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).

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

    Другой вариант определения местоположения — использование данных ближайших GSM-вышек. 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

    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). После соревнований у спортсмена остается карта и записанный трек, с помощью которого можно оценить эффективность прохождения маршрута.

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

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

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

    Спортсмен, который хочет расширить свои навыки ориентирования, может очертить на карте круг вокруг базовой станции радиусом до 32 км. 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. Де-факто определяется не точное месторасположение, а статистическая вероятность нахождения между рядом ориентиров.

    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. Гибридные системы позиционирования сочетают сетевые и мобильные технологии для определения местоположения. 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)

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

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

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

    Однако помимо этого вам понадобится доступ к базе данных координат вышек связи. Информацию о точном местоположении вышек можно собрать самостоятельно, получить у оператора связи (если оператор предоставляет такие услуги), или взять из независимого открытого источника OpenCellID. 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)

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

    image

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

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

    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)

    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. 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. Эти данные называют «наблюдаемое различие во времени» (observed time difference, OTD).

    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). Используя информацию из нескольких LMU, U-TDOA вычисляет местоположение мобильного телефона c помощью всё того же метода мультилатерации.

    Поскольку U-TDOA — это сетевая технология определения местоположения, она не требует, чтобы в телефон был встроен специальный чип или дополнительное программное обеспечение. В результате U-TDOA может использоваться для любого телефона. 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.

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

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

    Комментарии 17

      0
      Методы определения местоположения это, конечно, интересно. Но зачем сюда притягивать спортивное ориентирование (которое не «конкурсы формата», а вполне себе официальный вид спорта)? GPS там использовать ещё можно, как вспомогательную технологию, но всё остальное даёт неприемлемую погрешность.
        0
        Здравствуйте! Мы решили включить описание этого вида спорта в текст, так как он является ярким примером использования методов самостоятельной геолокации.
          0
          У ОпСоС-ов даже в центральной части РФ не все леса покрыты GSM-вышками. Предлагаю с сегодняшнего дня пропавших без вести туристов оставлять на вашей совести.
        0
        По GSM в теории конечно все хорошо, но на практике дает точность плюс-минус лапоть.
        И где метод определения по WiFi точкам доступа? Который в городских условиях гораздо точней и быстрей работает, т.к. GPS-у мешают здания, по сотовым мешают переотражения, а плотность WiFi точек доступа достаточно высокая.
          0
          Добрый день! Определение геопозиции с помощью Wi-Fi имеет практический смысл только в черте города с плотным покрытием открытых сетей, также придется использовать базу с местоположением точек доступа. Механика схожа с геолокацией с помощью базовых станций – нахождение положения точки триангуляционного центра.
            0
            Не обязательно сеть должна быть открытая, главное чтобы свой SSID передавала.
              0
              Да, верно, спасибо Вам за уточнение)
          0

          Начало статьи напомнило анекдот про любовь.


          А при чем тут спорт.ориентирование?
          Выглядит как мешанина…

            0
            Добрый день! Спортивное ориентирование – яркий пример использования методов самостоятельной геолокации, поэтому мы решили включить описание этого вида спорта в текст.
            0

            Слабовата статья, много фактических ошибок и намешано все.
            Какая ещё триангуляция если информации об углах нет?

              0
              Добрый день! Касательно триангуляции хотим отметить, что углы в данном случае образуются между мобильным устройством и базовыми станциями. image
                0
                и чем, простите, эти углы измеряются и в какой момент?
                вот вы абонент с мобильным устройством, вы хотите свое местоположение узнать по сигналу от базовых станций.
                координаты базовых станция вам известны.
                ваши действия?
                  0
                  image
                  Переведем изображение выше в формулу:
                  A (xa,ya), B (xb, yb), C (xc, yc) — базовые станции с заданными координатами. O(xo, yo) – телефон. Амплитуда сигнала обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника. Таким образом, расстояние Ra от источника O до станции A будет равно:
                  image
                  где ka – это некоторый коэффициент, который мы можем получить при калибровке устройств.
                  Расстояние рассчитывается по формуле:
                  image
                  Собственно, просто так данные о скорости прихода сигнала получить можно, но не в пару кликов: либо вмешиваться в прошивку и получать данные со станции, либо поставить дополнительное ПО.
                    0
                    Припишите еще погрешность получения расстояния до БС — плюс-минус лапоть(200-500м). И тогда становится ясно, что получить примерное положение аппарата можно только с точностью до района.
                      0
                      Ну и где же здесь «триангуляция»?
                      Никакой работы с углами тут нет.

                      Теперь далее — вам нужно определить Xo и Yo, а вы приводите теорему Пифагора в которую сами же неизвестные и включены.
                      Так вы ничего не вычислите.

                      Вначале вы пишете о связи амплитуды сигнала и расстояния, но потом в конце почему то предлагаете определять расстояние по «скорости прихода сигнала», да еще и непонятно каким образом.

                      И например в случае с базовыми станциями WiFi никакой «скорости прихода сигнала» даже в теории нет, но это не мешает вычислять координаты даже точнее чем с GSM/3G/LTE.
                        0
                        Триангуляция – это процесс, с помощью которого местоположение устройства можно определить путем измерения либо радиального расстояния, либо направления принятого сигнала от двух, трех или более разных точек базовых станций. Расчет ведется по разным формулам, в зависимости от выбранного метода, с разными результатами — иногда более точными, иногда менее точными.
                          0
                          Вам нужно было вместо «триангуляция» написать «трилатерация», но вы вместо этого показали полное непонимание темы.
                          Не зачет в общем.

                          Непонятно зачем вообще компания Yota стала публиковать вместо своих новостей какие то мусорные статьи, не имеющие к Yota никакого отношения.

              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

              Самое читаемое