Подписи и аннотации, графика

Надписи объектов на карте. При составлении карты важно, чтобы надпись была четко привязана к обозначаемому объекту. От этого зависит читаемость карты, точность передачи информации. Размещение надписей зависит, прежде всего, от характера локализации самих объектов:

· точечные объекты (населенные пункты и т.д.) подписываются с правой стороны так, чтобы надписи располагались вдоль параллелей, либо горизонтально, т.е.е параллельно северной и южной рамкам карты;

· возле линейных объектов (рек, путей сообщения и т.д.) знаки всегда размещаются вдоль линии, плавно повторяя ее изгибы;

· на площадных объектах надпись как правило располагают вдоль длиной оси контура так, чтобы она протягивалась по всей площади. Если объект имеет изогнутые очертания, то соответственно изгибается и надпись.

Во всех случаях необходимо, чтобы надписи размещались компактно, не «наползая» друг на друга, хорошо читались на цветовом фоне. Рисунок, цвет надписи и кегль (размер шрифта) должны подчеркивать значимость или величину объекта.

Надписи выполняются процедурой подписать, они непосредственно связаны с визуализацией объектов на карте. При отключении подписанного слоя надписи тоже исчезают. Исчезновение надписей можно избежать, если сразу создать надписи в виде аннотаций, либо перевести надписи в аннотации. Аннотации хранятся в виде отдельного слоя. Исчезновение надписей при отключении слоя можно избежать, превратив надписи в графику. Разница между аннотациями и графикой: аннотации – этой слой, который можно редактировать и сохранять изменения. Удалив аннотации с карты, их вновь можно добавить. Графические элементы редактированию не поддаются, после удаления не восстанавливаются.

Координатные сетки – важный элемент математической основы карт. Они необходимы для ориентирования по карте, определения направлений, прокладки маршрутов, нанесения новых объектов по координатам и снятия с карты координат объектов. Кроме того, наличие сетки позволяет судить о масштабе карты, виде проекции и распределении искажений в ней.

Добавление координатных сеток возможно при создании макета печати. В ГИС реализован мастер добавления координатных сеток. Тип сеток и детальность зависят от условий, задаваемых пользователем.

Создание макетов карт для печати

Требования к оформлению

Создание компоновки (макета печати).

Компоновкой карты называется размещение самого картографического изображения, названия карты, легенды, врезок и других данных внутри рамки и на полях карты.

Компоновка считается удачной, если все элементы карты размещены целесообразно, достаточно компактно, но нескученно, ими удобно пользоваться – словом, пространство карты рационально организованно, и изображение зрительно уравновешенно.

Вид компоновки определяется пользователем. Выбирается размер печатного листа, добавляется фрейм карты в заданном масштабе. Возможно добавление фрейма карты, связанного с видом цифровой карты и не связанного с видом цифровой карты. В последнем случае, изменении я, вносимые в вид карты, не будут отображать во фрейме карты на компоновке.

Кроме фрейма карты на компоновку можно вынести следующие стандартные компоненты карты (фрейма): легенду, стрелку севера, заголовок, текст, таблицу, диаграмму, масштабную линейку. Возможно редактирование фреймов по отдельности. При переводе фреймов в графику можно изменять составные части фреймов как отдельные графические объекты.

Рамки карт. Принято различать внутреннюю рамку, непосредственно ограничивающую картографическое изображение, градусную и минутную рамки, на которые наносят градусные или минутные деления по долготе и широте, а также внешнюю рамку – она охватывает всю карту и имеет декоративное значение.

Тема 9

Система глобального спутникового позиционирования (GPS). Принципы работы GPS. Геометрическая сущность местоопределения с помощью GPS. Основы работы с приемниками GPS.

Системы глобального спутникового позиционирования (GPS).

Современная американская система глобального определения месторасположения GPS (Global Positioning System) и точного времени на базе спутникового определения координат была создана в конце 70-х гг. Система NAVSTAR (другое название GPS) изначально имела военное назначение, но в 1983 г. США открыли доступ к спутниковой информации для использования ее в гражданских целях. В настоящее в ремя орбитальная группировка GPS насчитывает 29 работающих спутников. Покрытие спланировано так, что в любой момент времени при отсутствии физических помех с Земли можно получать сигналы от 5 до 12 спутников.

Система является глобальной, всепогодной и обеспечивает возможность получения точных координат и времени 24 часа в сутки.

В конце 2001 г. Европейская комиссия и Европейское космическое агентство приняли стратегическое решение о создании собственной системы спутниковой навигации Galileo (в честь спутника Юпитера), функционально во многом аналогичной американской Global Positioning System

Российская глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС использует те же базовые принципы, что и GPS с Galileo. Естественно, общедоступной она не была, а напротив, долгое время оставалась секретной. На сегодняшний день из необходимых 24 спутников система располагает лишь 10 работающими по назначению.

Начиная с 1993 года была запущена программа EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Services) направленная на улучшение работы систем GPS и ГЛОНАСС на территории Европы.

Принципы работы GPS

Основы системы GPS можно разбить на пять основных подпунктов:

1. Спутниковая трилатерация - основа системы

2. Спутниковая дальнометрия – измерение расстояний до спутников

3. Точная временная привязка – зачем нужно согласовывать часы в приёмнике и на спутнике и для чего требуется 4-й космический аппарат

4. Расположение спутников – определение точного положения спутников в космосе

5. Коррекция ошибок – учёт ошибок вносимых задержками в тропосфере и ионосфере

Спутниковая трилатерация

Задачей трилатерации (триангуляции) является вычисление координат объекта путем измерения его удаленности от точек с заданными координатами. В нашем случае объектом является GPS-приемник, а точками с заданными координатами - три спутника системы GPS.Спутниковая трилатерацияпредполагает, что точные координаты любой точки на поверхности Земли могут быть вычислены путем измерений расстояний от группы спутников, если их положение в космосе известно. В этом случае спутники являются пунктами с известными координатами. Предположим, что расстояние от одного спутника известно, и мы можем описать сферу заданного радиуса вокруг него. Если мы знаем также расстояние и до второго спутника, то определяемое местоположение будет расположено где-то в круге, задаваемом пересечением двух сфер

Третий спутник определяет две точки на окружности.

Теперь остаётся только выбрать правильную точку. Однако одна из точек всегда может быть отброшена, так как она имеет высокую скорость перемещения или находится на или под поверхностью Земли. Таким образом, зная расстояние до трёх спутников, можно вычислить координаты определяемой точки.

Спутниковая дальнометрия

Расстояние до спутников определяется по измерениям времени прохождения радиосигнала от космического аппарата до приёмника умноженным на скорость света. Для того чтобы определить время распространения сигнала нам необходимо знать когда он покинул спутник.

Для этого на спутнике и в приёмнике одновременно генерируется одинаковый Псевдослучайный Код. Приёмник проверяет входящий сигнал со спутника и определяет когда он генерировал такой же код. Полученная разница, умноженная на скорость света (~ 300000 км/с) даёт искомое расстояние. Использование кода позволяет приёмнику определить временную задержку в любое время.

Кроме того, спутники могут излучать сигнал на одной и той же частоте, так как каждый спутник идентифицируется по своему Псевдослучайному коду (PRN или PseudoRandom Number code).

Точная временная привязка

Как видно из сказанного выше, вычисления напрямую зависят от точности хода часов. Код должен генерироваться на спутнике и приёмнике в одно и то же время. На спутниках установлены атомные часы имеющие точность около одной наносекунды. Однако слишком дорого устанавливать такие часы в каждый GPS приёмник, поэтому измерения от четвёртого спутника используются для устранения ошибок хода часов приёмника.

Эти измерения можно использовать для устранения ошибок, которые возникают, если часы на спутнике и в приёмнике не синхронизированы. Для наглядности, иллюстрации приведённые ниже рассматривают ситуацию на плоскости, так как только три спутника необходимо для вычисления местоположения объекта.

Если часы на спутнике и в приёмнике имеют одинаковую точность хода, то точное местоположение может быть найдено по измерениям расстояния до двух спутников

Если получены измерения с трёх спутников и все часы точные, то круг, описанный радиус-вектором от третьего спутника будет пересекаться, как показано на рисунке.

Однако если часы в приёмнике спешат на 1 секунду, то картина будет выглядеть следующим образом. Если сделать замер до третьего спутника, то полученный радиус-вектор не пересечётся с двумя другими как показано на рисунке.

Когда GPS приёмник получает серию измерений, которые не пересекаются в одной точке, то компьютер в приёмнике начинает вычитать (или добавлять) время методом последовательных итерации до тех пор, пока не сведёт все измерения к одной точке. После этого вычисляется поправка и делается соответствующее уравнивание.

Если вам требуется третье измерение, то необходим четвёртый спутник для устранения ошибок хода часов в приёмнике. Таким образом, при работе в поле вам необходимо иметь минимум четыре спутника, чтобы определить трёхмерные координаты объекта.

Расположение спутников

Система NAVSTAR имеет 24 рабочих спутника с орбитальным периодом в 12 часов на высоте примерно 20200км от поверхности Земли. В шести различных плоскостях имеющих наклон к экватору в 55° , расположено по 4 спутника. Указанная высота необходима для обеспечения стабильности орбитального движения спутников и уменьшения фактора влияния сопротивления атмосферы.

Министерство Обороны США (DoD) осуществляет непрерывное слежение за спутниками. На каждом спутнике расположено несколько высокоточных атомных часов и они непрерывно передают радиосигналы с собственным уникальным идентификационным кодом, однозначно определяющим его в альманахе спутников (содержащем данные об орбитах и координатах спутника). Альманах спутников заносят в память любого GPS – приемника, работающего с системой NAVSTAR.

Коррекция ошибок

Некоторые источники ошибок возникающих при работе GPS являются трудноустранимыми. Вычисления предполагают, что сигнал распространяется с непрерывной скоростью, которая равна скорости света. Однако в реальности всё гораздо сложнее. Скорость света является константой только в вакууме. Когда сигнал проходит через ионосферу (слой заряженных частиц на высоте 130-290 км) и тропосферу, его скорость распространения уменьшается, что приводит к ошибкам в измерения дальности. В современных GPS приёмниках используют всевозможные алгоритмы устранения этих задержек.

Иногда возникают ошибки в ходе атомных часов и орбитах спутников, но они обычно незначительны и тщательно отслеживаются со станций слежения.

Другим источником ошибок является блокировка спутникового сигнала различными объектами и его переотражение.