Adatgyűjtés. Kézi technológiák. Adatgyűjtési technológiák. Térbeli adatok jelenségek térbeli elhelyezkedése, kiterjedése, stb.

Átírás

1 Adatgyűjtés Adatgyűjtés Adatgyűjtési és adatnyerési technikák a térinformatikában Térbeli adatok jelenségek térbeli elhelyezkedése, kiterjedése, stb. Leíró (attributum) adatok a térképi objektumokhoz rendelt alfanumerikus adatok. Vektoros adatok Raszteres adatok 1 2 Adatgyűjtési technológiák Kézi technológiák Geodéziai technológiák Szkennelés és digitalizálás GPS Távérzékelés Légifotó Űrfotó Radaros távérzékelés (3D modell) Kézi technológiák Eszközök:papír, toll, mérőszalag, mérőbot, iránytű, stb. Előnyök Alacsony költség Hátrányok A pontosság hozzávetőleges a tereptárgyakhoz képest Pontatlanság emberi tényezők miatt 3 4

2 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 6 Szkennelés és digitalizálás Szkennelés és digitalizálás Másodlagos adatnyerési eljárás: már létező adatok feldolgozása (papírtérkép, légifotó, űrfotó, szkennelt térkép) A feldolgozás célja A meglévő adatainkat olyan digitális formába hozni, ami alkalmas egy térinformatikai rendszer bemenetének Szkennelés: raszteres állományok létrehozása Digitalizálás: Digitalizáló táblával: papírtérképről a vektoros adatok előállítása Képernyős digitalizálás: szkennelt térkép vektorizálása Előnyök Mérsékelt költség (feltéve, hogy minden adat rendelkezésünkre áll) Hátrányok A pontosság függ a térkép méretarányától Pontosság= 0.2 mm m, ahol m a térkép méretarányszáma Pl. ha a térkép 1: P=2m A változások a papírtérképen nincsenek vezetve 7 8

3 Lépések: Képernyős digitalizálás (vektoros adatok létrehozása) 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 9 GPS Global Positioning System (Globális Helymeghatározó Rendszer) Geocentrikus koordinátákkal dolgozó, műholdas méréseken alapuló globális hely- és időmeghatározó rendszerek: NAVSTAR (NAVigation System with Time And Range) GLONASS (GLobal Orbiting and NAvigation Satellite System) Olyan robosztus helymeghatározó készülék, ami terepen is használható 10 GPS - Global Positioning System Elv: ismert helyzetű mesterséges holdakra végzett egyidejű távolságmérés Feltétel: mesterséges holdak rendszerének léte, speciális vevőberendezések Eredmény: nagy pontosságú geocentrikus koordináták 11 Mire használható a helymeghatározó rendszer? Térképezés és adatgyűjtés Rögzíteni, hogy mi hol van Milyen tereptárgyaim vannak? Navigáció Megtalálni valamit valahol Hogyan találok vissza egy tereptárgyhoz? Adatfrissítés Ellenőrizni valamit valahol Helyesek-e a tereptárgyról a rendelkezésemre álló információk? 12

4 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 Mire képes egy GPS/GIS rendszer? (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 Mire képes egy GPS/GIS rendszer? 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 (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 Minden tereptárgyat végig kell látogatni, fel kell keresni Mindenképpen látni kell a műholdakat Nem használható épületekben, alagutakban, szűk völgyekben 16

5 Mik a GPS rendszer előnyei? 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 Műszaki adatok: GPS Név: NAVSTAR Gyártó: Rockwell International Keringési magasság: 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 illetve az adatfrissítést Konstelláció A működés elméleti alapjai 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

6 A működés elméleti alapjai Hogyan mérjük a távolságot? A pozíciónk a két pont egyike 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 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 Hogyan mérjük a távolságot? Mind a műhold, mind a vevő ugyanabban a pillanatban elkezd játszani egy jelt (Pszeudo Random Kódot). Ami az űrből jön, késik, mivel több mint 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 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: A jel olyan bonyolult, hogy úgy néz ki, mint egy véletlenszerű elektromos zaj. Ezért lett a neve Pszeudo-Random

7 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 A mérés pontosítása 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 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 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 minimálisan négy műholdat látnia

8 Pont Elemtípusok mérése Ha egy ponton állunk és mérünk a koordináták átlagából igen pontosan meghatározhatjuk a pozíciónkat Vonal Elemtípusok mérése Pontok összekötésével készül Megkapjuk a vonal objektumokat és a vonalak hosszát, mint attribútumot Elemtípusok mérése Poligon Összekötjük a mért pontokat és a kezdő és végpontnál összezárjuk, így kapjuk a poligonokat Attribútív adatként megkapjuk a területet és a kerületet

9 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