Как сделать карты для ориентирования

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 04.10.2024

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Павлов Андрей Николаевич

В рамках разработки учебно-методического курса для тренеров-преподавателей спортивного ориентирования исследована и усовершенствована технология привязки существующих спортивных карт к координатной системе UTM. Данная технология обеспечивает использование инновационных средств при организации учебно-тренировочного процесса спортсменов-ориентировщиков.

GEO-REFERENCING EXISTING ORIENTEERING MAPS TO THE UTM COORDINATE SYSTEM TECHNOLOGY

As part of the methodical course development for orienteering coaches, the Geo-Referencing existing orienteering maps to the UTM coordinate system Technology. The technology enables the use of innovative sport systems as a part of the training process organization for orienteering athletes.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИВЯЗКИ СУЩЕСТВУЮЩИХ КАРТ ДЛЯ СПОРТИВНОГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ К СИСТЕМЕ UTM

Ключевые слова: картография, GPS, система координат UTM, GPS-слежение.

Спортивное ориентирование - это динамично развивающийся вид спорта. На текущий момент, спортивное ориентирование культивируется в 79 странах на 5 континентах [1]. Данный вид спорта невозможно представить себе без спортивной карты при помощи, которой участники должны пройти контрольные пункты (КП), расположенные на местности [2]. Международное сообщество выработало множество технологий составления спортивных карт, совершенствуя их по мере развития информационно-технологических средств. На современном этапе развития спортивной картографии составление карты трудно представить без таких средств, как системы глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС), спутниковая фотосъёмка и картографическое программное обеспечение (OCAD) [3]. Не стоят на месте и технологии повышения зрелищности спортивного ориентирования, на текущий момент все крупные международные соревнования по спортивному ориентированию должны организовываться с учетом использования системы GPS-слежения [4]. Применение системы GPS-слежения на соревнованиях и в учебно-тренировочном процессе накладывает дополнительные требования к составлению новых и подготовке существующих спортивных карт, составленных без современных средств.

Цель - совершенствование технологии привязки существующих карт для спортивного ориентирования к системе координат UTM.

1. Рассмотреть преимущества использования спортивной карты, привязанной к реальной системе координат.

2. Описать технологию привязки существующих карт для спортивного ориентирования к системе координат UTM.

3. Проверить работоспособность используемой технологии привязки существующих карт для спортивного ориентирования с помощью системы GPS-слежения.

Методы исследования: анализ научно-методической литературы и документальных материалов, контрольное испытание.

Организация исследования. Спортивные карты, как правило, составляются в картографическом пакете OCAD, в котором можно использовать бумажную координатную сетку. Использование координатной сетки позволяет составлять карты в корректном масштабе. Однако, если бумажную сетку координат заменить на существующую координатную сетку с использованием географических координат того места, где находится карта, то карта будет выровнена с реальными координатами. Это дает ряд преимуществ [5]:

- гарантия того, что карта находится в правильном масштабе;

- карта может быть установлена в соответствии с текущим склонением магнитного севера;

- возможность импортировать GPS-треки и путевые точки, которые могут повысить точность съемки точечных и линейных ориентиров;

- обеспечение импорта различного географического материала, содержащего базовую информацию о местности: цифровые данные высот, контуры площадных ориентиров;

- служба дистанции может использовать GPS навигаторы для постановки контрольных пунктов;

- использование системы GPS-слежения на соревнованиях и в учебно-тренировочном процессе [6].

В рамках работы была проанализированы разрозненная информация из научно-методической литературы и документальных материалов о привязке существующих карт к реальным географическим координатам, на основе этой информации и практического опыта была составлена технология привязки существующих карт для спортивного ориентирования к системе координат UTM и предложены пути её совершенствования. Были выделены следующие этапы привязки карты:

1. Получение географических данных расположения местности, представленной на карте.

1.1. Загрузка спутникового снимка местности из свободно распространяемой программы, предназначенной для просмотра и загрузки спутниковых снимков высокого разрешения SAS. Планета и создание файла привязки координат в формате kml [7].

1.2. Определение магнитного склонения в районе, при помощи свободно распространяемого магнитного калькулятора GeoMag [8].

2. Преобразование бумажной координатной сетки на координатную сетку в системе координат UTM.

2.1. Конвертация файла привязки из формата kml в формат gpx и его импорт в картографический пакет OCAD.

2.2. Импорт спутникового снимка в OCAD и его привязка в соответствии с ранее импортированным файлом в формате gpx.

3. Привязка спортивной карты к новой координатной сетке с помощью функции Аффинная трансформация в картографическом пакете OCAD.

1-й этап: получение географических данных расположения местности, представленной на карте.

Для того чтобы получить спутниковый снимок необходимого фрагмента местности с использованием программы SAS.Планета необходимо выполнить шаги согласно представленной ниже инструкции:

1. Необходимо скачать программу с официального сайта.

2. Запустить программу.

3. Выбрать в качестве базы спутниковых снимков сервис Яндекс. карты.

4. Нажатием сочетания клавиш Alt+R, включить режим выделенияи установить курсор в верхний левый угол необходимого фрагмента снимка.

5. Выделить необходимый фрагмент.

7. После завершения процедуры склеивания снимка, перейти в выбранную на 6-м шаге директорию, в которой должно появиться два файла: спутниковый снимок в формате JPEG и файл привязки в формате kml.

Совет: масштаб спутникового снимка стоит выбирать с учетом необходимой детализации и выходного размера файла. На практике замечено, что выбирать масштаб больше 21 нецелесообразно, так как сильно увеличивается размер снимка при этом прибавки в качестве уже не возникает. Так же необходимо обратить внимание на то, чтобы размер файла не превышал 15000^15000 пикселей. Это связано с тем, что картографический пакет OCAD не справляется с обработкой таких

больших файлов подложки. Если площадь необходимого фрагмента карты не позволяет добиться размера 15000x15000 пикселей при сохранение необходимой детализации, то стоит создать два отдельных фрагмента карты, что заметно ускорит работу со снимками в OCAD.

Перед тем, как определить величину магнитного склонения, необходимо разобраться, что же это такое. Магнитное склонение - угол между географическим и магнитным меридианами в точке земной поверхности. Без учета магнитного склонения на данной местности невозможно точно привязать карты к системе координат UTM.

Для определения величины магнитного склонения на местности, спутниковый снимок, которой был получен при использовании программы SAS.Планета. Необходимо воспользоваться комбинацией программы SAS.Планета и программы GeoMag [8]:

1. Необходимо в программе SAS.Планета установить произвольную метку внутри выбранного фрагмента спутникового снимка;

2. Запустить программу GeoMag;

Рис. 1. Получение величины магнитного склонения с помощью программ ЗЛЗ.Планета и СевМа^

2-й этап: преобразование бумажной координатной сетки на координатную сетку в системе координат иТМ.

Узким местом, всех рассмотренных в ходе работы технологий, являлась привязка полученной основы к картографической системе. Решить данную проблему предлагалось несколькими путями:

1. Использовать в качестве основы не спутниковый снимок, а цифровую версию топографической карты созданной в данной системе координат. В данном случае, возникает проблема того, что большинство ныне используемых Российских топографических карт, находящихся в свободном доступе, созданы в системе координат Гаусса-Крюгера [9]. Система координат Гаусса-Крюгера также основана на поперечно-цилиндрической проекции Меркатора, но отличается от UTM нумерацией зон, правилами прибавления смещений к значениям координат, порядком записи координат (ось абсцисс направлена на север) и масштабным коэффициентом, равным единице.

2. Визит района спортивной карты с целью записать GPS-трек, к которому можно привязать основу. Однако данный способ помимо временных затрат, влечет за собой еще и ошибку, связанную с точностью GPS позиционирования.

3. Использование различной комбинации программных средств для конвертации файла привязки в формат gpx. Сокращение издержек на данном пути стало одним из элементов совершенствования технологии привязки существующих карт для спортивного ориентирования к системе координат UTM. В ходе работы был разработан программный скрипт, позволяющий одним запуском конвертировать все расположенные в директории файлы из формата kml в формат gpx. Ниже приведен исходный код скрипта (листинг 1):

OpenOrienteering Mapper — свободная программа для черчения и печати спортивных и других видов карт. Программа по сути является кроссплатформенной картографической издательской системой с функционалом графического векторного WYSIWYG-редактора и десктопной ГИС.

Программа имеет десктопную (Linux, macOS, Windows) и мобильную (Android, Android-x86) версии. На данный момент использование мобильной версии рекомендуется для начальных этапов картографирования и топосъёмки на местности, а ответственные картографические работы и подготовку к печати рекомендуется выполнять с помощью десктопной версии.

Основные изменения:

ПРИМЕЧАНИЕ: Список основных изменений представлен относительно предыдущей стабильной версии v0.8.4 . Полный список изменений относительно v0.8.0 доступен на GitHub.

Кроме того менее заметным, но не менее значимым является начальная стадия процесса интеграция автотестов для macOS, Linux и Windows на базе сервиса Azure Pipelines от Microsoft, что, вместе с использованием Open Build Service для Linux, теперь позволяет создавать все пакеты релизов в автоматическом режиме. Это значительно повысит возможность выпуска регулярных релизов с уверенностью в качестве сборки.

В выпускной квалификационной работе рассматривается геоинформационная программа OrienteeringComputer-AidedDesign, далее OCAD. При помощи данной программы пользователь получает возможность разработать топографический план или спортивную карту практически любого уровня сложности. Практическая значимость работы заключается в содействии активному развитию спортивного ориентирования. В связи с данным явлением, производству карт по спортивному ориентированию необходимо поддерживать уровень современных технологий для ускорения и оптимизации разработки карт

Вуз: Башкирский государственный университет (БашГУ)

Артём

Enter the password to open this PDF file:

Рецензии:

Отзывы:

Информация

Разделы

Контакты

Интернет-издание "Научный корреспондент". Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС 77 - 70641.
Учредитель: Ассоциация интернет-издателей. Главный редактор: Трищенко Н.Д.

Учебные карты СНОВ 1973 года достались мне с практики. Содержание абстрактное, такой местности нет. Масштаб 1:50000.

Умение читать карту придет со временем, благо, что условные обозначения интуитивно понятны и унифицированы для каждого масштабного ряда (точечные, площадные, линейные, их подписи).
Границы карты определяются долготой ее западного и восточного меридианов и широтой ее южной и северной параллелей. Каждый интервал по долготе и широте разбит на минутные интервалы, отмеченные каждый темными и светлыми полосами. Минутные интервалы точками поделены на 6 частей, каждая из которых соответствует 10". На поле карты нанесена сетка прямоугольных координат со стороной квадрата, равной 1 км для карт масштабов 1:10000, 1:25000 и 1:50000 и 2 км для карты масштаба 1:100000. Вертикальные линии километровой сетки параллельны осевому меридиану зоны, в которой находится данный лист топографической карты. Углом γ (сближением меридианов) определяется наклон линий километровой сетки к рамкам карты.
Масштаб 1:25000 - основной масштаб для работы (кликабельно).

(Верещака Т.В. - Топографические карты. Научные основы содержания - М., МАИК Наука-Интерпериодика - 2002)

В настоящее время так сложилось в РФ, что простому обывателю не доступны современные (обновленные) топографические карты масштаба 1:25000 и крупнее, это удел военных и специалистов (например, картографов). Поэтому мы будем иметь дело с картами масштабов 1:50000 (1 см - 500 м) и 1:100000 (1 см - 1000 м). А это значит вот что: во-первых, при таких масштабах многое из полезного нам будет генерализовано, т.е. просто будет отсутствовать; во-вторых, при масштабе 1:50000 ваши пройденные с трудом 100 метров это всего лишь 2 мм на карте. Хотя практика показывает, что и этого вполне достаточно, особенно при длинных линейных переходах.
Приступим. Берем любой компас (Silva, Москомпас или хотя бы системы Адрианова), нашу карту и начинаем.. определять свое местоположение.
Это первая проблема. Определить свое местоположение можно по ситуации (пересечение дорог, просек, ЛЭП, сляиние ручьев или рек, по ближайшим населенным пунктам), по рельефу (самое высокое место, обрыв, яма, исток ручья), при развитом глазомере можно позиционироваться методом линейной засечки от 2-3 предметов, также можно включить GPS, снять географические координаты и сделать расчет по рамке карты (если она есть конечно). Внимание! Координаты, которые дает нам наш GPS навигатор, в системе WGS84, а значит разница между ними и координатами рамки карты будет 100 метров. Также при ориентировании по альтиметру навигатора следует учесть, что ошибка в высоте может составлять 10 метров.
Вторая проблема - нанести на карту промежуточные и конечный пункты назначения. Намечаем первую точку маршрута на карте, прикладываем компас, вводим поправку за магнитное склонение. Магнитное склонение не есть величина постоянная. Оно является проявлением магнитных свойств Земли и изменяется в широких пределах. Более того, магнитное склонение даже для одной и той же точки может быть различным, изменяясь из года в год. Если магнитное склонение, указанное в легенде карты, восточное, то следует ввести поправку на этот угол - стрелка компаса должна быть отклонена на восток от линии сетки на восток на n-градусов. Потому что стрелка компаса показывает не на то место, где сходятся все меридианы (географический северный полюс), а на то, где сходятся магнитные силовые линии (магнитный северный полюс). В 2012 году он был расположен в точке с координатами 85°54′00″ северной широты и 147°00′00″ западной долготы (примерно в 450 км от северного полюса). Следует также знать, что большинство просек (юг-север) в лесу прорублены лесниками при помощи буссоли, т.е. они показывают направление на магнитный полюс того времени.
Делаем как показано на рисунке Silva 1-2-3 System:

1. Положите компас на карту так, чтобы его край находился вдоль нужной линии маршрута (линия с точки стояния на первую точку пути).
2. Поворачивайте безель до тех пор, пока отметка "N" на кольце со шкалой делений не будет указывать на север на карте. Проверьте, чтобы линии север/юг безеля были параллельны меридианам на карте.
3. Держите компас перед собой в горизонтальном положении. Поворачивайтесь до тех пор, пока конец стрелки, показывающий север, не будет показывать на отметку "N" на кольце со шкалой делений компаса.

Сущность движения по азимутам (FAQ в pdf) заключается в выдерживании на местности направлений, заданных магнитными азимутами (дирекционными углами), и расстояний, определенных по карте. Направления движения выдерживают с помощью магнитного компаса, расстояния измеряют шагами. Это основной способ движения на местности, бедной ориентирами, особенно ночью и при ограниченной видимости. На практике все бывает проще - дабы не ломиться через густой лес и воду, движение осуществляют по проселочным дорогам, просекам, опушке леса в нужном направлении. Естественно, что маршрут прокладывают на карте заранее, измеряя его длину курвиметром или циркулем-измерителем, вводя поправки за рельеф. Зная среднюю скорость движения группы в той или иной местности, места и продолжительность привалов, теоретически можно просчитать время прибытия в конечный пункт.

Номенклатура – система обозначения листов топографических карт разных масштабов (пример для 1:10000 - Н–34–67–Г–г–2). В листе 1:1000000 4 листа 1:500000, 36 листов 1:200000 и 144 листа 1:100000. В свою очередь в листе 1:100000 4 листа 1:50000, в листе 1:50000 4 листа 1:25000, в листе 1:25000 4 листа 1:10000. Поиск любой карты начинается с бланковой карты. Поиск соседних карт еще проще - номенклатура смежных листов указана на всех четырех сторонах рамки.

(Чекалин С.И. Топографические и специальные карты. Учебное пособие М РГГРУ им. Серго Орджоникидзе 2007)

Особое умение необходимо для чтения топокарт горных районов (внизу - Альпы, 1:50000). Рельеф отображается не столько горизонталями, сколько специальными условными знаками обрывов, валов, отмывкой рельефа. Гора, котловина, хребет, лощина и седловина - основные элементы рельефа. А какие здесь ледники, гидрография, туннели в горах!

Карта армии США на часть территории Удмуртии. Совершенно другой колор.

В совсем уж безвыходной ситуации нам помогут космоснимки. Благо, что разрешение некоторых из них просто огромно. Это родной Глазов. Совсем недавно такие снимки появились на весь город на сервисе Яндекса. И конечно постоянно пользуемся Google.Земля (SAS.Planet при своей работе использует сервис Google.Карты, но не Google.Земля!)

Четыре 3-х подъездных дома - девятиэтажки, а рядом с ними дома по 16 этажей. Полезно научиться дешифрировать космоснимки, т.е. распознавать и классифицировать изображенные на них объекты. Минус - невозможно для неспециалиста определить рельеф. Нужна стереопара. Порой только на космоснимках есть самая актуальная и достоверная информация о местности.

2. СПОРТИВНОЕ ОРИЕНТИРОВАНИЕ
Замечательный вид спорта - спортивное ориентирование. Бывает бегом, на лыжах, на велосипеде. Самое сложное, но и самое интересное - ночное ориентирование.
Спортивное ориентирование — вид спорта, в котором участники при помощи спортивной карты и компаса должны пройти контрольные пункты (КП), расположенные на местности. Результаты, как правило, определяются по времени прохождения дистанции (в определенных случаях — с учетом штрафного времени) или по количеству набранных очков.
По способу выполнения задач проводятся следующие виды соревнований по ориентированию: 1. Ориентирование в заданном направлении (ЗН) — прохождение отмеченных на карте и расположенных на местности КП в заданном порядке. Путь от одного КП до другого участники выбирают по своему усмотрению. 2. Ориентирование по выбору (ВО) — прохождение КП из числа имеющихся в районе соревнований. Выбор КП и порядок их прохождения произвольный, по усмотрению участника. 3. Ориентирование на маркированной трассе (МТ) — прохождение дистанции, маркированной на местности от старта до финиша, с нанесением на карту местоположения КП, установленных на дистанции. Это если коротко.
Вся соль этого вида спорта заключается в том, чтобы соблюдать баланс между скоростью и возможностью не терять ориентацию. Тут даже МС (мастера спорта) иногда допускают ошибки :) Бегут быстро и голова перестает соображать, в следствии чего теряется ориентация, время, очки. Наши "друзья" - компас и планшет, зрительная память, умение читать карту, хороший фонарик ночью и конечно сильные ноги. Любые допинги (алкоголь) и технические средства (навигаторы GPS) вне закона!

Спортивная карта — это крупномасштабная специальная схема местности, на которой отсутствуют координатная сетка, линии истинного меридиана, склонение, точки геодезических привязок и действует особая система точности по плановым, угловым и высотным измерениям в соответствии с требованиями ИОФ и ФСО России, а специальное содержание составляют показ проходимости местности и индивидуальных особенностей изображаемых объектов. Спортивные карты издаются в соответствии с международной системой условных знаков ИОФ, дополненной национальными условными знаками, утвержденными ФСО России.
На карте делаются наколы иголкой в местах расположения КП.

Контрольный пункт (КП) – точка, обозначенная на карте, на местности оборудованная знаком в виде трехгранной призмы со стороной 30х30 см. Каждая грань делится диагональю из левого нижнего в правый верхний угол на белое поле вверху и оранжевое (красное) внизу. КП должны располагаться на ориентирах, обозначенных на карте и четко опознаваемых на местности. Точное расположение КП должно быть описано с помощью легенд. Местоположение КП должно однозначно определяться при помощи карты и легенды.
Главное не забывать, что есть контрольное время, по истечении которого все ваши результаты будут аннулированы. Командная гонка (М+Ж, М+М+Ж и т.д.) интереснее индивидуальной, в дождь интереснее чем в ясную погоду, ночью интереснее чем днем, в лесу интереснее чем в поле, летом интереснее чем зимой, по выбору интереснее чем по маркировке.. хотя.

Легкая карта для ориентирования. Рассчитана на бег по асфальтовым дорожкам или напрямую. Комплекс для биатлонистов под Ижевском.

Если вы решите попробовать себя в этом, то вас ждет следующее: трудности связанные с необходимостью быстрой ориентировки и принятия оперативного решения; трудности выбора образа действий в зависимости от возникающих ситуаций на местности; трудности, связанные с необходимостью выполнения работы при постепенно нарастающем физическом утомлении; трудности, связанные с необходимостью выполнения работы при некорректированной карте, и трудности, связанные с необходимостью выполнения работы при неблагоприятных метеорологических условиях.
Довольно сложная карта для ориентирования с большой дистанцией. Особенно сложна ночью.

Если видите бегущего человека с номером на груди и компасом на шее, то уступите ему дорогу. И да пребудет с вами сила анорака!

Среди людей, которые хотели бы научиться такому спорту, как спортивное ориентирование существует мнение, будто владение компасом - самое трудное и сложное. Мне кажется такое мнение совершенно неверно. Для того, чтобы освоить принципы правильного обращения с компасом нужно освоить лишь несколько простых движений руками, обнаружив при этом лишь немного ловкости пальцев.

Работа с компасом

Существует множество типов компасов, разработанных специально для употребления в спортивном ориентировании. Они могут быть заполнены как воздухом, так и специальной жидкостью.

Жидкостные компаса безусловно лучше, т.к. стрелка в жидкости быстро занимает устойчивое положение. Воздушный компас стоит сравнительно дешево и им могут пользоваться начинающие ориентировщики. Но более опытным и тем, кто участвует в соревнованиях необходим жидкостный компас, позволяющий экономить время и уверенно держать направление во время движения по азимуту.

Для чего компас нужен ориентировщику?

для того чтобы правильно сориентировать карту на север
для бега по азимуту

Как правильно сориентировать карту?

Это самая простая и, наверное, самая важная цель использования компаса:

возьмите карту горизонтально;
положите на нее компас;
вращайте карту до тех пор, пока на ней направление стрелок на север не совпадет со стрелкой компаса.

В таком положении карта должна быть сориентирована по местности. Так читать карту намного легче, также как и книгу легче читать, когда ее держать правильно, чем если она вверх-тормашками.

Насколько компас необходим?

Основы техники спортивного ориентирования

Компас

Научиться пользоваться компасом нетрудно. Но компас, как правило, наилучшим помощником в ориентировании становится вместе с картой. В спортивном ориентировании пользуются специальными жидкостными компасами. Они позволяют быстро и просто взять с карты нужное направление и двигаться по местности по выбранному азимуту. Жидкость в ампуле компаса обеспечивает требуемую устойчивость стрелки компаса даже при беге. Пластина компаса имеет лупу для чтения насыщенных участков карт и шкалы для угловых и линейных измерений на картах, а также счетчик с цифрами от 0 до 9

Прежде чем начинать осваивать технику ориентирования необходимо ознакомиться с условными знаками, разобраться в том, что такое спортивная карта.

Несколько простых советов начинающему спортсмену:

установите компас на карте таким образом, чтобы продольная сторона платформы соединяла начальную и конечную точки маршрута;
вращайте колбу компаса, пока красные линии на колбе не станут параллельны направлению меридиана на карте. Двойная риска на колбе должна смотреть в сторону севера!;
снимите компас с карты и держите его перед собой так, чтобы продольная грань платформы смотрела от вас;
поворачивайтесь вокруг своей оси до тех пор, пока северный конец стрелки не окажется между двойной риской на колбе компаса;
выберете далеко впереди какой-то ориентир и двигайтесь к нему, затем повторите все операции сначала.

Измерение расстояний

Расстояния измеряются по карте и на местности: на карте - на глаз или по шкале планки компаса, на местности - на глаз, по времени движения и подсчетом пар шагов. Самые точные измерения на карте - линейкой компаса, на местности - парами шагов. Пройденное расстояние можно контролировать по основным ориентирам, встречающимся на пути движения. Контроль расстояний счетом пар шагов требует предварительной подготовки, при которой оценивается длина пар шагов в разных условиях передвижения; по дороге, лесу, в гору, под гору, по пересеченной местности, бегом, шагом и т.д.

Для определения длины пары шагов отмеряются и проходятся участки в сто метров или между ориентирами в соответствии с картой.

Движение по цепочке ориентиров

Читайте также: