Zusammenfassung

Der nachfolgende Bericht beschreibt, wie man GPS-Daten (NMEA-Format) in AutoCAD importieren kann, dort von WGS-84 ins Gauss-Kruger-Koordinatensystem (GKS) umrechnet und die Ergebnisse mit einer Datenbank verknüpft. Eine Schnittstelle für den umgekehrten Weg ist in Vorbereitung.

Vom Satelliten zur Karte

GPS (Global Positionierung System), populär geworden durch Fahrzeug-Navigationssysteme, hat auch in vielen anderen Bereichen des täglichen Lebens Einzug gehalten. So zum Beispiel in der Vermessung. Hier trifft man auf hochpräzise Lösungen, die selbstverständlich ihren Preis haben.

Aber auch für interessierte Laien gibt es Möglichkeiten zum Einstieg in das Thema. Der vorliegende Bereicht beschreibt, wie man mit einem Notebook und einem preiswerten GPS-Empfänger in Autodesk Map beispielsweise zu einer Straßenkarte kommen kann.

1.                                 Die Technik

Als GPS-Empfänger kann man beispielsweise eine einfache GPS-Maus nutzen. Die gibt es mittlerweile Preiswert von verschiedensten Herstellern. Ihre Größe bewegt sich je nach Bauform zwischen einer Streichholz- und einer Zigarettenschachtel.

Diese Maus wird über die mitgelieferten Kabel an das Notebook angeschlossen. Vorteilhaft ist sicher die Nutzung der USB-Schnittstelle. Wer aber noch einen älteren Laptop hat, kann auch auf den COM-Port zurückgreifen. Allerdings muß man in diesem Fall die Stromversorgung beispielsweise über den PS/2 Anschluß absichern.

Normalerweise gehört eine Software-Grundausstattung zu solch einer Maus. Diese Software dient einerseits dem Systemcheck. Andererseits kann man damit auch die empfangenen Signale für eine spätere Auswertung aufzeichnen. Wird sie bei sehr preiswerten Empfängern nicht mitgeliefert, ist das auch kein Beinbruch, letztlich gibt es von vielen Herstellern kostenlose Programme (Freeware) im Netz.

Vom Autor wird eine GPS-Maus RGM 2000 (von Sapphire) zusammen mit der Software GPS diagnostics (von CommLinx Solutions Pty Ltd) verwendet.

So ausgerüstet kann es schon losgehen. Man verankert das Notebook im Auto, startet die Software und schon füllt sich der Rechner mit Daten.

Dank der weiten Verbreitung von GPS-Empfängern haben sich viele Hersteller auf ein Datenformat geeinigt. Dieses NMEA-Protokoll liefert alle Informationen über die empfangenen Satelliten. Dabei werden mehrere Datensätze unterschieden.

Nachfolgend ein Ausschnitt aus einer Aufzeichnung mit dem Programm GPS diagnostics:

$GPGGA,065228.615,5121.9527,N,01226.2578,E,1,08,1.0,170.3,M,,,,0000*0B

$GPGSV,2,1,08,30,72,284,44,05,66,089,46,06,40,214,41,24,34,086,38*78

$GPGSV,2,2,08,14,30,257,41,09,26,150,35,04,24,048,32,25,18,310,41*7B

….

Dank des übersichtlichen Aufbaus der gespeicherten Daten ist die Auswertung einfach. Aus den insgesamt 7 verschiedenen Datensatztypen ($GPRMC, $GPGGA, GPGSV, ...) können zunächst alle Sätze vom Typ $GPGGA gefiltert werden.

Sie enthalten an der dritter Stelle den Breitengrad, an fünften Stelle den Längengrad und auf Position zehn die Höhe.

Dabei werden die Längen- und Breitenangabe im GGMM.mmmm Format angegeben. G steht für Grad, M für Minute und m für die Dezimalstellen der Minutenangaben. Die Positionsangabe erfolgt im Koordinatensystem WGS-84, was in Autodesk MAP bereits als ein globales Koordinatensystem vordefiniert ist.

Aus dem Beispiel kann man so die Position 5121.9527 nördliche Breite, 01226.2578 östlicher Länge und eine Höhe von 170.3 m ermitteln. Damit hat man schon alle Angaben für eine Weiterverarbeitung in Autodesk MAP.

2.                                 Import der GPS-Daten in AutoCAD oder MAP

Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten zum Import der Positionsangaben. Am einfachsten ist die Verwendung einer AutoCAD-Applikation (z.B. AutoVERM von IBB INGENIEURBÜRO BATTEFELD), die Daten im NMEA-Protokoll direkt importieren kann. Auf Grund der vielfältigen weiteren Konfigurations- und Anwendungsmöglichkeiten ist das für den professionellen Einsatz sicher die effektivste Lösung.

Dank der in AutoCAD und MAP implementierten VBA-Umgebung tut es für den Einsteiger aber auch ein kleines BASIC-Programm. Unter ibb.scigalla@t-online.de kann man es kostenlos zur nichtkommerziellen Anwendung anfordern. Es funktioniert gleichermaßen unter MAP oder auch dem reinen AutoCAD.

Diese Routine filtert zunächst alle $GPGGA-Datensätze aus dem Protokoll und rechnet anschließend die Positionsangaben in ein reines Gradmaß um. Abschließend werden die einzelnen Punkte zu einer Polylinie verbunden. Im Ergebnis entsteht aus den mit der GPS-Maus empfangenen Daten in AutoCAD oder Autodesk MAP eine Vielzahl Polylinien im WGS-84 Koordinatensystem.

Die vorstehende Abbildung zeigt die Verläufe der einzelnen Fahrten. Die Lageabweichungen der einzelnen Linien ergeben sich einerseits aus der Verkehrssituation andererseits auch aus den Ungenauigkeiten des verwendeten Empfängers. Der Hersteller gibt eine Toleranz von ca. 25 m an. Unter normalen Verhältnissen hat sich aber gezeigt, daß die Abweichungen verschiedener Messungen meist weniger als 10 m betragen.

3.                                 Weiterbearbeitung der Daten mit MAP

Nun hat man zwar die Daten im DWG-Format, nur bergen sie noch eine Reihe von Problemen in sich. Das beginnt bei der Dateigröße und reicht über das Koordinatensystem bis hin zur optischen Präsentation.

Beginnen wir bei der Datenmenge. In Abhängigkeit von der Aufzeichnungsrate des GPS-Empfängers entstehen teilweise sehr große Datenmengen. Beispielsweise ergab die Aufzeichnung einer innerstädtischen Fahrt 688 Punktkoordinaten auf der Streckenlänge von etwa 5,5 km. Ursache dafür sind neben der Aufzeichnungsrate auch verkehrsbedingte Standzeiten (z.B. rote Ampel).

MAP-Anwender sind nun klar im Vorteil. Sie können mit der Bereinigungsfunktion „lineare Objekte vereinfachen“ extrem kurze Segmente, wie sie beispielsweise beim Stillstand entstehen, aus der Polylinie entfernen. Damit wird die Datenmenge um teilweise mehr als 60% reduziert.

Hier ein Beispiel. Der Abstand zwischen den einzelnen Polyliniensegmenten im nachstehenden Bild war ursprünglich teilweise geringer als 0.4 m.

Die Bereinigung brachte auf etwas mehr als 2 m Länge immerhin die Reduzierung von 7 Stützpunkten auf 2.

Noch immer befindet sich die Darstellung im WGS-84 Koordinatensystem. Für große, überregionale Darstellungen ist dies auch ein zunächst brauchbares Ergebnis. Bewegt man sich aber nur in einem begrenzten Gebiet, beispielsweise in einer Stadt, kann es durchaus wünschenswert sein, die weiteren Darstellungen im dort üblichen Koordinatensystem zu bearbeiten. In Deutschland hat sich dafür das Gauss -Krüger-Koordinatensystem (GKS) durchgesetzt. Die meisten örtlichen Vermessungen werden in diesem System durchgeführt und auch die amtlichen Grundkarten liegen im GKS vor.

Die Zeichnung mit den importierten Daten sollte nun zur weiteren Bearbeitung gespeichert und geschlossen werden.

Auch die Aufgabe der Koordinatenumrechnung (Transformation) kann nun mit MAP gelöst werden, und zwar über eine Abfragefunktion auf Grundlage der beiden Koordinatensysteme.

Allerdings sind dazu mehrere Schritte erforderlich. Grundsätzlich liefert MAP zwar die Definition von beiden Systemen (WGS-84 und GKS) Leider ist aber bis MAP 6 die Definition der Projektionsparameter fehlerhaft, so daß diese zunächst zu ändern sind.

Um das zu tun, öffnet man am besten aus dem Menü

MAP > Werkzeuge > Globales Koordinatensystem definieren ...

das Fenster zur Auswahl der Koordinatensysteme und wählt hier Kategorie „Germany“ aus. Es werden im unteren Fenster alle für Deutschland verfügbaren Systeme angeboten.

Da die Messung in Leipzig erfolgte, ist „Germany, Gauss Krueger, Streifen 4, ...“ zu selektieren.

Es öffnet sich nun ein neues Fenster, um die Parameter zu editieren. Das wird allerdings erst zugelassen, wenn man den Code ändert. Im Beispiel auf „GKS 4 V1“. Nun kommt man an die weiteren Optionen.

Eigentlich zu ändern ist die Einstellung für das Potsdam-Datum, sie ist neu zu definieren. Also wird der „Definieren“ Button geklickt und der sich öffnende Datums-Manager zeigt schon das vorhandene Potsdam-Datum. Wählt man nun die Option „Ändern“, ist es möglich, die Parameter zur Datumskonvertierung zu editieren. Auch hier muß man erst den Code ändern, bevor die Parameter zur Änderung freigegeben werden. Das ist auch sinnvoll, so kann es nicht passieren, daß die ursprünglichen werte versehentlich überschrieben werden. Sie können nun die neuen Werte eingeben.

Keine Bange, diese Arbeit ist nur einmal für den jeweiligen Gauss-Krüger-Streifen durchzuführen.

Nach dieser Definition können Sie nun endlich die Daten transformieren. Dazu öffnen Sie eine neue Zeichnung. Ihr wird die Zeichnung mit den Daten zugeordnet und eine Abfrage zum Einfügen der gewünschten Linien definiert.

Als nächstes muß man im Projektarbeitsbereich unter Projekt „Koordinatensystem ...“ den beiden Zeichnungen das jeweilige Koordinatensystem zuordnen.

Zunächst wählen Sie Ihr neu definiertes System „GKS 4 V1“ für das aktive Projekt. Im nächsten Schritt wählen Sie die zu transformierende Zeichnung aus. Als Kategorie wird „LatLongs“ und als Koordinatensystem „WGS84 datum, Latitude-Longitude, degrees gewählt. Ein Klick auf den „OK“-Button schließt die Fenster wieder und sie sind fast am Ziel.

Es bleibt nur noch, die Abfrage auszuführen und MAP lädt die Polylinien in die aktuelle Zeichnung. Es liest sich dramatischer, als es in der täglichen Arbeit ist.

Bleibt die graphische Aufbereitung der Daten. Beispielsweise durch Digitalisierung mittels Multilinien. In der Nachstehenden Zeichnung sind noch vereinzelte Polylinienteile aus der Vermessung zu sehen. Sie zeigen, daß bei einer Multilinienbreite von 10m der größte Teil der Abweichungen durch Meßfehler und den Verkehr problemlos überdeckt werden können.

IBB INGENIEURBÃœRO BATTEFELD  Bochum Nöckerstraße 37c
44879 Bochum
Tel: 0234-94172-0

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04347 Leipzig
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