ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗΣ ΘΕΣΗΣ Location Based Services ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΥΘΥΜΙΑ ΓΕΩΡΓΙΟΥ Επιβλέποντες: Δ. Δεληκαράογλου Μ. Κάβουρας Σκοπός Ο συνδυασμός του Συστήματος ορυφορικού Εντοπισμού Θέσης (GPS( GPS) ) με τα Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών (GIS), ώστε να αναπτυχθεί μια εφαρμογή των Υπηρεσιών αξιοποίησης της γεωγραφικής θέσης (LBS) LBS). Η ανάπτυξη και υλοποίηση της εφαρμογής σε ένα περιορισμένο πεδίο όπως είναι ο χώρος της Πολυτεχνειούπολης Ζωγράφου. Να τεθούν κάποια ερωτήματα, είτε για τις υπηρεσίες που αφορούν τη συγκεκριμένη περιοχή, είτε δίνοντας έναν τελικό προορισμό να επιτευχθεί να πλοηγηθεί η συσκευή GPS ως εκεί. Να αποκτηθεί εμπειρία πάνω στις Υπηρεσίες αξιοποίησης της γεωγραφικής θέσης και στη συνέχεια να επεκταθεί και σε άλλες εφαρμογές. 1
Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού GPS Ταυτόχρονες μετρήσεις αποστάσεων με μικροκύματα (L-Band( Band), (μαζί με μετρήσεις του φαινομένου Doppler) σε τουλάχιστον τέσσερις δορυφόρους χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της θέσης με μια τυπική ακρίβεια στιγμιαίου εντοπισμού, καλύτερου των 10 m. Το εκπεμπόμενο σήμα του δορυφόρου GPS Οι δύο φέρουσες συχνότητες L1 1 και L2 L1=1575.42 MHz, με μήκος κύματος λ = 19.05 cm και L2 2 = 1227.60 MHz, με μήκος κύματος λ = 24.45 cm Οι τρεις κώδικες Ο κώδικας Ρ (Precise Code), ακριβής-στρατιωτικός κώδικας Ο κώδικας C/A (Coarse Acquisition Code), βοηθητικός-πολιτικός κώδικας Ο κώδικας D(t) (Data Data Code), που περιέχει το μήνυμα ναυσιπλοΐας (navigation message) του δορυφόρου Τα τμήματα του συστήματος GPS Το τμήμα διαστήματος Περιλαμβάνει 24 δορυφόρους κατανεμημένους σε 6 τροχιακά επίπεδα Το τμήμα επίγειου ελέγχου 5 σταθμούς παρακολούθησης ( (Monitor Stations) 3 σταθμούς επικοινωνίας ( (Upload Ground Antennas) 1 κεντρικό σταθμό ελέγχου ( (Master Control Station) Το τμήμα χρηστών Αποτελείται από όλους τους χρήστες που είναι εφοδιασμένοι με κατάλληλο εξοπλισμό 2
Μετρήσεις στο σύστημα GPS Μετρήσεις 1. Μετρήσεις της ψευδοαπόστασης 2. Μετρήσεις Doppler 3. Μετρήσεις της φάσης του φέροντος κύματος Σφάλματα στις μετρήσεις 1. Το χρονόμετρο των δορυφόρων 2. Το χρονόμετρο των δεκτών 3. Τροχιακά σφάλματα δορυφόρων 4. Σφάλματα που υπεισέρχονται από την ατμόσφαιρα (Ιονόσφαιρα και Τροπόσφαιρα) 5. Σφάλμα πολλαπλών διαδρομών (multipath) 6. Σφάλματα δεκτών Εφαρμογές Πλοήγηση οχημάτων ιαχείριση στόλου οχημάτων Ναυσιπλοΐα ορυφορική πλοήγηση αεροσκαφών 3
Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών GIS Τα Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών είναι μια οργανωμένη συλλογή μηχανικών υπολογιστικών συστημάτων (hardware) και λογισμικών συστημάτων (software), χωρικών δεδομένων και ανθρώπινου δυναμικού, με σκοπό τη συλλογή, καταχώρηση, ενημέρωση, διαχείριση, ανάλυση και απόδοση, κάθε μορφής πληροφορίας που αφορά το γεωγραφικό περιβάλλον. Αποθηκεύουν, διαχειρίζονται και ενσωματώσουν ένα μεγάλο όγκο χωρικών στοιχείων Αποτελούν το πιο κατάλληλο εργαλείο χωρικής ανάλυσης Παρέχουν δυνατότητες για μετασχηματισμό των αρχικών δεδομένων Απαντούν συγκεκριμένα ερωτήματα που διατυπώνουν οι χρήστες Παρέχουν ένα ευρύ φάσμα αναλυτικών δυνατοτήτων Στάδια και Διαδικασίες Σ.Γ.Π. Ο καθορισμός του προβλήματος: Η οριοθέτηση του γενικού στόχου της μελέτης ( (goal) Η μελέτη των χρηστών του συστήματος, στους οποίους απευθύνεται Η διαδικασία από στοιχεία σε πληροφορία: Το στάδιο εισόδου Το στάδιο της διαχείρισης Το στάδιο της ανάλυσης Το στάδιο της εξόδου Τα συμπεράσματα: Καθρεφτίζεται η υλοποίηση του στόχου του Σ.Γ.Π. Παρουσιάζονται οι προτεινόμενες λύσεις και η σκοπιμότητά τους 4
Χρήσεις Πεδία εφαρμογής Σ.Γ.Π. Στον περιφερειακό προγραμματισμό και σχεδιασμό: χωρική ανάλυση περιφερειακών ανισοτήτων, διαχείριση ολοκληρωμένων αναπτυξιακών προγραμμάτων και βάσεων κοινωνικό-οικονομικών οικονομικών δεδομένων κ.α. Στον αστικό προγραμματισμό και σχεδιασμό: χωρική ανάλυση αστικών περιοχών, δήμων και γειτονιών, διαχείριση ολοκληρωμένων προγραμμάτων αστικής ανάπτυξης κ.α. Στον τομέα των συγκοινωνιών και μεταφορών: διαχείριση συστημάτων μεταφορών (οδικών, ακτοπλοϊκών, αεροπορικών), διαχείριση αστικών συγκοινωνιών, ανάλυση και διαχείριση δικτύων διανομών προϊόντων κ.α. Στον τομέα της τεχνικής υποδομής: διαχείριση δικτύων ύδρευσης, αποχέτευσης, ενέργειας και τηλεπικοινωνιών, ινωνιών, προσδιορισμός περιοχών εξυπηρέτησης κ.α. Στην χωρική ανάλυση αγορών εργασίας: σύζευξη προσφοράς και ζήτησης, φορολογία ακίνητης περιουσίας και διαχείριση φορολογικών στοιχείων, ανεργία κ.α. Υπηρεσίες αξιοποίησης της γεωγραφικής θέσης Ορίζονται ως οι εφαρμογές που παραδίδουν όλες τις πληροφορίες που βασίζονται σε μια συγκεκριμένη γεωγραφική θέση, όπου και όποτε απαιτείται. Εντοπίζεται η γεωγραφική θέση του χρήστη Παρέχονται όλες οι απαραίτητες πληροφορίες για τις υπηρεσίες που αφορούν τη θέση αυτή Απαιτείται να προσδιοριστούν: η η θέση του χρήστη τα γεωγραφικά στοιχεία της θέσης το αντίστοιχο λογισμικό 5
Τα συστατικά των LBS 1. Ο προσδιορισμός της θέσης: Χειρωνακτικός προσδιορισμός θέσης Προσδιορισμός θέσης βασισμένος στο δίκτυο Μέθοδος κυψέλης προέλευσης ( (Cell of Origin) Μέθοδος χρόνου άφιξης ( (Time of Arrival) Μέθοδος γωνίας άφιξης ( (Angle of Arrival) Μέθοδος ενισχυμένης παρατηρηθείσας χρονικής διαφοράς ( (Enhanced Observed Time Difference) Προσδιορισμός θέσης με GPS 2. Τα γεωγραφικά στοιχεία: υνατότητα σύνδεσης χωρικών-γραφικών πληροφοριών με μη γραφικές πληροφορίες 3. Το κέντρο ελέγχου: ιαχείριση των στοιχείων, συσχετίζοντας τις πληροφορίες εντοπισμού ού με το υπόβαθρο 4. Το σύστημα επικοινωνιών: Μεταβίβαση της γεωγραφικής θέσης της συσκευής στο κέντρο ελέγχου Εφαρμογές Εφαρμογή πλοήγησης με τη βοήθεια κινητού τηλεφώνου Ένα σύστημα διαχείρισης στόλου οχημάτων Μια αεροναυτική εφαρμογή Τα συστήματα ναυσιπλοΐας αυτοκινήτων «Πληροφορίες καθοδόν» τον καιρό και την κυκλοφορία σε πραγματικό χρόνο οδηγίες πλοήγησης για να φτάσει ο χρήστης στον προορισμό του γρήγορα και αποτελεσματικά βοήθεια σε περίπτωση βλάβης αυτοκινήτου στο δρόμο υπηρεσίες έκτακτης ανάγκης 6
Προετοιμασία της Εφαρμογής Επιλογή υποβάθρου: Η ψηφιακή εικόνα που καλύπτει την περιοχή της Πολυτεχνειούπολης Ζωγράφου Επιλογή Συστήματος Αναφοράς: Το Παγκόσμιο Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς WGS 84 Επιλογή τοποσταθερών σημείων: Προετοιμασία της Εφαρμογής Τεχνική μέτρησης των τοποσταθερών: Η τεχνική του Γρήγορου Στατικού Εντοπισμού (Fast Static Positioning) Περιγραφή των οργάνων: Trimble 4000SSI Micro-centered centered L1/L2 w/ground Plane Λογισμικό Επίλυσης: Το λογισμικό GPSurvey 2.35 Επίλυση: α) δημιουργία νέου project β) φόρτωμα των δεδομένων (συνήθως από κάποιο αρχείο dat ή άμεσα από το δέκτη) γ) επεξεργασία βάσεων (process( baselines) 7
Τελικές Συντεταγμένες Οι τελικές συντεταγμένες στο σύστημα WGS84 σε μορφή Χ, Υ, Ζ (γεωκεντρικές συντεταγμένες) WGS84 X, Y, Z Lamb X 4606904,247 Y 2029985,804 Z 3903423,738 1 4606654,695 2029987,850 3903664,265 2 3 4606639,564 4606870,044 2029989,105 2029713,880 3903682,421 3903562,031 4 5 4606830,201 4606789,632 2030264,855 2030279,095 3903332,039 3903380,719 6 4606410,109 2030123,233 3903892,777 7 4606603,018 2029952,582 3903742,644 8 4606650,378 2029818,274 3903746,413 9 4606773,414 2029895,119 3903559,324 Τελικές Συντεταγμένες Οι τελικές συντεταγμένες στο σύστημα WGS84 σε μορφή φ, λ, h (γεωγραφικές- γεωδαιτικές συντεταγμένες) Lamb φ 37 0 58` 30,5553`` WGS84 φ,λ,h λ 23 0 46` 48,7337`` h 249,140 1 2 3 37 0 58` 41,2455`` 37 0 58` 41,9758`` 37 0 58` 36,9036`` 23 0 46` 52,9335`` 23 0 46` 53,2305`` 23 0 46` 39,1032`` 217,786 218,443 223,137 4 5 37 0 58` 27,3175`` 37 0 58` 29,1883`` 23 0 47` 00,4194`` 23 0 47` 01,6236`` 228,008 233,224 6 37 0 58` 50,4646`` 23 0 47` 02,0511`` 225,022 7 37 0 58` 44,4768`` 23 0 46` 52,4649`` 217,533 8 37 0 58` 44,7891`` 23 0 46` 46,6465`` 211,325 9 37 0 58` 37,1407`` 23 0 46` 47,4951`` 209,370 8
Επιλογή Προβολής Οι συντεταγμένες x, y των τοποσταθερών σημείων στην προβολή UTM (Universal Transverse Mercator) x UTM x, y y Lamb 744200,283 4206705,573 1 2 744292,920 744299,494 4207038,202 4207060,933 3 743959,423 4206894,264 4 744488,440 4206614,282 5 744516,101 4206672,835 6 744506,907 4207329,07 7 744278,507 4207137,477 8 744136,238 4207142,862 9 744163,991 4206907,690 Το λογισμικό Arc Pad Βασίζεται στην τεχνολογία των GIS και είναι κατάλληλο για κινητή χαρτογράφηση Παρέχει δυνατότητες εντοπισμού μέσω των φορητών και κινητών συσκευών GPS Συνδυάζει τρεις βασικές δυνατότητες, την χαρτογραφική απεικόνιση, την οργάνωση σε βάση δεδομένων και την χωρική ανάλυση Χρησιμοποιεί τα υπάρχοντα στοιχεία, τα ενημερώνει, τα συσχετίζει με εξωτερικά αρχεία (φωτογραφίες, έγγραφα, βίντεο) και προσθέτει καινούργια από το ιαδίκτυο υνατότητα δημιουργίας βάσης δεδομένων γρήγορα, εύκολα και χωρίς να απαιτούνται ιδιαίτερες γνώσεις προγραμματισμού Κάνει ερωτήσεις στα στοιχεία, εντοπίζει και εστιάζει σε χαρακτηριστικά γνωρίσματα καθώς και πραγματοποιεί μετρήσεις ημιουργεί τα εργαλεία Arc Pad για τον υπολογιστή γραφείου Arc GIS 9
Arc Info Γεωαναφορά της αρχικής εικόνας: Περιλαμβάνει μια μετάθεση, μια στροφή και μια αλλαγή κλίμακας της τ αρχικής εικόνας βασισμένη στις συντεταγμένες των τοποσταθερών σημείων Πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια των εντολών: REGISTER και RECTIFY Ψηφιοποίηση και δημιουργία coverage: Χρησιμοποιώντας την εντολή GENERATE,, δημιουργήθηκαν τα εξής επίπεδα πληροφορίας: ρόμοι Κτήρια Όρια Πολυτεχνειούπολης Πύλες Πολυτεχνειούπολης ημιουργία τοπολογίας: ημιουργήθηκαν πίνακες τοπολογίας για κάθε coverage,, εφαρμόζοντας τις εντολές BUILD και CLEAN ιαχείριση βάσης δεδομένων: υνατότητα επιλογής ανάμεσα σε δύο γλώσσες προγράμματα Data Base Management,, την INFO και την TABLES ημιουργία shape file: Μετατροπή των coverage σε shape files (*.shp shp) ) με την βοήθεια της εντολής ARCSHAPE Επεξεργασία στο Arc Pad Προσθήκη layers Επεξεργασία των layers ημιουργία καινούργιων χαρακτηριστικών Επιλογή των χαρακτηριστικών Μετακίνηση των χαρακτηριστικών ιαγραφή των χαρακτηριστικών Κίνηση γύρω από το χάρτη Πληροφορίες για κάποιο χαρακτηριστικό Μέτρηση απόστασης Εύρεση χαρακτηριστικών με συγκεκριμένες ιδιότητες 10
Τελικό αποτέλεσμα Δημιουργία συμβόλων δεδομένων στο Arc View ημιουργία φόρμας Προσθήκη πεδίων στη φόρμα Εξαγωγή συμβόλων ημιουργία υποσυνόλου της Βάσης εδομένων Εξαγωγή εικόνας JPEG 11
Συλλογή δεδομένων στο πεδίο έκτης Garmin GPS 38 υνατότητα απόλυτου εντοπισμού σε πραγματικό χρόνο αλλά και χρήσιμων λειτουργιών πλοήγησης Επιλογή προβολής στο Arc Pad Επιλογή της προβολής UTM (Universal Transverse Mercator) Πρωτόκολλα NMEA ( (National Marine Electronics Association) TSIP ( (Trimble Standard Interface Protocol) Επεξεργασία των δεδομένων Α.. Προσθήκη χαρακτηριστικών σε ήδη υπάρχον layer Σκοπός: Προσθήκη κόκκινου διαδρόμου που ξεκινάει από την Πύλη Ζωγράφου και καταλήγει στο Κτήριο των Μεταλλειολόγων 12
Επεξεργασία των δεδομένων Β.. Προσθήκη χαρακτηριστικών σε καινούργιο layer Σκοπός: ημιουργία ενός καινούργιου layer και να προστεθούν σε αυτό οι στάσεις του λεωφορείου 242 που υπάρχουν μέσα στην Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου Ερωτήσεις στα δεδομένα Α.. Επιλογή ενός χαρακτηριστικού και αναζήτηση των ιδιοτήτων του Σκοπός: Να βρεθούν πληροφορίες για το κτήριο των Τοπογράφων, το Λαμπαδάριο 13
Ερωτήσεις στα δεδομένα Β.. Εύρεση χαρακτηριστικού με συγκεκριμένη ιδιότητα Σκοπός: Αναζήτηση της πύλης με το όνομα Ζωγράφου Ερωτήσεις στα δεδομένα Γ.. Υπολογισμός μεγεθών πάνω στο χάρτη Υπολογισμός απόστασης Σκοπός: Υπολογισμός της απόστασης μεταξύ της πύλης «Κατεχάκης» και της πύλης «Ζωγράφου» 14
Ερωτήσεις στα δεδομένα Γ.. Υπολογισμός μεγεθών πάνω στο χάρτη Σκοπός: Υπολογισμός εμβαδού Υπολογισμός του εμβαδού, της έκτασης της Πολυτεχνειούπολης Ζωγράφου που εμφανίζεται στο συγκεκριμένο υπόβαθρο Πλοήγηση με τη βοήθεια του GPS χειρός Σκοπός: Εύρεση του κτηρίου της Πρυτανείας και πλοήγηση του GPS σε αυτό 15
Συμπεράσματα για το λογισμικό Arc Pad 5.0 Πλεονεκτήματα Παρέχει μια σειρά χαρτογραφικών εργαλείων με σκοπό να παραχθούν αισθητικοί, σαφείς και συνοπτικοί χάρτες και διαγράμματα υνατότητα δημιουργίας εργαλείων για τον υπολογιστή γραφείου Οι λύσεις του Arc Pad,, επιτρέπουν στον χρήστη σε πραγματικό χρόνο να έχει τις πληροφορίες για μια συγκεκριμένη θέση εν απαιτεί ιδιαίτερες γνώσεις GIS,, παρά μόνο μια ελάχιστη κατάρτιση Συμπεράσματα για το λογισμικό Arc Pad 5.0 Μειονεκτήματα Η προσθήκη γραμμικών συμβόλων με τη βοήθεια του GPS χειρός δεν ήταν ακριβής εν υπήρχε η δυνατότητα από το λογισμικό να τραβηχτεί μια ευθεία γραμμή Για μια επιλεγμένη περιοχή, δεν υπήρχε η δυνατότητα να γίνει περαιτέρω επεξεργασία και να αλλαχθεί, μόνο σε ορισμένα σημεία, το σχήμα της εν διαθέτει δυνατότητα αναίρεσης κάποιας εντολής και οποιαδήποτε αλλαγή αποθηκεύεται στο αρχικό project Το Arc Pad 5.0, υποστηρίζει μόνο ορισμένα format αρχείων, εικόνων και προβολών 16
Σύνοψη και συνέχεια της εφαρμογής Οφέλη της εφαρμογής Αυξανόμενη ευκολία, ασφάλεια και ευκολία κινητικότητας Πληροφορίες που είναι εξατομικευμένες, εντοπισμένες και προσβάσιμες Φιλική προς το χρήστη λειτουργία υνατότητα χειρισμού υψηλού όγκου πληροφοριών Αναθεώρηση και ενημέρωση στοιχείων οπουδήποτε και οποτεδήποτε Πιθανά σενάρια υλοποίησης Ένας τουρίστας κατά την περίοδο των Ολυμπιακών Αγώνων του 2004 στην Αθήνα Ένας φυσιολάτρης που του αρέσει να πραγματοποιεί περιπάτους στην ύπαιθρο Στην περίπτωση των κτηματογραφήσεων του κτηματολογίου Μελλοντική επέκταση των LBS Σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης (π.χ. υποστήριξη ασφάλειας) Σε μια αναζήτηση εγκαταστάσεων Αναζήτηση της συντομότερης διαδρομής Πλοήγηση σε συγκεκριμένο προορισμό Υπηρεσίες καταλόγου (π.χ. ξενοδοχεία, εστιατόρια, εισιτήρια, ψυχαγωγία...) Θέσεις και ώρες λειτουργίας χώρων ζωτικής σημασίας (π.χ. νοσοκομεία, φαρμακεία, πρατήρια βενζίνης ) Αθλητικές ειδήσεις (π.χ. παρακολούθηση διαδρομών Μαραθωνίου) Αποκατάσταση κλεμμένων οχημάτων Εγχώρια παράδοση δεμάτων Συστήματα ναυσιπλοΐας αυτοκινήτων Πληροφορίες για την κυκλοφορία σε πραγματικό χρόνο, για χώρους στάθμευσης και τα οδικά δίκτυα Προβλέψεις για τον καιρό ιαχείριση μεταφορών 17
- ΤΕΛΟΣ - 18