Файл: Л. К. Радченко навигационная картография новосибирск сгугиТ 2017.pdf

13 бин способом отметок, препятствий разного рода для движения судов, особенностей береговых линии и прибрежных объектов, важных для на- вигации. К началу XX в. имелись навигационные карты на все моря, по которым осуществлялись регулярное движение судов.
15 апреля 1924 г. в США вышел в свет первый автомобильный атлас издательства RandMcNally. Семью годами ранее издатели предложили нумеровать дороги, что впоследствии стало традиционным для автомобиль- ных атласов и карт во всем мире. Дорожный атлас RandMcNally выходит в
Северной Америке ежегодно и считается наиболее авторитетным [6].
1962 г. создана схема маршрутов городского транспорта на террито- рию г. Москвы из серии «Как проехать по Москве».
1976 г. издана карта «Достопримечательности г. Москвы», на этой карте достопримечательности изображены объемными.
1978 г. издана подробная схема муниципального транспорта г. Моск- вы. Эта схема состоит из следующих объектов: линий трамваев, троллей- бусов, автобусов, маршрутных такси, автовокзалов, железнодорожных станций, музеев и выставок, театров и концертных залов, кинотеатров, гостиниц, универмагов, пристаней и аэровокзалов.
Большую роль в Советском союзе играли атласы автомобильных до- рог. Такие атласы были в бардачке у каждого автолюбителя.
В России в 2002 г. издано «Руководство по созданию атласов автомо- бильных дорог субъектов РФ».
В современных условиях произошел переход от бумажных навигаци- онных карт различного содержания к цифровым навигационным картам и приложениям.

14
Картография – область науки, техники и производства, охватывающая изучение, создание и использование картографических произведений [7].
Космическая навигация. Космическая навигация – наука, которая зани- мается навигацией космических аппаратов и навигацией наземных, воз- душных, морских и космических объектов по наблюдениям космических аппаратов [8].
Мультимедийная картография – это сочетание разнообразных мето- дов, приемов картографии и мультимедиа, программных и технических средств, позволяющих осуществлять интеграцию картографического изо- бражения и другой информации в форме текста, звукового сопровожде- ния, графиков, фотографий, видеосюжетов, рисунков, анимации, двух и трехмерных моделей [9].
Геоинформационное картографирование – отрасль картографии, от- ражающая тесную взаимосвязь картографии, геоинформатики и дистан- ционного зондирования, развивающаяся как прямое продолжение систем- ного картографирования в новой геоинформационной среде. Геоинформа- ционное картографирование занимается созданием различных ГИС [7].
Сетевое моделирование. В основе сетевого моделирования лежит изображение планируемого комплекса работ с помощью теории графов.
Веб-картографирование. Веб-картография ознаменовала собой демо- кратизацию доступа широких слоев компьютерных пользователей к гео- графическим данным. С момента своего зарождения в середине 1990-х гг. и до настоящего времени данные технологии прошли значительный путь развития. В результате возникли два важнейших типа современных веб- карт: распределенные картографические веб-сервисы и коллективные веб- карты [9].

15
2.
СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ, ОБЩАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА И РАЗВИТИЕ
2.1.
Понятие навигации и ее виды
Навигация (от. лат. navigatio, navigo – плыву на судне) – наука о спо- собах выбора пути и методах вождения судов, летательных аппаратов
(воздушная навигация, аэронавигация) и космических аппаратов.
К задачам навигации относятся: нахождение оптимального маршрута
(траектории), определение местоположения, направления и значения ско- рости, а также других параметров движения объектов [10].
По виду измерений, положенных в основу навигации, различают ас- трономическую, инерциальную и радионавигацию [8].
Астрономическая навигация – комплекс методов определения нави- гационных параметров объекта, основанный на использовании электро- магнитного излучения астрономических объектов. В основе астрономиче- ской навигации лежит метод лунных расстояний, который применялся для определения даты и времени. Чтобы этот метод начал работать на практи- ке, создали таблицы, которые на моменты местного времени дают рас- стояния между Луной и различными звездами для положения с известной долготой. Проблема была в том, что положения звезд не были точно из- вестны, а движение Луны было совершенно непонятно. Предсказание лунных орбит для их использования в навигации было главной причиной для основания Парижской обсерватории в 1675 г.
Инерциальная навигация. Период инерциальной навигации начался с
XX в. с бурного развития радио, авиации, подводного флота, ракетной техники. Метод инерциальной навигации основан на способности гироск- па обеспечивать стабильное положение своей оси в инерциальном про- странстве.
Радионавигация решает теоретические вопросы и практические прие- мы вождения судов и летательных аппаратов с помощью радиотехниче-

16 ских средств и устройств. Радионавигационные системы используют ос- новные принципы распространения радиоволн. Существуют следующие типы радионавигации: наземные радионавигационные системы и спутни- ковые радионавигационные системы.
2.2.
Краткая историческая справка о развитии
спутниковой навигации
Эра спутниковой навигации получила свое развитие после запуска искусственных спутников Земли (ИСЗ). В 1957 г. в СССР был запущен первый спутник, в 1960 г. появился первый навигационный спутник
ТРАНЗИТ (США). От отдельных навигационных спутников перешли к созданию навигационных систем. Системы первого поколения ТРАНЗИТ
(США) и Цикада (СССР) были созданы в 1970-е гг. В 1980-е гг. началась разработка и эксплуатация навигационных систем второго поколения
NAVSTAR и ГЛОНАСС, а в третьем тысячелетии – Галилео (Евросоюз),
Бэйдоу (Китай) и другие [8].
Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) появились в середине 60-х гг. XX в., практически сразу после запуска первого совет- ского спутника. Сначала появилась американская военно-морская навига- ционная система Transit. Ответом Советского Союза стала навигацион- ная система Цикада. Эти две системы называют системами первого по- коления. Такая же параллельная разработка продолжилась в навигаци- онных системах второго поколения в 80-е гг. В США была создана сис- тема GPS, а в СССР – ГЛОНАСС. В настоящее время на смену навига- ционным системам второго поколения приходят модернизированные навигационные космические системы. После 2000 г. началась разработ- ка навигационных систем Евросоюзом (Галилео), Китаем (Бэйдоу),
Японией (QZSS), Индией (IRNS).
Общие сведения о GPS. Система GPS была разработана, создана и поддерживается Министерством обороны США. Правильное название системы – NAVSTAR (Navigation System for Timingand Ranging, т. е. нави- гационная система для измерения времени и дальностей), но обычно о ней говорят, как о GPS (Global Positioning System, т. е. система глобального

17 позиционирования). Система начала работать с 1978 г., когда был запущен первый спутник BlockI. К 1988 г. число спутников было доведено до 24, однако о полных операционных возможностях GPS было объявлено только в 1995 г. В космический сегмент GPS входит созвездие из 24 ос- новных и 3 запасных спутников, а также космодром, с которого они за- пускаются.
На октябрь месяц 2016 г. в составе GPS числится 32 спутника, из них по целевому назначению используется 31 спутник.
Общие сведения о системе ГЛОНАСС. Российская среднеорбитальная
ГНСС ГЛОНАСС предназначена для непрерывного и высокоточного оп- ределения пространственного положения, времени, а также скорости для различных видов потребителей в любой точке Земли и околоземного про- странства. Развертывание орбитальной группировки ГЛОНАСС началось с запуска первого спутника ГНСС «Космос 1413» 12 октября 1982 г. В со- ответствии с указом Президента РФ официальное использование
ГЛОНАСС началось с промежуточного созвездия спутников с 24 сентября
1993 г., а штатная эксплуатация системы началась с конца 1995 г., когда орбитальная группировка объединила 24 рабочих спутника.
На октябрь месяц 2016 г. в составе ГЛОНАСС числится 27 спутников, из них по целевому назначению используется 21 спутник.
Общие сведения о системе Галилео. Европейская спутниковая радио- навигационная система Галилео разрабатывается по инициативе Европей- ского союза и Европейского космического агентства (ЕКА). Система предназначена для решения геодезических и навигационных (транспорт- ных) задач. В проекте предусматривается создание глобальной системы под гражданским управлением. Система будет включать глобальный
(космический), региональный и локальный компоненты, а также приемни- ки пользователей и терминалы.
Космический сегмент Галилео состоит из 30 спутников (27 операци- онных и 3 резервных).
Общие сведения о системе Бейдоу. Китай начал активно осваивать космос с 1970-х гг., когда запустил свой первый спутник. Идея о спутни- ковой навигации преследовалась с начала 1980-х гг. в соответствии с кон- цепцией региональной системы из двух геостационарных спутников для

18 определения положения методом двухстороннего измерения дальностей.
В 1989 г. два спутника связи успешно были использованы для первых ис- пытаний по программе Twin-Star. В 1993 г. Китай решил создать собст- венную навигационную систему, названную Бэйдоу (Beidou, английский эквивалент «Big Dipper», Большой ковш, краткое название BDS). Тремя главными задачами системы Бэйдоу являются определение положений, синхронизация времени и связь.
Космический сегмент Бэйдоу состоит из 30 спутников (27 операцион- ных и 3 резервных) [8, 11].
2.3.
Применение спутниковой навигации
Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измере- нии расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точно- стью. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы и используя обычные геометрические построения, можно вычислить поло- жение объекта в пространстве. В настоящее время ГНСС широко исполь- зуются для ориентирования человека в пространстве или для выбора крат- чайшего и удобного для него пути.
В последнее время ГНСС все больше внедряются во многие отрасли экономики, уверенно входят в повседневную жизнь. Практически весь транспорт, энергетика, связь, транспортировка нефти и газа, разведка ме- сторождений и многие другие отрасли экономики, вплоть до сельского хо- зяйства и коммунальных служб, используют спутниковые навигационные системы для определения координат и синхронизации часов, организации контроля и управления. В будущем сферы применения ГНСС будут толь- ко расширяться. Именно поэтому ГНСС, будучи основой систем коорди- натно-временного и навигационного обеспечения (КВНО), являются стра- тегическим средством, относящимся к особо важной государственной ин- фраструктуре, которая обеспечивает как национальную безопасность, так и экономическое развитие и, следовательно, становятся неотъемлемой ча- стью мировой глобальной инфраструктуры [12, 13].

19
2.4.
Перспективы развития спутниковой навигации
Общее направление модернизации спутниковых систем GPS и
ГЛОНАСС связано с повышением точности навигационных определений, улучшением сервиса, предоставляемого пользователям, повышением сро- ка службы и надежностью бортовой аппаратуры спутников, улучшением совместимости с другими радиотехническими системами и развитием дифференциальных подсистем.
В рамках новой Программы развития ГЛОНАС предусматривается:
– поддержание системы ГЛОНАСС с гарантированными характери- стиками навигационного поля на конкурентоспособном уровне;
– развитие системы ГЛОНАСС в направлении улучшения ее тактико- технических характеристик с целью достижения ее паритета с иностран- ными системами навигационного обеспечения, занятия лидирующих по- зиций Российской Федерации в области спутниковой навигации;
– обеспечение использования системы ГЛОНАСС как на территории
Российской Федерации, так и за рубежом.
В настоящее время существуют несколько направлений использова- ния технологии ГЛОНАСС, одним из которых является создание государ- ственной системы экстренного реагирования при авариях «ЭРА-
ГЛОНАСС». Главная ее задача – это повышение безопасности на транс- порте. Автомобильные терминалы «ЭРА-ГЛОНАСС» по желанию вла- дельцев автомобилей могут применяться для оказания целого комплекса дополнительных услуг, связанных с навигацией, информационным обме- ном, удаленной диагностикой транспортных средств и т. д.
Планируется, что инфраструктура, созданная в рамках проекта «ЭРА-
ГЛОНАСС», станет основой для развития в России навигационно- информационных систем, сервисов и оборудования на базе технологий
ГЛОНАСС в интересах всех категорий пользователей. Принцип работы этой системы следующий: в случае аварии необходимая информация о транспортном средстве, включая его точные координаты, автоматически передается в диспетчерский пункт системы-112. Диспетчер, связавшись с водителем и получив подтверждение об аварии, организует выезд на ме-

20 сто происшествия служб экстренного реагирования (МЧС, ГИБДД, скорая помощь).
Следующей разработкой являются интеллектуальные транспортные системы (ИТС) городов, которые смогут обеспечивать высокое качество транспортного обслуживания и безопасность на транспорте. Планируется, что в результате функционирования ИТС регулярность движения пасса- жирского транспорта возрастет до 99,9 %, экономия на ГСМ составит
20 %, а скорость прибытия бригад скорой помощи возрастет на 10 % [11].
В целях обеспечения национальной безопасности, проведения незави- симой политики в области спутниковой навигации, повышения эффектив- ности управления движением транспорта, уровня безопасности перевозок пассажиров, специальных и опасных грузов, а также совершенствования геодезических и кадастровых работ Правительство Российской Федерации выпустило Постановление «Об оснащении транспортных технических средств и систем аппаратурой спутниковой навигации» [14].
В нем дана информация о том, какие транспортные средства подлежат оснащению спутниковой навигационной аппаратурой, а также условия оснащения этой аппаратурой.
2.5.
Устройства для использования навигационных систем
Технический прогресс в области развития цифровой техники, геоин- формационных и спутниковых технологий сделал мобильную навигацию доступной для миллионов пользователей по всему миру. В настоящее время на российском рынке имеются следующие устройства для исполь- зования навигационных систем:
– смартфоны;
– персональные компьютеры;
– пешеходные навигаторы (предназначены для длительного автоном- ного использования в условиях пеших путешествий);
– ручные навигаторы (используют для спортивного ориентирования, скалолазания, бега);

21
– мотоциклетные навигаторы (сделаны по образцу автомобильных навигаторов с небольшими изменениями: компактный корпус имеет спе- циальное крепление на руль, питание автономное, на батарейках);
– автомобильные навигаторы, встроенные навигационные системы с видеорегистраторами;
– авиационные и морские системы (узкоспециализированные системы).
Различие в точности между бытовыми навигаторами и специализиро- ванным геодезическим оборудованием обусловлено размерами и конст- рукцией антенны, наличием функции обработки получаемых сырых GPS данных (raw data) и дополнительной коррекцией координат по частоте L2
(в отличие от обработки только частоты L1 в бытовых навигаторах).
На этих устройствах установлены полноценные операционные систе- мы с возможностью значительной модификации, такие, как Symbian,
Windows Mobile, Palm OS, GNU/Linux, iOS, Android и другие.