Top.Mail.Ru
Размер шрифта:
A
A
Цвет:
Изображения вкл выкл
оператор государственной автоматизированной информационной системы ЭРА-ГЛОНАСС

Публикации в СМИ

Технологии А-ГЛОНАСС для решения задач экологического мониторинга

Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) изначально были запланированы для использования в военных целях. В дальнейшем эти системы стали применяться для гражданских целей и используются в настоящее время для навигации по всему миру. Значимую роль они могут сыграть и в решении экологических задач, которым государство и общественность уделяют огромное внимание.

Спутниковая навигация: как это работает

Использование ГНСС на сегодняшний день является неотъемлемым практически во всех сферах деятельности человека, в том числе при решении экологических задач (см. «Эковестник» № 2, 2019).

В настоящее время основной технологией спутниковой навигации и позиционирования является прямое использование данных от группировки видимых ГНСС-спутников.

Принцип работы спутниковой навигации базируется на использовании данных от группировки спутников ГНСС. Комплекты спутников разных ГНСС (российской ГЛОНАСС, американской GPS, европейской Galileo, китайской BeiDou) сконфигурированы таким образом, чтобы обеспечивался круглосуточный прием сигналов из любой точки Земли как минимум от четырех спутников, то есть минимума, который требуется для математического решения задачи позиционирования с четырьмя неизвестными (три координаты и время). Навигационный приемник рассчитывает свое местоположение по отношению к видимым спутникам. Чем больше будет количество доступных спутников в зоне и чем сильнее будет уровень получаемого сигнала, тем точнее будут результаты определения координат местоположения.

Навигационный приемник по задержке передачи сигнала определяет расстояние до каждого спутника. Далее, имея пространственные координаты трех точек и три расстояния до искомой точки, можно легко найти место нахождения приемника на плоскости. Поскольку система работает в пространстве, а не на плоскости, требуется наличие четвертого спутника, который позволяет однозначно определить координаты точки в трехмерном пространстве. Но практическое определение — это не решение теоретической геометрической задачи, оно отличается наличием погрешностей определения расстояния до спутников. Это приводит к тому, что результатом определения может стать не точка, а область определенного радиуса. Однако увеличение количества видимых спутников приведет к уменьшению этого радиуса, и, следовательно, точность определения местоположения возрастет. На практике навигационные системы в гражданском исполнении обеспечивают точность с радиусом 30 метров, а военные приемники — до трех метров. Количество видимых спутников зависит от конкретной модели приемника. Кроме того, для качественной работы навигационных систем необходима взаимная точная синхронизация спутника и навигационного приемника, чтобы точно рассчитать задержку от заранее определенного времени отправки сигнала со спутника.

Спутник + мобильная сеть = комплексированные технологии

Спутниковая навигация в наше время имеет самое широкое практическое применение. В частности, она используется в навигаторах, где привязана к электронным картам. Такая привязка позволяет не только определять координаты местонахождения абонента, но и планировать маршрут передвижения в соответствии со способом перемещения и другими исходными требованиями. Многие модели мобильных телефонов оснащены спутниковыми навигаторами. Сочетание мобильной связи с системой глобального позиционирования привело к созданию новой вспомогательной технологии — A-ГНСС (Assisted ГНСС), которая предполагает использование сетей мобильной связи для улучшения качества работы базовой системы позиционирования по двум направлениям. Рассмотрим, в чем состоит улучшение.

Во-первых, навигационный приемник после включения в первую очередь определяет местоположение спутников. Иногда по причине слабого сигнала процедура может растянуться на несколько минут. А при помощи технологии A-ГНСС информация о месторасположении спутников запрашивается через мобильную сеть связи в специальных дата-центрах.

Во-вторых, для вычисления местоположения от большого количества спутников при условиях прохождения спутниковых сигналов в реальной атмосфере (искажающей сигналы) требуются производительные вычислительные мощности, которые присутствуют далеко не во всех приемниках. Отправка полученных предварительных значений в дата-центры и получение готовых координат могут существенно ускорить процесс первоначального позиционирования.

Кроме того, доступ к мобильной сети может использоваться для других целей. Это могут быть, например, синхронизация или получение информации о состоянии атмосферы, что может оказать заметное влияние на расчеты. При использовании ГНСС существуют следующие проблемы:

  • При первом определении координат время зависит от актуальности орбитальных данных и от актуальности хранящейся в приемнике истории. Другими словами: чем дольше устройство было отключено, тем больше оно должно получить информации до момента, когда определение позиции станет возможным. Например, если устройство было отключено 2–6 часов, то ему понадобится примерно 45 секунд. Если же устройство не работало несколько дней либо при его значительном перемещении без получения спутниковой информации (сотни километров) — более 10 минут.
  • Существуют сильные ограничения получения сигналов от спутников в городских условиях (требуется прямая видимость небосвода), а в туннелях или закрытых помещениях получение сигналов от спутников вообще невозможно.

Именно для решения этих проблем и применяются технологии передачи ассистирующей информации по каналам мобильной связи.

 

Преимущества новой технологии

Среди преимуществ этой технологии стоит отметить быстрое получение местоположения сразу после включения и повышенную чувствительность приема слабых сигналов в проблемных зонах (в тоннелях, впадинах, помещениях, на узких городских улицах, в густом лиственном лесу).

При проведении экологического мониторинга часто эксперты встречаются с проблемами частичного затенения спутниковых навигационных сигналов или долгого первого определения координат (так называемого холодного старта).

В России использование индивидуальных средств навигации для экологического мониторинга только начинает приживаться. При этом значительная часть экологических экспертов перемещается внутри плотной городской застройки, где прием сигналов сильно затруднен или ограничен. Почти вся современная навигационная аппаратура может использовать ассистирующую информацию, передаваемую по каналам мобильной связи. При этом вся иностранная аппаратура без исключения в настоящее время подключена к зарубежным сервисам, таким как Nokia, Google, Apple и другие.

Зарубежные платформы предоставляют такой сервис на безвозмездной основе. Но есть ряд недостатков. Во-первых, они обеспечивают поддержку навигационных приемников импортного производства, тем самым продвигая продукты своей радиоэлектронной промышленности. Во-вторых, информация обо всех перемещениях пользователя остается в этих платформах, соответственно, она может быть доступна зарубежным спецслужбам. И, наконец, третий, не менее важный минус: с точки зрения качественной наземной навигации Российская Федерация полностью в настоящее время зависит от зарубежных компаний.

КАП А-ГЛОНАСС — новый подход к решению важных задач

Именно созданный отечественный аппаратно-программный комплекс А-ГЛОНАСС (КАП А-ГЛОНАСС) решит все вышеперечисленные проблемы.

С точки зрения научной новизны не только решена классическая задача обеспечения ассистирующей информацией навигационной аппаратуры, присутствующей массово на российском рынке, но и разработан уникальный протокол передачи ассистирующей информации ПИН-ГЛОНАСС, который будет массово внедряться при производстве отечественных навигационных чипсетов, тем самым обеспечивая конкурентное преимущество отечественным предприятиям радиоэлектронной промышленности.

При выполнении работы была задействована инфраструктура самого крупного с точки зрения зоны покрытия подвижной радиотелефонной связью оператора Российской Федерации — АО «ГЛОНАСС» с уникальной технологической инфраструктурой, что позволило реализовать все технические требования. Кроме подвижной радиотелефонной связи, в работе использованы и другие каналы связи — Wi-Fi, LpWan, что расширяет географию применения КАП А-ГЛОНАСС.

Основной целью экологического мониторинга является сбор, систематизация и анализ данных об экологической обстановке для обеспечения информационной поддержки принятия управленческих решений. Это может быть решение таких задач, как:

  • организация и проведение наблюдения за количественными и качественными показателями, характеризующими состояние окружающей среды;
  • оценка состояния окружающей среды, своевременное выявление и прогноз развития негативных процессов, влияющих на состояние окружающей среды, выработка рекомендаций по предотвращению вредных воздействий на нее;
  • информационное обеспечение органов государственной власти, органов местного самоуправления, юридических и физических лиц по вопросам состояния окружающей среды;
  • формирование государственных информационных ресурсов о состоянии окружающей среды;
  • обеспечение участия Российской Федерации в международных системах экологического мониторинга.

Как правило, данные для экологического мониторинга поступают от различных датчиков, стационарных и мобильных лабораторий. Везде, где используются мобильные лаборатории и датчики, место проведения экологического мониторинга целесообразно определять, используя ГНСС и в качестве дополнительного сервиса КАП А-ГЛОНАСС.

Помимо экологического мониторинга современные экологи очень много работают с картографическими материалами, на которые наносят специальные экологические слои и другую необходимую информацию (например, место или источник загрязнения). Спутниковая навигация и данные от КАП А-ГЛОНАСС позволят быстро и точно определить место для последующего нанесения информации на карту.

Каждому источнику выбросов присваивается свой номер, каждому такому номеру присваиваются координаты, которые также получены от ГНСС с использованием КАП А-ГЛОНАСС (таким источником выброса является даже городская парковка).

***

Тем самым российский КАП А-ГЛОНАСС поможет в решении задач экологического мониторинга на территории Российской Федерации и внесет свой вклад в сохранение благоприятной экологической обстановки в нашей стране.

Авторы:

Михаил КОРАБЛЕВ, главный конструктор АО «ГЛОНАСС»

Мария МОНАХОВА, начальник отдела проектирования АО «ГЛОНАСС»

Алексей СЕЧЕНЫХ, старший специалист отдела развития радиоэлектронных технологий 

ФГУП «МНИИРИП»

Источник: http://ekovestnik.ru/article/393814/

перейти на Полную версию сайта