Zastosowania GNSS - GNSS applications

Odbiorniki Globalnego Systemu Nawigacji Satelitarnej (GNSS) wykorzystujące system GPS , GLONASS , Galileo lub BeiDou są wykorzystywane w wielu zastosowaniach. Pierwsze systemy zostały opracowane w XX wieku, głównie po to, aby pomóc personelowi wojskowemu znaleźć drogę, ale świadomość lokalizacji szybko znalazła wiele zastosowań cywilnych.

Nawigacja

• Samochody mogą być wyposażone w odbiorniki GNSS w fabryce lub jako wyposażenie posprzedażowe . Jednostki często wyświetlają ruchome mapy i informacje o lokalizacji, prędkości, kierunku oraz pobliskich ulicach i ciekawych miejscach .

Odbiornik GPS w cywilnym zastosowaniu samochodowym.

• Systemy nawigacji lotniczej zwykle mają ruchomy wyświetlacz mapy i często są podłączone do autopilota w celu nawigacji po trasie. Odbiorniki GNSS montowane w kokpicie i szklane kokpity pojawiają się w samolotach lotnictwa ogólnego wszystkich rozmiarów, wykorzystując technologie takie jak WAAS lub LAAS w celu zwiększenia dokładności. Wiele z nich posiada certyfikaty uprawniające do wykonywania lotów według wskazań przyrządów , a niektóre mogą być również wykorzystywane do operacji podejścia końcowego i lądowania, jak we wspólnym systemie podejścia precyzyjnego i lądowania . Piloci szybowcowi używają rejestratorów lotu GNSS do rejestrowania danych GNSS weryfikujących ich przybycie na punkty zwrotne w zawodach szybowcowych oraz do uzyskiwania informacji pomocnych w podejmowaniu decyzji na trasie lotów szybowcowych .
• Łodzie i statki mogą używać GNSS do nawigacji po wszystkich jeziorach, morzach i oceanach świata. Morskie jednostki GNSS zawierają funkcje przydatne na wodzie, takie jak funkcje „człowiek za burtą” (MOB), które umożliwiają natychmiastowe oznaczenie miejsca wypadnięcia osoby za burtę, co upraszcza akcję ratowniczą. System GNSS można podłączyć do samosterownego urządzenia sterowniczego statku i ploterów nawigacyjnych za pomocą interfejsu NMEA 0183 . GNSS może również poprawić bezpieczeństwo ruchu morskiego poprzez włączenie AIS .

Urządzenie GPS pokazujące podstawowy punkt trasy i informacje o śledzeniu, zwykle wymagane do uprawiania sportów na świeżym powietrzu i do celów rekreacyjnych

• Ciężki sprzęt może wykorzystywać GNSS w budownictwie, górnictwie i rolnictwie precyzyjnym . Ostrza i łyżki sprzętu budowlanego są sterowane automatycznie w systemach naprowadzania maszyn opartych na GNSS . Sprzęt rolniczy może wykorzystywać GNSS do automatycznego sterowania lub jako pomoc wizualną wyświetlaną na ekranie dla kierowcy. Jest to przydatne przy kontrolowanym ruchu i uprawach rzędowych oraz podczas opryskiwania. Maszyny do zbioru z monitorami plonów mogą również używać GNSS do tworzenia mapy plonów wybiegów, na których zbierane są plony.
• 

  Rower z GPS (po lewej) i licznikiem rowerowym
  Rowerzyści często używają GNSS podczas wyścigów i wycieczek. Nawigacja GNSS umożliwia rowerzystom wyznaczenie kursu z wyprzedzeniem i podążanie tym kursem, który może obejmować cichsze, węższe ulice, bez konieczności częstego zatrzymywania się, aby zapoznać się z oddzielnymi mapami. Odbiorniki GNSS zaprojektowane specjalnie do jazdy rowerem mogą zawierać funkcje mapowania „zorientowane na ulicę” lub mogą być zorientowane na rejestrowanie postępów rowerzysty na trasie. Dane te można przeglądać po przejażdżce, aby poinformować kierowcę o treningu lub planowaniu zawodów, lub przesłać do usług online, które umożliwiają motocyklistom przeglądanie i porównywanie jazd.
• Wędrowcy , wspinacze , a nawet zwykli piesi w środowiskach miejskich lub wiejskich mogą korzystać z GNSS do określenia swojej pozycji, z odniesieniem do oddzielnych map lub bez. Na odizolowanych obszarach zdolność GNSS do określenia dokładnej pozycji może znacznie zwiększyć szanse na ratunek, gdy wspinacze lub wędrowcy są niepełnosprawni lub zgubieni (jeśli mają środki komunikacji z ratownikami).
• Dostępny jest sprzęt GNSS dla osób niedowidzących .
• Statki kosmiczne używają GNSS jako narzędzia nawigacyjnego. Dodanie odbiornika GNSS do statku kosmicznego umożliwia precyzyjne określenie orbity bez naziemnej stacji śledzącej . To z kolei umożliwia autonomiczną nawigację statku kosmicznego , latanie w szyku i autonomiczne spotkanie. Użycie GNSS na orbitach MEO, GEO, HEO i wysoce eliptycznych jest możliwe tylko wtedy, gdy odbiornik może odbierać i śledzić znacznie słabsze (15-20 dB) sygnały listka bocznego GNSS. To ograniczenie konstrukcyjne i środowisko radiacyjne występujące w kosmosie uniemożliwiają użycie odbiorników COTS . Satelitom na niskiej orbicie okołoziemskiej łatwiej jest używać GNSS. Jedna taka konstelacja obsługiwana przez Orbcomm wykorzystuje odbiorniki GPS na wszystkich satelitach. Chiny przeprowadziły kilka eksperymentów z wykorzystaniem tanich jednoczęstotliwościowych odbiorników GPS COTS zainstalowanych na satelitach serii Yaogan -30 (YG30; LEO) i Fengyun -3C (FY3C; SSO ) z korzystnymi wynikami; Korzystanie z wielu systemów jednocześnie pomaga w orbitach polarnych FY3C, umożliwiając widoczność większej liczby satelitów GNSS.

Geodezja i mapowanie

• Systemy mapowania i informacji geograficznej (GIS) - Większość odbiorników GNSS klasy mapowania wykorzystuje dane fali nośnej tylko z częstotliwości L1, ale ma precyzyjny oscylator kwarcowy, który zmniejsza błędy związane z jitterem zegara odbiornika . Pozwala to na błędy pozycjonowania rzędu jednego metra lub mniej w czasie rzeczywistym, z różnicowym sygnałem GNSS odbieranym za pomocą oddzielnego odbiornika radiowego. Dzięki przechowywaniu pomiarów fazy nośnej i przetwarzaniu końcowemu danych w różny sposób, możliwe są błędy pozycjonowania rzędu 10 centymetrów w tych odbiornikach.
  • Kilka projektów, w tym OpenStreetMap i TierraWiki , pozwala użytkownikom na wspólne tworzenie map, podobnie jak wiki , przy użyciu odbiorników GPS klasy konsumenckiej.
• Geofizyka i geologia - bardzo precyzyjne pomiary odkształcenia skorupy ziemskiej można wykonywać za pomocą różnicowego GNSS, znajdując względne przemieszczenie między czujnikami GNSS. Wiele stacji rozmieszczonych wokół aktywnie odkształcającego się obszaru (takiego jak wulkan lub strefa uskoków ) może służyć do wykrywania naprężeń i ruchu podłoża. Pomiary te można następnie wykorzystać do zinterpretowania przyczyny odkształcenia , na przykład wału lub progu pod powierzchnią aktywnego wulkanu.
• Archeologia - gdy archeolodzy wykopują jakieś stanowisko, generalnie tworzą trójwymiarową mapę tego miejsca, z wyszczególnieniem miejsca znalezienia każdego artefaktu.

• Geodezja - Odbiorniki GNSS klasy geodezyjnej mogą być używane do pozycjonowania znaczników geodezyjnych , budynków i budowy dróg . Urządzenia te wykorzystują sygnał z częstotliwości GPS L1 i L2. Mimo że dane kodu L2 są szyfrowane , fala nośna sygnału umożliwia korektę niektórych błędów jonosferycznych . Te dwuczęstotliwościowe odbiorniki GPS zwykle kosztują 10 000 USD lub więcej, ale mogą mieć błędy pozycjonowania rzędu jednego centymetra lub mniej, gdy są używane w trybie GPS z różnicą fazy nośnej .
• Przemysł odbiorników GNSS klasy geodezyjnej obejmuje stosunkowo niewielką liczbę głównych graczy, którzy specjalizują się w projektowaniu złożonych odbiorników GNSS o podwójnej częstotliwości , zdolnych do precyzyjnego śledzenia faz nośnych wszystkich lub większości dostępnych sygnałów w celu uzyskania dokładności względnego pozycjonowania w dół do wartości na poziomie cm wymaganych przez te aplikacje. Najbardziej znane firmy to Javad, Leica , NovAtel , Septentrio , Topcon i Trimble .

Inne zastosowania

• Wojskowe precyzyjnie kierować amunicji - Wiele rodzajów broni, w tym bomby JDAM , Excalibur 155 mm pociskiem artyleryjskim , wykorzystywać GNSS, aby poprowadzić ich do celu.
• Precyzyjne odniesienie czasowe - Wiele systemów, które muszą być dokładnie zsynchronizowane, wykorzystuje GNSS jako źródło dokładnego czasu. GNSS może służyć jako zegar odniesienia dla generatorów kodu czasu lub serwerów czasu NTP ( Network Time Protocol ) . Czujniki (do sejsmologii lub innych zastosowań monitorujących) mogą wykorzystywać GNSS jako precyzyjne źródło czasu. Time-Division Multiple Access Sieci (TDMA) komunikaty często opierają się na tej precyzyjnej synchronizacji sprzętu generującego synchronizacja RF, sprzętu sieciowego i multipleksery .
• Mobilna komunikacja satelitarna - Systemy łączności satelitarnej wykorzystują antenę kierunkową (zwykle „talerz”) skierowaną na satelitę. Na przykład antena na poruszającym się statku lub pociągu musi być skierowana na podstawie jej aktualnej lokalizacji. Nowoczesne kontrolery anten zwykle zawierają odbiornik GNSS, aby zapewnić te informacje.
• Usługi ratunkowe i oparte na lokalizacji - funkcja GNSS może być wykorzystywana przez służby ratunkowe do lokalizowania telefonów komórkowych. Możliwość zlokalizowania telefonu komórkowego jest wymagana w Stanach Zjednoczonych przez przepisy dotyczące służb ratunkowych E911 . Jednak nie wszędzie taki system istnieje. GNSS jest mniej zależny od topologii sieci telekomunikacyjnej niż radiolokacja kompatybilnych telefonów. Wspomagany GPS zmniejsza zapotrzebowanie na energię telefonu komórkowego i zwiększa dokładność lokalizacji. Położenie geograficzne telefonu może być również wykorzystywane do świadczenia usług opartych na lokalizacji, w tym reklam lub innych informacji związanych z lokalizacją.
  • Gry oparte na lokalizacji - Dostępność ręcznych odbiorników GNSS doprowadziła do takich gier, jak geocaching , które wymagają użycia ręcznego urządzenia GNSS do podróżowania na określoną długość i szerokość geograficzną w celu wyszukiwania obiektów ukrytych przez innych geocacherów. Ta popularna aktywność często obejmuje spacery lub wędrówki do naturalnych miejsc. Geodashing to sport na świeżym powietrzu wykorzystujący punkty trasy .
  • Marketing - niektóre firmy zajmujące się badaniami rynku połączyły systemy GIS i badania oparte na ankietach, aby pomóc firmom zdecydować, gdzie otworzyć nowe oddziały i ukierunkować swoje reklamy zgodnie ze wzorcami użytkowania dróg i społeczno-demograficznymi atrybutami stref mieszkalnych.
• Pasażerowie samolotów - większość linii lotniczych zezwala pasażerom na korzystanie z urządzeń GNSS podczas swoich lotów, z wyjątkiem lądowania i startu, kiedy inne urządzenia elektroniczne są również ograniczone. Mimo że konsumenckie odbiorniki GNSS wiążą się z minimalnym ryzykiem zakłóceń, kilka linii lotniczych nie zezwala na używanie ręcznych odbiorników podczas lotu. Inne linie lotnicze integrują śledzenie samolotów z telewizyjnym systemem rozrywki z oparciem, dostępnym dla wszystkich pasażerów nawet podczas startu i lądowania.
• Informacje o kursie - GNSS może służyć do określania informacji o kursie, nawet jeśli nie został zaprojektowany do tego celu. „Kompas GNSS” wykorzystuje parę anten oddalonych o około 50 cm w celu wykrycia różnicy faz w sygnale nośnej z określonego satelity GNSS. Biorąc pod uwagę pozycje satelity, położenie anteny i różnicę faz, można obliczyć orientację dwóch anten. Droższe systemy kompasu GNSS wykorzystują trzy anteny w trójkącie, aby uzyskać trzy oddzielne odczyty w odniesieniu do każdego satelity. Kompas GNSS nie podlega deklinacji magnetycznej, tak jak kompas magnetyczny i nie wymaga okresowego resetowania, tak jak żyrokompas . Podlega jednak efektom wielościeżkowym.
• Systemy śledzenia GPS wykorzystują GNSS do określenia lokalizacji pojazdu, osoby, zwierzęcia domowego lub ładunku oraz do zapisywania pozycji w regularnych odstępach czasu w celu utworzenia dziennika przemieszczeń. Dane mogą być przechowywane wewnątrz urządzenia lub przesyłane do zdalnego komputera przez radio lub modem komórkowy. Niektóre systemy umożliwiają przeglądanie lokalizacji w czasie rzeczywistym w Internecie za pomocą przeglądarki internetowej.
  • Monitorowanie miejsca pobytu skazanych przestępców seksualnych przy użyciu bransoletki GPS jako warunku zwolnienia warunkowego. Funkcjonariusze organów ścigania mogą przeglądać codzienne przemieszczanie się przestępców za jedyne 5 lub 10 USD dziennie. Śledzenie w czasie rzeczywistym lub natychmiastowe jest uważane za zbyt kosztowne w przypadku śledzenia przestępców za pomocą GPS.
• Geo-fences mogą włączać lub wyłączać urządzenia na podstawie ich lokalizacji.
• Systemy opłat drogowych GNSS pobierają opłaty od użytkowników dróg za pomocą danych z czujników GNSS znajdujących się w pojazdach. Zwolennicy twierdzą, że opłaty drogowe z wykorzystaniem GNSS pozwalają na szereg polityk, takich jak pobieranie opłat drogowych na odległość na drogach miejskich i mogą być wykorzystywane do wielu innych zastosowań w parkowaniu, ubezpieczeniach i emisjach pojazdów. Krytycy twierdzą, że GNSS może prowadzić do naruszenia prywatności ludzi.
• Prognozowanie pogody - pomiar zginania atmosferycznego sygnałów satelitarnych GNSS przez wyspecjalizowane odbiorniki GNSS w satelitach orbitalnych może służyć do określania warunków atmosferycznych, takich jak gęstość powietrza, temperatura, wilgotność i gęstość elektronów. Udowodniono, że takie informacje z zestawu sześciu mikrosatelitów wystrzelonych w kwietniu 2006 r., Zwanych Konstelacją Systemu Obserwacyjnego dla Meteorologii, Jonosfery i Klimatu COSMIC , poprawiają dokładność modeli prognozowania pogody.
• Geokodowanie fotograficzne - Połączenie danych pozycji GNSS ze zdjęciami wykonanymi (zazwyczaj cyfrowym) aparatem fotograficznym pozwala na przeglądanie zdjęć na mapie lub wyszukanie w gazeterze lokalizacji, w których zostały wykonane . Możliwe jest automatyczne dodawanie adnotacji do zdjęć z lokalizacją, którą przedstawiają, poprzez integrację urządzenia GNSS z aparatem, dzięki czemu współrzędne są osadzane na zdjęciach jako metadane Exif . Alternatywnie, znaczniki czasu obrazów można skorelować z dziennikiem śladu GNSS.
• Skoki spadochronowe - Większość komercyjnych stref zrzutu wykorzystuje GNSS, aby pomóc pilotowi w „wypatrzeniu” samolotu we właściwej pozycji, aby wszyscy skoczkowie na ładunku mogli latać z powrotem do lądowiska.
• Sieci bezprzewodowe - technika mapowania i przesyłania dokładnej lub dokładnej lokalizacji sieci bezprzewodowej nazywa się wardriving . Wykorzystuje dane o sile sygnału z adaptera bezprzewodowego i GPS do określenia lokalizacji. Kismet for Linux jest szeroko stosowanym programem do zarządzania urządzeniami.
• Nurkowanie wrakowe - Popularny wariant nurkowania jest znany jako nurkowanie wrakowe. Aby zlokalizować żądany wrak statku na dnie oceanu, GPS służy do nawigacji do przybliżonej lokalizacji, a następnie wrak zostaje znaleziony za pomocą echosondy .
• Sieci społecznościowe - Coraz więcej firm sprzedaje telefony komórkowe wyposażone w technologię GPS, oferując możliwość wskazywania znajomych na niestandardowych mapach, wraz z alertami informującymi użytkownika, gdy impreza znajduje się w zaprogramowanym zakresie. Wiele z tych telefonów oferuje nie tylko funkcje społecznościowe, ale także standardowe funkcje nawigacji GPS, takie jak głosowe polecenia głosowe do nawigacji GPS w pojeździe.

Bibliografia

6. Kilka aplikacji GNSS z narzędziami open source Zastosowania i metody GNSS