GISi kasutamine navigatsiooniseadmetes (0)

Eesti Maaülikool
Põllumajandus- ja keskkonnainstituut
Nimi
GISi kasutamine navigatsiooniseadmetes (GPSid, sh autodel jt sõidukitel), ArcGIS , ArcPad .
Referaat
Tartu 2011
Sisukord

Sissejuhatus 3
Mis on GPS? 4
Gis-mõõtmine 5
ArcGIS 6
ArcPad 7
Kokkuvõte 9
Kasutatud kirjandus 10

Sissejuhatus

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.

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).
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).

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).
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).

Kokkuvõte

GPS asukohamääramine on minu meelest huvitav, kuid keeruline süsteem. See saab järjest populaarsemaks ja tavakodanikele kättesaadavamaks. Paigaldatakse uusi tugijamu ja luuakse uusi programme . Tehnoloogia areneb väga kiirelt ning se muudab meie elu lihtsamaks nii navigeerimisel, andmete töötlemisel kui ka pärgingute koostamisel.

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 (viimati külastatud 15.12.11)
Jürgenson, H. 2006. GPS-mõõtmismeetod – lihtne või keeruline? http://egu.ee.mic2.mikare.ee/uploads/userfiles/file/geodeet/geo33_jyrgenson.pdf (15.12.11)
AlphaGIS OÜ. 2011a. ArcGIS tooteperekond. http://www.alphagis.ee/menu.php?view=2,11,41 (15.12.11)
AlphaGIS OÜ. 2011b. ArcPad. http://www.alphagis.ee/menu.php?view=2,11,41,53 (15.12.11)