Анализ эффективности фильтрации навигационной информации в формате NMEA 0183

3. Хруль С.А. Адаптивный алгоритм обработки потока навигационных данных на основе метода диагностической фильтрации / С.А. Хруль, Д.М. Сонькин // Известия Томского политехнического университета, 2012. Т. 321. № 5: Управление, вычислительная техника и информатика. С. 217-222.

4. Бейлина Н.В. Блочно-временной алгоритм фильтрации геолокационных данных // Вестн. СамГУ. Естественнонаучн. сер., 2013. № 9/1(110). С. 212-215.

Список литературы на английском языке /References in English

1. Grishin M.L., Danilkin F.A. Metod bystroi filtratsii potoka dannykh o globalnoi pozitsii nabliudaemogo obieekta na primere GPS-telemetrii [The method of fast filtering of a data stream about the global position of an observable object using the example of GPS telemetry] // Geoinformatika [Geoinformatics], 2008. № 3. P. 21-28 [in Russian].

2. RichardB. Langley (May 1999). "Dilution of Precision" // 1999. GPS World. P. 52-59.

3. Hrul' S.A. Adaptivnyj algoritm obrabotki potoka navigacionnyh dannyh na osnove metoda diagnosticheskoj fil'tracii [An adaptive algorithm for processing the flow of navigational data based on the diagnostic filtering method] / S.A. Hrul', D.M. Son'kin // Izvestija Tomskogo politehnicheskogo universiteta [Proceedings of the Tomsk Polytechnic University], 2012. T. 321. № 5: Upravlenie, vychislitel'naja tehnika i informatika. P. 217-222 [in Russian].

4. Bejlina N. V. Blochno-vremennoj algoritm fil'tracii geolokacionnyh dannyh [Block-time algorithm for filtering geolocation data] // [Bulletin of the Samara State University, Natural Sciences Series], 2013. № 9/1(110). P. 212-215 [in Russian].

ANALYSIS OF THE EFFICIENCY OF FILTERING NAVIGATIONAL INFORMATION IN NMEA 0183 FORMAT Alyoshin O.G. (Russian Federation) Email: Alyoshin428@scientifictext.ru

Alyoshin Oleg Gennad'evich - Master's Degree Student, DEPARTMENT OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF MODELING AND CONTROL, FACULTY OF MANAGEMENT AND INFORMATICS IN TECHNOLOGICAL SYSTEMS, FEDERAL STATE BUDGET EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION VORONEZH STATE UNIVERSITY OF ENGINEERING TECHNOLOGIES, VORONEZH

Abstract: this article analyzes NMEA 0183 navigation messages for the presence of redundant information and the possibility of its filtering. To date, this format is the most popular in the interaction of various types of navigation equipment. When analyzing messages of the NMEA 0183 format for the presence of redundant, 4 sets of navigation information with a duration of about 5.7 hours received from a GPS/GLONASS receiver were investigated. As a result, the initial sets of information were filtered from the redundant data, which showed its high efficiency.

Keywords: navigation, information filtering, information redundancy, NMEA.

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФИЛЬТРАЦИИ НАВИГАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ В ФОРМАТЕ NMEA 0183 Алёшин О.Г.

Алёшин Олег Геннадьевич - магистрант, кафедра информационных технологий моделирования и управления, факультет управления и информатики в технологических системах, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный университет инженерных технологий, г. Воронеж

Аннотация: в данной статье проводится анализ навигационных сообщений формата NMEA 0183 на предмет наличия избыточной информации и возможности ее фильтрации. На сегодняшний день данный формат является наиболее популярным при взаимодействии различных видов навигационного оборудования. При анализе сообщений формата NMEA 0183 на наличие избыточных было исследовано 4 набора навигационной информации длительностью около 5,7 часа, полученных с приемника GPS/ГЛОНАСС. В результате была проведена фильтрация исходных наборов информации от избыточных данных, показавшая свою высокую эффективность. Ключевые слова: навигация, фильтрация информации, избыточность информации, NMEA.

На сегодняшний день спутниковые системы навигации получили очень широкое распространение в множестве сфер человеческой деятельности. В некоторых случаях, к примеру, в системах мониторинга общественного и коммерческого транспорта [1], может возникнуть необходимость и хранения и последующей обработки больших объемов геолокационных данных. По мере роста объема хранимой информации возникают следующие проблемы:

• увеличение времени доступа к информации;

• увеличение времени обработки информации;

• увеличение затрат на хранение и обработку информации.

Решить представленные проблемы можно несколькими способами, к которым можно отнести увеличение объемов и скорости работы хранилищ данных, либо выполнив оптимизацию хранящейся геолокационной информации, сократив ее объем. Первый вариант решения данных проблем влечет за собой финансовые расходы, так как для существенного повышения скорости работы с данными необходимо использовать дорогостоящие твердотельные SSD накопители [2], что не всегда может оказать положительный экономический эффект. Вариант оптимизации хранящихся данных не предполагает закупку нового оборудования, поэтому является экономически эффективным и позволяет рациональнее использовать имеющееся в наличии дисковое пространство.

Несмотря на высокую распространенность навигационного оборудования, единого официально признанного международного стандарта взаимодействия между этим оборудованием не существует, что может повлечь за собой проблемы совместимости при использовании одной и той же информации с разными устройствами. На сегодняшний день одним из самых распространенных протоколов обмена навигационной информацией является протокол NMEA 0183 (National Marine Electronics Association - Национальная Ассоциация Морской Электроники США), фактически применяющийся как стандарт для обмена навигационными данными [3].

NMEA-сообщение представляет собой последовательность строк в кодировке ACSII со строго определенным синтаксисом. В общем виде NMEA сообщение состоит из символа начала строки, идентификатора сообщения, блока данных и контрольной суммой для проверки целостности сообщения. Максимальная для сообщения равняется 82

символам. Каждая строка содержит строго определённый набор данных, определяемых идентификатором сообщения [3]. Пример NMEA сообщения: $GPRMC,084640.00,A,5142.150265,N,03910.458809,E,2.9,105.4,300517,7.7,E,A*34, в котором указано время UTC 8 часов 46 минут 40 секунд, координаты 51 градус 42,150265 минуты северной широты 39 градусов 10,458809 минут западной долготы, скорость 2,9 узла, направление движения 105,4 градуса, дата 30 мая 2017 года.

Для проведения анализа NMEA-сообщений было исследовано 4 набора NMEA-сообщений, полученных от навигационного приемника. Сведения о них представлены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры исследованных NMEA-выборок

Номер выборки Длительность выборки, мин. Количество NMEA-сообщений (строк) Объем файла, кБайт

1 55 36867 2011

2 106 68300 3931

3 100 60283 2928

4 82 55691 3238

В результате анализа NMEA-выборок было установлено, что навигационный приемник создал сообщения шести видов:

• GPGSV и GLGSV - содержат следующие сведения о видимых в текущий момент спутниках GPS и GLONASS соответственно: номер спутника, высоту над горизонтом, азимут и отношение сигнал/шум;

• GPGSA - содержит список спутников GPS, использующихся для определения местоположения и значения факторов потери точности позиционирования;

• GNGSA - содержит те же сведения, что и GPGSA, только используется информация о совместном использовании спутников GPS и ГЛОНАСС;

• GPVTG - содержит данные о скорости и направлении движения;

• GPRMC - содержит минимальный набор навигационных данных: дату и время, географические координаты, скорость и направление движения;

• GPGGA - содержит информацию о фиксированном местоположении [3].

В результате изучения структуры приведенных выше сообщений, можно сделать следующие выводы:

• сообщения GPGSV, GLGSV не содержат наиболее важной информации, необходимой для определения точных географических координат, следовательно, их можно удалить из исходных NMEA-выборок;

• сообщения GPGSA и GNGSA содержат значения факторов потери точности, которые могут быть использованы при дальнейшей фильтрации навигационных данных с использованием других методов; при этом содержимое сообщений GPGSA и GNGSA совпадает, значит, одно из этих сообщений также может быть удалено из исходной выборки;

• сообщения GPRMC содержат наиболее важные данные, указанные выше, отсюда следует, что их удаление недопустимо;

• сообщения GPGGA дублируют содержащиеся в сообщении GPRMC координаты, поэтому могут быть удалены;

• сообщения GPVTG содержат подробные данные о скорости и направлении движения, следовательно, эти данные являются важными и их удаление нежелательно.

После того, как была оценена важность данных для последующего использования, была проведена фильтрация четырех исходных NMEA-выборок. Ее результаты представлены в таблице 2.

Номер выборки Удаленные из всех выборок строки NMEA Количество строк после фильтрации Количество строк в сравнении с исходным, % Объем файла после фильтрации Объем файла в сравнении с исходным, %

1 GPGSV GLGSV GNGSA GPGGA 10080 27,3 482 24

2 19452 28,4 1007 50

3 18171 30 675 23

4 14811 26,5 795 24,6

В результате фильтрации 4 выборок данных в среднем из каждой из них было удалено 28% строк, содержащих избыточную информацию. Объем, занимаемый избыточными данными, составил от 50% до 77% от исходного размера файлов. Проведенное исследование показывает, что фильтрация избыточных строк в NMEA является эффективной и позволяет существенно сократить использование дискового пространства без необходимости финансовых затрат.

Список литературы /References

1. Киселев А. О спутниковых навигационных устройствах // T-Comm., 2011. № 2. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://cyberleninka.ru/article/n/o-sputnikovyh-navigatsionnyh-ustroystvah/ (дата обращения: 09.06.2017).

2. Шарапов Р.В. Аппаратные средства хранения больших объёмов данных // Инженерный вестник Дона. 2012. № 4-2. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://cyberleninka.rU/article/n/apparatnye-sredstva-hraneniya-bolshih-obyomov-dannyh/ (дата обращения: 09.06.2017).

3. The NMEA 0183 Protocol. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.tronico.fi/0H6NT/docs/NMEA0183.pdf/ (дата обращения: 09.06.2017).

Список литературы на английском языке /References in English

1. Kiselev A. O sputnikovyh navigacionnyh ustrojstvah [About satellite navigation devices] // T-Comm., 2011. № 2. [Electronic resource]. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/o -sputnikovyh-navigatsionnyh-ustroystvah/ (date of access: 09.06.2017) [in Russian].

2. Sharapov R.V. Apparatnye sredstva hranenija bol'shih objomov dannyh [Hardware storage of large amounts of data] // Inzhenernyj vestnik Dona [The engineer's bulletin of the Don], 2012. № 4-2. [Electronic resource]. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/apparatnye-sredstva-hraneniya-bolshih-obyomov-dannyh/ (date of access: 09.06.2017) [in Russian].

3. The NMEA 0183 Protocol [Electronic resource]. URL: http://www.tronico.fi/0H6NT/do cs/NMEA0183.pdf (date of access: 09.06.2017).

European science № 6(28)  34