Мобильный GPS: теперь не потеряемся

Проблема определения точных географических координат на местности была актуальна с давних времен. Древние мореплаватели во время своих путешествий ориентировались днем по Солнцу, а ночью – по звездам. Зная небесные координаты светил и определив их высоту над горизонтом и часовой угол, можно было сориентироваться в пространстве и определить расстояние до конечного пункта назначения. Однако погодные условия не всегда были на руку исследователям, поэтому не представляло особого труда сбиться с курса.

История

Идея создания спутниковой навигации родилась ещё в 50-е годы. В тот момент, когда СССР был запущен первый искусственный спутник Земли, американские учёные во главе с Ричардом Кершнером, наблюдали сигнал, исходящий от советского спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если Вы точно знаете свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение и скорость спутника, и наоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты.

Разработка GPS (Global Positioning System – системы глобального позиционирования) началась в декабре 1973 года Военно-Воздушными Силами США. Разрабатываемая система спутниковой навигации была названа NAVSTAR (NAVigation Satellite providing Time And Range), что в переводе означает “навигационная спутниковая система, обеспечивающая измерение времени и местоположения”.

Изначально GPS использовалась для высокоточного и независимого от погоды определения местоположения объектов в космосе, на суше и на море в интересах армии США. Непосредственная реализация системы началась в 1978 году с запуском первого спутника.

Детство у системы GPS было трудное. В то время уже существовали хорошо разработанные навигационные технологии. Попытки введения новой системы навигации подразумевали, помимо всего прочего, широкомасштабную переподготовку в войсках, что наталкивалось на консерватизм военных. Вначале командный состав ВВС просто отказывался применять GPS, ссылаясь на ее чрезмерную дороговизну.

Руководство военно-морского флота США также было против внедрения новой спутниковой навигационной программы, предпочитая довольствоваться существующими испытанными методиками. Серьезным ударом по GPS стала трагическая гибель, отклонившегося от курса южнокорейского “Боинга-747″, сбитого советским истребителем над Татарским проливом. На том самолете была установлена именно такая навигационная система. Под давлением этих обстоятельств Пентагон отказался от полномасштабной поддержки спутниковой группировки и, чтобы ее как-то спасти GPS была рассекречена.

Благодаря коммерческому интересу гражданских разработчиков система стала стремительно совершенствоваться и развиваться. Здесь можно провести аналогию с Интернетом, который после передачи технологий коммерции довольно быстро завоевал весь мир.

С 1983 г. система GPS открыта для использования в гражданских целях и в 1989 году был произведен запуск спутников нового поколения. Первые 11 спутников двигались по другой по сравнению с современными орбите и были предназначены для того, чтобы апробировать систему и показать реальность выполнения задачи. С 1991 г. сняты ограничения на продажу GPS-оборудования в страны бывшего СССР. В 1993 г. система была полностью развернута.

Принцип работы

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется “альманахом”, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел – мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь “альманах”. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространения радиосигнала, каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени в составе своего сигнала, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Дополнительно накапливая и обрабатывая эти данные за определённый промежуток времени, становится возможным вычислить такие параметры движения, как скорость (текущую, максимальную, среднюю), пройденный путь и т. д. Однако, в большинстве навигационных приёмников отсутствуют атомные часы. Этот недостаток обычно устраняется требованием получения информации не менее чем с трёх (2-мерная навигация при известной высоте) или четырёх (3-мерная навигация) спутников.

Современное состоЯние

В настоящее время работают или готовятся к развёртыванию следующие системы спутниковой навигации:

NAVSTAR (GPS) – Принадлежит министерству обороны США, что считается другими государствами её главным недостатком. Более известна под названием GPS. Единственная полностью работающая спутниковая навигационная система.

ГЛОНАСС – Принадлежит министерству обороны России. Является попыткой восстановить функционировавшую с 1982 года советскую систему. Находится на этапе повторного развёртывания спутниковой группировки (оптимальное состояние орбитальной группировки спутников, запущенных в СССР, было в 1993-1995 гг.). Современная система, по заявлениям разработчиков наземного оборудования, будет обладать некоторыми техническими преимуществами по сравнению с NAVSTAR. Однако в настоящее время эти утверждения проверить невозможно ввиду недостаточности спутниковой группировки и отсутствия доступного клиентского оборудования.

Бэйдоу – Развёртываемая в настоящее время Китаем подсистема GNSS, предназначенная для использования только в этой стране. Особенность – небольшое количество спутников, находящихся на геостационарной орбите.

Galileo – Европейская система, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки.

IRNSS – Индийская навигационная спутниковая система, в состоянии разработки. Запуск первого спутника ожидается в 2009 году.

ПрактиЧеское

применение

Сегодня GPS-приёмники всё чаще используются в гражданских целях, в основном для определения местонахождения и скорости. GPS-приёмники продают во многих магазинах, продающих электронику, их встраивают в мобильные телефоны, смартфоны и КПК. Потребителям также предлагаются различные устройства и программные продукты, позволяющие видеть своё местонахождение на электронной карте, имеющие возможность прокладывать маршруты с учётом дорожных знаков, разрешённых поворотов и даже пробок. Искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, гостиницы, кафе, больницы, автозаправки и прочие объекты инфраструктуры.

В нашей статье мы рассмотрим возможности GPS навигации в смартфонах Nokia. Ведь на рынке появляется все больше моделей со встроенным приемником GPS, а найти бесплатные программы для навигации не так уж и сложно. К тому же, наличие встроенного GPS-приемника не столь критично, потому что можно использовать и внешние Bluetooth GPS-приемники, например Holux, RoyalTek, GlobalSat и др.

Стоит отметить, что в прошлом году, финский гигант Nokia, приобрел компанию NAVTEQ, которая является поставщиком картографических решений. Недавняя же интеграция Nokia Maps с Ovi, а также продажи новых моделей смартфонов Nokia с GPS, дают возможность предполагать, что Nokia становится крупнейшим поставщиком GPS навигаторов.

Итак, если у вас смартфон компании Nokia, то в первую очередь можно посоветовать программу от Nokia, которая называется Maps. Установить Maps можно на следующие мобильные аппараты  Nokia: N95, N95 8GB, N93i, N81, N81 8GB, N80, N78, N77, N76, N73, N72, N70, E90 Communicator, E71,  E70, E66, E65, E61, E61i, E60, E50, 6720 classic, 6710 Navigator, 6290, 6120 classic, 6110 Navigator и т.д.

Зачастую данное приложение уже вшито в программное обеспечение смартфона. Если же его нет, то можно бесплатно скачать Nokia Maps с официального сайта Nokia – www.europe.nokia.com/maps.

Сразу после установки и запуска приложения, вас попросят указать точку доступа для подключения к интернету. Интернет соединение понадобиться для поиска, загрузки карт и снимков со спутника. Впоследствии в настройках программы можно, а иногда и нужно, отключить автоматическое подключение к интернету. Дело в том, что карты разных стран можно закачать в смартфон с компьютера. И в дальнейшем приложению Nokia Maps не понадобиться подключаться к интернету. Это очень актуально, если вы собрались за границу. Ведь достаточно загрузить карту страны, в которую едите, и спокойно путешествовать, не думая о счете за GPRS трафик.

Затем программа начнет поиск спутников и после этого покажет ваше положение на карте. Все карты для этого приложения загружаются с помощью программы Nokia Map Loader. Ее также можно бесплатно скачать с официального сайта Nokia – www.europe.nokia.com/explore-services/maps/download/nokia-map-loader. Помимо карт, с помощью этого приложения можно загрузить и голосовые файлы для навигации. В списке есть русский и  турецкий языки.

Сразу оговоримся, что под навигацией мы понимаем способность программы прокладывать маршрут, и в реальном времени указывать оптимальные варианты передвижения до пункта назначения. Официально навигация в Maps работает не во всех странах. К тому же это платное удовольствие, которое стоит несколько десятков долларов США. Оплата происходит прямо со смартфона, путем указания данных кредитной карты в специальном меню. Однако в интернете вы можете найти разблокированную версию программы с работающей навигацией во всех странах. В том числе и для Азербайджана. Но во всех последних версиях Maps карта Азербайджана не является подробной и поэтому непригодной для использования. Здесь на помощь опять приходит интернет. На сайте http://nokiamaps.site666.info можно скачать карты от старых версий программы Maps. В нашем случае, для Азербайджана скачиваем карту версии 1.2. Все что нужно, это скачать архив и распаковать его в папку [memory card]\cities\diskcache, предварительно удалив содержащиеся в этой папке файлы и папки. Сразу отметим, что карта неновая. Однако передвигаться по ней можно.

Сейчас, в зависимости от модели смартфона, доступны вторая и третья версия этой программы. В новых версиях Maps были добавлены такие новые функции, как изображения аэрофотосъемки высокого разрешения, мультимедийные путеводители и трехмерные ориентиры для более чем 200 городов, карты ландшафта, прогнозы погоды, первоклассный контент о путешествиях и событиях, а также информация о дорожном движении и безопасности. За счет включения в новые модели смартфонов компаса, работающего совместно с новыми функциями приложения Maps, значительно улучшены возможности пешеходной навигации. К сожалению, карта Азербайджана все еще не пригодна для использования. Более того, в случае установки Maps версии 3, вышеуказанный способ загрузки старой карты не работает.

Как альтернативу, вышеуказанному приложению, можно назвать приложения от Garmin (Garmin Mobile XT – www.garmin.com), TomTom (TomTom – www.tomtom.com), Google (Google Maps – www.google. com/mobile/default/maps.html) и Yandex (Мобильные Яндекс.Карты – www.mobile.yandex.ru/maps/). Основным недостатком Garmin и TomTom является то, что они платные. Хотя также, как и в случае с навигацией в Nokia Maps, народные умельцы научились это обходить. Однако ситуация с картами Азербайджана и тут остается проблематичной. Дело в том, что подробных карт просто нет, ну а на тех, что вы найдете в интернете, зачастую нет никакой навигации. Некоторые дистрибьюторы, продающие например аппараты Garmin, могут заверить вас в том, что их GPS навигаторы поставляются с картой Азербайджана. На деле оказывается, что карта охватывает только Абшеронский полуостров, и даже в этом случае ни о какой навигации и речи быть не может.

Что касается приложений от Google и Yandex, то главный их недостаток – это необходимость постоянно подгружать карту или снимок со спутника из интернета. Что неудобно не только при поездке за границу, но даже и у нас в стране.

Недостатки

Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника, или приходить со значительными искажениями или задержками. Например, практически невозможно определить своё точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приёма сигнала от спутников может серьёзно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также от магнитных бурь.

Ну а главным и нашем случае недостатком практически всех GPS-навигаторов является отсутствие навигации, а иногда и даже просто карт для нашего региона. Возможно, именно по этой причине эти продукты не так популярны у нас в стране.

Однако многим важнее иметь карту незнакомого города или местности. И в данном случае GPS-навигаторы становятся актуальными не только для автомобилистов, но и для пешеходов, любящих бродить по улочкам незнакомых городов.

ВЫВОД

GPS сегодня – это возможность:

* определить с высокой точностью (до нескольких метров) свое местоположение;
* добраться до конечной цели маршрута вашего движения и вернуться в исходную точку;
* зная начальную и конечную точки маршрута передвижения, проложить маршрут по улицам незнакомого города, по областным и грунтовым дорогам;
* увидеть пути объезда заторов, пробок, участков ремонта дорог, внезапно оказавшихся у вас на пути;
* отметить путевыми заметками опасные и аварийные участки дороги, точками автозаправочные станции, посты дорожной полиции, отели, придорожные кафе и по своему усмотрению воспользоваться этой информацией на пути следования;
* и многое другое…