| Говор Вадим Иванович Экспериментальные испытания точностных характеристик
GPS-приемников навигационного класса
Полный текст материала Содержание Введение 1. Состав программно-технического комплекса 2. Экспериментальные испытания точностных характеристик GPS-приемников навигационного класса 2.1. Цели проведения испытаний 2.2. Методика проведения испытаний 2.3. Программа испытаний 2.3.1. Оснащение 2.3.2. Навигационные приемники для испытаний 2.3.3. Порядок проведения испытаний 2.4. Результаты испытаний 2.4.1. GPS приёмник GlobalSat BT-338 2.4.2. GPS приёмник GlobalSat BU-353 2.4.3. GPS приёмник MR-350 2.4.4. GPS приёмник Leadtek 9559X 2.4.5. GPS приёмник Mobile Mapper 2.4.6. Сводные результаты 2.4.7. Определение координат контрольных точек 2.5. Выводы и рекомендации 3. Опытная эксплуатация программно-технического комплекса 4.Заключение Введение
В рамках выполнения 1-го этапа ОКР: - разработана методики полевого обследования автомобильных дорог с использованием средств спутниковой навигации в целях обновления топографических карт и создания навигационных карт; - выполнена разработка программных средств для обеспечения работ по полевому обследованию автомобильных дорог, объектов дорожной инфраструктуры и придорожного сервиса; - определен состав аппаратного комплекса, предназначенного для установки на автомобиль; - подготовлена цифровая карта территории Приморского края и городов Приморского края; - подготовлены методические указания по проведению полевых работ. Задачами 2-го этапа ОКР было проведение испытаний и опытная эксплуатация программно-технического комплекса. Целью выполнения работ 2-го этапа ОКР является: - экспериментальное обоснование возможности применения GPS-приемников навигационного класса для обновления топографических карт масштаба 1:25000 – 1:100000; - выработка рекомендаций по использованию GPS-приемников навигационного класса; - отработка методики полевого обследования автомобильных дорог, объектов дорожной инфраструктуры и придорожного сервиса; - доработка программного обеспечения и методических указаний по результатам испытаний и опытной эксплуатации программно-технического комплекса. В рамках выполнения 2-го этапа ОКР было выполнено: - проведено экспериментальное исследование точностных характеристик GPS-приемников навигационного класса в условиях специально подготовленного полигона и в штатных условиях движения по автомобильным дорогам; - проведена опытная эксплуатация программно-технического комплекса в реальных условиях движения по автомобильным дорогам Приморского края; - по результатам испытаний и опытной эксплуатации программно-технического комплекса внесены изменения в программное обеспечение в части фиксации путевых точек и в интерфейсе программной системы. 1. Состав программно-технического комплекса Для выполнения работ по полевому обследованию автодорог был скомпонован и установлен на автомобиль программно-технический комплекс в составе: 1. Процессор IBM PC в исполнении автомобильного безвентиляторного компьютера CarPC (); 2. Монитор диаметром 8 дюймов. 3. Клавиатура, «мышь». 4. Аудиоколонки. 5. GPS-приемники: BU-353 (OEM-модуль, USB-порт, внешняя антенна), BT-359 (OEM-модуль, BlueTooth-канал, внешняя антенна). 6. Операционная среда WindowsXP. 7. Мобильная навигационная система «ПримGPS/ГЛОНАСС». 8. Цифровая карта Приморского края с картами городов Приморского края. Мобильная навигационная система «ПримGPS/ГЛОНАСС» и цифровая карта Приморского края с картами городов Приморского края были подготовлены в рамках выполнения 1-го этапа ОКР. Цифровая карта Приморского края выполнена на основании ЦТК масштаба 1:200000, карты городов Приморского края выполнены на основании ЦТП масштаба 1:2000 – 1:10000. 2. Экспериментальные испытания точностных характеристик GPS-приемников навигационного класса. 2.1. Цели проведения испытаний.Одной из задач ОКР является определение возможности использования GPS-приемников навигационного класса для сбора полевых данных, предназначенных для обновления топографических карт масштаба 1:25000 – 1:100000, создания открытых цифровых карт и навигационных карт. Согласно «Основным положениям по созданию и обновлению топографических карт масштабов 1:10 000, 1:25 000, 1:50 000, 1:100 000, 1:200 000, 1:500 000, 1:1 000 000 » [1] «… средние ошибки в плановом положении изображений объектов и четких контуров местности … не должны превышать 0.5 мм …». Таким образом, координаты осевых линий автомобильных дорог, объектов дорожной инфраструктуры и придорожного сервиса должны быть получены с точностью не хуже 0.5 мм в масштабе создаваемой (обновляемой) карты (Таб.1). Таб.1. Таблица точностных характеристик по масштабам: Масштаб Точность, метр 1:10 000 5 1:25 000 12.5 1:50 000 25 1:100 000 50 Опыт использования различных GPS-приемников навигационного класса, полученный Приморским АГП за время работ по созданию мобильных навигационных систем, говорит о том, что такие приемники удовлетворяют по точности указанным критериям. Но для того, чтобы можно было обоснованно рекомендовать GPS-приемники навигационного класса для использования при обновлении топографических карт, необходимо провести исследование точностных характеристик таких приемников. По результатам исследования должны быть приняты рекомендации по моделям GPS-приемников и условиям их применения. Для этого необходимо провести исследование приемников разных моделей. Учитывая поставленную задачу, как задачу получения координат точек (осевых линий дорог и придорожных объектов) в условиях автомобильной навигационной системы, был проведен анализ существующих GPS-приемников навигационного класса. Критериями отбора были: - технологичность: возможность, удобство и надежность установки приемника в автомобиле; - электропитание: возможность питания приемника от электрической сети автомобиля; - объем памяти для записи треков и путевых точек; - качество приема сигналов от спутников: наличие внешней антенны; - цена. В результате анализа существующих GPS-приемников были выбраны приемники в исполнении OEM-модулей, которые не имеют собственной памяти для записи получаемых координат, а непрерывно передают данные в формате NMEA на подключенный к ним компьютер через COM-порт, USB-порт, PCMCIA-порт или BlueTooth-канал. Такие приемники: 1) технологичны, так как исполняются либо в одном корпусе с антенной и устанавливаются снаружи автомобиля на магните, либо имеют внешнюю антенну; 2) как правило, не имеют собственных батарей или аккумулятора, а получают питание непосредственно от подсоединенного компьютера; 3) практически не имеют ограничений на объем получаемых данных, так как их накопление происходит в подсоединенном компьютере; 4) новые модели приемников оснащены GPS-чипсетом нового поколения SiRFstarIII, обеспечивающим улучшенный прием сигналов в условиях плохой видимости спутников; 5) имеют наименьшую стоимость, так как не содержат экрана, собственной памяти и т.д. Для проведения исследований точностных характеристик были отобраны следующие модели GPS-приемников: GlobalSat BU-353, GlobalSat BT-338, Leadtek 9559x, MR-350. Приморское АГП, как и другие предприятия Роскартографии, располагает GPS-приемниками Mobile Mapper (4 комплекта). С целью определения возможности использования этих приемников для обновления топографических карт, они также были запланированы для проведения испытаний. Цели проведения испытаний могут быть сформулированы следующим образом: 1. Определение возможности использования GPS_приемников навигационного класса для получения осевых линий автодорог в кинематическом режиме. Определение оптимальных условий получения данных (модель приемника, скорость и условия движения), требований к программному обеспечению. 2. Определение возможности использования GPS_приемников навигационного класса для получения координат объектов дорожной инфраструктуры (мосты, трубы, вид покрытия, …) и придорожных объектов в кинематическом режиме. Определение оптимальных условий получения данных (модель приемника, скорость движения и условия фиксирования данных), требований к программному обеспечению. 3. Исследование приемников Mobile Mapper: точностные характеристики, синхронная работа в стационарном и кинематическом режимах. 2.2. Методика проведения испытаний
Предложенная методика исследования состоит в сравнении координат точек, получаемых от GPS-приемников навигационного класса в статическом и кинематическом режимах, с координатами этих же точек, получаемых от геодезического GPS-приемника, работающего в дифференциальном режиме относительно базовой станции. Такое сравнение выполняется в трех режимах: Статический режим. Выполняется установка контрольных точек, координаты которых определяются геодезическим приемником в дифференциальном режиме относительно базовой станции (погрешность определения координат не превышает 10 см). На контрольных точках выполняются измерения координат испытываемыми GPS-приемниками. Время измерения – 10 минут. Результаты обрабатываются и сравниваются с контрольными координатами. Кинематический режим. Выполняется монтаж геодезического и испытываемых приемников на специальной платформе на крыше автомобиля. Выполняется движение автомобиля по автодорогам в зоне действия базовой DGPS-станции и выполняется параллельная запись координат геодезическим и испытываемыми приемниками. В режиме постобработки дифференциального режима рассчитывается трек геодезического приемника, с которым сравниваются треки испытываемых приемников. Установка точек в кинематическом режиме. Данный режим моделирует запись координат объектов дорожной инфраструктуры и придорожного сервиса в процессе движения. На этапе подготовительных работ на обочине автодороги ставятся контрольные точки, координаты которых определяются геодезическим приемником в дифференциальном режиме относительно базовой станции (погрешность определения координат не превышает 10 см). В процессе проведения испытаний при движении мимо контрольных точек производится фиксация точек испытываемыми приемниками. Результаты обрабатываются и сравниваются с контрольными координатами. Для выполнения испытаний была подготовлена программа испытаний, которая содержит описание состава испытываемого оборудования и порядок проведения испытаний. Для обработки результатов измерения разработано специальное программное обеспечение, которое выполняет статистическую обработку данных и формирует отчет в табличной форме. 2.3. Программа испытаний
2.3.1. Оснащение
- Автомобиль УАЗ (фургон) - Базовая DGPS-станция - Геодезический GPS-приемник (ровер) - ПК CarPC в комплекте – 1 компл. - ПК «Notebook» - 2 шт. - Блок прикуривателей - 3 шт. для питания ноутбуков. - Инверторы для питания ноутбуков – 3 шт. 2.3.2. Навигационные приемники для испытаний:
Mobile Mapper (COM-порт)…………………..………………….4 шт. GlobalSat BU-353 (USB-порт, внешняя антенна)………2 шт. GlobalSat BT-338 (BlueTooth-канал) ………………..…2 шт. Leadtek 9559 (Blue Tooth, внешняя антенна)……………...1 шт. MR-350 (COM-порт, внешняя антенна)………………….1 шт. Все испытываемые навигационные приемники (кроме Mobile Mapper) оснащены GPS-чипсетом нового поколения SiRFstarIII, обеспечивающим улучшенный прием сигналов в условиях плохой видимости спутников. Антенна геодезического приемника, приемники Mobile Mapper и внешние антенны навигационных приемников были смонтированы на специальной платформе, установленной на крыше автомобиля. Приемники GlobalSat BT-338 не предусматривают работу с внешней антенной, в связи с чем один приемник был установлен на платформе на крыше автомобиля (в условиях хорошей видимости спутников), второй - в салоне автомобиля под лобовым стеклом. Все испытываемые навигационные приемники (кроме Mobile Mapper) относятся к классу OEM-модулей, т.е. не имеют собственной памяти для записи получаемых координат, а непрерывно передают данные в формате NMEA на подключенный к ним компьютер через COM-порт, USB-порт, PCMCIA-порт или BlueTooth-канал. Приемники Mobile Mapper могут передавать данные в формате NMEA на подключенный к ним компьютер через COM-порт, либо выполнять запись во внутреннюю память. В условиях эксперимента приемники Mobile Mapper выполняли запись во внутреннюю память. 2.3.3. Порядок проведения испытаний
Полигон (район с.Кневичи) 1. Движение по эталонному прямолинейному треку в прямом и обратном направлении с разной скоростью (10, 20, 40, 60) Задача: Определение зависимости ширины коридора (разброс точек трека) от скорости. 2. Вхождение через эталонную точку в поворот 90 градусов с разной скоростью. Задача: Определение зависимости “вылета” точек от скорости. 3. Прохождение по замкнутому контуру (окружность) с разной скоростью: в прямом направлении, в обратном направлении. Задача: Определение зависимости ширины коридора (разброс точек трека) от скорости. Стыковка точек «начало-конец» для разных приемников. 4. Фиксация на ходу (движение с разной скоростью) в одном и том же месте (эталонная точка) путевой точки WPT. Поставить WPT, находясь неподвижно в той же эталонной точке. Задача: Определение точности фиксации координат. Определение величины задержки по времени при разной скорости движения. 5. Запись координат в стационарном режиме (30 мин.). Задача: Определение «облака» координат стационарном режиме, определение синхронной работы приемников Mobile Mapper в стационарном режиме. Маршрут: Кневичи – Ясное - Кролевцы – Заводской – Суражевка – Заводской – Кролевцы – Кневичи (40 км) 6. Установка приемника Mobile Mapper в контрольной точке и прохождение по маршруту с другим приемником Mobile Mapper. Фиксация на ходу WPT в контрольных точках. Задача: Сравнение треков, записанных Mobile Mapper в локальном режиме и в дифферециальном режиме. Маршрут: Кневичи – Ясное - Кролевцы – Заводской – Суражевка – б.Муравьиная – Суражевка – Заводской – Кролевцы – Ясное – Кневичи – Вольно-Надеждинское (110 км) 7. Прохождение по маршруту на скоростях 40 км/час и 60 км/час. Фиксация на ходу WPT в контрольных точках. Задача: Сравнение треков, записанных геодезическим и навигационными приемниками в реальных условиях движения. 2.4. Результаты испытаний
В процессе проведения испытаний 10-ю GPS-приемниками были выполнены измерения на 6 контрольных точках (2 – на полигоне, 4 – на автомобильных дорогах) и записаны треки движения протяженностью 86 км. После постобработки трека геодезического приемника с данными базовой DGPS-станции были получены координаты 416 точек линии движения, относительно которых были определены величины отклонений (в метрах) данных испытываемых GPS-приемников (416 значений отклонения для каждого приемника). В настоящем разделе приведены краткие описания GPS-приемников навигационного класса, с которыми проводились испытания, результаты измерений по каждому приемнику и сводные результаты измерений. Для каждого приемника указано: - максимальное отклонение, полученное на всем массиве измерений; - процент числа отклонений, превышающих 7.5 м (что соответствует погрешности 0.3 мм в масштаба 1:25 000); - среднее отклонение на всем массиве измерений; - среднеквадратичное отклонение на всем массиве измерений; - график, показывающий распределение отклонений: зависимость числа точек (процент от общего числа измерений) от величины отклонения. По оси X показана величина отклонения координат точек, определяемых испытываемым приемником от «идеальных» координат точки, определенных геодезическим приемником (в метрах). По оси Y показано количество измерений с величиной отклонения координат точек от «идеальных» в процентном отношении от общего числа измеренных точек (в процентах). 2.4.1. GPS приёмник GlobalSat BT-338
Главная особенность GPS приёмника BT-338 - использование GPS-чипсета нового поколения SiRFstarIII, благодаря которому он может определять позицию не только по сильным сигналам спутников, но и по слабым и переотражённым сигналам. Подключение выносной антенны не предусмотрено. BT-338 оснащён Li-Ion аккумулятором, ёмкостью 1700 мАч. Он обеспечивает 15-20 часов непрерывной работы GPS приёмника. В GPS приёмнике BT-338 реализована функция автоматического отключения для экономии заряда батарей. Отключение происходит через 10 минут после пропадания связи с Bluetooth устройством (КПК, ноутбуком, смартфоном). Особенности: чипсет SiRF Star III с пониженным энергопотреблением и высокой чувствительностью; 20 параллельных каналов, All-in-View; встроенная высокочувствительная активная антенна (-159 dBm); работа по протоколу NMEA 0183 v2.2: GGA, GSA, GSV, RMC (GLL, VTG); встроенный "SuperCap" для сохранения данных альманаха и быстрого рестарта; заменяемый Li-Ion аккумулятор 1700 мАч (время автономной работы 15-20 часов); 3 светодиода, отображающие состояние Bluetooth, GPS и аккумулятора; беспроводная технология Bluetooth 1.1, дальность связи 10 м; коммуникация с базовым Bluetooth устройством через Bluetooth Serial Profile; компактный размер 72.5 x 40.4 x 23 мм. Характеристики: Чипсет SiRF Star III Частота L1, 1575.42 МГц Количество каналов 20, "All-in-View" Точность: Определение скорости 0.1 м/сек, 95% (селективный доступ отключён) Определение времени 1 мкс, синхронизация по атомным часам GPS спутников Датум WGS-84 Время захвата позиции: Обновление данных 0.1 сек. Горячий старт 8 сек., в среднем Тёплый старт 38 сек., в среднем Холодный старт 42 сек., в среднем Последовательный порт: Формат ASCII Протоколы GPS: NMEA 0183 (вер. 2.2) (по умолчанию)/Двоичный SiRF Данные GPS: NMEA 0183 (вер. 2.2): GGA, GSA, GSV, RMC (GLL, VTG - опционально); Двоичный SiRF: позиция, скорость, высота, статус, управление Скорость передачи: 38400 б/с Питание: Напряжение 5 В Съёмный Li-Ion аккумулятор 1700 мАч Время автономной работы 15-20 часов Ограничения: Максимальная высота: до 18000 м Максимальная скорость: до 515 м/с Максимальная вибрация: 20 м/сек3 Максимальное ускорение: до 4g Спецификации Bluetooth: Совместимость Bluetooth V1.1 Интерфейс Bluetooth Serial Profile Диапазон частот 2.402 ~ 2.480 ГГц Чувствительность приёмника -80 дБм Дальность работы (зависит от условий) до 10 м Характеристики окружающей среды: Температура эксплуатации - 20° ~ + 60°C Влажность 5 - 95%, не конденсированная Физические характеристики: Габариты 72.5 x 40.4 x 23 мм Масса нетто 85 г Масса брутто 396 г Результаты испытаний: Максимальное отклонение = 8.0 м Отклонение более 7.5м = 0.3% Среднее отклонение = 2.1 м Среднеквадратичное отклонение = 2.6 м Как было отмечено выше, второй приемник GlobalSat BT-338 был установлен в салоне автомобиля под ветровым стеклом. Ниже приведены данные по этому приемнику: Максимальное отклонение = 33.3 м Отклонение более 7.5м = 20.6% Среднее отклонение = 4.4 м Среднеквадратичное отклонение = 5.9 м 2.4.2. GPS приёмник GlobalSat BU-353
BU-353 - выносной GPS приёмник с USB интерфейсом. Предназначен для пользователей лаптопов, ноутбуков, ПК и КПК с USB-хостом. В одном корпусе совмещён GPS приёмник и активная антенна (GPS Mouse). В основе приёмника лежит чипсет SiRF Star III, обеспечивающий высокое качество и скорость определения координат. BU-353 может быть подключён к ноутбуку или ПК, на котором установлено любое навигационное программное обеспечение (АвтоГИС, OziExplorer, MapSource, Microsoft AutoRoute, ...). Особенности: USB интерфейс; чипсет SiRF Star III с пониженным энергопотреблением; 20 параллельных каналов, All-in-View; встроенная активная высокочувствительная антенна; "холодный старт" - 45 секунд; отличное качество приёма в условиях "городских каньонов" и леса; встроенный "SuperCap" для сохранения данных альманаха и быстрого рестарта; сообщения NMEA 0183 v2.2: GGA, GSA, GSV, RMC (GLL, VTG - опционально); малое потребление энергии - 80 мА; магнитное основание, нескользящая нижняя поверхность; светодиод, отображающий состояние работы GPS; длина кабеля 1.5 м; компактный размер (53 мм диаметр, 19.2 мм высота). Результаты испытаний (2 приемника): Приемник 1: Максимальное отклонение = 6.7 м Отклонение более 7.5м = 0.0% Среднее отклонение = 1.8 м Среднеквадратичное отклонение = 2.3 м Приемник 2: Максимальное отклонение = 8.6 м Отклонение более 7.5м = 1.0% Среднее отклонение = 2.1 м Среднеквадратичное отклонение = 2.7 м 2.4.3. GPS приёмник MR-350
GPS приёмник MR-350 предназначен для стационарной установки на транспортном средстве. Приёмник на новейшем чипсете SiRF star III вместе с антенной смонтирован в небольшом герметичном корпусе и обеспечивает уникальное качество принимаемого GPS сигнала в самых трудных условиях. Типичное применение MR-350 - установка на судах, в авиации, на наземном транспорте. Длинный интерфейсный кабель (4.5 метра) позволяет проложить его к компьютеру или КПК, расположенному практически в любом месте транспортного средства. Кабель оканчивается универсальным разъёмом типа PS/2, к которому можно приобрести дополнительные адаптеры для COM или USB порта компьютера, или для разных моделей КПК. Особенности: чипсет SiRF Star III с пониженным энергопотреблением и высокой чувствительностью; 20 параллельных каналов, All-in-View; встроенная высокочувствительная активная антенна (-159 dBm); работа по протоколу NMEA 0183 v2.2: GGA, GSA, GSV, RMC (GLL, VTG); встроенный "SuperCap" для сохранения данных альманаха и быстрого рестарта; малое потребление энергии (70 мА); подключение к КПК или ноутбуку с помощью дополнительных кабелей. Характеристики: Приемник: Чипсет SiRF Star III Частота L1, 1575.42 МГц Количество каналов 20, "All-in-View" Точность: Определение скорости 0.1 м/сек, 95% (селективный доступ отключён) Датум WGS-84 Время захвата позиции: Обновление данных 0.1 сек. Горячий старт 8 сек., в среднем Тёплый старт 38 сек., в среднем Холодный старт 42 сек., в среднем Последовательный порт: Формат ASCII Протоколы GPS NMEA 0183/SiRF binary Данные GPS NMEA: GGA, GSA, GSV, RMC, GLL, VTG Скорость передачи По-умолчанию: NMEA - 4800 б/с Питание: Напряжение питания 12 В (при использовании кабеля-прикуривателя) 5 В ±5%, постоянный ток (от USB порта) 5 В ±5%, постоянный ток (от разъёма PS/2) Потребляемый ток 70 мА Ограничения: Максимальная высота До 18000 м (60000 футов) Максимальная скорость До 515 м/с (1000 узлов) Максимальная вибрация 20 м/сек3 Максимальное ускорение До 4g Характеристики окружающей среды: Температура эксплуатации - 40° ~ + 85°C Влажность любая Физические характеристики: Габариты 62 мм (диаметр) x 21 мм (высота) Длина кабеля 4.5 м Результаты испытаний: Максимальное отклонение = 7.7 м Отклонение более 7.5м = 0.3% Среднее отклонение = 2.1 м Среднеквадратичное отклонение = 2.6 м 2.4.4. GPS приёмник Leadtek 9559X
Новый приемник (производство Тайвань), техническое описание только на китайском языке. Результаты испытаний: Максимальное отклонение = 7.4 м Отклонение более 7.5м = 0.0% Среднее отклонение = 2.2 м Среднеквадратичное отклонение = 2.8 м 2.4.5. GPS приёмник Mobile Mapper
Результаты испытаний (4 приемника): Приемник 1: Максимальное отклонение = 7.9 м Отклонение более 7.5м = 0.3% Среднее отклонение = 2.7 м Среднеквадратичное отклонение = 3.2 м Приемник 2: Максимальное отклонение = 3.4 м Отклонение более 7.5м = 0.0% Среднее отклонение = 0.8 м Среднеквадратичное отклонение = 1.0 м Приемник 3: Максимальное отклонение = 4.6 м Отклонение более 7.5м = 0.0% Среднее отклонение = 0.6 м Среднеквадратичное отклонение = 0.8 м Приемник 4: Максимальное отклонение = 3.1 м Отклонение более 7.5м = 0.0% Среднее отклонение = 0.9 м Среднеквадратичное отклонение = 1.1 м Отклонение, метр
MM_1
MM_2
MM_3
MM_4
BU353
BU353
MR350
BT338
LT9559 0 – 0.5
12.8
33.5
49.3
30.4
13.7
21
13.7
10.2
14 0.0 – 1.0
20.5
65.2
84.7
60.7
29.3
36.2
29.9
21.9
25.7 0.0 – 1.5
33
85.6
95.3
82.7
41.1
51.4
43
36.2
40.3 0.0 – 2.0
37.2
96.2
97.7
93.6
54.5
63.8
52.9
55.2
50.5 0.0 – 2.5
48.1
98.7
98.6
97.4
65.6
70.2
65.6
72.1
59 0.0 – 3.0
57.7
99.4
98.6
99.7
75.2
82.9
76.4
78.7
69.5 0.0 – 3.5
66
100
99.1
100
82.5
89.2
82.8
84.1
77.5 0.0 – 4.0
71.5
100
99.5
100
88.5
91.7
87.3
89.2
87.3 0.0 – 4.5
81.7
100
99.5
100
89.8
94.3
91.7
91.4
90.8 0.0 – 5.0
87.8
100
100
100
92.7
96.2
94.6
94.6
93 0.0 – 5.5
93.6
100
100
100
95.5
96.5
96.5
96.8
96.2 0.0 – 6.0
96.5
100
100
100
96.8
99
97.8
98.1
97.1 0.0 – 6.5
98.7
100
100
100
97.8
99.7
98.7
99
98.1 0.0 – 7.0
99.7
100
100
100
99
100
99.7
99.7
98.7 0.0 – 7.5
99.7
100
100
100
99
100
99.7
99.7
100 0.0 – 8.0
100
100
100
100
99
100
100
99.7
100 0.0 – 8.5
100
100
100
100
99.7
100
100
100
100 0.0 – 9.0
100
100
100
100
100
100
100
100
100 0.0 – 9.5
100
100
100
100
100
100
100
100
100 0.0 – 10.0
100
100
100
100
100
100
100
100
100 2.4.6. Сводные результаты испытаний
Число точек (процент от общего числа измерений), отклонения на которых лежат в указанных пределах Характеристика
mm_1
mm_2
mm_3
mm_4
MR350
BT338
LT9559
BU353_1
BU353_2 Максимальное отклонение, м
7.9
3.4
4.6
3.1
7.7
8
7.4
8.6
6.7 Отклонение более 7.5 м, %
0.3
0.0
0.0
0.0
0.3
0.3
0.0
1.0
0.0 Среднее отклонение, м
2.7
0.8
0.6
0.9
2.1
2.1
2.2
2.1
1.8 Среднеквадратичное отклонение, м
3.2
1.0
0.8
1.1
2.6
2.6
2.8
2.7
2.3 Результаты испытаний навигационных GPS-приемников 2.4.7. Определение координат контрольных точек
Один из этапов испытаний посвящен определению координат контрольных точек, фиксация которых осуществлялась в процессе движения мимо этих точек. Число контрольных точек – 6, число измеренных точек – 46. Фиксация осуществлялась при движении в прямом и обратном направлении со скоростью 20 км/час, 40 км/час и 60 км/час. Результаты измерений приведены в таблице, в которой показано число точек (процент от общего числа измерений), величина отклонения координат для которых лежит в пределах, указанных в первом столбце таблицы, и на графике, показывающий распределение отклонений: зависимость числа точек (процент от общего числа измерений) (ось Y) от величины отклонения (ось X). 2.5. Выводы и рекомендации
Приведенные результаты испытаний позволяют сделать однозначный вывод о том, что все испытываемые приемники обеспечивают координирование трека движения и фиксацию путевых точек в процессе движения со среднеквадратичной погрешностью не хуже 5.0 метра. Максимальные отклонения измерений не превышали 9.0 м, отклонения более 7.5 м составили менее 3% измерений. Таким образом любые из описанных выше GPS-приемников навигационного класса могут быть использованы для сбора полевых данных по осевым линиям автодорог, объектам дорожной инфраструктуры и придорожного сервиса, предназначенных для обновления топографических карт масштаба 1:25000 – 1:100000, создания открытых цифровых карт и навигационных карт. Анализ полученных результатов показывает, что три из четырех приемников Mobile Mapper дают среднеквадратичную погрешность в пределах 1.0 м, максимальное отклонение менее 5.0 м, 91% измерений лежит в пределах 2.0 м. Таким образом эти приемники могут быть использования для обновления карт масштаба 1:10 000 и 1:5 000, даже без дифференциального режима. Только один из приемников Mobile Mapper (который был приобретен ранее других) показал более худшие результаты, но тоже может быть использован для обновления карт масштаба 1:10 000. В результате анализа материалов испытаний было обнаружено следующее: 1. Максимальные отклонения треков движения для всех приемников, кроме Mobile Mapper, были отмечены в местах изменения направления движения (на поворотах). По-видимому, навигационные приемники в процессе движения корректируют координаты своего местоположения, исходя из направления и скорости движения. При изменении направления движения происходит инерционное запаздывание и переход к новому направлению движения через 5-10 секунд, в зависимости от скорости движения. Такая особенность навигационных приемников должна учитываться при записи треков движения: рекомендуется снижать скорость до 30-40 км/час при приближении к повороту. Необходимо проведение дополнительных исследований для выяснения алгоритмов корректировки треков в процессе движения, заложенных в навигационные приемники, и возможности учета этих особенностей в режиме постобработки треков. Может быть также изучен вопрос получения от навигационных приемников «сырых» данных, которые они получают от спутников и независимой доработки этих данных, не используя инерционные алгоритмы приемников. Возможность получения «сырых» данных заложены в протокол Sirf, по которому могут приниматься данные от GPS-чипсетов SiRF Star III. Исследования показали, что приемники Mobile Mapper не вносят таких искажений в треки движения. 2. При фиксации координат контрольных точек в процессе движения обнаружено запаздывание получения координат от навигационных приемников. Анализ показал, что величина этого запаздывания составляет порядка одной секунды и присутствует во всех измерениях. При введении поправки в зафиксированные координаты точки на одну секунду (времени) по направлению движения были получены результаты, приведенные выше. В связи с этим в программное обеспечение была добавлена опция, которая задает автоматическое введение поправки непосредственно в процессе движения и записи координат (постобработка в этом случае не требуется). Были проведены дополнительные измерения с исправленным программным обеспечением, которые показали, что точность фиксации координат точек без какой-либо постобработки составляет не хуже 5.0 м. Собственные точностные характеристики приемников позволяют получить более высокую точность, но наибольшую ошибку вносит оператор, фиксирующий точки в процессе движения. В связи с этим рекомендуется выполнять фиксацию контрольных точек при движении со скоростью не более 60 км/час. На этой скорости при реакции оператора не хуже 0.5 секунды погрешность фиксации точки составит не хуже 12 м. Испытания позволяют рекомендовать любые из испытанных приемников для сбора полевых данных по осевым линиям автодорог, объектам дорожной инфраструктуры и придорожного сервиса, предназначенных для обновления топографических карт масштаба 1:25000 – 1:100000, создания открытых цифровых карт и навигационных карт. Получаемая погрешность определения координат любым из приемников заведомо ниже допустимых отклонений. В связи с этим предпочтение можно отдавать более технологическим моделям. Наиболее технологическим GPS-приемником навигационного класса для автомобильной навигации является MR350: - приёмник на чипсете SiRF star III вместе с антенной смонтирован в небольшом герметичном корпусе и обеспечивает высокое качество принимаемого GPS-сигнала; - предусмотрено надежное крепление на гайке; - длинный (4.5 м) интерфейсный кабель; - универсальным разъём типа PS/2, к которому выпускаются адаптеры для COM или USB порта компьютера, или для разных моделей КПК; - электропитание осуществляется через интерфейсный универсальный разъём типа PS/2; - цена менее 3000 руб. 3. Опытная эксплуатация программно-технического комплекса
Программно-технический комплекс, установленный на автомобиль, проходил опытную эксплуатацию в течении 3-х месяцев. В процессе опытной эксплуатации испытывались разные модели навигационных GPS-приемников и программное обеспечение, дорабатываемое во время эксплуатации по получаемым замечаниям и предложениям. Эксплуатация комплекса выполнялась на автомобильных дорогах Приморского края различных категорий: от автомагистралей до полевых дорог. Общая протяженность записанных треков составила более 7 800 км, закоординировано 7 100 объектов дорожной инфраструктуры и придорожного сервиса. Общее время работы программно-технического комплекса в режиме записи данных составило 162 часа. Схема записанных маршрутов приведена на рисунке. Комплекс показал высокую надежность – за время эксплуатации не зафиксировано ни одного сбоя аппаратных средств. По материалам опытной эксплуатации был проведен анализ записанных маршрутов с целью определения повторяемости при прохождении одних и тех же дорог в одном направлении. Такой анализ дает косвенное подтверждение корректности определения координат навигационными приемниками. Методика анализа состояла в том, что один из треков принимался за базовый и определялись величины отклонений координат точек анализируемых треков относительно базового. По результатам анализа 500 км автодорог, записанных разными приемниками в разное время года и суток, получены следующие результаты: - максимальное различие координат точек анализируемых и базового треков – 8.2 м; - среднее отклонение – 2.4 м. Полученные данные подтверждают результаты и выводы, полученные по результатам экспериментальных исследований точностных характеристик GPS-приемников навигационного класса, описанных выше. 4. Заключение В результате выполнения 2-го этапа ОКР: 4.1. Скомпонован и установлен на автомобиль программно-технический комплекс в составе: o Процессор IBM PC в исполнении автомобильного безвентиляторного компьютера CarPC (); o Монитор диаметром 8 дюймов. o Клавиатура, «мышь». o Аудиоколонки. o GPS-приемники: BU-353 (OEM-модуль, USB-порт, внешняя антенна), BT-359 (OEM-модуль, BlueTooth-канал, внешняя антенна). o Операционная среда WindowsXP. o Мобильная навигационная система «ПримGPS/ГЛОНАСС». o Цифровая карта Приморского края с картами городов Приморского края. 4.2. Проведено экспериментальное исследование точностных характеристик GPS-приемников навигационного класса, которое доказало возможность использования GPS-приемников навигационного класса для сбора полевых данных по осевым линиям автодорог, объектам дорожной инфраструктуры и придорожного сервиса, предназначенных для обновления топографических карт масштаба 1:25000 – 1:100000, создания открытых цифровых карт и навигационных карт. 4.3. Проведена опытная эксплуатация программно-технического комплекса, которая показала его высокую эффективность и надежность.
| 
