Спутниковые навигационные системы ГЛОНАСС, GPS - точность, отличия и их совместное использование в навигаторах.

Новые спутники третьего поколения ГЛОНАСС-К имеют срок службы, примерно, 10 лет. Они выводятся на орбиту с 2010 года. Старые аппараты серии ГЛОНАС-М имеют ресурс 7 лет и будут эксплуатироваться, как минимум, до 2015 года, с их соответствующей точностью, с постепенной заменой на новые. Каждый спутник делает около двух оборотов в сутки вокруг земли. Высота трёх круговых орбит, от земной поверхности – порядка 19 тыс.км.

С 2007 разрешено применение ГЛОНАСС для гражданских нужд. Сейчас система работает на всей территории России, внедряется и успешно применяется на транспорте, в том числе и пассажирском, для мониторинга и оптимизации графика движения автотранспорта и повышения эффективности грузоперевозок диспетчером автохозяйства.

Американская GPS (Global Positioning System) известна и под другим названием – NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging). Полнофункциональную работу начала с 1995 года, но применялась уже в ходе войны в Персидском заливе в 1991 г. Состоит из, примерно, 30 спутников на 6 орбитах. С 2000 г в США снят запрет (режим селективного доступа для гражданских потребителей) на определение точных кординат с помощью сигнала GPS, что заметно уменьшило погрешность измерений горизонтальных координат – до нескольких метров.

Спутниковые навигаторы, по способу эксплуатации и назначению, бывают автомобильные (автонавигаторы), переносные, морские и т.д. Наиболее распространённые, из импортных – Garmin, JJ-Connect и др. Для передачи данных используются разнообразные интерфейсы: быстрый – провод USB, разъём CF, беспроводной Bluetooth, медленный – COM-порт (RS-232). Многие модели современных телефонов оснащены GPS-приёмником. Есть абсолютно автономные варианты комплектации аппаратуры – с зарядкой аккумуляторов от солнечных батарей или миниатюрных термоэлектрических генераторов (термопары).

В России производятся многосистемные (GPS+), трёхдиапазонные навигаторы Glospace SGK-70 и -72NV и другие модели, способные работать одновременно с несколькими навигационными системами – ГЛОНАСС, GPS, Галилео, и принимающие сигналы всех спутников, которые находятся в данный момент над потребителем, что повышает скорость и точность определения координат.

«Глоспейс» поддерживает систему SMILINK (показывает пробки на дорогах) и умеет прокладывать объездные маршруты. Приём сигналов может вестись сразу от нескольких спутниковых систем - 20-канальным приёмником, что позволяет повысить точность определения координат, скорость и надёжность работы прибора. Дополнительные функции: возможность просматривать фильмы, фотографии, подключать внешние устройства. Есть встроенные часы и игры.

Новые приборы в линейке 20-канальных, двухсистемных (ГЛОНАСС/GPS) навигаторов Glospace:
SGK-43 с сенсорным TFT жидкокристаллическим экраном с диагональю 4.3 дюйма, карты 2D/3D, встроенным GSM (GPRS) модулем для приёма информации о пробках на дорогах. Windows CE 5.0;
SGK-72NV - моторизованный широкоформатный сенсорный TFT ЖК большой монитор размером 7 дюймов, карты 2D/3D, полнофункциональные пульты ДУ, мультимедийная система с TV-тюнером, радио-тюнер, DVD-плеер. Инструкция по эксплуатации.

Форматы данных

NMEA 0183 - стандарт протокола передачи данных между GPS-приемником и 
компьютером, формат, гарантирующий совместимость с программами. 



Масштабы GPS-карт с примерами стандартной номенклатуры (обозначения) листов: 

мелкомасштабные (географические, обзорные) 
1 : 1 000 000  N-37  – в 1 сантиметре 10 километров ("миллионка", "десятикилометровка")  
1 : 500 000  N-37-Б  – в 1 см. 5 км. ("пятисотка", "пятикилометровка", сплошные горизонтали проведены через 50 метров) 
1 : 200 000  N-37-XVI – в 1 cm. 2 km. ("двухсотка", "двухкилометровка", горизонтали рельефа построены через 20 м.) 

крупномасштабные (топографические карты и планы) 
1 : 100 000  N-37-56 – в 1 см. 1 км. ("сотка", "километровка") 
1 : 50 000  N-37-56-A  – в 1 сантиметре 500 метров 
1 : 25 000  
1 : 10 000 

детальные планы местности 
1 : 5 000  
1 : 2 000

Векторные карты для Глонасс / Gps имеют преимущества перед растровыми: возможность поиска по названию населённого пункта, хорошая читаемость при увеличении / уменьшении масштаба, тематические слои (их можно включать / отключать, наслаивать), получение трёхмерного изображения. Они, обычно, "легче" растровых и быстрее грузятся. Оцифровка карт с бумажных носителей производится в ручном, полуавтоматическом, и редко - в полностью автоматическом режиме с помощью специальных программ векторизации, с сохранением в 3D-формате (трёхмерном, то есть - объёмном). Оцифровку проводят специализированные организации и фирмы, после оформления соответствующих договоров на выполнение работ.

Основные векторные форматы: 

AutoCAD - DXF (двоичный или ASCII (текстовый), большой по объёму), DWG (бинарный, стандартный формат Автокад). 
DWF - Drawing Web Format, компактный 2D-формат Auto CAD, адаптирован для Интернет и вывода на экран монитора и печати двухмерных векторных изображений.  

MapInfo - MIF, MID 

OziExplorer - WPT (путевые точки), PLT (треки) 

Garmin MapSource map - IMG

- и другие. Из файла одного формата можно конвертировать графические данные в другие форматы - с помощью специальных convert - программ.

Растровые сканы карт в формате JPG, GIF, BMP и др., в отличие от векторизованных – обычно, содержат больше визуальной информации (горизонтали рельефа местности, лес, полевые дороги, рисунки "от руки", надписи и пометки "на полях"), значит – они должны включаться в комплект картографического материала (в том числе - на бумаге) и дублировать электронный "вектор".

Информация на сканированных советских планшетах, в большинстве случаев – устарела. На них отсутствуют новые дороги, мосты и переезды, АЗС; не соответствуют контура населённых пунктов. Но остались актуальными, не изменились – горизонтали рельефа местности, реки, контура лесов и большинства крупных водоёмов. Старые топопланшеты советских времён отличает высокое качество и стандартные условные обозначения на топографической карте.

Основные современные программы для GPS-карт: GPSExplorer, OziExplorer. В них есть возможность импортировать карты и другие данные из форматов других систем.

Точность измерений с помощью ГЛОНАСС/GPS зависит от конструкции и класса приёмника, числа и расположения спутников (в реальном времени), состояния ионосферы и атмосферы Земли, наличия помех и других факторов.

"Бытовые" GPS-приборы, для "гражданских" пользователей, имеют погрешность измерения в диапазоне от ±3-5м до ±50м и больше (в среднем, реальная точность, при минимальной помехе, если новые модели, составляет ±5–15 метров в плане). Максимально возможная точность достигает +/- 2-3 метра на горизонтали. По высоте – от ±10-50м до ±100-150 метров. Высотомер будет точнее, если проводить калибровку цифрового барометра по ближайшей точке с известной точной высотой, (из обычного атласа, например) на ровном рельефе местности или по известному атмосферному давлению (если оно не слишком быстро меняется, при перемене погоды).

Измерители высокой точности "геодезического класса" – точнее на два-три порядка (до сантиметра, в плане и по высоте). Реальная точность измерений обусловлена различными факторами, например – удаленностью от ближайшей базовой (корректирующей) станции в зоне обслуживания системы, кратностью (числом измерений на точке), уровнем подготовки и практическим опытом специалиста. Высокоточное оборудование может применяться только специализированными организациями, специальными службами и военными.

Для повышения точности навигации рекомендуется использовать многосистемный Глонасс / GPS-приёмник – на открытом пространстве (нет рядом зданий или нависающих деревьев) с достаточно ровным рельефом местности, и подключать дополнительную внешнюю антенну.

Качество измерений джипиэс ухудшается, если спутники располагаются на небе плотным пучком или на одной линии и "далеко" – у линии горизонта (всё это называется "плохая геометрия") и есть помехи сигналу (закрывающие, отражающие сигнал высотные здания, деревья, горы поблизости).

Фактическая точность джипиэски зависит от типа GPS-приемника и особенностей сбора и обработки данных. Чем больше каналов (их должно быть не меньше 8) в навигаторе, тем точнее и быстрее определяются верные параметры.

WAAS (Wide Area Augmentation System, на американском континенте) и EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Services, в Европе) – дифференциальные подсистемы, передающие через геостационарные (на высоте от 36 тыс.км в нижних широтах до 40 тысяч километров над средними и высокими широтами) спутники корректирующую информацию на G P S-приёмники (вводятся поправки). Они могут улучшить качество позиционирования ровера (полевого, передвижного приемника), если поблизости располагаются и работают наземные базовые корректирующие станции (приёмники опорного сигнала). При этом полевой и базовый приёмник должны одновременно отслеживать одноимённые спутники.

Для повышения скорости измерений рекомендуется применять многоканальный (8-и канальный и более), многосистемный (Glonas / Gps) приёмник с внешней антеной. Должны быть видимы, как минимум, три спутника ГПС и два ГЛОНАСС. Чем их больше, тем лучше результат. Необходима, так же, хорошая видимость небосвода (открытый горизонт).

Для определения только горизонтальных координат (широта / долгота) может быть достаточно сигналов трёх спутников. Для получения трёхмерных координат (с высотой) нужны, как минимум, четыре сп-ка.

Необходимость создания собственной, отечественной системы навигации связана с тем, что GPS – американская, потенциальных противников, которые могут в любой момент увеличить искусственную, систематическую ошибку в координатах, что и в мирное время всегда присутствует, дрейфуя с периодом в несколько часов.