Vertiefungsfach PDV. GPS Informationsverarbeitung. Wolfgang Lüdicke Jens Schneider

Transkript

1 Vertiefungsfach PDV GPS Informationsverarbeitung Wolfgang Lüdicke Jens Schneider

2 Inhaltsverzeichnis Einführung Ellipsoide Projektionsverfahren Umrechnungen Luftbilder Straßenkarten Map & Guide

3 Einführung Aufgabenstellung Visualisierung von GPS-Daten Straßenkarten Luftbilder Points of Interests Herausforderungen Umrechnung Kartenmaterial Luftbilder (Hessisches Landesvermessungsamt) Kommerzielle Straßenkarten

4 Ellipsoide (1) Bezeichnung Bessel 1841 WGS 84 Haupthalbachse (a) , ,0 1/Abflachung 299, , WGS 84 : der Mittelpunkt des Ellipsoids und der Mittelpunkt des Koordinatensystems liegen im Schwerpunkt der Erde

5 Ellipsoide (2) Verschiebung des Ursprungs (grün) gleiches Ellipsoid - unterschiedliche Koordinaten die vom Gebiet, das die Karte zeigt abhängig sind.

6 Projektionsverfahren Azimutalprojektion Kegelprojektion Zylinderprojektion Transversalen Mercator-Projektion Universal Transverse Mercator Gauß-Krüger

7 Azimutalprojektion (1) Entfernungen vom Mittelpunkt der Karte sind wahre Entfernungen Im Bereich der Luftfahrt und bei Funkern

8 Azimutalprojektion (2)

9 Kegelprojektion (1) Die "winkeltreue Schnittkegelprojektion" verwendet einen Kegel, der über die Erdkugel gestülpt wird und den Globus an zwei Breitenkreisen schneidet

10 Kegelprojektion (2) Breitengrade sind fast abstandsgleiche konzentrische Kreise Längengrade (Meridiane) sind geradlinig und zum Pol hin zusammen laufend Flächenverzerrung ist sehr gering Winkeltreue ist gegeben

11 Kegelprojektion (3) Wesentliche Karten mit dieser Projektion sind: Luftfahrtkarten meisten "normalen" Landkarten

12 Zylinderprojektion (1) Auch Mercator- Projektion Kugelfläche wird auf einen Zylinder projiziert Zylinder und Kugel berühren sich am Äquator

13 Zylinderprojektion (2) Entscheidender Nachteil der Mercatorprojektion extrem starke Großenverzerrung zu den Polen Beispiel Afrika und Grönland (nächste Folie)

14 Zylinderprojektion (3)

15 UTM (Universal Transverse Mercator) Zylinder wird waagerecht über den Globus gestülpt

16 UTM (2) Um die Verzerrung zu minimieren schmale Streifen (6 breit) Rechtswert in Metern von Zentralmeridian Hochwert in Metern von Äquator

17 UTM (3)

18 UTM (4)

19 UTM (5) 32 U Nord 6-12 Ost (Rechts) Meter ,238km (Hoch)

20 Gauß-Krüger (1) Hochwert der UTM-Koordinaten sind nicht exakt auf die im Gauss-Krüger-System zu übertragen Zylinder ist kleiner als der Erdradius Verkürzungsfaktor: 0,9996 Rechtwert = (Streifen-Nr. * )

21 Gauß-Krüger (2)

22 Gauß- Krüger (3) Rechtswert Hochwert

23 Umrechnungen (zw. Ellipsoiden) Problematik des Kartendatums Notwendigkeit von Transformationsparameter unabhängigen Messungen in beiden Systemen und an denselben Punkten "Identische Punkte" oder "Stützpunkte

24 Umrechnungen Im Bereich zwischen 6 und 15 West gilt das Potsdam Datum (DHDN Rauenberg mit Bessel 1841), User Map Datum: dx = 606m dy = 23 m dz = 413 m da = 739,845 m df = 0, f(wgs84)-f(bessel)*10.000

25 Erster Schritt Geographischen Koordinaten des WGS84-Datum werden in Kartesische Koordinaten überführt ECEF (earth-centered-earth-fixed) Koordinaten, d.h. je einem X-, einem Y- und einem Z-Wert Der Ursprung = Erdmittelpunkt. X-Achse beim Null-Meridian durch den Äquator Y-Achse geht bei 90 östlicher Länge durch den Äquator Z-Achse geht vom Erdzentrum durch den Nordpol

26 Umrechnung von Breiten- u. Längengrad nach X, Y- Koord.

27 (ϕ) Breiten- und (λ) Längengrad ϕ= latitude λ = longitude h = Höhe über Ellipsoid (Meter) N = Geoid - Ellipsoid (Meter) N = (a²) ([ a² cos²ϕ + b² sin²ϕ] ½ )

28 Geoid und Ellipsoid h= H + N h: Ellipsidhöhe (Geodetic) ($GPGGA) H: über Meereshöhe (MSL) N: Geoid Separation

29 Geoid und Ellipsoid

30 Berechnung der X,Y,Z-Werte X = [N + H] * cosϕ * cosλ Y = [N + H] * cosϕ * sinλ Z = [(b²/ a²) N + h] * sinϕ

31 Zweiter Schritt Transformation WGS84-XYZ-Werte in XYZ- Werte des Bessel-Ellipsoids Mit Hilfe der 7-Parameter-Helmert- Transformation Die 7 Parameter bestehen aus 3 Translations-, 3 Rotations-Werten und einem Maßstabsfaktor Quelle: Institut für angewandte Geodäsie in Frankfurt (IfaG) (gegen Gebühr)

32 Umrechnung von WGA84 nach Bessel 1841 X DHDN = (606) = Y DHDN = ( 23) = Z DHDN = (413) = DHDN: DeutschesHauptDreiecksNetz

33 Dritter Schritt Bessel XYZ-Koordinaten in geographischen Koordinaten des Potsdam-Datum umrechnen p = [Y² + X²] ½ = arctan[(z*a)/(p*b)] ϕ = arctan[(z + e ² b sin³)/(p + e² b cos³)] λ = arctan[y/x]

34 X,Y,Z-Koordinaten nach G-K (1)

35 X,Y,Z-Koordinaten nach G-K (2)

36 Luftbilder (Gauss-Krüger-Kood.)

37 Überblick Straßenkarten Verschiedene Kartenanbieter Entwicklungsumgebungen Map&Guide (Bezugsquelle, Installation, Schnittstellen) Programmierbeispiel Layer, POI

38 Straßenkarten & points of interest Lokalisierung durch GPS Handelsübliches Kartenmaterial zur Navigation Grafische Zusatzinformationen points of interest

39 Anbieter Kartenmaterial NAVTEQ (USA, z.b. in BECKER-Systeme) TeleAtlas (NL, z.b. Stadtplaene.de, TomTom; NAVIGON) AND (NL, Automotive Navigation Data)

40 Entwicklungsumgebungen TomTom Navigator 3 SDK für PocketPCs Englische Vollversion $199 Benötigt Visual C oder Visual Basic 3.0 Map&Guide Controlls Testversion incl. Testkarten einzelner Großstädte (Hamburg, London) kostenlos Vollversion incl. Einer Karte nach Wahl (z.b. Deutschland) 1.500

41 Map&Guide Entwicklungsumgebung Kartenmaterial (Einzelne Stadtkarten im Testumfang) MapControlls (ActiveX-Komponenten) MapServer (Schnittstelle zwischen Controls und Karten) VB, Delphi, C++

42 M&G Controls Kundenvisualisierung Kartenfenster mit Navigationselementen Ortssuche Besuchstourenplanung Einfaches Routing Komplexes Routing mit Reihenfolgenoptimierung Alternativrouting Nächstensuche Einfache Entfernungsberechnung FleetViewer: Ortung von dynamischen Objekten Mautberechnung Darstellung mehrerer Routen gleichzeitig in der Karte

43 Programmierbeispiel 1/2 uses Windows, Controls, Forms, MGC_BASELib_TLB; type TForm1 = class(tform) procedure FormCreate(Sender: TObject); private MapView : TMGCMapView; MapSource : TMGCMapSource; public end; implementation procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject); begin MapSource := TMGCMapSource.Create(Self); MapView := TMGCMapView.Create(Self); MapView.MapSource := MapSource.ControlInterface; MapView.Parent := Self; MapView.Align := alclient; end;

44 Programmierbeispiel 2/2 MapView.Map.Center(x, y); MapView.Map.LogicalRect.Set_(left, top, right, bottom);