UNIVERZITET U SARAJEVU
DIPLOMSKI RAD Upotreba GPS-a i GIS-a u ITS-uUNIVERZITET U
SARAJEVUFAKULTET ZA SAOBRAAJ I KOMUNIKACIJE - SARAJEVO
- D I P L O M S K I R A D -
UPOTREBA GPS-a i GIS-a U ITS-u
Mentor: Kandidat:Red. prof. dr Kemo Sokolija engi Emir
Sarajevo, oktobar 2008. godine
SADRAJ:
SAETAK4ABSTRACT41.UVOD52. CILJEVI I METODOLOGIJA IZRADE
RADA6
2.1. Ciljevi rada62.2. Metodologija rada73.GPS (SISTEM ZA
GLOBALNO POZICIONIRANJE)83.1. Uvod83.2. Openito o GPS
sistemu93.2.1. Svemirski segment93.2.2. Kontrolni segment133.2.3.
Korisniki segment143.3. GPS navigacijska poruka163.3.1.
Uvod163.3.2. Struktura navigacijske poruke163.4. Raunanje
pozicije203.4.1. Uvod203.4.2. Raunanje pozicije213.5. Koordinatni
sistemi273.5.1. Uvod273.5.2. Geoid273.5.3. Sferoid283.5.4. Svjetski
referentni elipsoid WGS-84293.6. DGPS (Diferential GPS)303.7. GPS
prijemnici344.GIS (GEOGRAFSKI INFORMACIONI SISTEM)354.1. Uvod354.2.
Definicija GIS-a364.3. Struktura GIS sistema374.4. Funkcioniranje
GIS-a394.4.1. Prikupljanje podataka405. ALGORITMI ODABIRA NAJKRAEG
PUTA445.1. Uvod445.2. Dijkstra algoritam446. KONKRETNI PRIMJERI
GPS-GIS SPREGE506.1. Fox Lite sistem za satelitsko praenje i
daljinski nadzor vozila506.2. Sistem PAUK516.3. Prirodne
katastrofe526.4. GPS u javnom prevozu546.5. GIS kao platforma za
upravljanje vanrednim situacijama557. ZAKLJUAK608. LITERATURA61
SAETAK
Ovaj rad tematski obrauje sistem za globalno pozicioniranje (GPS
- engl. Global Positioning System) i geografski informacioni sistem
(GIS - eng. Geographic Information System), kao dio inteligentnih
transportnih sistema (ITS engl. Intelligent Transportation
Systems).
Detaljno je opisan sistem za globalno pozicioniranje, njegov
historijski razvoj, struktura i funkcionisanje. Takoer, u radu je
detaljno opisan geografski informacioni sistem, njegov historijski
razvoj, struktura, funkcioniranje, nain prikupljanja podataka.
Takoer rad obuhvata i nekoliko primjera konkretne sprege
GPS-GIS.
ABSTRACT
This study thematicly involve Global Positioning System (GPS)
and Geographic Information System (GIS), as a part of Intelligent
Transportation Systems.
Study in detaile describes Global Positioning System (GPS), its
historical evolution, structure and functioning. Study also
describes Geographic Information System (GIS), its historical
evolution, structure, functioning and the way it collects data.
Also this study displays a few samples of GPS-GIS bracing.1.
UVOD
Navigacija je definirana kao nauka koja prouava kako to tanije
dovesti osobu od jednog mjesta do drugog.
Ljudi su oduvijek pokuavali odrediti svoju poziciju u prostoru i
vremenu obiljeavajui krajolik, mjerei vrijeme, crtajui geografske
karte. No u nekim sluajevima kada je potrebno poznavati taan poloaj
ili destinaciju klasine metode zakazuju.
Razvojem informatike i nastankom informacijskog drutva dolazi do
pada cijena informatike opreme na tritu. Potrebe korisnika rastu i
javlja se potreba za to veim brojem informacija. Takoer se
zahtijeva i to bri, taniji i kvalitetniji prijenos tih
informacija.
Razvojem inteligentnih transportnih sistema (ITS eng.
Intelligent Transportation Systems) uveliko se olakava i unapreuje
obavljanje svakodnevnih poslova i obaveza. Tako se u okviru ITS
poinje razvijati i sistem za navigaciju.
Sistem za navigaciju implementira hardware i software koji je
podran od strane dva sistema i to :
GPS sistem (GPS - engl. Global Positioning System),
Glonas-Sistem Rusije za pozicioniranje ili Galileo-Evropski sistem
pozicioniranja. GIS sistem (GIS - engl. Geographic Information
System)
Sistem za globalno pozicioniranje (GPS) nam prua informacije o
trenutnom poloaju i to kao koordinat u odgovarajuem koordinatnom
sistemu. U elji da to preciznije odredimo udaljenost koristimo se
radio valovima. Podatke, dobivene GPS sistemom, dalje procesuira
Geografski informacioni sistem (GIS), te pomou software-skih
aplikacija i unaprijed unesenih digitalnih mapa, korisniku predoava
informaciju trenutnog poloaja. Ova informacija nadalje moe biti
veoma korisna kod putnika koji se nalaze u nepoznatoj oblasti i
informacije koje dobiva od spregnuog sistema GPS-GIS mogu biti
korisne za nastavak putovanja ili samog odabira eljene putanje.
2. CILJEVI I METODOLOGIJA IZRADE RADA
2.1. Ciljevi rada
Cilj ovog diplomskog rada jeste prikaz primjene Sistema za
globalno pozicioniranje i Geografskog informacionog sistema, te da
se ukae na brojne prednosti koje se ostvaruju njihovom primjenom
tj. da se shvati vanost ove problematike. Prednosti primjene GPS-a
i GIS-a su viestruke, kao na primjer poveanje sigurnosti,
mobilnosti i produktivnosti, izbjegavanje moguih zastoja, smanjenje
vremena putovanja, potronje energije i zagaenja okoline, te
poboljanje ukupnog saobraajnog sistema, itd.
U svrhu to uspjenijeg ostvarenja navedenih ciljeva, diplomski
rad je podjeljen na sedam poglavlja i to:
1. Uvod,2. Ciljevi i metodologija izrade rada,3. GPS (Sistem za
globalno pozicioniranje),4. GIS (Geografski informacioni sistem),5.
Algoritam odabira najkraeg puta,6. Konkretni primjeri GPS-GIS
sprege,7. Zakljuak.
Tree poglavlje detaljno opisuje GPS (Sistem za globalno
pozicioniranje) i njegove segmente. Detaljno je opisan princip rada
GPS prijemnika, koordinatni sistemi, tanost GPS sistema, sa osvrtom
na DGPS (eng. Diferential GPS).
etvrto poglavlje detaljno opisuje GIS (Geografski informacioni
sistem). Detaljno je opisana struktura GIS sistema, njegovo
funkcioniranje, te tipovi podataka sa kojima operira GIS i metode
obrade istih.
Peto poglavlje opisuje algoritam za odabir najkraeg puta, na
konkretnom primjeru. U ovom poglavlju je opisan Dijkstra algoritam
koji se dosta koristi kod rada putnih navigatora.
esto poglavlje opisuje konkretne primjere GPS-GIS sprege.
2.2. Metodologija rada
Najkraa definicija "metodologije" (grki "methodos+logos"=rije,
govor ili nauka o metodama naunog istraivanja) je da je to nauka o
metodama naunog istraivanja. U irem smislu metodologija je nauka o
cjelokupnosti svih oblika i naina istraivanja pomou kojih se dolazi
do sistemskog i objektivnog naunog znanja ili metodologija je nauna
disciplina u kojoj se kritiki ispituju i eksplicitno izlau razliite
opte i posebne naune metode.
U ovom diplomskom radu, da bi se postigli postavljeni ciljevi
kao i to efektivniji rezultati koji se dobiju povezivanjem i
odgovarajuom kombinacijom vie naunih metoda, koritene su sljedee
vrste nauih metoda, i to:
1. Metoda deskripcije;2. Komparativna metoda;3. Metoda
analize;4. Metoda sinteze;5. Statistika metoda;6. Grafika
metoda.
Metoda deskripcije definie se kao postupak jednostavnog
opisivanja ili ocrtavanja injenica, procesa i predmeta, te njihovih
empirijskih potvrivanja odnosa i veza, ali bez naunog tumaenja
objanjavanja. Ova metoda je koritena u svim poglavljima diplomskog
rada.
Komparativna metoda, koja podrazumijeva usporeivanje istih ili
slinih injenica, pojava, procesa i odnosa, utvruje njihove slinosti
u ponaanju i intenzitetu, kao i razlike meu njima, koritena je
estom poglavlju ovog diplomskog rada prilikom razliitih vrsta
poreenja.
Metoda analize je postupak naunog istraivanja i objanjavanja
stvarnosti putem ralanjivanja sloenih misaonih tvorevina (pojmova,
sudova i zakljuaka) na njihove jednostavnije sastavne dijelove i
elemente i izuavanje svakog dijela (elementa) za sebe i u odnosu na
druge dijelove i cjeline. Metoda analize je bila neophodan element
obrade svakog poglavlja.
Metoda sinteze je postupak znanstvenog istraivanja i objanjenja
stvarnosti putem spajanja, sastavljanja jednostavnih misaonih
tvorevina u sloene, i jo sloenije, povezujui izluene elemente,
pojave, procese i odnose u jedinstvenu cjelinu, u kojoj su njeni
dijelovi uzajamno povezani. Metoda sinteze je koritena prilikom
izvoenja zakljuka.
3. GPS (SISTEM ZA GLOBALNO POZICIONIRANJE)
3.1. Uvod
U ranim 60-tima amerika vlada, vojska, NASA (engl. - National
Aeronautics and Space Administration) i DOT (engl. - Department of
Transport) bili su zainteresirani za razvoj satelitskog sistema
navigacije. Postavili su zahtjeve na:
Pokrivenost Zemlje, Kontinuirani rad (u svim vremenskim
uslovima), Mogunost posluivanja visoko-dinamikih platforma, Visoku
pouzdanost i tanost.
Kada se sistem razvio 1964 godine jedva je bio primjenjiv na
nisko-dinaminim platformama. Zbog toga je razmotrena nova ideja
koja se javila na Johns Hopkins Univercity Aplied Physics
Laboratory i ispitana u NRL-u (engl. - Navala Research Laboratory).
Izvedeni su eksperimenti sa visoko stabilnim ureajima za mjerenje
vremena u svrhu postizanja vremenski preciznog transfera. Program
je predstavljen kao TIMATION. Izvrene su odreene modifikacije na
Timation satelitima da bi omoguili dvodimenzionalno odreivanje
poloaja. Time je deklarirano satelit - korisnik mjerenje
udaljenosti (satelite to user ranging).
U isto vrijeme dok su se vrile izmjene na Transmit sistemu zvane
Timation zrane snage konceptualizirale su sistem sateliskog
pozicioniranja pod imenom System 612B. Predvieno je da sistem
satelita 612B bude u enkliptici pod uglom od 0, 30 i 60. Ispitane
su brojne varijante satelita i konfiguracije njihovih putanji.
Predloena je pseudosluajna modulacija umom (engl. - PRN
Pseudorandom Noise) za mjerenje udaljenosti sa digitalnim signalom.
Sistem 612B omoguio je trodimenzionalnu pokrivenost i kontinuiranu
uslugu. Sistem je koriten u navigaciji raketa i vojnih aviona.
Vojska je i dalje istraivala razliite metode odreivanja udaljenosti
(Doppler-ov efekt, odreivanje ugla i faze signala..) i zakljuila da
je PRN-metoda najprihvatljivija.
1969 godine ured sekretara odbrane (engl. - Office of the
Secretary of Defence) OSD osnovao je DNSS (engl. - Defence
Navigation Satellite System) da udrui odvojene vojne urede u jednu
cjelinu. Ubrzo nakon toga formiran je i NAVSTAR GPS program koji
kontinuirano nadgleda i konrtolira razvoj GPS-a, satelitske opreme
i vojnih prijemnika. Kasnije je program promijenio ime u GPS.
3.2. Openito o GPS sistemu
GPS je radionavigacijski sistem koji omoguava korisnicima na
kopnu, moru i u zraku odreivanje tanog poloaja, brzine i vremena 24
sata dnevno, u svim vremenskim uvjetima, bilo gdje na svijetu.
Sistem se sastoji od tri dijela: svemirskog, kontrolnog i
korisnikog (slika 3.1.).
Slika 3.1. Dijelovi GPS sistema
3.2.1. Svemirski segment
Svemirski segment ine 28 satelita koji orbitiraju na visini od
20200km iznad povrine Zemlje koji odailju RF (engl. radio
frequency) digitalnu poruku u kojoj su podaci o tanom vremenu i
poloaju satelita (engl. ranging codes i navigation data message).
Oni dva puta dnevno opisuju svoju orbitu (gledano sa Zemlje uvijek
opisuju istu putanju i svakih 11 sati i 58 minuta nalaze se na
istom mjestu). Usljed rotacije Zemlje, satelit e biti na svojoj
inicijalnoj startnoj poziciji nakon priblino 24 sata (tanije 23
sata i 56 minuta).
Sateliti su rasporeeni u 6 orbitalnih ravnina, na svakoj po 4
satelita (slika 3.2.) s inklinacijom od 55, tako da uz ist pogled k
nebu tipino ima 8 do 12 istovremeno vidljivih satelita, a minimalno
5. Od toga 4 imaju dobar geometrijski razmjetaj za izraun poloaja,
odnosno PDOP
