Pathfinder Anwendung der PDV 2006 Projekt: Navigation mit GPS (PDA) ROBERT PINEKER, MATTHIAS...

PathfinderAnwendung der PDV 2006 Projekt: Navigation mit GPS (PDA)

ROBERT PINEKER, MATTHIAS SCHMELZER, MARTIN ROBERT PINEKER, MATTHIAS SCHMELZER, MARTIN ZURKOWSKIZURKOWSKI

http://fh-web1.informatik.fh-wiesbaden.de/go.cfm/fb/0/sprachid/2.html

ROBERT PINEKER, MARTIN ZURKOWSKIROBERT PINEKER, MARTIN ZURKOWSKI ROBERT PINEKER, MATTHIAS SCHMELZER, MARTIN ROBERT PINEKER, MATTHIAS SCHMELZER, MARTIN ZURKOWSKIZURKOWSKI

Einführung



Einführung• Worum geht es in dem Projekt?

- Per GPS auf einem Satellitenbild Positionsdaten anzeigen

• Zielsetzung

- Schreiben einer Applikation für einen PDA



Ein kleiner Rückblick

- GPS-System ist ein Satelliten gestütztes Navigationssystem

- Es werden mindest. 4 Satelliten für genaue Positionsbestimmung inklusive Höhe benötigt

- GPS sieht mind. 24 Satelitten auf 6 Umlaufbahnen vor



NMEA0183 Standard

$GPRMC,191410,A,4735.5634,N,00739.3538,E,0.0,0.0,181102,0.4,E,A*19$GPGGA,191410,4735.5634,N,00739.3538,E,1,04,4.4,351.5,M,48.0,M,,*45$GPVTG,0.0,T,359.6,M,0.0,N,0.0,K*47

- verschiedene übertragbare Datenformate beginnend mit $

- 2 Zeichen Senderkennung z.B. GP (GPS)

- 3 Zeichen lange Satzkennung z.B. RMC

- durch Komma getrennte Datensätze

- Prüfsumme z.B. *19


NMEA0183 Standard• recommended minimum navigation information

$GPRMC,191410,A,4735.5634,N,00739.3538,E,0.0,0.0,181102,0.4,E,A*19

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 = Zeit (UTC)2 = Status

(A=OK,V=Warnung)3 = Breitengrad4 = N oder S5 = Längengrad6 = E oder W7 = Geschwindigkeit in Knoten

8 = Richtung in Grad9 = Datum10 = Magnetische Abweichung11 = E oder W12 = Checksumme


NMEA0183 Standard• Global Positioning System Fix Data

$GPGGA,191410,4735.5634,N,00739.3538,E,1,04,4.4,351.5,M,48.0,M,,*45

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1 = Zeit (UTC)2 = Breitengrad3 = N oder S4 = Längengrad5 = E oder W6 = Qualität der

Messung7 = Anzahl erfasster

Satelliten

8 = Genauigkeit9 = Höhe über Meer10 = in Metern11 = Höhe Geoid minus Höhe Ellipsoid

(WGS48)11 = in Metern12 = 13 = Checksumme


NMEA0183 Standard• Bewegungsgeschwindigkeit und Richtung

$GPVTG,0.0,T,359.6,M,0.0,N,0.0,K*47 1 2 3 4 5 6 7 8

1 = Kurs

2 = Kursangabe in

Winkel

3 = Kursangabe

magnetisch

4 = Angabe des Kurses

relativ zum Nordpol

5 = horiz. Geschwidigkeit6 = Geschwindigkeit in

Knoten7 = horiz.Geschwindigkeit in (Km/h)8 = Geschwindigkeit in

Km/h9 = Checksumme


Kartenprojektion

• Oberfläche der Erde auf 2D-Fläche abbilden

- 3 wichtige Anforderungen

- Winkeltreu

- Flächentreu

- Längentreu

• Kegelprojektion


Quelle:http://www.olanis.de/knowhow/mapprj/mapprj4.shtml

Kartenprojektion


• Zylinderprojektionen


Quelle:http://www.olanis.de/knowhow/mapprj/mapprj4.shtml

Kartenprojektion



Quellen:

• Google Earth

• Google Maps

• Yahoo Maps

• KlickTel

Kartenmaterial



yahoo

KlickTel

Kartenmaterial


Hybriddarstellung

• Google Maps

Satellitenphoto

Kartenmaterial


Pathfinder Projektmodule

Pathfinder GPS

Pathfinder Webservice



Pathfinder Webservice



Pathfinder WebserviceWelche Quellen kommen in Frage ?

• nach den Vergleichen von kostenlosen Möglichkeiten blieben:

- Google Earth

und

- Google Map



Pathfinder WebserviceGoogle Earth

Vorteile:

• ganze Welt verfügbar

• hoch aufgelöste Satellitenkarten in bestimmten Gebieten

• interaktive Steuerung der Karten

• viele vorhandene POI’s

• eigene POI’s können erstellt werden




Nachteile:

• das Standalone-Programm muss instaliert werden

• verbraucht PC-Ressourcen

• schnelle Internetanbindung notwendig

• nur Satelliten und Hybridkarten




Nachteile:

• Karten können nicht gespeichert werden

• keinerlei weiterer Nutzung der Karten offline

• für unser Projekt nicht relevant



Pathfinder WebserviceGoogle Map

Vorteile:

• auch hier die ganze Welt verfügbar

• auch hoch aufgelöste Satellitenkarten in bestimmten Gebieten (USA, Grosstädte)

• Karten bestehen aus Kacheln (256x256 Pixel )

• die Karten sind online überall verfügbar




Vorteile:

• die Maps können auf eigener Seite eingebunden werden ( javascript muss aktiviert werden)

• einfacher Zugriff über beliebigen Browser

• eigene Funktionalität kann über die Google-Api erweitert werden




Vorteile:

• Karten im Vergleich zu anderen Anbietern in bessere Qualität

• drei Karten-Modi:

- Satellitenkarte- Straßenkarte- Hybridkarte (Satellitenkarte mit transparenten Straßenoverlay)

• alle drei für unser Projekt relevant




Nachteile:

• Karten sind online, können aber auch nicht gespeichert werden

• keine Möglichkeit der Übertragung auf den PDA

• bei Speicherung der Webseite, keine Zuordnung der einzelnen Kacheln zu Koordinaten möglich

• Dennoch unsere Wahl



Pathfinder Webservice•Aufbau der Google Map Karten

• die Karten sind als Kacheln der Größe (256x256) Pixel aufgeteilt

• diese werden von Google in der Mercator-Projektion verwendet

• für jeden Modus gibt es unterschiedliche Formatierungen der Karten - Straßenkarten werden in einem x, y Koordinatensystem, abhängig von der Zoomstufe dargestellt - Satellitenkarten werden in einem viergeteilten System dargestellt



Pathfinder WebserviceDie Straßenkarten

• es gibt insgesamt 18 Zoomstufen (von 0 bis 17), wobei bei der Stufe 0 die komplette Welt zu sehen

http://mt0.google.com/mt?v=ap.6&x=0&y=0&zoom=17

• der Zoomparameter am Ende des Links ist in Wirklichkeit der Zoomlevel



Pathfinder Webservice•Die Straßenkarten

• die Anzahl der Kacheln verdoppelt sich mit der Reduzierung der Zoomstufe

• dabei ist die Anzahl der Kacheln immer nach der Formel : anzKacheln = 1 << maxZoom – aktZoom anzKacheln = 1 << 17 -16

anzKacheln = 2

• Mathematisch



Pathfinder Webservice•Die Satellitenkarten

• hier gibt es auch 17 Zoomstufen

• in einigen Gebieten mit hochaufgelösten Bildern (Mainz) sogar 19 Zoomstufen

• diese korrespondieren aber nicht mit den Straßenkarten, die einen max. Zoom von 17 haben

• bei dieser Darstellung ergibt sich die Zoomstufe aus der Anzahl der Parameter (Buchstaben q,r,s,t)



Pathfinder WebserviceDie Satellitenkarten

• die Weltkarte beim kleinsten Zoom

http://kh.google.com/kh?v=6&t=t

• hierbei ist der Zoomlevel 0 und Zoomstufe 17



Pathfinder WebserviceDie Satellitenkarten

• die Anzahl der Kacheln verdoppelt sich mit der Länge des Strings

• der String für die Kachel von Amerika ist jetzt :

http://kh.google.com/kh?v=6&t=tq



Pathfinder Webservice•Die Hybridkarten

• bei den Hybridkarten handelt es sich um eine Zusammensetzung von den Satellitenkarten (sind als jpeg vorhanden) und den Straßenkarten (als transparente png‘s)

• Aufruf der transparenten Straßenkarte erfolgt äquivalent zu der normalen Straßenkarte, mit einem geänderten Anfrageparameter

• wie schon erwähnt, ist das „übereinander“ Legen nur bis zum Zoomlevel 17 möglich



Pathfinder Webservice- Straßenkarte -Hybridkarte http://mt0.google.com/mt?v=w2t.5&x=34230&y=22232&zoom=1 http://mt0.google.com/mt?v=ap.6&x=34230&y=22232&zoom=1

- Satellitenkarte http://kh.google.com/kh?v=6&t=trtqtqstrstrstrrq



Pathfinder WebserviceDie Hybridkarten

• Das Ergebnis: für die Koordinate 49.978163076326524 | 8.033065795898438



Pathfinder WebserviceReverse Engineering

• Um die einzelnen Kacheln von Google zu laden und speichern, brauchen wir die x, y, zoom Parameter

• was wir haben sind Längen- und Breitengrad eines Punktes

• eine Umrechnung ist notwendig

• bei Google wird zur Darstellung die Mercator-Projektion verwendet



Pathfinder Webservice•Reverse Engineering

• Ein Punkt auf der Erde besteht immer aus dem Breitengrad φ (lat) und einem Längengrad λ (lon)

• Umrechnung der Formel nach y und x, wobei λ0 der Längengrad das Zentrum der Karte ist

• als Ergebnis bekommen wir eine x, y Wert und die schon bereits bekannte Zoomstufe



Pathfinder Webservice•Kartenerzeugung

• für die Kartenerzeugung, benötigt:- Webserver mit- Apache- PHP

• wir berechnen die entsprechende, mittlere Kachel für gegebene Koordinate



Pathfinder Webservice•Kartenerzeugung

• berechnen 8 weitere Kacheln in der Nachbarschaft

• generieren ein neues Bild mit 9 Kacheln



Pathfinder WebserviceKartenerzeugung

• für die Erzeugung der Satellitenkarten brauchen wir einen anderen Ansatz• berechen eines gültigen Strings zu einen bestimmten Koordinate ( 49.978163076326524 | 8.033065795898438 ) Breite | Länge

• Ergebnis : „trt“ ->http://kh.google.com/kh?v=6&t=trt

• Berechnen der anderen Kacheln äquivalent zu der vorher, aber mit Versatz von +/- einer Kachel nach oben und unten

=> Coming soon !!!



Pathfinder GPS

“I am continually amazed by how little code is required to use atomic clocks in satellites 11,000 miles above my head.”

Jon Person, GeoFrameworks



Pathfinder GPS

• Zweiter Projektteil

• Client Lösung zum anzeigen der aktuellen Position auf der vom Webservice gelieferten Karte

• Implementation als Windows Mobile 2003 / 5.0 Anwendung



Pathfinder GPS

• Anwendungen unter WM 2003 / 5.0 basieren auf dem Microsoft Compact Framework

• Das Compact Framework ist eine Teilmenge des Desktop Frameworks von Microsoft und speziell für mobile Geräte ausgelegt

• Vorteile: komfortabel, schnelle Entwicklungszeit

• Nachteile: verwalteter Code, nicht maschinennah daher weniger performant



Pathfinder GPS

• Funktionsumfang der Anwendung 1:

- Auslesen des seriellen Ports

- Parsen der ausgelesenen NMEA Daten

- Visualisieren der NMEA Daten



Pathfinder GPS

• Funktionsumfang der Anwendung 2:

- Darstellen der vom Webservice bereitgestellten Karte

- Markieren der aktuellen GPS Position auf der Karte

- Periodisches Speichern der Positionsdaten zwecks Streckenerstellung

- Export der Streckendaten zwecks Visualisierung



Pathfinder GPS

• Aufbau der Anwendung 1:

- Modularer Aufbau unter Nutzung der Dynamic Link Library Technik

- Gliederung in 4 Module:

Benutzerinterface Serielle SchnittstelleNMEA ParserKartenschnittstelle



Pathfinder GPS

• Aufbau der Anwendung 2:

Externer Datenspeicher

Serielle Schittstellen steuerung

NMEA Daten Parser

Steuerungsmodul

Benutzeroberfläche

Kartendefinitionen

Kartendaten



Pathfinder GPS

• Mögliche Ergebnisse 1

Einstellungen Interface Entwurf



Pathfinder GPS


Einstellungen Karte



Pathfinder GPS


Sat Hybrid



Danke für ihre Aufmerksamkeit


Pathfinder Anwendung der PDV 2006 Projekt: Navigation mit GPS (PDA) ROBERT PINEKER, MATTHIAS...

Documents

Transcript of Pathfinder Anwendung der PDV 2006 Projekt: Navigation mit GPS (PDA) ROBERT PINEKER, MATTHIAS...