Как выглядит навигатор в географии
Эволюция средств навигации
По расположению звёзд
Астролябия (греч. ἁστρολάβον, астролабон, «берущий звезды») — древнейший астрономический инструмент, позволяющий определять широты и долготы небесных тел путём измерения горизонтальных углов. Этот прибор не только позволяет делать точные измерения, но и выглядит очень красиво и необычно.
Своему появлению астролябия обязана Древней Греции, а «отцом» прибора принято считать древнегреческого математика Аполлония Пергского. За время своего существования прибор испытывал на себе различные модификации. Так, учёные Востока применяли инструмент не только для определения времени и длительности светового дня, но и для математических вычислений.
Наиболее популярна астролябия стала в эпоху Возрождения, когда способность верно использовать прибор была одним из важнейших умений в астрономическом образовании. Знание астрономии тогда стояло во главе угла всего образования, а умение делать вычисления на астролябии свидетельствовало о высоком положении и интеллектуальном развитии человека.
Секстант — навигационный прибор, позволяющий измерять высоту Солнца и прочих космических объектов над горизонтом для того, чтобы определить географические координаты. Освоить азы ориентации на местности, изучив знания, накопленные человечеством, поможет учебник по географии для 5 класса под редакцией А. А. Летягина.
Своё название «sextans» (лат. «шестой», «шестая часть») получил благодаря тому, что длина его шкалы равна шестидесяти градусам или шестой части от полного круга.
Чаще всего инструмент использовался в мореплавании. Прототипом секстанта был квадрант (лат. «четыре», «четвёртая часть»), определяющий высоту небесных светил.
Измерения проводились при помощи угломерных приборов, расположенных на длинной палке со шкалами градусов и вертикальных передвижных рельсов. Для определения координат инструмент наводили на определённый небесный участок, нижний рельс «накладывали» на горизонт, а верхний — на Солнце или звёзды в зависимости от времени суток.
Компас (итал. «compassio» — «измерять шагами») — это навигационное устройство для ориентирования на местности с помощью определения сторон света.
Древнейшим «предком» современного компаса была обычная ёмкость с водой, внутри которой располагали магнит игловидной формы на камышовом листике.
Считается, что изобретение принадлежит китайцам времен династии Сун (960 — 1279 гг.). Тогда компас использовался для указания направления движения в пустыне. Позже компасом начали пользоваться в мореходстве. Однако торговцы не спешили делиться изобретением, дабы избежать конкуренции, да и моряки всё ещё старались «держать курс» согласно различным профессиональным приметам, а не двигаться по «наущению» намагниченной иглы.
С течением времени «компас» трансформировался, к нему добавился специальный груз, чтобы инструмент можно было использовать и во время качки на борту. Также было замечено, что для верных измерений необходимо держать компас вдали от металлических вещей. Подробнее об этом вы узнаете в пособиях по географии под редакцией А. И. Алексеева.
На сегодняшний день компас может выглядеть по-разному: очень просто — практически, как при первом своём появлении, и достаточно сложно — если к нему были добавлены новые электронные детали. Однако несмотря на широкий выбор средств навигации про компас вряд ли забудут — уж слишком это простой, удобный и верный способ определить стороны света.
«Прототипом» первого современного навигатора стал прибор Plus Fours Routefinder, появившийся в 1920 году. Он представлял собой аккуратные наручные «часы» с экраном и со сменными картами, которые прокручивались специальными шестеренками по двум сторонам прибора.
В 1930 году навигация дошла и до автомобилей. От предыдущего изобретения он отличался скоростью прокручивания карт. Теперь «промотка» зависела не от ручных усилий, а от скорости машины. Однако присутствовал и существенный недостаток — при повороте дороги автомобиль приходилось останавливать, искать нужную карту и устанавливать её в прибор.
По сигналам из космоса
Переломным моментом в навигации стало появление первого искусственного спутника нашей планеты. «Спутник-1» — советский космический аппарат, вышедший на орбиту Земли 4 октября 1957 года. Исследователи всего мира следили за ходом этого грандиозного события. Ученые из Америки, наблюдая за сигналами спутника, установили, что частота получаемого сигнала растёт при приближении «Спутника-1» к планете и, соответственно, убывает при его отдалении. Такая закономерность позволяет вычислить местоположение аппарата и его скорость (при условии, что известны собственные координаты). Справедливыми становятся и обратные вычисления — определить своё местоположение, зная координаты спутника.
Подобные исчисления стали настоящим переворотом в области навигации. Сначала данными аппарата стали пользоваться военные. Так, появился первый GPS-спутник, запущенный американскими военными. Подобными разработками занимались и советские учёные.
Разработка глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) официально началась в декабре 1967 года. Первый запуск спутника «Ураган» осуществился в 1982 году.
Основой системы ГЛОНАСС стали двадцать четыре спутника, движущихся в трёх орбитальных плоскостях Земли. Принципиальное отличие отечественных спутников от американских – в отсутствии резонанса с вращением Земли, благодаря чему наши спутники более стабильны.
До 2000 года сигнал GPS для обычного населения планеты передавался с помехами для того, чтобы показания были не совсем точны. Однако затем помехи были устранены, и мир получил возможность использовать в быту точные данные по определению местоположения.
Учитывая историю навигации и наблюдая за современными изобретениями, легко сделать вывод, что приборы по определению местоположения будут снова и снова совершенствоваться. Например, беспилотники стали уже не прерогативой военных сил — их разработкой занимаются все крупные производители автомобилей. Соединение действительной навигации GPS с виртуальным миром — уже не фантастика. Да и многие аппараты, о которых люди раньше только мечтали, уже воплотились в реальность. Именно поэтому мы с таким упоением следим на разработками учёных и наслаждаемся нововведениями мира навигации, ведь подобные открытия делают нашу жизнь не только проще, но и раздвигают рамки наших возможностей.
Что такое навигатор
Навигатор – это специальное устройство, которое предназначено для определения своего местоположения с помощью глобальной спутниковой системы позиционирования. На сегодняшний день основными такими системами являются GPS и ГЛОНАСС.
Назначение навигатора
Навигаторы дают пользователю сведения о широте и долготе, а также о высоте его нахождения. Однако такая информация больше подходит для специалистов, измеряющих землю. Обычному же пользователю такая информация покажется излишней, тем не менее, навигаторы все шире применяются именно в повседневной жизни.
Облегчает пользование навигатором то, что на дисплее устройства отображается карта местности и маршрут перемещения. По карте на экране можно визуально определить свое расположение относительно различных объектов (населенные пункты, улицы, дома и др.) и планировать маршрут движения.
Где взять навигатор
Сегодня такой гаджет, как GPS-навигатор в смартфоне или планшете является необходимым и обязательным элементом. Встроенный в смартфоне навигатор принимает сигналы спутников, а программное обеспечение обрабатывает полученные данные и переводит в понятный для пользователя вид.
Однако в некоторых смартфонах и планшетах такая программа либо отсутствует, либо, имеющееся программное обеспечение, по какой-либо причине, не устраивает владельца девайса. В связи с этим постоянно разрабатывается и совершенствуется множество программ-навигаторов для бытового использования.
Эти навигаторы отличаются по управляющей операционной системе, назначению и функционалу. Установить навигатор на мобильное устройство можно, обратившись к специалисту или самостоятельно, найдя подходящее приложение в интернете (например, на Google Play).
Приложения-навигаторы можно найти в интернете
Автонавигаторы
Кроме встроенных в мобильные устройства навигаторов широко распространены и специальные навигаторы для автомобилей. Автонавигаторы могут не только указывать местоположение и прокладывать маршрут, но и учитывать при этом ситуацию с заторами на дороге.
Использование автомобильного навигатора очень выручает при поездках в незнакомый город. Своевременные команды навигатора о поворотах, изменении скоростного режима, а также встроенная база пунктов питания, заправочных станций и другой инфраструктуры позволяет быстро, не теряя времени зря, достигнуть пункта назначения.
Спутниковая часть
Как говорилось выше, вторым компонентом процесса навигации являются спутниковые системы, сигналы которых получает прибор. Для правильной работы навигатора нужны сигналы с нескольких спутников, то есть чем больше спутников в настоящий момент над прибором, тем точнее будут данные позиционирования.
Поэтому, приобретая навигатор для автомобиля, стоит отдать предпочтение прибору, работающему как в американской системе GPS, так и в российской ГЛОНАСС. Ведь в этом случае количество «видимых» прибором спутников будет больше чем при использовании одной из систем.
Справочные картографические системы городов
Кроме навигаторов, очень упрощают ориентирование в городе такие сервисы как 2ГИС или другие. В этих сервисах отображается электронная карта населенного пункта, по которой можно проложить маршрут, измерить расстояние, узнать месторасположение и время работы различных учреждений, и многое другое.
Презентация была опубликована 8 лет назад пользователемgeo.metodist.ru
Похожие презентации
Презентация по предмету «География» на тему: «GPS навигатор на уроке географии. GPS – навигаторы Современная система глобального определения месторасположения на базе спутникового определения координат.». Скачать бесплатно и без регистрации. — Транскрипт:
1 GPS навигатор на уроке географии
2 GPS – навигаторы Современная система глобального определения месторасположения на базе спутникового определения координат. (GLOBAL POSITIONING SISTEM)
4 Предметная цель: GPS навигатором Предметная цель: «Освоить работу с GPS навигатором ». Метапредметная цель: Метапредметная цель: «Сформировать умения определять географические координаты, ориентироваться на местности с помощью навигатора и компаса». Методологическая цель: Методологическая цель: «Научиться согласовывать собственную позицию с точками зрения товарищей по группе с целью выработки единого решения». Практическая работа: Ориентирование на местности с помощью GPS навигатора Цели метапредметного учебного занятия
5 Задачи урока: развитие умения использовать новейшие технические средства (GPS- навигатор, компьютер, интернет); развитие творческой инициативы детей и подростков в процессе эколого-географической и краеведческой деятельности; углубление знаний учащихся по географии, экологии, краеведению; продолжать формирование умений анализировать, систематизировать и делать выводы; формирование дружного коллектива, не безразличного к природе и проблемам взаимоотношений природы и человека.
6 Описание практической работы
8 Географические координаты широта (N), долгота (EO) высота (метр) 55° 51´ 11,6´´ 37° 34´ 47,9´´ 157 масштаб 1: Внеурочная деятельность
9 Виды тайников географические тайники закопанныевизуальные
10 ТАЙНИК 3 (ВИЗУАЛЬНЫЙ)
11 ТАЙНИК 2 (ВИЗУАЛЬНЫЙ)
12 ТАЙНИК 1 (ВИЗУАЛЬНЫЙ
14 Межпредметные связи Виды заданий Эколого-биологи- ческое направление Географическое направление Краеведческое направление
15 Виды заданий: эколого-биологическое направление I. Измерьте температуру воды в 3-х точках, проводя измерения I. Измерьте температуру воды в 3-х точках, проводя измерения по 3 раза в каждой точке с интервалом 2-4 минуты (не забудьте сделать фото!): 1. Температуру воды р. Лихоборки (до впадения в р.Яузу) 1. Температуру воды р. Лихоборки (до впадения в р.Яузу) 2. Температуру р.Яузы до места впадения в нее р. Лихоборки 2. Температуру р.Яузы до места впадения в нее р. Лихоборки 3. Температуру р.Яуза после впадения в нее р. Лихоборки 3. Температуру р.Яуза после впадения в нее р. Лихоборки II. Результаты измерений занесите в таблицу. III. Сделайте выводы.
16 Виды заданий: географическое направление ПРОТОКОЛ обследования участка реки Дата Ближайший населенный пункт Название реки: по карте Область (край, республика) Район Ближайший постоянный ориентир Откуда река начинается, куда впадает Морфометрические характеристики Ширина (м),глубина на середине реки (м) Гидрометрические характеристики Характеристика воды Берег и прибрежная зона
17 1.Фото «Тайника» 2.С этого места открывается вид нескольких интересных архитектурных сооружений, перечислите их 3.Составьте краеведческую справку о данных архитектурных сооружениях, обратите внимание на топонимику близлежащих улиц Виды заданий: Краеведческие
19 Результаты GPS навигатора применения GPS навигатора : предметные географические умения умение работать с географическими картами; умение ориентироваться на местности с помощью GPS навигатора; умение давать географические характеристики территории; умение выявлять географические особенности размещения объектов, явлений, процессов.
Система спутниковой навигации GPS – принцип, схема, применение
Спутниковая навигация GPS давно уже является стандартом для создания систем позиционирования и активно применяется в различных трекерах и навигаторах. В проектах Arduino GPS интегрируется с помощью различных модулей, не требующих знания теоретических основ. Но настоящему инженеру должно быть интересно разобраться со принципом и схемой работы GPS, чтобы лучше понимать возможности и ограничения этой технологии.
Схема работы GPS
GPS – это спутниковая навигационная система, разработанная Министерством обороны США, которая определяет точные координаты и время. Работает в любой точке Земли в любых погодных условиях. GPS состоит из трех частей – спутников, станций на Земле и приемников сигнала.
Идея создания спутниковой навигационной системы зародилась еще в 50-е годы прошлого столетия. Американская группа ученых, наблюдающая за запуском советских спутников, заметила, что при приближении спутника частота сигнала увеличивается и уменьшается при его отдалении. Это позволило понять, что возможно измерить положение и скорость спутника, зная свои координаты на Земле, и наоборот. Огромную роль в развитии навигационной системы сыграл запуск спутников на низкую околоземную орбиту. А в 1973 году была создана программа «DNSS» («NavStar»), по этой программе спутники запускались на среднюю околоземную орбиту. Название GPS программа получила в том же 1973 году.
Система GPS на данный момент используется не только в военной области, но и в гражданских целях. Сфер применения GPS много:
Тектоника плит – происходит слежение за колебаниями плит;
Определение сейсмической активности;
Спутниковое отслеживание транспорта – можно проводить мониторинг за положением, скоростью транспорта и контролировать их движение;
Геодезия – определение точных границ земельных участков;
Игры, геотегинт и прочие развлекательные области.
Важнейшим недостатком системы можно считать невозможность получения сигнала при определенных условиях. Рабочие частоты GPS лежат в дециметровом диапазоне волн. Это приводит к тому, что уровень сигнала может снизиться из-за высокой облачности, плотной листвы деревьев. Радиоисточники, глушилки, а в редких случаях даже магнитные бури также могут мешать нормальной передаче сигнала. Точность определения данных будет ухудшаться в приполярных районах, так как спутники невысоко поднимаются над Землей.
Основным конкурентом GPS является российская система ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система). Свою полноценную работу система начала с 2010 года, попытки активно использовать ее предпринимались с 1995 года. Существует несколько отличий между двумя системами:
Разные кодировки – американцы используют CDMA, для российской системы используется FDMA;
Разные габариты устройств – ГЛОНАСС использует более сложную модель, поэтому повышается энергопотребление и размеры устройств;
Расстановка и движение спутников на орбите – российская система обеспечивает более широкий охват территории и более точное определение координат и времени.
Срок службы спутников – американские спутники делаются более качественными, поэтому они служат дольше.
Помимо ГЛОНАСС и GPS существуют и другие менее популярные навигационные системы – европейский Galileo и китайский Beidou.
Принцип работы GPS
Работает система GPS следующим образом – приемник сигнала измеряет задержку распространения сигнала от спутника до приемника. Из полученного сигнала приемник получает данные о местонахождении спутника. Для определения расстояния от спутника до приемника задержка сигнала умножается на скорость света.
С точки зрения геометрии работу навигационной системы можно проиллюстрировать так: несколько сфер, в середине которых находятся спутники, пересекаются и в них находится пользователь. Радиус каждой из сфер соответственно равен расстоянию до этого видимого спутника. Сигналы от трех спутников позволяют получить данные о широте и долготе, четвертый спутник дает информацию о высоте объекта над поверхностью. Полученные значения можно свести в систему уравнений, из которых можно найти координату пользователя. Таким образом, для получения точного местоположения необходимо провести 4 измерения дальностей до спутника (если исключить неправдоподобные результаты, достаточно трех измерений).
Поправки в полученные уравнения вносит расхождение между расчетным и фактическим положением спутника. Погрешность, которая возникает в результате этого, называется эфемеридной и составляет от 1 до 5 метров. Также свой вклад вносят интерференция, атмосферное давление, влажность, температура, влияние ионосферы и атмосферы. Суммарно совокупность всех ошибок может довести погрешность до 100 метров. Некоторые ошибки можно устранить математически.
Чтобы уменьшить все погрешности, используют дифференциальный режим GPS. В нем приемник получает по радиоканалу все необходимые поправки к координатам от базовой станции. Итоговая точность измерения достигает 1-5 метров. При дифференциальном режиме существует 2 метода корректировки полученных данных – это коррекция самих координат и коррекция навигационных параметров. Первый метод использовать неудобно, так как все пользователи должны работать по одним и тем же спутникам. Во втором случае значительно увеличивается сложность самой аппаратуры для определения местоположения.
Существует новый класс систем, который увеличивает точность измерения до 1 см. Огромное влияние на точность оказывает угол между направлениями на спутники. При большом угле местоположение будет определяться с большей точностью.
Точность измерения может быть искусственно снижена Министерством обороны США. Для этого на устройствах навигации устанавливается специальный режим S/A – ограниченный доступ. Режим разработан в военных целях, чтобы не дать противнику преимущества в определении точных координат. С мая 2000 года режим ограниченного доступа был отменен.
Все источники ошибок можно разделить на несколько групп:
Погрешность в вычислении орбит;
Ошибки, связанные с приемником;
Ошибки, связанные с многократным отражением сигнала от препятствий;
Ионосфера, тропосферные задержки сигнала;
Геометрия расположения спутников.
В систему GPS входит 24 искусственных спутника Земли, сеть наземных станций слежения и навигационные приемники. Станции наблюдения требуются для определения и контроля параметров орбит, вычисления баллистических характеристик, регулировка отклонения от траекторий движения, контроль аппаратуры на бору космических аппаратов.
Характеристики навигационных систем GPS:
Количество спутников – 26, 21 основной, 5 запасных;
Количество орбитальных плоскостей – 6;
Высота орбиты – 20000 км;
Срок эксплуатации спутников – 7,5 лет;
Рабочие частоты – L1=1575,42 МГц; L2=12275,6МГц, мощность 50 Вт и 8 Вт соответственно;
Надежность навигационного определения – 95%.
Навигационные приемники бывают нескольких типов – портативные, стационарные и авиационные. Приемники также характеризуются рядом параметров:
Количество каналов – в современных приемников используется от 12 до 20 каналов;
Наличие картографической поддержки;
Различные технические характеристики – материалы, прочность, защита от влаги, чувствительность, объем памяти и другие.
Принцип действия самого навигатора – в первую очередь устройство пытается связаться с навигационным спутником. Как только связь будет установлена, происходит передача альманаха, то есть информации об орбитах спутников, находящихся в рамках одной навигационной системы. Связи с одним только спутником недостаточно для получения точного местоположения, поэтому оставшиеся спутники передают навигатору свои эфемериды, необходимые для определения отклонений, коэффициентов возмущения и других параметров.
Холодный, теплый и горячий старт GPS навигатора
Включив навигатор впервые или после долгого перерыва, начинается долгое ожидание для получения данных. Долгое время ожидания связано с тем, что в памяти навигатора отсутствуют либо устарели альманах и эфемериды, поэтому устройство должно выполнить ряд действий по получению или обновлению данных. Время ожидания, или так называемое время холодного старта, зависит от различных показателей – качество приемника, состояние атмосферы, шумы, количество спутников в зоне видимости.
Чтобы начать свою работу, навигатор должен:
Найти спутник и установить с ним связь;
Получить альманах и сохранить его в памяти;
Получить эфемериды от спутника и сохранить их;
Найти еще три спутника и установить с ними связь, получить от них эфемериды;
Вычислить координаты при помощи эфемерид и местоположения спутников.
Только пройдя весь этот цикл, устройство начнет работать. Такой запуск и называется холодным стартом.
Горячий старт значительно отличается от холодного. В памяти навигатора уже имеется актуальный на данный момент альманах и эфемериды. Данные для альманаха действительны в течение 30 дней, эфемерид – в течение 30 минут. Из этого следует, что устройство выключалось на непродолжительное время. При горячем старте алгоритм будет проще – устройство устанавливает связь со спутником, при необходимости обновляет эфемериды и вычисляет местоположение.
Существует теплый старт – в этом случае альманах является актуальным, а эфемериды нужно обновить. Времени на это затрачивается немного больше, чем на горячий старт, но значительно меньше, чем на холодный.
Ограничения на покупку и использование самодельных модулей GPS
Российское законодательство требует от производителей уменьшать точность определения приемников. Работать с незагрубленной точностью может производиться только при наличии у пользователя специализированной лицензии.
Под запретом в Российской Федерации находятся специальные технические средства, предназначенные для негласного получения информации (СТС НПИ). К таковым относятся GPS трекеры, которые используются для негласного контроля над перемещением транспорта и прочих объектов. Основной признак незаконного технического средства – его скрытность. Поэтому перед приобретением устройства нужно внимательно изучить его характеристики, внешний вид, на наличие скрытых функций, а также просмотреть необходимые сертификаты соответствия.
Также важно, в каком виде продается устройство. В разобранном виде прибор может не относиться к СТС НПИ. Но при сборе готовое устройство уже может относиться к запрещенным.
навигация
Смотреть что такое «навигация» в других словарях:
НАВИГАЦИЯ — (лат. navigatio, от navis корабль) 1) мореплавание. 2) наука об управлении кораблем. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. НАВИГАЦИЯ 1) искусство управления кораблем в открыт. море; 2) время года, в… … Словарь иностранных слов русского языка
навигация — раздел науки о способах проведения морских, воздушных судов и космических летательных аппаратов из одной точки пространства в другую. Эта задача решается методами и приборами мореходной, воздушной и космической навигации, которые позволяют… … Географическая энциклопедия
НАВИГАЦИЯ — (Navigation) 1. Один из основных разделов науки кораблевождения, излагающий основания для вождения и определения на карте места корабля в море по береговым предметам или по счислению. Основными приборами для этой цели служат компас и лаг. Особую… … Морской словарь
НАВИГАЦИЯ — (лат. navigatio от navigo плыву на судне), 1) наука о способах выбора пути и методах вождения судов, летательных аппаратов (воздушная навигация, аэронавигация) и космических аппаратов (космическая навигация). Задачи навигации: нахождение… … Большой Энциклопедический словарь
НАВИГАЦИЯ — НАВИГАЦИЯ, комплекс способов, которыми определяют местонахождение судна или летательного аппарата и его маршрут. Используются пять основных методов: навигационное счисление пути (регулярная фиксация пройденного расстояния и направления и… … Научно-технический энциклопедический словарь
Навигация — в информационных технологиях процесс вождения пользователя по логически связанным данным. Навигация осуществляется в два этапа: 1 поиск объектов из области интересов; 2 маршрутизация в рамках ассоциативно связанных объектов. По английски:… … Финансовый словарь
навигация — кораблевождение, передвижение, судоходство, мореплавание, судовождение, мореходство Словарь русских синонимов. навигация 1. см. судовождение. 2. см … Словарь синонимов
НАВИГАЦИЯ — НАВИГАЦИЯ, навигации, мн. нет, жен. (лат. navigatio). 1. Судоходство, мореплавание (мор.). Мелкие реки недоступны для навигации. 2. Период времени, когда возможно судоходство. Открытие навигации. Навигация на Волге длится до 9 месяцев. 3.… … Толковый словарь Ушакова
Навигация — Психология выбора объекта эстетического восприятия в художественной виртуальной реальности, Н. на новом уровне возрождают ауру экзистенциалистской «пограничной ситуации»: трудности путешествий в усложнившемся виртуальном мире рождают атмосферу… … Энциклопедия культурологии
НАВИГАЦИЯ — НАВИГАЦИЯ, и, жен. 1. Наука о вождении судов и летательных аппаратов. Школа навигации. Воздушная н. Межпланетная (космическая) н. 2. Время, в течение к рого возможно судоходство, а также само судоходство. Начало, конец навигации. Н. открыта. |… … Толковый словарь Ожегова
НАВИГАЦИЯ — жен. плаванье, мореплаванье, мореходство, судоходство; наука мореплаванья, кораблевожденье, знание определять точку, место корабля на карте и придти оттуда лучшим путем в назначенное место. Навигационный, к навигации относящийся. Навигационное… … Толковый словарь Даля