GPS v zariaďovaní lesov a lesníckej praxi

Ján Šimkovič

Potrebujete zistiť výmeru rúbaniska, vložiť do mapy nový chodník alebo vidieť zmenenú situáciu lesného detailu? Poznáte súradnice bodu, či lomových bodov parciel a chcete ich lokalizovať v teréne? Musíte ísť pre pomoc na transport strelenej zveri a chcete sa vrátiť na pôvodné miesto po pôvodnej trase bez zbytočného blúdenia? Skúste použiť GPS navigátor.

Ručné a modulárne GPS navigátory

Nebudeme sa zaoberať použitím drahých GPS prístrojov s presnosťou niekoľko centimetrov, ale všimneme si možnosti využitia lacných osobných navigátorov (5000–20 000 Kč). V zásade možno rozlíšiť dva základné typy GPS prijímačov:

- ručné GPS (prístroje nezávisle použiteľné) – GPS modul, ovládací program a displej v jednom (Garmin, Magellan);

- modulárne GPS (moduly závislé na inom zariadení), ktoré je potrebné spojiť s vreckovým počítačom alebo notebookom (HiCom, Pretec) - bluetooth modul, SD alebo CF modul.

Ručné prístroje sú odolnejšie voči poveternostným vplyvom; užívateľ je však obmedzený len na použitie máp dodávaných výrobcom GPS prijímača. Spojenie samostatného modulu a počítača je citlivejšie na vlhkosť a mráz, ale poskytuje možnosť všestrannejšieho využitia.

Ručné GPS

Zdrojom energie sú obvykle 2 tužkové batérie. Dĺžka výdrže závisí od toho, či je displej čiernobiely, alebo farebný. Rozmery prístroja sú vreckové a hmotnosť aj s baterkami je niekoľko desiatok gramov. Odoláva teplotám v rozpätí –15 až +70 oC. Výrobca zaručuje vodotesnosť do hĺbky 1 meter po dobu 30 minút. Všetky typy zisťujú a do pamäti ukladajú súradnice bodov v teréne, ich nadmorskú výšku a z týchto bodov vytvárajú trasy a cesty. Zaujímavá je možnosť vytvorenia orientačného bodu projekciou a zobrazenie vzdialenosti a azimutu vybraného orientačného bodu. Prístroj určuje priamo na displeji výmeru obídenej plochy. Pre poľovníkov a rybárov zistí vhodnosť času pre poľovačku a rybačku. Poskytuje možnosť určenia východu a západu slnka a mesiaca. Vyššie rady prístrojov majú integrovanú databázu miest, obcí alebo mapy cestnej siete či topologické mapy. Niektoré typy GPS navigátorov obsahujú aj nezávislý barometrický výškomer, ktorý možno použiť na predpovedanie lokálneho vývoja počasia.

Modulárne GPS

Jedná sa len o prijímač satelitného signálu, ktorý používa ovládací software a displej vreckového počítača. Signál prijímaný GPS modulom je spracovaný programom vreckového počítača. Takto je možné zisťovať polohu bodov a robiť všetky operácie uvedené u predošlého typu GPS. Táto kombinácia poskytuje väčšiu nezávislosť pri príprave máp, ich spracovaní a možnosť využívať aj iné programové vybavenie vreckového počítača. Zdrojom energie je batéria počítača pri CF a SD moduloch, prípadne samostatný zdroj pri bluetooth (bezkontaktných) moduloch. V- sklopné CF modely sú praktické na nosenie, používanie a cenovo výhodnejšie ako bluetooth moduly. Pri používaní v automobile je možné dokúpiť externú anténu na zlepšenie signálu.

Zisťovanie údajov v teréne a ich spracovanie

Ručný GPS

Pomocou ručného navigátora boli robené tieto merania:

- zistenie súradníc bodov v teréne;

- na základe súradníc bodov odčítaných na mape sa vytýčili body v teréne;

- od bodu v teréne sa vytýčil ďalší bod na základe vzdialenosti a azimutu;

- priblíženie (navigácia) k určenému bodu;

- určenie vzdialenosti od ľubovoľného bodu v teréne pomocou funkcie „navigácia“;

- pohyb vo vnútri dielca, ktorého hranice boli vnesené do prístroja vo forme bodov, a sledovanie pohybu na displeji prístroja vzhľadom k okrajom dielca;

- určenie výmery obídenej plochy priamo na displeji navigátora.

Konkrétne merania sa robili v nadmorskej výške 300–600 m na úpätí Malej Fatry. Body, ktorých súradnice boli zistené pomocou ručnej GPS, sa porovnali s bodmi súradnicovo umiestnenej vektorovej mapy. Bola použitá časť vektorovej mapy vyhotovenej fotogrametrickou reambuláciou. Všeobecne možno povedať, že bola dosiahnutá presnosť meraní 4–15 m vzhľadom na body vektorovej mapy (na otvorených priestranstvách, lúkach, hrebeňoch a okrajoch porastov 4–8 m). V poraste ihličnatom aj listnatom veku 30 až 100 rokov zakmenenia 0,7–1,0 bola presnosť 7–12 m, v dolinách potom 8–15 m. Presnosť indikuje ručný GPS prijímač priamo na displeji. V niektorých prípadoch bolo treba čakať dlhšie na vhodnú konštaláciu satelitov, aby bola dosiahnutá presnosť 7–15 m. Vo veľmi hlbokých skalnatých dolinách bola indikovaná presnosť viac ako 15 m. Výrobca udáva, že 95 % meraní dosiahne presnosť < 15 m a zostávajúcich 5 % má presnosť > 15 m.

Súradnice bodov zistené v teréne ručnou GPS sa prenesú do stolného počítača pomocou kábla cez USB alebo COM port. Body prenesené do stolného počítača sa importujú do príslušného GIS programu, kde ich možno spojiť do čiar alebo plôch. GPS prijímač určuje súradnice bodov v systéme WGS 84. Ponúka použitie aj iných súradnicových systémov, JTSK medzi nimi však nie je. Pretože sú naše vektorové lesnícke mapy vyhotovené v súradniciach JTSK, je potrebné urobiť konverziu medzi WGS 84 a JTSK. Na tento účel sa používa napríklad voľne šíriteľný počítačový program docenta Zdenka Hrdinu. Profesionálne GIS programy (TopoL – TopoL Software) urobia túto konverziu hromadne a automaticky načítaním súboru bodov alebo priamo z ručnej GPS.

V GIS programe je vhodné mať vytvorenú príslušnú mapu, v ktorej chceme zobraziť a spracovať body zistené ručným GPS navigátorom. Ak nie je k dispozícii vektorová mapa, je možné použiť skenovanú mapu, ktorá sa georektifikuje do súradníc WGS 84 alebo JTSK. V prvom prípade nie sú potrebné prepočty medzi WGS 84 a JTSK. Na vytvorenie a ďalšie spracovanie mapy na stolnom počítači možno použiť GIS program MapMaker (www.mapmaker.com), ktorý je v základnej verzii voľne šíriteľný (bezplatný). Program dovoľuje aj vektorovú editáciu bodov, čiar a plôch. Umožňuje aj zisťovanie vzdialenosti a plochy, čo sa dá využiť pre účely grafickej evidencie (LHE). Súradnice bodov zistené pomocou GPS prijímača sa vnesú do programu ich zadaním do príslušných editačných okien. Spojením týchto bodov v programe MapMaker možno kresliť do georeferencovanej mapy čiary alebo plochy. Opačným postupom je možné súradnice vybraných bodov v mape preniesť do GPS navigátora a lokalizovať ich v teréne.

Modulárny GPS

Spojenie modulárnej GPS s vreckovým počítačom ponúka možnosť použitia mapového podkladu priamo vo vreckovom počítači spolu s GPS. Mapa sa pripraví na stolnom počítači v príslušnom programe pre prácu s rastrovými mapami (MapsGo, Ozi Explorer, FUGAWI...). Tieto typy programov majú desktop verziu (príprava a použitie) a pocket verziu (použitie). Vo vreckovom počítači sa pracuje hlavne s rastrovým formátom mapy (*.bmp) s príslušným farebným rozsahom zodpovedajúcim vreckovému počítaču

(8 bit, 256 alebo 16 farieb). Raster musí byť pripravený v súradniciach WGS 84. V stolnom počítači sa urobí kalibrácia rastru na dva body, alebo priamo z kalibračného súboru *.bpw, ktorý vytvára väčšina GIS programov. Obrazový raster a príslušný kalibračný súbor (v závislosti od použitého programu) sa nakopírujú do vreckového počítača. Automatický posun mapy a interaktívnu prácu s polohovými súradnicami zabezpečuje príslušný program vreckového počítača v spolupráci s GPS modulom, ktorý zabezpečuje neustále zisťovanie pozície. Takto je možné pracovať s vektorovými vrstvami bodov a s čiarami vizuálne priamo nad mapou vo vreckovom počítači. Aktuálna poloha je zobrazená priamo v mape. Niektoré programy (ArcPad - ESRI) umožňujú súčasne prácu s vektorovými (bod, čiara, plocha) aj rastrovými (letecká snímka, obrázok) mapovými podkladmi. Cena týchto programov je však podstatne vyššia.

Presnosť 10 metrov na mape v mierke 1:10 000 predstavuje rozdiel ± 1 mm.

Presnosť meranie

Presnosť v polohe u obidvoch vyššie uvedených základných typov je 3 až 15 metrov v závislosti od výhľadu na oblohu. Presnosť v určení nadmorskej výšky je ± 20 m. Pri viditeľnosti 6 satelitov vo vhodnom postavení alebo pri použití priemerovania sa polohová presnosť pohybuje od 3–5 metrov. V mieste so slabým signálom je možné presnosť zvýšiť kombináciou určenia súradníc bodu na mieste s vyššou presnosťou pomocou GPS a terestrickým domeraním od tohto bodu. Pri použití systému EGNOS (WASS), ktorý väčšina GPS prijímačov obsahuje, je možné dosiahnuť strednú polohovú chybu 1–3 m. Použitie systému EGNOS je však náročnejšie na čas (dlhšia doba ustálenia navigátora) a vyžaduje nerušený výhľad na oblohu.

Kombinácia GPS prijímača a GIS programu ponúka nové možnosti pri orientácii v lesnom teréne, pri tvorbe máp a ich následnom praktickom použití.

Adresa autora:

Ing. Ján Šimkovič,

Lesotaxácia, s. r. o., Žilina

E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.

GPS - globálny polohový systém

GPS je sústava 24 satelitov obiehajúcich 2krát za deň okolo Zeme po presnej dráhe. Tieto satelity vysielajú údaje, ktoré prijímajú prístroje GPS na Zemi. Na základe prijatého signálu je prístroj GPS schopný vypočítať svoju polohu na Zemi. Pre výpočet polohy je nutný príjem z minimálne troch družíc. Pre výpočet polohy aj s výškou je potrebný signál zo štyroch družíc. Vzdialenosť medzi družicou a prijímačom sa vypočíta na základe merania časového rozdielu medzi okamžikom vyslania signálu družicou a okamžikom príjmu signálu GPS navigátorom. S pomocou znalosti minimálne troch vzdialeností medzi prijímačom a družicou a so znalosťou polohy družice v okamihu vyslania signálu je možné určiť polohu prijímača na Zemi.