GISi kasutamine navigatsiooniseadmetes (GPSid, sh autodel jt sõidukitel), ArcGIS, ArcPad (0)

 
 
                                                              Eesti Maaülikool 
                                                     Põllumajandus-ja keskkonnainstituut 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GISi  kasutamine navigatsiooniseadmetes (GPSid, sh autodel jt 
sõidukitel),  ArcGIS ,  ArcPad  
 
                                     ​Refertaat õppeaines: Geoinformaatika  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                                                                                                        Koostaja :  
                                                                                                                        Juhendaja : Anne Kull 
 
 
 
 
                                                                        Tartu 2015 
 
 
 
 
Sisukord 
 
Sissejuhatus.........................................................................................................3 
Mis on GPS......................................................................................................4-5 
Gis-mõõtmine......................................................................................................5 
ArcGIS.................................................................................................................6 
ArcPad..............................................................................................................6-7 
Kokkuvõtte...........................................................................................................8 
Kasutatud kirjandus..............................................................................................9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
                                                                           2 
 
 
 
 
Sissejuhatus 
 
 
Valisin enda teemaks „GISi kasutamine navigatsiooniseadmetes (GPSid, sh autodel jt sõidukitel), 
ArcGis, ArcPad“ kuna teema on minu arvates  väga aktuaalne ja laiapõhine. Jaotasin teema neljaks  
peatükiks. Esimene peatükk  sellest, mis on GPS mida sellega teha saab. Teises peatükis 
käsitletakse teemat kuidas GIS ja GPS omavahel toimivad. Kolmas ja neljas peatükk on kahest 
tarkvara lahendusest, mida rakendatakse. 
   Aga, mis see GIS on? 
 GIS on geograafiline infosüsteem, mida kasutatakse info vaatamiseks ja haldamiseks, ruumiliste  
seoste analüüsimiseks ning ruumiliste protsesside modelleerimiseks. GIS võimaldab informatsiooni 
koguda ja hallata selliselt , et seda saab visualiseerida ja analüüsida. GIS-i komponentideks on 
riistvara , arvuti tarkvara, andmebaas , toimingud ja inimressurss (Eesti Geoinformaatika Selts). 
Järgnevalt tuleb juttu GIS-i kasutusest navigatsiooniseadmetes, nende tööst ning mõningatest 
tarkvaraprogrammidest nagu ArcGIS ja ArcPad.   
 Ajalugu ulatub tagasi 1854. aastase  John Snow koostatud kaarti, kus kujutati koolerapuhangut 
Londonis. Konkreetsete haigusjuhtude esitamiseks kasutas John Snow punkte.Tema uurimus 
koolera leviku kohta viis haiguse allikani, milleks osutus haiguspuhangu keskmes asuv nakatanud 
veepump (Broad Streeti veepump, mille käepideme Snow haiguspuhangu lõpetamiseks eemaldas) 
20. sajandi alguses arenes fototsinkograafia, mis lubas kaardi jagada kihtideks. Näiteks üks kiht 
kujutaks vegetatsiooni ning teine vetevõrku. See oli eriti kasulik samakõrgusjoonte trükkimisel, 
kuna nende joonestamine oli töömahukas protsess 
1980. aastate lõpus ja 1990. aastatel kannustas GIS-i kasutamine Unixi tööjaamades ning ka 
personaalsete arvutite levik tegevusala kasvu. 20. sajandi lõpuks on paljude süsteemide kiire kasv 
stabiliseerunud ning standardiseerunud suhteliselt vähestele platvormidele. Kasutatakse aina enam 
võimalust vaadata GIS-i andmeid Internetist. Operatsioonisüsteemides liigub kasvav number tasuta 
GIS-i pakette, mida saab kohandada vastavalt spetsiifilisele ülesandele. Pidevalt suureneb 
ruumiliste andmete ning kaardirakenduste hulk, mis on saadaval läbi veebikeskkonna. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                                                              3 
 
 
 
 
 ​Mis on GPS? 
 
 
GPS pole piisav termin, kuna Ameerika Ühendriikide GPS-süsteemile leidub sarnaseid alternatiive 
ka teistel riikidel. Peaks kasutama ehk sõna satelliitpositsioneerimine või  asukohamääramine 
​
satelliitide abil. Rahvusvaheliselt on tulnud uus termin GNSS (​ Global Navigation Satellite System, 
ehk ülemaailmne navigatsioonisatelliitide süsteem) (Jürgenson 2006). 
Teame, et GPS-mõõt-mine põhineb spetsiaalsetel satelliitidel, mis tiirlevad ümber Maa u 20 000 km 
kõrgusel. Meetodiks on kosmosetriangulatsiooni lahendamine. Aja mõõtmisest saavad 
joonepikkused, joonepikkustest ruumilised ristkoordinaadid X, Y, Z ja neist arvutab GPS-seadme 
protsessor ka geodeetilised koordinaadid B ja L ning tasapinnalised ristkoordinaadid x ja y kasvõi 
L-Est97 süsteemis. Lähtepunktidena kasutame geodeetilise põhivõrgu koordinaate mingis 
realisatsioonis (raamistikus), tulemuse saame seetõttu samas realisatsioonis. Üks GPSseade ei suuda 
anda meile täpset koordinaati kohalikus raamistikus tingituna atmosfääri segavast mõjust 
GPS-signaalidele ja muudest asjaoludest. Ühe GPS- seadmega mõõtes on täpsusklass mõne meetri 
piires (või halvem), sõltuvalt mõõtmistingimustest. Lagedal vaimustust tekitava käsi-GPS-seadme 
täpsus langeb drastiliselt, liikudes piiratud avatusega alale . Seetõttu kasutame täpsetel mõõtmistel 
alati tugijaama infot niiöelda paranduste saamiseks. GPStugijaam mõõdab ise koordinaate ja 
võrdleb tulemust tegelike etteantud koordinaatidega. Tekivad vahed, ühe vektori korral eeldame 
samu vahesid ka uues mõõdetavas punktis. Muude vahede edasiandmise käigus uuele 
mõõtepunktile (ükskõik kas reaalajas või järeltöötlusega) antakse edasi ka kohaliku 
koordinaatsüsteemi realisatsiooni ja globaalse koordinaatsüsteemi realisatsiooni vahed, nii saame 
tulemuse ikka kohalikus realisatsioonis, milleks meil on EUREF-EST97 (Jürgenson 2006). 
Geodeetilise süsteemi üheks osaks on referentssüsteem, milleks on Euroopa Terrestiline 
referentssüsteem 89 (ETRS89). ETRS89 realisatsiooniks Eestis on geodeetilise võrgu punktide 
koordinaatide kogum, mille ruumiliste ristkoordinaatide ja geodeetiliste koordinaatide lühend on 
EUREF-EST97 (Tamme 2004). 
Ostes GPS-seadme, saame kaasa ka seadme spetsifikatsiooni. See teatab meile, et staatilisel 
meetodil mõõdetud punkti täpsus on 5 mm + 0,5 mm/km kohta baasjaamast. Mida veel tahta? 
Vaimustuses jääb tähele panemata väike tärn selle juures, mis lehekülje all teatab väga olulist 
lisainformatsiooni. Seda lugedes saame kohe aru, et täpsus on tagatud vaid vahetevahel, st juhul, kui 
on saadaval vähemalt 5–6 satelliiti kõrgemal kui 10 kraadi, nende paigutus meie suhtes 
(konstellatsioon, mida iseloomustab näitaja PDOP) on ühtlane ning meie ja satelliitide vahel pole 
mingeid segavaid objekte. Seda spetsifikatsioon ütleb, aga jätab targu palju veel ütlemata. Näiteks 
seda, et selline olukord peab olema stabiilne, mitte vaid hetkeks (läbi raagus puu võib see korra nii 
olla ja järgmine hetk jälle mitte olla). Mõni tootja ütlebki targu selle tärni juures veel kavalamalt ja 
üldisemalt, et täpsus sõltub mõõtmisajast, peegelduvatest signaalidest, atmosfääritingimustest, 
satelliitide arvust ning asendist jne. Niisiis tootjad lubavad eelpool mainitud täpsust vaid 
ideaalisarnastes olukordades (Jürgenson 2006). 
Peame tõdema, et reaalsetes oludes tehtud GPS-mõõtmised on valdavalt tehtud segavates 
oludes, kus täpsus kujuneb väga paljude faktorite kombinatsioonina. Mõõtmise absoluutset täpsust 
mõjutavad mitmed tegurid, nagu lähtepunkti täpsus, vähene satelliitide arv, tsentreerimise täpsus, 
antenni kõrguse mõõtmine. Suur osa maamõõtjatest ei oska kontrollida ja justeerida optilist loodi, 
kui see on treegeri sisse ehitatud. Ja nii võib treeger aja möödudes näidata tsentri suunda vigaselt 
(Jürgenson 2006). 
 
 
                                                                            4 
Maailma juhtivad tootjad, keda ka Eestis esindatakse, on kõik väga heal tasemel. Mõni kasutaja 
püüab vahest öelda, et ühe tootja seade lahendab algtundmatud mõõtes RTK-meetodil kiiremini kui 
teise tootja oma. Tõepoolest kasutatakse veidi erinevaid algoritme, aga sisulist vahet ikkagi pole. 
Võib öelda, et vahe eri tootjatel võib olla teatud määral kasutusmugavuses, võib-olla ka mitte. 
Maamõõtja seisukohalt rohkem meeldivuse küsimus. Arengud toimuvad satelliitnavigatsiooni 
vallas pidevalt. Efektiivsust suurendaks just satelliitide arvu suurenemine. Kahjuks on Euroopa 
satelliitnavigatsioonisüsteemi Galileo arendus algsest ajagraafikust maas. Lähiaastatel on 
GPS-süsteemis lisandumas ka kolmas sagedus L5, mis kiirendab algtundmatute lahendamist. 
Maaülikooli tugijaama almanahhfaili andmetel oli novembris 2006 orbiidil 31 GPSsatelliiti, neist 30 
on kasutatavad. Venemaa satelliitsüsteem GLONASS on toiminud juba üle 15 aasta. Selle süsteemi 
põhimured on satelliitide arv ja kvaliteet. Süsteem areneb aga jõudsalt, satelliitide põlvkonnad 
vahetuvad tunduvalt moodsamate seadmete vastu. Peame ootama veel mitu aastat, et kättesaadavate 
satelliitide arv oluliselt kasvaks. See aga tooks satelliitpõhise kohamääramise kasutusvõimalustesse 
piiratud horisondiga piirkondades suure hüppe (Jürgenson 2006). 
 
 
Gis-mõõtmine 
 
GIS-mõõtmiseks vajatakse kohamääramise infot tavaliselt täpsusega 0,5 kuni 1 meeter. Seda täpsust 
ei saavuta odavate käsi-GPSseadmetega. Kui käsi-GPS-seade kasutab parandusi spetsiaalselt 
EGNOS-satelliidilt, on täpsus reeglina vähemalt 3 meetri ringis . Eesti suhtes madala orbiidi asetuse 
tõttu (u 18o) näeb EGNOS-satelliiti praktilises töös meil harva. On aga üks võimalus pidevaks 
EGNOSsatelliidilt tulevate diferentsiaalparanduste kasutamiseks – lagedal olev tugijaam võtab 
vastu parandeid EGNOS-sateliidilt ja edastab need GSM-side kaudu kasutajale. Kasutaja GPS peab 
parandite vastuvõttu muidugi võimaldama. See on GIS GPS-seadmete puhul tavaline töövõte. 
GIS-mõõtmiseks piisab ühest tugijaamast Eesti keskel kogu Eesti jaoks. Praegu saab reaalajas 
kasutada Maaülikooli tugijaama, aga ka teised on neid püstitanud. Spetsiaalsed GIS GPS-seadmeid 
eristab käsi-GPS-seadmetest tõsiasi, et nad on võimelised vastu võtma koodiparandusi reaalajas 
GSM- või raadioside vahendusel ja salvestama ka staatilisi mõõtmisandmeid järeltöötluseks. 
Osaliselt siit tulebki hinnavahe käsi-GPS-seadmetega. Kuna nende seadmete antennid ei ole nii 
kvaliteetsed kui RTK-seadmetel, antakse tootja poolt täpsuseks koodiparanduse kasutamise korral 
reaalajas tavaliselt pool meetrit. Need seadmed võimaldavad kasutada järeltöötluse korral ka L1 
signaali faaside vahe andmeid, aga see seab kohe kauguse piirangud (alla 10 km) tugijaamast. 
Seetõttu leiab nimetatud omadus vähe kasutust . Seega on kõige otstarbekam ja mugavam kasutada 
GIS-mõõtmiseks spetsiaalset GIS GPS- seadet koos koodiparandustega reaalajas otse kodumaisest 
maapealsest tugijaamast. Kas parandite sidekandja on raadiosignaal, GSM datakõne, WiFi- või 
GSM-põhine GPRSühendus, ei oma tähtsust (Jürgenson 2006). 
   Kui Eestis paigaldatakse GPS statsionaarsete tugijaamade võrk, muutub RTK-mõõtmine 
mugavamaks, natuke ka efektiivsemaks, mõnikord ka täpsemaks. Ise ei pea tugijaama paigaldama. 
Efektiivsust suurendab algtundmatute veidi kiirem lahendamine, kuna kasutatakse mitut tugijaama 
korraga. Kasutaja saab mitte lähima tugijaama parandid , vaid lähimate tugijaamade 
kompleksparandi. Täpsus võib suureneda seetõttu, et mitme tugijaama parandi korral pole see enam 
niivõrd sõltuvuses kaugusest tugijaamast. Kuna meil Eestis, isegi maailma mastaabis, on ainulaadne 
tihe geodeetiline põhivõrk (keskmine tihedus maal 5 km), on tugijaamade võrgu kasutegur siin 
väiksem kui mujal (Jürgenson 2006). 
 
 
   
                                                                             5 
ArcGIS 
 
ArcGIS on kogum omavahel integreeritud GIS tarkvaratooteid, millest on
 
võimalik
 
 komplekteerida 
vastavalt  kasutajavajadustele  ja  töö   iseloomule   ettevõtte  geoinfosüsteem.  ArcGIS  võimaldab  luua 
geoinfosüsteemi  vastavalt  vajadusele  ja  tehnilistele  tingimustele:  töökohad,   serverid ,  omaloodud 
tarkvararakendused,  veebirakendused  või   mobiilsed   lahendused  välitingimustes  töötamiseks. 
Kombineerides  ArcGIS  arhitektuuri  geoandmebaasi  tehnoloogiaga  on  võimalik  kokku  panna 
terviklikke intelligentseid geoinfosüsteeme (AlphaGIS 2011a) 
 
 
ArcPad 
 
ArcPad on mobiilse GIS`i ja välikaardistuse rakenduste tarkvara,
 
mis
 
 võimaldab kasutajatel
 
 käsi- ja
   
mobiilsete  seadmete  kaudu  välitingimustes  kaardistamist,  GIS`i  ühendust  ja  GPS`i  integreerimist 
(sh GPS  navigatsioon ). Tarkvara on riistvara
 
osas
 
 ühilduv Windows platvormil töötava väliarvuti ja 
integreeritud  käsi-GPS  seadmega.  Andmete  kogumine  ja  analüüs  ArcPad’ga  on  kiire  ning 
välitingimustes saab teostada ka andmete täiendamise, haldamise ja päringutega seotud  toiminguid  
(AlphaGIS 2011b). 
ArcGIS  tarkvaratooted  tagavad  geoandmebaasist  väljavõtte  tegemise  välitöö  tarbeks  ning 
hiljem  saadud  paranduste  laadimise  väliseadmest  geoandmebaasi  (joonis  1).  Töölaua 
GIS-tarkvaraga  (ArcView,  ArcEditor  või  ArcInfo)  genereeritakse  soovitud  tööpiirkonna väljavõte 
​
​
geoandmebaasist  AXF  või  .shp  (​ shape )  formaati  (nn   check   out). Samuti   luuakse   ArcPad’i 
​
projektifail  (​.apm)   kaardikihtide   kujundusega.  ArcPad’ga  teostatakse  välitöö,  mille  tulemusena 
​
täpsustatud andmed laetakse tagasi geoandmebaasi (nn​ check in) (AlphaGIS 2011b). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                                                            6 
 
 
 
 
 
Joonis1.  Geoandmebaasist  väljavõtte  tegemine  ning  paranduste  laadimine  väliseadmest 
geoandmebaasi. 
 
ArcGisi  funktsioonideks  on  standardsete  vektorandmete,  rasterformaatide  ning  graafiliste  kihtide 
kuvamine ;  geograafiliste  ruumiandmete  loomine  ja  muutmine;  kiirprojekti  koostamine;  andmete 
digitaliseerimine ;  kaardil   navigeerimine   ja  mõõtmine;  päringute  koostamine  kaardikihtidest 
objektide  kiiremaks  leidmiseks  ja  tuvastamiseks;  töötamine  geoandmebaasi  objektiklassidega 
(AlphaGIS 2011b). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                                              7 
 
Kokkuvõte 
 
 
GPS  asukohamääramine  on  minu  meelest  huvitav,  kuid  keeruline  süsteem.  See  saab  järjest 
populaarsemaks   ja tavakodanikele kättesaadavamaks. Paigaldatakse uusi tugijaamu ja luuakse uusi 
programme .   Tehnoloogia   areneb  väga  kiirelt  ning  see  muudab  meie  elu  lihtsamaks  nii 
navigeerimisel, andmete töötlemisel kui ka pärgingute koostamisel. 
 Töö oli vajalik selle tõttu ,et  vajaminev  materjal sai lühidalt kokkuvõetud ja vastavaid programme 
kirjeldatud. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                                                               8 
 
 
 
 
Kasutatud kirjandus 
 
 
Eesti Geoinformaatika Selts. 2011. Mis on GIS? Kättesaadav: 
http://www.gispaev.ee/avaleht/mis-on-gis/ 
 
Tamme, L., 2004. Eesti geodeetiline süsteem ja taspinnalised ristkoordinaadid L- EST 92 ja L-EST 
97. Kättesaadav: ​ http://egu.ee.mic2.mikare.ee/uploads/userfiles/file/geodeet/geo29_tamme.pdf 
 
Jürgenson, H. 2006. GPS-mõõtmismeetod – lihtne või keeruline? 
http://egu.ee.mic2.mikare.ee/uploads/userfiles/file/geodeet/geo33_jyrgenson.pdf 
 
AlphaGIS OÜ. 2011a. ArcGIS tooteperekond. ​ http://www.alphagis.ee/menu.php?view=2,11,41 
 
AlphaGIS OÜ. 2011b. ArcPad. ​ http://www.alphagis.ee/menu.php?view=2,11,41,53​  (15.12.11) 
 
www.pocketgpsworld.com/howgpsworks.php 
 
http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System 
 
https://et.wikipedia.org/wiki/Geoinfos%C3%BCsteem 
 
 
Kaplan,  E.D.;  Hegarty,  C.J.  (2006)   Understanding   GPS:  Principles  and 
Applications; Second  Edition . Boston, London: Artec House 
Renault  service  manual „Dialogys" 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                                                               9