Хабрахабр

Новое спортивное ориентирование: как самостоятельно определить свое местоположение

image
Кадр из фильма “Вверх” (2009)

Геоданные нужны огромному числу приложений — от навигаторов до программ, напоминающих о событии рядом с конкретным местом. Поэтому многие компании разрабатывают сервисы, использующие данные о местоположении — Location Based Services (LBS).

Компании предлагают разные подходы к поиску альтернативы этой технологии. Для решения этой задачи возможностей GPS недостаточно: GPS хуже работает в помещениях, и даже на открытой местности поиск спутника иногда занимает продолжительное время. Например, c 2006 года, когда началось партнерство с компанией Cognio, Cisco работает над позиционированием с помощью Wi-Fi.

Об этом способе сегодня расскажем подробнее.
image
На базе стандартного телефона сети GSM можно построить систему определения его местоположения, но для этого телефон должен «знать», где находятся базовые станции Другой вариант определения местоположения — использование данных ближайших GSM-вышек.

После соревнований у спортсмена остается карта и записанный трек, с помощью которого можно оценить эффективность прохождения маршрута. На конкурсах формата «спортивное ориентирование», где цель соревнующихся — прохождение неизвестной трассы с помощью карты и компаса, GPS используют для сохранения данных маршрута (например, с помощью программы GPSSeuranta).

При этом участник соревнования может иметь при себе лишь часы со встроенным GPS-приемником. На крупных соревнованиях используют программы, с помощью которых можно наблюдать за движением спортсменов на дистанции в реальном времени.

Теперь появилась возможность наладить прямой контакт между тренером и спортсменом, выполняющим технические действия на местности. Использовать GPS для ориентирования на официальных соревнованиях не разрешается, однако приемник приходит на выручку во время тренировок.

Другие методы в различных стандартах радиосвязи демонстрируют точность от десятков километров до 50 м в WCDMA и LTE. Точность определения координат GPS-приемниками в горизонтальной плоскости составляет примерно 1-2 метра (при условии хорошей видимости небосвода).

Методом time of arrival, а также некоторыми другими способами можно получить круг радиусом 100-500 метров (и даже меньше) с центром в месте установки базовой станции. Спортсмен, который хочет расширить свои навыки ориентирования, может очертить на карте круг вокруг базовой станции радиусом до 32 км. Де-факто определяется не точное месторасположение, а статистическая вероятность нахождения между рядом ориентиров.

Гибридные системы позиционирования сочетают сетевые и мобильные технологии для определения местоположения. Если речь идет не о соревнованиях на открытой местности, то для определения местоположения абонента в помещении можно применять Bluetooth, WLAN, RFID, NFC, Co-Pilot Beacon для сетей CDMA, Ultra-Wide Band и Wi-Fi. К примеру, Assisted GPS использует GPS и информацию из сети о наиболее доступных спутниках и интенсивности их сигнала.

Альтернатива GPS: сервисы и приложения

image
(с)

Например, швейцарская национальная команда использует GPS-анализ в качестве важного инструмента при подготовке к основным чемпионатам. GPS остается основным инструментом для оценки эффективности прохождения трасс. Но эксперименты с улучшением методик ориентирования продолжаются – для этих целей некоторые компании предоставляют альтернативы навигационным спутникам.

Для сбора геолокационной информации они сканируют сети, используют мобильные приложения или покупают данные у самих операторов. Услуги определения местоположения без GPS кроме сотовых операторов предоставляют компании Altergeo, Skyhook Wireless, Google (проект Latitude, включенный в карты) и другие. В большинстве случаев компаниям достаточно знать местоположение самих базовых станций и уровень сигнала на близлежащих территориях.

Существуют методы для самостоятельного определения местоположения. Но не нужно быть корпорацией, чтобы иметь доступ к этой услуге. В результате вы сможете получать данные от базовых станций, включая уникальные идентификаторы сотовых ячеек и уровень сигнала БС. Метод Enhanced Observed Time Difference, подразумевает использование внешнего софта или различных команд, которые можно написать самостоятельно, имея root-права на телефоне. Точка пересечения этих кругов может считаться вероятным местоположением абонента. Используя полученную информацию, вокруг станций можно «очертить» круги в соответствии с уровнями сигнала.

Информацию о точном местоположении вышек можно собрать самостоятельно, получить у оператора связи (если оператор предоставляет такие услуги), или взять из независимого открытого источника OpenCellID. Однако помимо этого вам понадобится доступ к базе данных координат вышек связи. В последнем случае сложно гарантировать точность, но бесплатный вариант — это лучший выбор, если у вас нет другого доступа к базе фактических данных по вышкам.

Улучшенная наблюдаемая разница во времени

image
(с)

Они отличаются лишь в степени погрешности определения координат, заложенных в расчет, а также изначальном положении устройства относительно базовых станций. Метод Enhanced Observed Time Difference (E-OTD) опирается на различные способы мультилатерации: круговой или гиперболический. В остальном расчеты идентичны.

image

BTS — базовая станция, d— геометрическое расстояние от мобильного телефона до базовой станции (с)

Для точного расчета координат нужно, по меньшей мере, три базовых станции, затем методом триангуляции находится положение телефона. В E-OTD измеряется время одновременного прохождения сигнала от базовой станции до устройства, а также до другой базовой станции.

Поскольку метод требует наличия специального программного обеспечения в телефоне, система определения местоположения E-OTD использовалась менее широко, чем система U-TDOA.

Разница во времени приёма

image
(с)

Метод подразумевает измерение времени между отправкой сигнала на базовую станцию и получением ответа без использования оборудования оператора связи — телефон «наблюдает» разницу во времени поступления сигналов от разных базовых станций. В радиолокации гиперболическое позиционирование – это процесс определения положения, основанный на разнице во времени приема (Time Difference of Arrival, TDOA) сигнала, излучаемого объектом в направлении трёх или более приемников. Эти данные называют «наблюдаемое различие во времени» (observed time difference, OTD).

Используя информацию из нескольких LMU, U-TDOA вычисляет местоположение мобильного телефона c помощью всё того же метода мультилатерации. U-TDOA — Uplink-Time Difference of Arrival — определяет местоположение в зависимости от времени, которое требуется для прохождения сигнала с мобильного телефона на каждый из чувствительных приемников, называемых Location Measurement Units (LMU).

В результате U-TDOA может использоваться для любого телефона. Поскольку U-TDOA — это сетевая технология определения местоположения, она не требует, чтобы в телефон был встроен специальный чип или дополнительное программное обеспечение. Минус подобного решения — доступ к технологии имеет только сам владелец базовых станций.

Метод позволяет добиться точности определения местоположения в диапазоне от 50 до 100 метров, что превосходит возможности E-OTD и практически сравнимо с AGPS.

Способ обнаружения местоположения не может быть отключен пользователем телефона (только если выключить сам телефон) и работает как в помещениях, так и на улице. U-TDOA позволяет находить с очень высокой точностью даже те телефоны, которые не поддерживают GPS. obfuscate — делать неочевидным, запутанным, сбивать с толку). Теоретически, скрыть свое реальное местоположение и при этом остаться пользователем системы возможно лишь с помощью метода, основанного на технологии обфускации координат (от англ. Технология позволяет искусственно вставлять в данные измерений некоторые поддельные точки.

Для всех остальных – это просто еще одна удобная коммерческая услуга, которая давно перестала удивлять. Самостоятельное определение координат на сегодняшний день несет исключительно спортивный интерес — для тех, кто хочет узнать больше о возможностях современных сотовых сетей.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть