Новое спортивное ориентирование: как самостоятельно определить свое местоположение

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 ^[1] 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.


На базе стандартного телефона сети GSM можно построить ^[2] систему определения его местоположения, но для этого телефон должен «знать», где находятся базовые станции

На конкурсах формата «спортивное ориентирование» ^[3], где цель соревнующихся — прохождение неизвестной трассы с помощью карты и компаса, GPS используют ^[4] для сохранения данных маршрута (например, с помощью программы GPSSeuranta ^[5]). 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 ^[6] примерно 1-2 метра (при условии хорошей видимости небосвода). Другие методы в различных стандартах радиосвязи демонстрируют точность от десятков километров ^[7] до 50 м ^[8] в WCDMA и LTE.

Спортсмен, который хочет расширить свои навыки ориентирования, может очертить на карте круг вокруг базовой станции радиусом до 32 км ^[9]. Методом time of arrival ^[10], а также некоторыми другими способами ^[9] 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

(с ^[11])

GPS остается основным инструментом для оценки эффективности прохождения трасс. Например, швейцарская национальная команда использует ^[12] 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 ^[13], Skyhook Wireless ^[14], Google (проект Latitude ^[11], 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 ^[15], 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 ^[16]. 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

(с ^[17])

Метод Enhanced Observed Time Difference (E-OTD) ^[17] 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.

BTS — базовая станция, d— геометрическое расстояние от мобильного телефона до базовой станции (с ^[18])

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 ^[19] 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

(с ^[20])

В радиолокации гиперболическое позиционирование ^[21] – это процесс определения положения, основанный на разнице во времени приема (Time Difference of Arrival, TDOA ^[22]) 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 ^[23] добиться точности определения местоположения в диапазоне от 50 до 100 метров, что превосходит ^[23] 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 ^[24] (от англ. obfuscate — делать неочевидным, запутанным, сбивать с толку). Технология позволяет ^[25] 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.

Автор: Yota4All

Источник ^[26]