Infokommunikáció a közlekedésben (VITMJV27)

Infokommunikáció a közlekedésben (VITMJV27)

Hely fogalma, pozícionálási alapok, cellás pozícionálási technikák Heszberger Zalán

Infokommunikáció a közlekedésben

Pozícionálási technológiák • A pozícionálás fő elvei: • bázispontok/állomások pontos helye ismert • mért jel konverziója távolság (vagy szög) mértékké • bázisállomástól való távolságok összesége kijelöli a pozíciót

• Főbb mérési eljárások • jelenlétérzékelés (COO) • jelterjedési idő mérés (TOA) • jelterjedés különbség mérés • beérkezési szög mérés (AOA)


Pozícionálási technikák alkalmási területei


Hely fogalma Hely, helyzet

Fizikai hely

Térbeli hely: pozíció

Virtuális hely (pl. webhely)

Hálózati hely: pl. mobil hálózati cella szintű IP cím az interneten stb.

Hely leírás: pl. város, út, egyéb környezet stb. • A fordítás az egyes hely típusok között: GIS, térkép adatbázisok Infokommunikáció a közlekedésben

Térbeli hely komponensek • Térbeli hely magadása valamilyen referencia alapján történhet • Referencia adatok típusai: • Koordináta rendszer • Datum (az angolszász terminológiában /ill. a latinból átvéve/ a “datum” a “data” szó egyes száma, jelentése: adat, jelzőpont kitűzőhely) • Projekció (ha az információ egy síkbeli térképre vonatkozik) • A föld legmagasabb pontja: ???


Koordináta rendszer • A koordináta rendszert meghatározó adatok: • a koordináta rendszer típusa, pl. Descartes • dimenziója • az origó • a tengelyek skálája • a tengelyek iránya • A Descates koordináta rendszer: • ECEF (Earth Centered –Earth fixed) • Origo: föld középpontja • A földdel együtt forog • Z tengely: északi sark • XY sík: egyenlítő • XZ sík: főmeridian (Greenwich)


A Föld gömbölyű?


Elipszoid koordináta rendszer • A föld felszínét elipszoiddal modellezi • A föld alakja valójában lapított a forgás miatt • Két plusz adat: • egyenlítői sugár • sarki sugár • Két szög a koordináta síkoktól: • szélességi kör az origóból (latitude vagy parallel) • hosszúsági kör (logitudinális vagy merídián) • magasság (altitude, eleváció) • Geodetikus magasság: a referenciaelipszoidtól számított magaság


Elipsoid koordináta rendszer: Koordináta értékek megadása • Magasság: hosszúság dimenzió (km, m, cm) • Szélesség, hosszúság: • fok • perc: fok/60 • másodperc: perc/60 • néha tized ill. századfok • 1 szélességi fok az egyenlítőnél~40000km/360=111,1 km 1 másodperc ~31m • magassági fok mindig ennyi • Koordináta pont megadása pl. • Eleváció 100m, Északi szélesség 47o 18’ 12,9’’, Keleti hosszúság 11o 23’36,2’’ • Nemzetközi Merídián Konferencia, 1884: hosszúság 0o Royal Greenwich Observatory • GMT: Greenwich Mean Time UTC: Coordinated Universal Time Infokommunikáció a közlekedésben

Horizontális dátum • Horizontális dátum: Referencia elipszoiddal közelíti a föld alakját, egyéb egyenetlenségeket nem vesz figyelembe, a magasság néha 100 pontatlanságot is elérheti


Horizontális dátum referencia elipszoidok • Lapultság (Flattening) = (egyenlítői sugár-poláris sugár)/egyenlítői sugár • Referencia elipszoidok az évek során:


Lokális horizontális dátumok • A horizontális dátumok globálisan nemigen használhatóak a nagy pontatlanság miatt • Lokális illesztett elipszoidok azonban elég jók lehetnek • Adott helyeken rögzített lokális horizontális dátumok: (a geocentertől való eltérésük függvényében) •


Globális és lokális dátumok kapcsolata • Lokális dátum központja, valamely terület esetén egy jól meghatározott pontban, pl. a terület középpontja környezetében van (Európa estén pl. Németországban Potsdamban)


Vertikális dátum • Vertikális dátum: Minden helyen a közepes tengerszintet igyekszik megadni • Tengerszint változásának okai: • hullámok • ár-apály folyamata • Geoid: a föld egy ekvigravitációs felülete, mely nagyjából a közepes tengerszintre van beállítva


Magassági adatok típusai • Ortometrikus magasság: Geoidtól való távolsága a föld felszínének • Geodetikus magasság: A referencia elipszoidtól való magasság • A Geoid magassága: A Geoid eltérése a referencia elipszoidtól • A WGS-84 rögzít egy globális horizontális dátumot ill. egy vertikális dátumot is • N ~ max. 100m, de tipusan néhány 10 méter


GPS alapú pozícionálás folyamata •

GPS pozícionálási lépések

1.

A GPS rendszer segítségével meghatározzuk a koordinátákat az ECEF Decartes koordináta renszerben

2.

Ebből kiszámoljuk a szélességi és hosszúsági fokokat ill. a geodetikus magasságot

3.

Kiszámoljuk az orthometrikus magasságot, melyhez rendelkezésre áll egy kb. 10x10 méteres felbontású adathalmaz a geoid magasság adatairól

•

A használt adatbázist a WGS-84 rögzíti.

•

A még pontosabb értékhez a 10x10-es négyzethálón interpolációval számolunk

•

Használhatunk még pontosabb felbontású adatbázist is

•

Adatbázisok különböző felbontással elérhetőek a NIMA-tól (National Imagery and Mapping Agency)


Térkép projekciók


Projekciók torzításai • Területi torzítás: A valós területek aránya különbözik a síkban ábrázolt térkép esetén • Ha nincs ilyen jellegű torzítás akkor a projekció területtartó (pl. tematikus térképek) • Szögtorzítás: Az egyes fölterületek alakja megváltozik. • Ha ilyen nincs akkor a projekció alaktartó (pl. navigációs térképek) • Skálatorzítás: A hosszak aránya eltérő a síkban. • Gyakorlatilag minden projekció rendelkezik ilyen tulajdonsággal kisebbnagyobb mértékben • Távolság torzítás: Ha bármely pont egy referenciaponttól való távolsága a projekció során megváltozik • Ha ilyen nincs akkor távolságtartó leképezésről beszélünk (referencia ponttól való távolság mérése esetén használatos térképek) • Irány torzítás: Referenciapont és bármely más pont közötti azimuth megváltozik


Mercator projekciók • Gerhardus Mercator finn matematikus és térképész 1568-ban alkalmazta először


Tranzverzális mercator projekció • Johann Heinrich Lambert 1772:


UTM – Universal Traverse Mercator • Az amerikai hadsereg fejlesztette • Az egész földet megfelelő pontossággal leírja • Két dimenziós Decartes koordináta renszer • Tranzvezális Mercator projekciók sorozata 6o-onként • A sarkokon a nagy torzítás elkerülése érdekében a szélességi köröknél korlátozva van északon 84, délen 80 foknál • A térkép zónákra osztott: 900 km x 20000 km • Az északi és a déli félteke külön koordináta renszerben • Zónák számozása sorrendben 1. W180-W172 , 60 E172-180 • A katonai térképek jelölése a zónát további részekre bontja és azon belül határozza meg a pontos koordinátát


UTM – Universal Traverse Mercator


UTM katonai verzió


Pozíció adatok koordináta rendszerekben • Több különböző koordináta rendszer létezik tehát • Sokszor nemzeti szabványok alapján • LBS esetén különböző koordináta rendszerek megjelölésére az EPSG (European Petroleum Survey Group) vezetett be jelölést (pl. az EPSG:4326 jelöli a WGS-84 rendszert)


Pozícionálás • Pozícionáláshoz szükséges komponensek: • adott paraméterek megfigyelése méréssel • szög, távolság, távolság különbség, sebesség stb. • fix pontokhoz relatíve • pilot jel: radiohullámok, infravörös hullámok, ultrahang hullámok • rádiólokációs és nem rádiólokációs technikák • pozíció számítása • körkörös vagy hiperbolikus lateráció, szögmérés • leíró vagy térbeli referencia rendszer • datum ill. koordináta rendszer stb. • infrastruktúra • műholdak, cellás mobil hálózatok • protokollok az egyes komponensek közötti kommunikációhoz


Mérési módszerek összefoglalása Pozícionlálási eljárás

Megfigyelt adat

Mérés módja

Érzékelés közelség alapján

cella azonosító, koordináta

adott jel puszta észlelése

Háromszögelés

távolság vagy távolság különbség

pilot jel átviteli ideje, átviteli idő különbség

Irányszög mérés

szög

antenna hálók

Differenciális pozíciószámítás – dead reckoning

pozíció, mozgás irány, sebesség, távolság

giroszkóp, sebességmérő, fordulatszámmérő

Mintaillesztés

kép jellegű információ, egyéb adatok mintáinak ismerete

kamera, egyéb jelerősség mérés


Infrastruktúra


Felhasznált irodalom • Stefan Steiniger, Moritz Neun, Alistar Edwardes: Foundations of Location Based Services • Axel Küpper: Locaton-based Services – Fundamentals and Operation • M.A. Dru, S.Saada: Location-based Mobile Services: The Essentials • HTE Híradástechnika folyóirat szeptemberi különszám: Közlekedési kommunikációs renszerek


Infokommunikáció a közlekedésben (VITMJV27)

Recommend Documents