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