Petr Rapant
Institut geoinformatiky
VŠB - TU Ostrava
17. listopadu 15, 708 33 Ostrava - Poruba
tel.: 59 732 5470, fax: 59 691 8589
e-mail: petr.rapant@vsb.cz, URL: http://gis.vsb.cz
This paper deals with practical experiences based on field tests of mobile geoinformation technologies based on palmtop iPAQ with Bluetooth, Compact Flash GPS, and software ArcPad. We dicuss practical usability of such means in the field, precision under different conditions, etc.
V příspěvku jsou shrnuty zkušenosti z praktického testování použitelnosti mobilních geoinformačních technologií na bázi počítače palmtop iPAQ s rozharním Bluetooth, GPS přijímače v provedení Compact Flash, a programového vybavení ArcPad. Diskutována je použitelnost takto koncipovaného zařízení v terénu, dosažitelná přesnost v různých podmínkách (otevřený terén, město) apod.
V současné době jsme svědky pokračujícího (a stále gradujícího) rozvoje informačních a komunikačních technologií. Nejinak je tomu i v oblasti geoinformačních technologií, které začínají těžit i z rostoucí miniaturizace výpočetní techniky a z její integrace s komunikačními technologiemi. Vznikající mobilní geoinformační technologie se začínají objevovat v různých oblastech lidské činnosti. Jsou s nimi často spojovány nemalé naděje, nemalá očekávání. Ale - nakolik jsou současné technologie schopné tato očekávání naplnit? A nakolik jsou vhodné pro masivní provozní nasazení? Na tyto otázky se pokusíme odpovědět v tomto referátu.
V prvé řadě si definujme, co budeme rozumět pod pojmem mobilní geoinformační technologie [1]:
Mobilními geoinformačními technologiemi rozumíme prostředky vzniklé integrací geoinformačních technologií a telematiky a určené pro získávání geodat a geoinformací a jejich zprostředkovávání mobilním uživatelům.
Příkladem mohou být různé mobilní jednotky vzniklé například kombinací mobilního telefonu, přenosného počítače třídy palmtop, Internetu, programového vybavení pro GIS a přijímače GPS, která může postupně vyústit až v jejich plnou integraci. Již dnes někteří výrobci nabízejí mobilní telefony v kombinaci s přijímačem GPS, mobilní telefony vybavené grafickou obrazovkou a schopné pracovat v prostředí Internetu, mobilní telefony vzniklé integrací s počítačem třídy palmtop apod. Dva příklady těchto zařízení jsou ukázány na obr. 1.
Jak již bylo uvedeno v úvodu, jsme dnes svědky bouřlivého rozvoje moderních informačních a komunikačních technologií, které umožňují uživateli, aby se odpoutal od své židle a svého počítače, opustil svoji kancelář a přitom neztratil kontakt se svým geografickým informačním systémem. Rozvíjí se moderní telematika, družicové systémy určování polohy, moderní metody získávání geodat. Lidé si díky tomu stále naléhavěji uvědomují prostorovou dimenzi zpracovávaných dat a informací, prostorovou dimenzi svého jednání a rozhodování, prostorovou dimenzi svého bytí na planetě Zemi. Díky tomu vzrůstá jejich zájem o technologie, umožňující vhodným způsobem "uchopit" tuto prostorovou dimenzi a odpovídajícím způsobem s ní pracovat prakticky kdykoliv a kdekoliv. V tom jim mohou být nápomocny právě moderní mobilní geoinformační technologie.
V principu se jedná o integraci následujících komponentních technologií:
Obr. 1 Příklady prostředků pro mobilní geoinformační technologie. Vlevo je snímek mobilního telefonu/PDA Siemens SX 45 s přijímačem Compact GPS a programovým vybavením ARCPad, vpravo pak PDA iPAQ 3780 s přijímačem Compact GPS a programovým vybavením ARCPad.
V rámci praktického ověřování použitelnosti mobilních geoinformačních technologií byly použity následují prostředky:
Jedná se o relativně levná zařízení, která se běžně objevují v nabídkách různých firem jako prostředky vhodné pro profesionální nasazení. Doporučované jsou především pro jejich nízkou pořizovací cenu.
Testovací měření byla prováděna v létě a na podzim roku 2002, za různého počasí a různých teplot. Měření byla prováděna i za různých příjmových podmínek: jednak v otevřeném prostoru s téměř ideálními podmínkami příjmu signálů družic GPS a jednak za stížených podmínek, např. v ulicích městské části Ostrava - Poruba, kde byl příjem signálů družic silně omezen zástavbou a popřípadě i zelení. Měření byla prováděna bez jakékoliv přípravy, tak jak se naskytla příležitost k jejich provedení. To ostatně odpovídá nejběžnějšímu užívání této techniky při mapování v terénu.
Všechna měření byla prováděna bez jakýchkoliv korekcí (ať už v reálném čase nebo následných). I tato podmínka nejlépe odpovídá reálné situaci při běžném používání této techniky v terénu. Jakékoliv zařízení, které by umožňovalo provádět diferenční korekce v reálném čase, by tuto techniku výrazně prodražilo (neboť by bylo nutné zakoupit vhodný komunikační prostředek a službu, resp. vybudovat referenční stanici GPS s možností přenosu korekcí v reálném čase).
Na základě praktických zkušeností získaných v terénu byly identifikovány následující omezující faktory využívání použité běžně dostupné techniky. Problémy působily zejména:
Pro vlastní mapování byl použit jako srovnávací materiál ortofotosnímek části Ostravy - Poruby transformovaný do souřadnic WGS-84. Ani použitý přijímač GPS ani použité programové vybavení neumožňovalo práci v souřadnicovém systému S-JTSK.
Dosažené výsledky budou dokumentovány na následujících příkladech:
Obr. 2 Celková situace (jako podklad byla použit ortofotosnímek
poskytnutý firmou Geodis Brno, s.r.o.).
Na obr. 2 je ukázána celková situace. Větší část oblasti, v níž probíhalo měření (přesněji záznam prošlé trasy) je pokryta ortofotosnímkem. Z obrázku je zaznamenáno celkem 28 měření provedených v době od 23.8.2002 do 10.9.2002. Z celkového pohledu je zřejmé, že shoda měření se situací na ortofotosnímku je v některých oblastech velice dobrá (především se jedná o oblasti s nízkou zástavbou a oblasti s otevřeným terénem, zatímco jinde jsou patrné značné odchylky (především v zastavěných oblastech).
Obr. 3 Výsledky měření zobrazená v měřítku 1:5 000.
Na obr. 3 je ukázka výsledku měření, provedených v oblasti s nízkou zástavbou, zobrazeného v měřítku 1:5 000 (v originále). Zde vidíme, že při zobrazení v tomto měřítku je shoda měření se situací zachycenou na ortofotosnímku velice dobrá. Z toho vyplývá, že při dobrých podmínkách příjmu signálů družic GPS je možné tato zařízení používat pro mapování v měřítku 1:5 000 i bez diferenčních korekcí.
Obr. 4 Výsledky měření zobrazená v měřítku 1:1 000.
Ukázka výstupu naměřených dat v měřítku 1:1 000 je na obr. 4. Zde je patrné, že v některých místech není shoda naměřených dat se skutečností tak jednoznačná. Z toho vyplývá, že pokud bychom chtěli využívat použitou techniku i pro mapování v tomto měřítku, bylo by použití diferenčních korekcí nezbytné.
Obr. 5 Výsledky opakovaných měření v oblasti
s téměř ideálním příjmem signálů družic GPS.
V oblasti byla provedena i opakovaná měření. Jedna trasa byla proměřena celkem 8-krát. Na obr. 5 vidíme zvětšený detail, z něhož je patrné, že rozptyl těchto měření většinou nepřesáhl cca 5.5 m. Měření byla prováděna v oblasti bez zástavby nebo jen s minimem nízké zástavby, která navíc byla poměrně vzdálená od vlastní trasy. Ale z obrázku je rovněž patrné, že jeden záznam se právě v místě křižovatky výrazně odchýlil od ostatních bez zjevné příčiny. Z toho vyplývá, že ani za ideálních podmínek nemusí každé měření dopadnout dobře, vždy zde bude jistá míra nejistoty. Při provádění prací v terénu je proto vždy nutné provádět ověřování přesnosti měření.
Obr. 6 Výsledky opakovaných měření v oblasti
se zhoršeným příjmem signálů družic GPS.
Na následujícím obr. 6 je vidět poněkud odlišná situace. V tomto případě byla měření ovlivněna částečným zastíněním oblohy budovami. Zde již vidíme, že je rozptyl opakovaných měření výrazně vyšší.
Obr. 7 Výsledky opakovaných měření v oblasti
s rozptýlenou výškovou panelovou zástavbou.
Na obr. 7 je ukázka z oblasti, kde nebyla k dispozici ortofotomapa. V této oblasti se nachází vyšší zástavba, i když v relativně větší vzdálenosti od místa měření. Z obrázku je patrné, že naměřená vzdálenost mezi body opakovaných měření je cca 6.5 m.
Obr. 8 Výsledky měření na Hlavní třídě v Ostravě - Porubě.
Některé body vykazují odchylku až 150 m.
Vedle měření za téměř ideálních podmínek bylo několik tras vedeno i zastavěnou oblastí. Na obr. 8 je ukázka výsledků měření provedených na Hlavní třídě v Ostravě - Porubě. Z obrázku je patrné, že se výrazně projevilo zastínění oblohy okolními budovami. Odchylka naměřených bodů od skutečné trasy dosahu rázem až 150 m.
Obr. 9 Výsledky jiného měření na Hlavní třídě v Ostravě - Porubě.
Zaznamenaná trasa vedla po kraji chodníku (viz přerušovaná čára).
Na obr. 9 jsou výsledky jiného měření, kdy byla trasa vedena po kraji chodníku a i zde vidíme značnou odchylku, opět způsobenou především zástavbou. (Skutečná trasa je naznačena přerušovanou čarou.)
Obr. 10 Výsledky měření na Havlíčkově náměstí v Ostravě - Porubě.
Vnější trasa vedla po obrubníku mezi chodníkem a silnicí, vnitřní trasa středem chodníku pod zelení. Část skutečného průběhu této trasy je naznačena přerušovanou čarou.
A na obr. 10 je zachycena situace při měření provedeném na Havlíčkově náměstí. V průběhu měření byl zaznamenán v prvé řadě vnější obvod náměstí (zde trasa vedla po vnější hraně chodníku) a dále druhý okruh, který byl veden středem chodníku pod zelení. Část této trasy je vyznačena přerušovanou čarou. Opět vidíme, že ani zde není přesnost měření uspokojivá. Horší výsledky dosažené na vnitřním okruhu (především v jižní části náměstí) jsou pravděpodobně dány kombinací vlivu zastínění oblohy domy a vlivu poměrně husté zeleně.
Obr. 11 Výsledky měření provedených za jízdy autobusem.
V jednom případě se podařilo provést měření za jízdy autobusem městské hromadné dopravy. Výsledek je ukázán na obr. 11. Autobus jel relativně otevřenou částí města. Trasu autobusu poznáme podle větší vzdálenosti mezi body.
Obr. 12 Výsledky měření provedených za jízdy autobusem
spolu se zobrazením doprovodných dat, zaznamenávaných ke každému bodu.
Na obr. 12 jsou ukázána i data, která jsou připojena ke každému zaznamenanému bodu. Mimo jiné je zde uvedena také rychlost pohybu (SOG - speed over ground). V tomto případě vidíme, že se autobus pohyboval rychlostí 44.8 km.h-1.
Obr. 13 Výsledky měření provedených na kolotočích.
Jako zajímavost je uvedeno měření, zachycené na obr. 13. Jedná se o záznam měření provedených na kolotočích. Shluk bodů A odpovídá měření na ruském kole, shluk bodů B měření na housenkové dráze a shluk C měření na létajících dracích. Vidíme, že přijímač GPS byl schopen zaznamenat realisticky pouze pohyb draků. Zbylé dvě atrakce se pohybovaly příliš rychle. Na obr. 14 vidíme, že draci "létali" rychlostí cca 10 km.h-1.
Obr. 14 Výsledky měření provedených na kolotočích spolu s doprovodnými údaji.
Levná, běžně dostupná zařízení nejsou vhodná pro profesionální nasazení, spíš se hodí jen pro ověření principů, zpracování metodik apod. Faktory, omezujícími jejich praktické použití, jsou především:
Přesnost určování polohy je za dobrých podmínek příjmu signálů GPS dobrá, nicméně vždy je nezbytné pamatovat na ověřování přesnosti měření.