Obrázek 1: Základní princip MNS
Poslední doba přinesla prudký rozmach nových technologií GPS určených pro potřeby navigace a určování polohy v mobilních prostředcích (vozidla, letadla a vrtulníky). Velmi perspektivní a aktuální se pak jeví integrace technologie GPS s GIS, kdy se GPS stává zdrojem polohové informace, která je prezentována na digitálním mapovém podkladu.
Topografická služba AČR, která se ve své vojensko-odborné působnosti zabývá rozvojem technologií GPS, testováním geodetických a navigačních aparatur a jejich zaváděním do užívání v AČR a současně je v rámci AČR gestorem za přípravu a zavádění geodetických, kartografických a geografických standardů, včetně digitálních topografických a geografických databází a map, usiluje o rozvoj vojenských aplikací těchto produktů. Z těchto důvodů rovněž topografická služba AČR ve svých rozvojových programech řeší problematiku vývoje modulárního navigačního systému ( dále jen MNS ) pro potřebu součástí AČR.
MNS je softwarový produkt, který prostřednictvím vhodného hardwaru umožňuje uživateli velmi jednoduchým způsobem provádět lokalizaci polohy a navigaci. Pro tyto účely využívá především digitální ekvivalenty topografických map ( dále jen DETM ), digitální model reliéfu (dále jen DMR-2 ) a další potřebná digitální data.
Koncepce vývoje MNS vychází ze stavu a možností využívání systému
GPS a možností, které poskytuje moderní výpočetní technika.
V neposlední řadě jsou vzaty do úvahy možnosti TS AČR v oblasti tvorby
a aktualizace DETM a databází. Praktickými důvody, které vedly k
rozhodnutí začít s vývojem takovéhoto systému bylo:
Obrázek 1: Základní princip MNS
Obecnou část systému ( jádro MNS ) tvoří dva moduly, komunikační a orientační, které vzájemě spolupracují. Tuto část systému lze dále rozvíjet specializovaně orientovanými uživatelskými moduly (letecká navigace, sledování skupiny cílů a podobně ).
Jako prostředí pro vývoj aplikace bylo zvoleno prostředí Windows a vývoj jednotlivých částí aplikace byl nejprve prováděn v jazyce MS-Visual C++, verze 1.5 pro operační systém Windows 3.1 resp. 3.11. Další vývoj je orientován na Windows 95.
Komunikační modul
Komunikační modul (KM) je základním modulem MNS. Jeho úkolem je zprostředkovat
přenos dat mezi přijímačem GPS a PC. Hardwarově je připojení realizováno
prostřednictvím sériového rozhraní RS 232. Tento softwarový modul zpracovává
data získaná z přijímače GPS a poskytuje je orientačnímu modulu. Zpracováním
dat v komunikačním modulu se rozumí:
Většina přijímačů GPS umožňuje vyslat zprávu ve standardním formátu NMEA-0183 (National Marine Electronic Association). Z tohoto formátu systém využívá zprávu typu GGA a VTG, které poskytují základní navigační informace. Skutečná struktura a počet typů zpráv formátu NMEA-0183 se však u jednotlivých výrobců a typů přijímačů liší, proto je pro každý typ přijímače použit vlastní dekódovací algoritmus.
Dekódované zeměpisné souřadnice B, L v systému WGS-84 a nadmořská výška jsou transformovány podle známých transformačních vztahů do systému S-1942/83 a následně převedeny do zobrazení topografických map používaných AČR (Gaussovo zobrazení). Takto zpracované souřadnice mohou být v případě potřeby ukládány a později využity k rekonstrukci trasy. Modul umožňuje připojení více přijímačů GPS současně, což má význam pro zvýšení spolehlivosti systému, resp. pro vzájemné porovnávání přijímačů GPS.
Orientační modul
Orientační modul zobrazuje data získaná z komunikačního modulu. Podklad, na který se poloha objektu zobrazuje, tvoří ucelená řada DETM měřítek 1 : 25 000 až 1 : 1 000 000. Koncepce orientačního modulu je taková, že aktuální poloha antény přijímače GPS je uprostřed okna orientačního modulu a při změně polohy se posouvá obraz mapy. Poloha je znázorněna nitkovým křížem a symbolem pohybujícího se objektu (např. symbol letadla) a může být doplněna směrovou růžicí. Na základě informace o směru se osa symbolu natáčí tak, aby ukazovala aktuální směr pohybu objektu.
Orientační modul umožňuje v reálném čase využívat informace obsažené v řadě datových bází jako je např. databáze výškových překážek, databáze geodetických bodů nebo informace o reliéfu terénu obsažené v DMR-2. Další rozvoj systému předpokládá využití digitální mapy ICAO, vektorových dat a digitálních map ve standardech NATO.
Uživatelské moduly
Uživatelské moduly tvoří nadstavbu nad obecnou částí systému a budou zpracovány podle konkrétních požadavků jednotlivých uživatelů. V současné době je vyvíjen takový uživatelský modul podle požadavků vojenského letectva.
Pro činnost MNS je zapotřebí mít k dispozici počítač kompatibilní s IBM PC, zobrazovací jednotku a přijímač GPS vybavený standardním komunikačním rozhraním.
Do systému mohou být připojeny další vstupy jako jsou např. diferenční korekce GPS nebo informace z externích senzorů.
Obrázek 2: Blokové schéma hardware
Zdrojem navigačních dat mohou být všechny navigační přijímače GPS vybavené komunikačním rozhraním RS 232 u kterých je známa struktura datové zprávy. Do současné doby bylo ve VTOPÚ Dobruška vyzkoušeno připojení přijímačů SCOUTM+, GeoExplorer, Pathfinder ProXL firmy Trimble, VP Oncore firmy Motorola, KLN 90/A/B firmy Bendix/King a GPR-22 firmy DICOM.
Pro přenos dat z GPS do počítače je využito přímé připojení přijímače GPS pomocí datového kabelu přes sériový port PC, na kterém je nainstalována softwarová část navigačního systému, digitální mapová data a databázové soubory. Z hlediska spolehlivého fungování systému (práce s velkými objemy dat) se jako postačující jeví konfigurace s procesorem Intel Pentium 120 s 16 MB RAM, diskovou kapacitou 1,6 GB a aktivním LCD barevným displejem 800 x 600 / 32k TFT s antireflexní úpravou. Vývojová verze systému je prakticky zkoušena na laptopu P 100, 16 MB RAM, HD 1,2 GB. Pro praktické aplikace se předpokládá použití průmyslového PC a externího LCD displeje.
MNS pracuje s následujícími digitálními daty:
Obrázek 3 Blokové schéma MNS a využitých dat
Stávající verze MNS umožňuje uživateli provádět základní navigační operace a je možno
s ní pracovat ve dvou základních režimech: