Analýza dostupností signálů GPS s ohledem na konfiguraci terénu
-
Upload
lillian-daugherty -
Category
Documents
-
view
34 -
download
0
description
Transcript of Analýza dostupností signálů GPS s ohledem na konfiguraci terénu
Analýza dostupností signálů GPS s ohledem na konfiguraci
terénu
Analýza současných standardů formátu pro GPS, návrh
algoritmu pro analýzu viditelnosti
David VOJTEK VSB-TU Ostrava [email protected]
Úvod do problematiky
• Systém GPS byl vytvořen pro účely navigace armádou USA
• Navigaci zajišťuje síť 24 družic• K zjištění přesné polohy je nutná přímá viditelnost
(oblohy) min. 4 družic a jejích vhodná konstelace• Hustá zástavba nebo lesní porost může viditelnost
snížit. • Projekt má poskytnout nástroje pro předpověď
dostupnosti signálů GPS s využitím DMR• Naplánovat měření či cestu rizikového nákladu.
Co bylo předcházelo?
• Toto téma bylo řešeno již v rámci stejnojmenné Diplomové práce
• Cílem této práce bylo vytvořit mapu dostupnosti signálů GPS pro zájmové území a libovolný čase
• Projekt se stal podkladem pro doktorandskou práci a poukázal na oblasti, kterým by se měla, mimo jiné, věnovat pozornost v rámci řešení doktorandské práce
Cíle projektu 1
• Aplikace, která umožní vyhodnotit dostupnost signálů, kontinuitu signálů, DOP pro systém GPS (popřípadě GLONASS) a to libovolné části DMR ve vybrané oblasti
• Výstupy: – Mapa dostupností signálů– Mapa kontinuity signálů– Mapa DOP
Cíle projektu 2
• Na základě splnění Cílů projektu 1 vytvořit postup pro:– plánování měřičské kampaně v zastavěné
oblasti– zhodnocení dostupností signálů pro potřeby
sledování kritických nákladů
Plán řešení
• Analýzy viditelnosti (počítačová grafika)
• Stanovení polohy družic, výpočet DOP
• DMR (typy, požívané standardy a formáty)
• Transformace souřadných systémů (S-JTSK WGS-84 S-42 PZ-90)
• Plánování měřičských kampaní a sledování trasy kritických nákladů
Co se právě řeší?
• Analýza viditelnosti
• Výpočty polohy družic GPS
• DMR
Analýzy viditelnosti
Analýza viditelnosti
• Úlohy analýzami viditelností se zabývá obor počítačová grafika
• Počítačová grafika rozlišuje dva typy algoritmu pro řešení viditelnosti:– Obrazově orientované algoritmy– Objektově orientované algoritmy
Obrazově orientované algoritmy
• Pracuji s rastry, určí pro každý pixel obrazovky, který objekt lze v něm vidět (ten který je mu nejblíž)
• Výpočetní složitost n*p• Pracují s promítnutými a poté rasterizovanýmí
objekty• Obrazové algoritmy jsou méně citlivé na chyby• Nevýhodou je pevný rozměr výsledného rastru• Neznámější algoritmem je Z-Buffer
Objektově orientované algoritmy
• Pracují s objekty (stěny, hrany) a porovnávají jejich vzájemnou viditelnost.
• Jejich výpočetní náročnost je n2
• Výsledkem bývá seznam viditelných a neviditelných hran
• Bývají citlivé na chyby• Zástupcem těchto algoritmu je Robertsův
algoritmus
Viditelnost v GIS
• Programové prostředky pro GIS řeší 2 typy úloh analýzy viditelnosti– Viditelnosti na paprsku (line of sign) – Viditelnost oblasti z místa (viewshed)
• Byl proveden test těchto nástrojů u produktů:– ARC/INFO 8.1, ArcView 3.2 GIS– IDRISI 32– ERDAS IMAGINE Profesional 8.4
• Všechny testované programy pracovaly při analýze viditelnosti s DMR reprezentovaným GRIDEM
Ukázka výsledků testů
DMT ESRI ERDAS IDRISI
Výstupy ArcView 3.2. GIS
Výsledky testů
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
VIDITELNE BUŇKY
ESRIERDASIDRISI
Kde se poděl algoritmus použitý v Diplomové práci?
• Algoritmus byl alespoň podroben úpravě podle požadavků které jsou kladeny na algoritmy počítačové grafiky:– méně výpočetních operací– používaní celočíselných operací– převedení scény obecná 3D soustava > 3D
soustava orientována do XY
• Pracuje s rastrem
GPS
Poloha družic GPS
• Polohu družic lze vypočíst na základě vztahů uvedených dokumentu IDC-200e (Interface Document Control) vydaném ARCIN
• ARCIN Incorporation je hlavním dodavatelem kontrolního rozhraní pro JPO (Join Program Office)
Výměnné formáty dat GPS
• Zdrojem pro načtení dat o oběžných drahách družic jsou almanachy a efemeridy
• Standardy obsahující data oběžných drah:– NMEA 0183– RINEX (GPS nebo GLONASS efemeridy)– SEM (almanach)– YUMA (almanach)– SP3 (efemeridy)
• Výrobci GPS přijímačů používají vlastní komunikační protokoly
Test GPS
• Byl proveden test dostupnosti signálů GPS v zastavěné oblasti a v zalesněném terénu.
• Prokázal že v zastavěné oblasti, dochází ke ztrátě signálů
• Test také ukázal také na velký vliv vysoké hodnoty koeficientu DOP
• Jestli dojde ke ztrátě signálu, to závisí na typu přístroje (TRIMBLE PathFinder PRO-XL, GARMIN )
Zhodnocení
Co by mělo být vyřešeno ?
• Způsoby načítání dat o oběžných drahách družic GPS a rozšířit postup o družice systému GLONASS, ze všech hlavních formátů a ověřit správnost výpočtu
• Vytvořit implementovat alespoň jeden z algoritmů počítačové grafiky (obrazově orientovaný)
• Dokončit úpravu algoritmu použitého v rámci diplomové práce.
• Provést testy práce obou časové náročnosti a správnosti výpočtu a srovnat s komerčně používanými produkty GIS.
Co se bude řešit dále ?
• Zjistit používané standardy pro DMR (DMT)• Další postup bude věnována analýzám datových
modelů pro DMR (DMT) v běžně používaných GISech
• Rozhodnutí zdali bude využíván datový model typu GRID, nebo TIN
• Studie transformací souřadných systémů S-JTSK, WGS-84, S-42, PZ-90
Konec
Závěry diplomové práce
• Pro DMR byl použit datový typ GRID– Generalizovány tvary střech– Nebyla zahrnuta vegetace
• Algoritmus pro stanovení viditelnosti družic GPS je funkční, ale neefektivní
• V mapě dostupnosti nebyly zahrnuty koeficienty DOP (Dilution of Precision)
• Bylo nalezeno mnoho formátů vstupních dat pro určení polohy družic GPS (nevyužito)