16+
ComputerPrice
НА ГЛАВНУЮ СТАТЬИ НОВОСТИ О НАС




Яндекс цитирования


Версия для печати

Модуль поиска не установлен.

GPS - от любителей до профессионалов

19.05.2004

Николай Богданов-Катьков

О системах глобального спутникового позиционирования GPS и ГЛОНАСС писали уже много. Физическая сущность метода заключается в том, что абонентское оконечное устройство ловит сигналы, поступающие от нескольких искусственных спутников Земли, расположенных на разных орбитах и излучающих радиосигналы.

Глобальная система позиционирования (Global Positioning System), изобретенная в США, и ее российский, точнее советский, собрат ГЛОНАСС (Глобальная система спутниковой навигации и связи) хорошо известны и широко используются не только в военной и профессиональной сферах, но и в быту.

Обе системы спроектированы в расчете на высокоточное определение пространственного положения - до нескольких сантиметров или даже миллиметров. Однако разработчики GPS предусмотрели две "формы допуска" к системе. В ВМФ и армии США имеются приемники, позволяющие определять координаты с максимальной точностью. Для частных пользователей (в том числе из других стран) предназначены более простые приемники, принимающие сигнал, в который внесены заведомые погрешности. Их точность составляет десятки метров.

Сейчас выпускаются приборы, способные определять координаты на местности и высоту над уровнем моря, с использованием любой из этих систем или же обеих одновременно.

GPS для широких масс

Приемники не одинаковы как по точности производимых измерений, так и по сервисным функциям.

Бытовые приемники наиболее просты, они могут запомнить несколько десятков точек на маршруте. Опция "Track Back" позволяет проделать обратный маршрут и вернуться в исходную точку.

Самые простые приемники могут определить координаты на местности, запомнить координаты нескольких точек и один или несколько маршрутов.

Более сложные модели способны работать с геоинформационными системами (ГИС). Объем встроенной памяти приемников составляет от 2 до 24 Мбайт и более. Иногда используется сменный картридж с картой памяти, его емкость еще выше. Карты местности хранятся на компакт-диске, для их загрузки с компьютера приемник имеет интерфейс RS-232 (СОМ-порт).

Основной недостаток бытовых GPS-приемников - низкая чувствительность. Это существенно, поскольку приемник должен улавливать очень слабые сигналы со спутников, расположенных на высоте около 20 тысяч километров. Чувствительность обычного бытового приемника достаточна для открытых пространств, но, например, в густом лесу сигнал пропадает. Поэтому приемники более высокого класса - навигационные - имеют разъем для подключения внешней антенны. Как правило, они предназначены для установки на транспортных средствах (автомобиль, катер) и оснащены разъемом для внешнего питания.

На самом верху находятся геодезические GPS-приборы. Они обеспечивают несравненно более высокую точность измерений, достаточную не только для прецизионных геодезических работ, но и для научных исследований.

Рассмотрим несколько конкретных моделей по принципу "от простого к сложному".

Все приемники серии eTrex - двенадцатиканальные, они позволяют принимать сигналы до 12 спутников одновременно, разумеется, только тех, которые находятся в пределах прямой видимости, на практике такое случается редко. Базовая модель eTrex без излишеств: прибор определяет координаты X и Y, позволяет запомнить до 50 точек на одном маршруте. Кроме того, как и все приемники этой серии, он имеет функцию "Track Back" - и все. Это типичный бытовой GPS-приемник.

Приемник eTrex Legend имеет встроенную карту мира, которая содержит информацию общего назначения - политические границы, города, реки, основные дороги. Осуществить точную привязку по мелкомасшабной карте невозможно, поэтому во встроенную память (8 Мбайт) можно загрузить дополнительно крупномасшабные карты MapSource, которые поставляются на компакт-дисках.

Загрузив карту нужной местности, можно осуществлять привязку к ней своего местонахождения, позиционировать наблюдаемые объекты.

Приемник eTrex Summit отличается наличием электронного компаса и барометрического высотомера (альтиметра). Последнее позволяет определять высоту над уровнем моря с более высокой точностью.

Эти три приемника относятся скорее к бытовым, нежели к навигационным. Типичный навигационный приемник - GPSMAP 76S. В нем объединены все функции рассмотренных выше устройств - альтиметр, электронный компас и возможность загрузки карт с компакт-дисков на встроенную память объемом 24 Мбайт. Приемник заключен в водонепроницаемый корпус и предназначен в первую очередь для "морских" пользователей.

Прибор GPSMAP 188 SOUNDER стоит особняком. Он также "морской" и объединяет в себе GPS-приемник и эхолот, а значит, способен определять одновременно координаты и глубину водоема. Приемник имеет самый большой дисплей, 320 х 240 точек, что позволяет работать с довольно крупными фрагментами карт.

Что нужно профессионалам?

Все эти приемники обеспечивают довольно высокую точность определения координат на местности - до 15-30 м. Такая точность достаточна для составления большинства топографических карт. Например, самый крупный масштаб для туристической карты - 1:50000 (в 1 сантиметре 500 метров). Точность позиционирования объектов на такой карте составляет 25 м, измерять расстояния с большей точностью нет смысла.

Тем не менее, бытовые GPS-приемники для картографии не используют. Дело в том, что на топографических картах высоты над уровнем моря указываются обычно с точностью до 1 м, а приемники справляются с определением высоты значительно хуже: погрешность может достигать 40-60 м.

Даже приемник со встроенным барометрическим высотомером здесь не подойдет. Точность определения высоты для него составляет несколько метров, что также недостаточно. Мало того, владельцу приемника придется постоянно слушать сводки погоды. Напомним, что атмосферное давление меняется на 1 миллиметр ртутного столба при изменении высоты на 10 м. А когда движется циклон или антициклон, давление может измениться на десятки миллиметров ртутного столба за считанные часы.

Некоторые прикладные геодезические исследования требуют значительно более высокой точности, чем даже картография. Вот одна из практических задач. При разметке автодорожной трассы или проектировании застройки требуется точно определить объем изымаемого или насыпаемого грунта. Погрешность в 1 см по высоте даст ошибку в десятки - сотни кубометров грунта. Поэтому в профессиональной сфере используют совершенно иные приборы.

Основное внешнее отличие геодезических GPS-приемников от бытовых - модульное исполнение. Иногда антенна и приемник объединены в одном корпусе, а клавиатура отдельно. В наиболее совершенных устройствах антенна и приемник - два разных устройства, соединенных кабелем.

GPS-приемник Trimble 4600LS рассчитан на 12 каналов, однако его точность значительно выше. Если в поле зрения находится не менее пяти спутников, координаты определяются с точностью до пяти, а высота - до десяти миллиметров. Это предельная точность; при измерении расстояния между двумя точками погрешность зависит от расстояния (длины линии). Полученные данные могут передаваться на портативный компьютер через СОМ-порт.

Приемник Trimble Total Station 5700 также может принимать сигналы от 12 спутников, но не на одной частоте, а на двух (L1 и L2), то есть по 24 каналам. При этом точность измерений возрастает на порядок: до 0,25 мм в плане и до 0,5 мм по высоте. Это гораздо выше требований при любых прикладных работах и соответствует измерениям для прецизионных научных исследований.

Еще одно его достоинство - возможность работы с сотовой телефонной сетью и радиомодемами.

Примером последних может служить модем Trimble Trimmark 3. Он адаптирован для работы с приемниками серии 5700 (диапазоны частот 410-420, 430-450 и 450-470 МГц) и при максимальной выходной мощности 25 Вт способен поддерживать связь на расстоянии до 15 км.

Это может оказаться полезным при топографической съемке больших площадей с одновременным использованием нескольких приборов, с которых данные передаются на компьютер.

Перспективы

Сейчас рассматривается идея - объединить все базы данных, имеющиеся в различных ГИС и других залежах компьютерной информации. До последнего времени ее реализация была технически невозможной: даже если найдется суперкомпьютер, который сумеет перерабатывать и хранить соответствующий объем информации, то доступ к ней получат лишь те, кто сидит за этим компьютером.

Но с конца 1990-х гг. набирает обороты международный проект "Интернет-2". Его цель - организация высокоскоростных линий связи между университетами и научными институтами во всем мире. В первую очередь - это проекты, посвященные ядерным исследованиям, во вторую - медицина, преимущественно хирургия.

На долю ГИС пришлось третье место. Тем не менее, перечень стран, организаций, научных обществ, готовых участвовать в работе, достаточно велик. Все развитые страны мира заинтересованы в создании Глобальной Геоинформационной системы (ГГИС, GGIS), которая сулит им значительную экономию средств по исследованиям, касающимся территорий и акваторий.

Объем требуемых вычислительных мощностей превышает возможности десятка самых "крутых" на сей день суперкомпьютеров мира. Столь же высокие требования предъявляются к средствам хранения информации. Обеспечить то и другое может только система распределенного хранения данных и распределенных вычислений.

Тем не менее, здесь есть сложности. К настоящему времени почти две трети американских спутников системы GPS и около четверти советских (российских) спутников ГЛОНАСС уже почти исчерпали положенный ресурс работы, и их необходимо заменить. На какие средства - неясно.

Американская администрация считает, что поскольку система GPS в настоящее время наиболее широко используется не в военных, а в коммерческих целях, то ряд крупных фирм могли бы "скинуться по миллиону". Новые спутники (в два-три раза более долговечные, чем прежние!) будут выведены на орбиты в течение 3-4 лет за счет заинтересованных сторон.

Но пока это находится в стадии обсуждения, спутники стареют. Еще один, уже европейский, проект - "Галилео" - предусматривает вывод на орбиты двух десятков навигационных спутников.

Однако пока все перечисленные возможности не вышли из стадии проектов. Действительность же такова, что нынешние покупатели GPS-приемников... играют в рулетку! То ли выведут новые спутники, то ли это отложится лет на пять...



статьи
статьи
 / 
новости
новости
 / 
контакты
контакты