Adicionar mapas JNX a receptores GPS da Garmin

De há uns anos a esta parte, os principais fabricantes de receptores GPS de mão ou outdoor começaram a permitir que se adicione mapas ao GPS. Isto abre a possibilidade de levar para o campo todo o tipo de cartografia - cartas topográficas, geológicas, itinerárias, etc, que podem ser obtidas a partir de digitalizações de mapas em papel ou de dados em formato digital que tenhamos adquirido previamente para uso em ambiente desktop.

No caso da Garmin, há vários modelos que oferecem esta possibilidade, designada de Custom Maps. Os modelos que o permitem fazem-no através de dois tipos de ficheiros: KMZ - formato associado ao Google Earth - e JNX, formato fechado criado pela própria Garmin para distribuição de fotografias de satélite  BirdsEye.

Aqui começam os problemas. A implementação KMZ da Garmin impõe sérias limitações que na prática impossibilitam o uso de mapas grandes como fundo. As principais limitações são:

- O KMZ apenas suporta um nível de zoom (em contraste com os 5 admitidos pelo formato JNX);

- Máximo de 100 tiles por KMZ (no  formato JNX este número ascende a 50000 por cada nível de zoom);

- Navegação mais lenta quando comparada com o formato JNX;

Embora o formato JNX não esteja sujeito a todas estas limitações, trata-se de um formato exclusivo de distribuição de imagens BirdsEye - um serviço que, quando subscrito, funciona associado ao id do nosso aparelho, o que quer dizer que mesmo que se converta um mapa em jpeg ou GeoTIFF para JNX, continuaresmos a não poder utilizar esse mapa. Para contornar esta limitação é necessário aplicar um patch não oficial ao firmware do nosso GPS. Este artigo irá demonstrar toda a metodologia de patching do firmware de um receptor GPS da Garmin e posterior carregamento de mapas raster em formato JNX.

Coordenadas geográficas em formato decimal

Recentemente deparei-me com um problema frequente - uma tabela Excel com uma longa lista de sítios arqueológicos, onde, para além dos atributos/colunas "clássicos" como o nome, cronologia, concelho, etc, tinha duas colunas com as coordenadas geográficas WGS84 expressas no formato DMS (degree, minutes seconds). As coordenadas geográficas podem ser expressas de dois modos, DMS ou decimal:

DMS:  9º 45'' 45.21'' W / 38º 06' 21.35''  N >>>> Decimal -9.76250000 / 38.10591666

Ambas as formas são válidas e indicam o mesmo local, contudo o formato DMS dificulta a integração e posterior tratamento espacial da tabela em software SIG porque contem caracteres que a tornam numa string (sequência de caracteres que pode conter números e letras, embora não seja atribuído significado matemático aos números, quando presentes), o que dificulta o seu tratamento numérico. O formato decimal facilita a integração da informação em software SIG porque apenas contem números e um separador decimal.

Existem vários conversores online para converter coordenadas DMS em coordenadas decimais, no entanto apenas permitem uma conversão de cada vez. Se tiveremos uma tabela com dezenas, centenas, milhares de entradas, o procedimento torna-se extremamente moroso, pouco eficiente e acima de tudo... desesperante!

A solução passa por utilizar o Libre Office, uma excelente alternativa ao Microsoft Office e aplicar uma fórmula que transforme as coordenadas para o formato decimal. Os dados e screenshots que aqui vou reproduzir são adulterações com vista a proteger os dados originais - dados cientifícos que ainda não foram, que eu saiba, publicados - mas que servem o propósito de ilustrar a metodologia.

Guia de visita ao Vale do Tua

Embora possa parecer um assunto um pouco desfazado do que habitualmente é publicado neste blog, não poderia deixar de partilhar um plano de viagem - e respetivos dados geográficos, claro! - ao vale do Rio Tua (Trás-os-Montes, concelho de Carrazeda de Ansiães) mais propriamente o troço que irá desaparecer debaixo das águas da albufeira da barragem de Foz Tua.

É uma viagem que recomendo vivamente, e que acho que todas as pessoas que tenham possibilidade devem fazê-la. Só assim terão consciência do que realmente se vai perder com a construção da barragem - um património geológico, paisagístico e cultural verdadeiramente sublime. Mas vamos ao que interessa - a viagem, os dados, e como as geotecnologias nos ajudam.

Georeferenciar Fotografias e visualizá-las no Google Earth

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Software necessário:        
                                         
 - GPS Prune               
 - ExifTool                                 

  

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Ter um arquivo fotográfico em que cada fotografia tem associada coordenadas geográficas/cartográficas pode ser extremamente útil não só para partilhar informação técnica, turística ou simplesmente pessoal, mas também pode ser uma forma muito interessante de apoio à gestão patrimonial.

É uma tarefa relativamente simples que pode ser feita tirando partido da extensão .exif (abreviatura de extended information) que basicamente é uma tag que anexa informação escrita a uma dada imagem, neste caso geográfica - latitude e longitude.

Preparar prospecções com Google Earth e GPS

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Software necessário:        
                                         
 - Google Earth               
 - GPS Babel                   
 - Easy GPS                     
   
  (Este post é  um aprofundamento de um tema anterior)
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A prospecção arqueológica (ou de outro tipo) de uma dada zona deve ser antecedida de um estudo da cartografia e da paisagem com vista a adquirir uma noção da morfologia da zona - linhas de água, principais declives, acidentes topográficos, etc.

Este estudo (que não ocupa tanto tempo como por se possa pensar), se bem feito, permite melhorar a eficiência e é também um factor de segurança para o prospector (ter noção, por exemplo, da proximidade das estradas caso seja preciso pedir ajuda).

Os métodos clássicos continuam a ser, na minha opinião, extremamente válidos - nada como levar um mapa topográfico (normalmente a carta militar) connosco. No entanto, quando se trata de áreas extensas, como por exemplo um troço de uma estrada ou a bacia de uma futura barragem, poderá ser interessante levar connosco um GPS com alguns pontos de referência.

Melhorar a precisão das medições GPS em tempo real - 3

O último deste ciclo de posts dedicados à precisão de medições GPS com aparelhos de gama baixa tratará  de alguns conselhos práticos relativos ao acto da recolha em si. Pressupondo que os cuidados descritos anteriormente foram tidos, há que saber tirar partido deles no momento em que temos o aparelho na mão.

O primeiro cuidado, e o mais importante, diz respeito ao tempo que se deve dar ao receptor para aferir a coordenada de um ponto. Uma vez chegados ao ponto que pretendemos registar devemos estabilizar o aparelho na mesma posição e orientação durante pelo menos 30 segundos. Durante esses 30 segundos o receptor irá aferir a coordenada várias vezes e a coordenada final que ficará registada resulta das várias medições efectuadas ao longo desses 30 segundos. Consequentemente quanto mais tempo dermos ao aparelho para fazer medições mais precisa será a coordenada final. Em zonas urbanas de malha estreita, florestas ou em falésias/desfiladeiros, aconselho pelo menos 1 minuto - ou mais se tiverem tempo e paciência.

Este princípio também é válido se quiseremos registar áreas - por exemplo manchas de dispersão de materiais arqueológicos. Uma vez que a maioria dos GPS de gama baixa não permite o registo directo de polígonos, a solução será registar os vértices do polígono como pontos e posteriormente - em ambiente SIG  - construir um polígono a partir desses pontos de vértice. Para tal deverão primeiro fazer uma avaliação prévia da forma do polígono de modo a que abranja a área que querem registar, e ficar 30s parados em cada vértice do vosso polígono.

 

Finalmente há que ter em conta o posicionamento do receptor. No momento de registo de pontos o aparelho  não deve estar encostado ao corpo do utilizador e deve estar num angulo de 45º. A antena (normalmente no parte superior do aparelho) deve estar desobstruída e devemos posicionar-nos de modo a garantir uma abóboda celeste o mais desimpedida possível - por exemplo, se, virados para Norte tivermos uma parede, devemos virar-nos para outra direcção cardeal que esteja mais desafogada.

Estas recomendações ergonómicas - sugeridas pelos fabricantes, têm em vista reduzir ao mínimo possível as distorções de reflectância dos sinais rádio emitidos pelo GPS - o corpo humano ,  à semelhança de outros objectos, é um potencial distorcedor de sinais rádio.

Melhorar a precisão das medições GPS em tempo real - 2

Independentemente de termos ou não acesso às correcções diferenciais (DGPS) - mas especialmente se o nosso receptor GPS não trabalhar com nenhum tipo de correcção - podemos potenciar a precisão das nossas medições se optarmos pelas alturas do dia em que temos mais satélites visíveis e em que a geometria dos mesmos é favorável.

O índice DOP - Dilution of Precision, indica qual a geometria dos satélites - quanto mais afastados estiverem os satélites uns dos outros no momento da medição, mais precisa será a a triangulação e consequentemente as nossas medições. Se os satélites estiverem próximos uns dos outros a triangulação poderá não ser tão precisa e consequentemente as nossas medições poderão não ser fiáveis. Sintetizando: um índice DOP até 3 é o ideal - dá garantias de boa precisão, até 8/9 poderá ser aceitável e acima disso o melhor é repetir as medições noutra altura porque potencia uma perda de precisão considerável.

Para não corremos o risco de "repetir as medições noutra altura" - situação particularmente desagradável se pensarmos em zonas de dificil acesso ou terrenos dificeis - o ideal é planear o trabalho de campo de forma ir para o terreno nas horas em que teremos mais satélites visíveis e uma geometria mais favorável. Para sabermos qual a altura ideal para ir recolher dados sugiro o software Planning da Trimble. Esta aplicação permite criar uma "estação", ou seja o ponto onde iremos trabalhar, e, a partir daí, calcula a altura mais favorável. Deixo aqui um exemplo:

1 - Após descarregar e instalar o programa, há que descarregar também o almanaque actualizado com as órbitras dos satélites GPS pois só assim o software poderá calcular as horas mais favoráveis. Em http://www.trimble.com/gpsdataresources.shtml faça salvar como/save as o item GPS/GLONASS alamanac in Trimble Planning file format e certifique-se que o ficheiro fica gravado com a extensão .alm;

2 - Vá a Almanaque -->  Carregar (irá perguntar se deseja fechar o actual almanaque - confirme)
e seleccione o ficheiro de almanaque. Deverá aparecer uma janela semelhante a esta:

3 - Vamos a Ficheiro --> Estação e vamos criar a estação - ou seja a zona onde pretendemos levar a cabo as nossas missões. Para o presente exemplo usei os seguintes dados:

• Latitude e Longitude - coordenadas de Torres Vedras (tiradas a partir do GoogleEarth por exemplo)

• Altitude - altitude média da zona de trabalho (estimativa)

• Elevação - 10º (o software irá ignorar todos os satélites que se elevem a menos de 10º no horizonte - quanto mais razante à linha do horizonte estiver um determinado satélite mais propícios estarão os sinais desse satélite a sofrer distorções)

• Tempo - defino o dia e as horas em que tenho disponibilidade para ir para o terreno (neste caso o dia 15 de Março de 2011 das 10 às 18h). 

Finalmente certifico-me que o fuso horário é o da minha área de trabalho e clico em Ok para criar a minha estação.

4 - Agora é só ir a Gráficos --> Número de Satélites (para obter o gráfico com as horas em que mais satélites estarão visíveis) e a Gráficos --> DOP --> DOP - Posição (para obter o gráfico com as horas em que terei a geometria mais favorável ;

Com base nestes dois gráficos podemos ter mais garantias de uma boa qualidade das nossas medições GPS. Assim, a melhor hora será entre as 11:30 e as 13:30 - é quando temos mais satélites visíveis e o melhor índice DOP. Relativamente ao índice DOP, o dia 15 de Março é bastante favorável - apenas por volta das 17H é que o índice DOP é superior a 3, pelo que devemos evitar medições por volta desta hora -  não tanto pelo índice DOP mas porque é a altura em que há menos satélites disponíveis.

Este exemplo que aqui trouxe apenas deve ser seguido se a precisão for realmente um desiderarto do vosso trabalho/projecto. Se margens de erro superiores a 4m forem algo aceitávels para os vossos objectivos poderão dispensar-se ao trabalho de fazer este planeamento. Mas pelo contrário se a precisão for importante então é de todo recomendável fazerem-no.

Notas Finais: Este software não faz cálculos para o sistema EGNOS; se o cáclculo da cota/altitude for importante talvez seja aconselhável considerar o gráfico DOP - Vertical (embora para o caso das altitudes o melhor será derivá-las a partir dos pontos projectados sobre uma carta topográfica).

Melhorar a precisão das medições GPS em tempo real - 1

A democratização que a tecnologia GPS conheceu nos úiltimos anos tornou os receptores GPS um equipamento acessível - por 200€ já é possível adquirir aparelhos que servem para a maioria das necessidades dos utilizadores. Os próximos posts abordarão formas de melhorar a precisão utilizando equipamentos de gama baixa.

As medições em tempo real devem seguir alguns cuidados de forma a garantir margens de erro aceitáveis (menos de 3m). As medições em tempo de real de objectos (árvores, sítios arqueológicos, sítios de interesse, áreas, etc) podem acarretar margens de erro muito grandes se algumas das origens de erro não forem atenuadas.

O sistema GPS assenta num princípio muito simples: o receptor GPS mede o tempo que os sinais de rádio emitidos pelos satélites levam a chegar ao receptor e a partir dai, por triangulação, calcula a posição do receptor. O problema é que os sinais de rádio podem sofrer distorções ao atravessar a atmosfera terrestre e, se estiveremos a trabalhar em zonas urbanas, no fundo de vales  apertados/desfiladeiros ou em meio florestal estaremos ainda sujeitos aos erros de reflectância - os sinais de rádio chegam em "segunda mão" ao receptor porque fazem "ricochete" nos objectos mais próximos.

A primeira coisa que temos de fazer para diminuir a margem de erro provocada por estes fenómenos é garantir acesso a um sistema de correcção diferencial ou DGPS. Há vários tipos de correcção diferencial, mas todos eles se passam pelo envio de um segundo sinal a partir do qual o receptor GPS calibra as medições dos sinais enviados pelos satélites GPS.

O sistema DGPS mais fácil de usar e mais comum é o SBAS -Satellite-based augmentation system que para o continente europeu está implementado através da rede EGNOS - European Geostationary Navigation Overlay Service. Em condições ideais permite medições com margens de erro inferior a 2m.

Quase todos os receptores de GPS de mão ou de "trecking" trabalham automaticamente com correcções diferenciais SBAS - se procura precisão, esta é uma característrica indispensável que importa assegurar na hora de comprar um GPS. Contudo é fundamental informar-se junto do fornecedor se o aparelho trabalha com correcções EGNOS ou apenas WAAS -Wide Area Augmentation System - que também é um sistema SBAS tal como o EGNOS, mas pensado para a América do Norte, pelo que não tratá vantagens a um utilizador europeu.

Há ainda mais dois aspectos que importa considerar se quereremos assegurar o máximo de precisão com um equipamento de gama baixa - a geometria dos satélites  (índices DOP) e o número de satélites visíveis - tema do próximo post.