Глобальная навигация на службе общества
Сегодня все более актуальной становится GPS (Global Positioning System) - глобальная
система навигации, пользу которой во многих сферах жизни сложно переоценить.
На сегодняшний день существуют две глобальные спутниковые радионавигационные
системы второго поколения. Одна из них - российская (ранее Советская) "ГЛОНАСС"
(Глобальная навигационная спутниковая система), а другая - американская NAVSTAR
(Navigational Satellite Time and Ranging - навигационный спутник измерения
времени и координат). Основные свойства обеих систем определяются баллистическим
построением, высокой стабильностью бортовых эталонов частоты, выбором
сигнала и способов его обработки, а также способами устранения и компенсации
погрешностей. Параметры систем и их отдельных элементов, а также математическое
обеспечение выбираются так, чтобы ошибка навигационных определений по координатам
была не более 10 м, а по скорости находилась в пределах 0,05 м/c.
В состав глобальных спутниковых систем входят:
Список из 4 элементов
сеть НИСЗ (навигационные искусственные спутники Земли);
наземные средства управления, слежения и контроля - КИК (командно-измерительный
комплекс);
навигационная аппаратура потребителей (потребители);
средства развертывания и восполнения системы (космодром).
конец списка
Сеть НИСЗ представляет собой 18-24 спутника, которые вращаются по круговым орбитам
высотой порядка 20 000 км с периодом вращения 12 ч, при этом на каждой
из орбит равномерно размещается от трех до восьми спутников.
Аппаратура потребителей предназначена для определения пространственных координат
и параметров движения объекта по результатам измерений. Исходя из сложности
технических решений и объема аппаратных затрат, ее разделяют на од-ноканальную,
которая в каждый текущий момент времени ведет прием и обработку радиосигнала
только одного НИСЗ (к ней же относится и мультиплексная, когда система очень
быстро переключается между сигналами орбитальной группировки), и многоканальную,
позволяющую одновременно принимать и обрабатывать сигналы нескольких НИСЗ.
Построение американской системы космической навигации началось уже через несколько
лет после запуска Советским Союзом первого искусственного спутника. Для
ВМС США была разработана система навигации NNSS (Navy Navigation Satellite System),
впоследствии переименованная в TRANSIT. Поначалу эту систему использовали
только в военных целях, но с 1967 года предприимчивые американские военные расширили
круг задач, с которыми может справиться система навигации, и передали
TRANSIT в открытое коммерческое использование.
Первые GPS-приемники под названием Geo-receiver позволяли определить свое месторасположение
с погрешностью в несколько сотен метров. Однако самих военных
не удовлетворял такой уровень погрешности, к тому же между наблюдениями координат
проходили довольно большие промежутки времени. И к 1977 году появилась
усовершенствованная система NAVSTAR, доступная как военным, так и гражданским
лицам, правда, на условиях "селективного" приема сигнала, то есть пользовательская
аппаратура для военных позволяла определять координаты с точностью до десятков
метров, а гражданские вынуждены были довольствоваться погрешностью, исчисляемой
сотнями метров.
С 1973 года к разработке собственной системы вплотную подошли советские ученые,
а в 1978-м они уже выводили на орбиту первые GPS-спутни-ки. Отечественная
военная спутниковая система называлась "Цикада". Для ориентира ей было достаточно
одного спутника, время наблюдения составляло до получаса, а точность
- около сотен метров. Однако даже при таких параметрах эта система до сих пор
успешно используется Военно-Морскими силами: у судов скорость не очень большая,
в то время как величина акватории позволяет принять во внимание большую погрешность.
На смену этой системе пришла почти аналогичная американской система "ГЛОНАСС".
В 1993 году Министерство Обороны России официально заявило о ее вводе в эксплуатацию.
Кроме рассмотренных, существуют менее глобальные системы: WAAS (Wide Area Augmentation
System) в Америке, европейская EGNOS и японская MSAS. Региональные
дифференциальные системы начинают развертываться и на территории СНГ, однако
законодательные требования, в соответствии с которыми использование GPS теряет
всякий смысл, являются главным тормозом в их развитии. До сих пор актуальна проблема
умышленного загрубения навигационных сигналов, в связи с чем погрешность
может составить от сотни до нескольких десятков тысяч метров.
Фундаментальным событием в истории GPS стало подписание в 2000 году президентом
США Биллом Клинтоном указа, позволяющего любому гражданину пользоваться
этой системой и получать данные с точностью до десяти метров. Сейчас министерство
обороны США собирается привлечь порядка $90 млн. и использовать эти средства
для модификации 20 спутников. Запуск первого из них состоится уже в этом году,
а к 2006 году планируется запустить на орбиту все 20 спутников. Пентагон
убежден в том, что это приведет к повышению мощности сигналов и повысит их устойчивость
к атмосферным помехам, а также к помехам, которые могут быть созданы
специально потенциальным противником. Новые радиопередатчики повысят мощность
излучаемых спутниками сигналов в восемь раз.
А в Объединенной Европе в это время создается своя глобальная система под названием
Galileo. Планируется, что ее введут в эксплуатацию к 2008 году. Орбитальная
группировка будет состоять из 30 спутников: 27-ми основных и трех резервных,
необходимых на тот случай, если какой-либо из основных выйдет из строя. Спутники
будут располагаться на трех круговых орбитах на высоте 23 616 км над поверхностью
Земли. Наклон орбиты по отношению к экватору составит 56. Такая конфигурация
должна обеспечить наиболее эффективное покрытие всей территории планеты. Правда,
процесс разработки проходит очень медленно - участники проекта недовольны
высокими затратами (приблизительно 3,6 млрд. евро) и предлагают привлекать больше
частных инвесторов. К тому же, как ни странно, многие даже не осознают
целесообразности построения такой системы. На сегодняшний день главы европейских
стран не пришли к единому решению.
А теперь от проблем геополитических перейдем к оценке систем GPS, их полезности,
а также основным областям применения.
GPS на транспорте
Сегодня GPS на транспорте - это, пожалуй, наиболее широкая область применения
навигационных спутниковых технологий. Многие логистические компании оснащают
свои транспортные средства GPS-приемниками. Таким образом, они сами, будучи за
тысячи километров, могут контролировать перемещение грузов их клиентов по
земному шару и предоставлять клиентам такую возможность, например, на вэб-сайте
в режиме реального времени.
Автомобильный комплект GPS*навигационной системы
Имея четкую картину происходящего, можно корректировать маршрут следования, планировать
подход подвижного состава на железной дороге, заранее информировать
партнеров о необходимости его выгрузки, намечать следующую перевозку, анализировать
работу водительского персонала, устраняя возможные недостатки, снижающие
эффективность их работы. А о трудоемких операциях, связанных с формированием
маршрутов и расписаний движения, паспортизацией маршрутов, контролем соблюдения
расписаний и диспетчерского управления транспортными средствами вообще можно
забыть навсегда. Все сделает одна даже не очень сложная программа, контролируемая
оператором.
Подсчитано, что использование АНС (автомобильных навигационных систем) в Европе
экономит 50% времени, необходимого для того, чтобы добраться из пункта "А"
в пункт "Б", особенно, если они находятся в разных странах. Так, система SecuraTrak
Pro использует в своей работе 4 GPS-спутника, находящихся на стационарных
орбитах, и она способна определить местоположение автомобиля с точностью до 60
м. Пользователи системы могут получать данные о своем местонахождении посредством
мобильного телефона (в текстовом виде), с помощью вэб-браузера или телефона с
поддержкой WAP. Имеется также возможность просмотра телеметрии (пройденного
автомобилем маршрута) благодаря базе данных системы SecuraTrak. В комплект поставки
входят программное и аппаратное обеспечение (GPS-процессор, беспроводной
модем, аккумулятор, гибридная GPS/сотовая антенна). Плата за активацию системы
- $49, ежемесячная плата - $9,95.
Американская компания Oldsmobile первой начала ставить на модель 88 LSS автомобильную
навигационную систему Zexel Guide-Star AVL. В Америке очень много
хороших дорог и сравнительно небольшая плотность автомобилей, а на скорость и
безопасность перемещения влияют почти исключительно напряженность движения
и погодные условия. Поэтому когда в середине 1999 года появилась возможность
получать карты трафика и погоды для любого региона США в режиме реального
времени для планирования маршрута, аналитики спрогнозировали бурный всплеск интереса
к этой марке и к самому сервису.
Несколько иная ситуация сложилась в Японии. В этой стране проблемы дорожного
движения нельзя решить только путем улучшения автодорог и увеличения их числа,
поскольку земля там очень дорогая, а строительство требует значительных затрат
времени. По мнению японцев, именно оптимизация маршрута каждого автомобиля
будет способствовать снижению усталости водителей и в конечном итоге - уменьшению
количества аварий и дорожно-транспортных происшествий. Дополнительными
преимуществами могут быть более эффективное использование топлива (а это также
больная тема в Японии, не особо располагающей ресурсами) и улучшение экологической
ситуации. Осознав, что важную роль в решении всех этих проблем может сыграть
GPS, Япония при активной поддержке государства начала активное внедрение систем,
и к 1997 году в стране было продано более 1 млн. автомобильных навигационных
систем. По данным компании Matsushita Electric, до 2000 года годовая емкость
рынка АНС составила 460 тыс. систем в 1997-1998 г.г. и 500 тыс. в 1998-1999 г.г.
А вот компания Skoda (наверняка не без помощи полицейских) нашла еще одно применение
АНС: на автомобиль устанавливают специальные датчики, которые автоматически
определяют местонахождение машины и при необходимости снижают ее скорость. Например,
стоит автомобилю проехать знак "Ограничение скорости до 40 км/час",
как скорость сама падает до необходимого предела. Пока подобными ограничителями
скорости оснащены только два десятка машин Skoda Fabia, которые ездят по
английскому городу Лидс. Однако если эксперимент пройдет успешно, то вопрос об
оснащении "космическими" ограничителями скорости станет обсуждаться более
серьезно. Например, надо ли устанавливать их в обязательном порядке на машины,
которыми управляют неисправимые нарушители скоростного режима и водители-ученики.
GPS очень важна и для охраны, например, автомобиля. Угнанный автомобиль, если
он оснащен GPS-приемником, можно отслеживать с того самого момента, как злоумышленник
сядет за руль. Здесь все просто - довольный угонщик (ничего не мигает и не воет
- значит, сигнализации нет) проезжает метров двадцать, после чего мотор
глохнет, машина защелкивается на мультилок, и приятный женский голос из динамиков
сообщает, что, собственно, приехали. Следующая остановка - ближайшее
отделение милиции.
Электронные карты позволяют легко определять маршрут с помощью GPS
Также широкие возможности для применения GPS открываются в области авиационного
транспорта. Использование радионавигации позволяет сократить маршруты, уменьшить
промежутки между рейсами. Если даже приблизительно подсчитать, насколько уменьшится
расход топлива, то экономия будет исчисляться миллиардами. Уже сегодня
проходят испытания летательных аппаратов, работающих с GPS в беспилотном режиме.
Единственное, что для этого требуется, - дополнительные наземные станции,
позволяющие уточнять координаты лайнера на маршруте.
Береговая охрана США и Инженерный корпус Армии США осуществляют передачу сигналов
GPS-коррекции через морские радиобуи. Они работают в диапазоне 283,5 -
325 кГц, и пользоваться ими можно бесплатно. Нужно только приобрести DGPS-приемник,
который можно подключить к GPS-навигатору с помощью трехпроводно-го
кабеля, по которому поправка передается в формате, называемом RTCM SC-104.
GPS в Украине
В Украине GPS также находит все большее применение. В частности, украинские разработчики
преуспевают в области телематических проектов. Так, компания "Визиком",
имеющая более чем десятилетний опыт разработки программного обеспечения в области
создания географических информационных систем (ГИС), представила комплекс
"GPS-Навигатор", который является средством индивидуального телематического контроля
и соединяет в себе удобство ГИС с возможностями, предоставляемыми
GPS.
Комплекс GPS+КПК с установленной на нем адаптированной версией системы "Визиком-Киев"
(в данный момент готовятся "Навигаторы" для крупнейших городов Украины)
позволяет не только определить свое текущее местоположение на карте города, но
и максимально быстро найти необходимую в данный момент точку. Система сама
просчитает оптимальный маршрут до необходимого пункта (при расчетах учитываются
дорожные знаки) и отобразит его на карте, а ваше передвижение по маршруту
будет отображаться на экране КПК.
Помимо маршрута, отображаемого на карте, система строит таблицу с названиями
улиц, по которым необходимо проследовать для достижения цели. Если вы знаете,
что какая-то улица из списка сейчас закрыта или там образовалась пробка, существует
возможность изменить маршрут в обход недоступного участка. Такая карта
очень удобна для координации перемещений по городу.
В данный момент "Визиком" внедряет информационные сервисы, позволяющие получить
подробную информацию о таких объектах, как участки дорог Украины (наличие
на участке заправок, СТО, кемпингов и постов ГАИ), города (гостиницы, станции
метро). Указав свое точное местоположение, можно получить список ближайших
необходимых мест при помощи мобильного телефона либо PDA. Совместное использование
навигатора и информационных сервисов позволяет легко ориентироваться
в городе как пешеходу, так и водителю.
"GPS-Навигатор" является средством индивидуального пользования и дает пользователю
возможность самостоятельно контролировать свое местонахождение. В данный
момент фирма "Визиком" не разрабатывает телематические системы, позволяющие координировать
удаленные объекты из общего центра, то есть телематические системы
в их классическом понимании. Однако, как сообщили нам специалисты компании, опыт
и существующие наработки позволят реализовать подобную систему, как только
появится соответствующий заказчик.
Заслуживает внимания и разработка Mobitel компании RCS, представляющая собой
законченную телематическую систему. Она включает в себя три компонента: абонентское
оборудование, устанавливаемое на контролируемых транспортных средствах; специализированное
программное обеспечение диспетчерских пунктов, в том числе электронную
карту города с базой данных; систему сотовой связи по каналу CDMA. Собственно
абонентское устройство и называется Mobitel -в него входит GPS-приемник,
CDMA-модуль, процессор, энергозависимая память и порт для подключения внешних
устройств. Существует возможность организации голосовой связи. Информация,
получаемая по мере продвижения контролируемого транспортного средства по маршруту,
с некоторыми интервалами передается диспетчерскому пункту, где обрабатывается
и отображается на мониторах.
Использование данной информации ограничивается лишь возможностями ПО - это и
контроль транспортных средств (выход транспортного средства на маршрут, его
возвращение), и возможность проследить отклонения от предполагаемого маршрута,
и отставание по времени, и разные внештатные ситуации. Если же на транспортном
средстве установлен дополнительный набор датчиков, то диспетчер может следить
за уровнем топлива, скоростью и т.п. Все данные, полученные устройством (в
том числе и с датчиков), дублируются в памяти - по прибытии транспортного средства
в пункт назначения информацию можно загрузить и перепроверить. Диспетчерский
комплекс состоит из оборудования базовых станций приема и собственно рабочих
мест диспетчеров. Базовые станции осуществляют работу по приему сигналов от
контролируемых объектов и предварительную обработку информации, которая далее
направляется в диспетчерскую сеть на рабочие места диспетчеров. Обратная
связь осуществляется в том же порядке.
В феврале 2003 года фрагмент подобной системы был успешно развернут на транспортных
средствах одного из киевских перевозчиков, и эта разработка получила
высокую оценку Киевской городской администрации. Сфера применения этой системы
не ограничивается одним лишь контролем транспорта, система может применяться
в таких областях, как охранный бизнес, контроль ценных грузов (например, инкассаторские
перевозки), слежение за разнообразными экстренными службами (пожарные,
скорая помощь). Сама концепция остается без изменений, меняются лишь некоторые
характеристики оборудования и ПО.
GPS - гроза автоугонщиков
Защита автомобиля от угона приобрела сегодня особую актуальность. С появлением
в Украине дорогих автомобилей появились и люди, желающие быстро заработать
на их незаконном присвоении. Современные "умельцы" продвинулись настолько далеко,
что порой не спасает даже самая сложная сигнализация. Спутниковые системы
навигации, помимо всего прочего, могут помочь уберечь машину. Идея в данном случае
довольно проста - на автомобиль устанавливается специальное устройство,
которое контролирует координаты и ряд других параметров, а также может связаться
с пунктом слежения.
В ряде внештатных ситуаций устройство передает контрольному пункту специальный
сигнал. Оператор, который дежурит круглосуточно, получает этот сигнал и видит
объект на карте. Затем оператор перезванивает клиенту (тревога может быть и ложной),
и в случае возникновения реальной опасности (при подтверждении угона
клиентом или если связи с клиентом нет) координаты объекта передаются органам
реагирования - милиции, скорой помощи и т.д. в зависимости от ситуации.
При этом на машину устанавливается комплект, состоящий из приемника GPS, радиопередатчика
(например, GSM), блока управления (эти компоненты обычно монтируются
в одном корпусе, устройство имеет встроенную GPS-антенну и аккумуляторы), а также
выносных GPS- и радиоантенн, датчика удара, иммобилайзера и нескольких
функциональных кнопок. Комплект датчиков и встроенных функций позволяет комплексу
реагировать на любую внештатную ситуацию, будь то вторжение, попытка
вывести следящее устройство из строя либо столкновение.
Владелец, например, может поставить машину на охрану (для управления системой
существует пульт), и если кто-то пытается открыть дверь, не сняв охранный
режим, данное действие будет моментально зафиксировано оператором. Даже если
злоумышленник проник в машину, он не сможет завести ее без предварительного
введения кода, неправильное же введение кода тоже отображается на мониторе оператора.
Кроме обычного кода, существует также особый на случай, если угонщик
принуждает водителя следовать его инструкциям и завести машину.
После получения подобного сигнала оператор будет "вести" объект, что даст милиции
возможность быстро и эффективно нейтрализовать угонщика. Избавиться от
следящего устройства непросто - оно надежно спрятано, и непосвященному человеку
будет довольно сложно нейтрализовать иммобилайзер и сам блок слежения.
Даже если удастся обломать все антенны и отключить устройство от питания (что,
естественно, будет замечено диспетчером), оно может работать еще около недели
на встроенных аккумуляторах, а этого более чем достаточно для поимки злоумышленника.
Подобные системы являются достаточно гибкими и устойчивыми, а их использование
наряду с обычной защитой делает авто практически неуязвимым. Так, представители
компании Benish GPS Ukraine поведали историю о том, как злоумышленникам удалось
угнать оборудованную такой системой машину из Израиля в Палестину. Израильская
полиция не могла изъять машину на "вражеской" территории, хотя и отслеживала
все ее перемещения. Когда через несколько недель эта же машина (перекрашенная
и с другими номерами) пересекла израильскую границу, она тут же была задержана.
На сегодняшний день в Украине есть два основных поставщика подобного рода сервисов
- компании "СиТиНет-Украина" и Benish GPS Ukraine. "Си-ТиНет-Украина"
начала предоставление услуг по обеспечению защиты от угона в 2000 году, сейчас
у компании порядка 100 постоянных клиентов. "Си-ТиНет-Украина" работает
с оператором мобильной связи "Киевстар-GSM" на специальных условиях- все SMS-сообщения,
используемые системой, проходят через отдельный номер, что повышает
надежность и устойчивость канала. Стоимость сообщений включается в абонплату
за месяц. Что касается вариантов подключения, то у "СиТиНет-Украина" их два:
с покупкой оборудования и с его арендой (последний вариант более экономичен -клиент
платит не столько за технику, сколько за услугу).
КПК с встроенным GPS-приемником позволяет легко определять местонахождение пользователя
в современном мегаполисе
Особенностью противоугонной системы компании Benish GPS Ukraine является установка
ее диспетчерского центра непосредственно в дежурной части ГАИ, что позволяет
оперативно реагировать на угон. Базовый комплект оборудования, включающий GPS-приемник,
набор сенсоров и GSM-модем вместе с установкой стоит около $1 тыс.,
а абонплата за услуги диспетчерского центра обойдется в сумму от $40 за месяц.
Система взаимодействует с GSM-сетями операторов UMC и "Киевстар GSM" (тоже по
отдельному каналу). Диспетчерские центры уже работают в ГАИ Киева и Днепропетровска,
планируется запуск подобной услуги еще в ряде крупных городов. Налажено взаимодействие
с Интерполом, что обеспечивает безопасность авто при поездках за
рубеж.
По заявлению специалистов компании, количество клиентов сегодня равно "числу
с двумя нулями". При всей привлекательности рынка противоугонных систем в Украине
он довольно ограничен.
Гораздо больший интерес на сегодняшний день представляет сегмент спутниковых
систем сопровождения транспорта. Информация о любых параметрах транспортного
средства, оборудованного датчиками, GPS-системой и радиоканалом (GSM-или спутниковым),
может передаваться на диспетчерский центр транспортной компании.
Это сулит ей значительную экономию средств за счет контроля и более рационального
использования техники. Заинтересованность в подобных услугах уже проявили
представители Минтранса Украины, а ряд коммерческих грузо- и пассажироперевозчиков
уже применяют эти технологии на практике.
GPS на спасательной службе
Все большую популярность GPS завоевывает среди спасательных служб. Существенно
сокращая временные затраты на поиск, увеличивается вероятность положительного
исхода, от которого зачастую зависит то, что не имеет цены - человеческая жизнь.
Также все чаще становится обязательным требованием оснащать яхты (парусники,
катамараны) GPS-навига-тором при проведении регат, парусных гонок и т.д.
Федеральная комиссия по связи США потребовала от всех американских операторов
мобильной связи реализовать в своих сетях и сотовых телефонах технологию определения
местоположения абонента. Эта услуга, существенно расширяющая возможности службы
спасения 911, получила название Е-911 (от английского enhanced - "усовершенствованный").
В первую очередь она призвана помочь правоохранительным органам и персоналу скорой
помощи быстро отыскать пострадавших, не способных внятно сообщить по
телефону, где они находятся.
Изначально предполагалось, что функции ме-стоопределения потребуются лишь службам
спасения и полиции. Однако разработчики компании Qual-comm пошли дальше,
и создав соответствующее программно-аппаратное обеспечение, предложили самим
владельцам телефонов сервис, позволяющий быстро узнать свои координаты в пространстве.
SnapTrack - дочерняя фирма Qualcomm - разработала программное обеспечение под
названием Snap-Smart, при помощи которого можно отправлять информацию о местоположении
непосредственно на телефон, КПК или любое другое устройство беспроводной связи,
с которого пришел запрос.
При этом, в отличие от обычных GPS-приемников, определение координат возможно
и внутри помещений. Пока что Qualcomm поставляет чипсет с поддержкой технологии
gpsOne только для сетей стандарта CDMA, однако уже анонсировано и семейство микросхем
для стандартов GSM, CDMA2000 и WCDMA. Эксперты прогнозируют, что
к 2005 году не менее 95% всех мобильных телефонов будут оборудованы технологией
Е-911.
GPS может помочь и в борьбе с таким популярным на Западе правонарушением, как
киднэппинг (похищение детей). Например, компанией Werify разработан персональный
GPS-локатор для детей. Он одевается на руку как обычные часы и внешне от них
почти не отличим. Легкий, в водонепроницаемом и противоударном корпусе, он
оснащен также функцией вызова службы 911 (достаточно в течение трех секунд нажимать
две кнопки) и пейджером для сообщений от родителей. Сегодня стоимость
такого устройства составляет $200.
Недавно в городе Сьютлэнд компания Pulse Data HumanWare провела испытания GPS-навигаторов
для слепых. В эксперименте принимали участие семеро студентов.
У каждого на плече был закреплен прибор с наушниками, и ориентируясь по занесенным
в базу данных меткам ("Аудитория", "Столовая", "Автобусная остановка"),
механический голос в наушниках сообщал: "Сорок метров прямо", "Двадцать два метра
налево" и т.д. Незрячие студенты единогласно признали преимущества электронного
навигатора по сравнению со стандартными помощниками слепых: палкой и собакой.
Памятуя о событиях 11 сентября 2002 года, американские инженеры и ученые
находятся в активном поиске методов защиты важных объектов от нападения с воздуха.
Группа программистов из Калифорнийского университета в Беркли во главе с Эдуардом
Ли разработала компьютерную систему, которая не позволяет самолету отклоняться
от курса вблизи запретных зон. Эта система, получившая название Soft walls, препятствует
любым попыткам пилота направить воздушное судно в закрытую для
полетов зону, границы которой программа определяет благодаря сигналам GPS, а
в случае помех может переключаться на альтернативные источники сигналов, например,
на наземные службы аэропортов. Уже успешно проведены испытания системы на компьютерной
модели, и теперь разработчики вместе с концерном Boeing намерены
провести испытания в реальных условиях.
2005.03.03 Автор: Сергей Ковальчук
Выпуск листа на новом месте: 594
