Вы опаздываете. GPS на вашем смартфоне вращается, пытаясь захватить сигнал. Вы сидите в машине, которая выглядит точно так же, как та, что осталась три мили назад. Это современный панический момент.
Но когда индикатор наконец загорается зеленым, вы точно знаете, где находитесь. Вы получаете пошаговые инструкции для движения. Вы находите ближайшую кофейню. Это возможно благодаря двум различным технологиям, работающим в тандеме: сотовой сети и системе глобального позиционирования (GPS).
Понимание того, как работают сотовые телефоны и GPS-приемники вместе, объясняет, почему ваша карта иногда не работает в подвале, но идеально функционирует на шоссе.
Сотовая сеть: ваша приблизительная оценка
В своей основе сотовый телефон — это сложный двухсторонний радиопередатчик. Он общается не только с людьми, но и с вышками.
Эти вышки расположены в виде сетки ячеек. Когда вы едете, вы перемещаетесь из одной ячейки в другую. Базовые станции отслеживают силу вашего сигнала. Когда вы находитесь на краю ячейки, ваш сигнал ослабевает. Следующая вышка фиксирует его усиление. Сеть переключает ваш разговор с одной вышки на другую.
В удаленных районах вышки расположены редко. В городах видимость блокируют небоскребы. В лифтах сигнал часто пропадает.
Но даже без GPS-чипа ваш телефон может предположить, где вы находитесь. Сервер может определить ваше местоположение с помощью триангуляции, используя:
- Угол подхода вашего сигнала к вышкам
- Время, необходимое для прохождения сигнала между несколькими вышками
- Силу сигнала при достижении вышки
Препятствия, такие как деревья или бетон, замедляют радиоволны. Это делает определение местоположения на основе сотовой сети менее точным, чем данные со спутников. Это приблизительная оценка. Достаточно для поиска, но недостаточно для точной навигации.
Спутники GPS: точное позиционирование
GPS также использует радиоволны. Но он не использует наземные вышки. Он использует космос.
На орбите находятся 27 спутников GPS. Двадцать четыре из них активны. Три служат в качестве резервных. Если один выйдет из строя, остальные сохранят целостность сети.
Чтобы определить ваше местоположение, ваш приемник должен знать:
- Где в небе находятся как минимум три спутника
- Расстояние до каждого из этих спутников
Он использует процесс, называемый трилатерацией. Представьте, что вы рисуете сферу вокруг каждого спутника. Радиус этой сферы равен расстоянию до вашего приемника. Три сферы пересекаются в двух точках. Одна точка находится в глубоком космосе. Другая — на Земле. Эта вторая точка — это вы.
Для этого требуется прямая видимость. Густой лесной покров или стальное здание могут заблокировать сигнал. Если вы не видите спутники, вы не можете получить точное позиционирование.
Беспроводной вспомогательный GPS: гибридный подход
Некоторые телефоны используют беспроводной вспомогательный GPS для ускорения процесса. Это иногда называют улучшенным GPS.
Телефон использует спутники. Он также использует данные из сотовой сети. Этот гибридный метод часто захватывает ваше местоположение быстрее, чем стандартный приемник.
Это помогает в местах, где традиционный GPS не работает.
- Внутри крупных зданий
- Под густой листвой
- В плотных городских «каньонах», где небоскребы блокируют небо
Сотовая сеть предоставляет приблизительные данные о местоположении и синхронизацию времени. Спутники обеспечивают точность. Вместе они сокращают время до первого определения местоположения. Вы получаете навигацию там, где автономный GPS сдался бы.
Это сочетание радиовышек и орбитальных спутников делает возможными современные услуги определения местоположения. Следующий шаг — увидеть, как эти функции фактически отображаются в устройствах, которые мы носим с собой.
В большинстве современных смартфонов встроенный чип GPS. Если устройство не имеет этого оборудования, оно всё ещё может определить местоположение, анализируя сигналы через сервер. Основная цель такой системы проста: когда вы набираете 911, ваши GPS-телефоны могут передавать свои координаты в Центр приема вызовов общественной безопасности (PSAP).
Долгое время на этом функционал ограничивался. Но некоторые устройства пошли дальше. Они интегрировали полноценный GPS-приемник непосредственно в корпус телефона или позволяли подключать внешние устройства через Bluetooth или проводные интерфейсы. Эти продвинутые модели могли запускать Java-приложения. Они предлагали пошаговую навигацию. Они определяли близлежащие предприятия.
Чтобы получить доступ к этим функциям, требовалось три вещи:
- Телефон с поддержкой GPS или совместимый внешний приемник
- Тарифный план, поддерживающий передачу данных карт и GPS
- План обслуживания или программное обеспечение, предоставляющее актуальные данные карт и логику маршрутизации
Типичные сценарии использования устройств с определением местоположения
Работодатели использовали эти инструменты для мониторинга сотрудников. Компании предлагали услуги отслеживания для своих автопарков. Телефон-локатор Wherifone предоставлял GPS-координаты и возможность экстренного вызова. Родители отслеживали детей. Ухаживающие за больными получали уведомления, если устройство покидало «безопасную зону». В Японии компания Wearable Environmental Information Networks представила Dog @ Watch — GPS-часы для домашних животных.
Пошаговые инструкции стали главным преимуществом. Телефоны с экранами отображали маршруты. Динамики озвучивали повороты. Провайдеры взимали ежемесячную плату за доступ к этой функции. Точность полностью зависела от базы данных карт. Устаревшие карты приводили к неправильным поворотам.
Среди услуг были TeleNav. ViaMoto. MapQuest. Find Me smart2Go требовал отдельный Bluetooth-приемник и карту памяти. Destinator SP был пакетом программного обеспечения для смартфонов.
Любители активного отдыха нашли ценность в Trimble Outdoors. Оно предлагало карты для пеших прогулок. Горного велосипеда. Геокэшинга. Другие компании стремились продвигать новостные ленты, привязанные к местоположению. Купоны. Рекламу.
Конкретные модели произвели фурор в эту эпоху. Mio A701 Smart Phone. Несколько телефонов Motorola, продававшихся через Sprint/Nextel.
Темная сторона и реакция регулирующих органов
Не все использовали эту технологию ответственно. Полиция в Теннесси отследила подростка, совершавшего розыгрыши с вызовом 911 с GPS-телефона. Правоохранительные органы в Калифорнии арестовали мужчину, который спрятал GPS-телефон под капотом машины своей бывшей девушки, чтобы преследовать её.
Комиссия по связи США (FCC) ответила программой Enhanced 911 (E911). Это правило предписывало всем сотовым телефонам передавать свой номер и местоположение при вызове 911. Производители и провайдеры должны были соответствовать требованиям до конца 2005 года. Этот срок объясняет, почему во многих новых телефонах были установлены GPS-приемники, даже если они не могли выполнять сложные задачи навигации.
E911 спасает жизни. Но это вызывает вопросы о конфиденциальности. Многие центры PSAP всё ещё не имели возможности принимать данные о местоположении сотовых телефонов. Технология опережала инфраструктуру, предназначенную для её использования.
Часто задаваемые вопросы
Есть ли у сотовых телефонов настоящий GPS?
У большинства сотовых телефонов есть возможности настоящего GPS.
