Adatgyűjtés • Térbeli adatok – jelenségek térbeli elhelyezkedése, kiterjedése, stb.
Adatgyűjtés
• Leíró (attributum) adatok – a térképi objektumokhoz rendelt alfanumerikus adatok.
Adatgyűjtési és adatnyerési technikák a térinformatikában
• Vektoros adatok • Raszteres adatok 1
2
Kézi technológiák
Adatgyűjtési technológiák • • • • •
• Eszközök:papír, toll, mérőszalag, mérőbot, iránytű, stb. • Előnyök
Kézi technológiák Geodéziai technológiák Szkennelés és digitalizálás GPS Távérzékelés
– Alacsony költség
• Hátrányok – A pontosság hozzávetőleges a tereptárgyakhoz képest – Pontatlanság emberi tényezők miatt
– Légifotó – Űrfotó – Radaros távérzékelés (3D modell) 3
4
Geodéziai, topográfiai módszerek
Geodéziai, topográfiai módszerek
• A geometriai adatnyerés legrégebbi és legelterjedtebb módszerei • Pontok koordinátáinak pontos (mm, cm) meghatározása • Nagy felbontású vektor alapú rendszerek létrehozása
• Előnyök – Nagy pontosság (mm) – Bejáratott, biztos technológia
• Hátrányok – képzett kezelőszemélyzet (mérnökök, geodéták) szükséges – Magas eszköz-, műszer költség
5
Szkennelés és digitalizálás
6
Szkennelés és digitalizálás • Előnyök
• Másodlagos adatnyerési eljárás: – már létező adatok feldolgozása (papírtérkép, légifotó, űrfotó, szkennelt térkép)
– Mérsékelt költség (feltéve, hogy minden adat rendelkezésünkre áll)
• A feldolgozás célja
• Hátrányok
– A meglévő adatainkat olyan digitális formába hozni, ami alkalmas egy térinformatikai rendszer bemenetének
– A pontosság függ a térkép méretarányától
• Szkennelés: raszteres állományok létrehozása • Digitalizálás:
• Pontosság= 0.2 mmm, ahol m a térkép méretarányszáma • Pl. ha a térkép 1:10.000 → P=2m
– Digitalizáló táblával: papírtérképről a vektoros adatok előállítása – Képernyős digitalizálás: szkennelt térkép vektorizálása
– A változások a papírtérképen nincsenek vezetve 7
8
GPS Global Positioning System (Globális Helymeghatározó Rendszer)
Képernyős digitalizálás (vektoros adatok létrehozása) •
Lépések:
Geocentrikus koordinátákkal dolgozó, műholdas méréseken alapuló globális helyhely- és időmeghatározó rendszerek:
1. A papírtérkép beszkennelése 2. A kép tájolása (georeferencia) 3. A vektoros elemek bedigitalizálása (végigjárás egérrel) 4. Hibák kijavítása 5. Topológia készítés 6. Leíró adatok hozzárendelése
NAVSTAR (NAVigation System with Time And Range) GLONASS (GLobal Orbiting and NAvigation Satellite System) 9
Olyan robosztus helymeghatározó készülék, ami terepen is használható 10
Mire használható a helymeghatározó rendszer?
GPS - Global Positioning System
• Térképezés és adatgyűjtés
Elv:
– Rögzíteni, hogy mi hol van
ismert helyzetű mesterséges holdakra végzett egyidejű távolságmérés
• Milyen tereptárgyaim vannak?
• Navigáció – Megtalálni valamit valahol
Feltétel:
• Hogyan találok vissza egy tereptárgyhoz?
mesterséges holdak rendszerének léte, speciális vevőberendezések
• Adatfrissítés – Ellenőrizni valamit valahol
Eredmény:
• Helyesek-e a tereptárgyról a rendelkezésemre álló információk?
nagy pontosságú geocentrikus koordináták 11
12
Mire képes egy GPS/GIS rendszer?
Mire képes egy GPS/GIS rendszer?
(1) Térképezés és adatgyűjtés – A GPS vevő kiszámítja az objektum helyét, koordinátáját – A felhasználó attribútumokkal látja el az objektumot (attribútum szótár) – A készülék a térbeli és attribútív adatokat összekapcsolva egy rendszerben tárolja – A nap végén a gyűjtött digitális adatok közvetlenül áttölthetőek a GIS vagy CAD rendszerbe
(2) Navigáció – a GPS vevőt arra használjuk, hogy megtaláljunk valamit a terepen: – Milyen irányban van és milyen távolságra? – Általános ellenőrzés, karbantartás, fenntartás – Rendszer frissítés és információ érvényességének igazolása
13
Mire képes egy GPS/GIS rendszer?
14
Milyen fő hátrányai vannak a GPS rendszernek?
(3) GIS adatok érvényessége és frissítése Helyesek-e a tereptárgyról a rendelkezésemre álló információk? – A térinformatikai rendszerek gyakori frissítést, naprakészen tartást igényelnek – Érvénytelen adatok miatt: • Pontatlan eredményt adnak a lekérdezések • Nem megfelelő alapjai a döntéshozatalnak
– Munkafolyamatok
• Minden tereptárgyat végig kell látogatni, fel kell keresni • Mindenképpen „látni” kell a műholdakat •Nem használható épületekben, alagutakban, szűk völgyekben
• (a) A meglévő adatbázist betöltjük a terepi munkához • (b) A GPS vevő segítségével ellenőrizzük, hogy a megfelelő tereptárgynál állunk-e • (c) Felfrissítjük a meglévő adatbázisunkat a megfelelő attribútummal vagy új egyedet veszünk fel 15
16
GPS
Mik a GPS rendszer előnyei? Műszaki adatok: •Helyszínen történő attribútumozás és érvényesség vizsgálat •Könnyű használhatóság •Nincs szükség magasan kvalifikált munkaerőre •Pontos, hatékony, objektív helymeghatározás •Nincs szükség terepi tájékozódási pontokra (mint például geodétáknak a háromszögelési hálózat) •A mérés időjárás és napszak független •Pontos nagy területek esetén is, bárhol a világon •Elektronikus adatfolyam a munka során végig •Könnyen integrálható a térinformatikai rendszerbe •Nincs kézimunka igény, többszöri adatbevitel •Könnyen lehetővé teszi a visszatalálást egy tereptárgyra illetve az adatfrissítést 17
Konstelláció
Név: NAVSTAR Gyártó: Rockwell International Keringési magasság: 20000 km Súly: 855 kg Méret: 6 m kiterjesztett napelemekkel Keringési idő: 12 óra Keringési pálya: 55 fokos szöget zár be a pálya az egyenlítőhöz képest Tervezett élettartam: 7.5 év
18
A működés elméleti alapjai
20000 km
• A 24 műhold minden nap ugyanazt a pályát járja be a földfelszínhez képest • A pályamagasság olyan, hogy minden földi pont felett 24 óránként (23 óra 56 perc) a műholdak konstellációja ugyanolyan • A hat pálya (névlegesen mindegyiken 4 műholddal) egyenlően van elosztva, 60 fokonként • Ez a konstelláció biztosítja, hogy a felhasználók 5-8 műholdat mindig láthatnak a Föld bármelyik pontjáról. 19
A pozíciónk a gömbfelületen van
A pozíciónk egy körön van 20
A működés elméleti alapjai A pozíciónk a két pont egyike
Hogyan mérjük a távolságot?
• Az egyik pozíció kizárható a szélsőséges értéke miatt • A pozíció meghatározásához minimum 4 műholdat kell látni (3 helyzet, 1 idő)
• Az egész probléma levezethető abból a mindenki számára ismert összefüggésből, hogy a távolság a sebesség és az idő szorzata. • A GPS esetében a rádiójel menetidejét mérik, a rádiójel sebessége a fény sebességéhez hasonló, nagyjából 186000 mérföld másodpercenként. • A probléma tehát a menetidő megmérése. • Ennek a mérése elég problémás. Először is a menetidő nagyon-nagyon rövid. Ha a műhold pont a fejünk felett lenne, akkor a menetidő 0,06 másodperc. Ennek a megméréséhez egy igen pontos óra szükségeltetik.
21
Hogyan mérjük a távolságot?
22
A Pszeudo Random Kód
• Mind a műhold, mind a vevő ugyanabban a pillanatban elkezd játszani egy jelt (Pszeudo Random Kódot). • Ami az űrből jön, késik, mivel több mint 20000 km-t kell megtennie a vevőnkig, ezért a két változat nincs szinkronban egymással. • Ha szeretnénk tudni, hogy mennyit késett a műhold verziója, elkezdjük késleltetni a vevő verzióját egészen addig amíg nem esnek egymásba. • Amennyivel arrébb kellett állítani a vevő verzióját az az idő a jel menetideje. • Ha összeszorozzuk ezt az időt a fénysebességgel, akkor megkapjuk, hogy milyen messze van a műhold.
A Pszeudo Random Kód (PRC) egyik legalapvetőbb eleme a GPS-nek. Gyakorlatilag csak egy igen bonyolult digitális kód, más szavakkal 0 és 1 értékek váltakozása, mint ahogy az ábra is mutatja: 1011110001100110100111000111010111100011001101001110001110
A jel olyan bonyolult, hogy úgy néz ki, mint egy véletlenszerű elektromos zaj. Ezért lett a neve „Pszeudo-Random”.
23
24
A mérés pontosítása
A Pszeudo Random Kód Igen sok indok szól a PRC komplexitása mellett: • Az összetett minta garantálja, hogy a vevő véletlenszerűen nem szinkronizálódhat össze más jellel. A minta olyan bonyolult, hogy a fogandó jel alakja semmiképpen nem egyezik más egyéb jellel. • Minden műholdnak van saját egyedi Pszeudo Random Kódja. A kód bonyolultsága biztosítja, hogy a vevő két műhold jelét nem keveri össze, minden műholdat pontosan tud azonosítani, annak ellenére, hogy ugyanazt az átviteli frekvenciát használják. • A harmadik ok a Pszeudo Random Kód összetettségének kihasználhatóságára, hogy gazdaságosabbá teszi a GPS szolgáltatást, ugyanis az információelméleti fejlődést kihasználva a GPS jel így felerősödik és ezáltal nem kell nagy méretű műholdvevő a jel fogására.
25
Extra időmérés • Ha az óránk tökéletes lenne, akkor a mérés eredménye az lenne, hogy egy pontot metszene ki a térben a három mérés. De pontatlan óra esetén a negyedik mérés mintegy visszaellenőrzés működik, az nem fogja metszeni az előző három mérés eredményeként kapott pontot. • A vevő számítógép észleli, hogy pontatlanság van a mérésben, tehát nincsen szinkronban a műholdak együtt járó órájával. • Mivel a műholdak órája együtt jár, a vevő órájának hibája minden mérést érint. A vevő egy olyan közös értéket keres, amelyet kivonva mind a négy mérésből a mérési pontok egybe esnek. • Ezért kell a pontos méréshez minden GPS vevőnek 27 minimálisan négy műholdat látnia.
• Az előbbiekben elfogadtuk azt a feltételezést, hogy a műhold órája és a mi óránk egyformán jár és ugyanabban az időpillanatban generálják a kódokat. De hogyan tudjuk ellenőrizni, hogy minden óra egyformán jár? • Mivel az időmérés a GPS-es helymeghatározás kulcskérdése (ezredmásodpercnyi tévedés 350 kmes hibát eredményezne), az óráknak nagyon-nagyon pontosnak kell lenniük. • A műholdak garantálják ezt, mivel minden műholdon négy atomóra található. De mi a helyzet a vevővel? • A vevőt nyilvánvalóan nem lehet terhelni egy ilyen költségű alkatrésszel, ezért kellett kidolgozni azt a technikát, ami egy extra mérés segítségével pontosítja a mérést.
26
Földi Állomások ("Control Segment") • Ezek az állomások arra valóak, hogy ellenőrizzék a műholdak pontos helyzetét az űrben, illetve az „egészségi” állapotukat. A központi földi állomás folyamatosan továbbítja a korrekciót a műholdak felé. • A Földön öt ilyen állomás található: Hawaii, Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein, and Colorado Springs
28
Elemtípusok mérése Pont
Ha egy ponton állunk és mérünk a koordináták átlagából igen pontosan meghatározhatjuk a pozíciónkat.
29
30
Elemtípusok mérése
Elemtípusok mérése Vonal
Poligon
Pontok összekötésével készül
Megkapjuk a vonal objektumokat és a vonalak hosszát, mint attribútumot
Összekötjük a mért pontokat és a kezdő és végpontnál összezárjuk, így kapjuk a poligonokat
Attribútív adatként megkapjuk a területet és a kerületet.
31
32
Attribútumok • A mérés előtt definiálhatunk attribútumszótárt. • A mérés alatt könnyen és hatékonyan használható • A mérés után mind a térbeli, mind a leíró adatok áttölthetőek a GIS vagy CAD rendszerbe
33
