Реальный GPS. Спутниковая навигация в городе и на природе доступна всем

Автор: Сергей Алешин

Все началось с того, что в ленивой пляжной беседе один знакомый капитан упомянул устройства спутниковой навигации. Новость заключалась в том, что приемники стали довольно компактными и стоят 300-400 долл. И габариты, и цены сразу навевали мысли о сотовой связи, так что сам собой созрел вопрос: а сколько стоит абонентская плата? Как утверждал капитан -- нисколько! Это было до того удивительно, что информация о доступности услуги запомнилась. А дальше в подсознании к этой новости стали приклеиваться различные бытовые ситуации, и в один прекрасный момент, когда жизнь впервые столкнула меня с GPS-приемником, я проявил к нему реальный покупательский интерес.

Случаи из жизни

У приятеля на даче сразу за забором начинается довольно большой лес. Утренняя прогулка вглубь леса по протоптанной дорожке закончилась желанием побродить по менее цивилизованным уголкам, в результате чего четкое направление движения "нах хаузе" ("домой" -- нем.) было потеряно. Не скажу, что стало страшно (далеко уйти не удалось), но ощущение дискомфорта присутствовало. Вот видеть бы хоть направление (азимут) и расстояние до приятельской дачи!

Летом в выходные очень хочется выбраться на природу. Полежать где-нибудь на песчаном пляже, искупаться... Однако в погожие дни все известные места отдыха всегда переполнены. При этом становится навязчивой мысль о том, если свернуть с основной трассы на незнакомую грунтовку, то можно попасть в чудесное и совершенно "дикое" место на берегу уединенного озерца. В этом случае нужна очень хорошая карта (может быть, даже военная) и четкое понимание того, где ты находишься. Нужны навыки ориентирования на местности, но меня этот вид спорта никогда не привлекал. А вот старому доброму "персональному ассистенту" я бы с удовольствием поручил всю черновую работу по "охоте на лис".

Кстати, штурманские навыки нужны и во время длительных поездок по Золотому Кольцу или автомобильного путешествия "на море". Постоянно вглядываться в двусмысленные указатели направлений и населенных пунктов -- дело весьма ответственное и утомительное. А когда в один прекрасный момент знак "ремонт дороги" предлагает вам свернуть с трассы, остается только надеяться на "заботливых и внимательных" дорожных рабочих, которые отметили маршрут объезда разнообразными знаками и указателями направлений. Другими словами, вам надо слепо положиться на затуманенный алкоголем и матерными мыслями мозг пролетария дорожного труда. Согласитесь, очень неуютно. А вот если бы на карте, пусть даже недостаточно подробной, можно было увидеть свое положение, задача перемещения в заданном направлении была бы решена. Компас? Компаса было бы достаточно при перемещении на танке, а вот автодороги выписывают причудливые крендели, и тут полярной звездой не обойдешься.

А как вам такая история: приезжаете вы в Италию. Берете напрокат машину. Хотите поездить по достопримечательностям Рима, прокатиться к побережью, а может быть, чем черт не шутит, и до Венеции добраться. И тут возникают многочисленные проблемы: итальянцы в массе своей не говорят по-английски и дорожные указания дают весьма бестолковые. Особенности разметки и указателей с непривычки запутывают, так что огромное количество времени приходится крутиться в одном районе в поисках нужного места. Понятно, что можно выучить итальянский язык и привыкнуть к одностороннему движению, но на это нужно время. Кроме того, наверняка, в других городах и странах -- совсем другие особенности. Что же теперь, и финский учить? А как бы помогло устройство, позволяющее самостоятельно, без нудных переговоров с аборигенами, расшифровкой карт и дорожных указателей, проложить маршрут и двигаться по нему!

Рекламная эйфория

Как ни странно, именно последняя ситуация (а не значительно более частые бытовые случаи, перечисленные выше), именно она послужила толчком к тому, чтобы в голове всплыли слова капитана о спутниковой навигации. И что же? В первом попавшемся на глаза магазине потребительской электроники (дело было не в Москве) обнаружилось симпатичное компактное устройство, содержащее в себе карты всего мира с детализацией с точностью до улицы (!) и позволяющее жирной точкой отмечать ваше положение на этой карте! Мало того, машинка знала, где можно найти приличную гостиницу или остановиться перекусить и подсказывала стрелками, как туда проехать! На меня это произвело сильное впечатление, но не настолько, чтобы сразу выложить за карманного лоцмана 600 долл. Однако мысль о том, что надо бы поподробнее узнать о системе навигации, приемниках и их стоимости, сформировалась окончательно и начала требовать незамедлительного выхода в Интернет.

Первым делом отыскалась фирма-родительница чудесной коробочки с названием Garmin III Plus. Дальше пошли конкуренты, сайты, посвященные GPS -- количество информации нарастало, как снежный ком.

Выяснилось, что система GPS (Global Positioning System -- Система глобального позиционирования) разработана и внедрена военными из США, "повесившими" вокруг земного шара 24 спутника так, чтобы американский солдат, корабль или самолет мог в любой точке земного шара определить свои точные координаты. Система была открыта и для "штатских", но с сильным загрублением показаний приемника (в этом году военные сняли ограничение точности). Принцип системы глобального позиционирования базируется на определении расстояния до спутника по временной задержке сигнала от него. На спутниках установлены атомные часы, выдающие в эфир "сигналы точного времени". Таким образом, для определения физического положения приемника требуется 3 спутника (при условии, что в приемнике тоже атомные часы) и 4 спутника -- если часов нет (а их и быть не может). Кроме того, спутники гонят информацию о себе, своих координатах, отклонениях от орбит и прочую сложную ерунду, которая обрабатывается приемником. Ну а чтобы повысить точность определения координат, используется система дифференциальных поправок. Эта услуга оказывается за деньги и России в целом не грозит (нужна сеть станций с известными координатами, которые транслируют информацию для приемников на радиочастоте -- пока эта роскошь доступна только питерцам).

Начитавшись разного ликбеза по вопросам спутниковой навигации, я стал окончательным поклонником систем GPS и даже самоуверенно решил завести домен с именем gps.ru, чтобы нести просвещение в массы. Оказалось, что домен такой существует, да еще как! Наличие мощной тусовки в России несказанно удивило. Обнаруженная конференция на сайте gps.boston.ru поразила опытными знающими людьми и дельной информацией о самых разных аспектах Глобального Позиционирования.

Здесь, в частности, выяснилось, что походники давно используют карманные приемники для прокладывания маршрутов и четкого их прохождения. Охотники и рыболовы отмечают координаты заветных охотничьих и рыбных местечек, а автотуристы обмениваются маршрутами с указанием автозаправок и, что сильно рассмешило, гаишников с радарами. Кроме того, существуют геодезические ресурсы, объясняющие любителям основы картографических премудростей. Однако, наряду с радостным изумлением, начало возникать чувство опасения, что все прелести карманных навигаторов -- это зачастую рекламная пропаганда. Выяснилось, что приемник должен видеть большую часть неба со спутниками, причем в прямой видимости их должно быть не менее четырех, иначе возможны сильные погрешности. Что в лесистой местности, а так же в узких улочках с высокими домами, где небо плохо просматривается, приемник может и вовсе "потерять координату". В городах возможно и большое количество радиопомех, мешающих уверенному приему. Все эти облачка начали заслонять сияющее солнце GPS. Сильно добавила пессимизма переводная статья американского журналиста, который попробовал в деле автомобильную навигационную систему. Она навязчивым женским голосом заставляла его поворачивать там, где он не хотел, показывала на большом и красивом мониторе, что он мчится прямо сквозь дома, а в конце концов, под видом поездки в библиотеку доставила хозяина на пустырь. После этого восторженные восклицания пользователей в Интернет-конференции превратились для меня в вопли фанатов, которым, как братьям Райт в начале века, хоть на тумбочке -- но полетать! Вся негативная информация оформилась в ряд сомнений, терзающих ум.

Теоретические опасения

Первым опасением на пути внедрения спутниковой навигации в жизнь дилетанта был вопрос чувствительности и надежности работы прибора. Если в улочках старого города или в лесу, электронный Сусанин посчитает миссию выполненной, то убить его -- значит, в лучшем случае, потерять несколько сотен долларов, а в худшем -- получить большие проблемы с выходом, в прямом смысле, из создавшейся ситуации.

Второй вопрос связан с точностью карт. Наученный горьким опытом блуждания по картам автодорог в совершенно незнакомой местности, я с полным основанием мог предположить, что нарисованные ниточки улиц могут довольно приблизительно соответствовать их реальному географическому расположению. Если на карте в один прекрасный момент вы "перескочите" с одной улицы на другую, то в навигации запутаетесь точно. Короче говоря, надо было узнать, насколько документально карты отображают реальную картину местности.

Однако если выяснится, что точные карты действительно соответствуют, или только хорошие (военные) карты дают исчерпывающий ответ, то надо придумать, где их достать. При этом нужно быть уверенным, что в любом месте (будь то Европа, Подмосковье или Архангельская область) под рукой окажется тщательно проработанный картографический материал.

Вот с какими мыслями я приступил к расспросам специалистов, а потом и к исследованиям конкретной аппаратуры.

Анализ программного и аппаратного обеспечения

Бытовые приемники можно условно поделить на три группы:

- Первая, самая малочисленная, представляет собой "датчики", которые принимают спутниковую информацию, обрабатывают ее и в виде стандартизованных записей выдают в порт компьютера.

- Во вторую группу входят устройства с жидкокристаллическим дисплеем, отображающие маршрут, отслеживающие путь, направление и скорость движения и пр. Таким образом, оставив у дороги машину и запомнив в GPS-приемнике ее местоположение, можно смело удаляться в чащу, бродить там сколько душе угодно и помечать устройством разные грибные места, затем спокойно вернуться по проложенному треку к машине, а через год безо всяких трудностей повторить процедуру, пользуясь сохраненной информацией о навигационных точках (waypoints).

- Третья, наиболее дорогая группа устройств содержит в себе возможность навигации по карте (moving maps). Карты выпускаются изготовителями и третьими фирмами и довольно подробно освещают жизнь за границей (в Америке и Европе). Однако можете даже не искать в фирменных анналах Россию -- это просто огромное белое пятно. Достаточно посмотреть на подробнейшую карту автодорог, которую предлагает Microsoft в пакете AutoRoute, чтобы узнать, что Москва живет одним МКАДом и двумя-тремя шоссе, делающими карту дорог нашей столицы похожей на пацифистский знак.

Все вышеперечисленные устройства могут подключаться к настольным и карманным компьютерам. Это значит, что даже из примитивного приемника в стандарте CompactFlash, который присоединяется к вашему PDA или HPC, можно сделать мощный навигатор с картой.

Участники GPS-движения рекомендовали проверенный личным опытом вариант с Palm-машинками. Самыми распространенными продуктами для навигации на этой платформе служат пакеты Atlas и HandMap.

Первый оперирует растровыми (Bitmap) картинками и позволяет, таким образом, использовать любые бумажные карты, отсканированные и загруженные в компьютер. Возможности продукта довольно широки: от масштабирования отображения и автоматической подгрузки детальных участков карт, до планирования маршрутов и навигации по карте в on-line с помощью GPS.

Второй пакет использует собственный векторный формат представления карт, но допускает "ручную" подготовку и загрузку картографического материала. Таким образом, в арсенале карт для HandMap имеются карты Питера и Москвы, созданные энтузиастами из России.

Ребята, которые пользуются карманными компьютерами типа PalmPilot (Palm, Visor и иже с ними), говорят, что лучшего и желать нельзя, однако я начал практические исследования навигации с помощью Pocket PC. Эта платформа показалась мне более привлекательной для решения поставленных задач.

Аргументы в пользу устройств Windows CE были следующие:

- Это самостоятельный класс карманных компьютеров, имеющих "взрослыe" интерфейс и программное обеспечение.

- Это не записные книжки: использовать Windows CE в качестве записной книжки ужасно неудобно и Palm дает здесь 100 очков вперед. Это машинки, "питающиеся" стандартными форматами данных с настольных машин и, главное, приспособленные для этого! Попробуйте запихнуть 80 Мб растровых картографических данных (подробная карта московской области) в Palm -- ничего не получится. Единственный представитель Пальмового царства, способный на это -- это TRG. Но, боюсь, и он не сможет переварить такой объемный кусок информации, да еще и в стандартном "взрослом" формате. Мало того, популярный сборник автодорог Европы с подробнейшими картами и базами данных по музеям, гостиницам и ресторанам издается Microsoft и имеет "ответную часть" для Pocket PC. К сожалению, Pocket Streets не позволяет работать с GPS, но, надеюсь, это временное явление. В любом случае, карт мира такого качества для платформы Palm просто не существует.

- Третьим весомым аргументом в пользу Windows CE является наличие для этой платформы версии OziExplorer -- программы, которая, по мнению российских и зарубежных специалистов, является на сегодняшний день лидирующей в области GPS-навигации. Разработчики же заявляют, что кроме Windows CE никакая "карманная" платформа ими поддерживаться не будет.

О последнем (условно-бесплатном) программном продукте мы еще поговорим, а пока к основным аргументам можно добавить: наличие яркого цветного дисплея, который воспроизводит карты практически в печатном виде, и весьма объемный труд российских программистов, создавших прекрасную карту Москвы для Windows CE. Пакет PalmGIS позволяет с точностью до дома ориентироваться в Москве, прокладывать маршруты с учетом дорожных знаков и пробок и работать с картой в движении с помощью GPS-приемника. С практических упражнений с этим пакетом и приемником eTrex фирмы Garmin я и начал.

Практический опыт

Подключив без всяких проблем GPS-приемник к Cassiopeia E-115 и установив на нее пакет навигации по Москве PalmGIS, я начал кататься по городу. В первый же день сомнения в чувствительности и точности навигатора рассеялись: приборчик, "выброшенный" на "торпеду" и произвольно там болтающийся, стабильно "ловил" от 3 до 6 спутников и показывал точность измерения 6-10 метров. Этого вполне достаточно, чтобы позиционировать свое местоположение на карте. Когда видишь на карте Москвы ползающий точно по улицам кружок, замирающий перед перекрестками на светофорах и поворачивающий в точности с одной улицы на другую, испытываешь просто детский восторг! Как вы уже догадались, с картой тоже проблем не было: небольшие погрешности на окраинах не вносили путаницы в ситуацию, и определить свое местоположение на карте всегда было довольно легко.

Уже вечером, когда городское движение поутихло, я попытался проверить "условия плохой видимости". При этом оказалось, что я не могу вспомнить, где в Москве находятся узкие улочки с высокими, загораживающими небо, домами. На ум шли только кварталы возле Сухаревки -- там я и катался. Никаких загрублений точности, потери сигнала и неожиданных показаний карты я не обнаружил. Остался открытым вопрос о радио-зашумленности в европейских городах с узкими улочками и высокими домами, а в остальном все вопросы, поставленные в разделе "теоретические опасения", были сняты одним махом!

Следующее исследование базировалось на пакете OziExplorer CE с загруженной "двушкой" (в 1 см -- 2 километра) Московской области и поездке в Сергиев Посад.

Точность картографического материала была отменной! Трек (путь, "прочерченный" GPS-навигатором) ложился в точности на улицы и трассы. Только в одном месте мы "съехали с дороги", но это нисколько не помешало навигации. Интересно было наблюдать, как на развязках стрелочка, показывающая наше положение, начинала разворачиваться, в точности повторяя движения машины. Прозевав в одном месте поворот, мы без проблем поехали дальше по развилке и, перестроив на ходу трассу и наметив "обходной" маршрут, приехали прямо к Лавре! Приятно было с видом предсказателя сидеть и говорить, что через два километра будет мост, а затем можно будет повернуть направо!

Итак, точность топографических карт, чувствительность приемника и аппаратно-программное обеспечение действительно обеспечивают комфортную навигацию и возможность с достоинством выйти из любой сложной ситуации. Однако на пути подготовки к путешествию возникают различные тонкие моменты с планировкой маршрутов, подготовкой графического материала и привязкой карт к местности. Но об этих подробностях -- в следующих материалах. Продолжение следует...

Автор: Сергей Алешин