Aplicatii civile cu Gps la autovehicule rutiere

Aplicatii civile cu Gps la autovehicule rutiere

Sistemul GPS, principii de functionare, precizie

Sistemul GPS a fost realizat la inceput dintr-un numar de 24 de sateliti (ulterior au

mai fost adaugati si altii ajungandu-se la 28 de sateliti) care sirmeaza o retea care inconjoara

globul, astfel incat din orice zona de pe suprafata pamantului sau din jurul acestuia sa poata

fi vizibili minim patru sateliti la orice moment de timp. Modul de functionare al sistemului GPS este triangulatia realizata de catre  receptorul GPS. Acesta isi poate calcula distanta fata de minim 3 sateliti si astfel, in functie de pozitia satelitilor sare este cunoscuta, acesta isi poate calcula propria pozitie. Daca un satelit isi cunoaste cu precizie pozitia in spatiu relativ la un sistem de coordonate si emite un semnal in care codifica pozitia si momentul de timp la care semnalul a fost transmis, un receptor care receptioneaza acest semnal isi poate calcula distanta fata de acesta cu formula:

d c × t ts

unde d este distanta intre satelit si receptor, c este viteza de propagare a undelor radio (egala cu viteza luminii si cunoscuta), t este momentul de timp curent (la care receptorul a receptionat semnalul) si s t este momentul la care satelitul a transmis semnalul. Cu alte cuvinte distanta este egala cu produsul dintre viteza semnalului radio si timpul cat acesta a calatorit de la momentul cand a fost emis pana cand a ajuns la receptor (Fig. 1).

Fig. 1 Calculul distantei dintre satelit si receptor.

Cunoscand cu exactitate pozitia satelitului si distanta de la satelit la receptorul GPS

se poate defini pozitia celui din urma ca fiind undeva pe o sfera cu centrul in jurul satelitului

respectiv. Acest lucru nu este suficient pentru o localizare exacta. De aceea este nevoie de un numar de trei sateliti pentru a putea cunoaste pozitia exacta, avand astfel un numar de trei ecuatii cu trei necunoscute (latitudine, longitudine, altitudine). Astfel prin intersectia a trei sfere cu centrele situate in cei trei sateliti se obtin doar doua puncte posibile unde receptorul se poate afla (Fig. 2). Numai unul din aceste doua puncte este cel in care se afla receptorul. Deoarece in marea majoritate a cazurilor receptorul GPS este localizat undeva in apropierea suprafetei terestre unul dintre aceste puncte poate fi eliminat din start, deoarece se afla undeva in spatiu.

Fig. 2 Intersectia a trei sfere defineste doua puncte unde se poate afla receptorul

Utilizand procedeul descris anterior se presupune ca atat satelitii cat si receptorul GPS utilizeaza ceasuri perfect sincronizate. Daca ceasurile satelitilor pot fi ceasuri cu cesiu de mare precizie, nu acelasi lucru se intampla cu receptorul GPS care trebuie sa fie suficient de ieftin pentru a putea fi utilizat pe scara larga. Din acest motiv este nevoie ca pe langa cei trei sateliti de care s-a amintit anterior sa existe inca unul care sa confirme timpul curent. Avand patru sateliti vom avea un sistem de patru ecuatii (distantele pana la cei patru sateliti) cu patru necunoscute (latitudinea, longitudinea, altitudinea si timpul curent). Daca exista mai mult de patru sateliti disponibili se pot reduce erorile inerente masuratorilor. Desi in teorie precizia unui receptor GPS poate fi de numai cativa centimetri, exista si erori care afecteaza pozitia calculata cu ajutorul unui GPS, asa ca in practica pentru un receptor obisnuit se poate ajunge si la 10-20 m. Aceste erori se datoreaza in principal faptului ca viteza cu care calatoreste un semnal radio poate varia din cauza conditiilor atmosferice variabile. În special ionosfera afecteaza aceste semnale. Pentru a reduce erorile s-au imaginat diferite sisteme, unul dintre acestea fiind DGPS (Diferential GPS). Astfel, pe langa cei patru sateliti (al caror semnal este afectat de conditiile atmosferice) utilizati pentru a calcula pozitia receptorului se mai utilizeaza si o statie terestra. Locatia acesteia este cunoscuta. Totodata aceasta actioneaza ca un receptor si poate astfel calcula ce fel de erori apar. Aceste erori sunt transmise catre receptoarele GPS din zona ca un semnal de corectie care in acest fel isi pot calcula mult mai exact pozitia, obtinandu-e o precizie mai buna de 10m pentru receproarele aflate la mai putin de 50km de statia DGPS.

Aplicatii ale sistemului GPS

Sistemul GPS are o multitudine de aplicatii civile dintre cele mai diverse de la realizarea de masuratori in teren pana la agricultura si scopuri recreationale. În cele ce urmeaza se vor enumera cateva din domeniile unde tehnologia GPS si-a gasit aplicabilitate practica, indentificand unde este cazul si unele directii noi in care utilizarea acesteia s-ar putea extinde.

Masuratori in teren si cartografiere

Una din cele mai comune aplicatii civile a sistemului GPS o reprezinta masuratorile realizate pe teren. Cu ajutorul instrumentelor specializate acest lucru se realizeaza cu mare usurinta. Pentru ca un receptor GPS specializat sa isi poata calcula cu acuratete pozitia este nevoie de obicei de o perioada mai mare de timp. Pentru masuratori este nevoie de precizie buna asa ca nu orice receptor GPS este potrivit, ci este nevoie de aparatura specializata care este mai costisitoare. Pentru o precizie buna este nevoie de sisteme DGPS sau RTK in functie de acuratetea dorita si de receptoare performante.

Fig. 3 Receptor GPS pentru realizarea de masuratori in teren .

Navigatie si localizare rutiera

Utilizarea sistemului GPS pentru navigatia rutiera este una din cele mai cunoscute aplicatii ale acestui sistem. Exista o multitudine de producatori de astfel de sisteme. Precizia necesara pentru astfel de aplicatii nu trebuie sa fie atat de buna ca in cazul Masuratorilor de precizie, 10-20m fiind suficient pentru traficul auto. Din aceasta cauza receptoarele GPS pentru uz auto sunt printre cele mai comune dispozitive de acest fel comparativ cu cele utilizate pentru alte aplicatii specializate. Un receptor GPS auto trebuie in schimb sa aiba un procesor performant care sa

permita calcularea de trasee in timp real si sa dispuna de o harta rutiera in format electronic

detaliata care sa fie de actualitate. Pretul unei astfel de harti poate fi destul de ridicat si trebuie luat in considerare la achizitia unui receptor GPS.

Una din aplicatiile mai putin cunoscute ale sistemului GPS in domeniul auto este localizarea autovehiculelor in trafic, aceasta aplicatie fiind utila atat firmelor care detin un parc auto numeros cat si particularilor care doresc sa stie in permanenta unde se afla un autovehicul, din motive de siguranta. Pentru a putea realiza acest lucru tehnologia GPS este integrata cu tehnologia comunicatiilor. Firme precum Starcom produc sisteme de localizare in trafic. Sistemul consta intr-un receptor GPS montat pe autovehicul si un modul GSM care transmite locatia acestuia catre un centru de control. Cu ajutorul tehnologiilor web moderne utilizatorul poate sa se conecteze la acest centru si sa cunoasca cu precizie unde se afla un autovehicul.

Un sistem asemanator au implementate unele firme de taximetrie, firme de distributie precum si firme de inchirieri auto care pot cunoaste utilizand sistemul daca cel care a inchiriat masina a depasit numarul admis de kilometri sau viteza legala etc.

Fig. 4 Sistem de urmarire a autovehiculelor in trafic produs de Starcom .

Fig . Localizarea-determinarea unei pozitii

Sistem de urmarire a autovehiculelor in trafic