«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 Регионального Управления федерального радиочастотного центра от 20. 03. 015 г., № 04-01-0400-13/476 ).
При обсуждении нашего доклада по использованию специальной компьютерной программы для регистрации данных учета животных с помощью мобильных электронных устройств – смартфонов или планшетных компьютеров (Глушков и др., в печати) 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 данного исследования заключается в определении 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.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
При тестировании установленной на смартфоне программы регистрации учетных данных в городских условиях регистрировали время достижения устойчивой связи после момента включения. Результаты проверки сравнивали с аналогичными показателями агрегатного навигатора ГАРМИН GPS map 62s, характеристики которого одни из лучших среди GPS, используемых в гражданских целях. По ГОСТ 51794-2008 точность позиционирования этой модели равна 10 м, тогда как время начала позиционирования (обнаружения 4 спутников) указано приблизительно – в течении нескольких минут. При тестировании 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 GPS map 62s время подключения определялось по величине погрешности – диаметру точки локации (в метрах). У смартфона 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 точности 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 (погрешности), как у GPS map 62s, на смартфоне нет, поэтому ее проверку производили по дистанции (в метрах) расхождения путевых точек, одновременно проставляемых на том и другом устройстве 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 в районе неустойчивой сотовой связи (рис. 1).
На смартфоне трек записывался автоматически проставляемыми точками с 2-минутным интервалом и дополнялся именованными точками регистрации встреч следов. На навигаторе GPS map 62s именованные точки в местах встреч следов соединялись виртуальной линией трека, срезающей повороты. 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. 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 SASplanet (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.
Относительная погрешность расчета по формулам примерно одинакова d = - 0,092%. Низкая величина погрешности подтверждает пригодность формул для точного определения дистанции между отметками, имеющими геодезические координаты (Ярлыков, 1985). Этот вывод подкрепляется высокой сопоставимостью расчетных значений расстояния с измеренным на карте. Знак минус означает, что рассчитанное значение меньше, чем замеренное по SASplanet. Опираясь на результаты собственного тестирования погрешности устройства GPS map 62s, допустимо произвести определение погрешности встроенного модуля GPS на смартфоне методом исключения величины погрешности устройства GPS map 62s из значений суммарной погрешности позиционирования по каждой паре именованных точек.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Время установления связи со спутниками. Навигатор GPSmap 62s постоянно устанавливал связь с 4 + 1 спутниками к концу второй минуты после включения. В этот момент в окне точности локации появлялась число 50 + 4 м. К концу третьей минуты точность достигала 20 м, а к концу четвертой – 10 + 3 м. Данные показывают, что среднее время установления точной связи GPS map 62s в условиях эксперимента составляло 4 минуты. В последующее время работы величина погрешности оставалась в пределах 7-10 м.
У смартфона появление в окнах программы «широта» и «долгота» числовых значений координат, в виде десятичной дроби с восьмью постоянно изменяющимися знаками после запятой, 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 более замедленно, на протяжении всей работы.
Точность позиционирования. Производителем навигатора GPS map 62s заявлена точность 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 (/ http:// brief-obozrenie.ru; Милич и др., 1998). В нашем эксперименте погрешность локации GPS map 62s не уменьшалась ниже 7 м.
Основой для расчета величины погрешности модуля GPS на смартфоне послужил список дистанций расхождения между точками позиционирования обеих 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 величины расхождения значения погрешности локации навигатора GPS map 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. По рисунку 2 видно, что величина расхождения точек (в парах) только 4 раза превышала 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 GPS-модуля, установленного на смартфоне. На рис. 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.
В целом, проведенный этап исследования показал высокую скорость включения и точность позиционирования многофункциональных мобильных устройств (смартфонов и планшетов), 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.
Глушков В.М. ФГБНУ ВНИИОЗ им. проф. Б.М. Житкова.
Росляков В.В. МГЮА, Кировский филиал.
Литература
Глушков В.М., Кантор Г.Я., Лопан Н.А. Использование мобильных электронных устройств при регистрации данных учета (в печати)
Заключение Регионального Управления федерального радиочастотного центра № 04-01-0400-13/476 от 20. 03. 015 г.
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.
Параметры и свойства навигатора GPS map 62s / http:// brief-obozrenie.ru
Ярлыков М.С. Статистическая теория радионавигации. М.: Радио и связь, 1985, 345 с.
Комментариев нет.