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Tecday Lausanne GuP
Le document traite de l'application de la géolocalisation dans le cadre du jeu Pokémon Go, en détaillant les méthodes de mesure de la position des objets Pokémon sur le terrain. Il présente des comparaisons entre différentes techniques de mesure, y compris l'utilisation d'applications et de cartes en papier, et analyse l'impact des conditions environnementales sur la précision des mesures GPS. Enfin, le document aborde les défis et les influences affectant le fonctionnement du GPS sur les smartphones.
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- 1. || Geomatik und Planung 2016www.geomatik.ethz.ch1 GEOGAMES à la POKÉMON-GO Geomatik und Planung @ ETH Zürich Christian Sailer @csailer80 #tecday
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- 4. || Geomatik und Planung 2016www.geomatik.ethz.ch4 t1 t = durée du signal
- 5. || Geomatik und Planung 2016www.geomatik.ethz.ch5 t1 t2 t = durée du signal
- 6. || Geomatik und Planung 2016www.geomatik.ethz.ch6 t1 t2 t3 t = durée du signal
- 7. || Geomatik und Planung LeSysteme GPS (Smartphone = GPS Receiver) 2016 www.geomatik.ethz.ch 7 𝑠 = 𝑣 ∗ 𝑡 = 300’000 𝑘𝑚/𝑠 ∗ 𝑑𝑢𝑟é𝑒 𝑑𝑢 𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑙
- 8. || Geomatik und Planung Geogame– Jeu de localisation 2016www.geomatik.ethz.ch 8
- 9. || Geomatik und Planung Connaîtrele fonctionnement de la géolocalisation (GPS) de Pokémon-Go Détecter environ 5 Objets-Pokémon en 10 – 15 min (GeoGame) et mesurer leur position grâce à de differentes méthodes de positionnement (Apps) Connaître la relation entre l’exactitude des mesures du GPS et de l’environnement 2016www.geomatik.ethz.ch 9 But et déroulement
- 10. || Geomatik und Planung Pokémons dans un Système d'information géographique: Image: ETH Campus Hönggerberg https://www.pokemongomap.info Situation actuelle des positions des Objets- Pokémon 2016www.geomatik.ethz.ch 10
- 11. || Geomatik und Planung 2016www.geomatik.ethz.ch11 1) Mesure de la position des Pokémons (en groupes)
- 12. || Geomatik und Planung Chefd’équipe Navigue avec la carte papier, saisis les Pokémons et décris le cadre dans lequel les Pokémons se trouvent Carte en papier et crayon Dédective de Pokémons Cherche les Pokémons et annonce à tes camarades leur position exacte App PokémonGo Géomètre Collector App Saisis la position des Pokémons App Collector Géomètre OMLETH App Saisis la position des Pokémons OMLETH.ch 2016www.geomatik.ethz.ch 12 Organisation des groupes
- 13. || Geomatik und Planung 2016www.geomatik.ethz.ch13 Découverte d’un Pokémon–> Mesurage de la position 1m 1m
- 14. || Geomatik und Planung 2016www.geomatik.ethz.ch14 Secteur de jeu 452 453 454
- 15. || Geomatik und Planung Chefd’équipe Navigue avec la carte papier, saisis les Pokémons et décris le cadre dans lequel les Pokémons se trouvent Carte en papier et crayon Dédective de Pokémons Cherche les Pokémons et annonce à tes camarades leur position exacte App PokémonGo Géomètre Collector App Saisis la position des Pokémons App Collector Géomètre OMLETH App Saisis la position des Pokémons OMLETH.ch 2016www.geomatik.ethz.ch 15 Instruction
- 16. || Geomatik und Planung 2016www.geomatik.ethz.ch16 Trajectoire GPS des groupes
- 17. || Geomatik und Planung 2016www.geomatik.ethz.ch17 2) Analyse des mesures
- 18. || Geomatik und Planung 2016www.geomatik.ethz.ch18 Comparaison des différentes méthodes de mesure
- 19. || Geomatik und Planung 2016www.geomatik.ethz.ch20 Comparaison des différentes méthodes de mesure
- 20. || Geomatik und Planung Pourcomparer les 3 différentes méthodes de mesure (carte a papier, Collector App, OMLETH App), transmet les Pokémons de la carte a papier dans le Système d'information géographique (Link-carte-Web*). * https://omleth.ch/workshop/tecday_fr.html (Tâche 2) Tour 1 Tour 2 Tour 3 -> Utilise le même Username que les Géomètres Collector-App / OMLETH App Maintenant vous devriez avoir 3 mesures par Object- Pokémon. 2016www.geomatik.ethz.ch 21 Transmission dans le SIG
- 21. || Geomatik und Planung 2016www.geomatik.ethz.ch22 Transmission carte à papier -> SIG
- 22. || Geomatik und Planung Par groupe 5 minutes 2016www.geomatik.ethz.ch 23
- 23. || Geomatik und Planung Calculerla surface du triangle formé par les trois points de mesure du même Objet-Pokémon (unité mètre carré) Ecrit pour chaque Pokémon le résultat dans la case sur la feuille. 2016www.geomatik.ethz.ch 24 Incertitude de mesure (position) = 3.67 m2
- 24. || Geomatik und Planung Analysezles résultats (grande valeur, petite valeur) et comparez les avec la description des différents environnement de mesure Reconnaissez-vous un modèle? Que peuvent être des raisons pour cela? Que «fait» le GPS? 2016www.geomatik.ethz.ch 25 Incertitude de mesure (position) Kontext Wert Quelques haies, mais vue libre vers le haut 25.45 d'un côté mur haut d’une maison, cependant une vue dégagée vers le haut 20,89 Arbres et auvent 55,42
- 25. || Geomatik und Planung Par groupe 5 minutes 2016www.geomatik.ethz.ch 26
- 26. || Geomatik und Planung 2016www.geomatik.ethz.ch27 2) Conclusion des résultats Comment fonctionne la mesure GPS et quels sont les effets sur la surface terrestre qui peuvent influencer les signaux du GPS? Premier prix: Attention: Question “Nome d’équipe” = Username Géomètre Collector-App / OMLETH App
- 27. || Geomatik und Planung LeSysteme GPS (Smartphone = GPS Receiver) 2016 www.geomatik.ethz.ch 28
- 28. || Geomatik und Planung Précisiondu GPS sur les smartphones Dépend de: Assisted-GPS (A-GPS) Capteurs (Antenne, nombre de canaux) Constellation des satellites Effets atmosphériques Cadre terrestre Positionnement WiFi Positionnement avec le réseau mobile (Cellular network positioning) Source: wikimedia.org 2016www.geomatik.ethz.ch 29
- 29. || Geomatik und Planung Influencessur les signaux 2016www.geomatik.ethz.ch 30
- 30. || Geomatik und Planung 2016www.geomatik.ethz.ch31 Géomatique = Géographie + Informatique
- 31. || Geomatik und Planung Géodésie(grec: diviser la terre) 2016www.geomatik.ethz.ch 32 Géomatique Source: GFZ Potsdam Source: https://www.baug.ethz.ch/studium/geomatik
- 32. || Geomatik und Planung Géoinformatique 2016www.geomatik.ethz.ch33 Géomatique Source: http://www.ecsecc.org/spatial-explorer/what-is-gis Source: http://www.geog.uni-heidelberg.de
- 33. || Geomatik und Planung 2016www.geomatik.ethz.ch34 Les consuments sont aussi des données géographiques
- 34. || Geomatik und Planung Presque inconnu du public Indispensable pour le maintien et l’organisation de notre espace vital Tâches captivantes Études polyvalentes avec excellentes chances de travail Encadrement parfait dû au petit nombre d’étudiants 2016www.geomatik.ethz.ch 35 Studiengang Geomatik & Planung … aide à créer un monde meilleur…
- 35. || Geomatik und Planung individuel 2016www.geomatik.ethz.ch 36 Bilan
- 36. || Geomatik und Planung Futurde la Géomatique suisse? Nous avons besoin de toi!!! 2016www.geomatik.ethz.ch 37
- 37. || Geomatik und Planung ChristianSailer ETH Zurich Institut für Kartografie und Geoinformation www.gis.ethz.ch csailer@ethz.ch @csailer80 2016 38 www.geomatik.ethz.c h www.geomatik.ch www.geosuisse.ch www.geomatik.ethz.ch
Notes de l'éditeur
- #2 Christian: Benvenuti al TecDay in Geomatica e Pianificazione del Politecnico di Zurigo. Il tema di oggi è Geogames con Pokémon-Go
- #3 Il smartphone per giocare? Certamente, ovunque e in qualsiasi momento. Ma solo all’aperto come POKÉMON-GO? Questo famoso gioco registra i tuoi dati tramite la tecnologia di posizionamento GPS ed altri sensori come la bussola digitale o il giroscopio. Poi, un software unisce tutti i dati per far apparire i Pokémon dove li trovi sul tuo schermo. A te ti sembra di essere un gioco, però immaginati che vantaggi si possono trarre dai dati registrati per poter risolvere dei problemi concreti come il cambiamento del clima, i flussi migratori o il traffico.
- #8 GPS basiert auf Satelliten, die mit codierten Radiosignalen ständig ihre aktuelle Position und die genaue Uhrzeit ausstrahlen. Aus den Signallaufzeiten können spezielle GPS-Empfänger ihre eigene Position und Geschwindigkeit berechnen. Theoretisch reichen dazu die Signale von drei Satelliten aus, welche sich oberhalb ihres Abschaltwinkels befinden müssen, da daraus die genaue Position und Höhe bestimmt werden kann. In der Praxis haben GPS-Empfänger keine ausreichend genaue Uhr, um die Laufzeiten korrekt zu messen. Deshalb wird das Signal eines vierten Satelliten benötigt, mit dem die genaue Zeit im Empfänger bestimmt werden kann.
- #9 Martino: Geo in questo caso sta per location based e games per gioco. Quindi un gioco che si basa sulla geolocalizzazione. Geo: dal greco «terra, globo terrestre, superficie terrestre» [Vocabolario Treccani] Games: Gioco Definition: Grundlage ist eine vom Beobachter vorgenommene Distanzmessung mittels Signalen, die vom zu ortenden Objekt an den Sender zurück gelangen Wie? mehrere Verfahren
- #10 Martino: Lo scopo di quello che faremo nella prossima ora è di acapire come funziona la misurazione della posizione con i GeoGames. In più trovare la posizione die Pokémon che abbiamo nelle vicinanze usando diversi metodi di misurazione. Christian: Il compito della prossima ora sarà quello di fare un giro all’esterno per 30 minuti, l’analisi dei dati raccolti e una presentazione.
- #11 Christian: Adesso guardiamo la situazione attuale dei Pokémon qui nei dintorni.
- #13 Handynummer auf Wandtafel schreiben
- #16 Handynummer auf Wandtafel schreiben
- #17 Workshop-Leiter erzählen die Storys zu den Trajektorien der Gruppen Diskussionspunkte: Meine Daten im Internet Datenindustrie Privacy GeoPrivacy
- #19 Martino: Ora avete a disposizione le misurazioni fatte con CollectorApp e con OMLETH e i punti sulla mappa cartacea. Il vostro compito adesso è quello di trasferire sulla mappa digitale i punti che avete marcato sulla mappa cartacea. Qui sotto il link a cui dovete accedere per fare questo.
- #21 Martino: Ora avete a disposizione le misurazioni fatte con CollectorApp e con OMLETH e i punti sulla mappa cartacea. Il vostro compito adesso è quello di trasferire sulla mappa digitale i punti che avete marcato sulla mappa cartacea. Qui sotto il link a cui dovete accedere per fare questo.
- #25 Martino: Ora che avete tutti i punti sul sito (sulla mappa d’analisi) potete triangolare le zone in cui avete fatto le rilevazioni. Marcate nella tabella l’area risultante del triangolo e discutete tra di voi quali sono i risultati. Dopo ne parleremo insieme. Christian: disegna...
- #26 Martino: Ora che avete tutti i punti sul sito (sulla mappa d’analisi) potete triangolare le zone in cui avete fatto le rilevazioni. Marcate nella tabella l’area risultante del triangolo e discutete tra di voi quali sono i risultati. Dopo ne parleremo insieme. Christian: disegna...
- #28 Nimm dein Smartphone und füge deine Erkenntnisse in das Web-Formular* ein
- #29 Heading used for JD Plenary slides for this diagram is below: ArcGIS—An Integrated Web GIS
- #30 Abbaimo visto che nonostante abbiate fatto le misurazioni da molto vicini (dm), I risultati dei punti variono di diversi metri. Ma perché questo? Da cosa dipende? Ebbene dipende dalla tecnologia che utilizzate, quindi dai sensori: antenna, il numero di canali che utilizzate e quali utilizzate. Dovete sapere che il GPS, il sistema di satelliti che utilizzate per avere le coordinate sul Vostro telefono hanno diversi canali. L’atmosfera e sul dove siete. Poi c’e’ il posizionamento WiFi e posizionamento con la rete cellulare. https://communityhealthmaps.nlm.nih.gov/2014/06/30/how-accurate-is-the-gps-on-my-smartphone/ Smart phones in fact use more than GPS to locate you. They employ a hybrid locational systemcombining three separate technologies: - A-GPS is by far the most accurate of the three systems on your phone. The assistance is provided by the cellular network. When connected to a cellular network the smart phone will download data about the GPS satellite constellation. This allows the phone to lock in on a position much more quickly than it could otherwise. The GPS functionality of a smart phone can still be used if the cellular network is unavailable. However, when disconnected from a network your phone will take several minutes to hone in on your location, versus just seconds when the network is available. - For any GPS to work the antennae needs a clear view of the sky. Users of smart phones will frequently be in “urban canyons” or indoors. This is where WiFi and cellular network positioning become necessary. Both of these methods are used by smart phones as indoor positioning systems. The phone will use a hybrid approach, using all three methods to locate you. These other two technologies aren’t nearly as accurate as A-GPS, but can still locate you sufficiently to find the closest vanilla latte! Generally WiFi positioning is more accurate than cellular network positioning. It uses wireless access points and measures the intensity of the received signal from one or more networks to find the position. Interestingly it doesn’t require your device to be WiFi enabled to work. Cellular network positioning triangulates your position based off of nearby cell phone towers. Phone companies have precise locations for their cell towers, which when combined with signal strength can be used to approximate your location. Both of these techniques are dependent on overlapping signals from either access points and cellular towers. Therefore they’re more accurate in urban settings. http://wiki.openstreetmap.org/wiki/Accuracy_of_GPS_data GPS receiver There are many GPS devices that you can use to record track logs. This includes dedicated GPS loggers, to smartphones with built in GPS, and everything in between. As you might expect, the quality of the GPS receiver can greatly effect the accuracy of your recorded track logs. The following areas are of particular importance. Antenna Most obviously, a good antenna (also known as aerial) is required in order to detect the message signals coming from the GPS satellites. The strength of a GPS signal is often expressed in decibels referenced to one milliwatt (dBm). By the time the signals have covered the 22,200km from satellite to Earth's surface, the signal is typically as weak as -125dBm to -130dBm, even in clear open sky. In built up urban environments or under tree cover the signal can drop to as low as -150dBm (the larger the negative value, the weaker the signal). At this level some GPS devices would struggle to acquire a signal (but may be able to continue tracking if a signal was first acquired in the open air). A good high sensitivity GPS receiver can acquire signals down to −155 dBm and tracking can be continued down to levels approaching −165 dBm. Number of channels As described in the #How GPS works section above, a 3 satellite system, in theory provides all the data you need to calculate a reasonably accurate location. However clock inaccuracies mean that this theory resides to the textbooks. In practice signals must be received from a minimum of four satellites in order to correct for errors. The more the better. Although early GPS receiver were limited to the number of satellites they could track at any one time, modern GPS receivers have enough "tracking channels" to follow all satellites in view. More channels are however still helpful to reduce the time it takes to get an initial fix (cold start) and to reduce power consumption. For more reading see here. Position algorithms To calculate the distance the GPS receiver is from each satellite, the receiver first calculates the time that this signal has taken to arrive. It does this by taking the difference between the time at which the signal was transmitted (this time is included in the signal message) and the time the signal was received (by using an internal clock). As the signals travel at the speed of light, even a 0.001 second error equates to a 300km inaccuracy of the calculated distance! To reduce this error level to the order of meters would require an atomic clock. However, not only is this impracticable for consumer GPS devices, the GPS satellites are only accurate to about 10 nano seconds (in which time a signal would travel 3m). It is for precisely this reason why a minimum of four satellites is required. The extra satellite(s) is used to help correct for the error. Although rarely publicised, it is therefore important that your GPS receiver includes good error correction algorithms. Position of satellites As noted above, generally the more satellites used in calculating your position the greater the level of accuracy. As the GPS satellites orbit around Earth, the number of satellites in view (under optimal conditions) naturally fluctuates. This can be seen in the animation on the right. Obviously the position of the satellites is completely out of our hands, however it is worth recognising this as a factor influencing accuracy. For example, this is one of the many reasons two GPS tracks recorded on separate days will differ. If you have time, it may be worth recording a track twice (or more) and averaging the results. Some GPS receivers can display the number of satellites currently in view and their positions on a radar type diagram. On some receivers this can be prominently found in the within the standard menus, however on others it may be within a "hidden" or "debug" menu. Unfortunately with hundreds of GPS receivers available, it is impossible to provide documentation for all devices - please refer to the manual that came with your device or try searching online. Smartphone apps with this "satellite view" feature are shown in the monitoring features table for both iOS and Android based phones.
- #31 Prima abbaimo parlato della teconologia utilizzata. Nelle prime tre immagini possiamo vedere 3 tipi di antenne GPS. Poi c’e’ la variante costellazione. I satelliti girano intorno alla terra non sono sempre all stesso posto e quindi non abbiamo sempre una disposizione ottimale dei satelliti o non sempre nello stesso numero. Dovete sapere che servono almeno 4 satelliti per calcolare le coordinate, ma più sono meglio e’. L’atmosfera e’ un’altra variabile. La ionosfera con la liberazione di elettroni tramite il sole quindi specialmente intorno alle 13 ha un certo influsso sull’accuratezza delle nostre coordinate. Poi c’e’ la troposfera che con l’umidità può diminuire anche l’efficacia del segnale GPS. Poi c’e’ il multipath ovvero la riflessione del segnaleda parte di vetri, acqua ghiaccio muri,… http://www.topografia.it/CaseHistory/gps.htm Origine degli errori Il sistema GPS non lavora nel vuoto Ionosfera (80-500km) Porzione dell'atmosfera densa di particelle cariche elettricamente, in grado di deviare le onde radio Troposfera (0-10km) Porzione dell'atmosfera dove si creano i principali fenomeni metereologici Caratterizzata da una forte presenza d'acqua, molto variabile da zona a zona Errori nell'orologio e nell'orbita dei satelliti - Molto piccoli e principalmente corretti dal DoD Errori del ricevitore - Problemi dovuti all'instabilità dell'oscillatore (orologio) - Rumorosità nelle misure introdotta dal ricevitore stesso Multipath (percorsi multipli) - Il segnale rimbalza su superfici riflettenti ed interferisce con il segnale diretto - Ricevitori ed antenne di buona fattura sono in grado di ridurre il problema Dop La geometria dei satelliti influenza la precisione Come funziona? I 5 punti su cui si basa il sistemaLa trilaterazione dai satelliti è la base del sistema GPS Il GPS misura la distanza dai satelliti conoscendo il tempo impiegato e la velocità del segnale Per poter misurare la distanza dai satelliti è necessario un ottimo orologio e un quarto satellite I satelliti trasmettono la loro posizione e conoscendone la distanza, è possibile calcolare la posizione del ricevitore Si analizzano infine i vari errori dovuti alla propagazione del segnale nell'atmosfera e alla geometria dei satelliti Trilaterazione con il GPS Una sola misura di distanza da un punto (1 satellite) individua la nostra posizione ovunque sulla superficie di una sfera Noi ci troviamo in un punto qualunque sulla superficie della sferaL'intersezione di due sfere è una circonferenza Una seconda misura indica la nostra posizione sull'intersezione di due sfere Una terza misura individua solo due punti Punti individuati dalla intersezione di due sfere Una quarta misura toglie ogni dubbio Quttaro misure identificano un solo punto In teoria tre misure sono sufficienti Uno dei due punti può essere eliminato perchè assurdo (si trova chissà dove nello spazio e si muove ad altissima velocità) Abbiamo comunque bisogno del quarto satellite perchè ci sono 4 incognite da risolvere: Latitudine Longitudine Quota TEMPO! Distanza dai satelliti Misura della distanza da un satellite Si misura il tempo impiegato dal segnale a compiere il percorso Satellite-Ricevitore Si moltiplica il tempo impiegato per la velocità della luce: Tempo (sec) x 300.000 (km/s) = Distanza E' necessario sapere esattamente quando il segnale è stato trasmesso E' indispensabile avere un ottimo orologio Come si fa a sapere quando il segnale è partito? Si usa lo stesso codice (sequenza di impulsi) sul satellite e sul ricevitore Si sincronizza l'orologio del ricevitore con quello dei satelliti In questo modo satelliti e ricevitori generano lo stesso codice nello stesso istante E' ora possibile comparare il codice ricevuto con quello generato e misurare la differenza di tempo tra i due (ovvero la differenza di tempo tra il momento di emissione del segnale e il momento di ricezione a terra) L'importanza dell'orologio Per misurare la distanza Satellite-ricevitore è necessario un orologio estremamente preciso Assicura che i satelliti e i ricevitori siano sincronizzati I satelliti hanno più orologi atomici a bordo Precisi, ma decisamente costosi Per i ricevitori è sufficiente un orologio stabile Grazie all'informazione del quarto satellite possiamo sincronizzare l'orologio del ricevitore e risolvere l'incognita TEMPO I satelliti Sono a circa 20.000 km di altezza Il satellite stesso trasmette la sua posizione a quella di tutti gli altri satelliti (almanacco) Orbita molto alta: - Rende il moto dei satelliti molto stabile - Assenza di attrito atmosferico - Copertura terrestre Controllati dal DoD (Department of Defense) - La loro orbita li porta sopra al territorio americano almeno una volta al giorno - Il DoD trasmette le correzioni di orbita ai satelliti
- #32 Ora passiamo ad alcune informazioni generali sulla geomatica, perché nella geomatica non esistono sono I satelliti. Cominciamo dalla parola. La parola geomatica è formata dale parole Geografia e informatica.
- #33 Statt TEXT Bilder Vermessung und Visualisierung der Umwelt Analyse ihrer räumlichen und zeitlichen Veränderungen Verarbeitung und Aufbereitung dieser Informationen für Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft Erfassung, Modellierung und Analyse raumbezogener Information Entwicklung von Algorithmen und Softwarewerkzeugen Verbreitung von Geoinformation
- #34 Statt TEXT Bilder Vermessung und Visualisierung der Umwelt Analyse ihrer räumlichen und zeitlichen Veränderungen Verarbeitung und Aufbereitung dieser Informationen für Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft Erfassung, Modellierung und Analyse raumbezogener Information Entwicklung von Algorithmen und Softwarewerkzeugen Verbreitung von Geoinformation