Téma: Základy práce s přístrojem GPS Časová dotace: 6 hodin Pracovní listy s komponentou ICT Cíl: Principy práce GPS, zvládnutí používání přístroje GPS, zaznamenávání dat do přístroje GPS a práce s daty získanými z přístroje GPS. Import dat z přístroje GPS do programu Quantum GIS. Pomůcky: Přístroje GPS Garmin Oregon 450, Garmin Legend a Garmin Vista, záznamový blok, počítač, propojovací USB kabel. Teoretická východiska: S používáním geoinformačních technologií je spojen jeden významný problém. Tím je určování aktuální polohy objektu. Počátkem 60. let minulého století se objevily první systémy, které umožňovaly určení polohy pomocí příjmu radiových signálů vysílaných umělými družicemi Země. Tato technologie se označovala jako globální družicové navigační systémy (GNSS). K nejrozšířenějším družicovým navigačním systémům patří systém GPS (z angl. Global Positioning System), vybudovaný a provozovaný armádou Spojených států amerických. Jedná se o systém vojenský, který byl ale částečně uvolněn i pro široké civilní použití. Systém GPS je tvořen třemi základními segmenty: kosmickým, řídícím a uživatelským segmentem. Ačkoliv pro správnou funkci systému GPS jsou potřebné všechny tři segmenty, lze je do jisté míry považovat za nezávislé části, které jsou dohromady svázány jen přesným časem. Kosmický segment je tvořen soustavou družic, rozmístěných systematicky na stálých oběžných drahách. Tyto družice neustále vysílají navigační systémy. Základní kosmický segment se skládá z 24 družic. Jejich oběžné dráhy mají stálou polohu vůči Zemi. Oběžná doba družic je přibližně 12 hodin. Toto uspořádání garantuje, že na kterémkoliv místě na Zemi jsou trvale potupné signály z minimálně čtyř družic po celých 24 hodin. Ve většině případů je však viditelných více družic, v ideálním případě až 11. Obrázek 1: Kosmický segment systému GPS 1
Řídící segment je zodpovědný za řízení celého globálního polohového systému. Z uživatelského hlediska je jeho hlavním úkolem aktualizovat údaje obsažené v navigačních zprávách vysílaných jednotlivými družicemi kosmického segmentu. Řídící segment je tvořen soustavou pěti pozemním monitorovacích stanic, které jsou umístěny na velkých vojenských základnách americké armády (Havaj, Kwajalein, Diego García, Ascension a Colorado Springs). Kromě toho zahrnuje řídící segment ještě tři stanice pro komunikaci s družicemi, které jsou umístěny na vojenských základnách. Obrázek 2: Mapa rozmístění stanic řídícího systému GPS Uživatelský segment se skládá z přijímačů GPS, uživatelů a vyhodnocovacích nástrojů a postupů. Přijímače GPS provádějí na základě přijatých signálů z družic výpočty polohy, rychlosti a času. Obrázek 3: Garmin Oregon 550 2
Postup: 1. Zapněte přístroj GPS tlačítkem v pravé části přístroje. Na dotykovém displeji se objeví přehled dalších voleb. Při pohybu mezi volbami používáme stylus. Obrázek 4: Dotyková obrazovka přístroje Garmin Oregon 450 2. Přesné souřadnice místa na kterém se právě nacházíme zjistíme poklepáním na symbol kvality signálu přístroje GPS ( ). Do připraveného bloku si můžeme zapsat souřadnice místa, kde se právě nacházíme. Zároveň se můžeme podívat na přesnost, s jakou přístroj GPS zaměřil tento bod. Ve spodní části obrazovky najdeme údaj o aktuální nadmořské výšce (viz obrázek 5). Úkol: Jaká je vaše aktuální pozice? 3. Vrátíme-li se na základní obrazovku, můžeme si zobrazit mapu s vyznačením bodu, kde se nacházíme. Mapu si zobrazíme tak, že poklepeme na symbol mapy. Na obrazovce se objeví přehledná mapa s naší pozicí. Naše pozice je označena modrou šipkou. V případě našeho otočení se otočí i šipka (viz. obrázek 5). 4. Pro zjištění světových stran a určení azimutu slouží tlačítko Kompas. Po jeho aktivaci klikneme na symbol kompasu. Na obrazovce se objeví kromě kompasu i další údaje (např. čas či údaj o rychlosti našeho pohybu). Sever je označen červenou šipkou (viz. obrázek 5). Úkol: Kde je sever? Jdi směrem na sever asi 50 metrů. Jakou rychlostí se pohybuješ? 3
5. V případě, že potřebujeme najít nejbližší benzinovou pumpu nebo ubytování, klikneme na tlačítko Kam jít? Z nabídky si vybereme volbu najít nejbližší čerpací stanici a přístroj nám ji vyhledá. Úkol: Jak daleko je nejbližší obchod? Obrázek 5: Screenshoty obrazovek přístroje GPS: družice, mapa a kompas 5. Při práci s přístrojem GPS často potřebujeme do paměti přístroje uložit souřadnice místa, na kterém se právě nacházíme. K tomuto účelu slouží ikona Mark Waypoint. Při ukládání bodů si bod označíme číselně (např. 001 topinambura). Bod uložíme. Do připraveného bloku a mapy si zaznamenáme způsob označení trasového bodu. Obrázek 6: Screenshot obrazovky přístroje GPS při ukládání trasového bodu 4
6. Přístroj GPS můžeme využít i k záznamu trasy výletu. Nejprve musíme aktivovat Záznam prošlé trasy. V hlavní nabídce stiskněte možnost Nastavení Prošlé trasy Záznam prošlé trasy. Z další nabídky si vyberte možnost Záznam, ukázat na mapě. Pokud zvolíte tuto možnost, bude prošlá trasa zobrazena na mapě čarou. Aktuální trasu si můžete uložit nebo zobrazit na mapě v přístroji GPS. V hlavní nabídce zvolte možnost Správce tras Aktuální prošlá trasa Zobrazit mapu. Pokud v hlavní nabídce zvolíte možnost Správce tras Aktuální prošlá trasa uložit prošlou trasu, tak si uložíte celou prošlou trasu. Tato prošlá trasa bude uložena ve formátu GPX. Úkol: Zvolte si záznam trasy v přístroji GPS a udělejte si malý pěší výlet v okolí školy. Po skončení pěšího výletu uložte trasu do přístroje GPS. 7. Uloženou trasu výletu si můžeme vyexportovat do počítače a zobrazit si ji například v programu Google Earth, který je zdarma ke stažení. Data z přístroje GPS si stáhneme po propojení přístroje GPS s PC pomocí USB kabelu. Ze složky Garmin si stáhneme trasu výletu a uložíme si ji do počítače. Otevřeme si program Google Earth a klikneme na Soubor Otevřít. V pravém dolním rohu si zvolíme možnost zobrazit data z GPS (viz šipka) a vybereme si soubor s uloženou prošlou trasou. Obrázek 7: Dialogové okno "Otevřít" programu Google Earth 5
Nyní klikneme 2x na tlačítko OK. Nyní se vám zobrazí prošlá trasa v programu Google Earth (viz obrázek 8, kde je zobrazena modrou barvou prošlá trasa z Pekla do České Třebové). Obrázek 8: Vyznačení prošlé trasy Klikneme-li v programu Google Earth pravým tlačítkem myši na prošlou trasu, můžeme si z nabídky vybrat Zobrazit výškový profil. V dolní části obrazovky se nám pak ukáže profil naší trasy (obr. 9). Obrázek 9: Výškový profil trasy z Pekla do České Třebové Úkol: Zobrazte si výškový profil vaší trasy. 6
8. Data z přístroje GPS si můžeme stáhnout do počítače. Pomocí USB kabelu propojíme přístroj GPS s počítačem. V průzkumníkovi si najdeme podle data soubory GPX. Tyto soubory si stáhneme do počítače. Přístroj GPS ale pracuje v souřadnicovém systému WGS 84. Proto si stažený soubor GPX musíme zkonvertovat do souřadnicového systému Křovákova (North). Pro konverzi dat použijeme webový server MyGeodata Convector, který je dostupný na http://mygeodata.eu/apps/converter/main.html?datatype=vector. Do webového rozhraní nahrajeme zazipovaný soubor GPX. Po nahrání souboru se nám objeví informace o souboru. Klikneme na zjistit akceptovatelné operace. V následující tabulce si vybereme transform to S-JTSK_Krovak_East_North. Potvrdíme kliknutím na Proceed selected operation. Stáhneme si zazipovaný soubor kliknutím na download zip file. Po rozbalení získáme soubor GPX, který obsahuje konvertovaná data. Taková data můžeme prohlížet například v programu Quantum GIS. 9. Otevřeme si program Quantum GIS kliknutím na Start Všechny programy Quantum GIS Copiapo Quantum GIS 1.6.0 10. Jako podkladovou mapu si nahrajeme ortofotomapu České republiky. Klikneme na Vrstva Přidat vrstvu VMS. V novém dialogové okně klikneme na Nové a do názvu napíšeme ortofotomapa a do řádku URL napíšeme: http://geoportal.cenia.cz/wmsconnector/com.esri.wms.esrimap/cenia_b_ortorgb05m_sde (přímé spojení na portál cenia.cz, ze kterého budeme do počítače načítat ortofotomapu). Klikneme na OK. Poté si z dialogového okna vybereme vrstvu ortofotomapa a klikneme na připojit. Dvakrát klikneme na Yes a modře si označíme vrstvu 0. Poté klikneme na Přidat. Vrstva se automaticky přidá do programu Quantum GIS. Obrázek 10: Dialogové okno "Přidat vrstvu" 7
11. Nyní si do programu nahrajeme údaje z GPS. Nejprve si musíme aktivovat všechny zásuvné moduly. Klikneme na Zásuvné moduly Spravovat zásuvné moduly. V otevřeném dialogovém okně klikneme na Vybrat vše a výběr potvrdíme stisknutím klávesy OK. Nyní znovu klikneme na Zásuvné moduly a z nabídky vybereme GPS Nástroje pro práci s GPS. V novém dialogovém okně si vybereme Nahrát souboru GPX. Soubor si najdeme na počítači a v další nabídce zůstanou zaškrtnuté jen trasové body. Stiskneme klávesu OK. Nyní máme v podkladové ortofotomapě znázorněné naše trasové body z přístroje GPS (viz obrázek 8). Obrázek 11: Data z GPS v programu Quantum GIS Použitá literatura a prameny: http://www.aero.org/education/primers/gps/images/24-const_001.gif http://www.beruna.cz/rs/images/gps/monitor_station.gif http://www.gpsreview.net/garmin-oregon-400t/ RAPANT, Petr. Geoinformatika a geoinformační technologie. Ostrava : Institut geoinformatiky, VŠB-TU Ostrava, 2006. 513 s. ISBN 80-248-1264-9. 8