GPS-(NMEA-)Tracks mit Gnuplot zu Animationen verarbeiten

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02.11.2021

Durch einen Post auf Mastodon wurde ich auf eine Idee gebracht...

Der Post beschrieb die Idee, Live-Video mit einer Darstellung des gefahrenen Höhenprofils und/oder der Darstellung der gefahrenen Geschwindigkeit zu überlagern.

Ich hatte so etwas vor vielen Jahren einmal mit Java realisiert: Wir hatten damals die Live-Aufnahmen der Dashcam mit GPS-Daten verheiratet: unten links war im Kamerabild eine Miniaturkarte von OpenStreetMap eingeblendet, die immer auf den aktuellen Standort zentriert war, der mittels GPS-Empfänger ausgelesen wurde.

Dieses Mal wollte ich aber kein Java-Programm schreiben, sondern legte mir andere Werkzeuge auf der Werkbank zurecht: AWK und Gnuplot.

Mit AWK konvertierte ich einen rohen Mitschnitt von NMEA-Daten aus dem GPS-Receiver (ich nutzte hier die GPRMC-Pakete, das lässt sich natürlich auf alle anderen NMEAS-Botschaften anpassen) zunächst in ein etwas Gnuplot-freundlicheres Format - vor allem, was die Zeit anging:

gawk -F "," '$1=="$GPRMC" && $3 != "V" {print substr($10,1,2)"/"substr($10,3,2)"/"substr($10,5,2)"-"substr($2,1,2)":"substr($2,3,2)":"substr($2,5,2)"\t"$10"\t"$2"\t"$8}' input_nmea.TXT>gpl.dat

Danach konnte ich daran gehen, das Gnuplot-Skript zu entwerfen - die Grundidee war, dass ich die Gesamtdaten des Tracks darstellen wollte und darüber überlagert die Daten bis zu einem gewissen Zeitpunkt - dieses Bild hier zeigt einen frühen Entwurf dessen, was ich damit zum Ausdruck bringen wollte:

Screenshot Früher Entwurf

Kurz danach fiel mir noch eine weitere Möglichkeit der Visualisierung ein - Man könnte doch auch die Gesamtdaten mit einem Marker genau zu einem gewissen Zeitpunkt überlagern - dieses Bild aus einer späteren Phase des Entwurfs zeigt diese Variante:

Screenshot Früher Entwurf

Variiert man den Zeitpunkt zwischen Beginn und Ende des Tracks und speichert die jeweils gerenderten Abbildungen, kann man darauf eine Animation erstellen. Dazu kam das folgende Gnuplot-Skript zum Einsatz:

stats "gpl.dat" using 4 name "A"

set xdata time set timefmt "%d/%m/%Y-%H:%M:%S" plot 'gpl.dat' using 1:4 min_y = GPVAL_DATA_Y_MIN max_y = GPVAL_DATA_Y_MAX min_x = GPVAL_DATA_X_MIN max_x = GPVAL_DATA_X_MAX

set format x '%H:%M'

set xrange[min_x:max_x] set yrange[min_y:max_y]

do for [ii=0:A_records] { set terminal pngcairo transparent size 800,600 set size 1,0.5 filename = sprintf("tmp/gnuplotanim/%05d.png", ii) set output filename #Visualisierung Variante 1 #plot 'gpl.dat' using 1:4 w lines title "",'gpl.dat' u ($0<= ii ? timecolumn(1) : 1/0):4 w lines lw 3 title "" #Visualisierung Variante 2 plot 'gpl.dat' using 1:4 w lines title "",'gpl.dat' u ($0 == ii ? timecolumn(1) : 1/0):4 w p pt 7 ps 2 title "" }

Dabei wurde die Höhe des Diagramms noch ein wenig angepasst, um dem Hintergrund (zum Beispiel Live-Kamerabild) mehr Geltung verschaffen zu können. Die endgültige Größe und Position des Diagramms kann ebenso wie die Größe des erzeugten Bildes und das Styling des Diagramms in weiten Grenzen angepasst werden - mir ging es lediglich um die Mechanik des Ganzen.

Zum Schluss kann man - zum Beispiel mittels ffmpeg - die Einzelbilder zu einer Animation zusammenfassen, indem man ein Kommando wie dieses hier ausführt:

ffmpeg -r:v 1 -start_number 50704 -i "tmp/gnuplotanim/%05d.png" -codec:v libx264 movie.mp4

Dieses Kommando erzeugt eine Animation in Echtzeit: sie dauert exakt so lange, wie die Aufzeichnung des Tracks gedauert hat und eignet sich daher sehr gut als Overlay des Live-Kamerabilds. Das wird dadurch erreicht, dass mittels -r 1 eine Framerate von einem Bild pro Sekunde vorgegeben wurde - der Originaltrack wurde mit einem Datenpunkt jede Sekunde aufgezeichnet.

Hier ist das Resultat, das FFMpeg für den Beispieltrack nach Behandlung mit AWK und Gnuplot wie beschrieben ausspuckt (funktioniert wahrscheinlich nicht in Firefox...):

Artikel, die hierher verlinken

Gnuplot Snippets Projekt

28.04.2022

Nachdem ich hin und wieder über verschiede Aspekte von Gnuplot berichtet habe, habe ich mich entschieden, diese über die Jahre gewonnenen Erkenntnisse zu systematisieren und endlich mal davon wegzukommen, immer das letzte Gnuplot Skript zu kopieren und anzupassen.

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