Аббревиатура GPS сейчас на слуху практически у всех пользователей сотовых телефонов, но не все понимают, что это такое и как работает. Данный материал поможет разобраться, что такое GPS навигация и как она работает!? Начнём с истории и целей создания системы глобального позиционирования GPS.
Когда мы наконец получили ярко-желтый гаджет с крупными буквами Garmin, нашему восторгу не было предела. Хотя по сегодняшним меркам возможности этого простого устройства были очень и очень ограничены — нужно было взять координаты, а затем самостоятельно найти их на карте. Современные GPS-приемники способны на гораздо большее.
Это пример развития технологий глобальной системы позиционирования, но сам основной принцип остается таким же, как и много лет назад, поэтому я рассмотрю основы, начиная с простейшей механики системы.
Я также проведу анализ того, какие конкретные паттерны и последовательности работают с этими устройствами, с помощью которого мы видим свое положение на экранах самих приемников.
Рассмотрю, где и как можно применить технологии GPS, чем они могут быть полезны в повседневной жизни. Выявлю её недостатки и особенности.
И я также предоставлю некоторую историческую информацию и свои комментарии к некоторым разделам этой аннотации.
1. История развития системы GPS (Global Positioning System)
Навигационная система Global Positioning System (GPS) является частью комплекса NAVSTAR, который разработан, реализован и эксплуатируется Министерством обороны США. Разработка комплекса NAVSTAR (NAVigation Satellites providing Time And Range — навигационная система определения времени и дальности) была начата ещё в 1973 году, а уже 22 февраля 1978 года был произведён первый тестовый запуск комплекса, а в марте 1978 года комплекс NAVSTAR начали эксплуатировать. Первый испытательный спутник был запущен на орбиту 14 июля 1974 года, а последний из 24 спутников, необходимых для полного покрытия поверхности Земли, был запущен в 1993 году. Гражданский сегмент военной спутниковой сети NAVSTAR обычно обозначается аббревиатурой GPS; Коммерческая эксплуатация системы в нынешнем виде началась в 1995 году.
Спустя более 20-ти лет с момента тестового запуска системы GPS и 5-ти лет с момента начала коммерческой эксплуатации Глобальной системы позиционирования GPS, 1 мая 2000 года министерство обороны США отменило особые условия пользования системой GPS, существовавшие до тех пор. Американские военные выключили помеху (SA — selective availability), искусственно снижающую точность гражданских GPS приёмников, после чего точность определения координат с помощью бытовых навигаторов возросла как минимум в 5 раз. После отмены американцами режима селективного доступа точность определения координат с помощью простейшего гражданского GPS навигатора составляет от 5 до 20 метров (высота определяется с точностью до 10 метров) и зависит от условий приема сигналов в конкретной точке, количества видимых спутников и ряда других причин. Приведенные выше цифры соответствуют одновременному приему сигнала от 6-8 спутников. Большинство современных GPS-приемников имеют 12-канальный приемник, который может обрабатывать информацию с 12 спутников одновременно. Военное применение навигации на базе NAVSTAR обеспечивает точность на порядок выше (до нескольких миллиметров) и обеспечивается зашифрованным P(Y) кодом. Информация в C/A коде (стандартной точности), передаваемая с помощью L1, распространяется свободно, бесплатно, без ограничений на использование.
Система глобального позиционирования (2)
... спутников (GPS-IIF, GPS-III) с новыми военными и гражданскими сигналами (L5, M, L1C). Наземный сегмент системы претерпит значительные улучшения. Сегодня область применения глобальной системы позиционирования ... на точность ... С помощью ... группировки NAVSTAR) или ... спутник китайской системы “Beidou”. Правительством США был разработан долгосрочный план развития системы GPS. В ближайшие несколько лет ...
Основой системы GPS являются навигационные спутники, движущиеся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте 20180 км. Спутники GPS обращаются вокруг Земли за 12 часов, их вес на орбите составляет около 840 кг, размеры — 1.52 м. в ширину и 5.33 м. в длину, включая солнечные панели, вырабатывающие мощность 800 Ватт. 24 спутника обеспечивают 100 % работоспособность системы навигации GPS в любой точке земного шара. Максимальное возможное число одновременно работающих спутников в системе NAVSTAR ограничено числом 37. В настоящее время на орбите находится 32 спутника, 24 основных спутника и 8 резервных спутников на случай отказа.
Слежение за орбитальной группировкой осуществляется с главной управляющей станции (Master Control Station — MCS), которая находится на базе ВВС Шривер, шт. Колорадо, США. Ознакомьтесь с глобальной системой навигации GPS. База ВВС Шривер (Schriever) является местом размещения 50-го космического соединения США — подразделения командования воздушно-космических сил.
Наземная часть системы GPS состоит из десяти станций слежения, которые находятся на островах Кваджалейн и Гавайях в Тихом океане, на острове Вознесения, на острове Диего-Гарсия в Индийском океане, а также в Колорадо-Спрингс, в мысе Канаверел, шт. Флорида и т.д.. Количество наземных станций постоянно растет, все станции слежения используют приемники GPS для пассивного отслеживания навигационных сигналов всех спутников. Информация со станций наблюдения обрабатывается на главной станции управления MCS и используется для обновления эфемерид спутников. Выгрузка навигационных данных, состоящих из прогнозируемых орбит и поправок часов, выполняется для каждого спутника каждые 24 часа.
Система Глобального Позиционирования (GPS или Global Positioning System) является спутниковой и работает под управлением Министерства Обороны США. Система является глобальной, для всех сезонов и предлагает возможность получения точных координат и расписания 24 часа в сутки.
2. Введение в основы GPS
2.1 Как работает GPS
Основы системы GPS можно разбить на пять основных подпунктов:
Спутниковая трилатерация — основа системы
Спутниковая дальнометрия – измерение расстояний до спутников
Разработка дизайна серии рекламных плакатов для магазина часов
... магазина. Цель работы: дизайн-разработка серии рекламных плакатов. Задачи проекта: теоретический анализ проектной задачи; обзор аналогов, посвященных рекламе магазинов часов; разработка и обоснование проектных вариантов серии плакатов. Методы проектирования: ...
Точная временная привязка – зачем нужно согласовывать часы в приёмнике и на спутнике и для чего требуется 4-й космический аппарат
Расположение спутников – определение точного положения спутников в космосе
Коррекция ошибок – учёт ошибок вносимых задержками в тропосфере и ионосфере
1 Спутниковая трилатерация
Точные координаты могут быть вычислены для места на поверхности Земли по измерениям расстояний от группы спутников (если их положение в космосе известно).
В этом случае спутники являются пунктами с известными координатами. Предположим, расстояние до спутника известно, и мы можем описать сферу заданного радиуса вокруг него.
Если мы также знаем расстояние до второго спутника, определенное положение будет где-то в круге, определяемом пересечением двух сфер.
Третий спутник определяет две точки на окружности.
Теперь остаётся только выбрать правильную точку. Однако от одной из точек всегда можно отказаться, так как она имеет большую скорость движения или расположена выше или ниже поверхности Земли. Следовательно, зная расстояние до трех спутников, можно вычислить координаты определяемой точки.
2 Спутниковая дальнометрия
Расстояние до спутников определяется путем измерения времени прохождения радиосигнала от космического корабля до приемника, умноженного на скорость света. Чтобы определить время распространения сигнала, нам нужно знать, когда он покинул спутник.
Для этого на спутнике и в приёмнике одновременно генерируется одинаковый Псевдослучайный Код*
* — Каждый спутник GPS передаёт два радиосигнала: на частоте L1=1575.42 МГц и L2=1227.60 МГц. Сигнал L1 имеет два дальномерных кода с псевдослучайным шумом (PRN), P-код и C/A код. “Точный” или P-код может быть зашифрован для военных целей. “Грубый” или C/A код не зашифрован. Сигнал L2 модулируется только с P-кодом. Большинство гражданских пользователей используют C/A код при работе с GPS системами. Некоторые приёмники Trimble геодезического класса работают с P-кодом.
Приёмник проверяет входящий сигнал со спутника и определяет когда он генерировал такой же код. Полученная разница, умноженная на скорость света (~ 300000 км/с) даёт искомое расстояние.
Использование кода позволяет приемнику определять задержку в любой момент. Кроме того, спутники могут излучать сигнал на одной и той же частоте, так как каждый спутник идентифицируется по своему Псевдослучайному коду (PRN или PseudoRandom Number code).
3 Точная временная привязка
Как видно из вышесказанного, расчеты напрямую зависят от точности часов. Код должен генерироваться на спутнике и приёмнике в одно и то же время. Спутники оснащены атомными часами с точностью около одной наносекунды. Однако устанавливать такие часы в каждый приемник GPS слишком дорого, поэтому измерения с четвертого спутника используются для устранения ошибок в часах приемника.
Эти измерения можно использовать для устранения ошибок, которые возникают, когда часы спутника и приемника не синхронизированы. Для наглядности на следующих иллюстрациях рассматривается ситуация в самолете, поскольку для расчета положения объекта требуется всего три спутника.
Если часы спутника и приемника имеют одинаковую точность, точное положение можно определить, измерив расстояние от двух спутников.
Если измерения получены с трех спутников и все часы точны, круг, описываемый вектором луча третьего спутника, будет пересекаться, как показано на рисунке.
Реклама как сигнал и информация
... - изучить категории рекламы как сигнала и как информации. Исходя из цели, поставленной в курсовой работе, определены основные задачи исследования: 1) изучить понятие и признаки рекламы как особого вида информации; 2) проанализировать особенности рекламы как сигнала качества продукции и услуг. Предметом ...
Однако, если часы приемника опережают время на 1 секунду, изображение будет выглядеть следующим образом.
Если вы выполните измерение на третьем спутнике, результирующий вектор луча не будет пересекаться с двумя другими, как показано на рисунке.
Когда GPS приёмник получает серию измерений которые не пересекаются в одной точке, то компьютер в приёмнике начинает вычитать (или добавлять) время методом последовательных итерации до тех пор, пока не сведёт все измерения к одной точке. Впоследствии рассчитывается поправка и делается соответствующая корректировка.
Если необходимо третье измерение, нужен четвертый спутник, чтобы устранить ошибки часов в приемнике. Поэтому при работе в поле необходимо иметь как минимум четыре спутника для определения трехмерных координат объекта.
4 Расположение спутников
Система NAVSTAR имеет 24 действующих спутника с периодом обращения 12 часов на высоте около 20 200 км от поверхности Земли. В шести разных плоскостях с наклоном к экватору 55 ° находятся 4 спутника. Указанная высота необходима для обеспечения устойчивости орбитального движения спутников и уменьшения влияния сопротивления атмосферы.
Министерство Обороны США (DoD) осуществляет непрерывное слежение за спутниками. Каждый спутник несет на себе несколько высокоточных атомных часов и непрерывно передает радиосигналы со своим уникальным идентификационным кодом*. Министерство обороны США имеет 4 станции слежения за спутниками, три станции связи и центр, который контролирует и контролирует весь наземный сегмент системы. Станции слежения непрерывно отслеживают спутники и передают данные в центр управления. Центр управления рассчитывает уточненные элементы орбит спутников и поправочные коэффициенты для временных шкал спутников, после чего эти данные передаются по каналам станций связи на спутники не реже одного раза в сутки.
* — Каждый спутник GPS передаёт два радиосигнала: на частоте L1=1575.42 МГц и L2=1227.60 МГц. Сигнал L1 имеет два дальномерных кода с псевдослучайным шумом (PRN), P-код и C/A код. “Точный” или P-код может быть зашифрован для военных целей. “Грубый” или C/A код не зашифрован. Сигнал L2 модулируется только с P-кодом. Большинство гражданских пользователей используют C/A код при работе с GPS системами. Некоторые приёмники Trimble геодезического класса работают с P-кодом.
5 Коррекция ошибок
Некоторые источники ошибок, возникающих при работе GPS, трудно устранить. В расчетах предполагается, что сигнал распространяется с постоянной скоростью, равной скорости света. Однако в реальности всё гораздо сложнее. Скорость света является константой только в вакууме. Когда сигнал проходит через ионосферу (слой заряженных частиц на высоте 130-290 км) и тропосферу, его скорость распространения уменьшается, что приводит к ошибкам в измерения дальности. Современные приемники GPS используют всевозможные алгоритмы для устранения этих задержек.
Ошибки иногда возникают во время работы атомных часов и спутниковых орбит, но обычно они незначительны и тщательно отслеживаются исследовательскими станциями.
Многолучёвая интерференция также вносит ошибки в определение местоположения с помощью GPS. Это происходит, когда сигнал отражается от объектов, расположенных на поверхности земли, что создает значительные помехи для сигналов, поступающих непосредственно со спутников. Специальные методы обработки сигналов и интеллектуальная конструкция антенны сводят к минимуму этот источник ошибок.
Профессиональный имидж продавца: технология создания и распространенные ошибки
... компании следует уделять серьезное внимание вопросу создания своего имиджа и созданию профессионального имиджа своих продавцов. Каков профессиональный имидж продавца? Вопрос сложный и одновременно неоднозначный. Многие ... доброжелательность, умение слушать и слушать и так далее.2 Основная цель профессионального имиджа продавца- создание позитивного образа, которое включает как внешний вид, так ...
Раньше существовал ещё один источник ошибок – это Избирательный Доступ (Selective Availability или S/A), искусственное снижение точности спутникового сигнала вводимое МО США. Это привело к тому, что точность координат, полученных с помощью GPS, снизилась до 100 метров. Однако 1 мая 2000 года по решению президента США «избирательный доступ» был отключен.
Выводы:
1) Расстояние до спутников определяется путем измерения времени прохождения радиосигнала от космического корабля до приемника, умноженного на скорость света. Чтобы определить время распространения сигнала, нам нужно знать, когда он покинул спутник.
2) Многолучёвая интерференция также вносит ошибки в определение местоположения с помощью GPS. Это происходит, когда сигнал отражается от объектов, расположенных на поверхности земли, что создает значительные помехи для сигналов, поступающих непосредственно со спутников.
3) Как видно из вышесказанного, расчеты напрямую зависят от точности часов. Код должен генерироваться на спутнике и приёмнике в одно и то же время.
2.2 Компоненты GPS картографических систем
Trimble Navigation Limited производит широкий спектр продуктов разработанных специально для картографирования и ГИС приложений. Эти системы позволяют быстро и точно собирать данные для создания и обновления географических баз данных. Картографические продукты включают GPS-приемники, сборщики данных и программное обеспечение. В этом разделе обсуждаются эти компоненты.
Приёмники
GPS приёмники могут вычислять положения с периодом менее одной секунды и обеспечивают точность от дециметров до 5 метров при работе в дифференциальном режиме измерений. Приемники различаются по весу, размеру, емкости памяти и количеству каналов, которые они используют для отслеживания спутников.
Пока вы находитесь на каком-либо месте или перемещаетесь, приемник принимает сигналы со спутников GPS, а затем вычисляет ваше местоположение. Результаты расчета отображаются в виде координат на дисплее приемника. GPS приёмники вычисляют также скорость и направление движения позволяя решать навигационные задачи.
Накопители данных
Накопители данных (контроллеры) это портативные компьютеры работающие под управлением специального программного обеспечения предназначенного для сбора данных. Некоторые контроллеры записывают дополнительную информацию (например, аттрибуты объектов) вместе с координатами, а другие сохраняют только координаты. Программное обеспечение управляет настройками приемника GPS, наиболее важными из которых являются диапазон измерения и объем сохраненных данных GPS.
Накопители данных различаются по размерам, весу и типу записываемых данных, возможностям выдерживать неблагоприятные условия окружающей среды и количеству информации которую можно записать на них. Некоторые сборщики данных должны быть подключены к отдельному приемнику GPS, в то время как другие интегрированы с приемниками в том же корпусе.
Программное обеспечение
Исследование информационных систем маркетинга на примере ЗАО ...
... и других товаров народного потребления ЗАО «Лагуна". Объектом исследования курсовой работы является маркетинговая информационная система ЗАО «Лагуна". Целью курсовой работы является анализ маркетинговой информационной системы ОАО «Лагуна» для повышения эффективности деятельности компании. Поставленная цель ...
Каждая картографическая система GPS поставляется с программным обеспечением для обработки. Вернувшись с поля, вы можете загрузить координаты и вспомогательную информацию из регистратора данных на свой компьютер. Далее программа позволяет повысить точность данных с помощью специального метода обработки данных, называемого дифференциальной коррекцией. Этот метод будет обсуждается в главе 1.4
Программное обеспечение выполняет визуализацию ваших GPS данных. Некоторые программы позволяют изменять данные, чтобы можно было управлять координатами и атрибутами данных, настраивать и удалять. Некоторые программы обеспечивают возможность вывода полученных материалов на печать (плоттер, принтер и т.д.).
Программное обеспечение различается по количеству опций редактирования и экспорта данных.
GPS системы помогают при сборе информации о географических объектах и атрибутивной информации для ввода в ГИС или другие базы данных. Программное обеспечение для обработки данных GPS экспортирует результаты в программы ГИС, где они могут быть объединены с информацией из других источников для дальнейшей обработки и анализа.
Выводы:
1) Trimble Navigation Limited производит широкий спектр продуктов разработанных специально для картографирования и ГИС приложений. Эти системы позволяют быстро и точно собирать данные для создания и обновления географических баз данных.
2) Некоторые программы обеспечивают возможность вывода полученных материалов на печать (плоттер, принтер и т.д.).
Программное обеспечение различается по количеству опций редактирования и экспорта данных.
3) Чтобы узнать когда сигнал покинул спутник, нужно замерить временную задержку между одинаковыми участками кода.
2.3 Дифференциальная коррекция
Дифференциальная коррекция — это метод, который значительно увеличивает точность собранных данных GPS. В этом случае используется приёмник расположенный в точке с известными координатами (базовая станция), а второй приёмник собирает данные в точках с неизвестными координатами (передвижной приёмник).
Данные, полученные в известной координатной точке, используются для определения ошибок, содержащихся в спутниковом сигнале. Затем информация от базовой станции обрабатывается совместно с данными от мобильного приемника с учетом ошибок, содержащихся в спутниковом сигнале, что позволяет устранить ошибки в координатах, полученных на мобильном приемнике. необходимо как можно точнее знать координаты базовой станции, поскольку точность, полученная в результате дифференциальной коррекции, напрямую зависит от точности координат базовой станции.
Существует два метода выполнения дифференциальной коррекции: в реальном времени и постобработка. Ниже мы рассмотрим их более подробно.
Дифференциальная коррекция в реальном времени
При работе методом дифференциального GPS в реальном времени, базовая станция вычисляет и передаёт (посредством радиосвязи) ошибки для каждого спутника в то время как он собирает данные. Эти поправки, полученные марсоходом, используются для уточнения определенного положения. В результате мы можем видеть дифференциально скорректированные координаты на экране приемника.
Разработка базы данных для анализа продаж в рекламном агентстве
... систем управления базами данных: Microsoft Access, Microsoft Visual FoxPro, а также базы данных Microsoft SQL Server и Oracle, используемые в приложениях, построенных по технологии «клиент-сервер». В этом курсовом проекте база данных ... (РЕКЛАМНОЕ АГЕНТСТВО), укажем ... помощью SQL запроса Если структура таблицы в базе данных Oracle совпадает со структурой таблицы в базе данных Access или Excel, данные ...
Это может быть полезно, когда вам нужно знать, где вы находитесь на поле. Эти правильные местоположения можно сохранить в файл на устройстве хранения. Поправки передаваемые в реальном времени обычно используют формат в соответствии с рекомендациями RTCM SC-104. Все современные картографические продукты Trimble могут выполнять дифференциальные поправки в реальном времени.
Дифференциальная коррекция в постобработке
С дифференциальным GPS в постобработке, базовая станция записывает ошибки для каждого спутника непосредственно в компьютерный файл. Передвижной приёмник также записывает свои данные в компьютерный файл. После возвращения из поля, два файла обрабатываются вместе с помощью специального программного обеспечения и на выходе получается дифференциально скорректированный файл данных передвижного приёмника. Все GPS картографические системы Trimble включают в себя программу для выполнения дифференциальной коррекции в постобработке.
Одной из замечательных особенностей картографических систем Trimble, является возможность использования дифференциальной коррекции как в реальном времени, так и в постобработке. Если, во время работы в режиме реального времени, радиосвязь прервётся (например, Вы удалитесь от базовой станции на слишком большое расстояние) то приёмник продолжит записывать нескорректированные данные которые могут быть в дальнейшем обработаны с помощью дифференциальной коррекции в постобработке.
Выводы:
1) Одной из замечательных особенностей картографических систем Trimble, является возможность использования дифференциальной коррекции как в реальном времени, так и в постобработке.
2) При работе методом дифференциального GPS в реальном времени, базовая станция вычисляет и передаёт (посредством радиосвязи) ошибки для каждого спутника в то время как он собирает данные. Эти поправки, полученные марсоходом, используются для уточнения определенного положения.
3) Данные, полученные в известной координатной точке, используются для определения ошибок, содержащихся в спутниковом сигнале. Это позволяет устранить ошибки в координатах полученных на передвижном приёмнике.
2.4 Применение GPS
Картографические системы Trimble используются в различных областях. С помощью них можно создавать и обновлять базы данных ГИС для различных дисциплин. В частности они нашли широкое применение в сфере природных ресурсов, развития инфраструктуры и контроля городского хозяйства, сельском хозяйстве и социальных науках. Положение, время и дополнительную информацию можно собирать двигаясь по суше, воде и воздуху над интересующем вас местоположением.
Природные ресурсы
Специалисты работающие в области природных ресурсов, такие как, геологи, географы, лесники и биологи использую GPS картографические системы для записи GPS положений и дополнительной информации об объектах. Например, лесники в качестве дополнительной информации могут регистрировать возраст, состояние, количество и тип леса. Они могут также проводить съёмку территорий подлежащих вырубке или посадке. Биологи имеют возможность регистрировать ареалы расселения диких животных, маршруты их миграций, численность популяций и другую информацию.
GPS помогает при сборе данных о типах почв, которые в комбинации с трёхмерными моделями территорий позволяют выделить отдельные слои и аспекты для предсказания областей, требующих специального управления. Кроме того, GPS можно использовать для картографирования местоположения колодцев и других источников воды; записи размеров озёр и их состояния; регистрации ареалов распространения рыбы и диких животных; изменений береговой линии, полевых угодий и климатических зон.
Роль и место связей с общественностью (PR) в системе коммуникационной ...
... И. В. Паблик Российский исследователь А. Зверинцев в работе «Коммуникационный менеджмент. Записная книжка менеджера по связям с общественностью »обсуждает коммуникации с ... в данной системе. Борисов Б. Л. 1. РОЛЬ И МЕСТО СВЯЗЕЙ С ОБЩЕСТВЕННОСТЬЮ (PR) В СИСТЕМЕ КОММУНИКАЦИОННОЙ ПОЛИТИКИ ... Банки и биржи, ЮНИТИ, 1996. С. 481. Глубокое проникновение в мотивации всех участников (целевых аудиторий) при ...
Городское хозяйство
Приложения в сфере городского хозяйства кар тографических систем Trimble включают в себя контроль транспортных потоков и инфраструктуры коммунального хозяйства. Улицы и проспекты могут быть оцифрованы при перемещении по этим объектам с одновременной записью GPS координат. Состояние дорог, опасные участки требующие ремонта участки вводятся в виде дополнительной информации для последующего использования в программах инвентаризации и ГИС.
GPS оказывается крайне эффективным при съёмке канализационных, газовых и водных трубопроводах, а также электрических и телефонных линий. Такие объекты как, крышки колодце и пожарные гидранты картографируются как точки с соответствующей атрибутивной информацией.
Аварийные машины и ремонтные бригады могут использовать GPS для навигации непосредственно к месту аварии коммуникаций. Время их прибытия и отправления точно регистрируется, вместе с их комментариями и планом выполнения сервисных работ.
Кроме того, с помощью GPS можно выполнять съёмку земельных участков, участков проведения строительных работ, объектов улиц и заводов расположенных в черте города.
Использование GPS в сельском хозяйстве
GPS картографические системы помогают описывать особенности участков полей находящихся в интенсивном сельскохозяйственном применении. Вы можете точно связать такие характеристики как микроклимат, тип почвы, участки урожая повреждённые насекомыми или болезнями, объём собираемой продукции и т. п. с их местоположением.
Положение трактора или самолёта может быть использовано совместно с данными о типе почвы для выполнения более экономного расхода удобрений или химических распылителей. Это напрямую снижает стоимость затрат на удобрения и уменьшает загрязнение природных водных источников этими веществами.
Технология GPS оказывает агрономам существенную помощь в создании баз данных, после анализа которых можно оценить эффект влияния различных методик проведения сельскохозяйственных работ на сбор выращенной продукции.
Применение в сфере социальных наук
Археологи и историки могут использовать картографические GPS системы для навигации и регистрации раскопок и исторических мест. Когда желаемая точка маршрута найдена, в базу данных ГИС записываются исчерпывающие данные по объекту, что позволяет в дальнейшем полностью восстановить картину на определённый момент времени.
В качестве примера, можно привести исследования выполненные антропологами в джунглях Венесуэлы. Учёные исследовали “белые пятна” в джунглях и использовали картографические GPS системы для регистрации мест проживания неизвестных местных племён. Местоположения и сопутствующие данные об уровне культурного развития которые были собраны, помогли в дальнейшем правительственным органам Венесуэлы создать резервации, чтобы сохранить в неприкосновенности уникальный быт местных племён.
Спутниковая система навигации
... системы навигации, например, Геокэшинг и др. Геотегинг: информация, например фотографии "привязываются" к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам ... увеличится до 35, система Beidou сможет работать как глобальная система. Реализация данной программы ... спутниковой навигации - glonass-forum.ru Мероприятие, посвящённое вопросам спутниковой навигации Данный реферат составлен на ...
Другие области применения
Картографические GPS системы можно использовать в любых приложениях требующих точной временной привязки, положений и другой атрибутивной информации. Конечный результат не ограничивается выводом на карту. Положения объектов и маркеры времени могут быть также переданы в программные пакеты которым необходима информация для всевозможного моделирования, например создания цифровых моделей местности (ЦММ).
Выводы:
1) Система глобального позиционирования являет собой инструмент с огромным потенциалом и широчайшим кругом использования.
2) Навигационные возможности систем могут оказать неоценимую помощь в поиске и спасении людей, в работе милиции и пожарных, а также геодезистам при экстренном поиске определённого местоположения.
3) Установив картографический GPS приёмник на самолёт или вертолёт, возможно например создать оперативный план границ участков с большой площадью, например, горящего леса. GPS можно использовать для определения границ распространения пожара.
3. Оборудование для пользования услугами GPS системы
3.1 GPS-приёмник
GPS-приёмник— радиоприёмное устройство для определения географических координат текущего местоположения антенны приёмника, на основе данных о временных задержках прихода радиосигналов, излучаемых спутниками группы NAVSTAR.
Максимальная точность измерения составляет 3-5 метров, а при наличии корректирующего сигнала от наземной станции — до 1 мм (обычно 5-10мм) на 1 км расстояния между станциями (дифференциальный метод).
Точность коммерческих GPS-навигаторов составляет от 150 метров (у старых моделей при плохой видимости спутников) до 3 метров (у новых моделей на открытом месте).
Кроме того, при использовании систем SBAS и местных систем передачи поправок точность может быть повышена до 1-2 метров по горизонтали. До 1 мая 2000 года точность искусственно занижалась путем внесения в передаваемые спутником данные помех.[2]
Классификация
На базе GPS-приёмников создаются как самостоятельные устройства — GPS-навигаторы, GPS-трекеры, GPS-логгеры имеющие собственный процессор для необходимых расчётов и (в основном, у навигаторов) дисплей для отображения информации, и GPS-приставки к КПК и ноутбукам, которые бывают беспроводные (BlueTooth, Wi-Fi, IrDa) и проводные (USB, RS-232, PS/2).
Последние также жаргонно называют GPS-мышками из-за внешнего сходства с компьютерными мышами. Помимо этих устройств, для GPS-навигации используются онбордеры (встроенные автомобильные компьютеры).
Оборудование условно делится на пользовательское и профессиональное. Профессиональное отличается качеством изготовления компонент (особенно антенн) и ПО, поддерживаемыми режимами работы (например RTK, binary data output), рабочими частотами (L1+L2), алгоритмами подавления многолучевости, солнечной активности (влияние ионосферы), поддерживаемыми системами навигации (например GPS — ГЛОНАСС приёмники) и, разумеется, ценой.
Пользовательские приёмники
Помимо собственно широты, долготы и высоты такой GPS-приёмник способен сообщить:
- точное время (некоторые приёмники имеют выход PPS);
- ориентацию по сторонам света (в моделях без встроенного компаса — только направление скорости при движении);
- высоту над уровнем моря (при условии приёма сигнала более четырёх спутников или при наличии встроенного баровысотомера);
- направление на точку с координатами, заданными пользователем;
- текущую скорость, пройденное расстояние, среднюю скорость;
- данные с информацией о состоянии дороги — пробки, дорожные работы и т. д. (в моделях, оснащённых TMC-приёмником и при наличии службы Канал автодорожных сообщений)
текущее положение на электронной карте местности (модели, оснащённые картами).
текущее положение относительно трека.
Информация о пути перемещения (трек) может быть скопирована в файл, а затем передана (в частности, через Интернет) другим пользователям GPS, желающим двигаться тем же маршрутом.
При использовании GPS-приставки информация выводится на КПК, сотовый телефон или компьютер, к которому подключена эта приставка с помощью навигационного программного обеспечения. Физически соединение, как правило, осуществляется через последовательный порт (RS-232, USB, Bluetooth).
Для связи GPS-приёмника с компьютером может использоваться двоичный (текстовый) протокол производителя приёмника (Garmin, Magellan и другие) либо производителя GPS-чипсета (Magellan, Sirf, Trimble и другие), при этом абсолютное большинство GPS-приёмников поддерживают обмен информацией с помощью текстового протокола NMEA.
Карты в GPS-навигаторах
Наличие карты существенно улучшает пользовательские характеристики навигатора. Навигаторы с картами показывают положение не только самого приёмника, но и объектов вокруг него.
Все электронные GPS-карты можно поделить на два основных типа — векторные и растровые.
Растровые карты — это самый простой и доступный тип карт. Фактически это изображение местности, к которому привязываются географические координаты. Масштаб растровой карты напрямую зависит от исходного варианта; или это фотография со спутника, или отсканированная бумажная карта. В России лучше всего представлены растровые карты крупных городов, для других районов карты найти проблематично. Также есть проблема привязки координат карты к координатам, выдаваемым приёмником (проблема датума).
На платформах PC и Windows Mobile для использования растровых карт доступна популярная программа OziExplorer. Так же огромный массив растровых (фотографических, и растеризованных векторных) карт и средства работы с ними, включая поддержку работы с GPS-приёмниками, предоставляют такие интернет-сервисы, как Карты Google.
Векторные карты представляют собой базу данных, где хранится информация об объектах, их характеристиках и взаимном месторасположении, географических координатах и прочем. В картах могут храниться разнообразные характеристики местности: горы, реки, озера, впадины, дороги, мосты, уровни антропогенных загрязнений, типы растительности, расположение линий ЛЭП. Также многие подробные карты хранят множество таких объектов как заправки, гостиницы, кафе и рестораны, стоянки, посты дорожной полиции, запрещённые к проезду зоны, достопримечательности и памятники, культурные артефакты, больницы.
Поскольку в них не содержится объёмных графических изображений, места в памяти они занимают гораздо меньше, чем растровые и быстрее работают. Безусловным преимуществом векторных карт, является возможность искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправки и прочие необходимые путешественнику места. Кроме того, векторные карты позволяют показывать разную детализацию объектов при отображении карты в разных масштабах.
Существуют навигационные системы, позволяющие пользователю дополнять карты навигатора своими собственными объектами.
В специализированных автомобильных GPS-навигаторах существует возможность прокладывать маршруты по векторной навигационной карте — с учётом дорожных знаков, разрешённых поворотов и даже дорожных пробок. Такие карты в России (по информации на сентябрь 2008) есть только для крупных городов:
- Москва;
- Санкт-Петербург;
- Екатеринбург;
- Калининград;
- Калуга;
- Краснодар;
- Ростов-на-Дону;
- Ставрополь;
- Их количество и качество со временем увеличится, но не быстро, так как хорошо делать карты весьма трудоёмко.
Выводы:
1) При подготовке туристических походов в ряде случаев осмысленным является рисование собственных карт района будущего путешествия. Такая карта рисуется с помощью специализированного векторного графического редактора — и может быть сохранена в векторном формате, пригодном для загрузки в GPS-приемник. Таким образом, количество и качество туристических карт для GPS также со временем растет.
2) Наличие карты существенно улучшает пользовательские характеристики навигатора. Навигаторы с картами показывают положение не только самого приёмника, но и объектов вокруг него.
3) Оборудование условно делится на пользовательское и профессиональное. Профессиональное отличается качеством изготовления компонент (особенно антенн) и ПО, поддерживаемыми режимами работы (например RTK, binary data output), рабочими частотами (L1+L2), алгоритмами подавления многолучевости, солнечной активности (влияние ионосферы), поддерживаемыми системами навигации (например GPS — ГЛОНАСС приёмники) и, разумеется, ценой.
3.2 GPS-трекер
GPS-тре́кер (также GPS-локатор, GSM-трекер или GPRS-трекер) — устройство приёма-передачи данных для слежения и контроля за передвижениями объектов, к которому он прикрепляется, использующее Global Positioning System для точного определения местонахождения объекта.
Устройство
GPS-трекер содержит GPS-приёмник, с помощью которого он определяет свои координаты, а также передатчик для отправки их удаленному пользователю.
Классификация
По конструкции различают два класса GPS-трекеров:
Персональный портативный GPS-трекер — обычно так называется GPS-трекер малых размеров. Предназначен для индивидуального использования.
Автомобильный GPS-трекер (часто называемый: Автомобильный контроллер) — это станционное устройство, которое подключается к бортовой сети автомобиля или другого транспортного средства.
Особенности применения
Трекер может применяться для определения местонахождения людей, животных, товаров или транспорта, а также других объектов. Устройство записывает полученную информацию с регулярными интервалами, а затем может эти данные записывать или передавать их посредством радиосвязи, GPRS- или GSM-соединения, спутникового модема на сервер поддержки или другой компьютер (например, в виде SMS или по сети Интернет).
В случае использования сервера поддержки, он обрабатывает полученные данные и регистрирует их в своей базе данных; затем пользователь трекера может зайти на сервер системы в сети Интернет под своим именем и паролем, и система отображает местонахождение и географию перемещения на карте. Передвижения трекера можно анализировать либо в режиме реального времени, либо позже. Функция GPS трекинга существует у некоторых моделей сотовых телефонов.
Возможности применения трекеров включают:
Контроль за передвижением транспорта. Например, транспортная компания или такси-сервис могут поставить такое устройство на свои средства передвижения и, таким образом, получать информацию о времени и маршруте, искать угнанный автотранспорт. См. GPS мониторинг транспорта
Контроль за передвижением животных. Такие трекеры могут быть в виде ошейников или использоваться учёными или хозяевами домашних животных.
Контроль за ходом спортивных соревнований. Трекер позволяет узнать о нарушении правил, если участник соревнований решит сократить путь (например, в планеризме) или для определения величины дистанции (например, в джоггинге)
Наблюдение за людьми. Могут использоваться для контроля за передвижениями человека или его автомобиля для изучения его привычек, для поиска и защиты детей или пожилых людей. При этом родители на своём компьютере могут установить зону, в которой может находиться их ребёнок. Если владелец сотового телефона с функцией GPS трекинга покинет эту зону, то на компьютер или на сотовый телефон родителей будет выведен сигнал тревоги.
Наблюдение за работниками. GPS-контроль помогает выявить маршрут выездных работников. Например торговых представителей, водителей, мерчандайзеров и др. С помощью программы для работы торговых агентов, в которой установлен GPS-контроль можно следить придерживаются ли маршрута персонал компании. Это помогает оптимизировать рабочий процесс, снизить не целевое использование рабочего времени.
Полуавтоматическое снабжение цифровых фотографий геотегами в EXIF/IPTC, для привязки фотографий к глобальным координатам и дальнейшего просмотра на картах.
Некоротые трекеры на сегодняшний день поддерживают кнопку «SOS», которая позволяет ребенку и любому другому пользователю отправить тревожный сигнал с точными координатами на несколько номеров в виде SMS сообщения.
Контрмеры против GPS треккинга
Против GPS треккинга используются средства подавления сигнала от трекера, которые могут создавать помехи в работе также других устройств, использующих те же частоты, что и трекер. Поэтому во многих странах использование средств подавления сигнала признаётся незаконным. При этом GPS трекер продолжает записывать своё местоположение и эта информация может быть получена его собственником позже.
Против GPS трекеров можно использовать также подавление GPS-сигнала, в результате чего трекер не может определить своего местоположения и теряется его основная функция.
Однако, некоторые производители трекеров, уже предусмотрели и совершенствуют информирование пользователя в случае обнаружения вероятности подавления GPS-сигнала противоугонных комплексов.
Выводы:
1) Возможностей у трекера сравнительно большое количество, поэтому есь смысл встраивать его во всевозможные аппараты.
2) Некоротые трекеры на сегодняшний день поддерживают кнопку «SOS», которая позволяет ребенку и любому другому пользователю отправить тревожный сигнал с точными координатами на несколько номеров в виде SMS сообщения, что является отличной функцией.
3) Передвижения трекера можно анализировать либо в режиме реального времени, либо позже.
3.4 GPS-логгер
GPS-логгер (GPS-logger, другими словами: GPS recorder или GPS DATA-логгер) — особый класс GPS-радиоприёмников, который может работать в режиме обычного GPS-приёмника (только принимая информацию от спутниковой группировки NAVSTAR) или — в режиме рекордера/логгера записывая информацию о пройденном пути (треке) в свою встроенную память. Впоследствии накопленную информацию из приёмника можно выгрузить в компьютер для её анализа.
Некоторые производители для наименования производимых GPS-логгеров используют термин — пассивный трекер (Passive Tracker).
Особенности конструкции
GPS-логгеры бывают портативные (с питанием от малогабариного аккумулятора) или автомобильные (для закрепления его в транспортном средстве, с питанием от бортовой сети).
Наличие встроенной памяти для записи пути (трека, лога).
В современных моделях GPS-логгеров объём памяти может достигать такой величины, что позволяет записать в него трек(и) размером до 200 000 точек.
Интерфейсы: Bluetooth и/или USB.
Питание портативного GPS-логгера может быть автономным (от аккумуляторных батарей), от бортовой сети автомобиля или от USB-порта компьютера. Встречаются конструкции с комбинированным питанием — от аккумуляторов и с питанием от солнечных батарей.
Некоторые модели GPS-логгеров имеют кнопку, нажимая на которую можно на записываемом пути отметить ту или иную важную (интересную) точку своего пути. Отмеченная точка будет отображена на пройденном пути специальной меткой.
GPS-логгер может поддерживать технологию A-GPS.
Применение
Спорт, туризм, рыболовство, слежение за подвижными объектами, городское ориентирование, геодезия, картография и др.
Заключение
Итак проведя анализ системы глобального позиционирования в целом, можно сказать что эта система уже охватила огромную сферу человеческих интересов, используется повсеместно, и у неё еще есть куда стремиться, и на чем развернуться. Огромная сфера потребления, новейшие технологии делают её одной из самых востребованных на рынке технологий. На её основе сделано множество устройств и приспособлений, которые очень помогают людям, начиная от простых житейских ситуаций, помощь в бизнесе, использование в военных целях.
Перспектив для развития технологий достаточно, сделать её точнее, компактней, дешевле, встраивать во всевозможные устройства и расширять сферу применения.
Российское правительство прилагает большие усилия, чтобы восстановить работоспособность Глонасс. С большими сложностями, но все же, развивается европейская система Galilleo. В апреле был выведен на орбиту уже 5-й спутник китайской системы “Beidou”.
Правительством США был разработан долгосрочный план развития системы GPS. В ближайшие несколько лет планируется вывод на орбиту новых модификации GPS спутников (GPS-IIF, GPS-III) с новыми военными и гражданскими сигналами (L5, M, L1C).
Существенному усовершенствованию подвергнется наземный сегмент системы.
Сегодня область применения системы глобального позиционирования GPS достаточно обширна. Всё чаще GPS-приемники встраивают в мобильные телефоны и коммуникаторы, в автомобили, часы и даже в собачьи ошейники. Люди привыкают к такому благу как GPS навигация, и пройдёт совсем немного времени как они уже не смогут обойтись без неё. Именно поэтому стоит сказать пару слов о недостатках GPS.
Недостатками GPS навигации является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до GPS-приёмника, поэтому практически невозможно определить своё точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле. Рабочая частота GPS находится в дециметровом диапазоне радиоволн, поэтому уровень приёма сигнала от спутников может ухудшиться под плотной листвой деревьев, в районах с плотной городской застройкой или из-за большой облачности, а это скажется на точности позиционирования. Магнитные бури и наземные радиоисточники тоже способны помешать нормальному приёму сигналов GPS. Карты, предназначенные для GPS навигации, быстро устаревают и могут быть не точными, поэтому нужно верить не только данным GPS-приёмника, но и своим собственным глазам. Особенно стоит отметить, что работа глобальной системы навигации GPS полностью зависима от министерства обороны США и нельзя быть уверенным, что в любой момент времени США не включит помеху (SA — selective availability) или вообще полностью отключит гражданский сектор GPS как в отдельно взятом регионе, так и вообще. Претенденты уже были. Благо, что у GPS есть альтернатива в виде навигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и Galileo (ЕС), которые в перспективе должны получить широкое распространение. Так же ведётся работа по разработке чипов навигации поддерживающих сразу три системы позиционирования GPS, Galileo и ГЛОНАСС.
Список используемой литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://marketing.econlib.ru/referat/sputnikovoe-pozitsionirovanie/
1) Журнал Mobi №4 апрель 2006
2)http://www.mobi.ru/ShowArticle.php?id=884&prn=1
Список используемых технических средств
1) http://www.navgeocom.ru/gps/gps1/
2) http://www.gpsportal.ru/articles_info/?nid Автор: GPSportal (c)
3) http://www.stariy.com/2008/10/15/gps-global-positioning-system-navstar/
