19 мая 2016г.
Аннотация.
В статье рассматриваются основные возможность использования МЭМС мобильного устройства в качестве дополнительного источника для дополнения видеоинформации данными позиционирования. Выделяются и описываются характерные недостатки GPS. Рассматривается возможность расширения алгоритма дополнения видеоинформации геолокационными данными, данными МЭМС.
В процессе развития мобильных технологий, происходит расширение области применения мобильного устройства. При комбинировании некоторых стандартных на сегодня функций появляется возможность увеличения области применимости данных, получаемых с мобильного устройства. Например, при комбинировании системы геопозиционирования (GPS), встроенных МЭМС и камеры стало возможным дополнять видеоинформацию данными об местоположении, которые, в свою очередь, имеют меньшую погрешность также за счёт комбинирования данных глобального позиционирования и данных расположения устройства в пространстве.
Для начала рассмотрим недостаток системы глобального позиционирования, который ограничивает ее использование: неудовлетворительная точность определения местоположения. Это связано:
- C космическим сегментом системы: спутники GPS транслируют сигнал из космоса, и все приёмники GPS используют этот сигнал для вычисления своего положения в пространстве по трём координатам в режиме реального времени.
- С управляющим сегментом системы (Управляющий сегмент представляет собой главную управляющую станцию и несколько дополнительных станций): неточность эфемерид.
- С пользовательским сегментом системы: ионосферная и тропосферная задержки, шумовая ошибка приемника, многолучёвость.
Таблица 1
Среднеквадратичные значения погрешности технологии GPS[1].
|
Источник погрешности
|
Среднеквадратичное значение погрешности, м.
|
|
Нестабильность работы генератора
|
6.5
|
|
Задержка в бортовой аппаратуре
|
1.0
|
|
Неопределённость пространственного положения спутника
|
2.0
|
|
Другие погрешности космического сегмента
|
1.0 |
|
Неточность эфемерид
|
8.2
|
|
Другие погрешности наземного сегмента
|
1.8
|
|
Ионосферная задержка
|
4.5
|
|
Тропосферная задержка
|
3.9
|
|
Шумовая ошибка приёмника
|
2.9
|
|
Многолучёвость
|
1.4
|
|
Другие ошибки сегмента пользователя
|
1.0
|
|
Суммарная погрешность
|
13.1
|
Типичная точность современных GPS-приёмников в горизонтальной плоскости составляет примерно 6—8 метров при хорошей видимости спутников и использовании алгоритмов коррекции.
Таким образом, факторами, влияющими на снижение точности, являются:
1. Орбиты спутников.
2. Наличие объектов-помех, закрывающих необходимые области неба.
3. Влияние атмосферы.
4. Отражение радиоволн.
Но за счет использования дополнительной информации от других источников (например, акселерометра, гироскопа и т.п.) возможно уменьшить погрешность и увеличить точность геопозиционирования (Задача инерциальной навигации).
Использование гироскопа, акселерометра и GPS.
Основной проблемой при работе над задачей инерциальной навигации является погрешность данных, получаемых от МЭМС устройств. Согласно результатам опытов, приводимых в статье Д.Л. Кулакова[2] систематическая погрешность при неподвижном мобильном устройстве составляет ± 0.03g (м/с2). Для компенсации погрешности в данной статье предлагается совместное использование GPS и МЭМС. Для этого вводится абстрактное понятие “якорной точки” – весь путь от А к В разделяется на множество точек, при достижении которых назначаются веса доверия той или иной подсистеме навигации. Данные подсистемы с большим весом считаются эталонными и используются для калибровки второй подсистемы.
Основные узлы модели:
1. GPS. Работа с этой технологией произведена при помощи The Google Maps Geolocation API.
2. МЭМС (Гироскоп, акселерометр).
3. Камера.
4. “Якорные” точки. Абстрактные точки на протяжении пути, определение достижения которой для обеих подсистем будет наиболее легко распознать (например, дорожный поворот).
Рассмотрим алгоритмы “Получение и отправка фреймов на сервер” (см. Схему 1) и “Получение гео- и видео- данных
с дальнейшей отправкой на сервер” (см. Схему 2), с подробным описание которых можно ознакомиться в статье “Дополнение видеоинформации геолокационными данными” [2].
Приведенные выше алгоритмы позволяют комбинировать данные GPS и камеры мобильного устройства. Но, как было сказано, иногда точность GPS недостаточно. Для
решения поставленной задачи, необходимо добавить блок, который будет отвечать за обработку данных с МЭМС (см. Схема 3).
Алгоритм.
1.
На первом этапе параллельно настройке GPS происходит проверка доступных на устройстве
МЭМС.
2.
Разбиение маршрута на точки.
3.
Выбор ближайшей точки.
4.
Распределение весов подсистемам позиционирования (при первой итерации веса одинаковые).
5.
Передача данных о точке и весе подсистемам позиционирования.
6. Далее обе подсистемы работают параллельно в циклах, соответствуя своей специфике позиционирования, пока результатом не будет достижение точки.
7.
Передача результата позиционирования. Результаты
сравниваются. Так как точки были выбраны в системе координат карты, то сравнение происходит по удаленности от координат якорной точки: больший вес назначается подсистеме с наименьшим удалением. Если получен только один результат, то соответствующей подсистеме назначается наибольший вес. Если ни одного результата – веса уравниваются.
8.
Пункты 3-7 выполняются на
протяжении всего маршрута (пока не будет достигнута последняя якорная точка)
Помимо улучшения характеристик определения местоположения описанный выше алгоритм позволяет использовать данные МЭМС в режиме реального времени. Как видно из рисунка 1, становится возможным накладывать отображение маршрута на видеоизображение с камеры.
Список литературы
1. Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации для морских подвижных объектов / Под ред. В. Г. Пешехонова. — 2-е изд. — Спб.: ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор», 2003. — С. 160-161. — 390 с. — ISBN 5-900780-47-3
2.
Кулаков Д.Л. Сенсорные технологии // Молодежный научно-технический вестник / Издательство ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Н.Э. Баумана» — Москва, 2013
3.
Овсянников А.А. Актуальные проблемы получения и передачи видеоинформации средствами мобильных устройств под управлением Android OC // Некоторые актуальные проблемы современной математики и математического образования, 14-18 апреля, 2014, Санкт-Петербург,
Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена, 2014 г., С. 255
