Использование данных GPS-приемников в ArcView GIS

Автор: Стороженко Евгений

В последнее время все большую популярность в среде геологов, геофизиков, топографов приобретают так называемые GPS-приемники - приборы Глобальной системы позиционирования (GPS - Global Positioning System), которые позволяют за считанные секунды, используя сигналы со спутников, определить местоположение любого объекта - скважины, маршрутной точки наблюдения и т.д. При этом, точность определения координат зависит от класса используемого GPS-приемника и может составлять от 10-50 см (Trimble 4800) до 5-15 м (приемники фирмы GARMIN).

В GPS-приемниках реализована функция внутренней памяти, которая позволяет сохранять ваши путевые точки и маршруты с заданным именем и зафиксированными координатами. В последующем вы можете выгрузить их на персональный компьютер для дальнейшей обработки.

Выгрузка данных из GPS-приемника на компьютер

Для выгрузки данных из GPS-приемника используется различное программное обеспечение. Применяются программы Garmin (PCX), MapSource, Waypoint+ и др. Обычно в результате этой процедуры создается текстовый ASCII-файл с разделителями определенной структуры, передающий информацию о сохраненных точках, треках или маршрутах.

ASCII-файл при необходимости можно просмотреть и отредактировать с помощью любого текстового редактора.

Все GPS-приемники по умолчанию настроены на международную систему координат WGS-84. Поскольку нам в большинстве случаев приходится иметь дело с проекциями, основанными на Пулковском датуме (Система координат 1942 г.), необходимо следить за тем, чтобы вся информация была записана в координатах именно этого датума. Для этого следует учитывать соответствующие поправки.

Географические координаты какой-либо точки на поверхности Земли не являются такими уж унифицированными, как кажется. Это связано с тем, что существуют различные эллипсоиды, аппроксимирующие земной геоид. Например, для нашей страны применяется эллипсоид Красовского, рассчитанный в 1940 году, на котором базируется так называемый Пулковский датум. В других странах используются иные эллипсоиды, которые более приемлемы для данных территорий. Существуют также и геоцентрические (общеземные) датумы (WGS-84). В связи с этим, координаты одной и той же точки на земной поверхности будут различны при применении того или иного датума.

Если в GPS-приемнике типа GARMIN вы выполнили пользовательские настройки, позволяющие получать текущие координаты применительно к Пулковскому датуму, при выгрузке данных на PC по протоколу GARMIN-GARMIN все равно будет использоваться система координат WGS-84, так как именно в этой системе сохраняется вся информация, независимо от настроек GPS-приемника.

Ниже описаны основные моменты при работе с программами PCX5 и Waypoint+, которые позволят вам корректно использовать данные GPS.

 Программа PCX5

Подключите GPS-приемник с своему компьютеру, используя специальный кабель, и запустите программу PCX5. Окно программы выглядит следующим образом.

Перед началом работы укажите порт компьютера, к которому подсоединен ваш GPS-приемник (Comm/Comm Port:).

Чтобы загрузить данные из GPS-приемника в программу PCX5, в меню Comm выберите опцию Download Data from Unit, а затем одну из подопций:

Waypoint Data - путевые точки,

Route Data - маршруты,

Track Data - треки.

В результате этой операции на экране отобразятся все точки (маршруты, треки), сохраненные вами в GPS-приемнике. Система координат, как упоминалось ранее, - WGS-84. Чтобы перейти на Пулковский датум, из меню Config/Datum/User вызовите диалоговое окно "User Datum" ("Пользовательский Датум") и заведите поправки, которые вы используете в настройках GPS-приемника. Эти поправки приведены ниже (информация с сайта http://ne-grusti.narod.ru/GPS/garmin12.html.):

                                 DX = +28 м,

                                 DY = -130 м,

                                 DZ =  -95 м,

                                 DA = -108 м,

                                 DF = +0,00480800

Приведенные поправки достаточно завести один раз. После этого вы можете сохранить их в отдельном файле *.cfg (меню Config/Save Configuration) и в случае необходимости загружать этот файл при последующих сеансах программы (меню Config/Load Configuration).

Чтобы сохранить GPS-данные во внешнем ASCII-файле, из меню File выберите опцию Save Plot to File. Укажите затем место и имя нового файла. ASCII-файл может быть открыт через текстовой редактор и отредактирован, например, если есть необходимость исправить номера точек.

Ниже приведен пример ASCII-файла, полученного при использовании программы PCX5.

Файл путевых точек (.wpt)

H  SOFTWARE NAME & VERSION

I  PCX5 2.09

H  R DATUM                IDX DA            DF            DX            DY            DZ

M  G USER                 124 -1.080000e+02 +4.808000e-07 +2.800000e+01 -1.300000e+02 -9.500000e+01

H  COORDINATE SYSTEM

U  LAT LON DEG

H  IDNT   LATITUDE    LONGITUDE    DATE      TIME     ALT   DESCRIPTION     PROXIMITY     SYMBOL ;waypts

W  101    +58.5781531 +61.4812303 27-MAR-62 00:00:00 -9999 29-JUL-97 21:43 0.00000e+00      0

W  102    +58.5780619 +62.4812786 27-MAR-62 00:00:00 -9999 29-JUL-97 21:44 0.00000e+00      0

W  253    +58.5782415 +62.4854886 27-MAR-62 00:00:00 -9999 30-JUL-97 18:12 0.00000e+00      0

W  254    +59.6780625 +62.0111781 27-MAR-62 00:00:00 -9999 30-JUL-97 18:44 0.00000e+00      0

W  255    +59.6980619 +62.0212786 27-MAR-62 00:00:00 -9999 30-JUL-97 19:29 0.00000e+00      0

W  387    +59.6900619 +62.0244562 27-MAR-62 00:00:00 -9999 30-JUL-97 19:53 0.00000e+00      0

::..

Обратите внимание, что в файлах присутствует информация о пользовательском датуме и указаны все поправки, использованные при пересчете координат. Если в вашем файле поправки содержат нулевые значения, - значит все данные здесь записаны в системе координат WGS-84. Чтобы пересчитать координаты на Пулковский датум, откройте в программе PCX5 нужный файл (File/Open File to Plot), заведите пользовательские поправки (см. выше) и сохраните файл (File/Save File to Plot).

Из программы PCX5 можно сохранить данные в файле *.dxf. Для этого в меню File выберите опцию Convert to DXF. Укажите файл, который будет преобразован, а затем задайте имя новому файлу DXF.

Файлы DXF можно подгружать в ArcView GIS  в качестве Тем. Для этого используется  модуль Cad Reader.

Более подробную информацию по использованию программы PCX5 смотри в Руководстве пользователя.

Программа Waypoint+

Автор программы: B.Hildebrandt, 1997-2000 гг.

http://www.tapr.org/~kh2z/Waypoint (свободное распространение)

Открыв программу, вы увидите небольшое окно, показанное на рисунке ниже.

Сначала необходимо указать порт вашего компьютера, через который подключен GPS-приемник. Для этого в меню GPS выберите опцию Port и укажите необходимый порт.

Теперь, чтобы загрузить GPS-данные, выберите соответствующее меню (Waypoints, Routes или Track) и активизируйте опцию Download. В результате этого GPS-данные (точки, маршруты или треки) будут загружены в программу Waypoint+. Чтобы визуализировать их, выберите из соответствующего меню опцию Plot. На экран будет выведено окно, отображающее интерактивную карту с вашими GPS-данными.

Теперь о датуме. Необходимо указать нужный датум через File/Datum из основного окна программы (если интерактивная карта все еще открыта, закройте ее). На экран будет выведено диалоговое окно "Datum List".

На приведенном рисунке вы видите, что в списке на второй позиции присутствует нужный нам датум - Пулково_42. Вы же в своем окне этого датума не увидите, так как он не предусмотрен автором программы. Чтобы добавить Пулковский датум в список, отредактируйте файл Datum.txt в рабочей директории программы (обычно это c:\wplus), заведя соответствующие поправки. Теперь датум Пулково-42 будет присутствовать в списке Datum List, а поправки будут использоваться при пересчете координат между датумами.

Итак, датум выбран. Если вы хотите просмотреть список загруженных точек, вызовите диалоговое окно "Waypoint List" через меню Waypoints/List Waypoints.

При необходимости можно отредактировать данные в "Waypoint List". Для этого выполните двойной щелчок на нужной вам точке, или выделите ее и в меню Edit выберите опцию Edit. На экране появится диалог "Waypoint Editor". Внесите необходимые изменения и нажмите ОК.

Для сохранения GPS-данных выберите из меню File опцию Save. Программа позволяет сохранять данные в нескольких форматах. Рекомендую сохранять все в формате Comma Delimited Text File (*.txt). Это позволит вам в дальнейшем использовать ASCII-файлы для конвертации в шейп-файлы ArcView GIS.

Более подробную информацию о программе Waypoint+ можете посмотреть на сайте  http://www.tapr.org/~kh2z/Waypoint/

GPS-данные, в конечном счете, необходимо загрузить в ArcView (пополнение карты фактического материала, отображение точек находок фауны и т.д.). Ниже рассмотрено несколько способов достижения этой цели.

Как загрузить данные GPS в ArcView GIS

Загрузка данных из DXF-файла

Если вы использовали программу PCX5 и сохранили ваши данные в файле DXF, то можете загрузить их в ArcView следующим образом. В окне программы ArcView из меню File выберите опцию Extensions и отметьте галочкой модуль Cad Reader. Теперь можете подгрузить данные в нужный Вид обычным способом (View/Add Theme).

Тему, созданную на формате DXF-файла, нельзя редактировать в ArcView. Но вы можете конвертировать ее в шейп-файл для последующей редакции.

Расширение "AV Garmin" для ArcView GIS

Приложение AV Garmin позволяет создавать шейп-файлы на основе ASCII-файлов, полученных из GPS-приемников, а также добавлять к существующим файлам новые данные. Шейп-файлы могут создаваться в любой проекции, заданной пользователем.

Расширение AV Garmin, разработано California Department of Fish and Game Wildlife (Калифорнийский Департамент рыбного и лесного хозяйства) и Habitat Data Analysis Branch Conservation Applications Team (Анализ данных по ореолам проживания). Ниже приводится описание этого расширения, которое бесплатно распространяется на (http://maphost.dfg.ca.gov/adt/download.htm).

Важное примечание: если вы используете для преобразования ASCII-файлы программы PCX, следите за тем, чтобы при работе с данной программой в диалоге "Coordinate System Configuration" (вызов которого осуществляется через Config/Coordinates) в секции Lat./Lon. Option была установлена опция <+/->, а не NS/EW>. В противном случае, программа "AV Garmin" не сможет преобразовать ASCII-файлы программы PCX в шейп-файлы ArcView.

Для преобразования ASCII-файла в шейп-файл, загрузите расширение AV Garmin через меню File (File/Extensions:). На Панели кнопок щелкните на кнопке Load Garmin GPS file, чтобы вызвать диалоговое окно "AV Garmin".

Load Garmin GPS file

1. В секции GPS Input укажите, файлы какого программного обеспечения будут использованы для преобразования.

2. В секции Feature Type указывается тип объектов для преобразования - Waypoint (путевые точки) или Track/Line (маршруты или линии). Шейп-файл будет иметь тот же тип объектов. Если вы установите опцию Create Polygon,  то получите на основе выбранного типа объектов полигональный шейп-файл.

Например, имея координаты углов поискового участка, можно создать полигональный шейп-файл, отражающий площадь участка.

3. В списке Units выберите единицы измерения (футы, мили, метры или километры), которые будут использоваться для расчетов. Для точечных объектов (без создания полигонов) этот список недоступен. Если вы выбрали опцию CreatePolygon (Создать полигон), укажите в секции ProcessingOptions (Обработка параметров), должны ли быть все записи преобразованы в один полигон или необходимо учитывать диапазоны записей.

4. В списке View выберите Вид, к которому будет добавлен новый шейп-файл. Если имеются Темы, пригодные для добавления данных (eligable-темы), будет выведен список этих Тем. Для этого установите флажок в боксе Append to Theme и укажите необходимую eligable-тему.

5. Используйте кнопку Projection, чтобы установить необходимую проекцию. Будут выведены стандартные диалоговые окна выбора проекции, используемые в ArcViewGIS.

6. Выполнив необходимые установки, нажмите кнопку Create (Создать). В последующих диалоговых окнах выберите входной файл для преобразования, а затем укажите место и имя нового шейп-файла.

Расширение "Waypoint+ Interface" для ArcView GIS

Автор программы: Collin O'Neill (июнь, 2001 г.).

http://gis.esri.com/arcscripts/details.cfm?CFGRIDKEY=B21EF9C9-6E31-11D5-944400508B0CB419

Расширение "Waypoint+ Interface" позволяет преобразовывать ASCII-файлы, созданные программой Waypoint+ в шейп-файлы ArcView GIS. При этом ASCII-файлы должны быть созданы в формате *.txt (Comma Delimited Text File). После загрузки расширения в Виде добавятся две новые кнопки:

Import Waypoint+

Export Waypoint+

Кнопка Import Waypoint+ запускает преобразование ASCII → Shapefile. Выберите текстовый файл, который будет преобразован, и в диалоге "New Theme" укажите тип объектов Темы.  Затем задайте место и имя нового шейп-файла.

С помощью кнопки Export Waypoint+ можно выполнить обратные преобразования (Shapefile →ASCII). Эта операция может быть использована, если вам необходимо данные из шейп-файла загрузить в программу Waypoint+.

Автором программы "Waypoint+ Interface" предусмотрена работа только с ASCII-файлами, которые сохранены в системе координат WGS-84. Чтобы использовать расширение без подобного ограничения, достаточно немного подредактировать его с помощью любого текстового редактора или загрузить отредактированное расширение с домашней странички Е.Стороженко (http://storozhenko1.narod.ru).

В последнее время появились также приложения, которые позволяют напрямую осуществлять связь GPS-приемника с ArcView  для загрузки и выгрузки ваших данных. Одной из наиболее продвинутых разработок в этом плане является приложение DNR Garmin, разработанное Департаментом Природных Ресурсов штата Миннесота (США) для приемников типа GARMIN. С помощью этой утилиты можно соединиться с вашим GPS-приемником и добавить (Download) GPS-данные непосредственно в текущий Вид AV в качестве шейп-файла или графики. Возможен и обратный трансферт - выгрузка данных (Upload) из шейп-файла или графики в GPS-приемник. Кроме того, можно работать с GPS в режиме реального времени (Real-Time Tracking), отображая в Виде свое текущее местоположение. Имеются и другие удобные функции. Ниже приведено описание некоторых моментов при работе с данной программой, которую свободно можно скачать с узла: http://www.dnr.state.mn.us/mis/gis/tools/arcview/

DNR Garmin

Minnesota Department of Natural Resources
MIS Bureau - GIS Section
DNR Extensions -- Garmin -- November 29, 2001

Приложение DNR Garmin  представляет собой по сути две отдельные программы:

1. Программа VB DNRGARMIN.EXE - осуществляет непосредственную связь через последовательный порт PC с GPS-приемником. Может использоваться самостоятельно (вне сеанса AV), но в этом случае данные могут быть сохранены только во внешнем текстовом файле.

2. DNRGARMIN.AVX - расширение ArcView, с помощью которого осуществляется вызов программы DNRGARMIN.EXE и конвертация полученных данных в шейп-файл или графику. Можно добавлять в Вид путевые точки (Waypoints)  и треки (Tracks) в качестве точек, линий или полигонов.

После инсталляции программы, которая проходит без особых сложностей, подсоедините к компьютеру GPS-приемник, запустите ArcView  и загрузите расширение DNR Garmin - ArcView. В виде добавится новое меню DNR Garmin с пятью опциями.

Если вы находитесь в закрытом помещении, рекомендуется GPS-приемник перевести в режим симуляции (Simulator). Протокол передачи данных должен быть установлен Garmin/Garmin.

Опция Open Garmin GPS запускает программу VB, которая автоматически попытается установить соединение с GPS через последовательный порт. Возможно, вам потребуется указать нужный порт через меню GPS / Assign Port. Как только соединение будет установлено, в нижней левой части диалога "ArcView - Garmin", показанного ниже, отобразится надпись . Под строкой меню отражается информация о типе вашего GPS-приемника и указаны текущие значения Широты (Lat), Долготы (Lon), Высоты (Alt) и Оцененная Позиционная Погрешность (EPE).

Когда вы запускаете программу первый раз, вам будет предложено сохранять всю информацию в координатах проекции UTM-1983 (15 зона). Это координатный стандарт штата Миннесота. В диалоге "Use Default Projection?" выберите No> и укажите необходимую проекцию.

При этом следует иметь в виду следующее: если на выходе вам нужно получить неспроецированные данные, выберите в диалоге географическую проекцию. В этом случае, все данные будут сохранены в десятичных градусах международной системы координат WGS-84.

Трансферт данных из GPS в ArcView

Чтобы загрузить ваши путевые точки из GPS в программу VB, выберите в меню Waypoint опцию Download. После этого щелкните на кнопке Advanced. Диалоговое окно "ArcView - Garmin" будет модифицировано и вы увидите таблицу путевых точек (Waypoint Table), загруженных в VB.

Загрузка треков осуществляется аналогичным образом из меню Track / Download.

Значения в Waypoint Table можно редактировать. Для этого выполните двойной щелчок на ячейке с данными и внесите необходимые изменения. Если нужно удалить какие-то лишние записи или поля, выделите их и нажмите кнопку Delete.

На следующем этапе можно сохранить точки из Waypoint Table, например, в качестве шейп-файла. Для этого из меню File выберите опцию Save As, а затем подопцию ArcView Shapefile: Укажите место и имя нового шейп-файла. Тема автоматически будет добавлена в текущий Вид. Если выбрана подопция ArcView Graphic, точки сохраняются как Графика. Подопция GPS Text File позволяет сохранить данные во внешнем текстовом файле.

Трансферт данных из ArcView в GPS

Выгрузка данных из AV в GPS происходит в обратном порядке. Выбрав в меню File опцию Waypoint From (или Track From - для треков), активизируйте одну из следующих подопций, в зависимости от источника данных, которые будут загружены в Waypoint Table:

- GPS Text File - данные из текстового файла,

- ArcView Theme - данные из шейп-файла,

- ArcView Graphic -Графика текущего Вида.

Отредактировав в случае необходимости значения в Waypoint Table, можете добавить данные в GPS через меню Waypoint / Upload (или Track / Upload - для треков).

Дополнительные опции меню DNRGarmin

Set Projection - с помощью этого пункта меню вы можете указать, какую проекцию следует использовать для сохранения данных.

Convert Points - после того, как Вы загрузили путевые точки (waypoints) или треки, можете конвертировать ваши данные в полилинии (Polyline) или полигоны (Polygon).

Calculate Shape Attributes - после сохранения информации в шейп-файле, вы можете автоматически добавить к объектам такие атрибуты как длину, площадь и т.д.

Add Documentation- позволяет пользователю добавить документацию к данным после того, как они были загружены в shapefile. Документация включает исполнителя, организацию, дату, время, и модель GPS.

Заключение

Приложение DNR Garmin сопровождается справочным файлом, в котором подробно описаны все функции программы. Рекомендую ознакомиться с ним перед началом работы с данной утилитой.

Особо следует обратить внимание на два важных момента:

Во-первых. Как правило на российских компьютерах установлен язык по умолчанию <русский>. Следует в диалоге <Язык и Стандарты> заменить язык на <английский>. В противном случае, десятичные части ваших значений широты и долготы будт восприниматься программой как разделители и заноситься в разные поля. То есть, поле LAT, к примеру, будет содержать целое значение широты, а поле LONG его десятичную часть. Естественно, в этом случае, результаты конвертации данных в AV вас не обрадуют. Вообщем-то, это 'глюк" приложения DNR Garmin, не отслеженный авторами. К слову сказать, при работе с программой Waypoint+ (см. выше) таких заморочек не возникает.

И второй момент. Если вы получаете на выходе неспроецированные данные, помните, что система координат в данном случае WGS-84. Если Вам необходим наш родной Пулковский датум, следует трансформировать данные. Для этого можете воспользоваться, например, модулем DATUM.AVX из стандартного набора ArcView, хотя я рекомендую использовать отредактированную версию этого расширения DATUM1.AVX, в котором уважаемым Ianko Tchoukanski ликвидированы кое-какие глюки. Скачать это расширение можно с узла:

http://gis.esri.com/arcscripts/index.cfm?action=details&CFGRIDKEY=5209B672-C46B-11D4-943700508B0CB419

Если я вдруг нарушил или ущемил чьи-то права, то будьте добры сообщите мне и я срочно исправлю свою ошибку. Я не хочу причинить кому бы то ни было вреда. Если вам что-то не понравится, заранее прошу прощения.