32 KiB

Raw Permalink Blame History Unescape Escape

Відстеження місцезнаходження

Скетчнот від Nitya Narasimhan. Натисніть на зображення для перегляду у більшому розмірі.

Тест перед лекцією

Вступ

Основний процес доставки їжі від фермера до споживача включає завантаження ящиків із продуктами на вантажівки, кораблі, літаки або інші комерційні транспортні засоби та доставку їжі в певне місце — або безпосередньо до клієнта, або до центрального хабу чи складу для обробки. Увесь процес від ферми до споживача є частиною процесу, який називається ланцюг постачання. Відео нижче від Школи бізнесу W. P. Carey Університету штату Арізона детальніше розповідає про концепцію ланцюга постачання та його управління.

🎥 Натисніть на зображення вище, щоб переглянути відео

Додавання IoT-пристроїв може значно покращити ваш ланцюг постачання, дозволяючи вам краще управляти місцезнаходженням товарів, планувати транспорт і обробку товарів, а також швидше реагувати на проблеми.

Коли ви керуєте автопарком транспортних засобів, таких як вантажівки, корисно знати, де кожен транспортний засіб знаходиться у певний момент часу. Транспортні засоби можуть бути оснащені GPS-датчиками, які надсилають їхнє місцезнаходження до IoT-систем, дозволяючи власникам визначати їхнє місцезнаходження, бачити маршрут, який вони пройшли, і знати, коли вони прибудуть до пункту призначення. Більшість транспортних засобів працюють поза зоною покриття WiFi, тому вони використовують стільникові мережі для передачі таких даних. Іноді GPS-датчик вбудований у більш складні IoT-пристрої, такі як електронні журнали. Ці пристрої відстежують, як довго вантажівка перебуває в дорозі, щоб забезпечити дотримання водіями місцевих законів щодо робочих годин.

У цьому уроці ви дізнаєтеся, як відстежувати місцезнаходження транспортного засобу за допомогою датчика глобальної системи позиціонування (GPS).

У цьому уроці ми розглянемо:

Підключені транспортні засоби

IoT змінює спосіб транспортування товарів, створюючи автопарки підключених транспортних засобів. Ці транспортні засоби підключені до центральних IT-систем, які повідомляють інформацію про їхнє місцезнаходження та інші дані датчиків. Наявність автопарку підключених транспортних засобів має широкий спектр переваг:

Відстеження місцезнаходження — ви можете визначити, де знаходиться транспортний засіб у будь-який момент часу, що дозволяє:
- Отримувати сповіщення, коли транспортний засіб наближається до пункту призначення, щоб підготувати команду для розвантаження
- Знаходити викрадені транспортні засоби
- Поєднувати дані про місцезнаходження та маршрут із проблемами на дорогах, щоб перенаправляти транспортні засоби під час подорожі
- Дотримуватися податкових вимог. У деяких країнах транспортні засоби оподатковуються за кількість пройдених кілометрів на громадських дорогах (наприклад, RUC у Новій Зеландії), тому знання, коли транспортний засіб знаходиться на громадських дорогах, а коли на приватних, полегшує розрахунок податків.
- Знати, куди відправити ремонтні бригади у разі поломки
Телеметрія водія — можливість забезпечити дотримання водіями обмежень швидкості, правильне проходження поворотів, ефективне гальмування та безпечне водіння. Підключені транспортні засоби також можуть мати камери для запису інцидентів. Це може бути пов’язано зі страхуванням, забезпечуючи знижені ставки для хороших водіїв.
Дотримання робочих годин водія — забезпечення того, щоб водії керували транспортними засобами лише протягом дозволених законом годин, виходячи з часу ввімкнення та вимкнення двигуна.

Ці переваги можна комбінувати — наприклад, поєднання дотримання робочих годин водія з відстеженням місцезнаходження для перенаправлення водіїв, якщо вони не можуть досягти пункту призначення протягом дозволених годин водіння. Це також можна комбінувати з іншою телеметрією, специфічною для транспортного засобу, наприклад, даними про температуру з вантажівок із контрольованою температурою, щоб перенаправляти транспортні засоби, якщо їхній поточний маршрут означатиме, що товари не можуть бути збережені при потрібній температурі.

🎓 Логістика — це процес транспортування товарів з одного місця в інше, наприклад, з ферми до супермаркету через один або кілька складів. Фермер пакує ящики з помідорами, які завантажуються на вантажівку, доставляються до центрального складу, а потім завантажуються на другу вантажівку, яка може містити суміш різних видів продуктів, що потім доставляються до супермаркету.

Основним компонентом відстеження транспортних засобів є GPS — датчики, які можуть визначити їхнє місцезнаходження будь-де на Землі. У цьому уроці ви дізнаєтеся, як використовувати GPS-датчик, починаючи з вивчення того, як визначати місцезнаходження на Землі.

Геопросторові координати

Геопросторові координати використовуються для визначення точок на поверхні Землі, подібно до того, як координати можуть використовуватися для малювання пікселя на екрані комп’ютера або позиціонування стібків у вишивці. Для однієї точки у вас є пара координат. Наприклад, кампус Microsoft у Редмонді, штат Вашингтон, США знаходиться за координатами 47.6423109, -122.1390293.

Широта і довгота

Земля — це сфера, тривимірне коло. Через це точки визначаються шляхом поділу її на 360 градусів, як у геометрії кіл. Широта вимірює кількість градусів з півночі на південь, довгота — кількість градусів зі сходу на захід.

💁 Ніхто точно не знає, чому кола поділяються на 360 градусів. Сторінка про градус (кут) у Вікіпедії охоплює деякі можливі причини.

Широта вимірюється за допомогою ліній, які обводять Землю і проходять паралельно екватору, розділяючи Північну і Південну півкулі на 90° кожна. Екватор знаходиться на 0°, Північний полюс — на 90°, також відомий як 90° північної широти, а Південний полюс — на -90°, або 90° південної широти.

Довгота вимірюється як кількість градусів на схід і захід. Початок довготи на 0° називається нульовим меридіаном і був визначений у 1884 році як лінія від Північного до Південного полюса, що проходить через Королівську обсерваторію у Гринвічі, Англія.

🎓 Меридіан — це уявна пряма лінія, яка проходить від Північного полюса до Південного полюса, утворюючи півколо.

Щоб виміряти довготу точки, ви вимірюєте кількість градусів уздовж екватора від нульового меридіана до меридіана, який проходить через цю точку. Довгота варіюється від -180°, або 180° західної довготи, через 0° на нульовому меридіані, до 180°, або 180° східної довготи. 180° і -180° позначають одну й ту ж точку — антимеридіан або 180-й меридіан. Це меридіан на протилежному боці Землі від нульового меридіана.

💁 Антимеридіан не слід плутати з Міжнародною лінією зміни дат, яка знаходиться приблизно в тому ж положенні, але не є прямою лінією і змінюється, щоб обійти геополітичні кордони.

✅ Проведіть дослідження: Спробуйте знайти широту і довготу вашого поточного місцезнаходження.

Градуси, хвилини і секунди проти десяткових градусів

Традиційно вимірювання градусів широти і довготи здійснювалися за допомогою шістдесяткової системи числення, або бази-60 — системи числення, яку використовували стародавні вавилоняни, які вперше вимірювали і записували час і відстань. Ви, ймовірно, використовуєте шістдесяткову систему щодня, навіть не усвідомлюючи цього — розділяючи години на 60 хвилин і хвилини на 60 секунд.

Довгота і широта вимірюються в градусах, хвилинах і секундах, причому одна хвилина дорівнює 1/60 градуса, а одна секунда — 1/60 хвилини.

Наприклад, на екваторі:

1° широти дорівнює 111.3 кілометрів
1 хвилина широти дорівнює 111.3/60 = 1.855 кілометрів
1 секунда широти дорівнює 1.855/60 = 0.031 кілометрів

Символ для хвилини — одинарна лапка, для секунди — подвійна лапка. Наприклад, 2 градуси, 17 хвилин і 43 секунди записуються як 2°17'43". Частини секунд записуються як десяткові дроби, наприклад, половина секунди — 0°0'0.5".

Комп’ютери не працюють у базі-60, тому ці координати надаються у вигляді десяткових градусів при використанні GPS-даних у більшості комп’ютерних систем. Наприклад, 2°17'43" дорівнює 2.295277. Символ градуса зазвичай опускається.

Координати точки завжди надаються у форматі широта, довгота, тому приклад раніше з кампусом Microsoft за координатами 47.6423109,-122.117198 має:

Широту 47.6423109 (47.6423109 градусів на північ від екватора)
Довготу -122.1390293 (122.1390293 градусів на захід від нульового меридіана).

Глобальні системи позиціонування (GPS)

GPS-системи використовують кілька супутників, які обертаються навколо Землі, щоб визначити ваше місцезнаходження. Ви, ймовірно, використовували GPS-системи, навіть не знаючи цього — щоб знайти своє місцезнаходження у додатку для карт на вашому телефоні, наприклад, Apple Maps або Google Maps, або щоб побачити, де знаходиться ваш транспорт у додатку для замовлення поїздок, наприклад, Uber або Lyft, або під час використання супутникової навігації (sat-nav) у вашому автомобілі.

🎓 Супутники в "супутниковій навігації" — це GPS-супутники!

GPS-системи працюють, маючи кілька супутників, які надсилають сигнал із поточним місцезнаходженням кожного супутника та точним часовим штампом. Ці сигнали передаються через радіохвилі і виявляються антеною в GPS-датчику. GPS-датчик виявляє ці сигнали і, використовуючи поточний час, вимірює, скільки часу знадобилося сигналу, щоб досягти датчика від супутника. Оскільки швидкість радіохвиль є постійною, GPS-датчик може використовувати часовий штамп, який був надісланий, щоб визначити, наскільки далеко датчик знаходиться від супутника. Поєднуючи дані щонайменше трьох супутників із надісланими позиціями, GPS-датчик може точно визначити своє місцезнаходження на Землі.

💁 GPS-датчики потребують антен для виявлення радіохвиль. Антени, вбудовані у вантажівки та автомобілі з бортовим GPS, розташовані так, щоб отримувати хороший сигнал, зазвичай на лобовому склі або даху. Якщо ви використовуєте окрему GPS-систему, наприклад, смартфон або IoT-пристрій, то вам потрібно переконатися, що антена, вбудована в GPS-систему або телефон, має чіткий огляд неба, наприклад, встановлена на лобовому склі.

GPS-супутники обертаються навколо Землі, а не знаходяться у фіксованій точці над датчиком, тому дані про місцезнаходження включають висоту над рівнем моря, а також широту і довготу.

Раніше GPS мав обмеження щодо точності, встановлені військовими США, що обмежували точність приблизно до 5 метрів. Це обмеження було знято у 2000 році, що дозволило досягти точності до 30 сантиметрів. Досягнення такої точності не завжди можливе через перешкоди сигналу.

✅ Якщо у вас є смартфон, запустіть додаток для карт і подивіться, наскільки точним є ваше місцезнаходження. Може знадобитися короткий час, щоб ваш телефон виявив кілька супутників для отримання більш точного місцезнаходження. 💁 Супутники оснащені атомними годинниками, які надзвичайно точні, але вони відхиляються на 38 мікросекунд (0.0000038 секунд) на день у порівнянні з атомними годинниками на Землі через уповільнення часу при збільшенні швидкості, як передбачено теоріями спеціальної та загальної відносності Ейнштейна — супутники рухаються швидше, ніж обертання Землі. Це відхилення було використано для підтвердження передбачень спеціальної та загальної відносності і має бути враховане при розробці систем GPS. Буквально час на супутнику GPS тече повільніше. Системи GPS були розроблені та впроваджені низкою країн і політичних союзів, включаючи США, Росію, Японію, Індію, ЄС та Китай. Сучасні GPS-сенсори можуть підключатися до більшості з цих систем, щоб отримувати швидші та точніші дані.

🎓 Групи супутників у кожній системі називаються сузір'ями.

Зчитування даних GPS-сенсора

Більшість GPS-сенсорів передають дані через UART.

⚠️ UART розглядався у проєкті 2, уроці 2. За потреби зверніться до цього уроку.

Ви можете використовувати GPS-сенсор на вашому IoT-пристрої для отримання GPS-даних.

Завдання - підключіть GPS-сенсор і зчитайте GPS-дані

Скористайтеся відповідним посібником, щоб зчитати GPS-дані за допомогою вашого IoT-пристрою:

Дані GPS у форматі NMEA

Коли ви запустили свій код, ви могли побачити щось, що виглядає як набір незрозумілих символів у виведенні. Насправді це стандартні GPS-дані, і вони мають своє значення.

GPS-сенсори передають дані за допомогою повідомлень NMEA, використовуючи стандарт NMEA 0183. NMEA — це абревіатура від Національної асоціації морської електроніки, американської торгової організації, яка встановлює стандарти для комунікації між морськими електронними пристроями.

💁 Цей стандарт є власницьким і коштує щонайменше 2000 доларів США, але достатньо інформації про нього є у відкритому доступі, щоб більшість стандарту було зворотно спроєктовано і використано у відкритому коді та інших некомерційних проєктах.

Ці повідомлення є текстовими. Кожне повідомлення складається з речення, яке починається з символу $, за яким йдуть 2 символи для позначення джерела повідомлення (наприклад, GP для GPS-системи США, GN для GLONASS, російської GPS-системи) і 3 символи для позначення типу повідомлення. Решта повідомлення — це поля, розділені комами, які закінчуються символом нового рядка.

Деякі типи повідомлень, які можна отримати:

Тип	Опис
GGA	Дані GPS-фіксації, включаючи широту, довготу та висоту GPS-сенсора, а також кількість супутників, які використовуються для розрахунку цієї фіксації.
ZDA	Поточна дата і час, включаючи локальний часовий пояс.
GSV	Деталі супутників у полі зору — визначаються як супутники, від яких GPS-сенсор може отримувати сигнали.

💁 GPS-дані включають часові мітки, тому ваш IoT-пристрій може отримувати час із GPS-сенсора, а не покладатися на NTP-сервер або внутрішній годинник реального часу.

Повідомлення GGA включає поточне місцезнаходження у форматі (dd)dmm.mmmm, а також один символ для позначення напрямку. d у форматі — це градуси, m — хвилини, а секунди представлені як десяткові частки хвилин. Наприклад, 2°17'43" буде 217.716666667 — 2 градуси, 17.716666667 хвилин.

Символ напрямку може бути N або S для широти, щоб позначити північ або південь, і E або W для довготи, щоб позначити схід або захід. Наприклад, широта 2°17'43" матиме символ напрямку N, -2°17'43" матиме символ напрямку S.

Наприклад, NMEA-речення $GNGGA,020604.001,4738.538654,N,12208.341758,W,1,3,,164.7,M,-17.1,M,,*67

Частина широти — це 4738.538654,N, що перетворюється на 47.6423109 у десяткових градусах. 4738.538654 — це 47.6423109, а напрямок — N (північ), тому це позитивна широта.
Частина довготи — це 12208.341758,W, що перетворюється на -122.1390293 у десяткових градусах. 12208.341758 — це 122.1390293°, а напрямок — W (захід), тому це негативна довгота.

Декодування даних GPS-сенсора

Замість використання сирих даних NMEA краще декодувати їх у більш зручний формат. Існує багато бібліотек з відкритим кодом, які допоможуть витягти корисні дані з сирих повідомлень NMEA.

Завдання - декодуйте дані GPS-сенсора

Скористайтеся відповідним посібником, щоб декодувати дані GPS-сенсора за допомогою вашого IoT-пристрою:

🚀 Виклик

Напишіть власний декодер NMEA! Замість того, щоб покладатися на сторонні бібліотеки для декодування речень NMEA, чи зможете ви написати власний декодер для витягування широти та довготи з речень NMEA?

Післялекційний тест

Огляд і самостійне навчання

Дізнайтеся більше про геопросторові координати на сторінці про географічну систему координат у Вікіпедії.
Прочитайте про початкові меридіани на інших небесних тілах, окрім Землі, на сторінці про початковий меридіан у Вікіпедії.
Дослідіть різні GPS-системи, розроблені різними урядами світу та політичними союзами, такими як ЄС, Японія, Росія, Індія та США.

Завдання

Дослідіть інші GPS-дані

Відмова від відповідальності:
Цей документ був перекладений за допомогою сервісу автоматичного перекладу Co-op Translator. Хоча ми прагнемо до точності, будь ласка, майте на увазі, що автоматичні переклади можуть містити помилки або неточності. Оригінальний документ на його рідній мові слід вважати авторитетним джерелом. Для критичної інформації рекомендується професійний людський переклад. Ми не несемо відповідальності за будь-які непорозуміння або неправильні тлумачення, що виникають внаслідок використання цього перекладу.

32 KiB Raw Permalink Blame History Unescape Escape