Karten für APRS
August 2001

Beim Empfang von APRS-Stationen wird deren Position mit Längen- und Breitengrad übermittelt. Dabei beträgt die maximal erreichbare Auflösung in unseren Breiten etwa 20m in NS- und 10m in OW-Richtung. Da man sich unter Koordinaten- und selbst unter Locatorangaben doch recht wenig vorstellen kann, bietet es sich an, die Stationen mit geeigneter Software auf Landkarten darzustellen. Das klingt jedoch einfacher als es ist, es gilt hier verschiedene Probleme zu beachten.

  • Verfügbarkeit von Karten
    Im Gegensatz z.B. zu den USA gibt es in Deutschland so gut wie kein freies Kartenmaterial. Da ein Funkamateur wohl kaum eine Lizenz für die Benutzung von kommerziellem Kartenmaterial bezahlen kann, muß ein anderer Weg gefunden werden. So weit ich informiert bin, müßte es nach unserem Urheberrecht erlaubt sein, für den eigenen Gebrauch Karten zu kopieren bzw. zu scannen. Diese so erhaltenen Daten darf man dann allerdings nicht an andere weitergeben oder gar auf einer Webpage zum Download anbieten.

    Es gibt einiges an Kartensoftware für die Verwendung mit GPS-Empfängern. Diese Programme sind aber eben nur in der Lage, die eigene Position darzustellen und damit für APRS nicht geeignet. Die einzige Möglichkeit bestünde darin, die einzelnen Stationen als Wegpunkte in die Karte einzutragen, man verzichtet dabei aber auf den größten Teil der APRS-Funktionalität.



  • Vektorkarten
    Vektorkarten sind eine Art Datenbank, in der Punkte durch ihre Koordinaten beschrieben sind. Hierdurch kann prinzipiell eine beliebige Genauigkeit erreicht werden. Mittels dieser Stützpunkte können nun z.B. Linien oder Flächen zur Darstellung von Straßen oder Wäldern beschrieben werden. Auch beim Vergrößern oder verkleinern des Maßstabs bleibt die Genauigkeit der Daten erhalten. Sinnvoll ist es allerdings, die Daten in verschiedene Hierarchien zu gruppieren, da man ja z.B. nicht alle Nebenstraßen sehen will, während man die ganze Bundesrepublik auf dem Schirm darstellt. Neben den geographischen Daten können Vektorkarten auch andere beschreibende Daten enthalten, z.B. Label, um Straßen oder Orte zu benennen.

    Gute Vektorkarten sind wegen der verfügbaren Details recht groß, auch zur Darstellung auf dem Bildschirm müssen alle Elemente einzeln gezeichnet werden, so daß das Laden der Karte länger dauern kann. Ansonsten ist dies das zu bevorzugende Format.



  • Pixelkarten
    Bei Pixelkarten handelt es sich nur um eine Grafikdatei, also eine Art Schnappschuß einer Karte mit einer bestimmten Auflösung. Da ich nur ein Bild statt der Koordinaten brauche, stehen natürlich deutlich mehr mögliche Quellen für eine Pixelkarte zur Verfügung. Kann man die Karte in der vorgegebenen Auflösung (ein Pixel auf der Karte entspricht dann einem Pixel auf dem Schirm) darstellen, so erhält man ein gutes Ergebnis. Beim Hineinzoomen ergibt sich dann aber schnell eine unschöne Klötzchengrafik, da die Karte bei der Vergrößerung keine weiteren Details bieten kann. Beim Herauszoomen dagegen gehen Details wie z.B. Straßen, die vorher wenige Pixel breit waren, ganz verloren, oder sind bei einer Interpolation nicht mehr deutlich zu erkennen. Pixelkarten eignen sich also nur in einem sehr beschränkten Bereich um die Originalauflösung herum, so daß man mehrere Karten in unterschiedlichen Auflösungen benötigt.

    Ein weiteres Problem ist die Zuordnung von Koordinaten zu den Bildpunkten. Für die hierzu notwendige Kalibrierung ist eine Angabe von nur zwei Referenzpunkten wie bei UIView allerdings eindeutig zu wenig, hiermit werden sich die meisten Karten NICHT vernünftig justieren lassen. Mit zwei Punkten kann nur eine konstante Skalierung in x- und y-Richtung festgelegt werden. Nicht berücksichtigt werden eine Rotation der Karte oder eine von der Bildschirmdarstellung abweichende Projektion, wie sie bei fast allen Karten vorkommt.

    GPS-Karten-Software bietet hier oft schon eine Kalibrierung mit zehn Punkten und mehr sowie der Angabe der Karten-Projektion. Die Software kann daraus die richtige Darstellung bestimmen, was zu deutlich besseren Ergebnissen führt. Da dies aber fast immer proprietäre Software ist, kann man sie nicht für APRS erweitern oder ähnliche Algorithmen in APRS-Software einbauen. So müssen wir halt noch etwas warten, bis wir das Rad wieder neu erfunden haben...



Wie kommt man nun zu einer Karte?
  • Selbst machen

    Zumindest für Vektorkarten mit begrenzten Details können die Daten aus GPS-Tracklogs gewonnen werden. Ich mache das teilweise, aber es ist viel Aufwand!



  • Scannen

    Wer einen Scanner besitzt, kann vorhandene topographische Karten einscannen. Leider sind die DIN-A4 Scanner hierzu nur bedingt geeignet. Die zur Verfügung stehende Auflösung wird nicht gebraucht, aufgrund der begrenzten Fläche erhält man aber pro Karte fünf bis sechs DIN-A4 Seiten, die man nicht ohne Probleme wieder zusammensetzen kann. Nimmt man dagegen eine Karte mit größerem Maßstab, so fehlen die Details in der Karte.



  • Internet

    Im Internet gibt es ein paar freie Karten meist aus den USA, die auch hiesige Gegenden abbilden. Leider läßt deren Qualität doch sehr zu wünschen übrig.



  • Kartendienste im Internet

    Es gibt im Internet verschiedene Stadtplan- Routen- und Kartendienste, bei denen man durchaus brauchbare Karten auf den Bildschirm bekommen kann. Allerdings sind die Karten in ihrer Größe (nach Pixeln) meist sehr begrenzt und es bereitet manchmal Probleme, die Daten abzuspeichern und wieder zusammenzufügen, wenn eine Karte z.B. aus 16 Einzelbildern besteht. Außerdem ist oftmals die Projektion der Karten nicht bekannt, so daß es problematisch werden kann, die Karten anschließend zu kalibrieren.



Datum

Früher hatte jedes Land sein eigenes Modell von der Erde und damit eine nicht über die Landesgrenzen hinaus kompatible Darstellung von Positionen. Im Zeitalter des GPS fällt dies auf, wenn man genau hinschaut. Die Angabe z.B. von 52°N/13°E ist unvollständig ohne die Angabe des Datums. In Deutschland wird noch häufig das Potsdam-Datum auf Karten angegeben, während sich mehr und mehr WGS84 international durchsetzt. WGS84 wird übrigens auch in APRS verwendet. Zur Verdeutlichung noch einmal das obige Beispiel

Potsdam DatumWGS84 Datum
N52° E013°N51°59.921' E012°59.898'
N52°00.079 E013°00.102N52° E013°

Die beiden Orte sind immerhin etwa 190m voneinander entfernt. Seit Mai 2000 haben auch die zivilen GPS-Empfänger eine Genauigkeit von etwa 10m, da merkt man schon, ob die Karte auf dem falschen Datum basiert.

Projektion

Die Erde ist eine Kugel (zumindest ungefähr), deren Oberfläche sich nicht ohne Verzerrungen in einer Ebene darstellen läßt. Im Lauf der Jahrhunderte wurden verschiedene Verfahren entwickelt, wie man die Erdoberfläche auf eine Ebene projizieren kann. Dabei gibt es verschiedene Interessen zu beachten, z.B. Projektionen, bei denen die Winkel erhalten bleiben, oder solche mit einheitlichem Längenmaßstab über die Karte. Die verfügbaren Karten sind also in einer speziellen Projektion erstellt und auch bei der Bildschirmdarstellung in unserer APRS-Software wird eine bestimmte Projektion verwendet. Sind diese unterschiedlich, so muß dies bei der Darstellung der Karten berücksichtigt werden. Die Umrechnungen sind teils sehr kompliziert und damit auch langsam, so daß es in APRS-Software momentan meist noch an Unterstützung hierfür fehlt.

Die gängigste Bildschirmdarstellung in APRS-Software ist momentan meist nach Längen- und Breitengrad. Dies führt dazu, daß der Längenmaßstab in Ost-West-Richtung sich vom -quator zu den Polen hin kontinuierlich ändert. Der Pol, eigentlich ein Punkt, ist auf dem Bildschirm genauso breit wie der -quator.

verzerrte Topo-Karte

Dieses Bild zeigt, wie eine topographische Karte verzerrt werden muß, um in ein Längen-/Breitengradgitter zu passen. Hiermit sollte klar sein, daß es unmöglich ist, solch eine Karte (z.B. in UIView) zu justieren, wenn die Software dies nicht unterstützt.

Mehr folgt hoffentlich, wenn ich mal wieder etwas Zeit habe...


Ich habe eine Vektorkarte Berlin/Brandenburg für APRS erstellt, die mit Xastir, WinAPRS oder APRS/CE eingesetzt werden kann.


Vektorkarte Berlin / Brandenburg


Kartenausschnitt: westliche City und der Tiergarten

Hat jemand GPS-Tracklogs (nach dem 2. Mai 2000) der Autobahnen? Es fehlen mir noch einige Teile der A11, A12, A13, A15, A241, sowie die neue Ostseeautobahn A20. Am besten per E-Mail melden, per Funk bin ich meist auf DB0TA zu erreichen.

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Document Revision:   23 Jul 2007
(c) 2007 Rolf Bleher
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