(VITMJV27) Hely fogalma, pozícionálási alapok, cellás pozícionálási technikák Heszberger Zalán
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 Virtuális hely (pl. webhely) Térbeli hely: pozíció 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
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 47 o 18 12,9, Keleti hosszúság 11 o 23 36,2 Nemzetközi Merídián Konferencia, 1884: hosszúság 0 o Royal Greenwich Observatory GMT: Greenwich Mean Time UTC: Coordinated Universal Time
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 6 o -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 Mintaillesztés pozíció, mozgás irány, sebesség, távolság kép jellegű információ, egyéb adatok mintáinak ismerete giroszkóp, sebességmérő, fordulatszámmérő 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