CC BY
14
УДК 520.874; 59.087
Пригодность многофункциональных мобильных устройств для регистрации данных учета охотничьих животных
Глушков Владимир Михайлович1, доктор биол. наук, вед. научный сотрудник, Кротов Юрий Вячеславович2, кандидат техн. наук, специалист 1ФГБНУ ВНИИОЗ им. проф. Б.М. Житкова, г. Киров, Россия 2ФГУП «Радиочастотный Центр» Центрального Федерального округа, Россия
E-mail:v.m.glushkov@yandex.ru
Методом сравнения показателей работы навигатора Оаттт GpsMap 62s и ОР8-модуля смартфона определяли скорость подключения, точность позиционирования и устойчивость связи со спутниками в любых природных ландшафтах, в т.ч в лесах с высокой сомкнутостью крон. Время установления точной связи (7-10 метров) навигатором Garmin GpsMap 62s составляло 4 минуты. Рабочая точность позиционирования GPS-модуля смартфона LG-D325, характеризуемая стабилизацией первых пяти цифр после запятой в числовом значении координат, наступала через 3 минуты с момента включения. Значение расхождения точек позиционирования (в парах) только 4 раза превышало 10 метров, 2 из которых (в точках 24 и 34) произошли из-за перемещения оператора на месте точкования после того, как на одном из устройств точка была уже установлена. В 2 других (т 11 - 15 м; т 22 - 16,5 м) причины расхождений не установлены. Преимущественное совпадение центра точек указывает на наличие одновременно возникающих на обоих устройствах увеличениях и снижениях погрешности, не связанных с их параметрическими данными. Исследование показало высокую скорость включения и точность позиционирования GPS-модуля многофункционального мобильного устройства, соответствующие требованиям по проведению маршрутных учетов любыми методами. В сочетании с установленной функцией быстрой автоматической записи показателей учета, перечисленные свойства многофункционального мобильного устройства делают его незаменимым при проведении учетных работ.
Ключевые слова: ОРБ-модуль, многофункциональные мобильные устройства, скорость подключения, расхождения точек позиционирования
«Многофункциональные устройства (смартфоны, планшетные компьютеры), оснащенные встроенным аппаратно независимым модулем определения географических координат (GPS-приемником) обеспечивают измерение координат вне зоны покрытия того или иного оператора сотовой связи. Отсутствие соединения с Интернетом не накладывает ограничений на работу GPS-приемника» (Заключение от 20.03.15 г., № 04-01-0400-13/476 ) [1]. При обсуждении нашего доклада по использованию специальной компьютерной программы для регистрации данных учета животных с помощью мобильных электронных устройств - смартфонов или планшетных компьютеров [2] и в частных беседах высказывались сомнения по поводу полноценного функционирования GPS-модулей, встроенных в смартфоны и планшетные компьютеры, невозможности их применения вне зоны сотовой связи. Для прояснения ситуации потребовалось заключение компетентной стороны. Полученное от специального органа положительное заключение (цитата в начале статьи) отклонило доводы о непригодности GPS-модулей смартфонов для географического позиционирования вне зоны сотовой связи, но некоторые сомнения, касающиеся точности позиционирования остались, поскольку опыт работы с навигаторами разных марок говорит о существовании
функциональных различий, проявляющихся в скорости связи со спутниками и точности позиционирования в различных условиях, в первую очередь в лесу, где и предполагается использовать мобильное регистрирующее устройство. Поскольку одним из основных показателей учета животных служит географическое положение (протяженность маршрута и места встреч объектов учета), показатель точности позиционирования является приоритетным.
Цель исследования - определение основных характеристик GPS-модуля смартфона: скорости подключения, точности позиционирования и устойчивости связи со спутниками в любых природных ландшафтах, в т.ч в лесах с высокой сомкнутостью крон.
Материал и методы. При тестировании установленной на смартфоне программы регистрации учетных данных [3] в городских условиях регистрировали время достижения устойчивой связи после момента включения. Результаты проверки сравнивали с аналогичными показателями агрегатного навигатора Garmin GpsMap 62s, характеристики которого одни из лучших среди GPS, используемых в гражданских целях. По ГОСТу [4] погрешность позиционирования этой модели равна 10 м, тогда как время начала позиционирования (обнаружения 4 спутников) указано приблизительно - в течение нескольких минут. При тес-
тировании устройств в городских условиях, на подходе к участку экспериментальной проверки (территории городского парка) одновременно включали оба прибора. Фиксировали время включения и время начала позиционирования. У ОриЫар 62и время подключения определялось по значению погрешности - диаметру точки локации (в метрах). У смартфона марки LG-D325 на странице программы регистрации в момент установки связи, в верхней части экрана в строках «широта» и «долгота» появлялись числовые значения координат в виде десятичной дроби с восьмью постоянно изменяющимися знаками после запятой. Время установления рабочего значения погрешности определяли по моменту стабилизации первых пяти цифр после запятой и загорания зеленой точки в центре значка индикатора устойчивой связи. Последние 3 цифры координат продолжали колебаться, хотя и в более замедленном темпе, на протяжении всей работы. Количественная оценка точности позиционирования (погрешность, м), как у ОриЫар 62и, на смартфоне не производится, поэтому ее проверку в период апробации делали по дистанции (в метрах) расхождения путевых точек, одновременно проставляемых на том и другом устройствах в месте встречи следов охотничьих животных. Экспериментальный учет выполнен на маршруте (25,7 км), большая часть которого проходила по угодьям с темнохвойными и смешанными лесами вне зоны уверенного приема радиосигнала базовых станций операторов сотовой связи (рис. 1). На смартфоне трек записывался автоматически проставляемыми точками с 2-минутным интервалом и дополнялся именованными точками регистрации встреч следов. На навигаторе GpsMap 628 именованные точки в местах встреч следов соединялись виртуальной линией трека, срезающей повороты.
Относительная погрешность расчета по формулам примерно одинакова 8 = - 0,092%. Для другой пары точек с большим на порядок расстоянием между ними (100, 823 км), замеренным в программе БЛ8р1апе1, результаты расчетов составили 100,657 км по уравнению 1 для плоскости и 100,653 км по уравнению 2 для сферы. При увеличении расстояния возникло расхождение между оценками по сфе-
Рис. 1. Схема учетного маршрута
Этим объясняются случаи расхождения треков при полном совпадении именованных точек, проставляемых оператором в местах регистрации объектов учета. Местоположение именованных точек, регистрируемых каждым из тестируемых приборов с расчетом расстояния между точками в парах, рассчитывали по значениям координат [5]. Сравнение результатов расчета расстояния по координатам с помощью общепринятых уравнений для треугольника на плоскости (1) и на сфере (2) с измеренным расстоянием между метками в БЛ8р1апе1 (в WGS-84) показало почти полное их совпадение:
- расстояние, рассчитанное по уравнению 1 для плоскости - 10,501 км;
- расстояние, рассчитанное по уравнению 2 для сферы - 10,501 км;
- замеренное расстояние между метками на карте - 10,511 км.
д.^(ц -Ф2)2 + ((* -*).с^^ (1)
(2)
рической и эллипсоидной моделям Земли (4 м), но относительная величина погрешности увеличилась незначительно (8 = - 0,168%). Низкое значение погрешности подтверждает пригодность формул для точного определения дистанции между отметками, имеющими геодезические координаты [6]. Этот вывод подкрепляется небольшим отклонением расчетных значений расстояния от измеренного
А = Я ■ агс8т - I 8т
(Ф1 -Ф2 ) 360
2пф 2пф9 + С08-1 ■ С08-2
360
360
. Х - Х)
81П ——-—
360
V
/
на карте. Опираясь на результаты собственного тестирования погрешности устройства GpsMap 62s, допустимо произвести определение погрешности встроенного модуля GPS на смартфоне методом исключения значения погрешности устройства GpsMap 62s из значений суммарной погрешности позиционирования по каждой паре именованных точек.
Результаты и их обсуждение. Время установления связи со спутниками. Навигатор Garmin GpsMap 62s постоянно устанавливал связь с 4 ± 1 спутниками к концу второй минуты после включения. В этот момент в окне погрешности локации появлялось число 50 ± 4 м. К концу третьей минуты погрешность достигала 20 м, а к концу четвертой - 10 ± 3 м. Данные показывают, что среднее время установления точной связи GpsMap 62s в условиях эксперимента составляло 4 минуты. В последующее время работы значение погрешности оставалось в пределах 7-10 м. У смартфона появление в окнах программы «широта» и «долгота» числовых значений координат, в виде числа с десятичной запятой и восьмью постоянно изменяющимися цифрами младших разрядов, отмечалось через 1,5-2,0 минуты после включения GPS-модуля. Рабочая точность позиционирования, характеризуемая стабилизацией первых пяти цифр после запятой и загоранием зеленой точки значка индикатора устойчивой связи, наступала к концу третьей минуты с момента включения. Последние 3 цифры координат продолжали колебаться, хотя и с меньшей скоростью, на протяжении всей работы.
Точность позиционирования. Производителем навигатора GpsMap 62s заявлена погрешность этого прибора, равная 10 м. Существует мнение, что используемая в спутниковых навигаторах «гражданская» частота 1575,42 МГц позволяет добиться погрешности около 3 метров, а заявляемая погрешность GPS завышается искусственно [7]. В нашем эксперименте погрешность локации GpsMap 62s не уменьшалась ниже 7 м.
Основой для расчета значения погрешности модуля GPS на смартфоне послужил список дистанций расхождения между точками позиционирования обоих устройств по каждой регистрации встреч следов охотничьих животных (рис. 2). Расхождение между точками в парах колебалось в пределах 1,1-29,0 м. Средняя величина расхождения составила 8,3 метра. Вычитанием из значения расхождения значения погрешности локации навигатора GpsMap 62s в условиях нашего эксперимента (7 метров) получен ряд значений, отнесенных
на счет погрешностей модуля GPS смартфона, с диапазоном - 6,1-22 метра и средней величиной, равной 1,3 метра.
йепнчпнораоочдеинч и -Ч_""П^реи1ностьОРо смартф«« м
Рис. 2. Расхождения точек позиционирования, установленных навигатором вр8Мар 628 и вРЗ-модулем смартфона Ь070
По рисунку 2 видно, что значение расхождения точек (в парах) только 4 раза превышало 10 метров, 2 из которых (в точках 24 и 34) произошли из-за перемещения оператора на месте точкования после того, как на одном из устройств (первой ставилась точка на смартфоне) точка была уже установлена. Причины двух других больших расхождений (точка 11 - 15 м; точка 22 - 16,5 м.) не выявлены, но даже приняв их на счет погрешности модуля на смартфоне (2 случая из 34 составляют 5,9%) становится очевидной вполне приемлемая, для целей учета животных, работа ОРБ-модуля, установленного на смартфоне. На рисунке 3 видно, что в большинстве случаев центры именованных точек совпадают, что указывает на наличие одновременно возникающих на обоих устройствах увеличениях и снижениях погрешности, не связанных с их параметрическими данными.
МЛ ИМ 49.?« 49J 49JJ WM ач.к, £олЮ11, градусы
-aBitfa'op
Рис. 3. Размещение именованных координатных точек, установленных смартфоном и навигатором
Заключение. Проведенный этап исследования показал высокую скорость включения и точность позиционирования апробированной модели смартфона, соответствующие требованиям по проведению маршрутных учетов любыми методами и позволяющие произвести обработку данных учета всеми, в т.ч. современными прогрессивными способами. В сочетании с установленной на смартфоне функцией быстрой автоматической записи показателей учета, перечисленные свойства многофункционального мобильного устройства делают его превосходным помощником при проведении учетных работ.
Литература
1. Заключение Регионального Управления федерального радиочастотного центра № 04-01-040013/476 от 20. 03. 015 г.
2. Глушков В.М', Кантор Г.Я., Лопан Н.А. Использование мобильных электронных устройств при
регистрации данных учета // Сохранение разнообразия животных и охотничье хозяйство России: 6-я Международная научно-практическая конференция (1213.02.2015 г.). М., 2015. С. 123-125.
3. Глушков В.М., Рослякова А.В. Программа регистрации данных учета охотничьих животных // Свидетельство Гос. регистрации № 2015617348. Дата государственной регистрации в реестре программ для ЭВМ - 08. 07. 2015 г.
4. Параметры и свойства навигатора GpsMap 62s [электронный ресурс]. URL: http:// brief-obozrenie.ru (дата обращения 2.10.2015).
5. ГОСТ Р 51794-2008: Глобальные навигационные спутниковые системы. Методы преобразования координат определяемых точек. М.: Стандартинформ, 2009. 19 с.
6. Ярлыков М.С. Статистическая теория радионавигации. М.: Радио и связь, 1985. 345 с.
7. Милич В.Н., Демышев В.Г. Евставьев О.В., Сельхо А.Н. Возможности определения точных координат в системе WGS-84 // Геодезия и картография. 1998. №2. С. 19-23.
Suitability of multifunction mobile devices for registration of accounting data of game animals 1Glushkov V.M., DSc in biology, leading researcher, 2Krotov Yu.V., PhD in engineering, specialist
!B.M. Zhitkov Russian research Institute of game management and Fur Farming, Kirov, Russia 2Radio Frequency Centre of the Central Federal District, Russia
Connection speed, positioning accuracy and stability of the connection with the satellites in any natural landscapes, including forests with high crown closure were determined by the method of comparing the performance of the navigator Garmin GpsMap 62s and GPS-module of smartphone LG. The exact time of communication (7...10 meters) with navigator Garmin GpsMap 62s was 4 minutes. Working positioning accuracy of GPS-module of smartphone LG D325 characterized by the stabilization of the first five digits after the decimal point in the numeric value of the coordinate occurs within 3 minutes after switching on. The magnitude of divergence of positioning points (in pairs) only 4 times exceeded 10 meters two of which (at points 24 and 34) derived from the movement of the operator in place after time when one of the devices point has been already installed. The other 2 (point 11 - 15 m, point 22 - 16.5 m) the reasons for the discrepancies are not establish. Preferential match of center points indicates the presence of both occurring on both devices increase and decrease the error is not related to their parametric data. The study showed a high rate of incorporation and the positioning accuracy of GPS-module of multi-function mobile device that meet the requirement for the routing accounts by any means. In conjunction with the installed function for automatic fast performance recording of the data listed properties of multifunctional mobile devices make it indispensable in conducting census work.
Key words: GPS-module, multi-function mobile devices, connection speed, divergence of positioning points
References
1. Zaklyuchenie Regional'nogo Upravleniya federal'-nogo radiochastotnogo tsentra № 04-01-0400-13/476 ot 20. 03. 015 g. [Conclusion of the Regional Office of the Federal Radio Frequency Center № 04-01-0400-13 / 476 20. 03. 015 g.].
2. Glushkov V.M., Kantor G.Ya., Lopan N.A. Ispol'zovanie mobil'nykh elektronnykh ustroystv pri registratsii dannykh ucheta. [The use of mobile electronic devices during data acquisition accounting]. Sokhranenie raznoobraziya zhivotnykh i okhotnich'e khozyaystvo Rossii: 6-ya Mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferen-tsiya (12-13.02.2015 g.). [Save the diversity of animals and hunting economy of Russia: the 6th International Scientific Conference (12-13. 02. 2015)]. Moscow, 2015. pp. 123-125.
3. Glushkov V.M., Roslyakova A.V. Programma registratsii dannykh ucheta okhotnich'ikh zhivotnykh. Svidetel'stvo Gos. registratsii № 2015617348. Data gosudarstvennoy registratsii v reestre programm dlya EVM -08. 07. 2015 g. [Program data acquisition accounting of game animals. Certificate State. registration № 2015617348. The
date of state registration in the registry of the computer programs - 08. 07. 2015].
4. Parametry i svoystva navigatora GPS map 62s. [The parameters and properties of the Navigator GPS map 62s]. Available at: http:// brief-obozrenie.ru, (accessed 2.10.2015).
5. GOST R 51794-2008: Global'nye navigatsionnye sputnikovye sistemy. Metody preobrazovaniya koordinat opredelyaemykh tochek. [State Standard R 51794-2008: Global navigation satellite systems. Methods of coordinate transformations defined points]. Moscow: Standartinform, 2009. 19 p.
6. Yarlykov M.S. Statisticheskaya teoriya radiona-vigatsii. [Statistical theory of navigation]. Moscow: Radio i svyaz', 1985, 345 p.
7. Milich V.N., Demyshev V.G. Evstav'ev O.V., Sel'kho A.N. Vozmozhnosti opredeleniya tochnykh koordinat v sisteme WGS-84. [The possibility of determining the exact coordinates in the WGS-84 system]. Geodeziya i kartografiya. 1998. no. 2. pp. 19-23.
