GPS — это аббревиатура от английского названия Global Positioning System , что означает «система глобального позиционирования», или, в более правильном техническом переводе, — «глобальная система определения координат». Основные ее взаимодействующие элементы — это 24 космических спутника NavStar (запущены и принадлежат США) и миллионы приемников на поверхности Земли.
Работает система так: приемник ловит сигнал от 3 и более спутников, замеряет время задержки прохождения сигнала от каждого из них и автоматически рассчитывает свое местоположение — географические координаты: широту, долготу, а также высоту над уровнем моря. Эти данные процессор устройства соотносит с электронной картой, загруженной в память прибора. Благодаря этому пользователь видит на дисплее изображение географической карты, на которой показывается и двигается «точка» — это он сам со своим GPS-приемником.
1. Что представляют собой GPS-приемники, какие они бывают?
Это группа электронных приборов, которые объединяет только одно — наличие специального модуля для приема сигнала со спутников. По техническому же исполнению GPS-устройства могут быть очень разными. В зависимости от предназначения, GPS-навигаторы бывают автомобильные, морские, авиационные, портативные туристские, профессиональные геодезические.
Существуют и т. н. GPS-модули — устройства, содержащие только приемник, подключаемый к ноутбуку или КПК. Часто GPS модуль уже штатно на заводе встраивается в мультимедийную систему автомобиля. Также стоит упомянуть электронику со встроенным GPS-приемником: КПК, ноутбуки, сотовые телефоны, рации.
2. В чем заключаются особенности автомобильных GPS-навигаторов?
Прежде всего, это конструкция устройства. Автомобильные навигаторы представляют собой, чаще всего, моноблок на манер маленького телевизора, который ставится на кронштейне на торпедо или подвешивается на солнцезащитный козырек. Питание — от прикуривателя либо от собственного аккумулятора. Также стоит упомянуть простоту их интерфейса, специально «заточенного» под управление навигатором во время езды. Автомобильные GPS имеют мощный процессор, позволяющий быстро и без запозданий за движением машины «перерисовывать» и «двигать» карту на дисплее.
Одной из характерных функций автомобильных GPS является сопровождение голосовыми подсказками и автоматическое прокладывание маршрута с описанием вариантов и дорожной инфраструктуры.
Однако этот функционал в России пока недоступен — все это начинает действовать только на территории Европы и Скандинавии. Единственным исключением являются Москва и Подмосковье, где маршрутизация и подсказки работают. (Правда, по утверждению пользователей, в несколько недоработанном виде).
3. Почему в России автомобильная навигация функционирует не так полноценно, как в Европе?
Все дело — в электронных картах. Именно они дают возможность реализовать функции навигатора. Для России же такие карты пока не созданы. На отечественных картах автопутешественник может видеть только типы дорог и населенные пункты. Хотя, по разным сведениям, работы уже ведутся, и возможно, полнофункциональные российские карты скоро появятся.
4. Какова точность GPS-навигации?
Сам навигатор, по заявлениям производителей, определяет местоположение с точностью до 3-5 м. Однако очень многое тут зависит от числа спутников, которые «видят» прибор и, опять-таки, от электронных карт. Дело в том, что в России для гражданского использования разрешены карты масштабом не крупнее чем 1:1000, т. е. в 1 см карты — 1 км местности. На практике же это значит, что 100 м будут умещаться в 1 мм на экране.
Впрочем, для автомобильных путешествий такой масштаб карт и точность навигации вполне приемлемы, ведь на машине ездят за многие сотни километров.
5. Легальны ли GPS-навигаторы?
Любительские GPS-приемники у нас не запрещены. Изделия допущены к свободной продаже.
6. Не нужно ли регистрировать прибор, получать лицензию на пользование?
Нет. Любительским GPS-навигатором можно пользоваться без всяких допусков. Лицензия требуется только на высокоточное профессиональное GPS-оборудование. Впрочем, оно слишком дорогое, сложное в пользовании, довольно громоздкое и обычному человеку, в принципе, ни к чему.
7. Взимается ли абонентская плата за пользование GPS-навигацией?
Никакой платы нет. После покупки прибора все дальнейшее его использование абсолютно бесплатно.
8. Кто производит автомобильные GPS-навигаторы?
В мире производителей такого оборудования очень много. Из представленных на нашем рынке брендов можно назвать американские Garmin и Magellan, голландский TomTom, российский «Глобал Ориент» (GPS-модули) и тайваньский Novogo.
Электронный Сусанин // 13 вопросов об автомобильной GPS-навигации Электронный Сусанин // 13 вопросов об автомобильной GPS-навигации
9. Сколько стоят такие GPS?
От $300 до 700. На цену навигатора влияет, прежде всего, его функциональность. Это объем памяти, от которого зависит количество загружаемых карт, мощность процессора, отвечающая за быстродействие и поддержку трехмерных карт, наличие сенсорного экрана, русификация меню, поддержка голосовых подсказок. Помимо этого, цена зависит от производителя: так, тайваньские навигаторы дешевле примерно на $50-100.
10. Где брать электронные карты для загрузки информации?
Практически всегда они продаются там же, где и сами навигаторы. Дополнительным источником приобретения может быть Интернет.
11. Поможет ли GPS-навигатор проехать от Петербурга до Владивостока?
Обновлено: 22.07.2016 Андрей Лунячек
39
Гостевой пост от моего друга-походника. Сейчас как раз походный сезон, и совсем скоро осень, прекрасное время для Крыма, так что информация про навигаторы может прийтись очень кстати.
Добрый день! Я – Андрей Лунячек. Туризмом я занимаюсь достаточно давно, но тема GPS-навигации увлекла меня всего лишь несколько месяцев назад. До этого момента всё, что связано с магическим словом «GPS», казалось мне чем-то страшным и непонятным. Однако я быстро убедился, что ничего особо сложного в этом деле нет, и даже написал ряд статей о навигаторах и навигации. А в этой статье я хочу по возможности просто и доступно рассказать о навигаторах и их использовании в туризме.
В различных местах данной статьи я буду приводить ссылки на различные материалы (как мои, так и чужие), которые очень хорошо дополняют то, что вы прочтёте ниже. Эти ссылки будут весьма полезны, так как в рамках одной статьи невозможно полностью осветить все необходимые моменты.
С самого начала хочу уточнить, что я буду говорить исключительно об оффлайн-навигации. Ситуации, когда мы, пользуясь смартфоном, лезем в интернет и копаемся там во всяких картах Гугл и Яндекс, я здесь рассматривать не буду. Во-первых, интернет есть не везде. Не только среди дикой природы, но и среди большого города возможно такое, что у вас не будет доступа к интернету. Во-вторых, если обсуждать онлайн-навигацию, то это получится разговор не о навигаторах, а о различных интернет-ресурсах.
А я хочу рассказать именно о GPS-навигаторах – о специальных устройствах, которые могут сильно облегчить нам жизнь и выручить в трудную минуту. Разговор пойдёт в первую очередь об их использовании в дикой природе. Во-первых, я сам предпочитаю именно турпоходы, а не поездки по городам. Во-вторых, на природе зачастую помочь вам некому, а в городе вы можете обратиться с вопросом «как проехать туда-то» к любому прохожему. Тем не менее, GPS-навигацию в городе я буду упоминать в тех местах статьи, где это уместно.
Итак, что же нам нужно для полноценной навигации? Нам понадобятся:
- навигатор (или что-то, выполняющее его функции)
- карты, которые можно в него загрузить
- точки, отмечающие интересующие нас объекты
Эти пункты взаимосвязаны, но начать с чего-то нужно. Для того, чтобы лучше понять характеристики навигаторов (о чём речь пойдёт позже), сначала рассмотрим ту информацию, которую мы в него загружаем, то есть, поговорим о точках и картах. Есть ещё такие виды навигационных данных, как маршруты (это связки путевых точек) и треки (пройденный путь, записанный навигатором). На мой взгляд, для ориентирования они менее важны, чем точки, поэтому на маршрутах и треках я не буду подробно останавливаться.
Несмотря на то, что эти виды точек друг от друга принципиально не отличаются, точками интереса (Points Of Interest, или POI) принято называть точки, входящие в состав векторной карты (о картах читайте ниже), а путевыми точками (Waypoints) – точки, которые вы сами можете добавлять в навигатор.
Общим для путевых точек и точек интереса является то, что можно включить так называемую навигацию на точку. При этом на экране навигатора будут отображаться стрелка, указывающая направление, в котором находится данная точка, и расстояние до этой точки. Вам остаётся только идти в нужном направлении. Даже если тропинка или рельеф местности уведёт вас в сторону, поглядывая на стрелку, вы всё равно выйдете туда, куда надо.
Где брать путевые точки? Лучше всего поискать их в интернете. Есть даже целые сайты с подобными точками, например, сайт «Родники Крыма» (список подобных сайтов смотрите ). Другой, несколько менее точный способ – отметить точку на карте при помощи одной из навигационных программ и сохранить её в файл. Точки могут храниться в файлах разных форматов – GPX, WPT, KML. Однако универсальным форматом, который понимают навигаторы и все навигационные программы, является формат GPX. Если у вас оказались точки в другом формате, то их нужно преобразовать в GPX при помощи какой-либо программы-конвертера (например, GPSBabel).
Типы карт: векторные и растровые карты
Проще всего объяснить, что такое растровая карта. Это просто картинка, состоящая из пикселей, аналогично фотографии, которую делает ваш фотоаппарат. К примеру, можно взять бумажную карту (или, например, свой рисунок карандашом на бумаге) и отсканировать её. Далее с помощью одной из популярных программ привязываем эту картинку к координатам (для чего указываем на картинке точки, координаты которых нам известны), а затем конвертируем её в тот формат, который понимает наш навигатор. То есть, любое графическое изображение относительно несложно превратить в растровую карту, понятную навигатору.
Векторная карта – это не картинка. Это набор объектов (улицы, дороги, дома, реки, тропинки и т.д.). А программа, установленная в навигаторе, превращает этот набор объектов в готовую картинку, которую выдаёт на экран. Минус векторных карт состоит в том, что их достаточно сложно (а иногда и невозможно) сделать самому. Поэтому обычно приходится довольствоваться тем, что сделали другие. А плюс заключается в том, что, поскольку векторная карта состоит из отдельных объектов, то можно осуществлять поиск и навигацию по этим объектам, а также использовать автопрокладку маршрута при помощи имеющихся на карте дорог и тропинок. Соответственно, зачастую нет необходимости иметь отдельно файлы с какими-то полезными точками, поскольку множество точек (в виде тех или иных объектов) уже включено в состав векторной карты.
Векторные карты будут удобны для тех, кто путешествует по городам и крупным автодорогам. А для ценителей дикой природы более полезны будут растровые карты. Дело в том, что дикая природа лучше всего изображена на топографических картах (и сделанных на их основе туристических картах). А эти карты бывают только в растровом виде.
Многие карты можно бесплатно скачать в интернете. Кроме того, растровые карты относительно несложно изготовить самому, что позволяет владельцу навигатора не зависеть от чужой «милости», а иметь на экране прибора именно то, что хочется.
Навигаторы и другие устройства, используемые для навигации
Какие виды устройств обычно используются для навигации? Наиболее распространены следующие:
- автомобильные навигаторы
- туристические навигаторы
- смартфоны и планшеты с GPS-приёмником
На автомобильные навигаторы обычно устанавливают одну из нескольких популярных программ, работающих только с определёнными картами. А вот к походным навигаторам предъявляются совсем другие требования. Для похода нужно быть готовым запихнуть в навигатор всё, что угодно – спутниковый снимок, какую-то редкую (возможно, старинную) карту, короче говоря, всё самое лучшее, что вы сможете нарыть в интернете для данной территории. Что-то, возможно, найдёте только в бумажном виде, и придётся сканировать и привязывать к координатам. И так далее.
К нашему счастью, карты популярных туристских регионов раздобыть не проблема. Но смысл заключается в том, что походный навигатор должен быть «всеяден», то есть, позволять загружать любую карту (уточню – растровую карту, поскольку с векторными картами так не получится). Это очень пригодится, если вы поедете не в Крым, а в дебри Сибири или джунгли Амазонки. А даже если в Крым? Почему бы не добавить к распространённым туристическим картам что-то ещё? Например, спутниковые снимки от Google, Яндекса или Bing? Или аэрофотосъёмку времён Второй мировой войны? Нет проблем! Качаем то, что нам нужно, из интернета, и загружаем на GPS-навигатор. Программы, которые это делают, я описываю ниже.
Подобной «всеядностью» обладают как туристические навигаторы, так и многие программы, устанавливаемые на смартфоны и планшеты. Об этих двух видах устройств мы и поговорим подробнее.
Смартфоны и планшеты с GPS-приёмником
Смартфоны и планшеты сейчас очень популярны. Многие из них (за исключением самых дешёвых) имеют встроенные GPS-приёмники, что позволяет использовать их в качестве GPS-навигаторов. Для этого на смартфон или планшет должна быть установлена соответствующая программа. Например, целый ряд хороших программ существует для операционной системы Android. Эти программы либо бесплатны, либо стоят недорого, около 5-8 долларов.
Любителям максимальной простоты можно посоветовать программу MapsWithMe. Кроме кнопок «+» и «-», здесь имеются ещё четыре кнопки. Одна из них вызывает меню загрузки карт, где (при наличии интернета) можно выбрать и загрузить карту нужного региона, после чего пользоваться этой картой уже оффлайн. Вторая кнопка позволит показать на карте ваше местонахождение. Третья кнопка открывает окно поиска по названиям и категориям объектов, включённых в состав данной векторной карты. Четвёртая кнопка позволяет отметить место на карте и сохранить его в «Закладках». На этом возможности программы исчерпываются. Карты в программе используются векторные, своего собственного формата. Они достаточно хороши для города, но для дикой природы будут слабоваты. Другие карты (кроме «родных») в программу загрузить нельзя.
Более требовательным пользователям устройств на Android подойдёт программа OsmAnd (вот инструкция). Она будет полезна как туристам-пешеходам, так и автомобилистам, поскольку, используя свои собственные векторные карты (кстати, весьма неплохие), поддерживает автоматическую прокладку маршрута (либо по автодорогам, либо по тропинкам) и ведение по маршруту, включая голосовые подсказки. И всё это в отсутствие интернета! К этому добавим наличие в карте множества точек POI, возможность загрузки любых растровых карт, путевых точек, треков, запись трека и т.д.
Ещё одна хорошая программа для Android – это Locus Map. В отличие от предыдущей, более напоминает традиционный туристический навигатор и используется в основном с растровыми картами. Векторные карты для неё тоже имеются, как бесплатные (довольно простенькие, к тому же без точек POI), так и платные (наверное, они хорошие, но я их не скачивал). Ну а растровые карты вы можете закачать любые.
В чём заключаются плюсы и минусы использования смартфонов и планшетов в качестве навигаторов? Плюсы: а) если уже есть смартфон с GPS, то не нужно покупать дополнительное устройство; б) можно подобрать навигационную программу на свой вкус, или даже поочерёдно пользоваться несколькими программами; в) большой удобный экран. Минусы: а) смартфоны и планшеты требуют более бережного обращения, чем туристические навигаторы, которые и попрочнее будут, и полностью водонепроницаемы; б) смартфоны и планшеты быстро разряжаются (буквально за день в режиме непрерывной навигации), то есть для многодневных походов не подходят (если не таскать с собой чудо-зарядку или же включать смартфон только изредка).
Туристические навигаторы
Эти устройства созданы именно для походов по дикой местности. Они полностью водонепроницаемы, что позволяет спокойно их использовать под дождём, и долго держат заряд (на хороших аккумуляторах – около недели при условии активного каждодневного использования). К тому же для питания используют широко распространённые пальчиковые батарейки и пальчиковые аккумуляторы, которые можно взять с собой в любом количестве.
На что обратить внимание при выборе туристического навигатора? Во-первых, узнать, поддерживает ли он загрузку карт, как векторных, так и растровых (наиболее дешёвые навигаторы этого не умеют). Во-вторых, позволяет ли он загружать достаточное количество точек, треков и маршрутов. В-третьих, какой у него объём памяти (это должна быть либо карточка, либо достаточно ёмкая внутренняя память). Экран у навигатора должен быть цветной, а вот размеры его – на ваше усмотрение. Большой экран удобнее, но сильнее «кушает» батарейку.
И ещё один немаловажный вопрос, который мы сейчас рассмотрим, касается фирмы-производителя навигатора. Какую же фирму выбрать?
Выбор фирмы: Garmin, Magellan или что-то ещё?
Наиболее известной фирмой-производителем туристических навигаторов является Garmin. Настолько известной, что о каких-то других навигаторах многие и не слыхивали. И кое-кто из друзей советовал мне покупать именно Garmin. Это, конечно, хорошие навигаторы. Однако я подумал, и купил навигатор несколько менее известной фирмы Magellan. Объясняю, почему.
Всё дело в картах. Если вам нужны векторные карты, то покупайте Garmin. Для него найти векторную карту не проблема, а некоторые их и сами делают. Векторные карты для Магелланов – это большая редкость, а самостоятельно их сделать намного сложнее, чем для Гарминов.
Зато с растровыми картами ситуация у Магелланов лучше. А именно они и нужны туристу-походнику. Давайте сравним.
Garmin имеет два формата растровых карт: KMZ и JNX. Формат KMZ имеет ограничение: суммарный объём всех карт этого формата, находящийся на навигаторе, не может превышать 32 МБ, при этом карты в сумме могут состоять не более чем из 100 фрагментов размером 1024х1024 пикселя. То есть, в случае с картой-пятисотметровкой получаем кусок около 80х80 км, чего не всегда бывает достаточно.
В отличие от KMZ, карта формата JNX может быть любого размера и состоять из пяти слоёв. Вот только при создании карты необходимо указать, какая карта в каком слое должна показываться, поскольку навигатор Garmin сам этого не понимает. А главный недостаток формата JNX заключается в том, что свободное его использование заблокировано производителем. Фирма Garmin создала его для того, чтобы владельцы навигаторов за определённую плату скачивали спутниковые снимки с сайта фирмы. Поэтому для свободного использования формата JNX необходимо «поколдовать» с прошивкой навигатора.
В отличие от Гарминов, растровые карты Магелланов (формат RMP) не имеют никаких ограничений. Они могут быть любого размера и состоять из любого количества слоёв. Можно загрузить в навигатор множество карт (столько, сколько поместится в его памяти), а он сам разберётся какую карту когда нужно показывать. Навигатор будет стыковать карты, накладывать их друг на друга и делать всё для того, чтобы вы видели на экране наиболее подходящую в данный момент карту.
Поэтому Магелланы мне и понравились больше Гарминов, тем более, что по остальным параметрам они ничем не уступают.
Мой навигатор Magellan eXplorist GC. На экране — топографическая карта Харьковской области
Что же касается туристических навигаторов других фирм, то их покупать я крайне не советую. По одной простой причине: вы, скорее всего, просто не найдёте для них карт. Или же не найдёте программу, способную делать карты для этих навигаторов.
Программы, устанавливаемые на компьютер
Для полноценного использования навигатора нужно иметь на компьютере кое-какие программы. Они помогут подготовиться к предстоящему походу, а после его окончания обработать полученные навигационные данные.
Самыми главными программами можно считать те, которые выпускают фирмы-производители для своих навигаторов. Для Garmin это программа BaseCamp, для Magellan – программа Vantage Point. С их помощью можно осуществлять импорт и экспорт данных с навигатора на компьютер и обратно. Кроме того, эти программы поддерживают базовые функции работы с картами, точками, треками и маршрутами, позволяя обрабатывать данные у себя на компьютере.
Если их возможностей вам покажется мало, тогда нужно установить более «серьёзные» программы, которые имеют больше функций для обработки навигационных данных. Наиболее популярной навигационно-картографической программой является OziExplorer. Минус её в том, что она платная, но есть и плюс – в интернете можно найти много полезной информации по работе с этой программой. Не хотите платить – воспользуйтесь менее популярной, но бесплатной программой OkMap, имеющей примерно те же функции.
Для работы с онлайн-картами очень удобна программа SAS Планета. Используя её, вы можете быстро переключаться между множеством различных онлайн-карт: Google, Яндекс, спутниковые снимки, топографические карты и т.д. Благодаря этому можно оперативно просмотреть положение точки или трека на нескольких картах. Многообразие источников карт и является её главным плюсом. Программа позволяет сохранять нужные куски онлайн-карт на компьютер, а также поддерживает базовые функции работы с точками и треками.
Для того, чтобы изготавливать карты нужного вам формата, чрезвычайно удобна программа Mobile Atlas Creator. Она позволяет скачивать нужные участки различных онлайн-карт и конвертировать их в необходимые форматы: RMP для Magellan, KMZ для Garmin, ряд форматов для Android и iPhone, а также формат для OziExplorer. Работа с программой очень проста: вы выбираете в её меню нужный онлайн-источник, выделяете мышкой нужную область на карте, отмечаете птичками нужные уровни зума (что позволяет создавать многослойные карты), выбираете требуемый формат и получаете вашу карту, готовую к загрузке в навигатор.
Поскольку навигационные данные могут встречаться в разных форматах, вам может пригодиться программа-конвертер. Несмотря на то, что ряд функций конвертирования встроены в некоторые из уже рассмотренных программ, я посоветую вам установить небольшую, но полезную программу GPSBabel. Она умеет многое: конвертировать данные из одного формата в другой, обрезать и склеивать треки, превращать точки, треки и маршруты друг в друга. Программа поддерживает все основные форматы: универсальный формат GPX, форматы программы Google Earth (KML и KMZ), форматы программы OziExplorer (WPT, PLT и RTE) и ещё ряд менее популярных форматов.
Как быстро освоить работу с навигатором?
Рассмотрим необходимые действия новичка на примере. Допустим, вы хотите побродить с навигатором по Горному Крыму. Тогда вам нужно предпринять следующие шаги:
- купить навигатор
- разобраться, как им пользоваться
- скачать из интернета нужные карты (в нашем случае – Крыма) и загрузить их на навигатор.
Самостоятельное изготовление карт мы отложим на потом. Новичку лучше для начала воспользоваться уже готовыми картами.
Допустим, вы купили навигатор фирмы Magellan. Тогда вам прямой путь на сайт Дмитрия Калинина (известного также как Paganel). Читаем написанную Дмитрием инструкцию к навигатору Magellan eXplorist 310 . Далее читаем инструкцию к программе Vantage Point и устанавливаем её на компьютер. Качаем приготовленные Дмитрием карты для навигаторов Magellan и загружаем их в навигатор. Всё! Можно ехать в Крым!
Если же вы имеете смартфон или планшет на Android, то установите на него программу OsmAnd или Locus Map. К сожалению, качественных инструкций к этим программам никто не писал, но пару-тройку статей средней паршивости на просторах интернета найти можно. А карты для этих программ (как Крыма, так и других регионов) вы можете скачать на этой странице .
Что касается навигаторов Garmin, то я с ними особо не сталкивался. Но, поскольку они очень популярны, то вы без труда найдёте в интернете множество информации по использованию этих навигаторов. А нужные вам карты для Гарминов вы сможете найти на одном из этих ресурсов .
Следующий шаг после того, как вы освоили навигатор и успешно воспользовались скачанными картами – научиться делать карты самостоятельно. И здесь вам поможет простая программа Mobile Atlas Creator. Читаем краткий мануал по ней. А уже после этого, если есть желание и необходимость, можно осваивать более сложные способы создания карт, включающие использование других программ.
На этом мой краткий обзор всего, что связано с GPS-навигацией, можно считать законченным. Дополнительную информацию вы можете получить, если прочтёте мои статьи о картах и навигации . В этих статьях я описываю не только навигаторы, но и привожу ссылки для скачивания различных топографических карт.
Кроме того, вы можете задавать вопросы прямо в комментариях к этой статье, и я, по мере своих знаний и возможностей, постараюсь на них ответить.
Лайфхак 1 - как купить хорошую страховку
Выбрать страховку сейчас нереально сложно, поэтому в помощь всем путешественникам я составляю рейтинг. Для этого постоянно мониторю форумы, изучаю страховые договоры и сам пользуюсь страховками.
Практически каждый современный телефон уже имеет встроенный модуль GPS -приемника, с помощью которого имеется возможность достаточно точно определить свое местоположение на планете Земля. Для работы и точного определения местоположения GPS не требуется интернет и вышки мобильных сетей. Система может работать даже посреди пустыни вдалеке от цивилизации. Мы знаем, что это возможно благодаря спутникам, - но как именно это работает?
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. Практически всегда на орбите находится 32 спутника, 24 основных и 8 резервных на случай сбоев.
Поскольку известно, что каждый из спутников делает по два оборота вокруг планеты за сутки, то становиться нетрудно вычислить, что скорость их движения составляет приблизительно 14 000 км/ч. Само расположение спутников, так же как и наклон их орбит, отнюдь не случайно: они расположены так, чтобы из любой открытой точки планеты было видно хотя бы четыре спутника - именно таково минимальное количество, необходимое для определения местоположения объекта на Земле. Почему именно четыре и как это работает?
Чтобы измерить какое-то очень длинное расстояние, мы можем послать сигнал и замерить время, за которое он достигнет нужной точки либо отразится от нее и дойдет до нас снова (главное при этом точно знать скорость движения сигнала). Во втором случае время придется делить на два, поскольку сигнал прошел удвоенное расстояние. Этот способ носит название эхолокация, и спектр его применения весьма широк: начиная от изучения формы морского дна (здесь сигналом выступает ультразвук) и заканчивая радарами (сигнал - электромагнитные волны).
Проблема в том, что при использовании этого способа мы должны заранее знать, где находится приемник. В случае с системой GPS приемником сигнала являетесь именно вы, стоящий на Земле. Спутник не имеет никакого представления о вашем местоположении, он не знает, где вы, и никогда не узнает, поэтому отправляет сигнал сразу на всю поверхность планеты под ним. В этом сигнале он кодирует информацию о том, где расположен сам, а также в какое время по его собственным часам сигнал был отправлен, и на этом его работа заканчивается.
GPS -модуль у вас в руках получил координаты спутника и информацию о времени отправки сигнала. Программа в вашем телефоне умножает скорость распространения сигнала (то есть скорость света) на разницу между временем получения и временем отправки, высчитывая таким образом расстояние до каждого спутника. Если бы часы модуля были в точности синхронизированы с часами всех сателлитов, то понадобилось бы еще два спутника, чтобы определить местоположение с помощью так называемой триангуляции.
Чтобы понять принцип действия триангуляции, давайте на секунду перейдем в двухмерное пространство. Представьте себе две точки на плоскости, расположенные на известном расстоянии друг от друга, допустим 5 метров. Вы также знаете, что какая-то новая точка находится, в свою очередь, на известных расстояниях от первых двух - например 3 и 4 метра соответственно. Чтобы найти эту новую точку, вы можете провести две окружности с радиусами 3 и 4 метра и центрами в первой и второй точках соответственно. Две полученные окружности пересекутся ровно в двух точках, одна из которых и будет искомой.
Вернемся в трехмерное пространство. Теперь нам уже нужны три опорные точки, которыми являются наши спутники, и «чертить» вокруг них мы будем не окружности, а сферы. Все три сферы сразу в общем случае будут иметь две точки пересечения, но одна из них находится «над» местом расположения спутников, очень высоко в космосе - она нам явно не нужна. А вот вторая - это как раз ваше местоположение.
Для измерения местоположения в пространстве необходимо знать точное время и иметь точный инструмент для его измерения.
Реальная задача осложняется тем обстоятельством, что время на часах вашего телефона не совпадает с тем, что показывают часы спутников, и ваши часы являются на несколько порядков менее точными. Вообще говоря, время создает несколько дополнительных сложностей в решении этой проблемы. Так, например, спутники подвержены эффектам релятивистского и гравитационного искажения времени. На самом деле скорость хода часов, согласно теории относительности, зависит в том числе от силы гравитации в той точке, где эти часы расположены, а также от скорости их движения.
На высоте 20 000 километров над Землей гравитация достаточно слаба, а спутники летают, как мы уже разобрались, довольно быстро. Из-за суммы этих эффектов часы приходится корректировать в общей сложности на 38 миллисекунд за сутки. Если кажется, что это мало, напомню, что электромагнитный сигнал, движущийся со скоростью света, пройдет за это время приблизительно 11 000 км - примерно такой и может быть погрешность при определении координат.
Вторая проблема - точность самих часов. При указанных скоростях сигналов каждая миллионная доля секунды, измеренная с погрешностью, может спровоцировать большие ошибки. Из-за этого спутники старого формата позволяют определить местоположение не очень точно и могут «обмануть» на целых 10 метров. Начиная с 2010-го на замену старым запускают новые спутники, оснащенные атомными часами, и их погрешность уменьшилась до 1 метра.
Другой путь решения проблемы - специальные наземные станции коррекции. Они используются на территории некоторых стран и принцип их работы таков: принимая данные о расположении того или иного объекта, они корректируют их, и в результате пользователь гаджета получает более достоверную информацию о собственном местоположении.
Чем больше источников сигнала, тем точнее результат измерения, вот почему в мегаполисе ориентироваться по навигатору будет проще, чем в пустыне.
Однако атомные часы – устройство громоздкое и дорогостоящее, поэтому, чтобы решить проблему времени приемника, нужен еще один спутник. Он тоже передает информацию о своем местоположении и моменте отправки сигнала. И теперь наше пространство становится не трех-, а четырехмерным. Неизвестными являются широта, долгота, высота и время приемника в момент отправки сигналов. Положение в этих четырех измерениях нам и нужно определить, для чего по аналогии с двухмерным и трехмерным пространствами нам нужны именно четыре спутника.
Конечно же, в реальности хорошо, когда удается «поймать» сигнал от большего числа источников, и в крупных городах и населенных районах с этим проблемы нет: можно легко увидеть одновременно десяток сателлитов, которые обеспечат достаточно высокую для бытового использования точность.
Однако начальный поиск спутников тоже не самая простая задача. В старых аппаратах устройству могло потребоваться немало времени, вплоть до нескольких минут, чтобы уловить и разобрать сигнал от нужного числа космических объектов. Тогда это называлось «холодный старт», и для того, чтобы ускорить процесс, придумали получать данные о текущем местоположении небесных тел из интернета. Но при перемещении приемника на большое расстояние (десятки километров) или при очень долгом бездействии «холодный старт» приходилось производить заново. В современных устройствах модуль периодически включается сам, обновляя информацию, поэтому подобной проблемы больше нет.
Кстати говоря, до 2000 года точность для гражданских лиц была искусственно занижена, и узнать свое местоположение позволялось не ближе, чем в 100 метрах от реального. Поскольку GPS создавалась, финансируется и поддерживается министерством обороны США , военные хотели иметь определенное преимущество. С развитием и все более активным внедрением технологии в жизнь гражданского населения это искусственное ограничение было убрано.
Спутник не получает данных ни о каких GPS -устройствах на поверхности Земли и в воздушном пространстве, поэтому услуга бесплатная. Мы просто не сможем узнать, кто конкретно ей пользуется. Выходит, рецепт решения общечеловеческой проблемы под кодовым названием «А где я нахожусь?» чрезвычайно прост: односторонняя связь и нехитрые математические расчеты.
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 пройдет совсем немного времени как они уже не смогут обойтись без нее. Именно поэтому стоит сказать пару слов о недостатках GPS .
Недостатками GPS навигации является то, что при определенных условиях сигнал может не доходить до GPS -приемника, поэтому практически невозможно определить свое точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле.
Рабочая частота GPS находится в дециметровом диапазоне радиоволн, поэтому уровень приема 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 приему сигналов GPS .
Карты, предназначенные для GPS навигации, быстро устаревают и могут быть не точными, поэтому нужно верить не только данным GPS -приемника, 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. Прецеденты уже были.
У системы GPS есть менее популярная и известная альтернатива в виде навигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и Galileo (ЕС), и каждая из этих систем стремится получить широкое распространение.
GPS - начальные буквы названия глобальной системы определения координат - Global Positioning System.
Что это за система?
Это система, позволяющая с точностью не хуже 100 м определить местоположение объекта, т.е. определить его широту, долготу и высоту над уровнем моря, а также направление и скорость его движения. Кроме того, с помощью GPS можно определить время с точностью до 1 наносекунды.
Из чего состоит GPS?
GPS состоит из совокупности определенного количества искусственных спутников Земли (спутниковой системы NAVSTAR) и наземных станций слежения, объединенных в общую сеть. В качестве абонентского оборудования служат индивидуальные GPS-приемники, способные принимать сигналы со спутников и по принятой информации вычислять свое местоположение.
Что представляет собой спутниковая система NAVSTAR?
В состав спутниковой системы NAVSTAR входят 24 ИСЗ, находящихся на 6 различных круговых орбитах, которые расположены под углом 60 градусов друг к другу. Период обращения одного спутника - 12 часов. Вес каждого спутника около 787 кг, размер более 5 м, включая солнечные батареи. На борту каждого спутника установлены атомные часы, обеспечивающие точность 10-9 сек, вычислительно кодирующее устройство и передатчик мощностью 50 Вт, излучающий на частоте 1575.42 МГц.
Рождением NAVSTAR можно считать февраль 1978 года, когда на орбиту был выведен первый спутник системы. Средний срок службы одного спутника приблизительно 10 лет, поэтому в программу входит постоянное производство и выведение на орбиту новых спутников, на смену использовавшим свой ресурс.
Стоимость постройки и запуска 24 спутников - 12 миллиардов долларов.
Какую информацию спутники передают на Землю?
Каждую миллисекунду спутники передают на Землю:
Свой статус (сообщение об исправности или неисправности);
текущую дату;
текущее время;
данные альманаха;
точное время отправки всей совокупности сообщений.
Что такое альманах?
Это информация о том, в каком месте небесной сферы должен находиться каждый спутник в любое момент времени в течение суток, т.е. орбитальные данные всех спутников.
Как происходит определение координат?
GPS-приемник на основании полученной со спутников информации определяет расстояние до каждого спутника, их взаимное расположение и вычисляет свои координаты по законам геометрии. При этом, для определения 2-х координат (широта и долгота) достаточно получить сигналы с трёх спутников, а для определения высоты над уровнем моря - с четырёх.
Как GPS-приемник определяет расстояние до спутников?
Поскольку скорость распространения радиосигналов постоянна и равна скорости света, расстояние до спутников определяется по задержке времени приема сообщения GPS-приемником относительно времени отправки сообщения с борта спутника. Конечно, для точного определения этой задержки часы на спутниках и часы в GPS-приемнике должны быть синхронны, что обеспечивается синхронизацией часов приемника по информации, содержащейся, как указывалось выше, в сигналах спутников.
Каковы источники погрешности при определении местоположения?
Основным источником было наличие, так называемого, режима "ограниченного доступа". В этом режиме в сигналы спутников Министерством обороны США априорно вводилась погрешность, позволяющая определять местоположение с точностью 30 - 100 м, хотя принципиально точность GPS-системы может достигать нескольких сантиметров. С 1 мая 2000 года режим "ограниченного доступа" был отключён.
Другими источниками погрешности являются неудачная геометрия взаимного расположения спутников, многолучевое распространение радиосигналов (влияние переотраженных радиоволн на приемник), ионосферные и атмосферные задержки сигналов и др.
Что представляет собой GPS-приемник?
Система GPS позволяет определить местоположение в любой точке на суше, на море и в околоземном пространстве. В зависимости от области применения, диапазон которой довольно широк, а также от стоимости, которая может колебаться от сотен до нескольких тысяч долларов, исполнение GPS-приемников также весьма разнообразно. В целом весь спектр моделей можно разделить на четыре большие группы:
Персональные GPS приемники индивидуального применения.
Эти модели отличаются малыми габаритами и широким набором сервисных функций: от базовых навигационных, включая возможность формирования и расчета маршрутов следования, до функции приема и передачи электронной почты.
Автомобильные GPS приемники
, которые предназначены для установки в любом наземном транспортном средстве и имеют возможность подключения внешней приемо-передающей аппаратуры для автоматической передачи параметров движения на диспетчерские пункты.
Морские GPS приемники
, оснащенные ультразвуковым эхолотом, а также дополнительными сменными картриджами с картографической и гидрографической информацией для конкретных береговых районов.
Авиационные GPS приемники
, используемые для пилотирования летательных аппаратов, включая коммерческую авиацию.
Существуют ли другие системы определения местоположения?
Да. Отечественной военно-космической промышленностью создана альтернативная спутниковая система ГЛОНАСС. Однако, несмотря на более высокую точность определения местоположения, ее надежность и потребительские характеристики существенно ниже, чем у NAVSTAR, и на сегодняшний день широкого распространения эта система не получила.
Несмотря на то, что в современном мире GPS-навигация прижилась практически мгновенно, многие до сих пор пребывают в неведении относительно этого полезнейшего изобретения прошлого века. А некоторые и вовсе отрицают сам факт существования и необходимости использования GPS. Почему современные люди, порой весьма неглупые, до сих пор целиком и полностью полагаются на бумажные атласы? Попробуем внести ясность в ситуацию и разобраться с применением GPS на рынке туризма и телекома.Что такое GPS?
GPS – General Positioning System – состоит из 24 спутников, которые движутся по орбитам вокруг земли. Каждый спутник осуществляет питание от солнечных батарей и имеет срок службы около 10 лет. Все спутники объединяются в единую сеть и при использовании гражданскими лицами абсолютно бесплатны. В любой точке мира пользователь GPS-навигатора сможет определить место своего нахождения за считанные секунды. Для определения координат GPS-приёмнику необходимо «увидеть» как минимум два спутника. Такой метод определения называется «двухмерной фиксацией», при этом на экране приёмника вы сможете увидеть широту и долготу, если же в поле зрения навигатора оказывается более четырёх спутников, то определяемой информации становится больше. Добавляются такие параметры, как скорость передвижения объекта и его высота над уровнем моря (под объектом мы понимаем GPS-навигатор). Разумеется, GPS-навигаторы представлены на рынке не одним устройством, а достаточно большим их количеством, начиная от интегрированных в карманные компьютеры GPS-модулей и заканчивая специализированными системными устройствами, созданными исключительно для ориентирования на местности. С начала XXI века GPS стремительно ворвался в автомобильную промышленность. Как следствие этого, в правильных машинах (BMW, Audi, Mercedes) появилась дополнительная опция – спутниковый навигатор.
Обо всех устройствах GPS-навигации мы с вами и поговорим в этом материале.
Виды GPS-приёмников.
Не скроем, что GPS-технология исключительно военного происхождения. Современные военные действия подразумевают точечные удары по расположениям сил противника, а для наведения снарядов необходимо точное знание координат.
Что и говорить, в более ранние времена военные и гражданские навигаторы имели колоссальные различия. Например, точность позиционирования гражданского навигатора была «сдвинута» на 150 (!) метров в радиусе, в то время как военный навигатор позволял себе допускать погрешности не более 1-5 метров. Разница, особенно в горах, весьма приличная. Но китайским братьям абсолютно всё равно, что думают американские друзья относительно точности позиционирования. По этой причине на рынок хлынули потоки самых разных микрочипов для изготовления GPS-приёмников с погрешностью определения до одного метра, и результат не заставил себя долго ждать. Появился и первый вид навигаторов – симбиоз карманного компьютера и GPS-приёмника, инсталлирующегося в Compact Flash слот. Он появился в продаже уже в 2002 году.
До этого события прозорливые технари подключали существующие до того момента приёмники Garmin в COM-порт карманных компьютеров, коих на тот момент также было не очень много. При написании этих строк невольно задумываешься о безумной скорости технического прогресса: казалось бы, в 2002 году всё это только начиналось, а всего четыре года спустя GPS-навигация осуществляет такое количество разнообразных функций, что диву даёшься.
Специализированные устройства на рынке присуствовали постоянно, другой вопрос, что потребители не очень-то жаловали странную коробочку с монохромным дисплеем, стоящую как хороший 19-дюймовый монитор (напомню, что дело происходило в 2002-2003 годах). Тем не менее, коробочки продавались и пользовались заслуженным авторитетом у туристов и любителей активного отдыха на природе.
Как мы уже упоминали выше, таким устройством были навигаторы компании Garmin. Компания является безоговорочным лидером по производству специализированных GPS-приёмников, однако, несмотря на своё превосходство, в Рунете представлена очень слабо. Особенностью данных навигаторов является необходимость использования только «родных» карт и софта. Однако об этом мы поговорим позже.
В то же время получил своё развитие стандарт беспроводной связи Bluetooth, который привнёс много нового в индустрию мобильных телефонов и не только. Вскоре появились первые Bluetooth GPS-адаптеры, которые подключались к карманному компьютеру по беспроводному соединению – фактически, для работы программного обеспечения эмулировался аппаратный COM–порт, и никто не замечал подмены.
В 2003-2004 годах получила развитие идея всеобщей миниатюризации, которая принесла на рынок множество странных изделий. Например, компании перестали выпускать карманные компьютеры с интерфейсом Compact Flash порта. Вместо этого на верхней части КПК остался только один слот – SDIO MMC. А наличие CF-порта автоматически обозначало КПК как продвинутую и серьёзную модель. SDIO-устройства также могли эмулировать COM-порт, посему в скором времени (примерно в конце 2004 года) в продаже появились SD GPS-приёмники. Следует отметить, что размеры этих устройств сильно уменьшились, а это, в свою очередь, привело к понижению энергопотребления, т.к. микрочипы также подвергались воздействию прогресса. И, наконец, последний шаг в интеграцию GPS-навигации сделала компания Mitac, наладив поставку КПК с встроенным GPS-модулем. КПК работал сам по себе, а GPS можно было использовать в любое время.
Карты и софт.
Для любого навигатора необходим набор карт, иначе использование устройства становится невозможным. Карты чаще всего поставляются в максимально подробном увеличении и позволяют осуществлять навигацию в буквальном смысле «по домам». Для КПК одним из лучших примеров такой карты является программа Pocket GPS PRO, работающая в Москве. Также на рынке присутствует программа Palm GIS, однако большинству пользователей эта система неизвестна. Едва ли не самой мощной программой для составления и редактирования карт и маршрутов является Ozi Explorer, работающий с растровыми картами. Данная программа обладает просто колоссальным количеством разнообразных карт. У автора данного текста имеется DVD-диск, на котором заботливыми руками нашего руководителя тестлаба собрано более 4 Гбайт карт. И, что самое главное, эти карты создаются энтузиастами, полностью бесплатны и в критической ситуации могут здорово выручить. Одно плохо – Ozi Explorer недёшев, но наших сотоварищей это не останавливает, нужно всего лишь немного подумать, и проблема будет решена.
Авто.
Теперь самое время разобраться с наиболее интересным представителем GPS-устройств – автомобильным навигатором.
Итак, чем интересен автомобильный навигатор. Во-первых, он интегрируется непосредственно в автомобиль и, что важно, позволяет использовать определённые функции современного авто для облегчения его эксплуатации. Например, при малом количестве топлива в бензобаке система подаёт голос, что надо бы заправиться, а до ближайшей заправки такое-то количество километров, так что мы можем не доехать, поэтому поворачивай назад, хозяин, а то встанем тут, посреди Калмыцкой степи. Во вторых, правильный автомобильный GPS-навигатор позволяет всячески редактировать маршруты, оставляя различные метки на карте, к примеру – тут есть закусочная, а вот здесь сидели товарищи в сине-серой форме и приняли меня за 180 км/ч... Тут была большая яма, а вот тут – шиномонтаж. В третьих, GPS-навигация в автомобилях обладает ещё одним полезным достоинством – её можно в любой момент заставить замолчать нажатием одной кнопки, что не всегда возможно при использовании симбиоза КПК и модуля навигатора. Данное качество особенно заметно в последних моделях BMW пятой и седьмой серий – автомобиль в состоянии довести до исступления любого, уж очень он общительный.
Однако и это не всё. GPS-навигация в автомобилях крайне приглянулась компаниям, специализирующимся на защите транспортных средств от угона. Об этом мы и поговорим в следующей части статьи.
Защита от угона при помощи GPS и мобильного телефона.
Мы не считаем, что необходимо как-то компрометировать провайдеров, предоставляющих услуги по слежению за вашим автомобилем, однако считаем необходимым предупредить, что угоняется абсолютно любой автомобиль, абсолютно вне зависимости от того, что и как на нём установленно. От эвакуатора, глушителя и экранированного бетонного бокса за городом ещё никто не спасался.
Как это работает? На автомобиле устанавливается комплекс оборудования, состоящий из GPS-приёмника для определения координат и устройства для организации канала связи между автомобилем и диспетчерским пультом. В качестве последнего выступает обычное устройство, по сути работающее сотовым телефоном. Девайс подключается к системе через COM-порт и позволяет осуществлять двустороннюю передачу сигнала. Таким образом, можно подавать команды автомобилю – завести/заглушить двигатель, закрыть/открыть двери либо мгновенно определить месторасположение транспортного средства. Плюс к этому, если GPS сигнал не проходит, а мобильное устройство «видит» вышки оператора сотовой связи (чаще всего GSM), то определение координат возможно также по положению телефона. Подобные услуги предоставляют все GSM-операторы Московского региона (кстати, именно это решение спасло BMW X5 одного моего знакомого – прим.авт.).
В случае возникновения заранее оговариваемых «нештатных» ситуаций сигнал тревоги передаётся на диспетчерский пульт и, при подтверждении проблемы, на пульт ГИБДД... Дальше всё работает только по воле сотрудников милиции. Разумеется, если угонщики – профессионалы своего дела, машина в один момент просто пропадёт с мониторов, и единственное, что останется сделать, так это надеяться на самую лучшую «противоугонку» – страхование транспортного средства от угона. На данный момент только такая защита может гарантировать относительно спокойный сон владельца «интересного» автомобиля.
Однако спутниковая сигнализация в большинстве случаев позволяет осуществлять достаточно высокий уровень контроля за автомобилем и, как минимум, спасёт, если им заинтересуются малоопытные хулиганы. Другое дело, что, как правило, после вмешательства подобных «пионеров» машина бывает сильно покорёжена. Вывернуты личинки замков дверей, сломан блокиратор и замок зажигания. Удовольствие весьма недешёвое. Так что гараж, охрана... и опять деньги.
Что выбрать?
Складывается абсолютно неопределённая ситуация, так как выбор GPS-устройств чрезвычайно велик и интересен. Однако мы постарались классифицировать наиболее популярные GPS-приёмники, представленные на нашем рынке. Относительно встроенных навигационных систем в автомобили мы можем отметить, что для нашей страны официальных карт практически нет, а те, которые есть, стоят около тысячи евро. К слову пришлось ещё и то, что долгое время гражданский GPS был вне закона, а это сильно тормозило развитие подобных решений на территории нашей страны.
А если лишних денег нет, то старый добрый КПК и Compact Flash GPS-адаптер помогут вам решить возникающие проблемы с навигацией. Поверьте – достаточно один раз попробовать, и вы не расстанетесь с GPS никогда!
