GPS: Все, что Вы хотели знать, но боялись спросить

Леонтьев Б. К.

А как вам такая история: приезжаете вы в Италию. Берете напрокат машину. Хотите поездить по достопримечательностям Рима, прокатиться к побережью, а может быть, чем черт не шутит, и до Венеции добраться. И тут возникают многочисленные проблемы: итальянцы в массе своей не говорят по-английски и дорожные указания дают весьма бестолковые. Особенности разметки и указателей с непривычки запутывают, так что огромное количество времени приходится крутиться в одном районе в поисках нужного места. Понятно, что можно выучить итальянский язык и привыкнуть к одностороннему движению, но на это нужно время. Кроме того, наверняка, в других городах и странах — совсем другие особенности. Что же теперь, и финский учить? А как бы помогло устройство, позволяющее самостоятельно, без нудных переговоров с аборигенами, расшифровкой карт

и дорожных указателей, проложить маршрут и двигаться по нему!

Рекламная эйфория

Как ни странно, именно последняя ситуация (а не значительно более частые бытовые случаи, перечисленные выше), именно она послужила толчком к тому, чтобы в голове всплыли слова капитана о спутниковой навигации. И что же? В первом попавшемся на глаза магазине потребительской электроники (дело было не в Москве) обнаружилось симпатичное компактное устройство, содержащее в себе карты всего мира с детализацией с точностью до улицы (!) и позволяющее жирной точкой отмечать ваше положение на этой карте! Мало того, машинка знала, где можно найти приличную гостиницу или остановиться перекусить и подсказывала стрелками, как туда проехать! На меня это произвело сильное впечатление, но не настолько, чтобы сразу выложить за карманного лоцмана 600 долл. Однако мысль о том, что надо бы поподробнее узнать о системе навигации, приемниках и их стоимости, сформировалась окончательно и начала требовать незамедлительного выхода в Интернет.

Первым делом отыскалась фирма-родительница чудесной коробочки с названием Garmin III Plus. Дальше пошли конкуренты, сайты, посвященные GPS — количество информации нарастало, как снежный ком.

Выяснилось, что система GPS (Global Positioning System — Система глобального позиционирования) разработана и внедрена военными из США, «повесившими» вокруг земного шара 24 спутника так, чтобы американский солдат, корабль или самолет мог в любой точке земного шара определить свои точные координаты. Система была открыта и для «штатских», но с сильным загрублением показаний приемника (в этом году военные сняли ограничение точности). Принцип системы глобального позиционирования базируется на определении расстояния до спутника по временной задержке сигнала от него. На спутниках установлены атомные часы, выдающие в эфир «сигналы точного времени». Таким образом, для определения физического положения приемника требуется 3 спутника (при условии, что в приемнике тоже атомные часы) и 4 спутника — если часов нет (а их и быть не может). Кроме того, спутники гонят информацию о себе, своих координатах, отклонениях от орбит и прочую сложную ерунду, которая обрабатывается приемником. Ну а чтобы повысить точность определения координат, используется система дифференциальных поправок. Эта услуга оказывается за деньги и России в целом не грозит (нужна сеть станций с известными координатами, которые транслируют информацию для приемников на радиочастоте — пока эта роскошь доступна только питерцам).

Начитавшись разного ликбеза по вопросам спутниковой навигации, я стал окончательным поклонником систем GPS и даже самоуверенно решил завести домен с именем gps.ru, чтобы нести просвещение в массы. Оказалось, что домен такой существует, да еще как! Наличие мощной тусовки в России несказанно удивило. Обнаруженная конференция на сайте gps.boston.ru поразила опытными знающими людьми и дельной информацией о самых разных аспектах Глобального Позиционирования.

Здесь, в частности, выяснилось, что походники давно используют карманные приемники для прокладывания маршрутов и четкого их прохождения. Охотники и рыболовы отмечают координаты заветных охотничьих и рыбных местечек, а автотуристы обмениваются маршрутами с указанием автозаправок и, что сильно рассмешило, гаишников с радарами. Кроме того, существуют геодезические ресурсы, объясняющие любителям основы картографических премудростей. Однако, наряду с радостным изумлением, начало возникать чувство опасения, что все прелести карманных навигаторов — это зачастую рекламная пропаганда. Выяснилось, что приемник должен видеть большую часть неба со спутниками, причем в прямой видимости их должно быть не менее четырех, иначе возможны сильные погрешности. Что в лесистой местности, а так же в узких улочках с высокими домами, где небо плохо просматривается, приемник может и вовсе «потерять координату». В городах возможно и большое количество радиопомех, мешающих уверенному приему. Все эти облачка начали заслонять сияющее солнце GPS.

Теоретические опасения

Первым опасением на пути внедрения спутниковой навигации в жизнь дилетанта был вопрос чувствительности и надежности работы прибора. Если в улочках старого города или в лесу, электронный Сусанин посчитает миссию выполненной, то убить его — значит, в лучшем случае, потерять несколько сотен долларов, а в худшем — получить большие проблемы с выходом, в прямом смысле, из создавшейся ситуации.

Второй вопрос связан с точностью карт. Наученный горьким опытом блуждания по картам автодорог в совершенно незнакомой местности, я с полным основанием мог предположить, что нарисованные ниточки улиц могут довольно приблизительно соответствовать их реальному географическому расположению. Если на карте в один прекрасный момент вы «перескочите» с одной улицы на другую, то в навигации запутаетесь точно. Короче говоря, надо было узнать, насколько документально карты отображают реальную картину местности.

Однако если выяснится, что точные карты действительно соответствуют, или только хорошие (военные) карты дают исчерпывающий ответ, то надо придумать, где их достать. При этом нужно быть уверенным, что в любом месте (будь то Европа, Подмосковье или Архангельская область) под рукой окажется тщательно проработанный картографический материал. Вот с какими мыслями я приступил к расспросам специалистов, а потом и к исследованиям конкретной аппаратуры.

Анализ программного и аппаратного обеспечения

Бытовые приемники можно условно поделить на три группы:

• Первая, самая малочисленная, представляет собой «датчики», которые принимают спутниковую информацию, обрабатывают ее и в виде стандартизованных записей выдают в порт компьютера.

• Во вторую группу входят устройства с жидкокристаллическим дисплеем, отображающие маршрут, отслеживающие путь, направление и скорость движения и пр. Таким образом, оставив у дороги машину и запомнив в GPS-приемнике ее местоположение, можно смело удаляться в чащу, бродить там сколько душе угодно и помечать устройством разные грибные места, затем спокойно вернуться по проложенному треку к машине, а через год безо всяких трудностей повторить процедуру, пользуясь сохраненной информацией о навигационных точках (waypoints).

• Третья, наиболее дорогая группа устройств содержит в себе возможность навигации по карте (moving maps). Карты выпускаются изготовителями и третьими фирмами и довольно подробно освещают жизнь за границей (в Америке и Европе). Однако можете даже не искать в фирменных анналах Россию — это просто огромное белое пятно. Достаточно посмотреть на подробнейшую карту автодорог, которую предлагает Microsoft в пакете AutoRoute, чтобы узнать, что Москва живет одним МКАДом и двумя-тремя шоссе, делающими карту дорог нашей столицы похожей на пацифистский знак.

Все вышеперечисленные устройства могут подключаться к настольным и карманным компьютерам. Это значит, что даже из примитивного приемника в стандарте CompactFlash, который присоединяется к вашему PDA или HPC, можно сделать мощный навигатор с картой.

Участники GPS-движения рекомендовали проверенный личным опытом вариант с Palm-машинками. Самыми распространенными продуктами для навигации на этой платформе служат пакеты Atlas и HandMap.

Первый оперирует растровыми (Bitmap) картинками и позволяет, таким образом, использовать любые бумажные карты, отсканированные и загруженные в компьютер. Возможности продукта довольно широки: от масштабирования отображения и автоматической подгрузки детальных участков карт, до планирования маршрутов и навигации по карте в on-line с помощью GPS.

Второй пакет использует собственный векторный формат представления карт, но допускает «ручную» подготовку и загрузку картографического материала. Таким образом, в арсенале карт для HandMap имеются карты Питера и Москвы, созданные энтузиастами из России.

Ребята, которые пользуются карманными компьютерами типа PalmPilot (Palm, Visor и иже с ними), говорят, что лучшего и желать нельзя, однако я начал практические исследования навигации с помощью Pocket PC. Эта платформа показалась мне более привлекательной для решения поставленных задач.