Χρήση GPS σε. πολυμέσων

Transcript

1 Χρήση GPS σε εφαρμογές πολυμέσων Σωφρονιάδη Ειρήνη ΓΤΠ

2 Τί είναι το Global Positioning System ; Το GPS είναι το παγκόσμιο σύστημα προσδιορισμού θέσης. Είναι ένα δίκτυο δορυφόρων σε τροχιά που μεταδίδουν στη Γη ακριβείς αναλυτικές πληροφορίες σχετικές με τη θέση τους στο διάστημα. Τις πληροφορίες ρ αυτές δέκτες τις μετατρέπουν σε θέσεις επί της χαρτογραφημένης επιφάνειας της γης.

3 Για τον προσανατολισμό των ανθρώπων και για τον εντοπισμό θέσης από την αρχαιότητα μέχρι τον τελευταίο αιώνα χρησιμοποιήθηκαν : 1 Τα σημεία του ορίζοντα και τα αστέρια από τους αρχαίους λαούς. 2 Αργότερα τεχνικά μέσα όπως η πυξίδα (Κίνα 1000 π.χ.) χρησιμοποιήθηκαν για τον εντοπισμό θέσης. 3 Ο εξάντας ήταν εύχρηστος (1750 μ.χ.) μόνο για τον προσδιορισμό του γεωγραφικού πλάτους. Το χρονόμετρο σε συνδυασμό με τον εξάντα, επέτρεπε τον υπολογισμό του στίγματος των πλοίων με εξαιρετική ακρίβεια.

4 4 LORAN (LOng RAnge Navigation) Ένα από τα πρώτα συστήματα εντοπισμού θέσης που βασίζονταν σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα ( KHz). Αποτελούνταν από ένα δίκτυο σταθμών βάσης και κατάλληλους δέκτες. Tα συστήματα αυτά χρησιμοποιήθηκαν στον εύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο (1939). 5 Το σύστημα GPS ξεκίνησε για στρατιωτικές εφαρμογές και αναπτύχθηκε από τις ΗΠΑ για τις παγκόσμιες κατασκοπευτικές τους δραστηριότητες κατά την περίοδο του Ψυχρού Πολέμου. Ονομάστηκε "NAVSTAR GPS" (Navigation Signal Timing and Ranging Global Positioning System). Ωστόσο, από τις αρχές της δεκαετίας του 1980 και μετά, το GPS είναι διαθέσιμο προς χρήση σε όλους όσοι διαθέτουν ένα δέκτη GPS.

5 Τα τρία τμήματα του GPS Το δορυφορικό τμήμα αποτελείται σήμερα από 30 δορυφόρους. Το τμήμα επίγειων σταθμών ελέγχου που είναι δέκτες σημάτων GPS και φέρουν ατομικά χρονόμετρα που εκτελούν συνεχώς μετρήσεις των ψευδοαποστάσεων, μεγάλης ακρίβειας για τις δορυφορικές θέσεις, για τις παραμέτρους των χρονομέτρων και για τις απαραίτητες μικροδιορθώσεις. Το τμήμα των χρηστών που περιλαμβάνει τους δέκτες GPS οι οποίοι λαμβάνουν,, επεξεργάζονται ξργ τα σήματα και καταγράφουν τις μετρήσεις. Ο δέκτης αποτελείται από την κεραία, τον κυρίως δέκτη και τον υπολογιστή (χειριστήριο καταγραφικό). Η λειτουργία του GPS Tο GPS είναι μία ομάδα δορυφόρων που κινούνται γύρω από τη Γη σε τροχιές, οι οποίες διατάσσονται με τέτοιο τρόπο ώστε να εξασφαλίζεται η δυνατότητα "οπτικής επαφής" με τουλάχιστον τέσσερις από αυτούς, σε οποιοδήποτε σημείο του πλανήτη. Κάθε δορυφόρος μεταδίδει ένα ηλεκτρομαγνητικό σήμα που γίνεται αντιληπτό από ένα δέκτη στη Γη. Ο ενσωματωμένος ηλεκτρονικός υπολογιστής του δέκτη χρησιμοποιεί αυτά τα σήματα για να υπολογίσει την ακριβή απόσταση του από καθένα από τους τέσσερις δορυφόρους και στη συνέχεια να υπολογίσει την ακριβή θέση του, το υψόμετρο του, την ταχύτητα και την κατεύθυνση της κίνησης του. Ο προσδιορισμός αυτός γίνεται με την γεωμετρική θεωρία του τριπλευρισμού (Trilateration) που είναι η διαδικασία του προσδιορισμού της απόλυτης ή της σχετικής θέσης σημείων με τη μέτρηση των αποστάσεων. Και σε ένα ειδικό λογισμικό χαρτογράφησης μπορούν να απεικονιστούν γραφικά - αριθμητικά οι πληροφορίες αυτές.

6 Παγκόσμια δορυφορικά συστήματα Ένα δορυφορικό σύστημα πλοήγησης, με παγκόσμια κάλυψη ονομάζεται Global Navigation Satellite System ( GNSS). Οι Ηνωμένες Πολιτείες έχουν το NAVSTAR ένα Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης (GPS) και η Ρωσία το GLONASS όπου και τα δύο είναι πλήρως ολοκληρωμένα σε παγκόσμιο επίπεδο GNSS. Η Κίνα προωθεί την δημιουργία του Beidou navigation system (Compass MEO) μέχρι το Το Galileo είναι το Ευρωπαϊκό positioning system κατηγορίας GNSS και αναμένετε μέχρι το Τέλος το Ινδικό δορυφορικό σύστημα πλοήγησης (IRNSS) είναι ένα αυτόνομο περιφερειακό σύστημα δορυφορικής πλοήγησης που αναπτύσσεται από τον Ινδικό Οργανισμό ιαστημικής Έρευνας.

7 ορυφορικές Τροχιές

8 Άλλοι τρόποι εντοπισμού θέσης Τ ραντάρ Το ά (RADAR ) είναι ί ένας έ μηχανισμός ό ανίχνευσης ί θέσης θέ το οποίο ί λλειτουργείί με ηλεκτρομαγνητικά κύματα ( GHz) και χρησιμοποιεί την ανάκλαση και το φαινόμενο Doppler για να καθορίσει το εύρος, το υψόμετρο, την κατεύθυνση, ή την ταχύτητα κινούμενων ή και σταθερών αντικειμένων. Τ αδρανειακό Το δ ό σύστημα ύ πλοήγησης λ ή I ti l N Inertial Navigation i ti S System t (INS) είναι ί ένας έ μηχανισμός ό που χρησιμοποιεί έναν υπολογιστή, αισθητήρες κίνησης (επιταχυνσιόμετρα) και αισθητήρες περιστροφής (γυροσκόπια). Το σύστημα αυτό μπορεί να προσδιορίσει την θέση κάποιου κινητού σε σχέση με την αρχική. Ο εντοπισμός κινητού τηλεφώνου GSM (Global System for Mobile Communications) μπορεί να γίνει σε στάση ή σε κίνηση μέσω των ηλεκτρομαγνητικών σημάτων μεταξύ πολλών κεραιών. Βασίζεται στον τριγωνισμό (multilateration), όπου υπολογίζεται η διαφορά του χρόνου μεταξύ τριών λαμβανομένων σημάτων (Time Difference Of Arrival (TDOA) από τις κεραίες εδάφους.

9 Τα πλεονεκτήματα Ο δέκτης δίνει απευθείας την ακριβή θέση του στην επιφάνεια της γης σε καρτεσιανές συντεταγμένες χ, ψ, z. Χρησιμοποιείται κάτω από όλες τις καιρικές συνθήκες όλο το 24ωρο. Απλή διαδικασία μετρήσεων σε μικρό χρόνο μέτρησης. Μπορεί να συνεργαστεί με άλλα συστήματα προσδιορισμού θέσης. Μετά τον αρχικό προσδιορισμό θέσης δεν χρειάζεται επιπλέον επίβλεψη ή χειρισμό. Τα μειονεκτήματα Απαιτεί οπτική επαφή με δορυφόρους (δύσκολη η χρήση σε πυκνοκατοικημένες περιοχές) Παρεμβολές και εισαγωγή σφαλμάτων από πλευρά των ΗΠΑ λόγω του στρατιωτικού χαρακτήρα του συστήματος.

10 Οι κατηγορίες που χρησιμοποιούν πολυμεσικές εφαρμογές GPS : στρατό (π.χ. στρατιωτικά αεροσκάφη, πλοία, πύραυλοι, χρησιμοποιούν πλοήγηση GPS) αεροπορία (π.χ. διαχείριση της διεθνούς εναέριας κυκλοφορίας) θαλάσσιες και πλωτές μεταφορές (π.χ. δρομολόγηση της κυκλοφορίας)

11 εθνική οδό (π.χ. μέτρηση αποστάσεων) τα μέσα μεταφοράς (π.χ. δρομολόγηση αυτοκινήτων) ) σιδηροδρόμους (π.χ. ακριβής θέση της αμαξοστοιχίας για την πρόληψη και αντιμετώπιση συγκρούσεων) ) επικοινωνίες (π.χ. επενδυτικές τράπεζες χρησιμοποιούν το GPS για να συγχρονίσουν τους υπολογιστές του δικτύου τους σε όλο τον κόσμο) )

12 αντιμετώπιση καταστάσεων έκτακτης ανάγκης (π.χ. εντός του αερόσακου του αυτοκινήτου) τοπογραφικά (π.χ. χαρτογράφηση των δρόμων, ο καθορισμός των γραμμών ιδιοκτησίας) δά διάστημα (διαστημικά ά λεωφορεία χρησιμοποιούν επίσης πλοήγηση GPS)

13 προστασία του περιβάλλοντος (π.χ. αντιμετώπιση πυρκαγιάς με φωτογράφηση και άμεσο εντοπισμό της τοποθεσίας) επιβολής του νόμου και νομικές υπηρεσίες (π.χ. παρακολουθήσεις και εντοπισμός κλεμμένων οχημάτων) γεωργίας (π.χ. προγραμματισμό των γεωργικών εκμεταλλεύσεων, χαρτογράφηση, καθοδήγηση τρακτέρ) άτομα με ειδικές ανάγκες (π.χ. παπούτσια με GPS για παρακολούθηση των ανθρώπων που πάσχουν από Αλτσχάιμερ)

14 Τα εμπορικά έσοδα από την χρήση GPS στην Β. Αμερική την περίοδο Precision i Agriculture 6% Survey/ Mapping 8% Machine Control 5% Automotive 39% Marine 33% Timing/Synchro 5% Aviation 4%

15 Συνηθέστερες Συσκευές GPS Θαλάσσιες συσκευέςgps : ειδικά σχεδιασμένες για χρήση επί των θαλασσίων σκαφών, με αδιάβροχο σχεδιασμό και επίσης μπορούν να επιπλέουν. Συχνά περιλαμβάνουν χάρτες ξηράς και της θάλασσας και μια οθόνη που είναι σαφώς ορατή στο φως του ήλιου. Κάποιες από αυτές έχουν την δυνατότητα να προβλέπουν παλίρροιες και βυθομετρήσεις. Tablet PC & Laptop GPS: τα νέα φορητά Tablet PC, τα οποία διαθέτουν, σε σύγκριση με τα smart phones μεγαλύτερη οθόνη και μεγαλύτερη επιλογή προγραμμάτων χαρτογράφησης. Οι συσκευές των laptop p μπορούν να συνδεθούν με ένα δέκτη GPS, ασύρματα μέσω Bluetooth, και έτσι να παρέχουν πλοήγηση σε συνεργασία με ένα πρόγραμμα χαρτογράφησης.

16 Συσκευές αυτοκινήτου GPS: ειδικά για τη χρήση του αυτοκινήτου καθώς συχνά περιλαμβάνουν ενσωματωμένους χάρτες με φωνητικές οδηγίες και επίσης να περιλαμβάνουν οθόνες αφής, καθώς και επιλογές τοποθέτησης. Συσκευές Χειρός GPS: φορητές ελαφριές συσκευές,σε διάσταση τσέπης καθώς και συσκευές σε μορφή ρολογιού χειρός. Cell Phone GPS: είναι τα γνωστά Smart phones που χρησιμοποιούν τους χάρτες της Google και είναι ενσωματωμένοι στη συσκευή του τηλεφώνου. Παρουσιάζουν όμως κάποια μειονεκτήματα όπως κατανάλωση μπαταρίας και μέτριας ευαισθησίας δέκτες.

17

18 Νέες Τεχνολογίες Η εταιρία Raytheon εξελίσσει το OCX που θα αντικαταστήσει το σημερινό λειτουργικό σύστημα ελέγχου του GPS, και θα διατηρήσει τη συμβατότητα μέσω των δορυφόρων (GPS IIF και GPS III). Το νέο σύστημα θα προσφέρει νέες δυνατότητες με πιο εκσυγχρονισμένο σήμα με μεγαλύτερη ασφάλεια και ακρίβεια.

19 Επίλογος Έρευνα που κυκλοφόρησε τον Ιούνιο του 2011 δείχνει ότι το άμεσο οικονομικό κόστος της πλήρους διακοπής GPS σε εμπορικούς χρήστες GPS καθώς και κατασκευαστές GPS εκτιμάται ότι θα είναι 96 δισεκατομμύρια δολάρια ανά έτος στις Ηνωμένες Πολιτείες, που είναι ισοδύναμο του 0,7 τοις εκατό της οικονομίας της Αμερικής.

20 Ευχαριστώ