OpenSeaMap-dev:De:Depth meta data

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NMEA-Logger anschliessen
Hardware loggers - Specifications - NMEA-0183-2-Kanal-Logger - NMEA-2000-Logger - WLAN-NMEA-0183 mit TP-Link - NMEA-0183-Logger mit Arduino - WLAN-NMEA-2000-Logger mit Raspberry Pi
NMEA-0183-SW-Logger Jens
proprietäre Formate
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Mess-Strategie
Mobiler Tiefenmesser
NMEA

Zur Korrektur der Rohdaten werden Meta-Daten über das Schiff und die Messgeräte erfasst. Ein Web-Formular hilft dem Skipper dabei und schickt die Metadaten zusammen mit den Rohdaten an die Datenbank. Die Rohdaten werden dann so korrigiert, dass daraus Tiefenlinien abgeleitet werden können.

Menü im Frontend

Menü (de)	Menu (en)	Inhalt
Einführung	Introduction	HowTo, Wiki, Forum
Tracks hochladen	Upload tracks	hier werden Dateien hochgeladen und Schiffen zugeordnet
Schiff verwalten	Manage ship	beschreiben der Messeinrichtung (Schiffe und Geräte) --> Metadaten-Formular
Qualitäts-Karte	Quality chart	anzeigen hochgeladener Tracks (weltweit), Quality-Heatmap
Lizenz	License	Lizenz und Datenschutzerklärung
Quellen	Sources	verwendete SW, Datenspenden von Staaten und staatlichen Organisationen

Workflow

Der Workflow soll so ablaufen:

1. Account einrichten

- Personendaten

- Mailadresse

- Passwort

2. Account bestätigen

3. Metadaten-Formular ausfüllen

- Benutzer

- Schiff

- GPS und Antenne

- Echolot und Sensor

- Track

4. Daten hochladen

- Datei(en) auswählen

- dem Schiff zuordnen

- Pegel bei Binnengewässern

Projekt-Plan

Grundsatz

Release early ands often

aktuelles Metadaten-Formular

ToDo

Nr	ToDo	wer	bis wann	erledigt	OK	Bemerkungen
1	Jeder kann einen Accout eröffnen (Mailadresse plus Passwort).	Dominik
2	Jeder kann mit seinem Account Tiefendaten hochladen.	Dominik
3	Die Tiefendaten werden im File-System gespeichert.	Dominik
4	Jeder kann mit seinem Account Benutzerdaten eingeben.	Martin
5	Jeder kann mit seinem Account Metadaten eingeben (Yacht, Logger, Echolot, GPS).	Martin
6	--> Formular testen	alle
7	Metadaten werden in einer DB gespeichert.	Jens
8	Tiefendaten, Benutzerdaten und alle anderen Metadaten werden verknüpft.	Jens
9	Im Formular werden die Seiten miteinander verknüpft und bereits in der DB eingetragene Daten als Textfeld angezeigt	Dominik
10	--> Funktionalität des Formulars testen	alle
11	Sobald irgend etwas ungefähr funktioniert, muss es auf die Hauptseite.	Markus
12	Jeder kann einen Accout eröffnen (Benutzerdaten, Mailadresse, Passwort).	Dominik
13	Jeder kann mit seinem Account Metadaten hochladen.	Dominik
14	Veröffentlichung des Projektstarts	Markus
15	--> jetzt geht es endlich los!	alle

zu 11

Der Benutzer soll immer den aktuellen Stand sehen.

Nur so kann er mithelfen mit Ideen und Verbesserungsvorschlägen.

Release early and often...

zu 12

Sobald das Formular einigermassen funktioniert

zu 13

Sobald ein Benutzerdatensatz und ein Metadatensatz vorhanden sind

(vorerst gibt es hier keine Pflichtfelder (vermutlich werden die meisten Benutzer aus eigenem Interesse die für sie und für das Projekt wichtigen Daten angeben),

kann der Benutzer Tiefendaten hochladen

Web-Formular

Es gibt folgende Entwürfe:

1. Entwurf

2. Entwurf

3. Entwurf

Entwurf für das Metadatenformular PPT Datein und Pencil Dateien

4. Entwurf

Das Formular soll den Skipper bestmöglich beim Erfassen der Metadaten unterstützen. Es soll als GUI selbsterklärend sein.

Das Formular soll gegliedert sein in die Bereiche:

• Messdaten (Pegel bei Binnengewässern, Bemerkungen
• Logger
• Schiff
• GPS und GPS-Antenne
• Echolot und Echolot-Sensor
• Benutzer

Daten sollen weitgehend aus geschlossenen Dropdown-Listen auswählbar sein. Herstellerlisten etc sollen über ein Textfeld erweiterbar sein. Numerische Felder sollen auf Wertebereich und gegenseitig auf Plausibilität geprüft werden, kulturspezifische Schreibweisen mit Punkt und Komma sollen möglich sein.

Meta-Daten

Tabelle

Parameter	zwingend	Prio 1..3	Tab	Wertebereich	Bemerkungen
Typ des verwendeten Loggers		2	L	SW-, HW-Logger, Plotter, AIS, …	gerätespezifische Fehler
Version des verwendeten Loggers		2	L	Versions-Nr	gerätespezifische Fehler
Zeitbezug des Loggers für Echolot	x	1	L	#### ms	Abweichung zu GPS
Kommentar zum Logger		3	E	Fliesstext	Besonderheiten
Abstand GPS-Antenne/Tiefensensor längs	x	1	S	###,# m	oft 10m und mehr
Abstand GPS-Antenne/Tiefensensor quer	x	2	S	##,# m	meist <2m : Hinweis auf Rollen
Höhe der GPS-Antenne über Wasserlinie		3	G	##,# m	GPS-Höhe meist unbrauchbar
Tiefe des Tiefensensors unter Wasserlinie	x	1	E	##,# m	Verifizierung des Offsets
Offset Tiefensensor (Anzeige)	x	1	E	##,# m	Achtung: Vorzeichenfehler…
Hersteller des Echolotes		3	E	Herstellerliste	gerätespezifische Fehler
Typbezeichnung des Echolotes		3	E	Typenliste	gerätespezifische Fehler
Hersteller des Tiefensensors		3	E	Herstellerliste	gerätespezifische Fehler
Typbezeichnung des Tiefensensors		3	E	Typenliste	gerätespezifische Fehler
Sendefrequenz des Tiefensensors		2	E	### kHz	oder Liste
Öffnungswinkel des Schallkegels		2	E	### °	aus Gerätebeschreibung
Montageort des Tiefensensors		3	E	Heck, vor Kiel, …	einbauspezifische Fehler
Neigung des Tiefensensors quer		2	E	## ° stb/bb	einbauspezifische Fehler
Offset Tiefensensor/Wasserlinie beim Gleiten		2	E	#,# m	anders als in Verdrängungsfahrt
Kommentar zum Echolot		3	E	Fliesstext	Besonderheiten
Hersteller des GPS		3	G	Herstellerliste	gerätespezifische Fehler
Typ des GPS		3	G	Typenliste	gerätespezifische Fehler
Hersteller der GPS-Antenne		3	M	Herstellerliste	gerätespezifische Fehler
Typbezeichnung der GPS-Antenne		3	G	Typenliste	gerätespezifische Fehler
Kommentar zum GPS		3	G	Fliesstext	Besonderheiten
ID des Schiffes	x	1	S	ID
Name des Schiffes	x	1	S	Text	Datenschutz
MMSI des Schiffes	x	1	S	### ######	Datenschutz
Rufzeichen des Schiffes	opt	1	S	NNAA, NNAA#, NNAA##, NA###, NNA####	Datenschutz (falls keine MMSI)
Flagge des Schiffes		2	S	Liste (ISO-3166)	Verteilung
Heimathafen des Schiffes		3	S	Text	Standort
Hersteller des Schiffes		3	S	Herstellerliste	schiffsspezifische Fehler
Typbezeichnung des Schiffes		3	S	Typenliste	schiffsspezifische Fehler
Schiffslänge		2	S	###,# m	Stabilität, max Verdrängergeschwindigkeit
Verdrängung		2	S	### to	Stabilität
Tiefgang		2	S	##,# m	minimaler Messbereich
Bootstyp		2	S	Segler, Verdränger, Gleiter, Kat	typspezifische Fehler
Maximalgeschwindigkeit		2	S	## kt	Hinweis auf geschwindigkeitsabhängige Probleme
Übergangsgeschwindigkeit verdrängen/gleiten		2	S	##,# kt	Daten +- wegen Verwirbelung unbrauchbar
Kommentar zum Schiff		3	S	Fliesstext	Besonderheiten
ID des Datensammlers	incr	1	P	ID
Registrierungsdatum des Datensammlers	automatisch	2	B	Datum	Datenschutz
Name des Datensammlers	x	1	B	Text	Datenschutz
Vorname (ID) des Datensammlers	x	1	B	Text	Datenschutz
eMail des Datensammlers	x	1	B	text@text.text	Datenschutz
Passwort des Datensammlers	x	1	B	Text	Datenschutz
Land des Datensammlers		2	B	Liste	Datenschutz
Korrespondenzsprache des Datensammlers		2	B	Liste (Deutsch/English)	Datenschutz
Tel-Nr des Datensammlers		3	B	+## ############	Datenschutz
ID der Track-Datei	inc	1	T	ID	meist konstant während einer Messung
Pegelname des Wasserspiegels binnen	x	1	T	Fliesstext	für den entsprechenden Abschnitt
Pegelstand des Wasserspiegels binnen	x	1	T	####,## m	meist konstant während einer Messung
Pegelnullpunkt	x	1	T	###,## m
Höhenbezugsystem für binnen	x	1	T	Liste (NHN, …)
Pegel des Wasserspiegels Gezeiten		1	T	##,## m	Berechnung anhand von Modellen und DatZeit
Höhenbezugsystem für Gezeiten		1	T	Liste (...)
Projektion		3	T	Liste, Standard: WGS84	? schreibt das GPS auch andere Projektionen?
Kommentar zum einzelnen Track		2	T	Fliesstext	für händische Zusatzinformation

Tab

Die Dateneingabe wird gruppiert und in Tabs zusammengefasst:

T: Angaben zum einzelnen Track

L: Angaben zum Logger

S: Angaben zum Schiff

G: Angaben zum auf der Yacht verwendeten GPS und GPS-Antenne

E: Angaben zum auf der Yacht verwendeten Echolot und Sensor

B: Angaben zum Benutzer

Logger

OpenSeaMap-Software-Logger

OpenSeaMap-Hardware-Logger (ab August)

OpenSeaMap-WLAN-Logger

Teamsurv-Hardware-Logger

OpenCPN-Logger-Plugin

GPSD-Linux-Logger

Plotter und AIS als Logger (Lowrance, Raymarine, Weatherdock)

Eigenbau-Lösung

Zeitbezug des Loggers

Basis ist UTC vom GPS.
Die RMC-Nachricht wird typischerweise genau am Beginn einer Sekunde gesendet. Alle anderen GPS-NMEA-Nachrichten folgen daraufhin. Hierzu asynchron laufen Meldungen von anderen Sensoren ein. Ein Zeitstempel erlaubt die exakte Rekonstruktion der zeitlichen Abfolge und Zuordnung der Nachrichten, sowie Rückschlüsse auf die Laufzeitstreuung bei der Datenübertragung.

Generell sollte ein zusätzlicher Takt der Systemuhr oder des Prozessors im HW-Logger als Zeitstempel zum Gerätedatensatz hinzugefügt werden. Siehe HW-Logger-Spezifikation.

Vorgeschlagenes Format für Zeitstempel im Datensatz:

YYYY-MM-DD hh:mm:ss.usec:

Beispiel:

2013-05-02 23:37:11.112072: $GPRMC,213710,A,4935.6474,N,01104.1177,E,1.1249,14.408,020513,,*16
2013-05-02 23:37:11.564109: $GPRMC,213711,A,4935.659,N,01104.124,E,000.0,000.0,020513,000.9,E*7F

Der Aufruf gpspipe -ur auf Linux-Systemen erzeugt bereits dieses Format, wenn man gpsd v3.9 oder höher installiert hat.

Der Zeitstempel ist von der Systemuhr abgeleitet und hat demnach einen Versatz und eine Drift gegenüber der GPS-Empfänger-Zeit. Versatz und Drift lassen sich dann bei der Verarbeitung des Datensatzes leicht bestimmen und berücksichtigen.

Abstand GPS-Antenne/Tiefensensor längs

Bezogen auf Schiffsmitte? oder nur relativ zueinander? Wie wird die Schiffsmitte definiert? Wie wird +- definiert?

Abstand GPS-Antenne/Tiefensensor quer

Bezogen auf Schiffslängsachse? oder nur relativ zueinander? Wie wird +- definiert?

Höhe der GPS-Antenne über Wasserlinie

Wasserlinie als Bezugsebene. Konstruktionswasserlinie? oder aktuelle Wasserlinie?

Tiefe des Tiefensensors unter Wasserlinie

Wasserlinie als Bezugsebene. Konstruktionswasserlinie? oder aktuelle Wasserlinie?

Offset Tiefensensor (Anzeige)

Der Sensor misst die Wassertiefe ab Sensor. Um in der Anzeige die Wassertiefe bezogen auf den Wasserspiegel zu erhalten, wird am Gerät der Unterschied zwischen Montageort des Sensors und dem Wasserspiegel als Offset eingestellt.

Dabei gibt es folgende Fehlerquellen: (Details)

• Vorzeichenfehler
• willkürlicher Offset (z.B. zum Kiel, oder "beliebig", oder "verkehrt rum")
• unbekannt, ob das Gerät den Offset als NMEA und mit richtigem (was ist richtig?) Vorzeichen ausgibt
• unbekannt, ob das Gerät den in NMEA ausgegebenen Wert der Wassertiefe korrigiert oder ob nur die Anzeige korrigiert wird

Wie wird +- definiert? Wie werden Vorzeichenfehler verhindert?

Sendefrequenz des Tiefensensors

verbreitete Frequenzen sind: 220, 200, 192, 50, 38 kHz

Je höher die Frequenz,
desto besser ist die Zieltrennung (Auflösung).

Je niedriger die Frequenz, desto weiter ist die Reichweite in die Tiefe (Dämpfung).

Breitband-Geräte mit Breitband-Sonarmodul und Breitband-Geber arbeiten mit CHIRP-Signalen (veränderliche Frequenz Datei:Expchirp.ogg) und errreichen damit eine wesentlich bessere Auflösung.

Was ist mit Dualfrequenzen? Multibeam? Sidescan?

Öffnungswinkel des Schallkegels

Der Öffnungswinkel ist abhängig von der Sendefrequenz und der Grösse und Form des Sensors. Im Sensor ist ein flacher, meist zylindrischer Kristall. Die verwendbare Frequenz ist abhängig von der Dicke des Kristalls. Der Geberwinkel hängt vom Durchmesser ab. Ein 192 kHz- / 20°-Geber-Kristall hat einen Durchmesser von etwa 2,5 cm, ein 8°-Geber-Kristall hingegen einen Durchmesser von etwa 5 cm. Je größer der Kristall, desto kleiner ist der Geberwinkel.

Grafik: Dualfrequenzen, Multibeam, Sidescan

Video: Sendeimpuls, Fischsichel, Echolotkegel

Kegeldurchmesser = <?? * Öffnungswinkel> * Wassertiefe

Winkel	Kegeldurchmesser
20°	0,35 * Wassertiefe
24°	0,42 * Wassertiefe
30°	0,53 * Wassertiefe
40°	0,72 * Wassertiefe
50°	0,93 * Wassertiefe
60°	1,15 * Wassertiefe
70°	1,40 * Wassertiefe
73°	1,48 * Wassertiefe
20°	1,68 * Wassertiefe
90°	2,00 * Wassertiefe
100°	2,38 * Wassertiefe

	200 kHz	50 kHz
Tiefe	seicht	tief
Kegel-Winkel	10..15°	40..50°
Zieltrennung	besser	schlechter
Geräuschanfälligkeit	geringer	höherer

Neigung des Tiefensensors quer

Echolotgeber sind auf Segelschiffen oft vor dem Kiel und leicht seitlich versetzt eingebaut. Durch die Rumpform ist das Einbau-Loch dann nicht immer genau senkrecht, sondern oft rechtwinklig zum Rumpf. Das kann man beim Einbau des Tiefenmessers wieder etwas korrigieren, aber nicht immer erfolgt diese Korrektur. Dann misst der Tiefenmesser nicht exakt senkrecht nach unten. Es entsteht eine seitlich geneigte Abstrahlung nach bb oder stb und dadurch ein systematischer Fehler.

Dieser Fehler wird hier erfasst.

Hersteller

Geräte: GPS, GPS-Antenne, Echolot, Tiefensensor

Schiffshersteller:

Siehe Yacht_builders und Geräte.xls

Verdrängung

Die Verdrängung von Sportbooten wird in Tonnen angegeben.

Wie ist da das Verhältnis zu BRZ in der Grossschifffahrt? (die ja etwas ganz anderes misst)

Tiefgang

Wird der ab Konstruktionswasserlinie gemessen? Oder messen wir die statische Abladetiefe ab Wasserspiegel? oder die dynamische Tauchtiefe (Tiefgang + Einsinktiefe) ab Wasserspiegel?

Ein Schiff mit 10 to Leergewicht ist komplett ausgestattet 5..15% schwerer. Vollgetankt ist es 4..6% schwerer. Crew, Gepäck und Proviant machen nochmal 6..12% aus. Das Schiff liegt entsprechend tiefer im Wasser.

Bootstyp

Segelschiff, Verdränger und Gleiter verhalten sich unterschiedlich im Wasser.

Ein Segelschiff hat eine Krängung. Aber es rollt nicht (nur auf Vorwindkurs, in Böen und bei Steuerfehlern). Ein Katamaran krängt deutlich weniger.

Verdränger rollen stark im Seegang.

Gleiter verändern die Eintauchtiefe und damit die gemessene Tiefe. Beim Übergang in die Gleitphase sind die Tiefendaten wegen Verwirbelung unbrauchbar. Bei hohen Geschwindigkeiten liegen die Messwerte räumlich weit auseinander und Taktfehler der Sensoren wirken sich durch nicht zuordenbare Positionen stärker aus.

Höhenbezug binnen

Europa (Grafik)

Europa Liste

Welche gibt es weltweit?

Höhenbezug Gezeiten

Sinnvolle Bezugsebenen sind das WGS84 Ellipsoid und LAT.

Welche ausserdem gibt es weltweit?

Projektion

Liste der EPSG-Codes

aber natürlich ausgeschrieben: WGS-84 (statt 4326)

Benutzerfreundlichkeit

Das Formular soll möglchst benutzerfreundlich sein, simpel und intuitiv zu bedienen.

Hilfe

Zu jedem Feld soll es einen erläuternden Hilfetext geben.
Als MouseOver, oder als dauerhaftes Textfeld.
Jeweils mit Link zu einer weiterführenden Wiki-Seite.

Listen

Die Daten sollen möglichst als Dropdownliste zum Auswählen angeboten werden.

Jede nicht vollständige Liste enthält zusätzlich das Feld "--Nicht in dieser Liste".

Wenn "--Nicht in dieser Liste", ausgewählt wird, erscheint zusätzlich ein Textfeld.

Aus dem Inhalt des Zusatzfeldes soll die Liste später erweitert werden können.

Wiederkehrende Daten

Wiederkehrende Daten sollen nach einmaliger Eingabe bei den nächsten Einwahl in den Datenfeldern wieder erscheinen.

Personen

Der Datenspender soll mit der Einwahl seine Daten bereit im Formular angezeigt finden.

Schiffe

Eigner benutzen meist dasselbe Schiff. Die Daten bleiben also gleich. Nur bei Veränderungen sind geänderte Eingträge erforderlich.

Charterer benutzen meist verschiedene Schiffe. Falls sie das selbe Schiff benutzen, sollen sie die bereits eingegebenen Daten wiederbenutzen können.

Geräte

Geräte bleiben auf einem Schiff über längere Zeit meistens dieselben. Die Daten sollen wiederverwendet werden können.

Geräte sind hier 1:1 mit dem Schiff verbunden.

Wenn auf einem Schiff (A) ein Gerät gegen ein anderes gewechselt wird, könnte man einfach ein "neues Schiff" (A1) eingeben.

(dadurch liesse sich die seltene 1:n Relation sparen).

Tracks

Jeder Track ist neu. Die Felder sollen neu ausgefüllt werden, damit sie zur Datei passen.

Nachkommastellen

Punkt und Komma trennen Vor- Und Nachkommastellen.

Eingabeprüfung

Einfache Eingabeprüfungen helfen Tippfehler zu vermeiden:

MMSI

9 stellig (0..9)

Rufzeichen

NNAA, NNAA9, NNAA99, NA999, NNA9999 (a..z, 0..9)

(N = Buchstabe oder Ziffer, A = Buchstabe, 9 = Ziffer).

Von den ersten beiden Zeichen ist wenigstens eines ein Buchstabe; in den meisten Fällen dürfen die Ziffern 0 und 1 nicht einem Buchstaben folgen

Tel-Nr

internationales Format (führendes +, Ziffern, Leerzeichen)

Schiffslänge

###.# oder ###,# (0..9)

Tiefgang

##.# oder ##,# (0..9)