Moderní technologie sběru dat v terénu

Středa, 16 Květen 2007 19:13

V současné době dochází ke stále rychlejšímu rozvoji informačních a komunikačních technologií. Nejinak je tomu i v oblasti geoinformačních technologií, které mají stále větší význam. Geoinformační technologie se objevují v různých oblastech lidské činnosti a dostávají se z kanceláří přímo do terénu. Tento rozvoj těží z rostoucí miniaturizace výpočetní techniky a z její integrace s komunikačními technologiemi. Rozvíjí se družicové systémy určování polohy a moderní metody získávání geodat.

Přenosné počítače

Pro práci s geodaty jsou samozřejmě optimální takzvané Tablet PC. Jedná se o plnohodnotné počítače s dominující plochou LCD obrazovkou - na první pohled větší PDA. Nicméně jednou z hlavních výhod oproti jiným specializovaným prohlížecím zařízením je univerzálnost daná běžným operačním systémem - Windows XP s doplňky pro rozpoznávání písma. Místo na klávesnici píše uživatel perem na dotykový displej, kterým jsou všechna zařízení Tablet PC vybavena.

Nutné vybavení pro práci s geodaty v terénu

přenosný počítač
připojený GPS přijímač
potřebné programové vybavení (geografický informační systém)

Levnější a mobilnější jsou kapesní počítače PDA (Personal Digital Assistant). Ve stručnosti se jedná o přístroj, který se svými rozměry vejde do kapsy, obsahuje klasické kancelářské aplikace, umožňuje synchronizaci s PC, napojení přes kabel nebo bezdrátové rozhraní na internet, mobil, fax, jednoduché ovládání pomocí dotykové obrazovky, možnost rozšíření programového vybavení, paměťových karet, klávesnice, modemu, různých zásuvných modelů např. GPS apod. Při výběru této části je nutné si ověřit, zda nabízený model podporuje Vámi zvolenou aplikaci a OS (Palm OS, Widows CE, EPOC, jiný). Existují také speciální Tablet PC a PDA, které jsou odolné proti vlhku a nárazu. GPS přístroj může být integrovaný přímo v přenosném počítači, připojen kabelem nebo přes blootooth.

Mobile Mapper CE - odolný PDA s integrovanou GPS s přesností do 1m

GPS přijímače a přesnost

Při práci s GPS každého hlavně zajímá přesnost získané polohy. Ta záleží na tom, jaká technika měření je použita a jaký přístroj máme k dispozici. Předem je ještě důležité poznamenat, že přesnost u GPS není pevná hodnota, jako je tomu např. u optických přístrojů. Protože systém GPS využívá k výpočtu pozice signálu ze sítě družic, jejichž pohyb a změna parametrů dráhy jsou dynamické, dále tvar Země je nepravidelný, na Zemi dochází ke stínění signálu, atd., je přesnost u GPS časově a prostorově proměnná. Poloha se totiž počítá tak, že anténa přijímače přijímá signál z viditelných družic systému GPS, signál z družic je zpracováván, jsou identifikovány jednotlivé družice a počítány pseudovzdálenosti k nim. K výpočtu se používá metoda, kterou si lze představit jako prostorové promítání paprsků reprezentujících signál z jednotlivých družic do společného bodu někde na zemském povrchu nebo v jeho okolí. Aktuální pozice uživatele se odvodí z vypočtených vzdáleností k jednotlivým viditelným satelitům a ze souřadnic každé, pro výpočet použité družice v okamžiku vyslání signálu (tato informace je obsažena v signálu GPS). Proto se v tomto případě přesnost udává s hodnotou mezní odchylky a pravděpodobností, s jakou nebude překročena. Např. okamžitá střední polohová chyba (50% všech měření) je u nejjednoduššího - kódového měření, které používají všechny komerční GPS přijímače 5 - 10 metrů, u diferenčního měření, které již vyžaduje speciální vybavení, pak kolem 0,75 - 3 metrů.
Pro měření samotné je potom určující zajištění co nejlepších podmínek. Existují programy pro plánování měření. Ty po zadání polohy určí čas, kdy bude rozložení družic optimální pro měření. Je také nutné zvolit přístroj GPS, který bude garantovat určitou přesnost. O kvalitě GPS přijímače vypovídá dnes především počet kanálů, které je schopen současně prohledávat. Méně než 12 kanálové se dnes na trhu většinou neobjevují a pro běžné použití jsou naprosto vyhovující.
Nová je technologie GPS čipů s označením SiRF, které mají několikanásobně vyšší citlivost při nižší spotřebě energie a umožňují tak příjem GPS signálu i ve značně stížených podmínkách. Drobnou nevýhodou této technologie je, že se při prudké změně rychlosti nebo směru může projevit prodloužení času zpracování dat a tím dojde ke krátkodobé ztrátě signálu. Důležité je také zda GPS přijímá signál ze systému WAAS (Wide Area Augmentation Systém). Systém šíření diferenčních korekcí a monitorování integrity GPS. Se systémem umí pracovat většina novějších přijímačů. V Evropě je nyní testován kompatibilní systém EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service). Oba poskytují 95% měření s horizontální chybou menší, než 3 metry. Pokud chceme dosáhnout ještě vyšší přesnosti je nutno použít takový GPS přístroj, který umí přijímat korekční signál. Zeměměřický úřad například vybudoval celoplošnou sít permanentních stanic GPS – CZEPOS, pokrývající celé území ČR. Je také vhodné použít externí anténu, protože pokud máme GPS integrovanou v PDA přístroji, stíníme si tělem signál z některých družic. U některých GPS přístrojů, jejichž využití je plánované spíše pro navigaci do automobilů, si musíme dát pozor na to, že mohou mít zabudovaný interní „filtr“ (vysílají změnu souřadnice, až pokud se pohybujeme vyšší rychlostí).

Geografické informační systémy z rodiny TopoL

TopoL xT

TopoL xT je obecný geografický informační systém, který ovšem umožňuje tvorbu nadstavbových aplikací. Otevřenost systému při přístupu ke geografickým datům je zajištěna použitím modulární architektury vystavěné na bázi dle doporučení konsorcia OpenGIS. Toto pojetí umožňuje zpřístupnit data uložená v proprietárním formátu bez nutnosti jejich konverze. V současné době existují datové konektory pro stávající formáty TopoL BLK, ArcView Shapefile, Microstation dgn, MapInfo MIF/MID, MapInfo TAB, Geomedia MDB, Geomedia SQL, OpenGIS MDB, OpenGIS SQL, MISYS/Kokeš VYK, Oracle, AutoCAD dwg, dxf.
Program umožňuje provést připojení GPS přístroje a provádět měrení nebo navigaci. Lze si libovolně navolit info panel s údaji přicházejícími z GPS. Při měření i navigaci na bod lze použít průměrování pro zpřesnění polohy.

Lesnická porostní mapa v TopoLu xT a zobrazení některých informací přicházejících z GPS

TopoL CE

Program TopoL CE je levné GIS řešení pro navigaci a získávání dat v terénu pomocí GPS. Tento program běží pod operačním systémem Windows CE na počítačích typu Pocket PC. Program může vykreslovat rastrová i vektorová data. Počet vrstev není omezen. Pracuje s vektorovým formátem ArcView Shapefile, a rastrovými daty ve tvaru MapLib. Tento typ rastrového souboru je možno vytvořit v TopoLu xT. Jedná se o jeden soubor, který může obsahovat libovolný počet jiných rastrů jako jednotlivé vrstvy. Tento způsob byl zvolen pro jednoduchost ovládání, které je v terénu obzvlášť důležité.
TopoL CE obsahuje nástroje pro připojení GPS. Umožňuje zpracovat a zobrazovat veškeré dostupné parametry (počet a rozložení satelitů, kvalita signálu jednotlivých satelitů, azimut pohybu, HDOP, PDOP atd.). TopoL CE umožňuje navigaci na bod, automatický přesun mapy dle polohy GPS a GPS měření.

Lesnická mapa, zaměření zemědělských honů a evidence majetku v TopoLu CE
Při GPS měření lze zvolit z několika způsobů registrace polohy. Registraci při přijetí každé nové polohy, registraci nové polohy po uplynutí doby, počtu přijatých záznamů nebo po uražené vzdálenosti, registraci jako průměr po uplynutí doby nebo počtu přijatých záznamů. Nová data mohou být ukládána jako ArcView shapefile nebo dxf soubor. TopoL CE umožňuje automaticky počítat délku linií a plochu polygonů. Při tvorbě nových objektů je možno vybrat z předdefinovaných šablon definicí databázových atributů. Pro každý databázový atribut lze definovat restrikce hodnot. Může se například jednat o interval hodnot nebo o jejich výčet. TopoL CE potom neumožní zadat uživateli hodnoty, které nesplňují tyto podmínky. Editace hodnot je také jednodušší, protože například v případě výčtu uživatel pouze vybírá ze seznamu hodnot a nemusí je psát, což je na PDA velmi složité.
TopoL CE je naprogramován pomocí technologie .NET Compact Framework v prostředí Microsoft Visual Studio .NET. Tato technologie zaručuje nezávislost na verzi Windows CE.

Vkládani DB údajů v TopoLu CE

Příklady praktického užití

Tyto systémy lze s výhodou uplatnit při řešení řady úkolů v řadě oblastí. Každý si jistě dokáže představit, kde by ve své praxi mohl takovéto systémy použít, ale pro názornost můžeme jednotlivé úkoly rozdělit do těchto základních skupin:

Identifikace objektů
TopoL xT je v této oblasti používán například finančními úřady v některých státech SRN. Jedná se hlavně o identifikaci parcel přímo v terénu. TopoL CE potom Českou inspekcí ŽP (OI Plzeň) k vyhledání čísla pozemku z katastrální mapy přímo v terénu a k následnému určení vlastníka. Firma Česká správa nemovitostí, investiční a dřevařská pro identifikaci svých pozemků.

Měření bodových objektů
TopoL CE je například používán Magistrátem Hradce Králové pro zaměřování černých skládek, telefonních budek a veškerých dalších objektů, které je potřeba přidat do geografických dat.

Měření plošných a liniových objektů
Volarská lesní a dřevařská společnost používá TopoL CE v běžném lesnickém provozu (hajní, vedoucí) k měření vzdáleností, ploch, orientaci v terénu, tvorba vrstvy holin. V Itálii používají zemědělci TopoL CE pro měření výměry svých honů. Tyto hodnoty pak používají při vyplňování žádostí o dotace.