Віктор ПАНЬКІВ
У старих моделях GPS-навігаторів використовувалися карти лише
векторних форматів, і тільки недавно з'явилася можливість
закачування і використання карт растрового формату, що
значно полегшує життя користувача.
До ак відомо, без карти туристичний GPS-навігатор - марна річ. Але і карта мапі ворожнечу. До виходу на ринок нових серій Garmin Dakota, Oregon і Colorado, а також лінійки Magellan Triton, GPS-пристрої мали можливість роботи тільки з картами, створеними в векторному форматі, а растровий залишався долею власників КПК, ноутбуків і смартфонів. Тепер же в нових моделях GPS-навігаторів можна використовувати растровий формат, що значно полегшує життя користувача.
Якщо власнику перших GPS-пристроїв за щастя було знати чисельне значення координат, скориставшись якими він знаходив на паперовій карті своє місце розташування, то сучасна техніка зробила крок далеко вперед, помістивши картографічну інформацію в приймач, полегшивши і зробивши максимально наочній роботу з навігаційними пристроями.
Сьогодні разом з кожним портативним навігатором компанія-виробник постачає певний набір карт або власного виробництва, або створених партнерами. Основний картою на всіх навігаторах є так звана Base, або Background Map. Це виконана у векторному форматі базова карта світу (або країни), на яку нанесені контури континентів, державні кордони і основні міста, а також їх назви. Додатково можуть бути відображені деталі рельєфу (як правило, затінені). Приклад подібної карти зображений на рис. 1. Базова карта служить основою, на яку можна накласти більш докладні карти.
Для GPS-навігаторів різних виробників існує по кілька видів базових карт для різних застосувань. В основному із загального числа виділяються карти морського застосування, наприклад, Mapsend Blue Nav Charts для Magellan. На такі карти нанесена інформація про деталі морського дна, припливах, маяках і причалах.
Базова карта країни містить куди більше інформації, ніж базова карта світу. Наприклад, на базовій карті України для Magellan серії Triton можна знайти автомобільні дороги, річки і озера (рис. 2).
Крім базових карт, покупцеві доступні також деталізовані карти, виконані в меншому масштабі і містять набагато більше інформації. До таких картах додається база для пошуку об'єктів по їх характеристикам (будинків і вулиць за назвами і номерами). Прикладом карти, створеної для українських користувачів, може служити карта доріг України «НавЛюкс-2010», розроблена компаніями «Навионика» і «Луксена Софт» для навігаторів Garmin (рис. 3).
Різновидів детальних карт в залежності від застосування досить багато. Це можуть бути, знову-таки, карти морського примі нения, як, наприклад, BlueChart g2 для Garmin, що вийшла в 2009 році. На цій карті, створеної в результаті обробки супутникових знімків, відображені глибини і лоції, причали. Або, наприклад, карти для лижників - Mountain Dynamics SnowRanger Europe, для користувачів як Garmin, так і Magellan.
Природно, подібні картки не дістаються власнику GPS- навігатора безкоштовно. У зависи мости від ступеня деталізації і функціональності карти мають різну вартість, яка може досягати декількох сотень доларів.
Карти векторні і растрові
Векторний формат уявлення карт в силу своїх властивостей має, безсумнівно, цілий ряд переваг перед растрових. Мається на увазі не стільки масштабованість зображення, скільки можливість присвоєння різним об'єктам певних характеристик (координати, назви, інші параметри), а також можливість пошуку об'єктів за заданими характеристиками і прокладки маршруту.
Все це недоступно при використанні растрових карт. Більш того, піксельность зображення означає обмеженість збільшення масштабу при перегляді зображення і, здавалося б, інформативності. Але, тим не менш, можливість «заливки» растрових карт стала для багатьох користувачів дуже серйозним аргументом при покупці портативних GPS-пристроїв.
Вся справа в тому, що створення докладних векторних карт місцевості - завдання дуже і дуже трудомістка. Тому в першу чергу зусилля компаній, що пропонують навігаційні послуги, спрямовані на заповнення інформаційних прогалин в картах найбільш відвідуваних районів, а також регіонів, де спостерігається підвищений попит на GPS-навігатори. Для України, наприклад, це Київська та Одеська області, Карпати, акваторія Дніпра, а також АРК (рис. 4). Найбільш деталізованими виконані карти обласних центрів і деяких міст. Вся решта території залишається білою плямою, з хіба що населеними пунктами і основними дорогами. Для Росії справа йде куди гірше (в зв'язку з просторістю території цієї країни). Зовсім інша річ у ЄС. Деякі країни мають докладні карти всіх міст з населенням від ста тисяч.
Але, як відомо, справжні шукачі пригод не шукають легких шляхів. Географія подорожей - весь світ, і часом доля закидає туристів в куточки, де без докладної топографічної карти або GPS-навігатора людина потрапляє у скрутну ситуацію, часто з ризиком для життя. Навіть коли ви відправляєтеся в незнайому місцевість недалеко від будинку (кілометрів 300-400), завжди хочеться мати під рукою саму достовірну інформацію. Тим більше що з ноутбуком або КПК не дуже-то далеко і зайдеш. І справа тут не стільки в проблемі елементів живлення, скільки в чутливості приладів до погодних умов, а вологозахищені КПК - недешеве задоволення. Тому для далекої подорожі завжди хочеться мати GPS-навігатор.
Існуючий дефіцит векторних карт для портативних GPS-пристроїв породив серед найзатятіших фанатів протягом по створенню саморобних векторних карт. А також по злому вже створених векторних карт і написання безлічі програм для їх редагування. Вся справа в тому, що у кожного виробника існує власний формат, в якому і зберігається картографічна інформація (для захисту авторських прав, а також підтримки попиту на свою продукцію), що дуже ускладнює обмін інформацією між користувачами сервісу GPS.
Всі перераховані вище тенденції стали приводом для забезпечення можливості роботи з растровими картами саме в портативних GPS-навігаторах, оскільки в світі накопичився значний запас топографічних карт, в тому числі і військових, що містять досить докладні відомості про більшу частину території нашої планети. А що ще може бути цінніше для туриста! І це не рахуючи з'явився порівняно недавно сервісу Google Earth, який, по суті, і став поштовхом до розробки навігаційних програм, які працюють з растровими картами. Адже інформація у всіх перерахованих випадках оцифровується тільки в растрових форматах.
Крім того, переклад растрової карти в векторний формат на даний момент настільки трудомістка операція, що ні одна розумна людина в поодинці не стане цим займатися, а більшість навігаційних програм, які працюють з растром, мають в своєму арсеналі набір засобів, що дозволяє зробити з будь-якої паперової карти електронну.
Датум, геоид та інші страшні слова
Будь-яке зображення, в тому числі і паперові карти, можна відсканувати або сфотографувати і завантажити в комп'ютер, після чого відредагувати на свій розсуд. Але використання растрової карти, отриманої шляхом сканування зображення, не зводиться до простого запису файлу в пам'ять GPS-навігатора. До того ж у різних виробників способи роботи з растровими зображеннями істотно відрізняються.
Спільною рисою є тільки необхідність забезпечення відповідності між положенням окремих точок 1 зображення і системою географічних координат - так звана прив'язка або калібрування карти.
_________ _______________________________ _____________________
1 Тут спеціально вжито термін «точка», а не «піксель», оскільки при збільшенні розміру малих зображень відбувається так звана пикселизация. І те, що було точкою в маленькому зображенні, стане великим однорідно зафарбовані квадратом, який вже буде займати певну площу. До речі, з цієї ж причини існують рекомендації по використанню зображень з певним дозволом.
Калібрування дозволяє інтерпретувати положення на карті, виражене в пікселях в значення широти і довготи. На такій карті навігаційна програма зможе розрахувати координати будь-якої точки. Вона покаже потрібну ділянку карти, відзначить наше місце розташування, а також покаже потрібний напрямок і трек. Але, на жаль, не існує програм, які могли б працювати з растровими картами так само, як і з векторними. Наприклад, знайти будинок за адресою або прокласти маршрут за вказаними даними. Тобто робота з растровою картою в GPS-навігаторі відрізняється тим, що ви хоча б не тягаєте з собою купу паперових карт і автоматично знаходите своє місце розташування. Але не все так просто, як здається.
Справа в тому, що карти земної поверхні - це завжди проекція частини поверхні референц-еліпсоїда 2 на плоску поверхню аркуша карти. І способів здійснення такої проекції (датум 3) існує величезна безліч. Політичну карту світу зображують у прямокутній системі координат (так званої проекції Меркатора), де меридіани і паралелі прямі, але території біля полюсів розтягнуті на всю ширину. Карту України малюють в конічної проекції з паралелями - дугами великого радіусу кривизни і розходяться віялом меридіанами.
________ ________________________________ ______________________
2 Р Референц-еліпсоїд - тіло, наближено повторює форму геоїда, тобто. Е. Геометричного тіла, що має форму Землі (а точніше - форму невозмущенного притяганням Місяця світового океану, поверхня якого в усіх точках перпендикулярна напрямку сили тяжіння). х п ерпендікулярна напрямку сили тяжіння).
3 Д Д Атум - набір параметрів, використовуваних для зміщення і трансформації референц-еліпсоїда (наближення форми геоїда) в локальні географічні координати.
Самим використовуваним на даний момент є WGS84. Цей спосіб використовується в базових картах векторних форматів всіх GPS-навігаторів, а також в Google Earth. До слова, в російської навігаційної системи ГЛОНАСС використовується дещо інша система - ПЗ-90.02 (параметри Землі 1990 року, уточнені станом на 1 січня 2002 року), що є, по суті, державної геоцентричної системою координат. Тому навігатори, призначені для роботи як з GPS, так і з ГЛОНАСС, ймовірно матимуть різні набори карт або програму перетворення. А ось найпопулярніші у нас растрові т.зв. «Генштабівські» карти створені в системі координат Пулково-1942.
Тому прив'язка растрових карт не позбавлена підводних каменів. Оскільки при складанні паперових карт в різних країнах використовують різні системи координат, то місце розташування, виражене одними і тими ж цифрами в різних системах, можуть відрізнятися на місцевості на кілька сотень метрів. При використанні карт, виконаних в датум, відмінному від використовуваного в приймальнику, завжди існують певні труднощі у встановленні однозначної відповідності розташування. Навігатор буде показувати коректно лише місце розташування точок, за якими здійснювалася калібрування, для інших же буде спостерігатися або постійний зсув (в кращому випадку), або «розповзання» координат. Між іншим, километровки «maid for Генштаб» не зовсім прямокутники. Якщо їх акуратно вирізати (паперові) і склеїти, то вийде опукла поверхня.
Таким чином, перш ніж встановлювати карту в навігатор, необхідно визначити, в якому датум вона виконана (як правило, карта містить таку інформацію). І лише після цього за допомогою спеціальних програм (які ми більш детально розглянемо нижче) привести зображення до нових координатах, після чого, власне, відкалібровану карту можна буде завантажувати в навігатор.
До речі, мінімальну калібрування карти можна зробити за допомогою двох точок, розташованих на протилежних краях зображення. Передбачається, що зображення карти лінійно і не містить спотворень (тобто системи координат збігаються).
Карти великих розмірів або карти, що мають деякі спотворення, зрушення, неточну орієнтацію на північ, можуть зажадати трьох і більше точок для калібрування. Значення координат точок калібрування можуть бути отримані дослідним шляхом, за допомогою вимірювання GPS-координат на місцевості або використанням координатної сітки, відображеної на вихідної паперовій карті. Якість отриманої растрової карти багато в чому залежить від процесу сканування оригіналу та подальшої калібрування. Чим точніше будуть проведені ці процедури і чим точніше будуть враховані всі особливості проекції оригінальної карти, тим якісніше буде отримана карта.
два шляхи
Способи роботи з растровими картами ми розглянемо на прикладі навігаторів двох провідних виробників Garmin і Thales Navigation, що випускають пристрої під брендами Garmin і Magellan відповідно. Першим пристроєм буде Dakota 20 від Garmin, а другим - Magellan Triton 1500.
Відразу ж потрібно сказати, що дані прилади відрізняються, перш за все, вимогами до завантажуваного зображення. Так, для Garmin Colorado і Oregon рекомендований дозвіл - 155 DPI, а для Garmin Dakota - 110 DPI. Також накладається обмеження на розміри зображення, яке зберігається в пам'яті у вигляді окремих фрагментів (тайлів). Розмір тайла повинен бути не більше 1024 × 1024 пікселів, а обсяг пам'яті, займаний картою - не більше 32 Мб. У навігаторах Magellan подібних обмежень немає.
Отже, почнемо з Garmin. Найпростішим способом заливки растрової карти в навігатори даного виробника є використання сервісу GoogleEarth. У цю програму можна завантажувати будь-яке зображення і, відрегулювати його прозорість (щоб крізь зображення проступали деталі карт Google), змінювати розміри і положення щодо супутникових знімків. Після суміщення деталей на карті (рис. 5), отримане зображення зберігається в форматі .kmz, який якраз сприймається Garmin. Збережено таким чином файл можна сміливо завантажувати в навігатор користуватися. Природно, системою координат, в якій виконана карта, повинна бути тільки WGS84. Це найпростіший з можливих способів калібрування - ручний.
Природно, якщо у користувача виникло бажання використовувати супутникові карти, то тут на допомогу прийде відома всім програма OziExplorer. Для виконання калібрування необхідно зафіксувати кілька точок на супутниковій карті (в програмі GoogleEarth). Дана програма може виконувати також і прив'язку «Генштабівська» карт. У ній міститься інструмент, що дозволяє, зафіксувавши кілька точок (мінімум три, але чим більше, тим краще), зробити калібрування. Точки можна вибирати не тільки по кутах карти (в «Генштабівська» картах вказані географічні координати кутів і однієї точки, десь в центрі карти), але і по кілометровим лініях. При цьому необхідно виставити точки і ввести всі дані вручну.
Важливою особливістю, яку слід врахувати при роботі з растровою картою в Garmin, є пріоритетність відображення карт. Для українського покупця в комплекті моделей нової лінійки поставляється базова карта світу або топографічна карта Європи (обидві в векторному форматі). До них українським дистриб'ютором «Навионика» додається згадана вище «НавЛюкс-2010». При завантаженні растрової карти остання буде відображатися разом з усіма векторними картами. Але якщо ви захочете завантажити в навігатор ще одну растрову карту - у вас нічого не вийде. Файлова система приладу влаштована таким чином, що завантажений файл отримує одне специфічне ім'я. Тому наступний файл завантаження може тільки замінити попередній. Таким чином, готуючись до подорожі, слід відразу підготувати карту потрібного вам району.
Робота з растровими картами в Magellan Triton дещо відрізняється від роботи в Garmin. Перш за все тим, що для калібрування і створення файлу (який має інше розширення - .map) знадобиться інша програма - TritonRMP, розроблена Михайлом Шароновим (на сайті цього фахівця можна знайти безліч утиліт для навігаторів Magellan). Після калібрування (рис. 6) карту з зазначеним вище розширенням можна завантажувати в навігатор.
Завантаження можна виконати двома способами. Перший дозволяє це зробити безпосередньо через картку пам'яті. Другий - через спеціальну програму VantagePoint, в якій можна також перевірити правильність калібрування, виконаної в Triton RMP. Справа в тому, що в даній програмі завантажена за замовчуванням базова векторна карта світу, аналогічна наявної в навігаторі. Все, що ви побачите на екрані свого ноутбука, побачите і на дисплеї навігатора.
Але, як и Garmin, Magellan спріймає только WGS84. Тому «Генштабівська» карта, відкалібрована в TritonRMP, при вікорістанні в навігаторі буде давати суттєву помилки в Розташування Якраз через Відмінності систем координат (что проявитися у виде Зсув треку). Для ліквідації «пулковського зміщення» та патенти використовуват програму OziExplorer. У цій програмі карту необхідно відкалібрувати в WGS84, після чого завантажити отриманий файл в TritonRMP і відкалібрувати з урахуванням перерахованих за допомогою спеціальних утиліт (наприклад, TatukGis Calculator) координат. Дана утиліта переводить координати одного датум в координати іншого. Таким чином, зміщення ліквідується.
Про використання карт GoogleEarth і писати нічого - повна гармонія. Зберігаємо зображення з вибраними точками (координати яких будуть використані для прив'язки). Завантажуємо в TritonRMP, калібруємо, користуємося. Ну що може бути краще? Єдиним недоліком такої карти буде відсутність топографічної інформації. Але і тут можна знайти вихід. Справа в тому, що Triton 1500 може відображати не тільки базову векторну, а й кілька растрових карт одночасно. Спочатку можна буде бачити топографічну карту, а при зменшенні масштабу - знімок з супутника.
У навігаторах Magellan Triton також є своя особливість в пріоритетності перегляду карт. У комплекті з навігатором користувач отримує базову карту світу і детальну. На кількість завантажуваних растрових карт обмежень немає, але переглядати їх можна або разом з базовою, або з детальною картою світу - третього не дано.
Таким чином, робота з растровими картами - не таке вже й складне на перший погляд заняття. Але обидва способи (завантаження через GoogleEarth і калібрування в програмах OziExplorer і TritonRMP) мають свої плюси і мінуси.
У першому випадку все робиться за допомогою максимально простих інструментів, але точність свідомо буде кульгати. Плюс до всього різні проекції супутникових знімків і відсканованих карт будуть давати розбіжність для великих територій. Таким чином, даний метод може бути використаний лише для порівняно невеликої ділянки місцевості, зображеного на карті.
Калібрування за допомогою утиліт більш надійний, але і більш трудомісткий спосіб, який вимагає певних навичок, адже необхідна висока точність суміщення точок, за якими буде проводитися прив'язка. Але зате результат очевидний, і навіть різні датум карт не перешкода.
Але в будь-якому випадку те, як «карта ляже», залежить тільки від «набитою» руки користувача.
Віктор ПАНЬКІВ,
Перекуємо мечі на орала!
В епоху СРСР карти масштабів 1:25 000 - 1: 100 000 призначалися для роботи командирів і штабів при організації, веденні бою і управління військами в бою. Вони найбільш широко використовувалися в якості робочих карт в тактичному ланці управління військами. За ним вивчали і оцінювали місцевість при підготовці і в ході бойових дій, визначали координати бойових позицій ракетних військ і артилерії, а також координати цілей, проводили вимірювання і розрахунки при проектуванні і будівництві військово-інженерних споруд та інших об'єктів. Але все це в минулому.
Зараз же ці карти, порядком вже застарілі, мають всю деталізовану і цінну для будь-якого туриста топографічну інформацію про місцевість. Випущені у вільний доступ і відскановані, вони відразу ж завоювали популярність серед користувачів сервісу GPS в нашій країні.
№ 3 (червень-липень) 2010