Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Kudy kam a jak

GIS a GPS / Mobilní geoinformační technologie
 |  8. 10. 2009
 |  Vesmír 88, 643, 2009/10

V poslední době se stále častěji setkáváme s různými produkty a službami, které jsou založeny na znalosti vlastní polohy uživatele, pracují s digitální mapou a nabízejí různé funkce. Jsou to například automobilové navigační jednotky nebo navigační služby poskytované mobilními operátory prostřednictvím mobilních telefonů s přijímačem GPS. Jak produkty, tak i služby vyžadují minimálně tři komponenty:

  • digitální mapu silniční sítě,
  • programové vybavení schopné s ní pracovat a řešit nad ní různé úlohy,
  • přijímač GPS určující průběžně aktuální polohu uživatele.

Digitální mapa

Digitální mapy tvoří podklad, který umožňuje zobrazit polohu získanou pomocí přijímače GPS v širším kontextu. Jde buď o digitální mapu, jejíž jedinou úlohou je být čitelná a srozumitelná (mapy s rastrovými daty), nebo o digitální mapy, s nimiž může aplikace dále pracovat nad rámec pouhého zobrazení (mapy s vektorovými daty).

Digitální rastrové mapy si lze představit jako obrázky, jen s tím rozdílem, že obsahují výřezy mapy s definovanými souřadnicemi. Tento typ map se používá v turistických přijímačích GPS a dá se poznat podle toho, že se mapa při příliš velkém zvětšení může „rozpadnout“ na pixely.

Digitální vektorová mapa je sestavena ze základních geometrických prvků: bodů, linií a ploch. Nad touto mapou je řešitelná řada různých úloh. K jednodušším patří nalezení nejbližší restaurace nebo čerpací stanice. Mnohem složitější je nalezení nejkratší, nejlevnější nebo nejrychlejší trasy z bodu A do bodu B a její zobrazení, což je typická úloha v automobilové navigaci.

Komerční aplikace se snaží uživatele odstínit od tvorby digitální mapy, která je dodávána výrobcem již tak, aby zvládala všechny úkoly, které se od dané aplikace očekávají. Běžný uživatel nemůže měnit obsah dodané digitální mapy, může si však zpravidla přidávat svůj doplňkový obsah, například tzv. body zájmu. Zjednodušeně lze říci, že digitální mapa by měla být připravena tak, aby zobrazovala jen ta geodata, která jsou v danou chvíli důležitá, a nezatěžovala uživatele nepotřebnými informacemi.

Geografické informační systémy

Pro práci s digitálními mapami používáme geografické informační systémy (GIS) – počítačové systémy vytvořené tak, aby umožňovaly práci s prostorovými daty (geodaty) popisujícími reálný svět. GIS používaný v silniční navigaci má část databázovou, v níž je uložena digitální mapa, část analytickou, která umí s digitální mapou pracovat a řešit nad ní různé úlohy, a část grafickou, jež mapu zobrazuje na displeji včetně výsledku analýzy a umí s uživatelem graficky komunikovat. Grafická část je u silničních navigací často doplněna hlasovým modulem.

Globální polohový systém

Globální polohový systém (Global Positioning System, GPS) vybudovala a provozuje armáda Spojených států amerických primárně pro plnění svých úkolů, nicméně v současné době je uvolněn pro civilní užití, i když bez jakýchkoliv garancí dostupnosti. V principu jde o soubor minimálně 24 družic (kosmický segment), systematicky rozmístěných na šesti oběžných drahách kolem Země (tj. 4–5 družic na jedné dráze) a vysílajících nepřetržitě navigační signály. Družice jsou na oběžných drahách rozloženy tak, aby každý přijímač mohl vždy a všude na zemském povrchu přijímat signály alespoň čtyř družic. Družice podporuje pozemní infrastruktura (pozemní segment), která má za úkol monitorovat nepřetržitě signály vysílané družicemi, určovat z nich parametry oběžných drah, popřípadě i hodnoty dalších systémových veličin, a ty pak předávat zpět družicím tak, aby je mohly vysílat uživatelům. Veškeré uživatelské přijímače GPS představují třetí, uživatelský segment.

Systém GPS umožňuje určovat polohu, rychlost pohybu i přesný čas téměř kdykoliv a kdekoliv na zemském povrchu, popřípadě v přilehlém kosmickém prostoru. Jediným omezením je, že je třeba přímý výhled na oblohu, protože přicházející signály jsou natolik slabé, že je odstíní sebemenší překážka. Pokud je obloha zcela zastíněna (např. v budově nebo v podzemí), přijímač GPS vůbec není schopen svoji polohu určit. Při částečném zastínění oblohy (např. budovami stojícími podél silnice) se může část družic „schovat“, přijímač nenalezne signály dostatečného počtu družic a není schopen svoji polohu určit. Jinou komplikací může být hustá zeleň. Signály vysílané družicemi GPS jsou při průchodu korunami stromů výrazně oslabeny, což může u některých přijímačů znamenat až ztrátu schopnosti určovat polohu, u ostatních to vede ke snížení přesnosti.

Chyba určení horizontální polohy se u běžných turistických přijímačů (s cenou řádově několik tisíc korun) pohybuje za normálních podmínek kolem 3–5 m, ale může být samozřejmě i horší (krátkodobě i stovky metrů). Existují také přístroje určené pro přesná geodetická měření, které pracují s chybou jen několika centimetrů, jejich cena (řádově první statisíce korun) i způsob měření však vylučují „rekreační“ využití.

Mobilní geoinformační technologie

Kombinací GIS, GPS, přenosného počítače (notebook, PDA apod.) a mobilního komunikačního prostředku (např. GSM modemu) získáváme novou třídu geoinformačních technologií: mobilní geoinformační technologie (MGIT). Ty zvládnou určovat svoji polohu, využít ji například k mapování v terénu, získaná geodata průběžně ukládat do GIS a přenášet je na centrální server, z nějž si mohou stahovat geodata týkající se aktuální polohy přijímače GPS.

Mobilní geoinformační technologie jsou dnes základem řady produktů a služeb:

  • mobilní telefony s vestavěnými nebo externími přijímači GPS a se službou mobilního operátora; poskytují uživateli aktuální mapu oblasti, v níž se nachází, vyhledávání tras v silniční síti apod.;
  • palubní navigační jednotky spojené autorádiem se službou RDS-TMC a umožňující dynamickou navigaci, tj. automatické přeplánování trasy, například při zácpě na dálnici;
  • GPS přijímače pro turistiku či cykloturistiku s integrovanými digitálními mapami,
  • služby sledování dopravních prostředků a osob apod.

Společným rysem těchto produktů a služeb je, že uživatel musí být alespoň „ poučený“, aby se vyhnul problémům způsobeným nesprávným použitím.

Budoucnost MGIT

Postupně se z nich stanou technologie všudypřítomné a nenápadné, intuitivně využitelné i laickým uživatelem, usnadňující nám každodenní život. Na druhou stranu jsou to však také technologie, které mohou do našeho života vstoupit i dost nepříjemně. Tím, že neustále sledují naši polohu, nás mohou za určitých situací až ohrozit, nebo nám život alespoň dost znepříjemnit. Představme si například situaci, kdy se marketingová společnost dostane k poloze potenciálních zákazníků, a začne je zásobovat reklamami, které jim budou nabízet výhodné slevy v obchodech, v jejichž blízkosti se právě nacházejí…

Literatura

Rapant P.: Geoinformatika a geoinformační technologie, VŠB-TU Ostrava, 2006, 500 stran, ISBN 80-248-1264-9, gis.vsb.cz/rapant/publikace/knihy/GI_GIT.pdf

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: GIS a navigace

O autorech

Petr Rapant

David Vojtek

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné