Развитие и современное состояние спутниковых навигационных систем и сервисов. интеграция технологий дзз и гнсс

      Комментарии к записи Развитие и современное состояние спутниковых навигационных систем и сервисов. интеграция технологий дзз и гнсс отключены

Развитие и современное состояние спутниковых навигационных систем и сервисов. интеграция технологий дзз и гнсс

Б.А. Дворкин

Активное внедрение информационных спутниковых разработок как составной части бурно развивающейся информатизации общества кардинально меняет деятельности людей и условия жизни, их культуру, стереотип поведения, образ мыслей. Еще пара лет тому назад на бытовые либо автомобильные навигаторы наблюдали как на чудо. Космические снимки большого разрешения на Интернет-сервисах, таких, к примеру, как Гугл Earth, люди рассматривали и не преставали восхищаться.

на данный момент же ни один автолюбитель (в случае если в автомобиле до тех пор пока нет навигатора)  не выйдет из дома, предварительно не выбрав в навигационном портале оптимальный маршрут с учетом пробок.  Навигационное оборудование устанавливается на подвижном составе публичного транспорта, среди них и  для целей контроля. Космические снимки употребляются для получения своевременной информации в районах стихийных бедствий и для ответа разных задач, к примеру, муниципального управления.

Примеры возможно множить и все они подтверждают, что результаты космической деятельности стали неотъемлемым элементом нашей жизни. Неудивительно кроме этого, что разные космические разработки довольно часто употребляются совместно. Из этого, само собой разумеется, создание интеграции и идея технологий единых сквозных технологических цепочек лежит на поверхности.

В этом смысле не есть  исключением разработки дистанционного зондирования Почвы (ДЗЗ)  из космоса и глобальных навигационных спутниковых совокупностей (ГНСС). Но обо всем по порядку…

ГЛОБАЛЬНЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СПУТНИКОВЫЕ СОВОКУПНОСТИ

Глобальная навигационная спутниковая совокупность (ГНСС) — комплекс технических и программных средств, разрешающих взять собственные координаты в любой точке земной поверхности методом обработки спутниковых сигналов. Главными элементами любой ГНСС являются:

  • орбитальная группировка спутников;
  • наземная совокупность управления;
  • приемное оборудование.

Спутники всегда передают данные о собственном положении на орбите, наземные стационарные станции снабжают контроль и мониторинг положения спутников, и их состояния . Приемное оборудование представляет собой разные спутниковые навигаторы, каковые употребляются людьми в собственной профессиональной деятельности либо быту.

Принцип работы ГНСС основан на измерении расстояния от антенны приемного устройства до спутников, положение которых известно с громадной точностью. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала, передаваемого спутником на приемник. Для определения координат приемника достаточно знать положение трех спутников.

На деле употребляются сигналы с четырех (либо более) спутников — для устранения погрешности, позванной отличием между часами приёмника и спутника. Зная расстояния до нескольких спутников совокупности, посредством простых геометрических построений, программа «зашитая» в навигатор вычисляет его положение в пространстве, так, ГНСС разрешает скоро выяснить расположение с высокой точностью в любой точке земной поверхности, в любое время, при любых погодных условиях.

Любой спутник совокупности, кроме главной информации, сообщает кроме этого запасного, нужную для постоянной работы приемного оборудования, в т. ч. полную таблицу положения всей спутниковой группировки, передаваемую последовательно в течение нескольких мин.. Это нужно для ускорения работы приемных устройств. направляться отметить важную чёрта главных ГНСС  — для пользователей, владеющих спутниковыми приемниками (навигаторами) получение сигналов безвозмездно.

Неспециализированным недочётом применения любой навигационной совокупности есть то, что при определенных условиях сигнал может не доходить до приемника, либо приходить со большими искажениями либо задержками. К примеру, фактически нереально выяснить собственный правильное местонахождение в бетонного строения, в тоннеле, в густом лесу. Для решения данной неприятности употребляются дополнительные навигационные сервисы, такие, к примеру, как A-GPS.

Сейчас в космосе трудится пара ГНСС (табл. 1), находящиеся на различных стадиях собственного развития:

  • GPS (либо NAVSTAR) — управляется Минобороны США; на данный момент единственная всецело развернутая ГНСС дешёвая круглосуточно пользователям в мире;
  • ГЛОНАСС — русский ГНСС; находится в стадии завершения полного развертывания;
  • Galileo — европейская ГНСС, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки.

Упомянем кроме этого национальные региональные ГНСС Индии и Китая, соответственно — Бэйдоу и IRNSS, находящиеся на стадии развёртывания и разработки; отличается маленьким числом спутников и национально-ориентированные.

Черта главных ГНСС по состоянию на март 2010 г.

  GPS ГЛОНАСС Galileo
Состояние Полноценно функционирует, покрывает целый земной шар Частично функционирует; снабжает постоянную навигацию практически на всей территории России Тестовый режим
Число спутников на орбите (в т. ч. активных) 31 (24) 23 (18) 2(0)

Разглядим кое-какие особенности каждой ГНСС.

GPS

Базой американской совокупности GPS являются спутники (рис. 2), облетающие Почву по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте приблизительно 20 180 км. Спутники передают сигналы в диапазонах: L1=1575,42 МГц и L2=1227,60 МГц, последние модели кроме этого в диапазоне L5=1176,45 МГц.

Полную работоспособность совокупности снабжают 24 спутника, но, для резерва точности и увеличения позиционирования на случай сбоев, неспециализированное число спутников на орбите на данный момент образовывает 31 аппарат.

рис. 1 Космический аппарат GPS Block II-F

Первоначально GPS предназначалась лишь для армейских целей. Первый спутник был выведен на орбиту 14 июля 1974 г., а последний из всех 24 спутников, нужных для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 г. Произошло применять GPS для правильного наведения ракет на неподвижные, а после этого и на подвижные объекты в воздухе и на земле. Для ограничения доступа к правильной навигационной информации для гражданских пользователей вводились особые помехи, но с 2000 г. они были отменены, по окончании чего точность определения координат посредством несложного гражданского GPS-навигатора образовывает от 5–15 м (высота определяется с точностью до десяти метров) и зависит от условий приема сигналов в конкретной точке, количества видимых спутников и последовательности вторых обстоятельств. Применение глобальной совокупности распространения дифференциальных поправок WAAS повышает точность позиционирования GPS для Северной Америки  до 1–2 м.

ГЛОНАСС

Первый спутник русском спутниковой совокупности навигации ГЛОНАСС был выведен на орбиту еще в период СССР — 12 октября 1982 г. Частично совокупность была открыта в 1993 г. и складывалась из 12 спутников. Базой совокупности должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Почвы в трех орбитальных плоскостях с наклонением 64,8° и высотой 19 100 км. диапазоны передачи и Принцип измерения сигналов подобны американской совокупности GPS ГЛОНАСС.

рис. 2 Космический аппарат ГЛОНАСС-М

На данный момент на орбите находятся 23 спутников ГЛОНАСС (рис. 2). Последние три космических аппарата были выведены на орбиту  2 марта 2010 г. на данный момент употребляются по целевому назначению — 18 спутников.

Это снабжает постоянную навигацию практически на всей территории России, причем, Европейская часть обеспечена знаком практически на 100%. По замыслам всецело совокупность ГЛОНАСС будет развернута к концу 2010 г.

На данный момент точность определения координат совокупностью ГЛОНАСС немного ниже подобных показателей для GPS (не превышает 10 м), наряду с этим направляться подчернуть, что совместное применение обеих навигационных совокупностей значительно повышает точность позиционирования. Для улучшения работы совокупностей GPS, ГЛОНАСС и Galileo на территории повышения и Европы их точности помогает Европейская геостационарная работа навигационного покрытия (EGNOS).

Galileo

Европейская ГНСС Galileo предназначена для ответа навигационных задач для любых подвижных объектов с точностью менее 1 м. В отличие от американской GPS и российской ГЛОНАСС, Galileo не контролируется армейскими ведомствами. Ее разработку осуществляет Космическое агентство ЕС. На данный момент на орбите находятся 2 тестовых спутника GIOVE-A (рис. 3) и GIOVE-B, запущенных, соответственно в 2005 и 2008 гг.

Планируется, что навигационная совокупность Galileo всецело будет развернута в 2013 г. и будет складываться из 30 спутников.

рис. 3 Космический аппарат GIOVE-A

СПУТНИКОВЫЕ НАВИГАТОРЫ

Как уже отмечалось, составной частью любой спутниковой навигационной совокупности есть приемное оборудование. Современный рынок навигационных приемников (навигаторы) отличается таким же многообразием, как и рынок каждый электронной и телекоммуникационной продукции. Все навигаторы возможно подразделить на приёмники и профессиональные приёмные устройства, применяемые широким кругом пользователей.

Остановимся подробнее на последних. Для них употребляются разные заглавия: GPS-навигаторы, GPS-трекеры, GPS-приемники, спутниковые навигаторы и т. д. Сейчас популярными становятся навигаторы, встроенные в другие устройства (карманные компьютеры, сотовые телефоны, коммуникаторы, часы и т. д.). Среди фактически спутниковых навигаторов особенный громадный класс составляют автомобильные навигаторы.

Широкое распространение приобретают и навигаторы, предназначенные для пеших, водных и т. д. походов (их довольно часто именуют легко GPS-навигаторы, не обращая внимания на то, что они смогут принимать и сигналы ГЛОНАСС).

Необходимой принадлежностью фактически всех персональных навигаторов есть  GPS-чипсет (либо ресивер), процессор, монитор и оперативная память для отображения информации.

Современные автомобильные навигаторы способны прокладывать маршрут с учетом организации дорожного перемещения и осуществлять адресный поиск. Изюминкой персональных навигаторов для туристов есть, в большинстве случаев,  возможность приема спутникового сигнала в непростых условиях, к примеру густого леса либо горной местности. Кое-какие модели имеют влагонепроницаемый корпус повышенной удароустойчивости.

Главными производителями персональных спутниковых навигаторов являются:

  • Garmin (США; навигаторы для воздушного, автомобильного, мото- и водного транспорта, и для спортсменов и туристов)
  • GlobalSat (Тайвань; навигационное оборудование разного назначения, в т. ч. GPS-приемники)
  • Ashtech (быв. Magellan) (США; персональные и опытные навигационные приемники)
  • MiTac (Тайвань; автомобильные и туристические навигаторы, карманные коммуникаторы и персональные компьютеры со встроенным GPS-приемником под брендами Mio, Navman, Magellan)
  • ThinkWare (Корея; персональные навигационные устройства под брендом I-Navi)
  • TomTom (Нидерланды; автомобильные навигаторы) и др.

Опытное навигационное оборудование, в т. ч. для инженерно-геодезических и маркшейдерских работ создают такие компании как Trimble, Javad (США), Topcon (Япония), Leica Geosystems (Швейцария) и др.

Как уже отмечалось, на данный момент выпускается много персональных навигационных устройств, различающихся по цене и своим возможностям. Мы в качестве иллюстрации обрисуем изюминке лишь одного достаточно «продвинутого» прибора, чтобы охарактеризовать возможности всего класса современных GPS-навигаторов. Это  — одна из последних новинок популярной серии автомобильных навигаторов — TomTom GO 930 (описание забрано с сайта GPS-Клуба — http://gps-club.ru).

Модель навигатора TomTom GO 930 (рис. 6) сочетает в себе последние тенденции автомобильной навигации — карты нескольких континентов, беспроводную гарнитуру и неповторимую разработку Map Share™

рис. 4 Автомобильный навигатор TomTom GO 930

Все устройства TomTom разрабатываются самой компанией и являются всецело «plugplay», и это указывает, что их возможно из коробки и начать применять, не просматривая долгих руководств. Интуитивно иконки и понятный «интерфейс» на русском, разрешат водителям легко проложить маршрут. Ясные голосовые руководства на русском оказывают помощь автолюбителям добраться до пункта назначения легко и без лишнего стресса.

Навигатор поддерживает функцию беспроводного управления и разработку Enhanced Positioning Technology (EPT), созданную для постоянной навигации кроме того в туннелях либо хорошо застроенных областях.

Поставщиком навигационных карт TomTom есть Tele Atlas, входящий в TomTom Group. В добавление к тому, что TomTom имеет всецело русифицированные карты, это монопольный ответов для навигации, что предлагает карты Европы и США на избранных моделях навигаторов.

Инфраструктура дорог мира изменяется на 15% каждый год. Исходя из этого TomTom дает своим пользователям возможность бесплатной загрузки последней версии карт в течение 30 дней с момента первого пользования навигатором, и доступ к неповторимой разработке Map Share™. Пользователи навигаторов TomTom смогут загрузить новую карту через сервис TomTom HOME. Так, последняя версия карты возможно дешева в любое время.

Более того, автолюбители смогут пользоваться разработкой Map Share™ — это бесплатное обновление карты вручную прямо на навигаторе, когда становятся известны трансформации на дорогах, методом всего лишь нескольких касаний сенсорного экрана. Пользователи смогут вносить трансформации названий улиц, ограничения скорости на определенных отрезках пути, направления перемещения, перекрытые проезды, и трансформации в POI (точки интереса).

Неповторимая разработка TomTom по совместному применению карт расширяет навигационные функции: сейчас пользователь может мгновенно вносить трансформации конкретно в собственную карту. Помимо этого, пользователь может приобретать информацию об подобных трансформациях, выполненных всем сообществом TomTom.

Функция для того чтобы совместного применения карт разрешает:

  • каждый день и без промедлений вносить трансформации в карты Вашего устройства TomTom;
  • приобретать доступ к самому большому в мире сообществу пользователей навигационных устройств;
  • каждый день делиться обновлениями с другими пользователями TomTom;
  • приобретать полный контроль над загружаемыми обновлениями;
  • в любой местности применять самые лучшие и правильные карты.

КАРТЫ ДЛЯ ПЕРСОНАЛЬНЫХ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАТОРОВ

Современные навигаторы немыслимы без наличия в них полноценных широкомасштабных карт, каковые показывают объекты не только маршруту перемещения, но и на всей территории обзора (рис 7).

рис. 5 Пример мелкомасштабной навигационной карты

В навигаторы возможно загружать как растровые так и векторные карты. Об одном из видов растровой информации мы поболтаем очень,  а тут же увидим, что отсканированные и загруженные в GPS-приемники бумажные карты — не наилучший метод отображения пространственной информации. Кроме низкой точности позиционирования, появляется кроме этого неприятность привязки координат карты к координатам, выдаваемым приемником.

Векторные цифровые карты, в особенности в ГИС-форматах, являются практически базу данных, где хранится информация о координатах объектов в виде, к примеру, «шейп-файлов» и, раздельно, качественные и количественные характеристики. При таком подходе в памяти навигаторов, информация занимает значительно меньше места и появляется возможность загружать много нужной справочной информации: бензозаправочные станции, гостиницы, кафе и рестораны, стоянки, достопримечательности и т. д.

Как уже говорилось выше, существуют навигационные совокупности, разрешающие пользователю дополнять карты навигатора собственными объектами.

В некоторых персональных навигационных устройствах, в особенности, предназначенных для туристов, существует возможность наносить объекты самому (т. е. практически составлять схемы и собственные карты). Для этих целей предусмотрен особый несложный графический редактор.

Очень направляться остановиться на режимных вопросах. Как мы знаем, в Российской Федерации, до сих пор существуют ограничения на применение широкомасштабных топографических карт. Это в достаточной степени сдерживает развитие навигационной картографии.

направляться, но, подчернуть, что на данный момент Федслужба госрегистрации, картографии и кадастра (Росррестр) поставила задачу к 2011 г. иметь полное покрытие РФ (экономически развитых районов и городов) цифровыми навигационными картами масштабов 1:10 000, 1:25 000, 1:50 000. На этих картах будут отображаться навигационная информация, представленная графом дорог, цифровая тематическая информация и картографическая подложка (объекты придорожной сервиса и инфраструктуры).

НАВИГАЦИОННЫЕ СЕРВИСЫ

Развитие и совершенствованием спутниковых навигационных приёмного оборудования и систем, и все активное внедрение в судьбу WEB-разработок и WEB-сервисов подтолкнуло к появлению разных навигационных сервисов. Многие модели навигаторов способны принимать и учитывать при прокладке маршрута данные о ситуации на дорогах, по возможности избегая транспортных заторов. Информацию о трафике (пробках) предоставляются сервисами и специализированными службами, по GPRS протоколу либо из радио эфира по каналам RDS диапазона FM.

КОСМИЧЕСКИЕ СНИМКИ В НАВИГАТОРАХ

Каждые навигационные карты достаточно скоро устаревают. Появление космических съемок очень высокого пространственного разрешения (на данный момент космические аппараты WorldView-1, WorldView-2, GeoEye-1 снабжают разрешение до 50 см) дают картографии замечательный инструмент обновления содержания карт. Но по окончании обновления карты и до ее возможности и выпуска «загрузки» в навигационное устройство проходит много времени.

Космические снимки предоставляют возможность сходу взять в навигаторе самую  актуальную данные.

Особенный интерес с позиций применения космических снимков являются, т. н. LBS-работы. LBS (Location-based service) является сервисом , в базе которого — определение расположения сотового телефона. С учетом повсеместного развития сотовой связи и расширения одолжений, предоставляемых сотовыми операторами, возможности рынка LBS-сервисов тяжело переоценить. LBS не обязательно применяют GPS-технологии для определения расположения.

Расположение кроме этого возможно выяснено с применением базисных станций сотовых сетей GSM и UMT.

рис. 6 Космический снимок в сотовом телефоне Nokia

Производители сотовых телефонов и навигационных устройств, предоставляя услуги LBS, все больше внимания уделяют космическим снимкам. Приведем как пример компанию Nokia (Финляндия), которая подписала в 2009 г. соглашение с компанией DigitalGlobe, оператором спутников очень высокого разрешения WorldView-1, WorldView-2 и QuickBird, об обеспечении пользователей сервиса Ovi Maps доступом к космическим снимкам (увидим, что Ovi — новый бренд компании Nokia для Интернет-сервисов).

Кроме наглядности при навигации по муниципальным территориям (рис. 8), крайне полезно иметь подложку в виде космических снимков, путешествуя по малоизученной территории, на которую нет свежих и детальных карт. Сервис Ovi Maps возможно загружен фактически во все устройства Nokia.

Интеграция космических снимков очень высокого разрешения в LBS-сервисы разрешает на порядок повысить их функциональность.

Одна из перспективных возможностей применения данных дистанционного зондирования Почвы из космоса — создание по ним трехмерных моделей. Трехмерные карты отличаются громадной наглядностью, и разрешают лучше ориентироваться, в особенности в условиях муниципальный застройки (рис. 9).

рис. 7 Трехмерная навигационная карта

Напоследок отметим громадную перспективность применения ортотрансформированных снимков очень высокого разрешения в спутниковых навигаторах и LBS-сервисах. Компания «Совзонд» производит продукты ОРТОРЕГИОН и ОРТО10, каковые базируются на ортотрансформированных снимках с космических аппаратов ALOS (ОРТОРЕГИОН) и WorldView-1, WorldView-2 (ОРТО10).

Ортотрансформирование отдельных сцен выполняется по способу коэффициентов рациональных полиномов (RPC) без применения наземных опорных точек, что значительно удешевляет работу. Исследования продемонстрировали, что по своим чертям продукты ОРТОРЕГИОН и ОРТО10 в полной мере могут служить основой для обновления навигационных карт, соответственно масштабов 1:25 000 и 1:10 000. Ортофотомозаики, воображающие собой практически фотокарты, дополненные автографами, смогут кроме этого конкретно загружаться в навигаторы.

Интеграция космических снимков большого разрешения в навигационные совокупности и LBS-сервисы, разрешает на порядок повысить их функциональность, эффективность и удобство применения.

Обзор спутникового GNSS приёмника Geon G2


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: