Návod k programu TRANSTOS v1.0 Konzolový program TRANSTOS v1.0 je určen k transformaci souřadnic do systému S-JTSK (Systém Jednotné Trigonometrické sítě Katastrální). Vstupem mohou být souřadnice ETRS89 nebo ITRS-2005 v jakékoli epoše a samozřejmě i souřadnice WGS-84 získané měřením GPS. Program je psaný výhradně v programovacím jazyce C a spouští se z příkazového řádku nebo přímo souborem „Transtos.exe“. Po spuštění programu se objeví následující okno:
Program umožňuje uživateli provést různé transformace v závislosti na parametrech transformačního klíče. Vstupem i výstupem programu jsou soubory *.txt, jejichž název (*) je určen uživatelem. Uživatel má k dispozici následující volby (po stisku klávesy s volbou a klávesy ENTER):
1. Transformace ze systému ETRS-89 do systému S-JTSK Jedná se o základní funkci programu, která metodou popsanou v hlavní části bakalářské práce provádí transformaci souřadnic. Je použito schématu: , ,
, ,
, ,
, ,
,
Vstupem programu je soubor *.txt se souřadnicemi v systému ETRS-89. Přitom je nutné dodržet následující postup:
1
Každý řádek ve vstupním souboru určuje jeden bod (tj. zeměpisná šířka, zeměpisná délka a elipsoidická výška). •
V řádku je na prvním místě zeměpisná šířka v následujícím pořadí:
„1“ – pro severní šířku nebo „0“ – pro jižní šířku (v ČR výhradně 1) Stupně zeměpisné šířky Minuty zeměpisné šířky Vteřiny zeměpisné šířky (použijte desetinnou tečku)
•
V řádku je na druhém místě zeměpisná délka v následujícím pořadí:
„1“ – pro východní délku nebo „0“ – pro západní délku (v ČR výhradně 1) Stupně zeměpisné délky Minuty zeměpisné délky Vteřiny zeměpisné délky (použijte desetinnou tečku)
•
V řádku je na třetím místě elipsoidická výška.
Vstupní soubor má proto vždy 9 sloupců oddělených mezerou nebo tabulátorem (viz. Obrázek 1). Každý řádek reprezentuje jeden bod, proto nesmí být konec souboru ukončen ENTERem (kurzor musí zůstat za hodnotou výšky posledního bodu)!
Obrázek 1 – rozložení dat ve vstupním souboru pro transformaci ETRS-89 -> S-JTSK
2
Výstupem programu je textový soubor se souřadnicemi S-JTSK a se všemi kroky mezivýpočtu, které jsou uvedeny následující legendou: Bs_ETRS89 – vstupní zeměpisná šířka v ETRS-89 Ls_ETRS89 – vstupní zeměpisná délka v ETRS-89 H_ETRS89 – vstupní elipsoidická výška v ETRS-89 B_ETRS89 – zeměpisná šířka v desetinné formě v ETRS-89 L_ETRS89 – zeměpisná délka v desetinné formě v ETRS-89 x_ETRS89 – prostorová souřadnice x v ETRS-89 y_ETRS89 – prostorová souřadnice y v ETRS-89 z_ETRS89 – prostorová souřadnice z v ETRS-89 x_SJTSK – prostorová souřadnice x v S-JTSK y_SJTSK – prostorová souřadnice y v S-JTSK z_SJTSK – prostorová souřadnice z v S-JTSK B_SJTSK – zeměpisná šířka v desetinné formě v S-JTSK L_SJTSK – zeměpisná délka v desetinné formě v S-JTSK Bs_SJTSK – zeměpisná šířka ve formě stupňů v S-JTSK Ls_SJTSK – zeměpisná délka ve formě stupňů v S-JTSK H_SJTSK – nadmořská výška v S-JTSK Y_SJTSK – rovinná souřadnice Y v S-JTSK X_SJTSK – rovinná souřadnice X v S-JTSK
3
Po výběru této transformace (klávesa 1) se objeví následující okno:
Obrázek 2 – volba MENU2 pro výběr druhu transformace
To umožňuje vybrat globální transformaci (klávesa 1) nebo lokální transformaci (klávesa 2). Při výběru globální transformace je uživatel tázán pouze na jméno vstupního a výstupního souboru. Globální transformační klíč je pevně uložen v programu a nelze jej měnit. Při výběru lokální transformace je nutné uvést ještě název textového souboru s lokálním transformačním klíčem. Jedná se o transformační klíč pro transformaci , ,
, ,
Transformační klíč se skládá ze sedmi parametrů, kde každý parametr musí být umístěn na jednom řádku v následujícím pořadí (viz. Obrázek 3): X0 - translační složka v ose x [m] Y0 – translační složka v ose y [m] Z0 – translační složka v ose z [m] ωz – rotační složka v ose z [desetinné sekundy] ωy – rotační složka v ose y [desetinné sekundy] ωx– rotační složka v ose x [desetinné sekundy] m – měřítko [m]
4
Obrázek 3 – uspořádání dat v souboru s lokálním transformačním klíčem
Po skončení transformace se výsledky uloží do výstupního souboru a program se vrátí k naposledy zobrazenému menu. Je možné provést opět další transformaci dle výběru, nebo se vrátit do hlavního menu stiskem klávesy 3 a z tohoto menu program ukončit stiskem klávesy 6. V případě, že program zjistí problém při výpočtu, je přerušen a v okně se objeví chybové hlášení. Po stisku jakékoli klávesy je program ukončen. V případě, že program po výpočtu nevypíše poslední menu (tzv. „zamrzne“, nebo „zůstane viset“), nastala neočekávaná chyba a je nutné program ukončit pomocí task manageru operačního systému.
2. Transformace ze systému ITRS-2005 (epocha tc) nebo WGS-84 do systému ETRS-89 Jedná se transformaci přímo ze systému ITRS-2005 (případně i dalších verzí ITRS-YY s milimetrovými rozdíly) nebo ze systému WGS-84. Vstupní souřadnice musí být určeny v epoše tc (např. 2007), která je rovněž vstupem programu. Schéma umístění vstupních souřadnic je stejné jako u transformace z ETRS-89 do S-JTSK. Výstupem programu je textový soubor se souřadnicemi ETRS-89 a se všemi kroky mezivýpočtu, které jsou uvedeny následující legendou: Bs_ITRF05 – vstupní zeměpisná šířka v ITRF-05 Ls_ITRF05 – vstupní zeměpisná délka v ITRF-05 H_ITRF05 – vstupní elipsoidická výška v ITRF-05 B_ ITRF05 – zeměpisná šířka v desetinné formě v ITRF-05 L_ ITRF05 – zeměpisná délka v desetinné formě v ITRF-05
5
x_ ITRF05 – prostorová souřadnice x v ITRF-05 y_ ITRF05 – prostorová souřadnice y v ITRF-05 z_ ITRF05 – prostorová souřadnice z v ITRF-05 x_ ETRS89 – prostorová souřadnice x v ETRS89 y_ ETRS89 – prostorová souřadnice y v ETRS89 z_ ETRS89 – prostorová souřadnice z v ETRS89 B_ ETRS89 – zeměpisná šířka v desetinné formě v ETRS89 L_ ETRS89– zeměpisná délka v desetinné formě v ETRS89 Bs_ ETRS89 – zeměpisná šířka ve formě stupňů v ETRS89 Ls_ ETRS89 – zeměpisná délka ve formě stupňů v ETRS89 H_ ETRS89 – nadmořská výška v ETRS89
Transformace je počítána podle (Claude Boucher, Zuheir Altamimi: Specifications for reference frame fixing in the analysis of a EUREF GPS campaign, dostupné z http://etrs89.ensg.ign.fr/memo2007.pdf (27.7.2008)) s tím, že poslední krok (použití rychlostí stanic v ETRS-89) je vynechán.
Souřadnice ETRS-89 jsou proto v aktuální epoše. Po skončení transformace se výsledky uloží do výstupního souboru a program se vrátí k naposledy zobrazenému menu. Je možné provést opět další transformaci dle výběru, nebo program ukončit stiskem klávesy 6.
3. Transformace ze systému ITRF-2005 (epocha tc) nebo WGS-84 do systému S-JTSK Jedná se transformaci skládající se postupně z transformace ze systému ITRS-2005 (epocha tc) do systému ETRS-89 a transformace ze systému ETRS-89 do systému S-JTSK, které je možné rovněž provést samostatně. Schéma vstupních i výstupních hodnot je stejné jako u výše uvedených kapitol. Transformaci je opět možné provést pomocí globálního nebo lokálního transformačního klíče. Podrobnější informace jsou popsány v předchozích kapitolách.
6
4. Transformace z rovinných souřadnic systému S-JTSK do prostorových souřadnic systému S-JTSK (na Besselově elipsoidu) Tento transformační postup je inverzní transformace k poslední části při převodu ETRS-89 do S-JTSK. Jedná se o zpětné Křovákovo zobrazení, které je nutné při výpočtu nového transformačního klíče. Tato část je v programu uvedena pro potřeby výpočtu lokálního transformačního klíče. Vstupem programu je textový soubor s rovinnými souřadnicemi S-JTSK dle následujícího schématu: •
Každý řádek určuje jeden bod (tj. Y, X a nadmořská výška).
•
V řádku je na prvním místě souřadnice Y, dále pak souřadnice X a nadmořská výška.
•
Vstupní soubor má vždy 3 sloupce oddělené mezerou nebo tabulátorem (viz. Obrázek 4).
Obrázek 4 – uspořádání vstupních dat v souboru se souřadnicemi S-JTSK
Výstupem programu je textový soubor s prostorovými souřadnicemi S-JTSK a se všemi kroky mezivýpočtu, které jsou uvedeny následující legendou: Y_SJTSK – rovinná souřadnice Y v S-JTSK X_ SJTSK – rovinná souřadnice X v S-JTSK H_ SJTSK – nadmořská výška v S-JTSK
7
B_ SJTSK – zeměpisná šířka v desetinné formě v S-JTSK L_ SJTSK – zeměpisná délka v desetinné formě v S-JTSK Bs_SJTSK – zeměpisná šířka ve formě stupňů v S-JTSK Ls_SJTSK – zeměpisná délka ve formě stupňů v S-JTSK x_SJTSK – prostorová souřadnice x v S-JTSK y_SJTSK – prostorová souřadnice y v S-JTSK z_SJTSK – prostorová souřadnice z v S-JTSK
Po skončení transformace se výsledky uloží do výstupního souboru a program se vrátí k naposledy zobrazenému menu. Je možné provést opět další transformaci dle výběru, nebo program ukončit stiskem klávesy 6.
5. Určení nového transformačního klíče Poslední možností programu TRANSTOS v1.0 je výpočet nového transformačního klíče. Jedná se o nejsložitější část programu, při které se provádí několik poměrně složitých numerických operací. Vstupem jsou soubory se souřadnicemi identických bodů ETRS-89 a SJTSK (např. DOPNUL), které musí splňovat podmínku uspořádání dat podle Obrázek 1 a Obrázek 4. Počet řádků v obou souborech proto musí být stejný. Při výpočtu program provádí částečnou transformaci z kapitoly 1 a celou transformaci z kapitoly 4. Výstupem jsou tři textové soubory. První soubor obsahuje prostorové souřadnice v systému ETRS-89 a druhý prostorové souřadnice S-JTSK, ze kterých je následně vypočten transformační klíč. Souřadnice v těchto souborech jsou uvedeny legendou (viz. kapitoly 1 a 4). Třetí soubor je soubor s lokálním transformačním klíčem, jehož schéma je uvedeno na Obrázek 3. Transformační klíč je vypočten metodou nejmenších čtverců. Vypočtený transformační klíč lze okamžitě (bez dalších úprav) použít pro jakoukoli lokální transformaci, kterou tento program umožňuje. Výpočet transformačního klíče je prováděn pomocí redukce souřadnic k těžišti, jelikož přes přímý výpočet inverzní matice (při výpočtu determinantu) nastávají příliš vysoké nepřesnosti (i při použití long double). Přesto může být výsledný klíč ovlivněn nepřesnostmi při numerických výpočtech. Porovnáním s výpočty determinantů pomocí jiných programů
8
(MATLAB, MS EXCEL aj.) se po transformaci souřadnice S-JTSK liší max. o 2cm. To lze považovat za akceptovatelnou chybu.
Závěr Program TRANSTOS v1.0 je přílohou k bakalářské práci „Určení přesnosti transformace souřadnic pro výzkum odchylek od ideální trajektorie vozidla“. Program byl vytvořen pro potřeby této práce, ale rozhodně není na tuto práci vázán. Program lze použít pro transformaci souřadnic s různými kritérii přesnosti bez ohledu na další zpracování transformovaných dat. Výhodou programu je rychlé vytvoření transformačního klíče (nejlépe z bodů kampaně DOPNUL) s okamžitým transformováním vstupních souřadnic. Program byl vytvořen pomocí CodeGear C++ Builder 2007 a je použitelný na všech standardních platformách Windows. V systémech založených na UNIXu program hlásí chybu. (jedná se o načítání hlavičkového souboru conio.h). V případě doplnění tohoto souboru a patřičných knihoven je program TRANSTOS spustitelný i např. v OS LINUX.
9
