení, avšak port je na datovém kontroleru stále zablokován a snaží se opětovně nalézt
prve připojené zařízení. Obnova spojení někdy zahrnovala:
vytažní Bluetooth Compact karty
teplý restart kontroleru bez této karty
opětovné vložení karty
44
7.7.11 Problém: Chyba příjem korekcí
Příjem diferenčních korekcí v reálném čase, vykazoval také občasné chyby. Tyto
chyby zahrnovaly odepření služby, nedostupnost služby a občané výpadky spojení mezi
NTRIP Casterem a NTRIP serverem.
7.7.12 Řešení chyba
Tyto chyby nebyly způsobeny našim přičiněním a nemohli jsme je tedy ovlivnit jinak
než změnou NTRIP serveru nebo popřípadě změnou referenční stanice.
7.7.13 Chyby programu TopSurv PC
Tato aplikace se chovala stabilně od verze 5.11 s ní nebyly problémy. Dřívější verze
občas odmítaly načíst vytvořený projekt, zejména obsahoval-li velké množství dat.
7.7.14 Chyby programu TopSurv CE
Někdy docházelo k tomu, že aplikace přestala odpovídat na akce uživatele. Tento
problém byl řešen teplým restartem datového kontroleru. V nižších verzích programu,
docházelo také k problémům s navigací v menu.
7.7.15 Chyby programu TopLink
TopLink je velmi nestabilní program, má problémy zejména při importu dat
z datového kontroléru. Doporučujeme neimportovat více jak dva soubory projektů najednou.
Jak verze 5.0.1 tak verze 5.11 často nedokázali uložený projekt načíst.
45
8 Ověření tvorby 3D modelu mapovaných objektů
Ověření tvorby 3D modelu bylo jedním z úkolů, našeho projektu. Tyto 3D modely by
měly být využity pro účely prezentace školy.
8.1.1 Fotogrammetrická metoda pořízení modelu
Pro vytvoření modelu fotogrammetrickou metodou bylo nutné pořídit snímky
jednotlivých objektů. Tyto snímky museli být pořízeny z několika stran, aby bylo možné najít
na snímcích co nejvíce totožných bodů. Totožné body by měli být hledány tak, aby co nejlépe
vystihovali tvar objektu.
Photomodeler 5.0 [L8] je specializovaný programový prostředek určený právě pro
tvorbu 3D modelů objektů na základě pořízených snímků. S tímto programem jsme se
seznámili v předmětu Fotogrammetrie.
Program vyžaduje snímky s vysoký prostorovým rozlišením, k pořízení těchto snímků
jsme chtěli využít fotoaparát Olympus E-20, který je osazen CCD snímačem o rozlišení 5
megapixel.
Výhody fotogrammetrické metody
Dokumentace jednotlivých objektů je přehledná a jasná
Na základě pořízených snímků je možné určit další vlastnosti objektů (barva,
poškození)
Je možné vytvořit textury pro vytvářené objekty
Nevýhody fotogrammetrické metody
Hůře se provádí generalizace tvaru objektů
Ne všechny snímky mohou být vyfoceny dostatečně kvalitně
Výsledné modely mají neortogonální úhly i v místech kde by měli mít tuto vlastnost
Další nespornou nevýhodou této metody byl fakt, že dodaný fotoaparát měl problémy
s napájením a choval se v důsledku toho nestandardně. Dle zadání měla být použita výhradně
fotogrammetrická metoda, avšak od této metody se v průběhu zpracovávání projektu upustilo
hlavně z těchto důvodů:
Cena licence Photomodeleru je příliš vysoká
Problémy s fotoaparátem znemožňovali jeho rádné užívání
Výsledné modely neměli ortogonální úhly
Nebylo potřeba pořizovat modely opatřené texturou
46
Pro účely projektu byla pořízena pouze běžná fotografická dokumentace jednotlivých typů
mapovaných objektů. Odkaz na příslušné fotografieje uložen jako atribut v jednotlivých
vrstvách
8.1.2 Metoda přímým odměřováním rozměrů
Pro vytvoření generalizovaných modelu jednoduchý objektu je nutné zpravidla znát
jen určitý omezený počet rozměrů jako je například výška, šířka objektu a podobně.
Za tímto účelem byl na místě v terénu zhotoven náčrtek objektu a pomoci pásma byly
odečteny jednotlivé podstatné rozměry. Na základě této dokumentace mel být poté zhotoven
model.
Pro zhotovení modelů jsme zvolili programový prostředek Google SketchUp 5 FREE
[L9]. Největší výhodou tohoto produktu je rychlost, se kterou je s ním možné pracovat.
Zvolili jsme si tento produkt zejména protože:
obsahuje množství nadefinovaných klávesových zkratek
ovládání je intuitivní a jednoduché
dovoluje přímo zadat rozměry linii, kružnic a nebo pravoúhelníků (v
centimetrech i metrech)
objekty je možné exportovat do VRML (toto umožňuje jen placená verze
SketchUp PRO 5)
Program je možné přímo propojit s ArcGIS 9.x (toto umožňuje jen placená
verze SketchUp PRO 5) – je schopen oboustranného transferu dat
Vytvářené objekty jsou tvořeny ortogonálními úhly
Dovoluje objektu přiřadit texturu
Je zdarma
47
Obr. 14– Ukázka modelu lavičky vytvořeném v Google SketchUp Free
Jednotlivé modely jsou uloženy v adresáři modely_sketchup.
48
9 Závěr
Mapování objektů metodami GDNS a s využitím MGIT se stávají v dnešní době čoraz
využívanějšími. Naším měření jsme provést vykonat i určitou konfrontaci s klasickými
geodetickými metodami, které jsou pomalejší a vázané na orientační body, ale jejich použití
v zastavěných oblastech je stále nejpřesnější.
Postup jednotlivých kroků potřebných provést při mapovaní použitím všeobecně
MGIT:
stanovení si cíle mapování
přezkoumání oblasti
výběr vhodných prostředků pro mapování a jejich příprava
příprava na mapování (doby, transformačního klíče, podkladových dat, tvorba
datového slovníku)
vytvoření projektu a import potřebních dat
zprovoznění měřící aparatury
vlastní měření
uložení dat
zpracování a vyhodnocení dat
Naší úlohou bylo zmapování pevných objektů v okolí areálu školy, dokončení
mapování vegetace a zaměření jednotlivých stání u parkovišť. Polohová přesnost je
v horizontálnem směru průměrně 29 mm a ve vertikálnem 57 mm, co se týče logické
konzistence dát je v souladu geometrická i popisná složka. Úplnost dat týkající se zaměřených
objektů je přibližně 98% a u popisných atributů 85%, nedostatečná je zejména u vrstev
týkajících se vegetace, nedodané nebo neznáme hodnoty jsou zaznamenané hodnotou -1.
Výsledkem našeho mapování je následující počet objektů:
Bod_IngSite 695
Bod_Lampa 278
Bod_Znacka 198
Bod_Kos 80
Bod_Zastavka 11
Bod_Lavicka 169
49
Bod_Objekt 105
Bod_Strom 786
Bod_Ker 82
Poly_Strom 149
Poly_Ker 70
Poly_Stani 928
Tab. 11 – Počet mapovaných objektů
Pořízené data jsou přehledně uložené ve vytvořené geodatabáze, která obsahuje
původně naměřené data i data upravené, obsahuje také vrstvu rozdělení oblastí mezi
jednotlivé skupiny.
Při měření jsme se snažili dodržovat režim měření v stave Fixed, který podává na
výsledku určení polohy nejlepší přesnost, co bylo těžké dodržet hlavně v blízkosti budov a
pod bujnější vegetaci, kde bylo třeba počkat delší dobu, nebo na základe výpočtů
z plánovacích programů si zvolit čas o nejlepší konstelaci družic. Co se týče mapování vysoké
zeleně pro rychlejší a dostupnější příjem signálu jsme použili přijímač BT GPS Clip-on se
software platformou Arc Pad 7.0, výsledně určená poloha však nebyla tak přesná.
Při práci jsme si ověřili proveditelnost mapování objektů touto metodou, spolehlivost
příjmu RTK korekcí, nebo výdrž baterií technických prostředků, který je třeba si hlídat a
pravidelně dobíjet. Celkově se dá měření hodnotit při optimálních podmínkách jako příjemné
a rychlé, omezení představují podmínky dostupnosti měřených signálů a energický stav
mobilních prostředků, problémy a nepříjemnosti nám způsobovali hlavně technické a
programové nedostatky.
Výsledkem naší práce jsou kvalitní a obsáhlé data vhodné pro účely prezentace školy
pro mapový server nebo trojrozměrné modely, ke kterým může pomoct i pořízená
fotodokumentace objektů a ověření tvorby 3D modelů. Jejich využití je možné i pro účely
výuky.
Adresářová struktura příloh
ArcGISprojekty
AutoRunSource
50
dagmar_bohmova_zadani
datovy_slovnik
dokument
hranice_mapovani
lokalni_trans_klic
mapovani_vegetace
mereni_data_geodatabaze
mereni_data_projekty
mereni_data_shp
modely_export
modely_sketchup
prezentace
ruzne_obrazky
topcon_manualy
topcon_software
xsl_transfromace
Pouţité zdroje
Seznam použité literatury
[L1] Rapant P.: Družicové polohové systémy, Vysokoškolské skriptum, VŠB-TU
Ostrava, 2002
[L2] Hrdina Z.: Transformace souřadnic ze systému WGS-84 do systému S-JTSK,
Vysokoškolské skriptum, ČVUT Praha, 1997
[L3] Kucharczyk J., Minarčík T., Musial P.: Projekt-vegetace, dokumentace
k semestrálnímu projektu, 2005
[L4] HiPer+ Uživatelský manuál, Topcon Position System, Inc., 2003
[L5] Informace o projektu VESOG: http://pecny.asu.cas.cz/vesog
[L6] Informace o práci NTRIP: http://wgs.vsb.cz
[L7] Informace o formátu LandXML : http://landxml.org/
[L8] Informace o programu Photomodeler 5.0 : http://www.photomodeler.com/
[L9] Informace o programu Sketchup FREE : http://sketchup.google.com/
Seznam převzatých obrázků
51
[landher] http://landher.net/imagenes/formacion/gps/satelites.jpg
[han] HANSLIAN, Jiří. Sručné představení protokolu Ntrip [online]. 2005 [cit. 2006-
07-24]. Dostupný z WWW: <http://gisak.vsb.cz/gportal/files/ntripdoc.pdf>.
[vesly] Permanentní GNSS stanice VSBO [online]. 2005 , 2005 [cit. 2005-07-24].
Dostupný z WWW: <http://pecny.asu.cas.cz/vesog/stanice/vsboh.html>.
Seznam odkazů
[o1] http://dataz.cuzk.cz – Registr trigonometrických a zhušťovacích bodů v ČR
[o2] http://www.topconpositioning.com – Stránky firmy TopCon sekce GPS