1. Тема 1. Компютърни системи
Урок 3. Системи за глобално
позициониране
Как работи GPS навигацията?
Видео
2. 1. Определение
• GPS
(съкращение от Global Positioning System) е
спътникова радионавигационна система за
определяне на положението, скоростта и времето
с точност до 1 наносекунда във всяка точка на
земното кълбо и околоземната орбита в реално
време.
• Глобалната система за позициониране е
създадена от Министерството на отбраната на
САЩ.
3. 2. Принцип на действие на системата
■Определяне на разстоянието до приемника
–Изминатото време на сигнала от спътника до
приемника умножено по скоростта на
светлината
■Определяне на текущото местоположение на
спътниците
–Излъчваното от спътниците навигационно
съобщение
■Определяне на положението на приемника
–Точка (географска ширина; географска
дължина; надморска височина)
4. А) Измерване на координатите
на произволна точка
• Координатите на произволна точка се измерват
със сателити (изкуствени спътници), обикалящи
около Земята, които периодично изпращат
сигнали към земното кълбо.
• В дадената точка трябва да има приемник,
улавящ сигналите на всички сателити, до които
има пряка видимост.
• Сателите са разположени така, че за всяка точка
гарантират видимост във всеки момент поне от 4
различин сателита, което се постига с между 24 и
30 сателита с подходящи орбити.
5. • По времето за пътуване на сигнала и
позицията на сателита приемникът пресмята
разстоянието между сателита и точката. Така
се определя сфера с център сателита и радиус
разстоянито до точката.
• Координатите на точката се определят като
пресечената точка на тези сфери, чиито
центрове са сателитите.
• Приемниците използват математически
методи, като точността на изчислението е
между няколко сантиметра и няколко метра.
6. Приемникът получава от сателитите и точното
време в точката, в която се намира. По времето
и местоположението на точката може да се
изчисли движението на точката (например
автомобил, влак, самолет и др.) и така да се
определи маршрутът й.
7. Б) Геoграфска координатна система
Включва три координати за точка:
-географска дължина (отстояние от Гринуичкия
миридиан: в градуси от 0 да 180),
-географска ширина (отстояние от Екватора: в
северна или южна посока в градуси от 0 до 90) и
- надморска височина (в метри).
8. В) Структура на системите за
глобално позициониране
■Космически
–24 спътника (разположени така, че във всеки момент
минумум 4 от тях са видими от коя да е точка на Земята)
–4 атомни часовника на всеки
–Пълна орбитална обиколка –11 часа 58 минути
■Контролни
–Станция за главно управление (контролен център)
–4. наземни станции
–6 специализирани контролни станции
Координацията между тях осигурява информация в
сателитно време
■Потребителски GPS приемници с различни функции:
мобилни телефони, лаптопи, навигационни устройства
9. 3. Сателити
• Всеки сателит е оборудван с няколко атомни
часовника с точност до 1 секунда на 3000
години, за да може всички сателити да са със
синхронизирано еднакво време.
• Чрез система от огледала се генерира
електроенергия от слънчеви лъчи, с която се
захранват другите системи на сателита.
• Всеки сателит има:
- сензори за следене на състоянието на
атмосферата
- резервен двигател за коригиране на
траекторията му.
10. Специална електронна система - във всеки
момент от времето излъчва периодично чрез
предавател към Земята сигнали с информация за:
- координатите си;
- точното време;
- състоянието на атмосферата.
11. Грешки при определяне на позиционирането:
Неточни координати за позицията на спътника;
Грешно отчетено време от атомните часовници;
Променлива скорост на електромагнитните вълни
– свободни електрони, температура, налягане;
Отразяване на сигналите от различни
повърхности;
Брой спътници и позициите им;
12. 4. Наземни станции
- следят във всеки момент работата на
сателитите и при нужда извършват корекции в
някои от системите им.
- отговорни са за изчисляване но закъснението
на един радиосигнал от сателитите към
различните точки от земното кълбо.
13. 5. История
• Първите глобални системи за сателитно позициониране
са GPS (Global Positioning System - американска) и
ГЛОНАСС (руска).
• Създадени са в началото на 80-те години на миналия век
предимно за военни цели.
• След печален инцидент с южнокорейски самолет през
1983 г. (обърква се и навлиза над територията на днешна
Русия (тогава СССР) свален е от противовъздушна
система за защита и загиват много хора).
• САЩ решават да предоставят своята система в олекотен
вариант за свободно ползване, аналогично решение взема
и Русия. Повечето системи са насочени да улавят сигнали
и от двете системи, което ги прави по-точни.
14. 6. Действащи системи за глобално
позициониране
А) GLOBAL POSITIONING SYSTEM – GPS
■Проектирана и изградена от САЩ
■Тестов спътник 1974г.
■Операционен спътник 1978г.
■Изстреляни 72 спътника
■31 спътника в орбита
■Използва се за военни и граждански цели
безплатно
15. Б) ГЛОНАСС (GLONASS)
■Руска спътникова радионавигационна
система
■Първи спътник е стартирал през 1982г.
■В орбита са изтреляни 131 спътника
■В орбита са 28 спътника
■Използва се за военни и граждански цели
16. В) ГАЛИЛЕО (GALILEO)
■Европейски проект на спътникова система за
навигация
■В експлоатация от 2016г.
по-точна от американската и руската системи за
цивилни нужди
■В орбита са 18 спътника
Планира се да достигнат 30
■Използва се за граждански цели
Тя функционира в пълен обхват в края на 2018
година
18. 7. Приложения
• навигация и оптимизиране на маршрути;
• наука и изследователска дейност;
• проследяване на движещи се обекти;
• анализ и планиране на маршрути;
• ориентиране и определяне на точно време;
• оптимизация и синхрон на клетъчни мрежи.
19. Любопитно
В авиацията се знае къде точно се
намира всеки летящ самолет и по какъв
маршрут лети. Това се следи от наземните
центрове за контрол на полетите с цел
избягване на катастрофи и други аномалии.
Данните за самолетите в реално време са
налични на публичния сайт:
http://www.flightradar24.com
20. 8. Позициониране и търсене с
Google maps
• С това приложение всеки любител на
пътуванията може лесно да планира
свой маршрут, независимо с какво
средство ще се придвижва от точка до
точка.
• Предвидени са и оптималните маршрути
между две точки.
21.
22. А) Настройки
• Комбинираният инструмент Карта–Сателит променя
изгледа на картата от картографска в релефна. И двата
варианта са много практични.
• Картографският изглед улеснява намирането на улици и
административни сгради, докато релефният представя
физическото разположение на избраната местност.
• След посочване на един от двата инструмента Карта
или Сателит се разгръщат останалите допълнения,
видими в картата.
• Изборът Обществен транспорт визуализира
транспортната мрежа на населеното място и е много
практичен за разглеждане на непознат град.
23. Б) Изпращане до телефона
• Полезна операция, активна само при
влизане в профила ви.
• С тази опция ще имате възможност да
изберете мобилно устройство или да
изпратите маршрута на електронна поща
(e-mail).
24. Извличане на код и някои допълнителни
възможности:
• Последният инструмент, разположен над
картата, е Споделяне и служи за извличане на
локацията, която сте задали, споделянето ѝ
като връзка или вграждането ѝ в интернет
страница.
• Активирането на този инструмент Вграждане
на карта генерира готов HTML код и чрез
поставянето му може да допълни с локация
контактната уебстраница на даден сайт
25.
26.
27. В) Изображения
• Една от основните функции на Google maps е
представянето на изображения върху определени точки
на картата.
• Тази функция се реализира като се позиционира с
мишката или се премести човече от мащабиращия
инструмент върху картина.
• Стартира се реално изображение от мястото, върху
което сте се позиционирали.
• Ако има повече от едно изображение, публикувано на
това място, под формата на галерия ще може да
разгледате и останалите снимки.
28.
29. • След като сме избрали вариант за транспорт,
можем да разпечатаме маршрута от
инструмента Печат, разположен над картата.
• Предпечатната подготовка на приложението е
много динамична и удобна за употреба
30. Задача 1. Мета данни
■Всяка снимка в смартфона има координати
■Координатите се съхраняват в мета данни -данни
за данните:
–Размер
–Разделителна способност
–Цветова схема
–Устройство, на което е направена –кога е
направена
–Географска ширина и дължина
–Име на файл и формат
–Място на запис и къде е съхранена
■Проверете дали е така и на вашия смартфон
31. Задача 2. Проучване (на 3 групи)
Изберете действаща в момента глобална система
за сателитно позоциониране и направете кратко
представяне, като отговорите на въпросите:
a) Колко и какви сателити се използват?
b) Колко и какви наземни станции има?
c) Каква е максималната им точност?
d) Какви са предимствата и недостатъците на
избраната система?
32. Задача 3. Отворете картата на Google
https://www.google.bg/maps
1. Намерете Географския център на България,
въведете в полето за търсене на местоположение:
42.765664 северна ширина и 25.240135 източна
дължина. Разгледайте мястото. Разходете се с
възможностите, които ви предостявя Satelite или
Street View?
2. Кой връх може да покорите, в близост?
3. Определете разстоянието от географския
център на България до вашето населено място.
4. За колко време ще стигнете там?
33.
34. Задача 4
• Използвайте GPS приемник и опеделете
координатите на местоположението на
вашето училище
• Използвайте GPS приемник и съставете
маршрут на придвижване от вашето училище
до жилището ви.
35. Карта;
Сателит;
Изглед на улиците – Street View;
Намиране местоположение на обект и съставяне на маршрут за придвижване
Разглеждане на земната повърхност: Google maps:
36. Домашна задача
Използвай възможностите на Google Maps, за да създадеш маршрут за
екскурзия с цел запознаване с пет от 100-те национални исторически обекти.
Опишете маршрута в Google Docs или текстов документ с име:
trip_nomer_klas.pdf
Началната точка на екскурзията е Вашето училище.
Описанието да съдържа:
- километри от точка до точка
- времетраене в минути и часове от точка до точка
- други забележителности в съответния град или област
- снимки от забележителността или националния обект
- снимка на маршрута (скрийншот) от Google Maps
Пример: trip.pdf
