Kas yra navigacija?

Navigacijos samprata ir reikšmė

Navigacija - tai visuma veiksmų ir priemonių, padedančių nustatyti savo padėtį erdvėje ir joje orientuotis. Keliaudami orientavomės tik pagal kelio ženklus ir didelius popierinius žemėlapius, tačiau šiais laikais net ir nebrangūs mobilieji telefonai padeda orientuotis nežinomoje vietoje. Navigacijos programėlės iš esmės pakeitė mūsų keliavimo būdą, tapdamos nepakeičiamos tiek vykstantiems į parduotuvę, tiek ieškant lankytinų vietų užsienyje. Jos ne tik rodo kelionės maršrutą, bet ir padeda išvengti eismo spūsčių, įspėja apie pavojus kelyje, suteikia galimybę peržiūrėti eismo informaciją, viešojo transporto maršrutų parinktis ir vietines dominančias vietas vos per kelias sekundes.

Teminis navigacijos žemėlapio atvaizdavimas su maršrutu

Pasaulinė padėties nustatymo sistema (GPS)

Kas yra GPS?

GPS (angl. Global Positioning System) - tai Globalinio Pozicijavimo Sistema. Ji yra didelio tikslumo palydovinė radionavigacinė sistema, suteikianti informaciją apie objektų padėtį erdvėje (3D), jų judėjimo greitį, kryptį ir įveiktą atstumą, atstumus iki pasirinktų taškų, apie tikslų vietos laiką duotu momentu, geografinius duotos vietovės saulėtekio/saulėlydžio laikus bei mėnulio fazes. GPS veikia nepriklausomai nuo oro sąlygų, paros ar metų laiko, vienodai bet kokioje pasaulio vietoje.

GPS sistemos komponentai

GPS palydovai

GPS sistemoje naudojami 24 palydovai, priklausantys JAV palydovinės navigacijos sistemai NAVSTAR (angl. Navigation Satellite Time and Ranging). Pirmasis GPS palydovas buvo paleistas 1978 m., o visa 24 palydovų sistema pradėjo veikti 1994 metais. GPS palydovai skrieja 6 orbitinėmis trajektorijomis (po 4 kiekvienoje), orbitų aukštis nuo Žemės paviršiaus yra apie 20180 km.

Kiekvienas GPS palydovas radiosignalais į Žemę perduoda informaciją apie savo buvimo vietą (koordinates), tikslų laiką ir identifikavimo kodą.

  • Svoris: apie 907 kg
  • Ilgis: apie 5 m
  • Siunčiamo radiosignalo dažnis: 1575,42 MHz
  • Siųstuvo galia: apie 50 vatų
Infografika su GPS palydovų sistema Žemės orbitoje

GPS imtuvai

GPS imtuvai - tai prietaisai, priimantys signalus iš GPS palydovų. Juos naudoja vartotojai, esantys Žemės paviršiuje ir aviacijai tinkamame atmosferos sluoksnyje, savo buvimo koordinatėms nustatyti. GPS imtuvą paprastai sudaro dvi pagrindinės dalys - pagrindinis imtuvo mazgas (angl. GPS engine) ir vartotojiška taikomoji programa (interfeisas).

Koordinačių nustatymas ir tikslumas

GPS imtuvas priima signalus iš 3-5 artimiausių GPS palydovų, esančių tiesioginio matomumo zonoje, algoritmais apdoroja gautus signalus ir pateikia vartotojo buvimo vietos koordinates: platumą, ilgumą, aukštį virš jūros lygio, judėjimo greitį ir judėjimo kryptį. Informacija (grafinė ir tekstinė) yra išvedama vartotojui į ekraną. Imtuvas dažniausiai jungiamas prie delninio arba nešiojamo kompiuterio.

Šiuo metu GPS imtuvo vietos nustatymo tikslumas gali siekti nuo 100 metrų iki 1 cm, priklausomai nuo naudojamo imtuvo sudėtingumo, naudojamų matavimo ir apskaičiavimo priemonių bei metodų. Civilinės paskirties arba buitiniais GPS imtuvais nustatomų koordinačių paklaida siekia apie 3-5 m. Naudojant EGNOS sistema, ji gali sumažėti iki 1-1,5 m.

Kur reikia didelio tikslumo, prie GPS imtuvo naudojamas papildomas diferencialinis GPS imtuvas (DGPS). Jis skirtas panaikinti netikslumus, kai GPS signalas iškraipomas netyčia (dėl trukdžių atmosferos sluoksniuose) arba tyčia (selektyvus priėjimas - SA, kai GPS tikslumas tyčia sumažinamas). DGPS imtuvas koordinačių tikslumą gerina antžeminės stoties pagalba, kuri apskaičiuoja palydovo signalo paklaidą ir siunčia „patikslintą“ signalą DGPS imtuvui. DGPS sistema leidžia buvimo vietą apskaičiuoti nuo kelių metrų iki 1 cm tikslumu.

WAAS (angl. Wide Area Augmentation System) yra sistema, kai korekcijos signalą, surinktą iš antžeminių stočių, perduoda specialus geostacionarinėje orbitoje esantis palydovas. Šiuo metu WAAS veikia tik Šiaurės Amerikoje, kur GPS su WAAS sistema paklaida yra mažesnė nei 3 metrai. Kituose regionuose kuriamos panašios sistemos, pvz., Europoje - EGNOS (angl. Euro Geostationary Navigation Overlay Service), Azijoje - Japonijos MSAS (angl. Multi-Functional Satellite Augmentation System).

Norint nustatyti 3D koordinates erdvėje (ilgumą, platumą ir aukštį virš jūros lygio), reikia priimti signalus mažiausiai iš keturių skirtingų palydovų vienu metu. Jei nustatomos tik 2D koordinatės (tik ilgumas ir platumas), vartotojas turi pats įvesti savo esamą aukštį virš jūros lygio. 2D koordinačių nustatymo paklaida paprastai 2-5 kartus viršija vertikalios dedamosios paklaidą.

Naujai paleidžiami NAVSTAR serijos palydovai skirti pakeisti senus, sugedusius ar jau pasibaigusių resursų palydovus, o tai iš esmės nedidina GPS sistemos tikslumo, bet palaiko jos funkcionalumą. Sugedus palydovui, dalis GPS vartotojų gali tam tikrais laiko tarpais pajusti navigacijos sulėtėjimą ar net trumpalaikius trikdžius.

Schema, iliustruojanti GPS signalo priėmimą ir koordinačių nustatymą

GPS veikimą veikiantys veiksniai

Vartotojo koordinačių nustatymo kokybė priklauso nuo GPS transliuojamos informacijos tikslumo, signalo priėmimo sąlygų bei GPS imtuvo kokybės. Saugumo sumetimais GPS transliuojama civilinė informacija gali būti specialiai iškraipoma, įvedant paklaidas (pvz., po rugsėjo 11 įvykių buvo padidinta pozicionavimo informacijos paklaida Europoje).

Signalo priėmimo sąlygas gali pabloginti atmosfera ir aukšti objektai šalia imtuvo (kalnai, tankus miškas, pastatai, tuneliai ir pan.). Normaliam darbui GPS imtuvas turi „matyti“ bent 3 palydovus. Uždaruose daugiaaukščių kiemuose situacija gali pablogėti, darbas visiškai sutriks tunelyje. Automobiliniuose GPS navigacijos aparatuose būna ne mažiau 12 GPS imtuvų kanalų, o kai kurie navigacijos aparatai turi giroskopus, kurie palaiko vidinį sistemos pozicionavimą prapuolus GPS ryšiui (pvz., tunelyje).

Lietus, šlapdriba ir sniegas (trasoje tarp imtuvo ir GPS palydovo) paprastai neturi juntamos įtakos priimamam GPS signalui, išskyrus precizinius geodezinius matavimus. Tačiau sniegas ir ledas, susikaupę ant GPS imtuvo išorinės priėmimo antenos, gali gerokai pabloginti ar visai nutraukti signalų priėmimą. GPS imtuvams kenkia žaibai - iškrova šalia gali visiškai sugadinti imtuvą. Elektros perdavimo linijos dėl žemo dažnio sukeliamų harmonikų trukdymų beveik nepasireiškia GPS signalų priėmime, bet labiau veikia DGPS korekcinius signalus. Stiprūs magnetiniai laukai taip pat neturi pastebimos įtakos GPS priėmimui, neigiamą įtaką paprastai sukelia elektromagnetinių laukų energija, generuojama kompiuterių ir kitų šaltinių.

DGPS imtuvų tikslumą, vartotojui tolstant nuo korekcinius signalus siunčiančios stoties, blogina jonosferos nevientisumai ir trumpalaikiai „iškraipymai“, atsirandantys dėl saulės įtakos. Saulės aktyvumo ciklo metu DGPS paklaida išauga proporcingai atstumui nuo korekcinius signalus siunčiančios stoties, pasiekiant iki 1 m kiekvienam 100 km atstumo. Norint to išvengti, naudojami dviejų dažnių DGPS imtuvai.

Kitos navigacijos sistemos ir vietos nustatymo būdai

Globalinės navigacijos palydovinės sistemos (GNSS)

Be JAV sukurtos ir vystomos GPS sistemos, egzistuoja ir kitos pasaulinės navigacijos palydovinės sistemos, dar vadinamos GNSS:

  • Glonass - Rusijos navigacijos sistema, pradėta kurti dar 1976 metais. Ji veikia panašiai kaip GPS ir pradžioje taip pat buvo skirta kariniams tikslams.
  • Galileo - Europos Sąjungos kuriama navigacijos sistema, kurios tikslas - sumažinti priklausomybę nuo amerikietiškojo GPS ir padidinti tikslumą. Pradėta diegti 2003 metais, turėtų veikti pilnu pajėgumu su 30 kosminių Žemės palydovų, leidžiančių nustatyti koordinates maždaug keturių metrų tikslumu.
  • Compass (dar žinoma kaip BeiDou) - Kinijos kuriama navigacijos sistema, kuri turėtų būti pabaigta 2015 metais ir veikti visame pasaulyje, naudodama 35 kosminius Žemės palydovus.
Pasaulio žemėlapis, rodantis skirtingų GNSS sistemų padengimo zonas

Vietos nustatymas be GPS

Nustatyti savo buvimo vietą galima ne tik turint GPS imtuvą. Šiuolaikiniai mobilieji telefonai naudoja ir kitus būdus:

  • Bevielio WLAN ryšio pagalba: Telefonas randa visus aplinkui esančius WLAN tinklo maršrutizatorius ir nuskaito jų MAC adresus. Duomenis apie įrangos su šiais adresais buvimo vietą saugo tokios kompanijos kaip „Google“ ir „Skyhook“. Pagal šią informaciją ir signalo stiprumą įrenginys nustato buvimo vietą iki 20 metrų tikslumu. Kuo daugiau aplinkui WLAN ryšio šaltinių, tuo tikslesnis nustatymas.
  • Mobiliojo ryšio antenų pagalba: Telefonas nustato artimiausių GSM ryšio antenų buvimo vietą. Kuo arčiau ir kuo daugiau antenų yra aplink mobilųjį telefoną, tuo tiksliau nustatoma buvimo vieta. Miestuose šio būdo paklaida yra apie 50 metrų, o užmiestyje - net iki trijų kilometrų. Tai pats netiksliausias vietos nustatymo būdas, tačiau jis veikia tuneliuose bei požeminėse stovėjimo aikštelėse, kur GPS ryšys nepasiekiamas.

Šiuolaikinės navigacijos programėlės ir jų ypatybės

„Google Maps“: naudojimas prisijungus ir neprisijungus

„Google Maps“ programėlė - puikus pagalbininkas, naudojantis mobiliuosius duomenis, už kuriuos gali tekti mokėti papildomai. Tačiau „Google Maps“ galite patogiai naudoti ir neprisijungę prie interneto. Neprisijungę negalite gauti ėjimo pėsčiomis, važiavimo dviračiais ar viešojo transporto nuorodų, taip pat eismo informacijos, tačiau visos kitos funkcijos veiks kaip įprasta. Neprisijungus, apačioje matysite informaciją, kad naudojatės neprisijungę, o jei ieškoma vieta bus už atsisiųsto žemėlapio ribų, programa tos vietos neras.

Instrukcija „Android“ įrenginiams

Norėdami naudotis „Google Maps“ programėle be interneto, visų pirma turite atsisiųsti reikiamų sričių žemėlapius:

  1. Atidarykite programėlę „Žemėlapiai“ ir spauskite raidelę, esančią viršutiniame dešiniame ekrano kampe, o tuomet rinkitės „Žemėlapiai neprisijungus“.
  2. Atsidariusiame lange matysite savo jau atsisiųstus žemėlapius ir galėsite atsisiųsti naujų. Jei norite atsisiųsti naują žemėlapį, spauskite „Pasirinkite savo žemėlapį“. Tuomet, mažindami arba didindami žemėlapio mastelį, pasirinkite norimos srities žemėlapį - jis turi tilpti mėlynuose rėmeliuose. Po to spauskite „Atsisiųsti“.
  3. Toliau matysite siuntimo informaciją, o atsisiuntus žemėlapiui paspaudę tris taškelius ties pavadinimu, galėsite pakeisti jo pavadinimą, peržiūrėti, ką atsisiuntėte, ištrinti ar atnaujinti žemėlapį.
  4. Kad naudodamiesi žemėlapiais be interneto netyčia nepanaudotumėte mobiliųjų duomenų, galite nustatyti, kad „Žemėlapiai“ prie interneto jungtųsi tik esant Wi-Fi ryšiui. Šią funkciją įjungsite programėlėje paspaudę dešinėje viršutinėje ekrano pusėje esančią raidelę, pasirinkę „Nustatymus“ ir įjungę „Tik Wi-Fi“.

Instrukcija „iOS“ įrenginiams

Norėdami naudotis „Google Maps“ programėle be interneto, visų pirma turite atsisiųsti reikiamų sričių žemėlapius:

  1. Atidarykite programėlę „Google Maps“ ir spauskite raidelę, esančią viršutiniame dešiniame ekrano kampe, tuomet rinkitės „Offline maps“ (žemėlapiai neprisijungus).
  2. Atsidariusiame lange matysite savo jau atsisiųstus žemėlapius ir galėsite atsisiųsti naujų. Jei norite atsisiųsti naują žemėlapį, spauskite „Select your own map“ (pasirinkti savo žemėlapį). Tuomet, mažindami arba didindami žemėlapio mastelį, pasirinkite norimos srities žemėlapį - jis turi tilpti mėlynuose rėmeliuose. Po to spauskite „Download“.
  3. Toliau matysite siuntimo informaciją, o atsisiuntus žemėlapiui paspaudę tris taškelius ties pavadinimu, galėsite pakeisti jo pavadinimą, peržiūrėti, ką atsisiuntėte, ištrinti ar atnaujinti žemėlapį. Atsiųsti žemėlapiai turi galiojimo laiką, kuris matomas prie žemėlapio informacijos. Pasibaigus tam laikui jie niekur nedings - žemėlapiai atsinaujins, kai telefonas bus prijungtas prie interneto.
  4. Kad naudodamiesi žemėlapiais be interneto netyčia nepanaudotumėte mobiliųjų duomenų, galite išjungti „Google Maps“ mobiliuosius duomenis. Tai padarysite įjungę programėlę „Settings“ (nuostatos), toliau - „Mobile data“ (mobilieji duomenys) ir, atsidariusiame sąraše suradę „Google Maps“, išjunkite mobiliuosius duomenis.

Navigacijos programėlės palaiko tarptautinį naudojimą, todėl kaskart, kai planuojate kelionę į užsienį, nepamirškite iš anksto atsisiųsti norimos vietovės žemėlapį - taip jį visuomet turėsite po ranka nepriklausomai nuo to, ar jūsų įrenginys bus prijungtas prie interneto.

Ekrano nuotraukos iš Google Maps programėlės, rodančios atsisiųstų žemėlapių valdymą

Duomenų sauga

Norint užtikrinti saugą, pirmiausia reikia suprasti, kaip kūrėjai renka ir bendrina jūsų duomenis. Duomenų privatumo ir saugos praktika gali skirtis, atsižvelgiant į naudojimą, regioną ir amžių. Ši programa gali bendrinti įrenginio ar kitus ID su trečiosiomis šalimis, o perduodami duomenys šifruojami. Tačiau duomenų ištrinti dažnai nepavyksta.

Papildomos navigacijos programėlių funkcijos

Šiuolaikinės navigacijos programėlės siūlo daug papildomų funkcijų, kurios palengvina keliones:

  • Eismo informacijos gavimas: Navigatoriuose diegiamos technologijos, pranešančios apie kliūtis kelyje ir leidžiančios jų išvengti. Viena jų - RDS-TMC, apie kelyje esančias kliūtis pranešanti radijo ryšiu. Mobiliuoju internetu perduodama informacija (pvz., „TomTom“ paslaugos) leidžia pranešti apie kliūtis ir pateikti daugiau informacijos apie jas.
  • Maršrutų planavimas ir peržiūra: Galite pasirinkti peržiūrėti 3D pastatus palei maršrutą, rasti vietoves ir maršrutus. Svarbu: navigacija ir informacija apie tai, kuria eismo juosta važiuoti, pasiekiama ne visose šalyse ar regionuose ir ne visomis kalbomis.
  • Navigacijos nurodymai balsu: Kai važiuojate į vietą naudodami navigacijos funkciją, galite klausytis nuorodų balsu, kurios naudoja jūsų pasirinktą balso parinktį.
  • Informacijos bendrinimas ir pranešimai apie įvykius kelyje: Galite bendrinti informaciją keliaudami maršrutu, taip padėdami tobulinti Žemėlapius. Jei naudojant navigaciją kitas naudotojas pateiks pranešimą Žemėlapiuose (pvz., apie mobiliuosius greičio matuoklius ar kliūtis), jį matysite žemėlapyje, kai būsite netoliese.
  • Energijos taupymas naudojant navigaciją: Naudokite maitinimo adapterį, kad nereikėtų jaudintis dėl akumuliatoriaus energijos. Jei nereikia matyti ekrano, paspausdami telefono ar planšetinio kompiuterio maitinimo mygtuką išjunkite ekraną.

Navigacijos raida ir taikymas

Navigacijos istorija

Navigacija turi ilgą ir turtingą istoriją, siekiančią tūkstančius metų:

  • Nuo senovės: Švyturiai navigacijoje naudojami nuo neatmenamų laikų, padėdami laivams orientuotis pakrantėse.
  • Nuo viduramžių: Jūrininkai jau naudojo kompasą ir popierinius žemėlapius, siekdami tiksliau nustatyti kryptį ir maršrutą.
  • Nuo 1730-ųjų: Išrastas sekstantas leido nustatyti koordinates pagal dangaus šviesulius.
  • Nuo 1900-ųjų: Henrikui Hercui atradus radijo bangas, jos buvo pritaikytos ir navigacijai. GPS ryšys pradėtas naudoti 1978-aisiais, iš pradžių kariniams JAV tikslams.
  • Nuo 2007-ųjų: Pirmasis telefonas, nustatantis savo padėtį bevielio WLAN tinklo pagalba, buvo pirmosios kartos „Apple iPhone“.
Istorinė navigacijos įrangos raida: kompasas, sekstantas, popierinis žemėlapis

Praktinis navigacijos pritaikymas

Šiandien navigacija plačiai taikoma įvairiose srityse, nuo asmeninių kelionių iki specializuotų veiklų:

  • Vietų paieška: Turėdami GPS įrenginį, galime nesunkiai susirasti, pavyzdžiui, artimiausią degalinę ar restoraną. Tam daugelyje navigatorių yra dideli lankytinų vietų sąrašai.
  • Turistiniai GPS imtuvai: Šie įrenginiai populiarūs tarp turistų, dviratininkų ir sportininkų, nes suteikia daugiau informacijos apie vietovę (aukštį, pėsčiųjų, dviratininkų kelius) nei automobiliniai navigatoriai.
  • Geotagging: Tai galimybė prie nuotraukų ir filmų failų pridėti vietos žymę, nustatytą GPS imtuvu. Tai patogu, tačiau gali kelti ir privatumo riziką.
  • Geocaching: Tai žaidimas GPS imtuvų turėtojams, primenantis lobių ieškojimą. Žaidėjai paslepia nedidelę dėžutę su daiktais, užrašo koordinates ir pasidalina jomis internete, o kiti ieško lobio.
  • Sporto žaidimai: Su GPS funkcija turinčiais telefonais galima žaisti įvairius sportinius žaidimus, pavyzdžiui, „Fastfoot Challenge“, kurio metu žaidėjai bėga vieni nuo kitų realioje aplinkoje.
  • Socialinės programėlės: „Foursquare“, „Gowalla“ ir „Google Latitude“ leidžia dalintis savo buvimo vieta su draugais, pažymėti apsilankymus vietose, o kartais už tai gauti nuolaidų.
  • Artimųjų, darbuotojų sekimas: Mobilieji telefonai ir specialios GPS „blakės“ (angl. GPS „Tracker“) leidžia sekti artimųjų, pavyzdžiui, vaikų ar darbuotojų, buvimo vietą. Tam net nebūtinas GPS imtuvas, vietos nustatymui gali būti naudojamos mobiliojo ryšio antenos. Šiam sekimui būtinas sekamojo asmens sutikimas.

tags: #kas #yra #navigacija

Populiarūs įrašai: