Ozi Explorer - georeferncje, "kalibracja" mapy rastrowej.      GPS Maniak - strona główna serwisu

Wstęp

   Niezależnie od tego, czy mapę rastrową mamy zamiar wgrać do odbiornika (jeżeli ten posiada taką możliwość) czy też chcemy ją wykorzystać w laptopie podczas projektowania tras i generowania waypointów, bądź wykorzystać ją jako podkład podczas wektoryzacji w programie GPS MapEdit - potrzebujemy mapę wpisaną w określony układ współrzędnych geodezyjnych. 
   Proces powiązania punktów (pikseli) pliku graficznego (np. jpg) jakim jest np. skan mapy ze współrzędnymi geodezyjnymi nazywamy nadaniem rastrowi georeferncji, potocznie zaś kalibracją rastra lub kalibracją mapy.
   Użytkownicy amatorskich odbiorników GPS, do kalibracji map używają najczęściej jednej z darmowych wersji programu OziExplorer. W procesie instalacji Oziego, z pojedynczego pliku setup uzyskujemy dwa niezależne programy: OziExplorer (DEMO) i OziTrial. Każdy z nich posiada uaktywnione odmienne funkcje. Nas ze względu na możliwość pełnej kalibracji - do dalszej pracy interesuje OziTrial. Uruchamiamy go i wczytujemy nasz plik *.jpg:

ozi_1.jpg (50722 bytes)

Mapy topograficzne  1:50 000  WZKart  w układzie Pułkowo 1942
    Mapy były bardzo popularne wśród użytkowników GPS - w zasadzie jako jedyne wówczas dostępne - pod koniec lat dziewięćdziesiątych i na początku lat dwutysięcznych. Obecnie ze względu na istnienie m.in. geoportalu ich znaczenie znacznie zmalało. Mapy są dostępne w czarno-białej wersji, które w zależności od stopnia kompresji (jakość rastra) znane są jako mapki wersji 3CD lub 15CD (czasem 20CD) . Przykładowy arkusz do kalibracji to n-33-142b
   Po wczytaniu pliku graficznego ustawiamy parametry kalibracji:

ozi_2.jpg (71996 bytes)
   Parametry Projection Setup należy przyjąć zgodnie z zaleceniami Tadeusza Syryjczyka:
parametr arkusze "33" arkusze "34"
Central Meridian 15° E 21° E
Scale factor 1,0000 1,0000
False Easting 3500000 4500000

 UWAGA 

  • Do katalogu (folderu) w którym mamy zainstalowanego Oziego można wgrać plik datums.dat  Wówczas w opcjach Map Datum na ostatniej pozycji pojawi się Pułkowo 1942 POL, które precyzyjniej opisuje datum niż Pułkowo 1942 (2).

ozi_4.jpg (24374 bytes)
   Następnie wprowadzamy po kolei parametry (długość i szerokość) dla 4-ech narożników mapy:

ozi_3.jpg (88581 bytes)
    Po wprowadzeniu współrzędnych dla 4-ech narożników (+ ewentualnie 5 punktu środkowego) mapkę zapisujemy. Od tej pory na naszą mapkę składają się dwa pliki: obraz bitowy: n-33-142b.jpg oraz plik konfiguracyjny: n-33-142b.map.

Mapy topograficzne  1:25 000  GGK z siatką kilometrową w układzie 1965
    Dane kartograficzne na mapach Głównego Geodety Kraju 1:25000, podobnie jak na opisanych wyżej mapach WZKart 1:50.000 niestety pochodzą z początku lat 80-tych.
   W celu ustalenia parametrów kalibracji (Projection Setup) mapę musimy przypisać do odpowiedniej strefy. Orientacyjny podział terenu Polski na strefy wygląda następująco:

ozi_5.jpg (22952 bytes)
   Dokładniejszą mapkę można znaleźć m.in. na stronie Tadeusza Syryjczyka. Po ustaleniu strefy (mapa użyta w przykładzie to arkusz 196_32 - w Bieszczadach, zatem strefa 1). wczytujemy plik graficzny i ustawiamy parametry kalibracji:

ozi_6.jpg (82379 bytes)
  "Pułkowo 1942 POL" pochodzi ze wspomnianego wcześniej pliku: datums.dat . Parametry Projection Setup zależą od strefy, do której przyporządkowaliśmy mapę. Opierając się na poradach T.Syryjczyka należy zastosować następujące parametry:
strefa 1 strefa 2 strefa 3 strefa 4 strefa 5
C. Meridian 21˘ 05.000' 21˘ 30.167' 17˘ 00.500' 16˘40.333' 18˘57.500
Scale Factor 0.9998000 0.9998000 0.9998000 0.9998000 0.9999830
False Easting +4637000 +4603000 +3501000 +3703000 +0237000
False Northing -0142346 -0067766 + 0060542 - 0098675 - 4700000
   Parametry 4-ech narożników mapy wprowadzamy w sposób następujący:

ozi_7.jpg (93658 bytes)
   Zwracam uwagę na zależność siatki kilometrowej na mapie z wprowadzonymi parametrami do User Gird.  Kilometry z siatki mapy powiększamy (w omawianym przykładzie) dla wartości Easting o 4000, a dla wartości Northing o 5000, a następnie te wartości wprowadzamy do user Gird, zamieniając kilometry na metry (dodając 3 zera).
   Przy ustaleniu prawidłowych wartości Easting i Northing można wykorzystać programik GODŁO do pobrania ze strony firmy CODER. (podziękowania za pomoc dla Szymona Witkowskiego)

Mapy topograficzne  1:50 000  i  1:10 000 GGK  w układzie PUWG-92
   Mapy wydane przez Głównego Geodetę Kraju w skali 1:50000 i 1:10000 w układzie PUWG-92 zawierają informacje topograficzne z roku 1998. Zatem należy je polecić wszystkim tym, którym zależy przede wszystkim na aktualności danych.  Po wczytaniu pliku graficznego ustawiamy parametry kalibracji:

ozi_8.jpg (104674 bytes)
    Pokazane wyżej parametry Projection Setup wynikają z zaleceń T.Syryjczyka
   Współrzędne (długość i szerokość) dla 4-ech narożników mapy:

ozi_9.jpg (122286 bytes)

Mapy topograficzne  1:50 000  z siatką UTM
   Najnowsze - przynajmniej w teorii - mapy topograficzne, wydawane zarówno przez GGK jak też przez Oddział Topograficzny Sztabu Generalnego posiadają siatkę UTM. Opis tych map jest następujący:

Nowy-02.jpg (24023 bytes)
  Tu parametry kalibracji wyglądają następująco:

Nowy-03.jpg (89166 bytes)
   Ustalenie współrzędnych 4-ech narożników mapy nie powninno nastręczać żadnych trudności:

Nowy-04.jpg (85231 bytes)
   Przy tej okazji chciałbym zwrócić uwagę, że mapka posiada wykreśloną siatkę UTM. Pomimo, że zastosowaliśmy kalibrację na współrzędne geograficzne (dł/szer) - siatka kontrolna Oziego (zastosowana jako  UTM) pokrywa się z siatką mapy:

Nowy-05.jpg (174928 bytes)
   Dlaczego o tym wspominam ? Otóż może się zdarzyć że w nasze ręce wpadnie tego typu raster, ale bez marginesów:

Nowy-06.jpg (132886 bytes)
   Taką mapę - możemy śmiało skalibrować w oparciu o siatkę kilometrową.
   Jest jednak mały problem. Nie mając marginesów mapy, nie bardzo wiemy jakie przyjąć wartości siatki. Podejrzewam, że można to rozwiązać wieloma prostymi sposobami. Ja robię to w następujący sposób :
  • Korzystając z mapy samochodowej - sprawdzam współrzędne geograficzne jakieś miejscowości, która występuje na rastrze. W omawianym przykładzie będzie to KŁODZKO. N_50°27' E_16°40' (w przybliżeniu: N_50.50 i E_16.67)
  • następnie korzystam z programu Edwarda Zadorskiego "Transform"
  • Po przekonwertowaniu danych z WGS 84 na UTM dowiedziałem się, że moja mapka leży w strefie 33 oraz, że  wartości X (na mapie w dziesiątkach kilometrów) muszę powiększyć o "55", a wartości Y o "6":

Nowy-07.jpg (36859 bytes)
    Wykorzystując informacje z programu Transform (przypominam - Map Datum: WGS 84, Map Projection: UTM) zastosowałem następującą kalibrację (dane do Oziego wprowadzamy w metrach, zatem dodajemy 3 zera):

Nowy-08.jpg (118426 bytes)

Mapy turystyczne z siatką kilometrową w układzie PUWG-92

 UWAGA:  Na mapach turystycznych zdarza się błędna korelacja siatki mapy z treścią kartograficzną, dająca w praktyce znaczne błędy pomiędzy wskazaniami GPS, a treścią mapy.
   W przypadku map turystycznych - podobnie jak w przypadku map topograficznych, spotykamy różne układy siatek. Jedną z popularniejszych swojego czasu była siatka kilometrowa w układzie PUWG-92. Takie mapy oferowało m.in. wydawnictwo Compass czy Demart.
   O układzie PUWG-92 wspomniałem przy okazji omawiania map topograficznych. Przypominam:

Nowy-010.jpg (99391 bytes)
  Współrzędne punktów kalibracyjnych odczytujemy bezpośrednio z siatki i wprowadzamy w metrach (dodajemy 3 zera)

Nowy-011.jpg (140973 bytes)

Mapy turystyczne z siatką kilometrową UTM
   Na niektórych mapach Compassu spotykamy siatkę kilometrową w układzie UTM. Podobnie jak w przypadku map topograficznych z siatką UTM parametry kalibracji są następujące:

Nowy-012.jpg (167616 bytes)
   Strefę (np: 33 lub 34) odczytujemy z legendy mapy, a współrzędne punktów kalibracyjnych bezpośrednio z siatki. Odczytane współrzędne po zamianie na metry (dodajemy 3 zera) wprowadzamy do oziego:

Nowy-013.jpg (171413 bytes)

Mapy turystyczne z siatką geograficzną WGS-84

 UWAGA:  Dość często - na mapach turystycznych - występuje błędna korelacja siatki mapy z treścią kartograficzną, dająca w praktyce znaczne błędy pomiędzy wskazaniami GPS, a treścią mapy.
   Tego typu mapy wydaje m.in. WZKart, niekiedy Demart czy Compass oraz nasz południowy sąsiad: Harmanec. W przypadku siatki WGS-84 sytuacja na pierwszy rzut oka wydaje się być dość klarowna. Oczywiście MapDatum to WGS-84, ale jaką zastosować projekcję (odwzorowanie) mapy ? Pierwsza myśl jaka z reguły przychodzi do głowy to zastosowanie standardowej szerokości i długości geograficznej czyli Lat/Lon:

Nowy-014.jpg (155271 bytes)
   Wystarczy jednak włączyć wyświetlanie siatki Oziego, aby się przekonać, że to wcale nie jest najlepszy pomysł:

Nowy-015.jpg (163633 bytes)
   Okazuje się, że w wielu przypadkach lepszym rozwiązaniem będzie zastosowanie projekcji UTM:

Nowy-018.jpg (173376 bytes)
   Czasem warto też spróbować, projekcję zgodną z opisywanym wcześniej układem PUWG-92. Bardzo dobre wyniki można też uzyskać przy zastosowaniu projekcji Transverce Marcator z południkiem zgodnym z opisywanym wyżej Pułkowo-42 (21° lub 15°) i skalowaniem 0,9996:

Nowy-016.jpg (100745 bytes)
    Oto efekt:

Nowy-017.jpg (154796 bytes)
  Jak widać siatka mapy bardzo dobrze koreluje z siatką Oziego.

Mapy WIG z lat 30-stych XX w.

 UWAGA:  Mapy skalibrowane w opisany przeze mnie sposób, mogą być wykorzystywane wyłącznie w programie OziExplorer. Inne programy w tym m.in. GPS Map Edit mogą nie obsługiwać datum Borowa Góra.
   Mapki te, ze względu na dużą wartość historyczną cieszą się dość znaczną popularnością.
   W przypadku map WIG T.Syryjczyk zaleca stosowanie układu Borowa Góra, którego parametry (Map Datum) nie są jednak opisane w sposób jednoznaczny, lecz w postaci liczb przedziału od ... do ...
   Jeszcze inne wartości dx, dy, dz podaje Adam Puterla, który na dodatek na temat formatu pozycji napisał: Dla odwzorowania zastosowanego do map WIG, ze względu na obejmowany duży obszar, nie widzę możliwości dobrania takich uniwersalnych parametrów siatki User Grid, aby aproksymacja siatki WIG była akceptowalnie dokładna na całym obszarze. Pomimo tego spróbowałem. Wykorzystując różne dane opublikowane przez T.Syryjczyka doszedłem ostatecznie do wniosku, że najkorzystniej będzie opisać układ zgodnie z obliczeniami W.Kozakiewicza. Układ, w ślad za T.Syryjczykiem nazwałem Borowa Góra i dopisałem do pliku konfiguracyjnego datums.dat, który należy (po rozpakowaniu) przed uruchomieniem Oziego przekopiować do katalogu w którym zainstalowany jest Ozi. W konsekwencji na liście Map Datum pojawi się Borowa Góra, a mapkę możemy spokojnie skalibrować w oparciu o współrzędne podane w narożnikach mapy wg następującego schematu:

001.jpg (108008 bytes)

004.jpg (146726 bytes)
   Do dyspozycji miałem dwie mapki z trackami oto efekty. Tu - idealnie:
002.jpg (165681 bytes)
   A tu znacznie gorzej (błąd maks. 55m):

003.jpg (159061 bytes)
   Na tym poszukiwania zakończyłem. Sposób na pewno nie jest idealny, ale można spróbować.
   Wobec wielu wątpliwości jakie miał T.Syryjczyk - dla mnie autorytet w tej dziedzinie - wydaje się, że może lepszym sposobem będzie kalibracja tych mapek w czystym WGS84 w oparciu o waypointy pochodzące z pomiarów, bądź odczytane z innej mapy np: topo_50:

005.jpg (164944 bytes)
   Pokazana wyżej kalibracja nie jest mojego autorstwa. Generalnie tracki trafiają w mapkę bardzo dobrze, chociaż błędy na poziomie 50m też się zdarzają:

006.jpg (177173 bytes)

Podziękowania dla Tomasza za nadesłane materiały.
 www © GPS Maniak  
-------------------------------
Lech Ratajczak - 2004 / 2005 / 2006r - modyfikacja XI 2010r