Актуальные принципы наземной навигации Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 527.621

АКТУАЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ НАЗЕМНОЙ НАВИГАЦИИ

Анастасия Александровна Вахрушева

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры картографии и геоинформатики, тел. (983)130-54-92, e-mail: [email protected]

В данной статье рассматриваются виды наземной навигации. Определены достоинства и недостатки методов позиционирования. Показана необходимость поиска новой технологии в наземной навигации с заданными требованиями с применением геоинформационного картографирования.

Ключевые слова: наземная навигация, ГНСС, радионавигация, БИНС, ГИС, indoor навигация.

ACTUAL PRINCIPLES OF LAND NAVIGATION

Anastasia A. Vakhrusheva

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Graduate student, Department of cartography and Geoinformatics, tel. (983)130-54-92, e-mail: [email protected]

This article discusses the types of land navigation. Identified the advantages and disadvantages of positioning methods. The necessity of finding a new technology in ground-based navigation to the specified requirements using GIS mapping.

Key words: land navigation, GNSS, radio navigation, BINS, GIS, indoor navigation.

Современные системы управления наземными мобильными объектами, средства контроля за их движением, сегодня невозможно представить без использования навигационных средств, интегрированных с передовыми геоинформационными технологиями. При этом одним из основных требований к данным системам является непрерывность процесса определения местоположения объекта на местности и отображения его на электронной карте в режиме, близком к реальному времени. Для этого навигационные средства должны устойчиво работать в любых условиях окружающей среды, включая наличие преград в виде объектов местности и различных радиоэлектронных возмущающих воздействий со стороны внешних факторов.

В настоящее время в наземной навигации существует большое число методов, как правило, все их можно выделить на 4 пункта: Виды наземной навигации:

1. Глобальная навигационная спутниковая система.

2. Радионавигация (навигация с помощью станций наземного базирования).

3. Автономная система навигации.

4. Визуальная навигация.

Глобальные навигационные спутниковые системы ГЛОНАСС/GPS обеспечивают глобальный охват территории земного шара и дают возможность как абсолютных, так и относительных высокоточных определений координат и других навигационных параметров с помощью геодезической и навигационной аппаратуры потребителей. Глобальные навигационные спутниковые системы ГЛОНАСС и GPS являются современным средством для определения местоположения, скорости и точного времени.

Основным недостатком данной аппаратуры является сильная зависимость от радиопомех и преград, ограничивающих область видимости группировки космических аппаратов спутниковой навигационной системы.

Стоит так же отметить, что даже кратковременный сбой в системе ГЛОНАСС/ GPS является чрезвычайным происшествием. Дело в том, что зона покрытия обеспечивает работу множества навигационных сервисов и обслуживается половиной всей спутниковой группировки.

Радионавигация - определение местоположения движущегося объекта с помощью радиотехнических устройств, расположенных на объекте и в окружающем пространстве в точках с известными координатами. В более узком смысле под радионавигацией понимают навигацию с помощью станций наземного базирования.

В основе активной локации лежит явление отражения электромагнитных волн (ЭМВ) от препятствий (области пространства, существенно отличающиеся своими электрическими и магнитными свойствами от среды распространения электромагнитной волны). ЭМВ, падающие на объект (препятствия), вызывает вынужденные колебания свободных и связанных зарядов. Вынужденные колебания создают вторичное поле. В результате энергия ЭМВ, падающая на объект, рассеивается во всех направлениях. Таким образом, увеличивается площадь рассеяния, следовательно, уменьшается точность определения положения объекта.

Автономная навигационная система — навигационная система, в состав которой входят приборы и устройства, позволяющие космическому аппарату осуществлять измерение и обработку навигационных параметров в автономном режиме.

Наибольший интерес из всего многообразия автономных средств навигации представляют инерциальные навигационные средства (ИНС). ИНС использует метод определения координат и параметров движения объекта, основанный на свойствах инерции тел и являющийся автономным, т. е. не требующим наличия внешних ориентиров или поступающих извне сигналов. Малогабаритное исполнение ИСН - бесплатформенные инерциальные системы (БИНС). Особенность работы БИНС, - возможность только относительного определения местоположения.

Недостатком данного метода можно считать накапливающиеся погрешности в углах ориентации и координатах.

Визуальная навигация - возможность определения собственного местоположения с помощью ориентиров. Это система информационных носителей (указа-

телей, табличек, пилонов, напольной и настенной графики, сенсорных пилонов), на которые отображается графическая информация, помогающая людям самостоятельно ориентироваться в пространстве. Визуальная навигация может успешно применяться как на открытых пространствах (чтение карт), так в помещениях.

Погрешность визуальной навигации состоит, прежде всего, из ухода от возможного маршрута, обусловленного некорректным сопоставлением или отслеживанием ориентиров.

Каждый из методов навигации имеет свои достоинства и недостатки. Ввиду этого, по моему мнению, назвать какой-либо метод оптимальным невозможно. Для достижения более точного определения местоположения объекта используется комбинирование нескольких методов.

Совмещение методов навигации: ГНСС - радионавигация; ГНСС - БИНС;

ГНСС - автономная навигация с применение ГИС.

Значительные преимущества и возможности комплексные инерциально-спутниковые системы приобретают при объединении их с современными геоинформационными системами (ГИС), которые могут использоваться не только для визуализации навигационной обстановки, но и при решении ряда специальных задач. Наибольшая эффективность решения навигационных задач при использовании комплексированной навигационной аппаратуры и ГИС должна достигаться за счет использования электронных топографических карт как дополнительного источника информации о местности.

Например, при длительном отсутствии сигнала спутниковой навигационной системы и возросшей ошибке бесплатформенной инерциальной системы возможно для ее коррекции использовать электронные карты. Таким образом снизить риск человеческого фактора, возможный при визуальной навигации.

Таким образом, по моему мнению, наиболее оптимальный подход - основанный на технической и информационной интеграции основных компонентов системы: данных ГНСС, БИНС, ГИС и ЦК (цифровые карты).

Однако, развитие данного метода является непосильным для одного человека, т.к. данные разработки сложны в работе и не имеют быстрого внедрения для массового/потребительского применения.

Целесообразно будет рассмотреть методы навигации на местности, которые, будут отвечать следующим требованиям:

- технология не требует больших финансовых затрат,

- метод прост и удобен в использовании,

- предоставляется возможность стремительного внедрения системы в потребительскую среду.

Одним из таких методов может послужить indoor навигация - это навигация внутри помещения с точностью 1-2 метра, предоставляющая посетителям информацию, основанную на их местоположении.

Необходимость отслеживания и анализа перемещений внутри крупных зданий всё чаще становится актуальной. На данный момент, в большей своей степе-

ни, данный метод используется для современного бизнеса. Сбор таких данных позволяет лучше понять поведение посетителей и повысить уровень сервиса. Бизнесу же полезно иметь возможность оптимизации бизнес-процессов и получения информации, к примеру, о передвижениях сотрудников и техники.

Схема работы indoor навигации проста - по всему периметру помещения устанавливаются Bluetooth-маячки, координаты которых заранее известны. Данные маячки с заданной периодичностью производят широковещательную рассылку, содержащую идентифицирующую их информацию. Пользовательское приложение циклично получает эти данные, по базе данных определяет координаты маячков, и на основе силы сигнала (позволяющей определить удалённость от каждого из них) определяет местоположение пользовательского устройства.

В плане физической реализации маячки - это обычные Bluetooth 4.0 LE устройства, таким образом, их роль может с успехом выполнять любое устройство, оснащённое BLE-чипом - например, шартфоны на базе Android, а также iPhone, iPad.

Наиболее распространенной вариацией маячка является разработка компании Apple - Beacon-маячок. Благодаря своей миниатюрности, долгому сроку службы и дальности действия порядка 10 метров, сферы использования маячков увеличиваются: от навигации внутри больших помещениях (торговых центрах, аэропортах) до ориентирования грузов.

Однако, минусом применения данных маячков является их дороговизна (1520 $). А так же, остается открытым вопрос безопасности. Разработчики закладывают возможность подключения к маячку с целью его удалённого конфигурирования (редактирование данных, выдаваемых в эфир), что делает его уязвимым для злоумышленников.

Следовательно, проанализировав данную технологию, можно отметить, что применение маячков в indoor навигации нам не подходит. Вопрос безопасности и дороговизна оборудования являются ключевыми факторами для поиска нового метода. Таким образом, делаем вывод, о дальнейшем поиске технологии, которая отвечала бы нашим требованиям.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Алешин, Б.С. Ориентация и навигация подвижных объектов / Б.С. Алешин, К.К. Вере-меенко, А.И. Черноморский. - М. : Физматлит, 2006. - С. 7 - 11.

2. Козловский Е. Искусство позиционирования // Вокруг света. — М.: 2006. — № 12 (2795). -С. 204-280.

3. Мелешко В.В., Нестеренко О.И. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы // Учебное пособие. - Кировоград: ПОЛИМЕД - Сервис, 2011 - С. 50-54, 71-77

4. Шебшаевич В.С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы // "Радио и связь", М. - 1993.

5. Официальный сайт www.sozvezdie.su/catalog/ navigatsionnaya_ apparatura_azimut/.

6. Официальный сайт www.vpk.gov.by/catalog/kamerton/254/.

© А. А. Вахрушева, 2016