Информация о спутниковых системах навигации, программах навигации и фиксации пройденных маршрутов

В связи с вращением нашей планеты с большой скоростью, ее жидкое внутреннее вещество - мантия подвержена центробежной силе, которая растягивает Землю у экватора и стягивает у полюсов.

Вследствие этой центробежной силы наша Земля не является шаром, а представляет собой достаточно неровным эллипсоидом вращения – геоидом. В зависимости от целей модель Земли может приниматься за сферу, либо за геоид.

При проецировании конкретной точки с геоида на сферу для точного описания каждой точке земной поверхности определенных координат, созданы правила. Основу составляет единая система World Geodetic System принятая в 1984 году (WGS 84) - всемирная система геодезических параметров Земли.

В WGS 84 поверхность, к которой приводятся координаты для удобства вычислений, определена как референсный эллипсоид. Для решения определенных задач поверхность Земли может быть принята за плоскость, где местоположение точки характеризуется двумя координатами. В современной географии такие координаты называют географическими и обозначают широтой и долготой точки.

Географические координаты позиционируют положение точки на земной поверхности относительно земного экватора и одного из меридианов, принятого за начальный. 

В WGS 84 за нулевой меридиан принят проходящий на 5.31 угловой секунды восточнее нулевого (Гринвичского меридиана) - IERS Reference Meridian.

Географические координаты могут быть получены различными способами один из которых является использование глобальных спутниковых систем позиционирования и навигации, которые состоят из космического оборудования и наземных систем управления. В настоящее время существуют две основные спутниковые системы, обеспечивающие полное покрытие всего земного шара  и бесперебойную работу, к которым относятся система GPS и ГЛОНАСС.

GPS (NAVSTAR GPS) - Global Positioning System американская глобальная система определения координат. Основой работы системы является прием сигналов от 3-х и более навигационных спутников, размещенных на круговой орбите над экватором и обращающихся вокруг Земли с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения Земли вокруг оси (геостационарные орбиты). Направление на каждый спутник постоянно. Приемники спутникового сигнала замеряют время задержки прохождения сигнала от каждого из спутников и автоматически рассчитывает свое местоположение — географические координаты: широту, долготу, а также высоту над уровнем моря.

ГЛОНАСС – Российская глобальная навигационная спутниковая система. Основой работы системы является прием сигналов от 4-х и более навигационных спутников, движущихся над поверхностью Земли на трех средневысотных круговых орбитах с 8 спутниками, размещенными в каждой равномерно. Их орбита является оптимальной для применения в северных и южных полярных территориях (высоких широтах). Cпутники системы ГЛОНАСС при движении по орбитам не синхронизированы с вращением Земли, что обеспечивает им хорошую стабильность и не требует различных корректировок в течение всего срока эксплуатации, но при этом снижает срок их функционирования.

В связи с тем, что системы GPS и ГЛОНАСС являются взаимодополняющими, оптимальным на настоящий момент решением является совместное применение систем глобальной спутниковой навигации GPS-ГЛОНАСС.

Для работы со спутниковыми системами позиционирования и навигации используют радиоприёмные устройства определения текущего местоположения (географических координат), получения данных скорости и направления движения приёмника сигнала, а также для получения точного времени. Определение указанных параметров осуществляется путем обработки данных о временных задержках прихода радиосигналов с навигационных спутников, полученных приемником.

Спутниковые системы навигации GPS и ГЛОНАС могут использоваться на наземных, водных и воздушных объектах.

В зависимости от системы позиционирования и навигации радиоприемные устройства разделяются на GPS - приёмники и ГЛОНАСС – приёмники. Большинство приёмников системы позиционирования и навигации умеют работать с несколькими спутниковыми системами навигации.

Принимаемый с навигационных спутников сигнал (данные) процессор устройства может соотносить с электронной картой, загружаемой в память прибора. Благодаря этому, пользователь может видит на дисплее прибора изображение загруженной географической карты, на которой показывается и двигается «точка» — это пользователь с GPS-приемником.

Точность определения местоположения.

Точность определения местоположения объекта по сигналам навигационных спутников зависит от множества факторов. Основным фактором является возможность вводить искусственно погрешность в передаваемый спутниками сигнал, что позволяет снижать точность определения местоположения, которая может достигать сотен метров и более. Такой режим, например был установлен в GPS-системе принудительно до 2000 года.

Источником погрешности также является и возможное неудачное расположение спутников, которое характеризуется многолучевым распространением спутниковых сигналов, отражением радиоволн, ионосферными и атмосферными задержками сигналов.

Источником погрешности служат погодные условия, например высокая облачность и магнитные бури. Также влияние на погрешность определения местоположения приемника оказывает рельеф местности и растительный покров, например плотная листва деревьев.

Точность определения местоположения могут уменьшать или делать невозможным прием спутникового сигнала источники радиосигналов дециметрового диапазона.


Основы спутниковой навигации. Краткое руководство. (u-blox.AG Switerland) >> 


Трек в программах спутниковой навигации.

Трек в GPS (ГЛОНАС) навигации – это множество координатных точек, последовательно соединённых между собой и образующих линию маршрута. Трек отражает реально пройденный маршрут. Все современные навигационные программы для смартфонов на базе Андроид, предназначенные для путешественников и навигаторы, поддерживают запись трека. Проходя определённый маршрут, навигационная программа сохраняет полученные координаты в файл, который возможно выгрузить из смартфона или навигатора на любое устройство хранения информации для последующего изучения или использования.

Треки, которые записывают навигационные программы, установленные в смартфоне или навигаторе бывают в разных форматах, в зависимости от используемого программного обеспечения. Все используемые навигационными программами форматы возможно преобразовывать (конвертировать) между собой. Для конвертации различных форматов существует различное программное обеспечение.

Одни из наиболее распространённых форматов файлов треков: gpx (OsmAand, Locus Map), plt (OziExplorer) и kml (Google Earth). 
Стандартом файла для навигационных систем устройств на базе Андроид (Osmand, Locus, MapMe и т.п.) является стандарт GPX. В навигаторах, в зависимости от фирмы производителя применяются модернизированные форматы стандарта GPX под собственные аппаратные и программные средства. Формат PLT в основном используется программной среде Oziexplorer. Формат KML один из основных форматов Goggle Earth (Goggle Earth Pro). В основном картографические программы имеют возможность использования всех указанных форматов.


Рекомендуемые программы записи треков маршрутов для смартфонов на базе Андроид. 

Приложения совместимы с Android 4.0 и выше. Пройдя определенную дистанцию, можно опубликовать пройденный маршрут. Формат файлов - архив ZIP.

 

"Мои маршруты" *

"OsmAand" *

"Locus Map" *

"ГЕО Трекер"

"GPS Логгер"

"А-GPS-Трекер"

* - рекомендуемое приложение для записи и экспорта треков.

ВНИМАНИЕ!
Прежде, чем использовать указанные программы в местах с отсутствием интернета, загрузите карту. Если не загрузить карту, то запись трека будет вестись, но на экране смартфона будет пустой белый экран.


Программы записи треков маршрутов и спутниковой навигации для смартфонов на базе Андроид.

Программ для спутниковой навигации для смартфонов на базе Андроид великое множество. Существуют платные и бесплатные версии различных программ. В основном все навигационные программы под Андроид отличаются оболочкой, функционалом и типом используемого картографического материала - векторных или растровых карт.

Основной программой, используемой в спортивных мероприятиях по спутниковой навигации является программа OsmAnd (https://osmand.net/ru/features), для смартфонов на базе Андроид сочетающая в себе все необходимые функции и ставшая классикой OziExplorer (http://www.oziexplorer.com/w/), для смартфонов на базе Андроид и Windows. 

OsmAnd (Offline mobile maps&navigation) приложение в основном для путешественников и тех, кто хочет свободно ориентироваться на местности. Приложение использует свою собственную базу, которая постоянно обновляется, предоставляя самую свежую информацию о местности. Поддерживается Android от версии 4,0+ и выше. OsmAnd использует векторные карты с возможностью наложения различных слоев.

OziExplorer для Android и Windows использует растровые карты, которые или отсканированы или приобретены в цифровом формате. Поддерживается Android от версии 1,6 и выше и Windows от XP и выше.

Скачать OsmAnd для Андроид

Руководство пользователя >>

Работа с маршрутами и треками в программе OsmAnd >>

Сохраняем точки и треки. Инструкция >>

 

Скачать OziExplorer для Андроид и Windows


Рекомендуемые программы для осуществления фотосъемки мест контрольных этапов для смартфонов на базе Андроид. 

Одной из лучших программ для фотографической фиксации мест контрольных этапов является Open Camera. Приложение позволяет определить точное местоположение (на основе сети и сигналов GPS), а также не производить фотосъемки без определения местоположения (при включенном режиме обязательного определения сигналов GPS).

Скачать Open Camera >>

Open Camera – это приложение родом из Кембриджа с открытым исходным кодом, для телефонов и планшетов на базе Android. Создано Марком Харманом. Инструментарий приложения достаточно мощный во всех отношениях. По мимо создания GPS-метки - местоположения (геотеггинг) фотографий и видео, приложение для фотографий включает определение и индикацию направление компаса (GPSImgDirection, GPSImgDirectionRef) и углов наклона, что в полной мере отражает все необходимые функциональные требования, предъявляемые при фотографировании контрольных этапов дистанций по спортивной навигации.


Для перевода форматов файлов треков из одного в другой существуют online и offline конвертеры.

Конвертер для операционной системы Windows.

GPSBabel - установочная программа

Программа преобразует по мимо треков, еще путевые точки и маршруты, между популярными GPS-приемниками, такими как Garmin или Magellan, картографическими программами, такими как Google Earth или Basecamp а также между навигационными программами. GPSBabel работает в Microsoft Windows версии от 7 и выше.

Конвертеры для Андроид. 

Coordinate_v2.1.0

GPS Converter_v1.0

Конвертер GPS

OziTrackConverter

OziTrackConverter конвертирует треки программы OziExplorer *.plt в: *.kml, *.gpx и обратно.

В качестве конвертеров могут выступать и сами навигационные программы.


Различные полезные программы

GPX Editor - программа редактор для работы с GPX-файлами (под Windows). Формат GPX (GPS Exchange) использует API Google Maps. GPX представляет собой формат XML, используемый для обмена данными полученных приемниками спутниковых сигналов GPS и ГЛОНАСС (точек, маршрутов и треков) между различными приложениями и веб-службами в Интернете. Формат GPX используется, например, в навигаторах Garmin. Однако данный формат в навигаторах Garmin не всегда полностью совместим с форматом Google GPX (стандартным форматом XML). Большее преимущество формата данных GPX – это высокая совместимость и возможность преобразования в другие форматы. Программа GPX Editor  имеет некоторые функции редактирования данных, а также фильтры упрощения треков, а также позволяет просматривать содержимое GPX-файлов на онлайн-картах.

Приложение GPX Editor  может пригодиться в различных мероприятиях, например в походах, так как позволяет оперативно просмотреть треки, просмотреть маршрут в каждой точке маршрута, редактировать данные, удалить или копировать часть маршрута, просматривать различные путевые точки, треки и т.п.

GPS-Editor (rus)

PointPaste - программа, позволяющая копировать введенные координаты точек или взятые из текста и сохранять в виде файла с возможностью объединения необходимого количества точек в файл. Программа переводит различные форматы написания координат из одного формата записи в другой (целые градусы, градусы с минутами, градусы с минутами и секундами между собой), а также из позволяет перекодировать координаты записанные в разных системах (например, Пулково-42) в другую (WGS-84). В программе имеется возможность записывать и считывать геоданные (координаты) с цифровых фотографий, а также просматривать местоположение точки в Google - Карты.

PointPaste


Для записи треков пройденного маршрута и построения маршрутов прохождения возможно использовать любое программное обеспечение, позволяющее запись треков в стандартном формате GPS Google (Osmand, Locus и т.п.). При этом должна иметься возможность записи и последующей выгрузки треков пройденных маршрутов через Интернет, по локальной сети Wi-Fi !