ГИС-Ассоциация получила для опубликования в своем журнале и на сайте статью частного предпринимателя Александра Анатольевича Михайлова из В.Новгорода "GPS и лесная сертификация в России". Кроме системного изложения принципов действия GPS, материал содержит весьма конкретные и интересные предложения по использованию спутниковых систем позиционирования в лесной сертификации. Уверены, что предложения автора будут полезны разработчикам и продавцам прикладных GPS-систем в России. Надемся также, что призыв автора об объединении специалистов ГИС, GPS, лесных и лесопромышленных работников, окажется услышанным и востребованным. С автором можно связаться через ГИС-Ассоциацию.

GPS и лесная сертификация в России

Космическая радионавигация и современные достижения компьютерных и телекоммуникационных технологий, электронная картография позволяют сегодня создавать прикладные решения используемые в новом видении лесного хозяйства, развитии предприятий лесопромышленного комплекса в соответствии с выдвигаемыми требовании лесной сертификации предприятий и лесоуправления в целом.

Сегодня в России работают две системы: американская Navstar (GPS) и отечественная ГЛОНАСС, причем коммерческие перспективы последней оцениваются некоторыми специалистами « призрачно печально». Другие полагают, что использование обеих систем позволит более точно определять координаты и повысить надежность функционирования.
Самой известной является Глобальная спутниковая радионавигационная система NAVSTAR (NAV igation System using Timing And Ranging) или GPS (Global Positioning System), созданная для высокоточного навигационно-временного обеспечения объектов. В ее состав входят навигационные спутники, наземный комплекс управления и аппаратура пользователей.

Принцип работы состоит в том, что специальные приемники, установленные у потребителей, измеряют дальности до нескольких спутников Земли и определяют свои координаты по точкам пересечения поверхностей равного удаления. Дальность вычисляется по известным из школьных учебников формулам путем умножения скорости распространения радиосигнала на время задержки при прохождении им расстояния от спутника до пользователя. Величина временной задержки определяется сопоставлением кодов сигналов, излучаемых спутником и генерируемых приемным устройством, методом временного сдвига до их совпадения. Временной сдвиг измеряется по часам приемника. Координаты спутников известны с высокой точностью. Для нахождения широты, долготы, высоты, исключения ошибок часов приемника достаточно решить систему из четырех уравнений. Поэтому приемник пользователя должен "видеть" и принимать навигационные сигналы от четырех спутников.

Навигационные сигналы излучаются на двух частотах L-диапазона (L-band, полоса радиочастот от 390 до 1550 МГц): 1575,42 МГц(L1) и 1227,6 МГц(L2). На L2 излучаются сигналы с военным кодом P(Y) с высокоточной информацией (Precision-точный, или Protected-защищенный) и защищенным от имитационных помех.
P-код представляет из себя последовательность псевдослучайных бистабильных манипуляций фазы несущей частоты (Сarrier Frequency) с частотой следования, равной 10,23 МГц и периодом повторения в 267 суток. Каждый недельный сегмент этого кода является уникальным для одного из спутников GPS и непрерывно генерируется им в течение каждой недели, начиная с ночи с субботы на воскресенье. На L1 излучаются сигналы и с военным кодом P(Y), и с общедоступным гражданским кодом (Сivilian Сode), который часто называют C/A (Сlear Acquisition-код свободного доступа). Прием сигнала по коду P(Y) обеспечивает работу в режиме PPS (Precise Positioning Service-высокая точность измерений). Сравнение времени прихода сигналов на частотах L1 и L2 позволяет вычислять дополнительную задержку, возникающую при прохождении радиоволн через ионосферу, что значительно повышает точность измерений навигационных данных.

Прием на частоте L1 с кодом C/A не позволяет определить ошибки, вносимые ионосферой. Структура кода C/A обеспечивает худшие характеристики в режиме SPS (Standart Positioning Service - стандартная точность измерений). Так, если в режиме PPS с вероятностью 0,95 ошибки измерения долготы и широты не превышают 22-23 метра, высоты - 27-28 метров и времени - 0,09 мкс, то в SPS они увеличиваются соответственно до 100 метров, 140 метров и 0,34 мкс. Среднеквадратическая ошибка определения долготы и широты в PPS составляет не более 8 метров, а в SPS - не более 40 метров. Министерство обороны, исходя из интересов национальной безопасности, осуществляет "искусственное" ухудшение точности в режиме S/A (Selective Availability - ограниченный доступ). Первоначально режим SPS был необходим для грубого определения пользователями своих координат для вхождения в код P(Y). В настоящее время уровень электроники, программного обеспечения и методов обработки навигационной информации позволяет осуществлять достаточно быстрый захват P(Y) без кода C/A, а также проводить высокоточные определения по фазе несущей сигнала. Кроме того, полностью отработанный наземный автоматический режим дифференциальной коррекции (Differential Positioning), позволяет в ограниченном регионе получать точное определение относительных координат взаимного расположения двух приемников, отслеживающих сигналы одних и тех же спутников GPS. К примеру, штатные системы навигации транспорта, при использовании гражданского C/A-кода определяют координаты объекта с точностью от 2 до 5 м, что вписывается в погрешности измерений при отводах, согласно «наставлению по отводу и таксации лесосек», используемому в отечественном лесоустройстве.

С помощью портативных и дешевых GPS-приемников работники леса получили реальную возможность повысить безопасность своих путешествий. Они могут с высокой точностью определять в любой точке земли свое местоположение, скорость и направление передвижений, прокладывать маршруты, закладывать и отводить делянки, запоминать путевые точки, вводить навигационную информацию в мобильный терминал и тут же наносить в электронные карты местности выделы, квартала, используя лесные электронные вилки, реально точно измерять стоящий лес на корню, определяя выход товарных сортиментов по кривизне, по сухим и здоровым сучкам, тут же вносить перечетные ведомости материально-денежной оценки лесосек, определяя фактически уже в лесу экономическую состоятельности сделок на лесных аукционах (торгах), причем ориентируясь даже в полной темноте.

При решении прикладных проблем геоинформационных технологий, привязке объектов (делянок, выделов), создании различных передвижных измерительных лабораторий, GPS-оборудование играет ведущую роль, автоматизируя процесс сбора и навигационной привязки данных, лесных измерений. Самое примечательное, навигационная информация передается абсолютно бесплатно. Встав на место (точку), можно просто обойти отвод и тут же выдать его распечатку (карту). Использование подобных систем повышает безопасность и правдивость проведенных реальных измерений, т.к. можно наблюдать из поселкового «офиса» за перемещением и передачей сведений с «места событий». Разработанное сегодня оборудование работает в сложных климатических погодных условиях и сохраняет свою работоспособность при ударах, в мороз, функционирует во влажной среде.

Прогресс в радио и микроэлектронике, компьютерной технике, спутниковой навигации, космической и наземной радиосвязи, электронной картографии привел к формированию довольно обширной комплексной прикладной области транспортно-диспетчерских информационных технологий. Главными потребителями услуг космической навигации стали автомобильные, железнодорожные и морские виды перевозок. Используя радиоизлучающие бирки сегодня легко отследить перемещение грузов, так например, можно в начале «жизни» ствола отследить рост, условия произрастания, уход и прогноз выхода требуемого высокого качества древесиной массы, затем выявить по той же бирке пересечение части ствола, например, государственной границы, легальность происхождения древесины и открытость цепочки поставок «от заготовителя до потребителя» (Chain of Castody), а следовательно и сертификации лесопродукции, т.е. международного признания высокого качества поставляемого сырья, а значит и более высокой потребительской стоимости. Ухоженная, промаркированная и измеренная древесина стоит значительно дороже, хотя бы потому, что не надо содержать бесконечно-длинную цепочку переделов лесных бирж.

Один из важнейших принципов подобных систем открытость, простота передачи (перехвата) файлов. В принципе пропадает не доверительность в отношениях партнеров в вопросах переделов леса. Вместе с растущим (срубленным) лесом на товарной бирже (станции погрузки/разгрузки) легко передать цифровую фотографию (фотография убеждает) действительного состояния лесоматериалов. Сделки «кота в мешке» уходят, наступает эра цивилизованных торгов.
Ясное понимание сегодняшнего пользовательского, если хотите, рыночного, а не газетного или телевизионного уровня развития спутниковых технологий и их применение в российской лесной экономике, в системах управления транспортом, оперативными службами, например, противопожарными подразделениями, принесет несравненно больше пользы, чем слепая вера в "волшебные" слова о наших навигационных "суперприемниках", которые "не за горами". Как показывает история, эта вера способна исказить наши представления о реальностях и даже привести к краху.
В заключение хочу напомнить о решении американского правительства снять ограничения после 2000 года на использование точного P(Y) кода. А это преимущество, предсказывает повсеместное продвижение в России GPS-скан терминальных мобильных систем.

Говоря о российском лесе, в целом, можно выделить четыре основных фактора, воздействующих на его состояние. Это - пожары, насекомые-вредители, рубки, промышленное загрязнение. Развитие ГИС-лесных технологий, GPS-прикладных систем в ближайщее время пойдет коррегентно с этими факторами в зависимости от желания профинансировать их по отдельности, причем в пожары на сегодня вложено и сделано, пожалуй больше, чем в других направлениях. Сегодня "поднимают голову" лесопромышленники - они то и являются реальными заказчиками становления GPS в России, поскольку сертификация лесопромышленного комплекса страны нужна прежде всего им. Иначе к 2006 году их конечный продукт - лесопродукцию, не пропустят на конкурентно-привлекательные рынки Европы. Поэтому требуется объединения специалистов ГИС, GPS, лесных и лесопромышленных работников, чтобы оперативно решить надвигающиеся потребности. Данная статья направлена и служит именно этой "святой" цели.

Экслюзивные права на публикацию данной статьи принадлежат ГИС-Ассоциации. Любое использование этих материалов требует согласования с ГИС-Ассоциацией