IT ExpertМир технологийНаука и техника

Где эта улица, где этот дом...

Алексей Поляков | 01.11.2013

ВКонтакт Facebook Google Plus Одноклассники Twitter Livejournal Liveinternet Mail.Ru

Где эта улица, где этот дом...

Из истории навигации

GPS или GPS/ГЛОНАСС

Карты, датумы, проекции... и пляски с бубном


Системы навигации прочно вошли в нашу жизнь. Определять географические координаты способны не только специализированные GPS-приемники, смартфоны или планшеты. Открытость стандарта всем пользователям, дешевизна и компактность чипсетов позволяют встраивать такие модули практически в любые приборы – вплоть до наручных часов. Что же такое системы навигации и как они работают?


Из истории навигации

Предпосылки к возникновению систем геопозиционирования возникли с выводом на орбиту первого спутника Земли. В соответствии с открытым в 1842 году эффектом Доплера, генерируемый спутником (и любым движущимся объектом) сигнал меняет свою частоту в зависимости от его удаления или приближения. Если известна первоначальная частота сигнала, координаты и скорость спутника, нетрудно измерить расстояние до него. Правда, если спутник один. А если их несколько, то возможно определить точные координаты в пространстве самого наблюдателя. Чем больше спутников видит прибор, тем выше точность.

Первыми систему навигации создали американцы. Спутники для системы GPS выводились на орбиту длительное время – с 1974 по 1993 год. В ходе последующих запусков заменяли спутники, отработавшие свой ресурс: чтобы обеспечить необходимую точность в любой точке земного шара, нужны 32 аппарата.

Измотанные «космической гонкой» наши соотечественники отстали на целых восемь лет: первый спутник будущей системы ГЛОНАСС был выведен на орбиту только в 1982 году, а работоспособного состояния система достигла лишь в 1991-м. Дальнейшее развитие притормозили небезызвестные события тех лет, однако в 1995 году на орбите оказался комплект из 24 спутников. Потом их количество сократилось, но есть шансы, что скоро на орбите вновь окажется «полный боевой комплект».

Не остались в стороне Евросоюз и Китай. Первый спутник европейской навигационной системы Galileo был запущен в 2005 году, к настоящему времени система находится в стадии разработки. Китай использует систему «Бэйдоу-2»: 13 спутников уже действуют, а полный комплект планируется вывести к 2020-му. Сейчас «Бэйдоу-1» служит для локального применения: орбиты спутников позволяют определять координаты лишь в самом Китае и на прилегающих территориях.

Зачем такое количество систем? Ответ прост: изначально все они создавались для военных нужд, и ни одно из государств — участников разработок, не хочет пострадать в результате преднамеренного внесения ошибок той страной, чью систему использует. Фактически для обычного пользователя выбор приемника ограничен двумя системами: американской GPS и российской ГЛОНАСС. А еще точнее – можно купить либо приемник GPS, либо прибор, принимающий сигнал со спутников обеих систем сразу. Специализированные навигаторы ГЛОНАСС практически отсутствуют (кроме экспериментальных моделей, вызывающих воспоминания о наших микросхемах, с восемью ножками и двумя ручками для переноски).


img


GPS или GPS/ГЛОНАСС

Следует понимать, что все навигаторы – приборы с односторонней связью. Обратная связь со спутниками отсутствует. Поэтому точность определения координат зависит от таких факторов, как чувствительность антенны (сколько спутников видит навигатор и видит ли их он в сложных условиях приема) и алгоритм обработки сигнала, «зашитого» в приемнике. Разные приборы в одной точке могут выдавать различные показания.

Казалось бы, зачем покупать приборы с GPS/ГЛОНАСС, если отдельно взятая GPS обеспечивает хорошую точность в любой точке земного шара? Но, во-первых, орбиты спутников GPS расположены таким образом, что практически не покрывают приполярных областей: чем ближе вы находитесь к Северному или Южному полюсу, тем ниже точность. Чтобы убедиться в этом, достаточно запустить Google Earth и посмотреть, какие чудеса начинаются с детализацией картинки в районах полюсов. Орбиты спутников ГЛОНАСС лишены подобного недостатка. Актуально для любителей побродить с рюкзаком по Заполярью. Во-вторых, не стоит забывать про ошибки, преднамеренно вводимые в показания GPS для гражданского пользования. Если в стороне от вашего маршрута окажется военная база НАТО, то о ней вы можете и не узнать, но «случайно» оказаться в паре километров от тех координат, которые показывает GPS. Впрочем, то же касается и отечественной разработки: в родной стране лучше применять GPS. Американцам ни к чему вносить поправки, если путешественник приблизился к нашим же военным объектам, а наши – могут сделать так, чтобы прибор ГЛОНАСС показал «погоду на Марсе».

И наконец, последний аргумент, скорее политический: устройства, не имеющие поддержки ГЛОНАСС, облагаются повышенными таможенными пошлинами. А значит, приемник GPS/ГЛОНАСС обойдется дешевле полностью аналогичного прибора, но имеющего только GPS.


Карты, датумы, проекции... и пляски с бубном

Еще один камень преткновения для пользователей систем геопозиционирования – карты. Изначально сделанная для той или иной модели навигатора карта, скорее всего, не будет содержать грубых ошибок. Однако, как правило, такие карты либо платные, либо неточные, либо вовсе не отображают нужный регион. В старших моделях GPS-приемников Magellan и Garmin имеется поддержка растровых карт, что разрешает использовать огромную базу отсканированных бумажных карт, в том числе превосходные «километровки» Генштаба, охватывающие далеко не только территорию бывшего СССР. Впрочем, неправильная подготовка таких карт способна привести к значительному смещению координат, даже если углы привязаны идеально. Происходит это из-за того, что земля неплоская, а стандартов переноса местности на плоскость существует много.

Первый параметр – датум, или система координат, – определяет способ перевода объемной координатной сетки Земли в локальные координаты в той или иной точке. В отечественной картографии используется датум Пулково-1942, а в системе GPS – WGS84. Сохранить карту в заданном датуме можно с помощью разнообразных утилит, например, для Ozi Explorer существует плагин Map Merge, позволяющий сделать склейку из нескольких листов карты и сохранить ее в заданном формате. Второй параметр – проекция – определяет способ представления местности на плоскости. Здесь все зависит от поддержки карт в самом приемнике GPS, однако большинство из них работают только с прямоугольной сеткой координат Mercator – соответственно, в нее и требуется преобразовать растровую карту.

    [ Подписка на журнал ]

Об авторах

Алексей Поляков

Алексей Поляков

Начиная с конца 1990-х активно сотрудничает в СМИ фото- и ИТ-тематики, изданиях в сфере туризма и путешествий. За плечами несколько серьезных экспедиций, в том числе в труднодоступные места: пустыню Гоби, турецкий Курдистан, Заполярье, зимний Байкал, несколько тысяч километров по Китаю, Ирану, спелеоэкспедиции. «За модными техническими новинками не гонюсь, использую лишь те, что необходимы как инструмент для работы и творчества». Увлечения: фотография, путешествия.

Мероприятия

17.12.2018
QIWI Techday make it real

Москва, Loft #2 ул. Ленинская Слобода, д. 26с11

25.02.2019 — 26.02.2019
Teamlead Conf

Москва, Инфопространство