![image](https://habrastorage.org/webt/ow/7p/v3/ow7pv3kshvv4n_45nrclt2vyfyi.png)
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 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.
![image](https://habrastorage.org/webt/tr/sa/sm/trsasm7lozigiacwvz_iuza60n4.png)
На базе стандартного телефона сети GSM можно построить систему определения его местоположения, но для этого телефон должен «знать», где находятся базовые станции
На конкурсах формата «спортивное ориентирование», где цель соревнующихся — прохождение неизвестной трассы с помощью карты и компаса, GPS используют для сохранения данных маршрута (например, с помощью программы GPSSeuranta). 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 примерно 1-2 метра (при условии хорошей видимости небосвода). Другие методы в различных стандартах радиосвязи демонстрируют точность от десятков километров до 50 м в WCDMA и LTE.
Спортсмен, который хочет расширить свои навыки ориентирования, может очертить на карте круг вокруг базовой станции радиусом до 32 км. Методом time of arrival, а также некоторыми другими способами 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
![image](https://habrastorage.org/webt/mk/ic/pd/mkicpdu-ffvsbkvhbdkwopdk2cu.jpeg)
(с)
GPS остается основным инструментом для оценки эффективности прохождения трасс. Например, швейцарская национальная команда использует 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, Skyhook Wireless, Google (проект Latitude, 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, 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. 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
![image](https://habrastorage.org/webt/yq/hl/ew/yqhlewbvny1mutacm0wu6co2ct4.jpeg)
(с)
Метод Enhanced Observed Time Difference (E-OTD) 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.
![image](https://habrastorage.org/webt/wk/cn/rj/wkcnrj2nj8urcuol7x2xcsriiyc.gif)
BTS — базовая станция, d— геометрическое расстояние от мобильного телефона до базовой станции (с)
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 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
![image](https://habrastorage.org/webt/ta/by/kp/tabykp5ggjhpbn6xaiadr4ov9na.jpeg)
(с)
В радиолокации гиперболическое позиционирование – это процесс определения положения, основанный на разнице во времени приема (Time Difference of Arrival, TDOA) 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 добиться точности определения местоположения в диапазоне от 50 до 100 метров, что превосходит 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 (от англ. obfuscate — делать неочевидным, запутанным, сбивать с толку). Технология позволяет 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.
Комментарии (17)
GennPen
14.05.2018 15:01По GSM в теории конечно все хорошо, но на практике дает точность плюс-минус лапоть.
И где метод определения по WiFi точкам доступа? Который в городских условиях гораздо точней и быстрей работает, т.к. GPS-у мешают здания, по сотовым мешают переотражения, а плотность WiFi точек доступа достаточно высокая.Yota4All Автор
15.05.2018 11:36Добрый день! Определение геопозиции с помощью Wi-Fi имеет практический смысл только в черте города с плотным покрытием открытых сетей, также придется использовать базу с местоположением точек доступа. Механика схожа с геолокацией с помощью базовых станций – нахождение положения точки триангуляционного центра.
datacompboy
14.05.2018 16:31Начало статьи напомнило анекдот про любовь.
А при чем тут спорт.ориентирование?
Выглядит как мешанина…Yota4All Автор
15.05.2018 11:40Добрый день! Спортивное ориентирование – яркий пример использования методов самостоятельной геолокации, поэтому мы решили включить описание этого вида спорта в текст.
arcman
15.05.2018 12:42Слабовата статья, много фактических ошибок и намешано все.
Какая ещё триангуляция если информации об углах нет?Yota4All Автор
15.05.2018 13:13Добрый день! Касательно триангуляции хотим отметить, что углы в данном случае образуются между мобильным устройством и базовыми станциями.
arcman
15.05.2018 13:31и чем, простите, эти углы измеряются и в какой момент?
вот вы абонент с мобильным устройством, вы хотите свое местоположение узнать по сигналу от базовых станций.
координаты базовых станция вам известны.
ваши действия?Yota4All Автор
15.05.2018 16:06
Переведем изображение выше в формулу:
A (xa,ya), B (xb, yb), C (xc, yc) — базовые станции с заданными координатами. O(xo, yo) – телефон. Амплитуда сигнала обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника. Таким образом, расстояние Ra от источника O до станции A будет равно:
где ka – это некоторый коэффициент, который мы можем получить при калибровке устройств.
Расстояние рассчитывается по формуле:
Собственно, просто так данные о скорости прихода сигнала получить можно, но не в пару кликов: либо вмешиваться в прошивку и получать данные со станции, либо поставить дополнительное ПО.GennPen
15.05.2018 16:20Припишите еще погрешность получения расстояния до БС — плюс-минус лапоть(200-500м). И тогда становится ясно, что получить примерное положение аппарата можно только с точностью до района.
arcman
15.05.2018 16:51Ну и где же здесь «триангуляция»?
Никакой работы с углами тут нет.
Теперь далее — вам нужно определить Xo и Yo, а вы приводите теорему Пифагора в которую сами же неизвестные и включены.
Так вы ничего не вычислите.
Вначале вы пишете о связи амплитуды сигнала и расстояния, но потом в конце почему то предлагаете определять расстояние по «скорости прихода сигнала», да еще и непонятно каким образом.
И например в случае с базовыми станциями WiFi никакой «скорости прихода сигнала» даже в теории нет, но это не мешает вычислять координаты даже точнее чем с GSM/3G/LTE.Yota4All Автор
16.05.2018 10:04Триангуляция – это процесс, с помощью которого местоположение устройства можно определить путем измерения либо радиального расстояния, либо направления принятого сигнала от двух, трех или более разных точек базовых станций. Расчет ведется по разным формулам, в зависимости от выбранного метода, с разными результатами — иногда более точными, иногда менее точными.
arcman
16.05.2018 10:31-1Вам нужно было вместо «триангуляция» написать «трилатерация», но вы вместо этого показали полное непонимание темы.
Не зачет в общем.
Непонятно зачем вообще компания Yota стала публиковать вместо своих новостей какие то мусорные статьи, не имеющие к Yota никакого отношения.
wholeman
Методы определения местоположения это, конечно, интересно. Но зачем сюда притягивать спортивное ориентирование (которое не «конкурсы формата», а вполне себе официальный вид спорта)? GPS там использовать ещё можно, как вспомогательную технологию, но всё остальное даёт неприемлемую погрешность.
Yota4All Автор
Здравствуйте! Мы решили включить описание этого вида спорта в текст, так как он является ярким примером использования методов самостоятельной геолокации.
bopoh13
У ОпСоС-ов даже в центральной части РФ не все леса покрыты GSM-вышками. Предлагаю с сегодняшнего дня пропавших без вести туристов оставлять на вашей совести.