Содержание
1. Навигаторы. Принцип работы GPS
2. Устройство навигатора
3. Растровоеизображение
4. Векторные карты5. Технические характеристики TeXetTN-701BT
Список использованной литературы
1.Навигаторы. Принципы работы GPS
Сегодня очень быстрымитемпами развиваются и совершенствуются технологии для навигации с помощьюсистем глобального позиционирования. Каждому человеку доступны любые измногочисленных GPS-навигаторов – от самого простого до самого сложного иточного. С помощью GPS-устройств решаются и упрощаются многие задачи вразличных отраслях деятельности человека.
Сегодня очень быстрымитемпами развиваются и совершенствуются технологии для навигации с помощьюсистем глобального позиционирования. Каждому человеку доступны любые измногочисленных GPS-навигаторов – от самого простого до самого сложного иточного. С помощью GPS-устройств решаются и упрощаются многие задачи вразличных отраслях деятельности человека.
Глобальная системапозиционирования GPS – это система, позволяющая с точностью не меньшенескольких десятков метров определить местоположение объекта, то есть егошироту, долготу и высоту над уровнем моря, а также направление и скорость егодвижения. Кроме того, с помощью GPS можно определить время с точностью до 1наносекунды.
GPS состоит изсовокупности определённого количества искусственных спутников Земли и наземныхстанций слежения, объединённых в общую сеть. В качестве пользовательскогооборудования служат индивидуальные GPS-приёмники, способные принимать сигналысо спутников и по полученной информации вычислять своё местоположение.
Система GPSработает при любых погодных условиях по всему миру 24 часа в сутки. С еепомощью можно с высокой степенью точности определять координаты и скоростьподвижных объектов. За пользование услугами системы GPS не взимается ниабонентская плата, ни плата за подключение. Все, что нужно для пользованиясистемой GPS — это приобрести GPS-приемник (спутниковый навигатор).
Системасостоит из 24 спутников (на самом деле спутников больше, но некоторые из нихнаходятся в резерве), вращающихся по б орбитам на высоте около 20 000 км спериодом обращения 12 часов, нескольких наземных станций слежения, систем связии центрального пункта управления. Наклон орбит к земному экватору — 55градусов, угол между плоскостями орбит — 60 градусов.
Каждыйспутник весит меньше 1 т и имеет размер около 5 м (с раскрытыми солнечнымибатареями). Мощность радиопередатчика — не более 50 Вт. Спутники рассчитаны наработу примерно в течение 10 лет. Новые спутники изготавливаются и запускаютсяна орбиту по мере необходимости. Спутники GPS способны передвигаться поорбитам, заполняя бреши в системе (если один из них вышел из строя). Важнымэлементом спутника являются атомные часы, рубидиевые и цезиевые, по четыре накаждом.
Орбитыспутников располагаются примерно между 60 градусами северной и южной широты.Этим обеспечивается устойчивый прием сигнала от нескольких спутниковповсеместно в любое время. «Увидеть»спутники можно даже на полюсах,правда, они не будут пролетать прямо над головой.
Наземнаячасть Системы GPS состоит из 4 станций слежения, расположенных на тропическихостровах. Они отслеживают видимые спутники и передают данные на Главную станциюуправления и контроля на авиабазе в Колорадо-Спрингс для обработки на сложныхкомпьютерных программных моделях. Эти наборы данных называются эфемеридами.Через наземные станции данные передаются обратно на спутники, а затем спутникпередает их приемникам GPS.
Определениеместоположения GPS приемника основано на измерении задержки прохождениярадиосигнала от нескольких спутников и вычисления на основе этих измеренийгеографических координат и высоты над уровнем моря.
Сигналкаждого спутника содержит псевдослучайный код (PRN — PseudoRandom Number code),эфемериды (ephimeris) и альманах (almanach).
Регулярно спутникипередают на Землю:
· свойстатус (сообщение об исправности или неисправности)
· текущуюдату
· текущеевремя
· данныеальманаха (орбитальные данные всех спутников)
· точноевремя отправки всей совокупности сообщений
· бортовыеэфемериды (расчётные координаты своего положения в этот момент времени)
GPS-приёмник наосновании полученной со спутников информации определяет расстояние до каждогоспутника и вычисляет свои координаты по законам геометрии. При этом дляопределения двух координат (широта и долгота) достаточно получить сигналы стрёх спутников, а для определения высоты над поверхностью Земли – с четырёх.
С учётомраспространения радиосигналов расстояние до спутников определяется по задержкевремени приёма сообщения GPS-приёмником относительно времени отправки сообщенияс борта спутника. Конечно, для точного определения этой задержки часы наспутниках и часы в GPS-приёмнике должны быть синхронны, что обеспечиваетсясинхронизацией часов приёмника по информации, содержащейся, как указывалосьвыше, в сигналах спутников.
Основным источникомпогрешности в системе GPS было наличие так называемого режима «ограниченногодоступа». В этом режиме в сигналы спутников Министерством обороны США априорновводилась погрешность, позволяющая определять местоположение с точностью 30-100м, хотя принципиально точность GPS-систем может достигать несколькихсантиметров. С 1 мая 2000 года режим «ограниченного доступа» был отключён.Теперь любой человек в любой точке Земли может пользоваться этой системой.Другими источниками погрешности являются неудачная геометрия взаимногорасположения спутников, многолучевое распространение радиосигналов (влияниепереотражённых радиоволн на приёмник), ионосферные и атмосферные задержкисигналов и др.
Система GPS позволяетопределить местоположение в любой точке на суше, на море и в околоземномпространстве.
Как уже упоминалось,изначально система GPS была разработана для военных целей. Однако черезнекоторое время стало ясно, что эта система может очень сильно помогать людямдля достижения других, «гражданских» целей.
На сегодняшний деньсистема GPS очень широко используется в решении навигационных икартографических (геодезических) целей.
Спутниковые методыопределения пространственных координат нашли массовое применение в современныхгеодезических измерениях, в первую очередь благодаря системе GPS, стабильноработающей на протяжении всего своего существования и ставшей доступнойширокому кругу гражданских пользователей. Однако всё чаще возникают обсуждениятого, что дальнейшее повышение точности и надёжности определенияпространственных координат в любой точке Земли может быть обеспечено только засчёт совместного использования различных глобальных навигационных спутниковыхсистем, таких, например, как российская ГЛОНАСС и разворачиваемая в ЕвропеGalileo.
Несмотря на то чтоуровень развёртывания ГЛОНАСС в настоящее время не находится в полномфункциональном состоянии, приём и совместная обработка сигналов ГЛОНАСС иNAVSTAR позволяют увеличить производительность при выполнении спутниковыхгеодезических измерений в сложных условиях (например, городской застройки),когда число видимых спутников системы NAVSTAR сокращается. Поэтому в настоящеевремя многие разработчики аппаратуры пользователей создают спутниковыеприёмники, способные работать одновременно с различными системами (например,компания Topcon Positioning System). Эти приёмники, в отличие от приёмниковGPS, принимающих только сигналы NAVSTAR, называют GNSS-приёмниками (GlobalNavigation Satellite System, аналог русского обозначения ГНСС), а используемыеметоды обработки – GNSS-технологиями.
Система GPS выглядитпредпочтительнее для навигационных целей, чем ГЛОНАСС. Это связано с тем, чтонавигационных решений под ГЛОНАСС для обычных пользователей практически несуществует и рынок ГЛОНАСС пока слабо развит.
Современныегеодезические измерения невозможно представить без использования спутниковыхтехнологий определения пространственных координат. Первые GPS-приёмникипоявились ещё в начале 1980-х годов. За время существования они претерпелисерьёзные изменения, но неизменным остался способ определения координат.Главной особенностью современного развития геодезического оборудования являетсястремление упростить процесс измерений и объединить всё необходимое в одномприборе.
Итак, в зависимости отхарактера решаемых задач GPS-системы можно разделить на два класса –навигационные приёмники и системы геодезической точности.
Навигационные приёмникиобеспечивают устойчивое определение текущих координат с точностью десятковметров и являются относительно недорогими устройствами. Приборы этого классапросты в эксплуатации, портативны, а время, необходимое для получения координатв точке, составляет секунды или единицы минут.
ГеодезическиеGPS-системы являются значительно более сложными устройствами, но они позволяютдостигать точности привязки объекта до долей сантиметра, соответственно,стоимость таких систем существенно выше и может составлять десятки тысячдолларов.
Хотя повышение точностирезультатов желательно в любой раgботе, для задач привязки на местностиразличных объектов точность, обеспечиваемая навигационными приёмниками,является вполне удовлетворительной, а в особо критичных случаях может бытьповышена за счёт проведения большого числа измерений и их последующейстатистической обработки.
В целом весь спектрмоделей GPS-приёмников по особенностям использования можно разделить на четыребольшие группы.
· ПерсональныеGPS-приёмники индивидуального применения. Эти модели отличаются малымигабаритами и широким набором сервисных функций: от базовых навигационных, включаявозможность формирования и расчёта маршрутов следования, до функции приёма ипередачи электронной почты.
· АвтомобильныеGPS-приёмники, которые предназначены для установки в любом наземномтранспортном средстве и имеют возможность подключения внешней приёмо-передающейаппаратуры для автоматической передачи параметров движения на диспетчерскиепункты.
· МорскиеGPS-приёмники, оснащённые ультразвуковым эхолотом, а также дополнительнымисменными картриджами с картографической и гидрографической информацией дляконкретных береговых районов.
· АвиационныеGPS-приёмники, используемые для пилотирования летательных аппаратов, включаякоммерческую авиацию.
Важно отметить, чтоиспользование GPS в навигационных целях тесно связано с применением современныхинформационных технологий – компьютерных баз данных и Геоинформационных систем(ГИС).
Как можно понять,далеко не все из вышеперечисленных устройств интересны нашим читателям, а, какследствие, и нам. Поэтому сложнейшие геодезические приборы мы учитывать не будем.А своё внимание сконцентрируем на персональных, автомобильных и, возможно,морских GPS-приёмниках, а также на аксессуарах для них.
навигаторрастровый векторный
2.Устройство навигатора
ЛюбойGPS/ГЛОНАСС-автонавигатор представляет собой специализированный компактныйперсональный компьютер (КПК), программно-аппаратное обеспечение которого«заточено» под выполнение вполне определённых задач — задач навигации. Отличительнымичертами автомобильных GPS-навигаторов являются: более мощная приёмная антеннанавигационных сигналов, большой сенсорный экран, целый ряд дополнительныхфункций (FM-передатчик, модуль Bluetooth, датчик освещённости, адаптер дляподключения навигатора к автомобильному прикуривателю,…) облегчающих совместноеиспользование навигатора и автомобиля. Конструктивно GPS-навигатор представляетсобой пластиковую коробочку, в которой находятся:
· печатнаяплата с расположенными на ней центральным процессором (CPU), навигационнымпроцессором (чипсет GPS-приёмника), оперативной памятью (ОЗУ), постояннойпамятью (ПЗУ, Flash-память) и радиоэлектронными компонентами для реализациидополнительных функций. В современных GPS-навигаторах центральный процессор и навигационныйпроцессор могут представлять собой единую микросхему (например, процессорSiRFatlas V);
· встроеннаяантенна для приёма спутниковых навигационных сигналов;
· сенсорныйдисплей;
· источникпитания (аккумулятор).
Программноеобеспечение навигатора состоит из операционной системы (Windows CE 5.0, WindowsCE 6.0, Linux и пр.) и прикладного программного обеспечения, выполняемого всреде операционной системы. Операционная система является «посредником» междуприкладными программами и аппаратным обеспечением навигатора, предоставляяпрограммам разных разработчиков единый интерфейс доступа к «железу»,координируя их совместную работу, распределяя общие аппаратные ресурсы. Частнымслучаем прикладной программы является навигационная программа (Навител,Автоспутник, CityGuide, ПроГород,…). Но сама по себе навигационная программаявляется лишь красивой оболочкой, отображающей на сером поле одну единственнуюточку и её географические координаты — положение навигатора в пространстве. Длятого, что бы помимо точки, можно было увидеть еще и окружающую местность,дороги, перекрёстки, дома, проложить маршрут, нужны ещё географические карты(картография). Географические карты сжимаются, кодируются и сохраняются вопределённом формате, понятном, как правило, только навигационной программеодного конкретного производителя. Тандем навигационная программа — картографиярассматривают неотделимо друг от друга (хотя обновляются они при выходе болееновых версий по-отдельности).
Карты,используемые в навигации, могут быть векторными и растровыми. Векторныекарты – это набор примитивных объектов (точек, линий, полигонов) снабором атрибутов, из которых формируется карта нужной местности. Растроваякарта – это «привязанное» к координатам изображение местности в видекартинки. Эти два разных формата представления карт имеют свои недостатки ипреимущества, которые надо учитывать при использовании.
3. Растровое изображение
Растровоеизображение не является картой, в том понимании, которое принято в геодезии.Изображение формируется из отдельных пикселей, упорядоченных в определеннойпоследовательности. Изображение выглядит как картинка, но при близкомрассмотрении, видно что, оно представляет из себя набор точек разных цветов. Посути, представление растрового изображения на экране компьютера являетсяаналогом формы в которой растр сохраняется в файл на диске компьютера. Одной изформ этого типа является битовый образ (битмап) представляемый файлом срасширением .bmp. Файлы .bmp быстро отображаются на экране, но занимают большеколичество памяти на диске.
Картографическоеизображение включает большие участки одного фона, которые можно легко «ужать»,уменьшив конечный размер файлов. Одним из наиболее популярных методов сжатияграфических файлов является .gif формат. Данный формат наиболее эффективносжимает файлы, особенно карты. К сожалению, .gif формат запатентован и многиеразработчики графических программ, не желающие вносить лицензионные платежи,используют другие, менее эффективные, методы сжатия. Одним из таких методовявляется .jpg. Этот формат замечательно подходит для фотографий людей ипейзажей, но менее удачен для карт, так как в процессе компрессии немноготеряется четкость линий. Для решения этой проблемы, был разработан .png формат.Существуют еще методы .tif и .tiff. В принципе, метод .tiff не намногоэффективнее .bmp формата, но разработаны версии сжатого .tiff, которыйпозволяет значительно уменьшить размер файлов. Стоит учесть, что сжатый файлдолжен быть декодирован перед отображением на экране компьютера, и чтобы этотпроцесс не «нервировал» пользователя, требуется соответствующая мощность процессора.Другим известным форматом является .drg. По сути, этот тот же самый .tiffформат, но дополненный некоторой калибровочной информацией.
Растровыеизображения (или битмапы) могут использоваться как карты. Они могут содержатьсхематические или фотографические изображения карт, планы местности,.Пользователь самостоятельно может нарисовать карту в графическом редакторе. Ново всех этих случаях, компьютер рассматривает эти картографические изображения,как обычные картинки. Дороги, дома, леса, водные массивы являются длякомпьютера обычным набором разноцветных пискелов и ничем больше. И толькопользователь, может идентифицировать их как отдельные объекты, а всеизображения как карту определенной местности. Все это является большим и самымглавным ограничением при использовании растров в качестве карт
Основнымпреимуществом растра является возможность использовать карты любых регионов илюбых масштабов, сняв электронную копию (сканирование) с соответствующегобумажного оригинала. Пользователь может самостоятельно, с помощью графическогоредактора, внести изменения в изображения карты, добавив дорогу или вносякомментарии. Но при всем при этом, растровые карты остаются обычной картинкой,без дополнительных информационных возможностей. Изменение масштаба растровойкарты подразумевает приближение или увеличение изображения без измененияинформации. Увеличенное изображение представляет из себя приближенную картинку.Есть программы, которые при изменении масштаба, заменяют текущую карту другойкартой, более или менее детальной. Такой метод требует подготовки набора картодного региона в различных масштабах, соответственно, значительно увеличиваетсяколичество файлов и их общий размер памяти.
Придостижении границ карты, программа должна самостоятельно или с вручную, спомощью пользователя, переключаться на соседний лист. Можно объединить листысоседних регионов единое изображение и использовать для перемещения по картеполосы прокрутки (scrollbars), но работа с объектами на карте уже будет менееудобной
Программы дляработы с растровыми картами обычно поставляются без карт. Если винсталляционном комплекте и содержатся карты, то обычно это либо базовая картамира, либо карты какой-нибудь, не относящейся к пользователю, местности. Подсвои задачи, пользователь должен создавать или находить карты самостоятельно.Можно сканировать бумажные оригиналы карт, скачивать их из Интернета, покупатьна дисках. Большинство программ поддерживает карты, представленные в различных графическихформатах.
Дляиспользования с GPS приемниками, одного изображения картынедостаточно, необходимо его калибровать.
Это связано стем, что по сути, плоская карта является проекцией изогнутой земнойповерхности. «Изогнутость» тем больше, чем больше площадь территории охваченнойна карте. Дополнительные сдвиги могут возникнуть в процессе сканирования, либооригинал карты сдвинут на некоторый угол относительно севера.
Минимальнуюкалибровку карты можно произвести с помощью двух точек расположенных напротивоположных краях изображения. Предполагается что изображение карты линейнои не содержит искажений. Калибровка позволяет интерпретировать положение накарте выраженное в пикселях в значения широты и долготы. И соответственно,обратный процесс — геодезические GPS координаты переводятся впиксельные размеры и отображаются на карте.
Карты большихразмеров или карты имеющие некоторые искажения, сдвиги, неточную ориентацию насевер, могут потребовать 3-х, и более, точек для калибровки. Значения координатточек калибровки могут быть получены опытным путем, посредством измерения GPSкоординат на местности, либо использованием координатной сетки, отображенной наисходной бумажной карте.
Качествополученной растровой карты во многом зависит от процесса сканирования оригиналаи последующей калибровки. Чем точнее будут проведены эти процедуры, чем точнеебудут учтены все особенности проекции оригинальной карты, тем качественнеебудет получившаяся карта.
Из наиболеепопулярных навигационных программных продуктов, использующихсядля работы с растровыми картами, стоит выделить OziExplorer иего КПК-шную версию OziCE. Популярность этойпрограммы среди пользователей настолько велика, что другие аналогичныепрограммы просто не рассматриваются.
В сетиИнтернет есть большое количество ресурсов, где энтузиасты выкладывают ужеотсканированные и привязанные карты для этой программы. Карты покрываютсяфактически все территорию России и представлены в различных масштабах.
4. Векторные карты
Векторныекарты сами посебе не являются изображением и не хранят картинки местности. Фактически, привызове векторной карты, она генерируется «на лету» используюинформацию из базы данных. Векторная карта – это база данных,в которой хранится информация о точках, линиях соединяющих эти точки иполигонах, которые являются замкнутой последовательностью линий. Каждый объектимеет дополнительные атрибуты характеризующие свойство, цвет, подписи. Объект,типа «Озеро» является замкнутым полигоном, с заполнением синего (или другогопохожего) цвета. Этот объект имеет название, тип, подтип и другиедополнительные данные, которые позволяют не только отображать его на карте, нои использовать в различных алгоритмах поиска, вычисления и сортировки.
После того,как GPS координаты приемника вычислены, его местоположениеотображается на карте относительно положения других географических объектов избазы данных векторной карты. При этом на экран приемника(или компьютера) выводятся только объекты, расположенные в непосредственнойблизости от текущего местоположения, с учетом выбранного масштаба. Перемещение приемника,сопровождается сменой «картинки», объекты, которые выходят за границы,скрываются, и отображаются новые участки карты. Заметим, что все это происходит«на лету».
Навигационнаяпрограмма, использующая векторные карты, анализирует текущиекоординаты, выбранный масштаб, настройки приемника, и создает новоеотображение. При этом, в зависимости от масштаба, один и тот же объект можетбыть представлен в разном виде – схематически, подробно, либо вообще неотображаться. Это сделано для ускорения работы с картой. Каждое перемещениетребует новой перерисовки карты и всех ее видимых объектов. Чем больше объектови чем детальнее они представлены, тем больше времени займет этот процесс.Соответственно, на маленьком масштабе (удаленном) нет смысла подробновырисовывать каждый поворот дороги или изгиб реки, достаточно представить их вобщем виде. На маленьких масштабах города, не имеет смысла отображать каждыйдом, потому что все они сольются в одно единое черное пятно.
Приувеличении масштаба (приближении) карты, детальность карты, а именно,составляющих ее объектов, должны увеличиваться. И тот же самый поворот дороги,которым мы пренебрегли на удаленном виде, приобретет значимый смысл и будетважен для навигации и ориентирования. Отображать или не отображатьобъекты на различных масштабах решает навигационная программа,используя при этом атрибуты объектов и настройки вида, устанавливаемыепользователем.
Подписи кобъектам, так же хранятся в базе данных векторной карты имогут динамически подгружаться для отображения на карте. Некоторые программыпозволяют изменять настройки связанные с представлением надписей на карте.Можно изменять, шрифт, цвет и расположение надписей относительно объекта. Взависимости от текущего масштаба, надписи могут быть скрыты или отображатьсявыборочно. По мере приближения карты, надписи проявляются, стараясь неперекрывать при этом друг друга.
В отличие отрастровых изображений, имеющих единый стандартизованный формат (.jpg, .bmp,.gif и т.п), векторные карты распространяются в различныхформатах. Некоторые могут быть представлены в единых картографических форматахи использоваться с большинством популярных программ, другие только всобственных, способных работать только с одной фирменной программой.«Закрытость» формата обусловлена несколькими причинам. Во-первых, производителинавигационного оборудования вместе с картами вынуждаютпокупать пользователей приемники и программы только своейфирмы. Во-вторых, картографические данные являются интеллектуальнойсобственностью, в производство которой были вложены действительно большиеденьги, и компании не заинтересованы в распространении этих данных ииспользовании их в других навигационных продуктах.
С другойстороны, все эти «закрытые» форматы при желании могут быть «взломаны». Такпоступили с фирменным форматом компании «Garmin». Во многомэтом было сделано не от желания насолить, а по необходимости. Долгое время,компания не обращала внимание на Восточно-Европейский рынок, и в частностиРоссию. Выпускаемые карты были отвратительного качества. «Взлом» формата ипоявление конвертеров, позволили пользователям самостоятельно создавать картынужных регионов, используя данные других «открытых» и «закрытых» форматов.
Аналогичнымпутем пошли и некоторые российские производители навигационных программ.Компании «Гис-русса» и «Навитель» предлагаютпользователям интерфейсную оболочку для работы с картами, которые можносгенерировать самостоятельно.
Но остаются и другие программы:«iGo», «TomTom» «Destinator»,«Автоспутник», которые используют картографическую базуизвестных поставщиков «TeleAtlas» и «NavTech»,и не спешат открывать свой формат, вынуждая добросовестных пользователейприобретать карты за отдельные не маленькие деньги, а недобросовестных –использовать пиратские копии.Техническиехарактеристики TeXet TN-701BTОсновные характеристики Тип портативный Область применения автомобильный Встроенная карта есть Возможность загрузки карты местности есть Размер встроенной памяти 2048 Мб Функция расчета маршрута есть Голосовые сообщения есть Экран Тип экрана LCD-цветной Количество цветов/градаций экрана 65536 Диагональ экрана 5 дюйм. Разрешение экрана 800×480 пикс. Сенсорный экран есть Подсветка экрана есть Питание Элементы питания собственный Li-Pol Емкость аккумулятора 1200 мА*час Подключение внешнего источника питания (12 В) есть Возможность зарядки аккумуляторов есть Функции Мультимедиа MP3-плеер, просмотр фото, проигрывание видео FM-трансмиттер есть Режим Hands-Free есть Встроенные игры есть Приемник Название чипсета SiRF 3i+ Число каналов приемника 64 Частота процессора 500 МГц Размер встроенной памяти 2048 Мб Размер оперативной памяти 128 Мб Операционная система Windows CE 6.0 Тип антенны внутренняя Интерфейсы Подключение USB, Bluetooth Слот Micro SD Разъем для наушников есть Дополнительная информация Комплектация GPS-навигатор TeXet TN-701BT, автомобильное зарядное устройство, сетевое зарядное устройство, держатель GPS навигатора, USB кабель, руководство по эксплуатации, руководство по навигационному программному обеспечению. Габариты (Ш×В×Г) 134×85×12 мм Вес 180 г Особенности Датчик освещенности, передача информации о пробках, посредством GPRS связи с Интернетом через Bluetooth DUN с GPRS-модемом. /> />
Списокиспользованной литературы
Для подготовки реферата были взятыматериалы с сайтов:
1)www.gpsportal.ru
2)http://megaobzor.com/newsnew-11282.html
3)http://www.ferra.ru