Понедельник, 21.08.2017, 09:44 Приветствую Вас Гость | RSS Главная | Регистрация | Вход
Меню сайта
Друзья сайта
  • Рихтгофен
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Часы
    GOOGLE
    Главная » Статьи » Мои статьи

    Практические аспекты подключения и использования бытовых GPS-навигаторов в связке с компьютерами марки Palm




    1. Вкратце о системе GPS

    GPS (Global Postioning System, кодовое название - NAVSTAR) - спутниковая система, разработанная и обслуживаемая Министерством Обороны США. Предоставляет возможность точного определения своего местоположения на земной поверхности абонентам с GPS-приемниками. При разработке системы прежде всего подразумевалось, разумеется, ее военное использование, однако бытовая составляющая применения GPS-навигаторов стала столь популярной, что в мае 2000г. решением президента США были сняты все помехи (т.н. Selective Availability - селективный доступ), которые прежде намеренно вводились в показания спутников для занижения точности определения координат бытовыми (не военными) устройствами. До этого события, точность приемника не превышала +/-100м 95% времени работы и лишь в оставшиеся 5% времени, приемник работал "на полную мощность".

    Для того, чтобы приемник мог определять координаты, он, очевидно, должен иметь возможность "видеть" небо - т.е. в помещении система работать не будет. Современные приемники, как правило, все 12-канальные (т.е. позволяют отслеживать до 12 спутников одновременно) и имеют схожие остальные характеристики, различаясь, в основном, наличием или отсутствием встроенных картографических возможностей.

    Процесс определения координат приемником выглядит примерно так:

    a) при включении приемника после достаточно долгого перерыва (т.н. "холодный старт"), приемник начинает принимать сигнал со спутников и определять, какие именно спутники из всей группировки доступны из этого местоположения. Группа спутников, видимых в данной точке называется "альманахом". После выключения, приемник некоторое время держит в памяти последний альманах и в случае повторного включения после кратковременного перерыва, время фиксации приемника существенно возрастает ("горячий старт").

    b) Приемник, получая со спутников точное время (которое последние четко синхронизируют между собой), по задержкам вычисляет физические расстояния до них (скорость распространения радио-волны известна). Имея в видимости три или более спутника, приемник, методом триангуляции, очевидно получает возможность определить свое точное положение в 2D-пространстве. Имея в видимости четыре или более спутника, приемник может также определить и высоту абонента над уровнем моря, которая, правда, вычисляется с заведомо большей погрешностью, чем координаты на земной поверхности.

    Очевидно, что чем больше спутников приемник имеет возможность опросить и чем больше разнесены эти спутники на небесной полусфере, тем более точными будут его показания. На данный момент (после отмены Соединенными Штатами SA), точность определения координат ЛЮБЫМИ GPS-приемниками при нормальных условиях составляет не более 5-15 метров.

    2. Как подключить GPS-приемник к Палму (и какие приемники можно подключить)

    К сожалению, как правило, картографических возможностей, которые может предоставить современный GPS-приемник, бывает недостаточно для полноценного и удобного использования всех тех возможностей, которые может предоставить пользователю система GPS. Особенно удручает ситуация с российскими картами, которые представлены в приемниках особенно убого. Возможность-же загрузки собственных карт в большинстве приемников также отсутствует ввиду закрытости форматов карт почти всеми производителями GPS-навигаторов, а о регулярных обновлениях существующих карт остается только мечтать. Выход автору представляется в подключении к приемнику независимого интеллектуального устройства, которое будет иметь возможность выполнять эти, а также множество других полезных функций. Очевидно, что в рамках данной статьи, таким устройством выступил КПК марки Palm.

    Для того, чтобы осуществить связку Palm<->GPS, прежде всего нужно проверить, что Ваш приемник имеет серийный порт для связи с компьютером (как правило, многие современные приемники его имеют), что этот приемник имеет возможность отдавать данные, используя протоколы NMEA-0182, -0183 или EarthMate (proprietary протокол фирмы DeLorme для своих одноименных приемников EarthMate).

    Для осуществления физического подключения, необходимы, очевидно, разъем для GPS-приемника, разъем для Palm'a и это все дело необходимо скомпоновать, учитывая особенности контактной разводки конкретного приемника и Палма. Способ проще - как правило, всегда можно достать шнур для подключения приемника к серийному порту компьютера (у производителя, или, если приемник производства таких известных фирм, как Garmin, Magellan и некоторых других, от сторонних производителей кабелей). Также, как правило, не представляет труда достать шнур для подключения к компьютеру и Палма. При соединении этих шнуров, нужно не забывать про нуль-модемную сущность обоих из вышеназванных кабелей, а также то, что конечное соединение Palm-GPS должно также получится нуль-модемным (ввиду того, что и Palm и GPS - суть DTE-устройства). Таким образом, помимо этих двух кабелей, нам также понадобится нуль-модемный переходник/ кабель, которым мы "развернем" один из них.

    3. Подробный обзор программного обеспечения (Atlas и Tracker от GPS-Pilot, HandMap от Evolutionary Software, TZ-GPS, NMEA Monitor) с особенностями работы с каждым

    Для работы с GPS-приемниками, программное обеспечение, существующее на данный момент для платформы Palm, можно разделить на три категории:

  • Программное обеспечение для работы с растровыми картами,
  • Программное обеспечение для работы с векторными картами,
  • Сервисное программное обеспечение.

    Рассмотрим подробнее каждую из категорий.

    a) Программное обеспечение для работы с растровыми картами.

    Выбор невелик - продукты фирмы GPS-Pilot (www.gpspilot.com). Atlas, Tracker, Fly. Во все три программы карты закачиваются программой Cartographer (рис.1), которой можно задать как желаемую цветность получаемой карты, так и координаты угловых точек конвертируемого куска карты для привязки ее еще при конвертации. Если этого не сделать при конвертации, то после привязку можно осуществить уже на Palm'e (по двум точкам и направлению на север).

    Картографер
    Рис.1. GPS-Pilot Cartographer.
    Карта
    Рис.2. Пример карты (Подмосковье).

    GPS-Atlas предназначен для простого ориентирования по карте. Как было упомянуто ранее, растровая карта конвертируется в Атласовский формат программой Cartographer. Местоположение отмечается стрелочкой по центру экрана, а карта относительно этого центра перемещается. Если отсканировать одну и ту же карту в нескольких масштабах, и привязать каждый из них, то по нажатию кнопки скроллинга вверх/ вниз Атлас будет переключаться между масштабами. Такая возможность становится исключительно полезной при изготовлении, например, увеличенных карт поселков, в совокупности с мелко-масштабными картами дорог данной области. Над собственно рабочим экраном, помещается служебная шапка, показывающая количество "пойманных" спутников, скорость движения, масштаб карты, etc. Картинка справа показывает другой возможный рабочий экран этой программы, на котором подробно отображается скорость, координаты, направление движения, высота над уровнем моря, etc. Тут же выбирается протокол, по которому будут общаться приемник и Atlas.
    Основное рабочее окно программы
    Рис.3. Основное рабочее окно программы.
    Альтернативное рабочее окно программы
    Рис.4. Альтернативное рабочее окно программы.

    Ниже показаны настройки Atlas'а (где, в частности, можно поставить галку, чтобы Палм сам по себе не выключался, когда работает Atlas), экран определения новой "точки"-ориентира, которой можно дать имя и определить ее координаты (или получить их с приемника). Такие точки будут отображаться на карте и они же необходимы в случае привязки карты на ходу - см. рис.7, на котором изображен процесс калибровки (привязывания карты) по двум точкам.
    Настройки
    Рис.5. Окно настроек.
    Новая точка
    Рис.6. Окно определения новой точки.
    Привязка
    Рис.7. Калибровка.


    GPS-Tracker отличается от Atlas'a прежде всего возможностью прокладки маршрутов. Закаченные в Палм карты будут доступны в обоих приложениях сразу. Экраны настроек, калибровки, определения новых точек в обоих программах также идентичны. Единственое отличие - постоянная запись проходимого маршрута, который потом можно с комфортом проходить в обратном направлении :).
    Маршрут
    Рис.8. Маршрут :).
    Процесс движения
    Рис.9. Запись в процессе движения.
    Информация о маршруте
    Рис.10. Информация о пройденном маршруте.


    GPS-Fly - продукт специфический и предназначен в первую очередь для пилотов самолетов и других летательных аппаратов. В рамках данной статьи рассматриваться не будет.

    b) Программное обеспечение для работы с векторными картами.

    На первый взгляд здесь выбор побольше, но при более внимательном рассмотрении становится понятно, что и здесь нам придется остановиться всего лишь на одном продукте - это программа HandMap от Evolutionary Software. Причина - закрытость форматов карт в остальных программах и политика, при которой карты готовятся и продаются исключительно самим разработчиком. HandMap в этом плане устроен несколько мудрее - продается только оболочка, а карты можно делать самому. В связи с чем уже существуют по крайней мере две карты для российских городов - Москвы и Санкт-Петербурга.

    На рис.8 показана карта г. Москвы. Стрелка, показывающая текущее местоположение и направление движения, появляется при наличии установленного модуля GPS-Tracker (который идет в комплекте Professinal версии этого продукта). В информационном окошке внизу экрана показывается скорость движения, направление движения и высота над уровнем моря. Рис.12 показывает окно настроек программы. На рис.13 показано, как можно искать ту или иную улицу (или другой) объект на карте. К сожалению, формат карт не предусматривает использование интернациональных кодировок, поэтому все названия объектов набраны латиницей.
    Карта Москвы
    Рис.11. Карта Москвы.
    Окно настроек
    Рис.12. Окно настроек программы HandMap.
    Поиск улицы
    Рис.13. Поиск улицы.

    Настройки GPS-Tracker'a
    Рис.14. Настройки GPS-Tracker'a (здесь, в частности, можно выбрать протокол общения).

    Настройки GPS-Tracker'a
    Рис.15. Информация с приемника.


    c) Сервисное программное обеспечение.

    Лично я остановил свой выбор на двух фриварных утилитах, которые я достаточно активно использую при навигации. Первая утилита называется TZ-GPS и единственная ее функция - изображение "неба" с зафиксированными точками-спутниками, а также информации, получаемой со спутников - т.е. точного времени, вычисленных приемником координат, скорости движения в узлах :), etc. Удобна при начале работы с системой для того, чтобы точно понять, сколько спутников "поймалось" и когда завершился процесс фиксации приемника на координатах.

    Вторая утилита - NMEA-Monitor предназначена для отображения в реальном времени всей служебной информации, получаемой со спутников в режиме он-лайн. Удобна для выяснения причин слишком долгого процесса поиска спутников, etc.
    TZ-GPS
    Рис.16. Программа TZ-GPS.
    NMEA-Monitor
    Рис.17. NMEA-Monitor: координаты, etc.
    NMEA-Monitor
    Рис.18. NMEA-Monitor: альманах.


    4. Достоинства и недостатки использования данной связки

    Достоинства: долгое время работы от батарей Palm'a и наличие достаточно качественно продуманного и проработанного разнообразного программного обеспечения для целей GPS-навигации под эту платформу, делает эту связку практически идеальным комплексным решением. Отсутствие цвета кажется неудобством лишь на первый взгляд, зато за счет этого мы сильно выигрываем в долгом времени работы от батарей, малых размерах получаемых карт (векторная карты Москвы - всего 200Kb), etc.

    Недостатки: все то же отсутствие цвета, а точнее такой побочный эффект отсутствия цветности экрана: его жидко-кристаллическая структура делает практически невозможной продолжительную работу с устройством на сильном морозе - экран замерзает. Еще проблема такого же плана - неприятная работа Li-Ion аккумуляторов (Palm V, Vx, Sony Clie, etc.) на все том-же морозе. Но, в принципе, постоянное пользование GPS-навигацией в походах и не требуется - поэтому устройства можно держать рядом с телом в тепле, а доставать только для того, чтобы посмотреть свое текущее местоположение или отметить очередную точку на маршруте. Использование же связки в салонах автомобилей или просто в тепле, представляется автору более, чем удобной.

    5. Закон

    Формально, по текущему законодательству, пользоваться GPS-приемниками на территории Российской Федерации Вы не имеете права. Ибо точность определения координат Вашего приемника не должна превышать 100м. Понятно, что таких приемников в природе не существует, особенно после мая 2000 года. Те разрешения, которые оформляются фирмами типа Бостон-ПиСи формально действительными быть не могут и в случае наличия к Вам серьезных претензий от органов, не спасут. Чтобы избежать нецензурных выражений, на этом в описании нашего законодательства и добропорядочности указанной фирмы я и остановлюсь.

    Одна хорошая новость - ходят слухи, все это в ближайшем будущем указанием свыше будет отменено. И мы наконец-то сможем пользоваться нашими устройствами свободно.



    6. Приложение 1: Нюансы использования связки в парапланерном спорте.

    Раздел составлен по материалам ответов на вопросы участников конференции www.paraplan.ru/paraforum.

    1) Какой тип GPS приемников можно использовать для полетов?

    Подойдет любой приемник, умеющий работать с протоколом NMEA-0182/3, т.е. умеющий отдавать координаты и другую информацию внешнему обработчику (компьютеру). К таким приемникам относятся почти все Garmin'овские, Magellan'овские, и многие-многие другие. Из брэндов Garmin-Magellan, я бы лично предпочел Garmin - они и удобнее и сделаны, на мой взгляд, добротнее и прочнее. Из дешевых Garmin'ов я мог бы порекомедовать eTrex'овские варианты, Garmin 12 и его модификации. Если подключаем приемник к Палму и самостоятельно его использовать не хотим, то есть еще несколько приемников, которые можно рассматривать как вариант - это DeLorme, Pharos iGPS-180, etc. Эти приемники не имеют своего интеллекта, экрана, кнопок - просто коробочка, которая подключается к компьютеру или Палму. Сам я пользуюсь как раз приемником Pharos iGPS-180 - он является одним из самых маленьких приемников GPS. Размеры с активную антеннку для обычных приемников. Главный недостаток - ввиду малых размеров, в нем отсутствует встроенный батарейный отсек (по конструкции задумывалось, что подключаться он будет к компу и питаться будет от клавиатурного PS/2 порта). Пришлось мастерить самому.

    Лично я бы рекомендовал не заморачиваться и взять какой-нибудь Garmin.

    2) Как физически подключить приемник к Палму?

    Подробно это описано выше по статье. Если возникают дополнительные вопросы - пишите.

    3) Каким программным обеспечением стоит пользоваться для полетов?

    Все тот же- Atlas от GPS-Pilot (www.gpspilot.com). Подробнее о программе см. выше. Программы типа Tracker также могут использоваться, но зачем? :). Разве только для того, чтобы посмотреть потом проекцию своего маршрута на карте.

    4) Подготовка карты - насколько это сложно?

    Ничего сложного - 5 минут. Лучше всего избавляться от цвета (если девайс не цветной) еще на этапе сканирования. Т.е. по своему субъективному опыту могу сказать, что сканирование на черно-белом сканере дает намного меньше проблем, чем конвертация цветной карты. Сканировать надо с разрешением 100dpi - больше не нужно, а меньше вредно. Далее, в зависимости от объема свободной памяти, выбираем глубину цвета: 16 градаций серого - карты максимального объема, но выглядят просто сказочно. 4 градации - оптимум, я использую именно 4. 2 градации (черно-белые) - если карта не сложная, то можно добиться и здесь приличного качества. Обычно, все же, не получается.

    Для конвертаций/ адаптаций/ etc. я использую Adope Photoshop, но это не принципиально.

    5) Как привязать карту?

    Если координаты на карте известны, то можно ее привязать еще на процессе конвертации. Если нет - привязываем потом с Палма уже на местности. Подробнее - выше.

    6) Куда крепить все это в полете?

    По поводу того, как все это хозяйство брать в полет - есть несколько вариантов:

    a) Приемник в подвеску, Палм - на ногу (a-la варио). Нужно сделать хитрое крепление Палма на ногу. Можно приемник расположить вместе с Палмом на площадке на ноге.

    b) Приемник в подвеску, Палм на шарнире на грудной ремень. Модернизируем существующие крепления подобного рода для варио.

    c) Палм с приемником на навигационный контейнер на пузе. То, на чем лично я остановился ввиду того, что контейнер уже у меня присутствовал. Приемник вместе со шнурами засовывается во внутрь, палм крепится сверху. Как крепить - можно или существующие корпуса, производимые третьими фирмами модернизировать, или сделать свой. Лично я сделал новый "чехол" из дюраля и обшил его тканью с поролоном. Не скажу, что получилось красиво :), зато достаточно функционально.

    7) Какие могут быть проблемы при использовании этой связки в полете?

    a) Главная проблема - хрупкость КПК. Т.е. желательно сделать ему серьезную защиту. К сожалению, как показывает практика, использование различного рода защиты на экран, приводит к некоторым неудобствам при пользовании (в виде бликов, etc).

    b) Не менее серьезная и пока на собственном опыте не изученная проблема - проблема работы Палма в условиях низких температур и высокой влажности. Понятно, что совсем мочить в воде его не стоит, но даже результаты попадания с ним в облако мне пока не известны.
    По поводу температур: экран у ч/б моделей представляет собой матрицу на жидких кристаллах, в связи с чем эти машинки страдают характерными болезнями подобных устройств в условиях пониженных температур - уже при +2- +5 градусах по Цельсию экран становится очень бледным и заметно инерционным. Решение этой проблемы мне представляется в виде некоторого рода автономной обогревательной подушечки, которую нужно размещать под Палмом в кожухе. На мой взгляд, это - самая серьезная проблема использования данной связки в полетах. Вышеописанные проблемы и предполагаемые методы борьбы с ними будут описаны подробнее, as soon as автор сам столкнется с ними на практике.
  • Категория: Мои статьи | Добавил: stahanov (15.10.2011)
    Просмотров: 316 | Рейтинг: 0.0/0
    Всего комментариев: 0
    Имя *:
    Email *:
    Код *:
    Нужны статьи?
    Посещаемость
    Статистика
    Конструктор сайтов - uCoz