}w!"#$%&'()+,-./012345<ya

Transkript

1 }w!"#$%&'()+,-./012345<ya MASARYKOVA UNIVERZITA FAKULTA INFORMATIKY Flexibilní GPS navigace pro mobilní zařízení s OS Linux BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Martin Kolman Brno, jaro 2010

2

3 Prohlášení Prohlašuji, že tato bakalářská práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracoval samostatně. Všechny zdroje, prameny a literaturu, které jsem při vypracování používal nebo z nich čerpal, v práci řádně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj. Vedoucí práce: RNDr. Aleš Horák, Ph.D. ii

4 Poděkování Děkuji vedoucímu mé bakalářské práce RNDr. Aleši Horákovi, Ph.D. za odborné vedení, zajímavé podněty a pomoc při testování modrany. Rovněž mu děkuji za poskytnutí techniky a zdrojů, bez kterých by tento projekt nemohl být realizován. iii

5 Shrnutí První část práce obsahuje úvod do problematiky navigačního softwaru a pokračuje přehledem a srovnáním navigačních systémů, dostupných pro mobilní linuxové platformy. Dále se práce zaměřuje na výběr vhodného navigačního systému k úpravám a popisu těchto úprav ve formě nového navigačního systému modrana. Je zde také popsáno vývojové prostředí a uživatelská základna systému modrana. Závěrečná část se zabývá dalšími možnými směry vývoje. Navigační systém modrana byl implementován v jazyce Python s pomocí PyGTK a Cairo. iv

6 Klíčová slova GPS, navigace, navigační systém, Linux, mobilní zařízení, OpenStreetMap, modrana, Maemo, N900 v

7 Obsah 1 Navigační software pro mobilní zařízení s OS Linux Klasifikace navigačních systémů Navigační software používající bitmapové dlaždice Navigační software používající vektorové mapové podklady Navigační software nepoužívající mapové podklady Hledání cesty Hledání cesty z lokálních dat Hledání cesty pomocí internetové služby Manuální výběr cesty Cesta ze záznamu Přehled dostupných navigačních systémů TangoGPS Navit Rana OmGPS Maemo Mapper McNavi Simple geocaching tool for Linux Advanced Geocaching Tool for Linux Požadavky a návrh Výběr navigačního systému pro modifikaci Navigační systém Rana Python PyGTK a Cairo Modulární struktura Návrh implementace požadovaných funkcí Konfigurovatelnost Auto, kolo a pěší použití Podpora mapových podkladů Stahování a offline použití mapových podkladů Cílová platforma a multiplatformnost vi

8 2.3 Návrh implementace dodatečných funkcí Hledání cesty a POI Práce s trasami Informační ukazatele Profil trasy Překrývání mapových vrstev Implementace navigačního systému modrana Úpravy uživatelské rozhraní Zobrazení přizpůsobené poměru stran Konfigurovatelné rozhraní Formát konfiguračního souboru Nový ukazatel pozice Vylepšený systém zobrazování dlaždic Vyhledávání cesty Režimy vyhledávání trasy Formát startu a cíle Zadávání startu a cíle v modraně Informace dostupné o nalezené cestě Ukládání nalezených cest mezi trasy Práce s trasami Podpora tras ve formátu GPX Výškový profil Zobrazení aktuálního výškového profilu Optimalizované vykreslování tras Správce tras Dávkové stahování mapových dílců Režimy dávkového stahování Souvislé pokrytí nespojité trasy Doplnění dlaždic z dalších úrovní přiblížení Stahování dlaždic a metainformací Inovovaný systém ukládání dílců Překrytí mapových vrstev Integrace internetových služeb Doplnění výškových dat k trase Hledání POI pomocí Google Local Search N Instalační balíček Podpora pro Location API Alternativní adresář pro ukládání mapových dílců Neo FreeRunner vii

9 3.10 Rozšířená podpora mapových podkladů Úpravy Rozšíření podporovaných mapových podkladů Google Maps, Google Satelite Yahoo Maps, Satelite Virtual Earth Vývojové prostředí Neo FreeRunner Smart Q Maemo 5 SDK Konference Openmobility Uživatelé modrany Závěr Podpora více poskytovatelů online služeb Práce s offline katalogy POI Integrace funkcí specifických pro platformu Podpora klávesnice Akcelerometr Alternativní metody zjištění polohy Podpora dalších formátů pro záznamy trasy A Snímky obrazovky B Obsah CD viii

10 Úvod V současné době existuje překvapivě velké množství linuxových navigačních aplikací. Tento jev je relativně nový a podle mého názoru je způsoben větší dostupností mobilních linuxových zařízení, jako jsou například Neo FreeRunner nebo na Maemu založené tablety společnosti Nokia. Existuje již několik velkých a pokročilých projektů, poskytujících komplexní funkcionalitu, jako jsou například TangoGPS, Navit nebo Maemo Mapper. Tyto projekty sice nejsou zcela bez závady, jsou však již použitelné k navigaci v terénu. Kromě velkých navigačních projektů existuje také řada menších aplikací, které často postrádají i základní funkcionalitu. Nabízejí však různé zajímavé vlastnosti, které ale nejsou ve "velkých"navigačních systémech k dispozici. V rámci této práce jsem provedl průzkum dostupných navigačních systémů, srovnával jsem jejich vlastnosti, klady a zápory. Na základě tohoto průzkumu jsem si k modifikaci vybral navigační systém Rana. Při provádění úprav jsem se snažil implementovat zajímavé a praktické funkce, dostupné v ostatních navigačních systémech. Výsledkem těchto úprav je navigační systém modrana. Poznatky, které jsem získal během přípravy této práce, a navigační systém modrana jsem prezentoval 24. dubna 2010 na konferenci Openmobility, která proběhla na Fakultě aplikované informatiky Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně. 1

11 Kapitola 1 Navigační software pro mobilní zařízení s OS Linux Většina dostupného navigačního software pro mobilní Linux patří mezi svobodný software, výjimku tvoří například navigační zařízení firmy Tom- Tom, používající proprietární navigační software nebo zdarma dostupné, ale proprietární Ovi Maps od společnosti Nokia. Vzhledem k tomu, že mým úkolem bylo vybrat a upravit vhodný navigační systém, budu se dále věnovat pouze volně šiřitelnému navigačnímu softwaru. 1.1 Klasifikace navigačních systémů Navigační software lze rozdělit podle způsobu práce s mapovými podklady na 3 skupiny: navigační software používající bitmapové dlaždice navigační software použivající vektorové mapové podklady navigační software nepoužívající mapové podklady Důležitým zdrojem volně šiřitelných vektorových dat i bitmapových dlaždic je projekt OpenStreetMap, popsaný v knize autorů Frederika Ramma a Joechena Topfa [1] Navigační software používající bitmapové dlaždice Tento typ navigačních systémů používá mapové podklady ve formě čtvercových dlaždic, ze kterých vytváří souvislou vrstvu. Tato vrstva pak tvoří výslednou mapu. Měřítko mapy určuje takzvaná úroveň přiblížení 1, která určuje měřítko konkrétní vrstvy. Nízká úroveň přiblížení znamená vysoké měřítko a menší celkový počet dlaždic ve vrstvě. Vysoká úroveň přiblížení znamená menší měřítko a větší počet dlaždic. Celková mapa je pak tvořena souborem vrstev, odpovídajících jednotlivým měřítkům. 1. z anglického zoomlevel 2

12 1. NAVIGAČNÍ SOFTWARE PRO MOBILNÍ ZAŘÍZENÍ S OS LINUX Hlavní výhodou bitmapových dlaždic jsou nízké nároky na výkon zobrazujícího zařízení a proto, jelikož na sobě dlaždice nezávisí, je možné dlaždice snadno stahovat podle aktuální potřeby, popřípadě stažené dlaždice aktualizovat. Pro velké oblasti s nízkým měřítkem však výrazně roste počet dlaždic a nároky na úložný prostor. Bitmapové dlaždice také neobsahují žádné informace o svém obsahu, takže například hledání cesty a upozorňování na body zájmu musí navigační systém řešit jinými prostředky. Dlaždice používají například webové mapové aplikace nebo navigační systémy Rana a TangoGPS. Těmto navigačním systémům se podrobněji věnuji v sekcích a Navigační software používající vektorové mapové podklady Vektorové mapové podklady fungují na principu vektorové grafiky, jednotlivé geografické vlastnosti jsou popsány pomocí řetězců složených ze znaků a čísel. Na rozdíl od binárních dílců nelze tato data zobrazit přímo a je nutné nejdříve provést zpracování do grafické podoby. Takto ostatně také vzniká většina binárních mapových dílců (s výjimkou oskenovaných historických map a satelitních snímků). Generování mapy z grafických dílců je poměrně náročnou činností, ale na druhou stranu umožňuje z jednoho souboru dat vykreslit mnoho úrovní přiblížení anebo stejná data využít pro hledání trasy. Mezi navigační systémy, které používají vektorové mapové podklady, patří například navigační systém Navit a mnoho komerčních jednoúčelových navigačních přístrojů. Navit je popsán v sekci Navigační software nepoužívající mapové podklady Existují navigační systémy, které pro svůj provoz nepotřebují mapové podklady. Příkladem může byt aplikace SGTL, které jsem věnoval sekci Tento jednoduchý program ukazuje aktuální směr a vzdálenost k zadanému bodu. Dalším příkladem navigace bez použití mapy je GPS informační obrazovka v SHR [2], zobrazující souhrn dostupných informací z GPS přijímače. 1.2 Hledání cesty Hledání optimální trasy mezi dvěma body je užitečnou vlastností některých navigačních systémů. Hledání cesty můžeme zpravidla rozdělit podle 3

13 1. NAVIGAČNÍ SOFTWARE PRO MOBILNÍ ZAŘÍZENÍ S OS LINUX toho, jestli je výpočet optimální trasy prováděn přímo na zařízení z lokálně dostupných dat nebo jestli se jedná o podání dotazu internetové službě, kdy zařízení pouze zobrazí výsledek tohoto dotazu Hledání cesty z lokálních dat Díky tomu, že výpočet optimální cesty probíhá z lokálně dostupných dat, je tento způsob nezávislý na dostupnosti internetu a internetové vyhledávací služby. Je však nutné mít k dispozici data pro všechny oblasti, ve kterých má hledání cesty fungovat, což může vést k velkým nárokům na úložný prostor zařízení. Uložená data také mohou postupem času zastarat, je tedy vhodné zajistit jejich aktualizaci, která však vzhledem k velikosti těchto dat 2 klade poměrně vysoké nároky na přenosovou kapacitu a také prakticky vylučuje aktualizaci těchto dat pomocí GPRS. Další nevýhodou lokálního hledání trasy je náročnost výpočtu, která stoupá s délkou a složitostí trasy Hledání cesty pomocí internetové služby Tento způsob hledání cesty spočívá v odesláni dotazu internetové službě. Odpovědí na dotaz jsou pak údaje o nalezené cestě nebo upozornění na to, že cesta nebyla nalezena. Příkladem takové služby je Google Directions. Tato služba je součástí Google Maps, jejichž fungování ve své knize popisují Gibson a Erle [4]. Hlavní výhodou internetové služby je rychlost nalezení trasy. Funkci této služby zpravidla zajišt uje jeden nebo více výkonných serverů, jejichž výkon vysoce převyšuje výkon běžného mobilního zařízení, a proto je výpočet cesty hotový mnohem rychleji, než kdyby probíhal na mobilním zařízení. Nevýhodou použití internetových služeb k nalezení cesty je závislost na připojení k internetu. Objem přenesených dat nutných pro zjištění trasy je však velmi malý 3. Lze tedy použít například GPRS, které je dnes již široce dostupné. Další možností je cestu předem vyhledat a uložit. 2. vektorová OSM data z Cloudmade [3] pro ČR mají 69MB a pro Evropu 1.2 GB 3. cesta z Prahy do Brna, navrácená službou Google Directions ve formátu JSON, má velikost 11.8 KB 4

14 1. NAVIGAČNÍ SOFTWARE PRO MOBILNÍ ZAŘÍZENÍ S OS LINUX Manuální výběr cesty Tento způsob výběru cesty spočívá v manuálním vytyčení cesty na mapě. Tato metoda výběru cesty umožňuje zvolit trasu podle vlastní zkušenosti a použít cesty, které nejsou v mapových podkladech zaneseny. Výběr trasy na delší vzdálenost však může být nepřesný nebo velice zdlouhavý Cesta ze záznamu Další možností je volba cesty, kterou již někdo absolvoval a zveřejnil v podobě souboru koordinát zaznamenaných pomocí GPS [5]. Existuje mnoho souborových formátů pro záznam trasy, od prostého seznamu NMEA vět z GPS přijímače, přes proprietární formáty některých výrobců navigačních zařízení až po otevřené formáty KML [6] a GPX [7]. Soubory s trasou je možné získat ze specializovaných stránek, které se zaměřují na jejich sběr. K těmto internetovým stránkám patří všeobecné zaměřené Wikiloc.com [8] nebo projekt Bikemap.net [9], zaměřený na cyklistické trasy. 1.3 Přehled dostupných navigačních systémů V souladu se zadáním jsem provedl srovnání navigačních systémů dostupných pro mobilní linuxová zařízení TangoGPS Tango GPS [10] je linuxová navigační aplikace, používající bitmapové mapové dílce. V základním nastavení jsou používány mapové dílce z poskytované projektem OpenStreetMap [11], lze však přidat i jiné zdroje dílců. TangoGPS funguje na linuxových PC i na mobilních linuxových zařízeních. Distribuce SHR [2] pro Neo FreeRunner jej používá jako hlavní GPS aplikaci. Nově je TangoGPS také výchozí GPS aplikací na Touchbooku [12]. Rozhraní je přizpůsobeno dotykovému ovládání a umožňuje přepnutí do režimu plné obrazovky. Hlavní obrazovka s mapou se sestává z lišty hlavních ovládacích tlačítek nahoře, posuvníku pro změnu úrovně přiblížení vpravo a informační lišty dole. Na FreeRunneru jsou v horní liště tlačítka bohužel příliš blízko sebe. Zároveň lze díky černé barvě s oranžovými ikonami jednotlivá tlačítka špatně rozlišit, obzvláště na denním světle. Poněkud rušivě působí ukazatel rychlosti v levém horním rohu, který není možné vypnout. Tato skutečnost se nejvíc projevuje právě na FreeRunneru, kde ukazatel zabírá značnou část obrazovky. 5

15 1. NAVIGAČNÍ SOFTWARE PRO MOBILNÍ ZAŘÍZENÍ S OS LINUX Obrázek 1.1: TangoGPS TangoGPS umí dynamicky stahovat mapové dílce pro aktuálně zobrazenou lokalitu a obsahuje také základní podporu dávkového stahování dílců. Je možné zvolit stažení aktuální viditelné oblasti a také zvolit kolik dalších úrovní přiblížení má být staženo. Probíhající stahování dlaždic je značeno číselným údajem v informačním pruhu vlevo dole, jediným upozorněním na dokončené stahování je zmizení tohoto čísla. Zajímavá je služba Friends 4, kterou TangoGPS podporuje. Tato služba po aktivaci zobrazí pozici zařízení ostatním uživatelům TangoGPS a umožňuje sledování pozice ostatních uživatelů služby na mapě. TangoGPS podporuje záznam trasy do vlastního formátu. K aktuální trase jsou také zobrazeny informace o průměrné a maximální rychlosti, celkovém čase stráveném na trase a absolvované vzdálenosti Navit Navit [13] je pravděpodobně nejpokročilejším linuxovým navigačním systémem používajícím vektorové mapy. Jedná se o velmi komplexní navigační systém, poskytující mnoho funkcí

16 1. NAVIGAČNÍ SOFTWARE PRO MOBILNÍ ZAŘÍZENÍ S OS LINUX Obrázek 1.2: Navit Navit dokáže používat data z OpenStreetMap, překonvertovaná do vlastního binárního formátu. Na stránkách projektu existuje webová aplikace pro výběr oblasti pro překonvertování a stažení na mapě. K dispozici jsou také hotové extrakty pro jednotlivé země ze služby Cloudmade [14]. Navit pracuje nejen s daty z OpenStreetMap, ale také s mapovými podklady z jiných zdrojů [15]. Nevhodný mi připadal způsob nastavení cesty k mapovému souboru. Ve verzi Navitu, kterou jsem testoval 5 bylo totiž nutné nejdříve lokalizovat konfigurační soubor navit.xml, poté nalézt řádek s definicí cesty k datům z OpenStreetMap a na tomto řádku nastavit odpovídající cestu. Také jsem musel nalézt řádek s definicí předinstalované ukázkové mapy Mnichova a tuto mapu deaktivovat. Konfigurační soubor navit.xml má víc jak 4000 řádek. Díky tomu, že Navit vykresluje mapy přímo z vektorových dat, nabízí různé vizuální styly map. K dispozici je například noční nebo cyklistický režim. Mapu lze libovolně natáčet, popřípadě může být automaticky rotována podle směru jízdy. Další zajímavou možností je 3D zobrazení mapy. Určité problémy se zobrazením mapy však vznikají při použití většího měřítka, kdy Navit často nezobrazuje města. Využití vektorových mapových podkladů s sebou nese i podporu pro offline hledání cesty. Cestu lze vyhledat zadáním na mapě či zadáním adres startu a cíle. Podporované je rovněž vyhledání cesty na vybrané místo 5. navit na PC a navit na Neo FreeRunneru 7

17 1. NAVIGAČNÍ SOFTWARE PRO MOBILNÍ ZAŘÍZENÍ S OS LINUX Obrázek 1.3: Rana z aktuální pozice. Rozhraní Navitu je dobře přizpůsobeno ovládání pomocí dotykové obrazovky. Jeho jednotlivé prvky lze nastavit v konfiguračním XML souboru. Existuje několik různých rozhraní, založených například na GTK, nebo využívajících OpenGL Rana Rana [16] je modulární navigační systém s GUI, které je plně přizpůsobené k ovládání dotykovou obrazovkou. Rana podporuje automatické stahování a zobrazování mapových dílců z projketů OpenStreetMap [11], OpenCycle- Map [17] a OpenAerialMap [18]. Umí pracovat také s vektorovými mapovými daty, tato funkcionalita ale ustrnula ve stádiu vývoje. Silniční a uliční sít se sice zobrazí, ale bez jakýchkoli textových popisek, což výrazně limituje použití pro navigaci. Zajímavý je způsob, jakým je Rana implementována. Program tvoří množina modulů a hlavního skriptu, který je při startu načte. Tento skript také zajišt uje pravidelné volání metod, díky kterým jednotlivé moduly například kreslí na mapu nebo zobrazují vlastní menu. Moduly mohou mezi se- 8

18 1. NAVIGAČNÍ SOFTWARE PRO MOBILNÍ ZAŘÍZENÍ S OS LINUX bou komunikovat bud to předáváním zpráv, pomocí globálního slovníku nebo přímým voláním metod ostatních modulů. Na stejném principu funguje rovněž uživatelské rozhraní, kde po stisku tlačítka dojde k odeslání zpráv či nastavení hodnot v globálním slovníku. Reakcí na takto poslanou zprávu může být například posunutí listovacího menu. Ranu je plně konfigurovatelná pomocí grafického rozhraní a změny nastavení se promítají do globálního slovníku. Ten je ukládán do souboru, takže změny a ostatní nastavení jsou zachovány a při dalším startu aplikace opět plně k dispozici. Rana je napsaná v jazyce Python a samotný program se sestává z hlavního spouštěcího skriptu, adresáře s moduly a adresáře s ikonami ve formátu PNG. Grafické rozhraní používá PyGTK [19] a Cairo [20], což jsou kromě Pythonu jediné další externí závislosti. Proto je možné, navzdory tomu, že se jedná o navigační systém primárně určený pro NeoFreeRunner, provozovat Ranu na v podstatě na každé libovolné linuxové distribuci, která dovoluje instalaci Pythonu, PyGTK a Cairo. Jediným větším problémem v případě provozu na jiných platformách je uživatelské rozhraní, přizpůsobené pro obrazovku FreeRunneru. To může vést k deformaci ikon nebo k neúměrné velikosti ovládacích prvků. Rana je v podstatě velmi zajímavě řešeným navigačním systémem, obsahuje však také mnoho nadějně působících, ale nedokončených funkcí. Jsou to například dávkové stahování mapových dat nebo práce s POI. Bohužel však v současnosti již další vývoj Rany neprobíhá OmGPS OmGPS 7 [21] je navigační systém, určený pro Neo FreeRunner. K dispozici jsou pouze balíčky pro tuto platformu a na webových stránkách tohoto projektu nejsou jiné platformy zmíněny. Grafické rozhraní toho navigačního systému mi nepřipadalo pro mobilní zařízení s dotykovou obrazovkou, jakým je FreeRunner, příliš vhodné. Jednotlivé ovládací prvky jsou příliš malé a zároveň nevhodně blízko sebe. Rozhraní se proto prakticky nedá ovládat pomocí prstů. I při použití stylusu je často problém používat některé z ovládacích prvků. Mezi podporované vrstvy patří Openstreetmap, Opencyclemap, Google maps a Google satelite. Zajímavá je funkce překrývání dvou vybraných ma- 6. poslední aktivita autora na wiki projektu byla v srpnu název této aplikace zřejmě vznikl kombinací slov OpenMoko a GPS 9

19 1. NAVIGAČNÍ SOFTWARE PRO MOBILNÍ ZAŘÍZENÍ S OS LINUX Obrázek 1.4: OmGPS pových vrstev. Je možné stanovit, která vrstva bude tvořit pozadí a kterou vrstvou bude toto pozadí překryto. Lze také nastavit úroveň průhlednosti. Příkladem použití této funkce je překrytí vrstvy satelitních snímků mapovou vrstvou. OmGPS podporuje využití asistenční služby u-blox Assist Online [22], což urychluje dostupnost údajů o poloze po aktivaci GPS. Během mého testování tato funkce vždy fungovala. Podrobný návod na konfiguraci této vlastnosti je k dispozici na stránkách projektu OmGPS [21] Maemo Mapper Maemo Mapper [23] je zajímavou aplikací, určenou pro internetové tablety s linuxovým OS Maemo od firmy Nokia. Nově lze tento navigační systém nainstalovat také na N900. Rozhraní je viditelně přizpůsobeno dotykovému ovládání a díky integraci s Maemo zapadají ovládací položky v menu do celkového vzhledu systému. Rozhraní je poněkud nepřehledné díky množství různých menu, která se otevírají z mnoha různých tlačítek. Proto bych v tomto programu ocenil jednotné menu, které by zpřístupňovalo všechna nastavení z jednoho místa. 10

20 1. NAVIGAČNÍ SOFTWARE PRO MOBILNÍ ZAŘÍZENÍ S OS LINUX Obrázek 1.5: Maemo Mapper Maemo mapper používá bitmapové mapové podklady, ve výchozím nastavení jsou to vrstvy OpenStreetMap, Google Maps a Google Satelite. Další vrstvy může uživatel přidat přímo z GUI. Tato aplikace také podporuje práci s POI, které lze zadávat bud to ručně, nebo stáhnou pomocí online služby. Hledání cesty využívá online služby a nalezenou trasu je možné uložit. Podporován je také záznam absolvované trasy, včetně vkládání poznámek a ukládání záznamu do souboru. Maemo mapper jsem testoval v Maemo 5 emulátoru, proto jsem bohužel nemohl otestovat funkce, využívající GPS. Tato aplikace totiž zřejmě využívá location API [24], které ale v emulátoru nefunguje McNavi McNavi [25] je dílem českého vývojáře a v současní době se nachází v aktivní vývojové fázi. V porovnání s ostatními navigačními systémy se zřejmě nejvíce podobá Navitu, jelikož také používá vektorová data z projektu Open- StreetMap, uložená ve vlastním binárním formátu. Binární soubory pro Mc- Navi však nejsou s Navitem kompatibilní a jsou také o poznání větší. Binární soubory s mapovými podklady je možné vyrobit z OpenStreetMap dat pomocí konvertoru, dostupného pro x86 a amd64 Linux. Hotové mapy pro vybrané evropské země lze také stáhnout na stránkách projektu. Podle popisu na stránkách projektu využívá McNavi vektorová data nejen k vykreslování mapy, ale slouží také k vyhledávání trasy. Bohužel se mi však vykreslování mapy ani hledání cesty podle dostupných po- 11

21 1. NAVIGAČNÍ SOFTWARE PRO MOBILNÍ ZAŘÍZENÍ S OS LINUX Obrázek 1.6: McNavi kynů zprovoznit nepodařilo. Mapa se nezobrazila ani s aktivní GPS. Do vyhledávání trasy je možné zadat pouze jedno písmeno, ovšem bez jakékoli reakce rozhraní. Uživatelské rozhraní je dobře přizpůsobené dotykovému ovládání, domnívám se však, že ovládací a informační prvky zabírají příliš mnoho místa na úkor zobrazení mapy Simple geocaching tool for Linux SGTL [26] je příkladem navigačního softwaru, který nepoužívá mapové podklady. Jak už název napovídá, má tato aplikace sloužit milovníkům geocachingu. Nejvýraznějším prvkem uživatelského rozhraní je velká šipka, která zabírá většinu obrazovku. Šipka ukazuje ke souřadnicím, které je možné nastavit pomocí velkých dotykovému ovládání přizpůsobených tlačítek. Směr šipky je pravděpodobně určován v závislosti na směru pohybu udávaném GPS přijímačem. Uživatel je tedy nucen se pohybovat minimálně rychlejší chůzí, jinak šipka ukazuje špatným směrem. 12

22 1. NAVIGAČNÍ SOFTWARE PRO MOBILNÍ ZAŘÍZENÍ S OS LINUX Obrázek 1.7: Simple geocaching tool for Linux Advanced Geocaching Tool for Linux AGTL [27] navazuje na Simple geocaching tool for Linux. Novinkou oproti SGTL je zobrazení mapových podkladů z OpenStreetMap a přímé napojení na databázi "keší"geocaching.com. Nejdříve je nutné se na Geocaching.com zaregistrovat a registrační udaje vyplnit v AGTL. Následovně dojde k aktivaci zobrazování polohy keší, které se nacházejí na aktuálně zobrazeném výseku mapy. Keše lze vyhledávat podle jména nebo zadaných parametrů a k jednotlivým keším jsou k dispozici podrobné informace. AGTL nabízí uživateli možnost vložení vlastních informací a poznámek, které lze nahrát na Geocaching.com přímo z aplikace. Autor AGTL uvádí na svých internetových stránkách bezpapírové geocachování jako cíl tohoto projektu. Směrová šipka zůstala zachována, jako cíl šipky lze zvolit koordináty nebo některou z keší. V současnosti jsou jedinými podporovanými mapovými podklady bitmapové dílce z OpenStreetMap, AGTL neumožňuje přidání dalších zdrojů mapových podkladů ze strany uživatele. 13

23 1. NAVIGAČNÍ SOFTWARE PRO MOBILNÍ ZAŘÍZENÍ S OS LINUX Obrázek 1.8: Advanced Geocaching Tool for Linux AGTL je určena primárně pro NeoFreerunner, nově existuje také verze pro N900 a aplikace by měla fungovat i na běžné deskopové linuxové distribuci. 14

24 Kapitola 2 Požadavky a návrh Požadavky Zadání mé práce stanovuje tvorbu navigačního systému, který bude založený na již existujícím softwaru. Tento nový systém má být široce konfigurovatelný a použitelný pro navigaci při cestování autem, na kole i pěšky a má podporovat stahování mapových podkladů pro offline použití. Cílovým prostředím je podle zadání jedna vybraná mobilní linuxová platforma, systém má však být natolik flexibilní, aby byl snadno modifikovatelný pro použití na jiných platformách. 2.1 Výběr navigačního systému pro modifikaci Práci na novém navigačním systému jsem začal výběrem vhodného již existujícího navigačního softwaru. Při výběru jsem využil poznatky, které jsem získal při srovnávání navigačních systémů dostupných pro mobilní linuxová zařízení. Kritéria Vzhledem k tomu, že jsem si jako primární cílovou platformu vybral linuxový operační systém Maemo 5 na N900 [28], musel jsem zvolit takový software, jaký je na této platformě možné provozovat, případně pro tuto platformu snadno upravit. Současně jsem ale chtěl zachovat co největší kompatibilitu s ostatními platformami a co nejmenší počet závislostí na externích softwarových komponentách. Mým cílem také bylo vybrat takový systém, který umožní snadno integrovat další svobodný software za účelem rozšíření funkcionality systému. 15

25 2. POŽADAVKY A NÁVRH Navigační systém Rana Navigační systém Rana [16] jsem vybral jako základ k úpravám proto, že odpovídá mnou zvoleným kritériím. Python Rana je implementována v programovacím jazyce Python [29]. Díky tomu, že se jedná o interpretovaný jazyk, není nutné Ranu pro každou platformu zvlášt kompilovat. Python je k dispozici pro širokou škálu platforem a architektur, například právě pro N900, Neo FreeRunner či většinu linuxových distribucí na PC. PyGTK a Cairo Uživatelské rozhraní Rany využívá PyGTK [19] a Cairo [20], které společně s Pythonem tvoří jediné závislosti nutné pro běh Rany. Oba tyto komponenty jsou široce dostupné, na Neo FreeRunneru jsou k dispozici již v základní instalaci SHR [2] a na N900 je lze snadno doinstalovat pomocí balíčkového systému z repozitáře. Modulární struktura Rana je tvořena souborem modulů. Jednotlivé moduly mezi sebou mohou komunikovat posíláním práv, prostřednictvím perzistentního globálního slovníku nebo pomocí přímého přístupu k metodám a proměnným jednotlivých modulů. Je tak velmi snadné vytvořit nový modul rozšiřující funkcionalitu, nebo modifikovat některý ze stávajících modulů. Modulární architektura Rany také umožňuje snadnou integraci dalších volně šiřitelných komponent. Zde se pozitivně projevuje použití Pythonu, jelikož pro tento jazyk existuje velké množství [30] balíků s rozšiřující funkcionalitou. Při použití pouze takových balíků, které nemají externí závislosti a jsou napsané v Pythonu, je možné efektivně rozšířit funkce poskytované Ranou bez újmy na flexibilitě. 2.2 Návrh implementace požadovaných funkcí Konfigurovatelnost Rana používala ke konfiguraci hodnoty přímo ve zdrojovém kódu a perzistentní globální slovník. Velikost a pozice ovládacích a informačních prvků 16

26 2. POŽADAVKY A NÁVRH byla fixní, optimalizovaná pro Neo FreeRunner. Také cesta k adresáři s mapovými dílci a definice mapových vrstev byly napsány přímo ve zdrojovém kódu. Do modrany jsem implementoval podporu textových konfiguračních souborů, které slouží k nastavení uživatelského rozhraní, cest k dílcům a trasám a k definici mapových vrstev. Popis hlavního konfiguračního souboru a konfigurovatelného uživatelského rozhraní je v sekci V sekci jsou podrobněji popsány úpravy uživatelského rozhraní, které jsem provedl za účelem lepšího přizpůsobení modrany různým rozlišením a poměrům stran Auto, kolo a pěší použití Rana umožňovala jednoduchou volbu profilu. Tyto profily byly odvozeny od značkování [31] používaného v projektu OpenStreetMap pro hledání cesty. Nastavený profil byl využíván pouze při hledání cesty pomocí vektorových map z OpenStretMap. Tuto funkci se mi podobně jako většinu funkcí, založených na implementaci vektorových map v Raně, nepodařilo zprovoznit. V modraně jsem profily přeorganizoval tak, aby byly pro uživatele přehlednější. Ponechal jsem profily pro jízdu autem, na jízdním kole, pro pěší cestování, jízdu vlakem nebo autobusem Pomocí odpovídající sekce v konfiguračním souboru, popsaném v sekci 3.1.3, může uživatel nastavit velikost a pozici jak ovládacích prvků, tak informačních ukazatelů. Informace o aktuálním profilu využívá ModRana při vyhledávání cesty pomocí Google Directions. Bude-li aktivní pěší profil, bude vyhledána pěší varianta cesty, bude-li aktivní profil pro automobil, bude vyhledána motoristická varianta atd.. Funkce pro vyhledávání cesty pomocí online služby je detailněji popsána v sekci Podpora mapových podkladů Rana podporovala vektorové mapové podklady, založené na datech z Open- StreetMap, a zobrazování mapových dílců z OpenStreetMap, OpenCycle- Map a OpenArialMap. V praxi však bylo zobrazování vektorových mapových podkladů velmi nespolehlivé a chybělo vykreslení jakýchkoli textových popisek. Zobrazování dílců z OpenCycleMap nefungovalo pro zastaralé URL a projekt OpenArialMap přestal poskytovat mapové dílce. V modraně jsem podporu vektorových mapových podkladů vzhledem k nízké použitelnost deaktivoval. Dále jsem vzhledem k nedostupnosti dílců 17

27 2. POŽADAVKY A NÁVRH odebral mapovou vrstvu pro OpenArialMap. Vrstva OpenCycleMap po zadání aktuální URL opět funguje. Kromě změn původních mapových vrstev jsem do modrany doplnil podporu mapových dlaždic z dalších zdrojů. Přidal jsem mapové vrstvy založené na dlaždicích z Google Maps, Yahoo Maps a Virtual Earth. Popis implementace podpory nových mapových vrstev se nachází v sekci Původní způsob zobrazování mapových dílců jsem modifikoval tak, abych docílil vykreslení ostré a jednolité mapy. Popis těchto úprav je v sekci Stahování a offline použití mapových podkladů Rana podporovala automatické stahování bitmapových dlaždic v aktuálně zobrazené oblasti. Stažené mapové dílce byly ukládány do jediného adresáře, do souborů pojmenovaných podle vrstvy a souřadnic stažené dlaždice. Nebylo tedy možné sdílet adresář mapových podkladů např. s navigačním systémem TangoGPS, které ukládá dlaždice do adresářové struktury. Součástí Rany byla rozpracovaná podpora dávkového stahování vektorových dat v XML z OpenStreetMap, dávkové stahování mapových dlaždic Rana nepodporovala. V modraně jsem implementoval dávkové stahování mapových dlaždic, a to jak kolem aktuální pozice, tak kolem aktuálního pohledu na mapu či vybrané trasy, včetně nastavení poloměru a rozsahu úrovní přiblížení. Dávkové stahování mapových dlaždic používá vlákna a po dokončení se zobrazí upozornění. Podrobný popis implementace se nachází v sekci 3.4. ModRana ukládá mapové díly do adresářové struktury kompatibilní s TangoGPS, takže oba tyto navigační systémy mohou sdílet adresář s dílci. Tuto funkci jsem implementoval na základě podnětů získaných od účastníků konference Openmobility 2010, na které jsem modranu prezentoval. Popisu vylepšeného ukládání mapových dílců se věnuje sekce Cílová platforma a multiplatformnost Navigační systém Rana byl přizpůsoben pro linuxový mobilní telefon Neo Freerunner. Ranu lze sice spustit i na jiných linuxových zařízeních. V tomto případě však dochází ke značenému zkreslení uživatelského rozhraní, které je určeno pro dotykovou obrazovku Nea o rozlišení 480 na 640 pixelů. Pro zjištění pozice byl podporován pouze gps démon, který například na N900 není vůbec k dispozici. Instalace Rany spočívala ve zkopírování programu ze SVN a k dispozici nebyly žádné instalační balíčky či balíčkovací skripty. 18

28 2. POŽADAVKY A NÁVRH V modraně jsem změnil způsob vykreslování uživatelského rozhraní tak, aby se GUI lépe přizpůsobovalo rozdílným rozlišením a poměrům stran. Více informací o změnách provedených na uživatelském rozhraní je v sekci Protože jsem si jako cílovou platformu vybral Maemo 5 na N900, doplnil jsem podporu Location API, které na této platformě umožňuje přístup k GPS, viz sekce Pro usnadnění instalace jsem pomocí vlastního balíčkovacího skriptu vytvořil instalační balíčky pro Maemo 5 na N900, SHR na Neo FreeRunneru a Deabin/Ubuntu. 2.3 Návrh implementace dodatečných funkcí Hledání cesty a POI Rana obsahovala rozpracovanou funkcionalitu pro hledání cesty za použití vektorových dat z OpenStreetMap. Pro práci s POI bylo k dispozici pouze hlavní menu bez jakékoli další funkcionality. Rana neumožňovala vyhledávání cest ani POI pomocí internetu. V modraně jsem implementoval hledání cesty za pomocí internetové služby Google Directions, která umožňuje hledání cesty jak mezi souřadnicemi, tak textové zadanými adresami. Sekce 3.2 obsahuje podrobnější popis implementace hledání cesty. ModRana vyhledává POI pomocí služby Google Local Search [32]. Nalezené výsledky se zobrazí na mapě a lze je také uložit. Součástí výsledku je zpravidla také adresa a telefonní číslo. Popis implementace online hledání POI se nachází v sekci Práce s trasami Původní navigační systém Rana podporoval pouze načítání tras ve formátu GPX pro simulaci GPS. Podporován bylo pouze starší GPX 1.0, zatímco v současnosti převážně používané GPX 1.1 podporováno nebylo. Při implementaci práce s trasami v modraně jsem použil víceúčelový modul Upoints [33], který mimo jiné podporuje načítání a ukládání tras ve formátu GPX 1.1. Uložené trasy je možné zobrazit na mapě, lze doplnit data o nadmořské výšce, zobrazit výškový profil trasy či zobrazit informační ukazatele s informacemi o trase. Práci s trasami v modraně je věnována sekce 3.3. Online doplnění nadmořské výšky popisuje sekce

29 2. POŽADAVKY A NÁVRH Informační ukazatele Rana obsahovala multifunkční ukazatel tvořený černým pruhem v dolní části obrazovky, ve kterém se zobrazovaly aktuální informace jako například rychlost pohybu či aktuální čas. Současně se vždy zobrazily pouze informace z jedné kategorie, mezi jednotlivými kategoriemi bylo možné přepínat kliknutím na informační pruh. Informační pruh, který zabíral podstatnou část obrazovky a zároveň vždy zobrazoval pouze jeden druh informace, jsem v modraně odstranil a nahradil systémem průhledných a konfigurovatelných informačních ukazatelů. Popis konfigurace informačních ukazatelů je součástí sekce 3.1.3, která je věnována uživatelskému konfiguračnímu souboru Profil trasy Původní Rana nepodporovala zobrazení profilu trasy. Zobrazení profilu sice nabízejí trasy některé webové mapové služby, u mobilních navigačních aplikací se však prakticky nevyskytuje. ModRana automaticky vytváří výškový profil pro každou trasu, která obsahuje data o nadmořské výšce. Dokáže také zobrazit výsek výškového profilu v podobě informačního ukazatele. Popis tvorby výškového profilu se nachází v sekci Překrývání mapových vrstev Původní systém Rana neumožňoval překrývání mapových vrstev. K implementaci této funkce mne inspiroval program OmGPS, popsaný v sekci Implementace v modraně umožňuje zvolit zvlášt v vrstvu v pozadí a zvlášt překrývající vrstvu. Stupeň průhlednosti překrývající vrstvy lze nastavit v rozsahu 25 až 100%. Překrývání mapových vrstev se věnuje sekce

30 Kapitola 3 Implementace navigačního systému modrana Nově vznikající systém byl nazván modrana, protože se jedná o zásadní modifikaci navigačního systému Rana. 3.1 Úpravy uživatelské rozhraní Uživatelské rozhraní bylo upraveno tak, aby se lépe přizpůsobovalo různým rozlišením a poměrům stran obrazovky Zobrazení přizpůsobené poměru stran Původní grafické rozhraní bylo navržené pro Neo FreeRunner a odpovídá poměru stran jeho obrazovky. Rozhraní jsem upravil tak, aby reagovalo na změny poměru stran, čímž jsem docílil konzistentního vzhledu rozhraní pro široký rozsah poměrů stran. Přizpůsobil jsem také rozvržení listovacích a informačních menu tak, aby byly jednotlivé prvky v závislosti na aktuálním poměru stran optimálně umístěny Konfigurovatelné rozhraní Podstatnou část obrazovky v Raně zabíral černý pruh, ve kterém se zobrazovaly aktuální informace. Tento pruh jsem odstranil a nahradil ho poloprůhlednými informačními ukazateli, které si uživatel může nastavit v konfiguračním souboru: user_config.conf Informační ukazatele se zobrazují podle aktuálně zvoleného profilu, pro každý profil je tak možné nastavit specifickou sadu ukazatelů. Pro jednotlivé profily lze také nastavit velikost a pozici jednotlivých ovládacích prvků. Uživatel tedy při jízdě na kole využije například vlastní rozvržení ovládacích a informačních prvků. Před jízdou autem pak pouze přepne profil a bude mít k dispozici opět jiné specifické nastavení. 21

31 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA Formát konfiguračního souboru Pro načítání konfiguračních souborů a práci s nimi využívá modrana modul ConfigObj [34]. Tento modul tak určuje syntaxi, použitou v konfiguračním souboru. Cokoliv, co následuje na řádku za #, je bráno jako komentář. Pro odlišení komentářů od zakomentovaných voleb používám u všech komentářů ##. K přiřazení hodnoty do proměnné slouží rovnítko, do proměnné lze přiřadit i seznam čárkou oddělených hodnot. Konfigurační soubor má stromovou strukturu, která je vyjádřena názvem sekce v hranatých závorkách. Počet hranatých závorek značí úroveň zanoření. Volby, které nejsou v žádné sekci, patří do nejvyšší úrovně. Takto vypadá nejvyšší úroveň v hlavním konfiguračním souboru, nazvaném user_config.conf: ## ** Global config start ** ## enabled=true ## určuje, zda bude konfigurace použita tile_folder=cache/images ## cesta k~adresáři s~dílci tracklog_folder=tracklogs ## cesta k~adresáři s~trasami ## ** Global config end ** ## Konfigurační soubor obsahuje také sekci specifickou pro N900: ## * Nokia N900 specific overrides start * ## [n900] ## specifická cesta pro n900 na 27 GB oddíl tile_folder = /home/user/mydocs/.modrana_tiles/ ## * Nokia N900 specific overrides end * ## Další sekce v konfiguračním souboru odpovídají jednotlivým profilům. Ne všechny profily musí mít svou sekci. Jednotlivé sekce mohou obsahovat další podsekce, nebo mohou být prázdné. Podporovanými podsekcemi jsou: [[override_main_buttons]] [[OSD]] Podsekce [[override_main_buttons]] slouží ke změně polohy a velikosti hlavních ovládacích prvků. Nastavování probíhá pomocí těchto proměnných: 22

32 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA menu : nastavení pozice tlačítka pro menu zoom_in : tlačítko pro přiblížení zoom_out : tlačítku pro oddálení fullscreen : tlačítko režimu celé obrazovky centre : centrovací tlačítko scalebar : ukazatel aktuálního měřítka icon_size : nastavení velikosti všech ikon, značí podíl nejkratší strany obrazovky, tzn. při zadání 0.2 a rozlišení obrazovky 800*480 budou mít všechny ikony rozměr 96*96 pixelů Aby bylo zadávání polohy flexibilní a fungovalo pro širokou škálu různých rozlišení a poměrů stran obrazovky, zvolil jsem poměrové souřadnice s přičítáním/odečítáním. Příkladem může být nastavení pozice pro tlačítko menu: menu=0.0,1.0,0,-1 První dvě čísla udávají x a y pozici levého horního rohu tlačítka v poměru k délce stran. Na uvedeném příkladu jsou na těchto pozicích čísla 0.0 a 1.0, což se například na N900, která disponuje obrazovkou o rozlišení 800*480, promítne na pixelové souřadnice 0,480. Pokud by bylo použity pouze tyto souřadnice, tlačítko by se zobrazilo mimo viditelnou oblast. Čísla na třetí a čtvrté pozici udávají, kolik velikostí tlačítek má být odečteno či přičteno k x a y souřadnicím. Na příkladu, který jsem uvedl, je na třetí pozici číslo 0 a na čtvrté pozici -1. X souřadnice tedy zůstane beze změny, ale od y souřadnice bude odečtena velikost jednoho tlačítka, takže y = Výsledné souřadnice jsou tedy 0,384 a tlačítko díky tomu bude zobrazeno v levém dolním rohu, nezávisle na aktuálním rozlišení obrazovky. Tento způsob udávání pozice tlačítek také umožňuje snadné seskupování tlačítek vedle sebe. Viz pozice tlačítka pro přiblížení: zoom_in=0.0,1.0,0,-2 Tlačítko pro přiblížení odečítá dvě velikosti tlačítka od y souřadnice a bude tedy zobrazeno nad tlačítkem pro menu. Podsekce [[OSD]] slouží k aktivaci a nastavení pozice informačních ukazatelů. ModRana zobrazuje pouze ukazatele, které jsou nastavené v konfiguračním souboru pro aktuálně zvolený profil. Každý ukazatel tvoří další podsekci s množinou proměnných, které určují pozici a vlastnosti ukazatele. Podporovány jsou následující ukazatele: 23

33 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA [[[speed]]] nastavuje ukazatel aktuální rychlosti; lze nastavit pozici, velikost písma a zarovnání [[[statistics]]] slouží k zobrazení průměrné a maximální rychlosti; lze nastavit pozici, velikost písma a zarovnání [[[coordinates]]] zobrazuje aktuální geografické souřadnice; lze nastavit pozici, velikost písma a zarovnání [[[time]]] ukazuje aktuální čas ve formátu h:m; lze nastavit pozici, velikost písma a zarovnání [[[route_profile]]] tento ukazatel zobrazuje výsek z výškového profilu trasy s indikátorem aktuální pozice; je možné nastavit nejen pozici, ale také výšku, šířku a délku zobrazeného úseku v kilometrech [[[route_remaining_length]]] patří ukazateli, který zobrazuje zbývající vzdálenost vzhledem k aktuální pozici na trase; lze nastavit pozici, velikost písma a zarovnání [[[time_to_start]]] a [[[time_to_destination]]] jsou nastavení pro ukazatele odhadovaného zbývajícího času do startu či cíle; je možné nastavit jejich pozici, zarovnání a velikost písma Obrázek 3.1 ukazuje příklad konfigurace uživatelského rozhraní. K jednotlivým ovládacím prvkům jsou na tomto obrázku přiřazena odpovídající nastavení z konfiguračního souboru Nový ukazatel pozice Rana obsahovala ukazatel pozice v podobě velké žluté šipky, která zakrývala značnou část důležité oblasti mapy v okolí aktuální pozice. Tento ukazatel také nijak neindikoval absenci pohybu, při které nemá smysl ukazovat směr, jelikož GPS neumí určit přesný směr při nízké či nulové rychlosti. Když jsem navrhoval nový ukazatel pozice, inspiroval jsem se ukazatelem polohy v TangoGPS. Nového ukazatele pozice tvoří kruh, jehož střed leží na aktuálních souřadnicích. Ve středu kruhu se nachází malý bod, který určuje pozici při rychlosti menší než 1 ms 2. Pokud je rychlost vyšší, lze určit směr pohybu. Ze středu kruhu v tomto případě vychází přímka, která jej mírně přesahuje, a určuje tak aktuální směr pohybu. 24

34 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA fullscreen=0.0,0.0,0,0 scalebar=0.0,0.0,1.2,0.2 [[[statistics]]] px=0.15 py=0.05 font_size=20 align=left [[[speed]]] px=0.90 py=0.25 font_size=50 align=right centre=1.0,0.0,-1,0 zoom_in=0.0,1.0,0,-2 [[[route_profile]]] px=0.67 py=0.4 pw=0.3 ph=0.2 segment_length=5 menu=0.0,1,0,-1 zoom_out=0.0,1.0,1,-1 Obrázek 3.1: Ukázka konfigurace prvků rozhraní Tento typ ukazatele je dostatečně velký na to, aby byl na mapě dobře viditelný. Zároveň díky nezakrytému okolí svého středu nezakrývá kritickou část mapy v bezprostřední blízkosti aktuální pozice Vylepšený systém zobrazování dlaždic Původní metoda vykreslování mapy způsobovala neostrý vzhled mapových dílců a také to, že mapové dílce na sebe nenavazovaly. Oba zmíněné problémy měla na svědomí odchylka, která vznikala zaokrouhlováním při převodu souřadnic viditelných mapových dílců z čísel s plovoucí desetinnou čárkou na celá čísla. Dílce tedy byly vykreslovány v menší než plné velikosti, proto docházelo k jejich zmenšování, které způsobovalo jejich neostrý vzhled. Menší velikost dílců také způsobovala vznik mezer, které narušovaly celistvost mapy. Aby k tomuto problému nedocházelo, změnil jsem systém výpočtu souřadnic. V novém systému se na celá čísla převádějí pouze souřadnice levé horní viditelné dlaždice a zároveň dochází ke zjištění počtu viditelných dlaždic. Souřadnice viditelných dlaždic lze pak získat jednoduchým inkrementováním koordinát levé horní dlaždice v rozsahu počtu viditelných dlaždic. 25

35 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA Výsledkem této úpravy je souvislá a nezkreslená mapa a menší počet volání externích funkcí během vykreslování dlaždic. 3.2 Vyhledávání cesty Vyhledávání cesty v modraně probíhá prostřednictvím online služby, konkrétně se jedná o službu Google Directions. Pro přístup k této službě jsem použil modul googlemaps [35], stejný modul jsem použil také pro vyhledávání POI pomocí Google Local Search, které je popsáno v sekci Režimy vyhledávání trasy Pokud nejsou použity další parametry, předpokládá služba Google Directions jízdu autem a bere v úvahu také zpoplatněné úseky a dálnice. Pomocí parametru dirflg [36] lze nastavit další režimy: režim pro vyhýbání se dálnicím režim pro vyhýbání se zpoplatněným úsekům režim pro vyhledávání cesty pěšky režim pro vyhledávání cesty veřejnou dopravou režim pro vyhledávání cesty na kole Výše zmíněný modul googlemaps zadávání tohoto parametru nepodporoval, musel jsem jej proto o tuto funkci rozšířit. Typ dopravního prostředku pro vyhledávání je v modraně nastavován automaticky podle aktuálního profilu. Režimy pro vyhýbání se dálnicím a zpoplatněným úsekům lze aktivovat v menu options v submenu Online routing Formát startu a cíle Služba Google Directions přijímá start a cíl jako dvojici řetězců. Každý řetězec může obsahovat bud to adresu nebo čárkou oddělené geografické souřadnice. Způsoby zadávání je možné kombinovat, tzn. například nastavit start na adresu a cíl na souřadnice. 26

36 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA Zadávání startu a cíle v modraně V modraně jsem implementoval několi různých způsobů zadávání startu a cíle. Nejjednodušší metoda spočívá v manuálním zadání startu a cíle přímo na mapě. Po aktivaci této funkce má uživatel k dispozici průhledné menu, zobrazené přímo v hlavní obrazovce s mapou. Zmíněné menu umožňuje zadat start, cíl a provést hledání cesty. Start je indikován červeným terčíkem, cíl terčíkem zeleným. Po aktivaci tlačítka route je nalezena a vykreslena výsledná trasa. Variantou tohoto způsobu je zadávání startu a cíle, kdy jeden z těchto bodů představuje aktuální pozice uživatele. Je použito stejné menu jako pro manuální zadávání startu a cíle, avšak s tím rozdílem, že lze zadat vždy pouze start nebo cíl. Jako druhý bod je použita aktuální pozice uživatele. ModRana podporuje přímé zadání jak startu, tak cíle pomocí klávesnice v menu Address to Address. Vzhledem k tomu, že při vyhledávání cesty není nutné rozlišovat mezi adresou a souřadnicemi, může uživatel do adresního pole napsat geografické koordináty. Menu rovněž umožňuje přímé vložení souřadnic aktuální pozice. Další způsob hledání cesty v modraně představuje hledání cesty z aktuální pozice k vybranému POI. Postačí, když uživatel vybere POI ze seznamu, okamžitě je pak automaticky vyhledána a zobrazena nalezená cesta Informace dostupné o nalezené cestě Informace k aktuálně nalezené cestě jsou v menu pro hledání cesty pod položkou Current route. K dispozici jsou odhadované adresy startu a cíle, získané pomocí reverzního geokódování. Menu zobrazuje dále délku trasy, odhadovaný čas potřebný pro absolvování cesty a zeměpisné souřadnice startu a cíle Ukládání nalezených cest mezi trasy ModRana podporuje ukládání nalezených cest. Cesty jsou ukládány do souborů ve formátu GPX [7] a současně jsou načteny do seznamu tras. Z nalezených cest se uložením stanou normální trasy, a proto je možné použít funkci pro doplnění nadmořské výšky, popsanou v sekci 3.3.2, nebo podél nich hromadně stáhnout mapové dílce. Souvislému hromadnému stahování dílců podél trasy se věnuje sekce

37 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA Obrázek 3.2: Ukázka výškového profilu trasy 3.3 Práce s trasami Do modrany jsem implementoval řadu funkcí pro práci s uloženými trasami Podpora tras ve formátu GPX ModRana podporuje načítání tras ve formátu GPX. Pro práci s tímto formátem založeným na XML je používán modul Upoints [33], který dokáže formát GPX jak načítat, tak opět exportovat, a to včetně případných změn, které byly na načtené trase provedeny Výškový profil Pokud jsou k trase dostupné informace a nadmořské výšce jednotlivých bodů, je zobrazen výškový profil. Pokud data o výšce k dispozici nejsou, lze je doplnit pomocí online služby Geonames [37]. Protože jsou body v záznamu trasy rozděleny často velmi nerovnoměrně a protože by tato skutečnost mohla způsobit značné zkreslení grafu výškového profilu, je nutné vypočítat data o nadmořské výšce pro pravidelné intervaly. 28

38 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA Při výpočtu jsem tedy postupoval tak, že jsem nejdříve spočítal délku trasy, a pak jsem určil bodů v pravidelných rozestupech, které se rovnají celkové vzdálenosti. Kromě prvního a posledního bodu, se každý z těchto nových pravidelně umístěných bodů nachází mezi dvěma body trasy se známou nadmořskou výškou. Pomocí jednoduchého trigonometrického výpočtu lze pak odhadnout nadmořskou výšku pro každý pravidelně umístěný bod. Výsledkem výpočtu je 200 dvojic údajů o nadmořské výšce a vzdálenosti od začátku trasy. Tato data se využijí pro vykreslení rovnoměrného grafu, kde osa x reprezentuje vzdálenost a osa y nadmořskou výšku trasy Zobrazení aktuálního výškového profilu Výškový profil lze zobrazit také jako průhledný informační ukazatel na obrazovce s mapou. Tento ukazatel ukazuje aktuální úsek výškového profilu s vyznačenou momentální polohou. Délku zobrazeného úseku, velikost a pozici lze nastavit v konfiguračním souboru Optimalizované vykreslování tras Dlouhé trasy se mohou skládat až z několika set nebo i tisíc bodů reprezentovaných souřadnicemi. Při vykreslování trasy potřeba převést geografické koordináty pro všechny body na obrazovkové souřadnice. Poté se postupně všechny body všechny body propojí čarou a ta se na obrazovce vykreslí pomocí vektorové knihovny cairo. Při testování jsem zjistil, že nejnáročnější operací je právě převod souřadnic, režie vykreslování je oproti tomu minimální. Souřadnice všech bodů je nutné přepočítat při každé změně pohledu či zoomu, což značně zvyšuje nároky na výpočetní prostředky. Často jsou přitom zbytečně vypočítávány obrazovkové souřadnice bodů, které jsou mimo viditelnou oblast. Náročnost vykreslování tras jsem se rozhodl snížit tak, že budou převáděny souřadnic pouze u viditelných bodů. Rozdělil jsem tedy trasy na shluky bodů, které jsou geograficky blízko sebe. Pro každý shluk jsem pak nechal vypočítat poloměr a geografické koordináty středu opsané kružnice. Pro rychlé zjištění, zda jsou body ve shluku viditelné, stačí pouze vypočítat vzdálenost mezi středem kružnice opsané kolem shluku a středem obrazovky. Pokud je vzdálenost větší než součet poloměru kružnice kolem shluku a kružnice opsané kolem viditelné části mapy, není shluk vidět. Pokud je tato vzdálenost menší, je pravděpodobné, že je shluk ve viditelné vyšlo jako nejoptimálnější hodnota po testování hodnot v rozsahu 50 až

39 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA Obrázek 3.3: Ukázka několika kružnic opsaných kolem shluků oblasti. Souřadnice bodů v takovém shluku budou přepočteny a shluk vykreslen jako úsek trasy. Ve výsledku tak například pro trasu ze Znojma do Brna, čítající 364 bodů, stačí vypočítat vzdálenost k 12 bodům uprostřed jednotlivých shluků a převést souřadnice bodů ve viditelných shlucích. Při běžné úrovni přiblížení jsou ve většině případů vidět jeden až dva shluky, což řádově snižuje počet přepočítaných souřadnic z několika set na několik desítek Správce tras Menu správce tras zobrazuje načtené trasy. Pro každou z nich se po kliknutí zobrazí detailní menu, které podává informace o trase, jako například výškový profil, a které také zpřístupňuje funkce pro práci s konkrétní trasou, například funkci pro doplnění nadmořské výšky. 3.4 Dávkové stahování mapových dílců Již původní navigační systém Rana [16] zvládal stahování aktuálně zobrazených mapových dlaždic. Zejména během cestování však často nebývá k dispozici připojení k internetu, a proto jsem implementoval funkci, která umožňuje stáhnout dlaždice pro vybranou oblast či trasu už před cestou Režimy dávkového stahování Dávkové stahování dílců umožňuje stáhnout najednou velké množství dlaždic podle zadaných parametrů. Lze zvolit cílovou oblast, poloměr této ob- 30

40 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA lasti a rozsah úrovní přiblížení. Zadání těchto parametrů funguje na principu průvodce, který uživatele provede přes zadání všech nutných parametrů až na hlavní obrazovku, kde lze spustit stahování nalezených dílců. Cílovou oblastí může být oblast kolem aktuálních GPS souřadnic, oblast kolem středu aktuálního pohledu na mapu nebo oblast podél vybrané trasy. Poloměr cílové oblasti lze zadat v rozmezí 5 až 160 km kolem středového bodu. Pokud jsou dílce stahovány podél trasy, platí tento poloměr pro všechny její body. Zadání rozsahu pro úrovně přiblížení se odvíjí od aktuálně nastavené úrovně přiblížení. Pokud má například uživatel na mapě nastavenou úroveň přiblíženi 14 a v průvodci nejdříve zvolí +2 pro vyšší přiblížení a poté +3 pro nižší přiblížení, budou staženy mapové dílce v rozmezí úrovní 16 až 11. Stahování mapových dílců se sestává z několika etap. Nejdříve algoritmus zjistí souřadnice dílce, na kterém se nachází zvolený výchozí bod. Potom jsou zjištěny souřadnice všech dlaždic ve zvoleném poloměru kolem tohoto dílce. Vzhledem k tomu, že souřadnice sousedních dílců lze získat prostým inkrementováním nebo dekrementováním x nebo y souřadnic, jsou koordináty dalších dlaždic získávány postupně po spirále kolem centrální dlaždice. Tato spirála se vždy po dokončení oběhu rozšiřuje, dokud není dosaženo požadovaného poloměru. Výsledkem jsou souřadnice dílců ve čtvercové oblasti, kde je vzdálenost od středu do bodu ležícího v polovině strany čtverce rovna zadanému poloměru Souvislé pokrytí nespojité trasy V případě získávání souřadnic dílců pro trasu, je tento postup aplikován na všechny body trasy. Nalezené koordináty se během výpočtu ukládají do setu, takže body, jejichž oblasti pokrytí se překrývají, negenerují duplicitní souřadnice. Některé internetové navigační služby často generují trasy s dlouhými rozestupy mezi body, hlavně v případě rovných úseků. Proto je třeba mezi body, které jsou od sebe vzdáleny víc než je dvojnásobek zvoleného poloměru, vložit body další, jinak by vznikaly oblasti nepokryté staženými mapovými dílci. Vkládání těchto dočasných bodů probíhá rekurzivně metodou půlení intervalů, dokud není dosaženo rozestupu menšího než je dvojnásobek poloměru. Dočasné body slouží pouze pro výpočet nepřerušeného pokrytí trasy a nepromítají se zpětně do zdrojové trasy. 31

41 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA Doplnění dlaždic z dalších úrovní přiblížení Tento způsob zjišt ování koordinátů dlaždic probíhá vždy jen pro jednu úroveň přiblížení ze zadaného rozsahu. Takto nalezené dlaždice slouží jako vstup pro výpočet dlaždic na ostatních úrovních přiblížení. Doplnění dlaždic z dalších úrovní využívá jak dělení jednotlivých dlaždic na menší dlaždice z nižší úrovně, tak přepočet souřadnic za účelem zjištění koordinát dlaždic na vyšší úrovni přiblížení. V poslední fázi jsou pak ze seznamu dlaždic, určených ke stažení, odstraněny ty, které již existují v adresářové struktuře s dlaždicemi. Test toho, zda je už dlaždice stažená, je jednoduchý, jelikož cesta k jednotlivým uloženým dlaždicím obsahuje jejich souřadnice. Tato funkce je ve výchozím nastavení deaktivována, protože její průběh při větším počtu dlaždic kvůli mnoha přístupům k souborovému systému trvá příliš dlouho. Po zjištění koordinát všech dlaždic podle zadaných parametrů dojde k zobrazení menu pro dávkové stahování dlaždic. Menu umožňuje změnu zadaných parametrů 2, zjištění celkové velikosti dlaždic určených ke stažení, spuštění stahování dlaždic nebo návrat do hlavního menu Stahování dlaždic a metainformací Pro zjišt ování velikosti dlaždic i pro jejich stahování využívá modrana vlákna. Uživatel tedy může provádět jiné činnosti, zatímco tyto úlohy probíhají na pozadí. U obou těchto úloh se průběžně zobrazuje, kolik dlaždic z celkového počtu již bylo zpracováno. Jsou také přeskočeny již uložené dílce. Jakmile je stahování dokončeno, zobrazí se s pomocí notifikačního modulu na obrazovce upozornění. 3.5 Inovovaný systém ukládání dílců V Raně byly všechny dílce ukládány jako soubory do centrálního adresáře a jednotlivé soubory byly pojmenovány podle vrstvy a souřadnic uloženého dílce. Tento způsob ukládání dílců je sice jednoduchý, přináší však celou řadu nevýhod. Práce s adresářem, který může obsahovat řádově desetitisíce souborů, je složitá a časově náročná. Uložení všech dílců v jednom adresáři také znemožňuje sdílení mapových dílců s TangoGPS nebo podobným softwarem, který dílce ukládá do adresářové struktury. Kompatibilita dílců s TangoGPS byla nejčastější otázkou, která mi byla kladena na konferenci Openmobility, kde jsem modranu představil. 2. po změně parametrů dojde k přepočtu souřadnic dílců 32

42 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA Upravil jsem tedy systém pro ukládání a načítání dílců po vzoru TangoGPS. Tento způsob ukládání dílců spočívá ve vytvoření cesty k obrázku dílce podle tohoto vzoru: vrstva/zoom/x/y.pripona Dílec z url tak bude uložen do: OSM/17/71579/44896.png. Domnívám se, že způsob ukládání dílců v TangoGPS byl převzat z Open- StreetMap. Po této úpravě může modrana sdílet společný adresář pro dílce s TangoGPS a dalším softwarem, používajícím stejnou adresářovou strukturu. Dílce stažené pomocí pokročilého dávkového stahování v modraně lze tedy například zobrazit jako mapu v TangoGPS. 3.6 Překrytí mapových vrstev K implementování této funkce mne inspiroval v sekci popsaný navigační systém OmGPS [21]. Využil jsem toho, že grafická knihovna Cairo [20], používaná pro vykreslování mapy, podporuje nastavení průhlednosti pro vykreslovaná obrazová data. Při každém překreslení mapy proto stačí pouze vykreslit přes sebe místo jedné dlaždice dlaždice dvě s použitím průhlednosti. První dlaždice je přitom vykreslena bez průhlednosti a tvoří pozadí, druhá dlaždice již má nastavenou průhlednost a tvoří tak překrývající vrstvu. Příkladem použití této funkce může být překrytí vrstvy složené ze satelitních snímků, která neobsahuje žádné popisky, vrstvou obsahující klasickou mapu. Získáme tak kombinovanou vrstvu, která ukazuje jak skutečný pohled z výšky, tak názvy ulic a vyznačené cesty. Nejlepších výsledků lze dosáhnout při použití překrývací vrstvy, která obsahuje průhledné oblasti. Překrývání mapových vrstev je v základním nastavení deaktivováno a lze jej aktivovat z mapového submenu v sekci s nastaveními. Jako přední i zadní vrstvu je možné zvolit libovolnou podporovanou vrstvu. V tomto menu lze také nastavit úroveň průhlednosti překrývající vrstvy v krocích od 25 do 100% 3. Ukázka překrytí mapových vrstev je na obrázku % slouží pro použití s průhlednou vrstvou 33

43 3. I MPLEMENTACE NAVIGA C NÍHO SYSTÉMU MOD R ANA Obrázek 3.4: Ukázka pr ekrytí satelitní vrstvy pru hlednou vrstvou se silnic ní sítí a popiskami 3.7 Integrace internetových služeb Existuje velké množství internetových služeb poskytujících geografické a navigac ní informace. Umožn ují napr íklad zjište ní nadmor ské výšku vybraných sour adnic, nalezení cesty mezi dve ma body nebo zajímavých míst blízko aktuální pozice Doplne ní výškových dat k trase Funkce pro dopln ování výškových dat využívá služby Geonames [37], tato služba pro zadané sour adnice vrátí nadmor skou výšku. Použil jsem konkrétne API, které umožn uje zjistit nadmor skou výšku až 20 sour adnic naráz. Tato metoda je výrazne rychlejší než dotaz na každý bod zvlášt. Modul Upoints [33], používaný pro práci s trasami ve formátu GPX podporuje export nac tené trasy zpe t do GPX. Doplne ní nadmor ské výšky tedy stac í provést pouze jednorázove a výsledný GPX soubor s výškovými daty je pak možné použít i v jiných navigac ních systémech Hledání POI pomocí Google Local Search Služba Google Local Search [32] umožn uje vyhledávání POI v závislosti na geografické poloze. V kombinaci s použitím aktuální informace o poloze získané z GPS lze vyhledat nejbližší body zájmu. Dotaz na na nejbližší restaurace kolem sour adnic nacházejících se v oblasti Brna pak napr íklad vypadá takto: 34

44 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA Restaurant near , ModRana využívá pro pokládání těchto dotazů prostřednictvím API Googlu modul GoogleMaps [35]. Tento modul převede výsledek dotazu, JSON 1 objekt, na standardní datový typ slovník jazyka Python. Pokud budou nalezeny nějaké body odpovídající dotazu, bude tento tento slovník obsahovat informace o nalezených POI. Výsledek dotazu neobsahuje jen název a souřadnice, většinou jsou k dispozici také adresa a jedno či více telefonních čísel. Výsledky dotazu jsou zobrazeny v listovatelném seznamu v podobě názvu a vzdálenosti od aktuální pozice. Maximální počet výsledků lze nastavit v rozmezí 8 až 32, dotazy s menším maximálním počtem výsledků vrací Google výrazně rychleji. Výběr jednoho z výsledků způsobí přechod do detailního menu pro tento výsledek. Toto menu pak zobrazuje dodatečné informace o výsledku (adresa, telefonní čísla, souřadnice) a umožňuje uložení výsledku do seznamu POI nebo zvýraznění výsledku na mapě. Pozice každého výsledku aktuálního vyhledávání je označena červeným bodem s volitelnou popiskou, zmáčknutí popisky pak provede přechod do detailního menu výsledku, ke kterému popiska patřila. Zvýraznění výsledku se projeví modrým kruhem kolem bodu, který k němu patří, a žlutým textem na popisce. Výsledky nového vyhledávání nahradí na mapě výsledky vyhledávání předešlého, výsledky lze také z mapy odstranit pomocí tlačítka v hlavním vyhledávacím menu. 3.8 N900 Linuxový mobilní telefon N900 od společnosti Nokia jsem pro modranu zvolil jako hlavní cílovou platformu, protože se podle mého názoru v současnosti jedná o nejperspektivnější kombinaci zařízení a operačního systému. Přestože N900 obsahuje do značné míry standardní linuxovou distribuci, bylo nutné provést určité úpravy specifické pro toto zařízení. Tyto úpravy byly prováděny tak, aby se při zadání řetězce n900 jako argumentu při spuštění samočinně aktivovaly, aby byla zachována multiplatformnost a flexibilita modrany. 1. JavaScript Object Notation 35

45 3.8.1 Instalační balíček 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA Operační systém Maemo 5 (kódové označení Freemantle) na N900 využívá balíčkový systém APT, převzatý z Debianu. Pro modranu jsem tedy vytvořil instalační balíček vyhovující specifickým vlastnostem N900. Spouštěcí skript /usr/bin/modrana spouští modranu pomocí Pythonu 2.5, protože na N900 je pod běžným aliasem "python"pouze verze 2.3, která je pro provoz modrany již příliš zastaralá. Spouštěcí skript také nastavuje první argument při spuštění na řetězec n900, takže modrana použije specifický režim 4 určený pro N900. Struktura balíčku rovněž zajišt uje instalaci do adresáře /opt v souladu s doporučením pro programy s velikostí nad 500 KB. Součástí balíčku je také skript postrm, podporující jak běžné odstranění programu se zachováním konfiguračních souborů, tak kompletní odstranění při použití parametru purge Podpora pro Location API N900 nepoužívá pro přístup k informacím o poloze gpsd [38], jako například Neo FreeRunner, ale vlastní knihovnu liblocation [24], která poskytuje Location API. Rana využívala pouze služeb GPS démona, podporu pro toto API bylo tedy do modrany nutné doplnit Alternativní adresář pro ukládání mapových dílců Úložný prostor je na N900 rozdělen do několika oddílů [39]: kořenový adresář / je na oddílu s přibližně 100 MB volného místa adresář /opt, doporučovaný pro instalaci aplikací větších než 500 KB, je na EXT oddílu s cca 1 GB volného místa /home/user/mydocs je na VFAT oddílu s cca 27 GB volného místa Celková velikost stažených mapových dílců pro velké oblasti se může pohybovat v řádu gigabytů. Do konfiguračního souboru jsem tedy přidal novou sekci, jejíž obsah se načte pouze tehdy, když je modrana spuštěna s argumentem n Právě v této sekci je cesta k adresáři s dílci nastavena na hodnotu: /home/user/mydocs/modrana_tiles 4. použití Location API místo GPS démona, načtení sekce konfiguračního souboru s nastaveními pro N900 místo obecné sekce 5. zadání tohoto parametru zajišt uje instalační balíček pro N900 36

46 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA Tuto hodnotu lze samozřejmě libovolně měnit a uložit například adresář s dílci na pamět ovou kartu. Použití samostatné sekce pro N900 v konfiguračním souboru umožňuje distribuovat modranu pro různé platformy s jediným konfiguračním souborem. V budoucnu takto lze řešit specifická nastavení pro další zařízení. 3.9 Neo FreeRunner Na popud účastníků konference Openmobility jsem pro Neo FreeRunner vytvořil instalační *.ipk balíček. Protože Rana, na které je modrana založená, byla původně určená pro FreeRunner, jsou všechny závislosti potřebné pro běh aplikace splněny, a uživatelé na FreeRunneru proto nemusejí doinstalovávat další balíčky. Jako cílová distribuce byla zvolena SHR [2], jelikož se zřejmě v současné době jedná o nejrozšířenější distribuci pro Free- Runner Rozšířená podpora mapových podkladů Původní Rana podporovala pouze mapové dílce projektu OpenStreetMap, OpenCycleMap a OpenAerialMap a vektorové podklady vytvářené pomocí PyRender Úpravy Z původní verze jsem odstranil podporu OpenAerialMap, jelikož tento projekt zřejmě již mapové dílce nenabízí. Podpora OpenCycleMap obsahovala staré nefungující url, po doplnění aktuálního url ale začala opět fungovat. Podpora vykreslování vektorových mapových podkladů v Raně je na na velice nízké úrovni, zobrazuje se zde pouze silniční sít bez jakýchkoli popisek. Vykreslování je také velmi nestabilní a omezené na úzký rozsah úrovní přiblížení. Další vývoj projektu PyRender, využívaného pro vykreslování vektorové mapy, již neprobíhá, a proto jsem se tedy rozhodl podporu vektorových mapových podkladů deaktivovat Rozšíření podporovaných mapových podkladů V souladu se zadáním jsem zkoumal možnost rozšíření podporovaných mapových podkladů o další zdroje. Postupně se mi podařilo integrovat mapové dílce z Google Maps, Virtual Earth a Yahoo Maps. 37

47 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA Potenciální uživatelé této funkcionality by si však měli být vědomi toho, že tyto služby ve svých podmínkách použití zakazují přímý přístup k mapovým dílcům Google Maps, Google Satelite Google Maps používají čtvercové mapové dílce ve formátu PNG. Adresování těchto dílců [40] je stejné jako v OpenStreetMap. URL vypadá takto: Proměnná x značí počet dílců směrem od levého okraje mapy, y počet dílců směrem od vrchního okraje mapy a z značí úroveň přiblížení. Dílce Google Satelite jsou ve formátu JPEG a používají stejné adresování s touto URL: Yahoo Maps, Satelite Mapové dílce Yahoo Maps jsou od úrovně přiblížení 12 ve formátu PNG, úrovně 11 a výš jsou ve formátu JPEG. URL vypadá takto: Použité souřadnice se liší od OpenStreetMap a Google Maps v použitém y a z parametru a lze je vypočítat takto: y Y ahoo = ((2 z ) 1) y z Y ahoo = z 1 Zde jsou y a z souřadnice podle OSM/Google a y Y ahoo a z Y ahoo jsou jejich ekvivalenty pro použití v URL Yahoo Maps dílců. Yahoo Satelite používá pouze JPEG dílce, adresování je stejné jako u Yahoo Maps. URL je následující: Virtual Earth Mapové dílce Virtual Earth, známé též jako Bing Maps, jsou ve formátu PNG a používají URL v tomto tvaru: Každý dílec má unikátní identifikátor, nazývaný Quadkey [41], který lze vypočítat z běžných x, y, z souřadnic, používaných v případě projektů 38

48 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA OpenStreetMap a Google Maps. Identifikátor v URL následuje za písmenem r, které značí klasické mapové podklady. Dílce se satelitními snímky jsou ve formátu JPG a používají stejné Quadkey adresování jako mapové dílce: Jedinou odlišností v URL je písmeno a před Quadkey identifikátorem a přípona jpg. Satelitní snímky obsahují vykreslenou silniční sít, která je však, alespoň na území České republiky, vůči silnicím na snímcích mírně posunutá Vývojové prostředí Vývoj probíhal na 32 bitové verzi GNU/Linuxové distribuce Ubuntu. Jako vývojové prostředí jsem použil IDE Netbeans ve verzi 6.8 s pluginem pro jazyk Python. Stránky projektu fungují na systému TRAC, propojeném se SVN repozitářem, který jsem využíval pro správě kódu navigačního systému modrana. Jak TRAC, tak SVN byly hostovány laboratoří NLP Fakulty informatiky MU v Brně Neo FreeRunner Pro práci na projektu mi laboratoř NLP zapůjčila školní Neo FreeRunner. Díky tomu, že jsem měl Neo FreeRunner k dispozici, mohl jsem testovat chování modrany na reálném linuxovém mobilním telefonu. Na Neu jsem otestoval rovněž několik navigačních systémů, popsaných v první kapitole. Díky tomu, že jsem měl k dispozici mobilní linuxové zařízení s GPS přijímačem, mohl jsem provádět testy navigačního softwaru a modrany přímo v terénu. Výsledkem těchto terénních testů je například vylepšený algoritmus pro automatické stahování dílců, který vznikl jako reakce na mé zkušenosti se stahováním dílců prostřednictvím GPRS. Neo FreeRunner jsem také použil k pořízení NMEA logů, které jsem později současně s programem gpsfake [42] využíval k simulaci GPS při vývoji modrany na PC Smart Q7 ModRanu jsem také testoval na svém sedmipalcovém tabletu Smart Q7 čínské provenience, protože se v některých parametrech podobá N900. Smart Q7 má stejné rozlišení obrazovky jako Nokia N900, tedy 800 na 480 pixelůk, 39

49 3. IMPLEMENTACE NAVIGAČNÍHO SYSTÉMU MODRANA a jeho linuxový operační systém je stejně jako Maemo 5 založen na Debianu, v tomto případě se konkrétně jedná o modifikované Ubuntu Maemo 5 SDK Pro testování funkčnosti modrany v operačním systému Maemo 5 jsem používal prostředí Scratchbox, obsažené v Maemo 5 SDK, ve kterém lze otestovat funkčnost aplikace s konfigurací operačního systému, podobnou N900. Scratchbox mi také pomohl určit, které konkrétní balíčky je nutné nastavit jako dependence pro balíček s modranou. Ve Scratchboxu však nejsou simulovány všechno aspekty reálného hardwaru N900. Location API je sice například k dispozici, nevrací však žádné informace o poloze. Pro testování podpory Location API v modraně jsem se tedy musel obrátit na uživatele skutečných N Konference Openmobility 2010 Předběžné výsledky své bakalářské práce jsem prezentoval na konferenci Openmobility [43] 2010, která se konala ve dnech 23. až 24. dubna ve Zlíně. V první části přednášky jsem provedl přehled linuxových navigačních systémů a v její druhé části jsem představil projekt modrana. Součástí prezentace byla také ukázka fungování modrany na zařízení Smart Q7. V rámci Openmobility probíhala "FR rework party", kde se prováděly aplikace buzz fix, bass fix a recamping fix pro Neo FreeRunner. Podle pokynů vedoucího bakalářské práce jsem nechal provést aplikaci těchto fixů na fakultní FreeRunner Uživatelé modrany S testováním ModRany na platformě N900 mi pomáhal vedoucí mé bakalářské práce RNDr. Aleš Horák, Ph.D.. Společně se nám podařilo ověřit funkčnost implementace Location API, díky jeho upozornění jsem docílil ostřejšího zobrazení mapy. Na jeho podnět jsem rovněž vytvořil zobrazování profilu trasy. Po představení modrany na konferenci Openmobility mne začali kontaktovat uživatelé s dotazy a připomínkami. Díky jejich zpětné vazbě jsem například vylepšil práci s vlákny nebo implementoval nastavení cesty k adresáři s trasami v konfiguračním souboru. Ke komunikaci s nimi využívám projektové stránky, a komunikační službu jabber. 40

50 Kapitola 4 Závěr Výsledkem mé práce na tomto projektu je flexibilní a multiplatformní navigační systém modrana. Při návrhu tohoto systému jsem se inspiroval funkcemi již existujících navigačních systémů, vlastními nápady i podněty uživatelů. Výhled do budoucna Při návrhu modrany jsem se setkal s mnoha funkcemi, které přímo nespadaly do zadání bakalářské práce, přesto by však mohly tento navigační systém výrazně obohatit. Tyto funkce bych v budoucnu rád doplnil. 4.1 Podpora více poskytovatelů online služeb Google a Geonames nejsou jedinými poskytovateli online navigačních služeb. Do modrany by se tedy v budoucnu hodilo doplnit další poskytovatelem, a to jak stávajících služeb, tak služeb nových. Noví poskytovatelé by pak mohli být alternativou stávajících poskytovatelů, nebo by bylo možné kombinovat a porovnávat výsledky z více zdrojů. 4.2 Práce s offline katalogy POI Mapová služba CloudMade poskytuje ke stažení pro jednotlivé země, včetně České republiky, extrakty mapových podkladů [14]. Ke stažení je k dispozici i obsáhlá databáze POI ve formátu GPX. Tyto POI sice neobsahují tolik informací jako POI z Google Local Search, offline katalog POI však může při nedostupnosti připojení k Internetu přijít vhod. Navíc už modrana podporuje práci s formátem GPX, takže doplnit načítání POI z tohoto formátu by nemělo být složité. 41

51 4. ZÁVĚR 4.3 Integrace funkcí specifických pro platformu Cílem modrany je multiplatformnost, je však vhodné využívat specifických vlastností jednotlivých zařízení Podpora klávesnice Ovládací rozhraní modrany je určené k pohodlnému ovládání prsty, aniž by bylo nutné použít stylus. Některá mobilní zařízení však nabízejí kromě dotykové obrazovky také hardwarová tlačítka či dokonce celou QWERTY klávesnici. ModRanu lze samozřejmě provozovat i na linuxových PC, která klávesnici v drtivé většině případů mají. Do budoucna by tedy bylo vhodné doplnit podporu pro využití klávesnice pro ovládání funkcí modrany, včetně možnosti uživatelského mapování tlačítek pro jednotlivé funkce Akcelerometr Některé mobilní linuxové přístroje, například Neo FreeRunner či Nokia N900, obsahují integrovaný digitální akcelerometr, který měří zrychlení, jemuž je zařízení vystaveno, a který dokáže určit orientaci zařízení v gravitačním poli. Akcelerometr by modrana mohla využít například pro automatickou rotaci zobrazení podle aktuální orientace zařízení. K přepnutí z režimu landscape do režimu portrait a k otočení zobrazení o 90 by stačilo otočit zařízení "na výšku". Pokud by zařízení obsahovalo rovněž digitální kompas, bylo by mapa být rotována podle aktuální orientace zařízení. Spolu s mapovou vrstvou složenou ze satelitních snímků by tak bylo možné vytvořit virtuální pohled z ptačí perspektivy. Další možné využití dat z akcelerometru a kompasu tvoří jejich záznam a vyhodnocování. Výsledkem by pak byl například graf, porovnávající zrychlení a cestovní rychlost v čase, nebo srovnání dat o orientaci zařízení s daty o směru pohybu, která jsou dostupná z GPS Alternativní metody zjištění polohy Pro zařízení, která neobsahují GPS přijímač nebo jiný hardware pro určení geografických souřadnic, lze implementovat odhad polohy podle aktuální IP adresy. 42

52 4. ZÁVĚR 4.4 Podpora dalších formátů pro záznamy trasy ModRana využívá pro načítání a tvorbu souborů GPX modul Upoints [33]. Tento modul podporuje také práci se soubory, které jsou ve formátu KML [6] a NMEA [44]. Formát KML používají některé geolokační služby Google a "virtuální globus"google Earth. Formát NMEA je pak výstupem některých GPS jednotek a lze jej získat i z gpsd. V budoucnu bych mohl implementovat podporu pro tyto a další formáty. 43

53 Literatura [1] Frederik Ramm and Jochen Topf. OpenStreetMap: Using and Enhancing the Free Map of the World. UIT Cambridge Ltd., [2] SHR, [citováno ]. Dostupný z WWW: < [3] CloudMade, OSM data pro země a regiony[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < breadcrumbs>. [4] Rich Gibson and Schuyler Erle. Google Maps hacks. O Reilly Media, Inc., [5] Elliott D. Kaplan and Christopher J. Hegarty. Understanding GPS: principles and applications. Artech House, second edition, [6] KML - popis standardu, [citováno ]. Dostupný z WWW: < [7] GPX: the GPS Exchange Format, [citováno ]. Dostupný z WWW: < [8] Wikiloc, internetová stránka se záznamy tras[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < [9] Bikemap, internetová stránka se záznamy cyklistických tras[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < [10] TangoGPS - Free user friendly map and gps for Linux[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < 44

54 4. ZÁVĚR [11] OpenStreetMap, svobodné mapové podklady[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < [12] TangoGPS software of choice on Touch Book[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < 38-The-tangoGPS-family-grows-and-grows.html>. [13] Navit - Car navigation system[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < [14] CloadMade Downloads - extrakty dat pro Českou Republiku, [citováno ]. Last maps update: 06 April 2010 Dostupný z WWW: < republic#downloads_breadcrumbs>. [15] Navit s wiki - podporované mapové podklady[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < Maps>. [16] Rana[online]., [citováno ]. Last modified on 25 March Dostupný z WWW: < [17] OpenCycleMap, svobodné mapové podklady pro cyklisty, založené na OpenStreetMap[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < [18] OpenAerialMap. A public view of the world[online]., [citováno ]. Last modified on 6 May 2010 Dostupný z WWW: < [19] PyGTK: GTK+ for Python[online]., [citováno ]. Last modified Dostupný z WWW: < [20] Cairo, 2D grafická knihovna[online]., [citováno ]. Last edited Tue Mar Dostupný z WWW: < 45

55 4. ZÁVĚR [21] OmGPS, GPS navigační systém pro OpenMoko Neo FreeRunner[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < [22] GTA02 GPS Hardware Assist Feature, [citováno ]. Last modified 29 November Dostupný z WWW: < GTA02_GPS_Hardware_Assist_Feature>. [23] Maemo Mapper, GPS navigační systém na platformě Maemo[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < [24] Maemo 5: location API developer guide[online]., [citováno ]. Last modified 29 March Dostupný z WWW: < Developer_Guide/Using_Connectivity_Components/ Using_Location_API>. [25] Mcnavi[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < Content&pa=showpage&pid=1>. [26] Simple Geocaching Tool for Linux (SGTL)[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < simplecaching>. [27] Advanced Geocaching Tool for Linux[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < software,agtl>. [28] Nokia N900 mobile computer[online]., [citováno ]. Last modified on 25 March Dostupný z WWW: < [29] Python Programming Language Official Website., [citováno ]. Dostupný z WWW: < [30] PyPI: Python Package Index., [citováno ]. Dostupný z WWW: < 46

56 4. ZÁVĚR [31] OSM tags for routing/access-restrictions, [citováno ]. Last modified on: 13 April Dostupný z WWW: < routing/access-restrictions>. [32] Google Local Search, hledání informací v závislosti na lokalitě[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < [33] Upoints[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < [34] ConfigObj 4 Introduction and Reference, [citováno ]. Dostupný z WWW: < html>. [35] GoogleMaps, popis popis modulu pro práci s mapovými informacemi společnosti Google[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < [36] Google Map Parameters, [citováno ]. Dostupný z WWW: < Directions>. [37] Geonames, popis služby pro získání nadmořské výšky souřadnic[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < srtm3>. [38] gpsd - a GPS service daemon, [citováno ]. Last modified on: 27 Apr Dostupný z WWW: < [39] Maemo@N900: instalace do Opt a MyDocs [online]., [citováno ]. Last modified 31 March Dostupný z WWW: < 5_Developer_Guide/Packaging%2C_Deploying_and_ Distributing/Installing_under_opt_and_MyDocs>. [40] OpenStreetMap Wiki, popis souřadnic dílců[online]., [citováno ]. Last modified on 15 April Dostupný z WWW: 47

57 < tilenames>. 4. ZÁVĚR [41] Bing Maps Tile System[online]., [citováno ]. Dostupný z WWW: < aspx>. [42] gpsfake(1) - Linux man page, [citováno ]. Dostupný z WWW: < [43] Openmobility 2010 Konference o otevřených mobilních technologiích, [citováno ]. Dostupný z WWW: < [44] NMEA data, [citováno ]. Dostupný z WWW: < intro>. 48

58 Příloha A Snímky obrazovky Popis rozhraní měřítko tlačítko pro přechod do režimu plné obrazovky statistika rychlosti tlačítko centrování je zároveň ukazatelem k aktuální pozici aktuální rychlost profil trasy tlačítko pro přiblížení mapy tlačítko pro vstup do menu zobrazuje aktuální profil tlačítko pro oddálení mapy ukazatel pozice ukazuje směr jizdy mapa Obrázek A.1: Anotovaná ukázka uživatelského rozhraní pro cyklisty 49

59 A. SNÍMKY OBRAZOVKY čtverec 480x x x600 Obrázek A.2: Přizpůsobení různým poměrům stran a rozlišením 50

60 A. SNÍMKY OBRAZOVKY Ukázka dalších profilů s různě nakonfigurovaným rozhraním Obrázek A.3: Příklad rozhraní s ukazatelem času pro motoristy Obrázek A.4: Příklad jednoduchého rozhraní pro pěší Obrázek A.5: Hlavní menu je stejně jako zbytek modrany přizpůsobeno pro ovládání pomocí prstů 51

61 A. SNÍMKY OBRAZOVKY Ukázka práce s trasami Obrázek A.6: Seznam tras Obrázek A.7: Detail trasy Obrázek A.8: Detail výškového profilu trasy 52

62 A. SNÍMKY OBRAZOVKY Obrázek A.9: Příklad vykreslení uložené trasy Ukázka dávkového stahování mapových podkladů Obrázek A.10: Výběr cílové oblasti Obrázek A.11: Výběr poloměru oblasti 53

63 A. SNÍMKY OBRAZOVKY Obrázek A.12: Výběr počtu nižších úrovní Obrázek A.13: Výběr počtu vyšších úrovní Obrázek A.14: Menu pro dávkové stahování dlaždic 54

64 A. SNÍMKY OBRAZOVKY Obrázek A.15: Stahování i zjišt ování celkové velikosti dílců může probíhat současně Obrázek A.16: Upozornění na dokončení dávkového stahování, které běželo na pozadí 55

65 A. S NÍMKY OBRAZOVKY Ukázka integrace online služeb Hledání trasy Obrázek A.17: Trasa nalezená pro automobilový profil Obrázek A.18: Detail trasy nalezené pro automobilový profil Obrázek A.19: Trasa nalezená pro pe ší profil 56

66 A. SNÍMKY OBRAZOVKY Obrázek A.20: Detail trasy nalezené pro pěší profil Obrázek A.21: Ukázka zobrazení nalezené trasy při větším přiblížení Vyhledávání POI Obrázek A.22: Menu pro vyhledávání POI 57

67 A. SNÍMKY OBRAZOVKY Obrázek A.23: Tématické submenu pro vyhledávání POI Obrázek A.24: Seznam POI nalezených v blízkosti aktuální pozice Obrázek A.25: Detail nalezeného POI 58

68 A. SNÍMKY OBRAZOVKY Zobrazení nalezených POI Obrázek A.26: Zobrazení nalezených POI na mapě Obrázek A.27: Nalezení cesty k POI 59

69 A. S NÍMKY OBRAZOVKY Ukázka pr ekrytí mapových vrstev Obrázek A.28: Vrstva T@H s 50% pru hledností pr ekrývá vrstvu Google Satelite Obrázek A.29: Pru hledná vrstva Google overlay pr ekrývá vrstvu Yahoo Satelite 60