№ 3 (52) 2010

Виктор ПАНЬКИВ

Как известно, без карты туристический GPS-навигатор — бесполезная вещь. Но и карта карте рознь. До выхода на рынок новых серий Garmin Dakota, Oregon и Colorado, а также линейки Magellan Triton, GPS-устройства имели возможность работы только с картами, созданными в векторном формате, а растровый оставался уделом владельцев КПК, ноутбуков и смартфонов. Теперь же в новых моделях GPS-навигаторов можно использовать растровый формат, что значительно облегчает жизнь пользователя.

Карты бывают разные

Если владельцу первых GPS-устройств за счастье было знать численное значение координат, воспользовавшись которыми он находил на бумажной карте свое местоположение, то современная техника шагнула далеко вперед, поместив картографическую информацию в приемник, облегчив и сделав максимально наглядной работу с навигационными устройствами.

Сегодня вместе с каждым портативным навигатором компания-производитель поставляет определенный набор карт либо собственного производства, либо созданных партнерами. Основной картой на всех навигаторах является так называемая Base, или Background Map. Это выполненная в векторном формате базовая карта мира (или страны), на которую нанесены контуры континентов, государственные границы и основные города, а также их названия. Дополнительно могут быть отображены детали рельефа (как правило, затененные). Пример подобной карты изображен на рис. 1. Базовая карта служит основой, на которую можно наложить более подробные карты.

Для GPS-навигаторов различных производителей существует по несколько видов базовых карт для различных применений. В основном из общего числа выделяются карты морского применения, к примеру, Mapsend Blue Nav Charts для Magellan. На такие карты нанесена информация о деталях морского дна, приливах, маяках и причалах.

Базовая карта страны содержит куда больше информации, чем базовая карта мира. К примеру, на базовой карте Украины для Magellan серии Triton можно найти автомобильные дороги, реки и озера (рис. 2).

Кроме базовых карт, покупателю доступны также детализированные карты, выполненные в меньшем масштабе и содержащие намного больше информации. К таким картам прилагается база для поиска объектов по их характеристикам (домов и улиц по названиям и номерам). Примером карты, созданной для украинских пользователей, может служить карта дорог Украины «НавЛюкс-2010», разработанная компаниями «Навионика» и «Луксена Софт» для навигаторов Garmin (рис. 3).

Разновидностей детальных карт в зависимости от применения довольно много. Это могут быть, опять-таки, карты морского приме нения, как, например, BlueChart g2 для Garmin, вышедшая в 2009 году. На этой карте, созданной в результате обработки спутниковых снимков, отображены глубины и лоции, причалы. Или, к примеру, карты для лыжников — Mountain Dynamics SnowRanger Europe, для пользователей как Garmin, так и Magellan.

Естественно, подобные карты не достаются собственнику GPS- навигатора бесплатно. В зависи мости от степени детализации и функциональности карты имеют различную стоимость, которая может достигать нескольких сотен долларов.

Карты векторные и растровые

Векторный формат представления карт в силу своих свойств имеет, несомненно, целый ряд преимуществ перед растровым. Имеется в виду не столько масштабируемость изображения, сколько возможность присвоения различным объектам определенных характеристик (координаты, названия, другие параметры), а также возможность поиска объектов по заданным характеристикам и прокладки маршрута.

Все это недоступно при использовании растровых карт. Более того, пиксельность изображения означает ограниченность увеличения масштаба при просмотре изображения и, казалось бы, информативности. Но, тем не менее, возможность «заливки» растровых карт стала для многих пользователей очень серьезным аргументом при покупке портативных GPS-устройств.

Все дело в том, что создание подробных векторных карт местности — задача весьма и весьма трудоемкая. Поэтому в первую очередь усилия компаний, предлагающих навигационные услуги, направлены на заполнение информационных пробелов в картах наиболее посещаемых районов, а также регионов, где наблюдается повышенный спрос на GPS-навигаторы. Для Украины, к примеру, это Киевская и Одесская области, Карпаты, акватория Днепра, а также АРК (рис. 4). Наиболее детализированными выполнены карты областных центров и некоторых городов. Вся остальная территория остается белым пятном, с разве что населенными пунктами и основными дорогами. Для России дело обстоит куда хуже (в связи с обширностью территории этой страны). То ли дело в ЕС. Некоторые страны имеют подробные карты всех городов с населением от ста тысяч.

Но, как известно, настоящие искатели приключений не ищут легких путей. География путешествий — весь мир, и порой судьба забрасывает туристов в уголки, где без подробной топографической карты или GPS-навигатора человек попадает в затруднительную ситуацию, зачастую с риском для жизни. Даже когда вы отправляетесь в незнакомую местность недалеко от дома (километров 300–400), всегда хочется иметь под рукой самую достоверную информацию. Тем более что с ноутбуком или КПК не очень-то далеко и зайдешь. И дело здесь не столько в проблеме элементов питания, сколько в чувствительности приборов к погодным условиям, а влагозащищенные КПК — недешевое удовольствие. Поэтому для дальнего путешествия всегда хочется иметь GPS-навигатор.

Существующий дефицит векторных карт для портативных GPS-устройств породил среди самых ярых фанатов течение по созданию самодельных векторных карт. А также по взлому уже созданных векторных карт и написанию множества программ для их редактирования. Все дело в том, что у каждого производителя существует собственный формат, в котором и хранится картографическая информация (для защиты авторских прав, а также поддержания спроса на свою продукцию), что весьма затрудняет обмен информацией между пользователями сервиса GPS.

Все перечисленные выше тенденции стали поводом для обеспечения возможности работы с растровыми картами именно в портативных GPS-навигаторах, поскольку в мире накопился значительный запас топографических карт, в том числе и военных, содержащих весьма подробные сведения о большей части территории нашей планеты. А что еще может быть ценнее для туриста! И это не считая появившегося сравнительно недавно сервиса Google Earth, который, по сути, и стал толчком к разработке навигационных программ, работающих с растровыми картами. Ведь информация во всех перечисленных случаях оцифровывается только в растровых форматах.

Кроме того, перевод растровой карты в векторный формат на данный момент настолько трудоемкая операция, что ни один разумный человек в одиночку не станет этим заниматься, а большинство навигационных программ, работающих с растром, имеют в своем арсенале набор средств, позволяющий сделать из любой бумажной карты электронную.

Датум, геоид и прочие страшные слова

Любое изображение, в том числе и бумажные карты, можно отсканировать или сфотографировать и загрузить в компьютер, после чего отредактировать по своему усмотрению. Но использование растровой карты, полученной путем сканирования изображения, не сводится к простой записи файла в память GPS-навигатора. К тому же у различных производителей способы работы с растровыми изображениями существенно отличаются.

Общей чертой является только необходимость обеспечения соответствия между положением отдельных точек¹ изображения и системой географических координат — так называемая привязка или калибровка карты.

_____________________________________________________________

¹   Здесь специально употреблен термин «точка», а не «пиксель», поскольку при увеличении размера малых изображений происходит так называемая пикселизация. И то, что было точкой в маленьком изображении, станет крупным однородно закрашенным квадратом, который уже будет занимать определенную площадь. Кстати, по этой же причине существуют рекомендации по использованию изображений с определенным разрешением.

Калибровка позволяет интерпретировать положение на карте, выраженное в пикселях в значения широты и долготы. На такой карте навигационная программа сможет рассчитать координаты любой точки. Она покажет нужный участок карты, отметит наше местоположение, а также покажет нужное направление и трек. Но, к сожалению, не существует программ, которые могли бы работать с растровыми картами так же, как и с векторными. К примеру, найти дом по адресу либо проложить маршрут по указанным данным. То есть работа с растровой  картой в GPS-навигаторе отличается тем, что вы хотя бы не таскаете с собой ворох бумажных карт и автоматически находите свое местоположение. Но не все так просто, как кажется.

Дело в том, что карты земной поверхности — это всегда проекция части поверхности референц-эллипсоида² на плоскую поверхность листа карты. И способов осуществления такой проекции (датумов³) существует огромное множество. Политическую карту мира изображают в прямоугольной системе координат (так называемой проекции Меркатора), где меридианы и параллели прямые, но территории возле полюсов растянуты на всю ширину. Карту Украины рисуют в конической проекции с параллелями — дугами большого радиуса кривизны и расходящимися веером меридианами.

______________________________________________________________

² РРеференц-эллипсоид — тело, приближенно повторяющее форму геоида, т. е. геометрического тела, имеющего форму Земли (а точнее — форму невозмущенного притяжением Луны мирового океана, поверхность которого во всех точках перпендикулярна направлению силы тяжести). х перпендикулярна направлению силы тяжести).

³ ДДатум — набор параметров, используемых для смещения и трансформации референц-эллипсоида (приближения формы геоида) в локальные географические координаты.

Самым используемым на данный момент является WGS84. Этот способ используется в базовых картах векторных форматов всех GPS-навигаторов, а также в Google Earth. К слову, в российской навигационной системе ГЛОНАСС используется несколько иная система — ПЗ-90.02 (параметры Земли 1990 года, уточненные по состоянию на 1 января 2002 года), являющаяся, по сути, государственной геоцентрической системой координат. Поэтому навигаторы, предназначенные для работы как с GPS, так и с ГЛОНАСС, вероятно будут иметь различные наборы карт либо программу преобразования. А вот самые популярные у нас растровые т.н. «генштабовские» карты созданы в системе координат Пулково-1942.

Поэтому привязка растровых карт не лишена подводных камней. Поскольку при составлении бумажных карт в разных странах используют разные системы координат, то местоположение, выраженное одними и теми же цифрами в разных системах, могут отличаться на местности на несколько сотен метров. При использовании карт, выполненных в датуме, отличном от используемого в приемнике, всегда существуют определенные трудности в установлении однозначного соответствия местоположения. Навигатор будет показывать корректно лишь местоположение точек, по которым производилась калибровка, для остальных же будет наблюдаться либо постоянное смещение (в лучшем случае), либо «расползание» координат. Между прочим, километровки «maid for Генштаб» не совсем прямоугольники. Если их аккуратно вырезать (бумажные) и склеить, то получится выпуклая поверхность.

Таким образом, прежде чем устанавливать карту в навигатор, необходимо определить, в каком датуме она выполнена (как правило, карта содержит такую информацию). И лишь после этого при помощи специальных программ (которые мы более подробно рассмотрим ниже) привести изображение к новым координатам, после чего, собственно, откалиброванную карту можно будет загружать в навигатор.

Кстати, минимальную калибровку карты можно произвести с помощью двух точек, расположенных на противоположных краях изображения. Предполагается, что изображение карты линейно и не содержит искажений (то есть системы координат совпадают).

Карты больших размеров или карты, имеющие некоторые искажения, сдвиги, неточную ориентацию на север, могут потребовать трех и более точек для калибровки. Значения координат точек калибровки могут быть получены опытным путем, посредством измерения GPS-координат на местности либо использованием координатной сетки, отображенной на исходной бумажной карте. Качество полученной растровой карты во многом зависит от процесса сканирования оригинала и последующей калибровки. Чем точнее будут проведены эти процедуры и чем точнее будут учтены все особенности проекции оригинальной карты, тем качественнее будет получившаяся карта.

Два пути

Способы работы с растровыми картами мы рассмотрим на примере навигаторов двух ведущих производителей Garmin и Thales Navigation, выпускающих устройства под брендами Garmin и Magellan соответственно. Первым устройством будет Dakota 20 от Garmin, а вторым — Magellan Triton 1500.

Сразу же нужно сказать, что данные приборы отличаются, прежде всего, требованиями к загружаемому изображению. Так, для Garmin Colorado и Oregon рекомендуемое разрешение — 155 DPI, а для Garmin Dakota — 110 DPI. Также налагается ограничение на размеры изображения, которое хранится в памяти в виде отдельных фрагментов (тайлов). Размер тайла должен быть не больше 1024×1024 пикселя, а объем памяти, занимаемый картой — не более 32 Мб. В навигаторах Magellan подобных ограничений нет.

Итак, начнем с Garmin. Самым простым способом заливки растровой карты в навигаторы данного производителя является использование сервиса GoogleEarth. В эту программу можно загружать любое изображение и, отрегулировав его прозрачность (чтобы сквозь изображение проступали детали карт Google), изменять размеры и положение относительно спутниковых снимков. После совмещения деталей на карте (рис. 5), полученное изображение сохраняется в формате .kmz, который как раз воспринимается Garmin. Сохраненный таким образом файл можно смело загружать в навигатор пользоваться. Естественно, системой координат, в которой выполнена карта, должна быть только WGS84. Это наипростейший из возможных способов калибровки — ручной.

Естественно, если у пользователя возникло желание использовать спутниковые карты, то тут на помощь придет известная всем программа OziExplorer. Для выполнения калибровки необходимо зафиксировать несколько точек на спутниковой карте (в программе GoogleEarth). Данная программа может выполнять также и привязку «генштабовских» карт. В ней содержится инструмент, позволяющий, зафиксировав несколько точек (минимум три, но чем больше, тем лучше), произвести калибровку. Точки можно выбирать не только по углам карты (в «генштабовских» картах указаны географические координаты углов и одной точки, где-то в центре карты), но и по километровым линиям. При этом необходимо выставить точки и ввести все данные вручную.

Важной особенностью, которую следует учесть при работе с растровой картой в Garmin, является приоритетность отображения карт. Для украинского покупателя в комплекте моделей новой линейки поставляется базовая карта мира либо топографическая карта Европы (обе в векторном формате). К ним украинским дистрибьютором «Навионика» прибавляется упомянутая выше «НавЛюкс-2010». При загрузке растровой карты последняя будет отображаться вместе со всеми векторными картами. Но если вы захотите загрузить в навигатор еще одну растровую карту — у вас ничего не выйдет. Файловая система прибора устроена таким образом, что загружаемый файл получает одно специфичное имя. Поэтому следующий загружаемый файл может только заменить предыдущий. Таким образом, готовясь к путешествию, следует сразу подготовить карту нужного вам района.

Работа с растровыми картами в Magellan Triton несколько отличается от работы в Garmin. Прежде всего тем, что для калибровки и создания файла (который имеет иное расширение — .map) понадобится другая программа — TritonRMP, разработанная Михаилом Шароновым (на сайте этого специалиста можно найти множество утилит для навигаторов Magellan). После калибровки (рис. 6) карту с указанным выше расширением можно загружать в навигатор.

Загрузку можно выполнить двумя способами. Первый позволяет это сделать напрямую через карточку памяти. Второй — через специальную программу VantagePoint, в которой можно также проверить правильность калибровки, выполненной в Triton RMP. Дело в том, что в данной программе загружена по умолчанию базовая векторная карта мира, аналогичная имеющейся в навигаторе. Все, что вы увидите на экране своего ноутбука, увидите и на дисплее навигатора.

Но, как и Garmin, Magellan воспринимает только WGS84. Поэтому «генштабовская» карта, откалиброванная в TritonRMP, при использовании в навигаторе будет давать существенную ошибку в местоположении как раз из-за различия систем координат (что проявится в виде смещения трека). Для ликвидации «пулковского смещения» необходимо использовать программу OziExplorer. В этой программе карту необходимо откалибровать в WGS84, после чего загрузить полученный файл в TritonRMP и откалибровать с учетом пересчитанных при помощи специальных утилит (например, TatukGis Calculator) координат. Данная утилита переводит координаты одного датума в координаты другого. Таким образом, смещение ликвидируется.

Об использовании карт GoogleEarth и писать нечего — полная гармония. Сохраняем изображение с выбранными точками (координаты которых будут использованы для привязки). Загружаем в TritonRMP, калибруем, пользуемся. Ну что может быть лучше? Единственным недостатком такой карты будет отсутствие топографической информации. Но и тут можно найти выход. Дело в том, что Triton 1500 может отображать не только базовую векторную, но и несколько растровых карт одновременно. Сначала можно будет видеть топографическую карту, а при уменьшении масштаба — снимок со спутника.

В навигаторах Magellan Triton также имеется своя особенность в приоритетности просмотра карт. В комплекте с навигатором пользователь получает базовую карту мира и детальную. На количество загружаемых растровых карт ограничений нет, но просматривать их можно либо вместе с базовой, либо с детальной картой мира — третьего не дано.

Таким образом, работа с растровыми картами — не такое уж и сложное на первый взгляд занятие. Но оба способа (загрузка через GoogleEarth и калибровка в программах OziExplorer и TritonRMP) имеют свои плюсы и минусы.

В первом случае все делается при помощи максимально простых инструментов, но точность заведомо будет хромать. Плюс ко всему различные проекции спутниковых снимков и отсканированных карт будут давать несовпадение для больших территорий. Таким образом, данный метод может быть использован лишь для сравнительно небольшого участка местности, изображенного на карте.

Калибровка при помощи утилит более надежный, но и более трудоемкий способ, который требует определенных навыков, ведь необходима высокая точность совмещения точек, по которым будет производиться привязка. Но зато результат налицо, и даже различные датумы карт не помеха.

Но в любом случае то, как «карта ляжет», зависит только от «набитой» руки пользователя.

Виктор ПАНЬКИВ,

victor@sib.com.ua

№ 3 (июнь-июль) 2010