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.


Рекомендуемые 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


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 !