Рисуем карту используя GPS

Почему появилась идея создания этой статьи? Дело в том что мне самому было интересно опробовать этот подход. Я стал искать какую-то информацию на просторах интернета и к своему удивлению не нашел ни одной(!) статьи на эту тему на русском языке. На английском языке разного рода информации можно найти достаточно много.
Итак, процесс нарисовки карты для спортивного ориентирования – достаточно трудоемкий. На нарисовку 1 квадратного километра может потребоваться от 20 до 30 часов полевых работ. Впрочем скорость нарисовки сильно зависит он многих факторорв: опыта картографа, наличия и качества используемых основ (аэрофотоснимков, топооснов, Lidar данных), сложности и насыщенности самой местности, времени года и так далее. Еще одним фактором который может повлиять на скорость и качество работ можно считать возможность использования GPS. При таком подходе картограф полевые работы делает не с карандашом и кальками а с лаптопом. Прибор GPS постоянно передает в лаптоп информацию о вашем местонахождении, которое отражается на экране монитора.
Но обо всем по порядку.

 

Что такое GPS

GPS (Global Positioning System) - глобальная спутниковая система определения местонахождения. 24 спутника постоянно вращаются вокруг Земли передавая свои сигналы в эфир. Эти сигналы можно принимать при помощи GPS-приемников – устройств на сегодняшний момент достаточно широко распространенных в нашей жизни. Чем больше спутников находится в зоне видимости тем более точно можно определить ваше местоположение. Орбиты спутников построены таким образом, чтобы всегда можно было «увидеть» от 5 до 12 спутников. В последние пару-тройку лет чувствительность приемников значительно возросла и позволяет получить точность до 1 метра на открытой поверхности и до 3-5 метров в лесу. Такой точности вполне хватает чтобы использовать данные о местоположении для нарисовки карты.

 

Оборудование

GPS приемники   
Приемники бывают разные – и морские и авиационные, и автомобильные и ручные. Ручные – с экранами и без, с картами и без и так далее и тому подобные. Нас с точки зрения использования GPS приемника для рисования карт интересует группа приборов которые называются GPS Receiver/Data Logger (устройство приема и логирования данных). Это простые устройства, небольшого размера, часто без экрана. Единственная их функция – высчитывать с полученых сигналов свои координаты и передавать эти координаты в лаптоп. На что надо обращать внимание:

  • небольшой размер
  • возможность автономного питания в течении не менее 8 часов
  • формат выдаваемых данных: NMEA 0183 (для использования в программе Ocad)
  • высокая чуствительность (до -159 dBm)
  • большое количество параллельных каналов (до 32х)
  • Bluetooth интерфейс для связи с компьютером

По всем этим требованиям подходит устройство Holux  M-1000 (http://www.holux.com/JCore/en/products/products_content.jsp?pno=222). Цена – порядка 50 USD при покупке на eBay.
Также можно обратить внимание на Qstarz BT-Q818 (http://www.qstarz.com/Products/GPS%20Products/BT-Q818X-F.htm)

Лаптоп
Из того что видел в интернете – многие рекомендуют использовать Tablet PC такого плана - Fujitsu Stylistic ST5022D. В нем уже встроен Bluetooth, что позволит ему соединиться с GPS приемником. На операционной системе Windows XP без проблем работает OCAD. Процессор 1.1 МГц, оперативки от 512МВ, места на диске 40 GB, размера экрана 12.1”, вес около 1.5 кг – все параметры вполне адекватно подходят для наших целей.
Пользованый лаптоп можно купить на eBay в пределах 250-300 USD, возможно не лишним будет приобретение дополнительного аккумулятора по цене порядка 50 USD.
Есть и специализированные лаптопы в водонепроницаемом корпусе, со встроенным GPS приемником и гнездом для SIM карты для выхода в интернет. Но стоимость таких устройств доходит до 6000 USD, поэтому мы такие системы рассматривать в этом обзоре не будем :)

 

Программы

В данной статье работа с GPS будет рассмотрена на базе программы OCAD (http://www.ocad.com). Возможность работать с GPS добавлена уже с версии 6.10, которую можно скачать с сайта http://www.ocad.com/en/downloads.htm совершенно бесплатно. В OCAD версии 10 добавлена функция «записи» трека GPS-a используя выбранный символ.

 

Подготовительные работы

Подключаем GPS-a к лаптопу
Заряжаем GPS устройство, включаем его. На лаптопе включаем Bluetooth устройство, внизу справа кликаем правой кнопкой мышки на иконку Bluetooth и выбираем команду Bluetooth Settings. В открывшемся окошке выбираем команду Bluetooth -> Add New Connection. В новом окне оставляем выбраным Express Mode и жмем Next для поиска Bluetooth устройств вокруг. Выбираем наше GPS устройство, жмем Next – видим окошко COM Port Settings. В этом месте стоит обратить внимание на номер COM порта к которому подключено GPS устройство – это нам понадобится позже при настройках в OCAD-е.
Когда устройство добавлено в список – выбираем команду Bluetooth -> Connect. Надеюсь все прошло успешно и без задержек... :)

 

Подключаем подложки (Templates) в OCAD
Карту можно сразу рисовать в конечном масштабе – 1:10000 или 15000, ведь мы при желании всегда сможем сделать увеличение на экране до такого размера чтоб нам было удобно работать.
Топоосновы и аэроснимки один за одним подключаем как подложки (Templates) и следим чтобы они правильно совпадали друг с другом. Если все готово – можно отправляться в лес.

 

Полевые работы

И вот, пришли мы в лес, и готовы уже что-то делать. Включаем GPS приемник, закрепляем его повыше, простейший вариант – сверху на шапку (кепку), другой вариант – соорудить какую-то антену, которая будет торчать вверх из рюкзака закрепленного на спине. Включаем лаптоп: выбираем команду – Bluetooth -> Bluetooth Settings, выбираем из списка наше GPS устройство и запускаем команду Bluetooth – Connect.
Через какое-то время получаем ответ – GPS Connected.

 

Подключаем GPS к программе OCAD
Запускаем программу OCAD, открываем нашу карту (пока еще пустую), выбираем меню Options – Open GPS.(для OCAD8) или GPS – Real Time GPS (для OCAD10).
Устанавливаем правильное значение Порта, оставляем скорость передачи как есть – 4800bps, жмем кнопку Тест. Если все успешно – видем что данные с GPS приемника видны в OCAD-e. В OCAD-e 10 значение GPS Real Time Mode – выставляем в Adjusted Mode. Закрываем окошко кнопкой OK.

 

Синхронизуем показания GPS-a с картой
Далее карту и GPS надо «подружить» друг с другом. Обходим территорию карты по периметру и делаем контрольные отметки. Желательно иметь не менее 4-х точек в дальних углах нашей карты.  Приходим на место, выбираем меню Options – Adjust GPS (для OCAD8) или GPS - Adjust GPS (для OCAD10), появляется небольшое окошко. В нем – жмем кнопку New и не закрывая окошка – кликаем на карте в то место где мы сейчас на ней находимся. В окошке в поле Adjustment Points будет добавлена новая точка. Там же их можно переименовать или при необходимости удалить. Теперь окошко можно закрыть. Повторяем всю операцию – идем в следующий угол карты. Снова Adjust GPS и так далее. OCAD позволяет запомнить до 32 точек. Чтобы в них не запутаться желательно их именовать или нумеровать. Выбираем точку в списке, жмем кнопку Rename, задаем имя или номер - например "01". Такой же номер есть смысл нанести на карту рядом с тем местом где мы только что привязали показания GPS-a к четкой привязке. 

 

Рисуем карту

В OCAD8 просто следим куда перемещается крестик на карте при нашем перемещении на местности. Смотрим по сторонам и прямо в OCAD-e рисуем карту объект за объектом...
В OCAD10 в момент подключения GPS активизируется небольшое окошко с дополнительной информацией. В нем можно увидеть количество спутников в поле зрения в данный момент, хорошо когда лаптоп видет 8-11 спутников сразу. Значение HDOP показывает величину погрешности (видимо в метрах?), значение HDOP менее 4-х можно считать достаточным для рисовки карты. (у меня при 11 спутниках погрешность обычно 0.8-0.9). Ниже видна кнопка “Play”. Выбрав точечный ориентир (камень например) и нажав кнопку Play мы получим камень нарисованый точно в том месте где сейчас находится крестик от GPS-a. Выбрав линейный ориентир OCAD по мере нашего движения будет рисовать линию этим значком до тех пор пока не будет нажата кнопка Stop. Можно добавить в OCAD новый значок «линия GPS» (толщиной 0.10 мм) пурпурного цвета  расположенного «над» всеми цветами.

Вот собственно и все премудрости. Никаких калек, никаких карандашей и стирательных резинок, не нужен компас, не нужно мерять расстояния шагами. Скорость рисовки карты однозначно возрастает (примерно в 2-3 раза) – вы всегда знаете где находитесь, нанесение объектов становится «делом техники». Точность и качество карты  также повышается. По окончании полевых работ у нас сразу же есть готовый OCAD-овский файл с работой проделаной сегодня. Вечером вернувшись домой вместо того чтобы сканировать кальки и вводить все в компьютер сидим на диване и пьем холодное пиво... :)

В дождливую или снежную погоду лаптом можно упаковать в толстый полиэтиленовый пакет (какие используются на соревнованиях для карт). Стилюс-пен без проблем рисует сквозь такую пленку.

Вес лаптопа 1.6 кг не слишком напрягает. Его не надо все время держать перед собой чтобы что-то рисовать. Пока проходишь очередной контур лаптом можно нести то в одной руке, то в другой, запихнув "под мышку". 

Ну и конечно тем кто раньше не работал со стилюс-пеном придется к нему привыкнуть и "набить руку".:

 Дмитрий Швед, осень 2010

Комментарии

Guest (Не проверено)

А как таким способом отрисовывать рельеф, в случае, когда нет топоосновы и снимка? и возможно ли подключить смартфон с a-GPS к лаптопу?

Геннадий (Не проверено)

У меня GPS логер HOLUX GPSport 245 так высота разныхдней прохода одной и той же точки разнятся.

Dima

Вопрос похоже звучит как "можно ли нарисовать карту используя GPS если у меня нет никаких исходных материалов". Что-то можно. Рельеф - практически нет. Конечно GPS выдает какие-то данные о высоте вашего местонахождения. Я вот только точно не знаю - они высчитываются математически исходя из расстояний до каждого видимого спутника или как-то по-другому. Но точность этих данных довольно низкая. Совет - постарайтесь все же найти топоосовы и аэроснимки. 

Подключить можно что угодно к чему угодно. Вопрос лишь сколько времени пойдет на то чтобы для вашей модели телефона и лаптопа найти подходящие программы, установить и настроить их.

MSA (Не проверено)

Я готовлю карты в режиме "Rial time GPS" три года и получаю огромное удовольствие от такой работы. Но комплект оборудования нужно дополнить Forestry 550 и компасом Картограф 2.

Dima

для тех кто "не в теме" - Forestry 550 - это лазерный электронный дальномер-угломер, не спорю - очень удобная штука. Но и цена хороша - из того что по-быстрому получилось в инете найти - в районе 350 долларов...

MSA (Не проверено)

Цена минус. Но с этим прибором можно сделать карту без топоосновы. Картограф 2 даст возможность более точно прорисовать углы поворотов тропинок,оврагов, границ и взаимное расположение ориентиров. GPS такой возможности не даст из за его "плавающей" отметки на мониторе и неточностям из за помех.

Игорь (Не проверено)

Очень интересная информация! Скажите, а если небольшой опыт в рисовке на кальках, то можно ли не проходя "школу" шагов и качек сразу же рисовать с помощью gps.

Dima

Я думаю - можно. Я когда начинал рисовать, то у меня проблема была не в том - "чем" рисовать, а "как" рисовать :)... Какой класс дороги применить, рисовать ли этот бугорок и эту ямку и больше всего - по типу местности: что я вижу перед собой? Зеленка? или белый лес? Полуполяна или поляна с подлеском? И где та граница, где "одно" переходит в "другое"... А уж если "руку набил" разбираться в этих вещах, то способ нанесения материала - дело уже несложное.

Данько Евгений (Не проверено)

Спасибо за статью. Очень хорошая статья!
А много ли нарисовал таким способом? А как насчёт погрешностей? Или всё ОК?

Dima

На самом деле статью написал до первого выхода в лес с лаптопом - пока собирал информацию что и как. Сейчас уже сходил 3 дня порисовать, набираюсь сам опыта, чуть статью подправляю. :) Точность - на удивление просто отличная - погрешность менее метра при 9-11 видимых спутниках.

Guest (Не проверено)

Рисуем карты подобным образом уже 2 года с помощью PDA программа своей разработки пробовал рисовать OCAD 10 - просто изумительно дороги заводил на велосипеде или машине катаясь. По точности скажу одно если стоишь или медленно идешь то отклонения есть если движешься 10-30 км в час очень точно и второе не забывайте что у компаса жидкостного и у снимка из компаса а также GPS разный градус северного меридиана.

Данько Евгений (Не проверено)

Интересно почему это когда медленно идёшь или стоишь точность хуже?
По идее должно быть наоборот. Есть какое то логичное объяснение?

Guest (Не проверено)

При быстром движении не точность выше, а однороднее случайная погрешность, т.к. меньше изменяются условия прохождения сигнала от спутников. В итоге линия получается ровнее...

Dima

Идея прокатывать дороги на велосипеде - довольно интересная :) Для некоторых типов местности похоже можно неплохо сэкономить время на  начальном этапе... :)