спутниковая система навигации

08.09.2021

Системы глобального позиционирования (GPS) обычно бесполезны в помещениях, поскольку радиоволны блокируются физическими преградами, такими как стены и другие объекты.

Связанные термины:

Скачать как PDF

Об этой странице

Системы глобального позиционирования

Ларри Э. Дэниэл, Ларс Э. Дэниел, в Digital Forensics for Legal Professionals, 2012 г.

Вступление

Системы глобального позиционирования или устройства GPS стали обычным явлением в современном обществе. Как и любое устройство, которое может записывать и хранить данные, эти устройства могут стать источником доказательств в гражданских и уголовных делах. При использовании данных GPS в качестве доказательства важно понимать, что влияет на точность данных, производимых этими устройствами, а также на вероятность ошибок при анализе данных. Первая часть этой главы дает некоторую справочную информацию о том, как работают глобальные системы позиционирования и как то, что они хранят, может стать доказательством по делу.

GPS, ГИС и Google Планета Земля

Майкл Харрингтон, Майкл Кросс, в Google Earth Forensics, 2015 г.

Дифференциальный GPS

Дифференциальный GPS (DGPS) - это тип коррекции ошибок, который сравнивает мобильный приемник со стационарным приемником в известном местоположении. Поскольку дифференциальная станция знает свое местоположение, она может легко вычислить погрешность приемника. Станция будет транслировать радиосигнал на все приемники, оборудованные DGPS, в районе, обеспечивая коррекцию сигнала.

Смартфоны или устройства используют вариант GPS, который называется Assisted GPS или A-GPS. Развитие A-GPS было ускорено в Соединенных Штатах из-за требования Федеральной комиссии по связи о том, что система экстренной помощи должна иметь местоположение сотового телефона.

Это постановление FCC от 1996 года потребовало от операторов беспроводной связи внедрения технологии, которая определяет и передает местоположение человека, звонящего в службу 911, чтобы службы экстренной помощи знали, куда человек обращается за помощью. Хотя это было жизненно важно для расширенных служб службы экстренной помощи, цель A-GPS - ускорить время до первого исправления устройства за счет предоставления эфемеридных данных через сотовую сеть. Эти данные затем используются вместе с чипом GPS в устройстве для определения местоположения и навигации.

Система A-GPS также используется наряду с определением местоположения по Wi-Fi и мультилатерацией сотовой связи. Подробное обсуждение A-GPS выходит за рамки этого курса, и студенту рекомендуется воспользоваться списком ресурсов для дальнейшего исследования этой и связанных с ней концепций.

Изобретения в области безопасности

Ограничения GPS

Системы глобального позиционирования (GPS) обычно бесполезны в помещениях, поскольку радиоволны блокируются физическими преградами, такими как стены и другие объекты. Кроме того, обычный GPS не может определять местоположение с точностью более 3 м. Из-за этих ограничений GPS нельзя использовать, например, для отслеживания моделей движения розничных клиентов в магазине и анализа их покупательских привычек. Спустя несколько лет появляются новые технологические решения, позволяющие точно определять местоположение внутри помещений. Эти технологии специально предназначены для использования для отслеживания клиентов в крупных розничных организациях, особенно с целью целевой персонализированной рекламы. По сути, такие системы помогают персонализировать сообщения, которые покупатели получают во время прогулки по магазину.

Стандарты обслуживания аэропортов, управление воздушным движением и воздушные операции

Глобальные системы позиционирования

GPS - это спутниковая навигационная система, которая находится в процессе замены наземных навигационных систем (VOR и NDB). GPS фактически представляет собой группировку из 27 спутников (рис. 7.48) на нижней околоземной орбите (24 спутника работают с тремя резервными спутниками, называемыми «24 расширяемыми»). 46 Каждый спутник совершает оборот вокруг Земли каждый день, и в любой момент времени в любой точке Земли, по крайней мере, четыре спутника «видны» для навигационного оборудования GPS. Требуется минимум четыре спутника - три для трилатерации (триангуляция положения путем рисования линий пеленга от трех известных точек) и четвертый для определения времени. Приемник GPS в самолете и группировка спутников GPS опрашивают радиоволны, которые распространяются со скоростью света.Приемник в самолете может определить, как далеко прошел сигнал, по времени, за которое сигнал пришел. Этот расчет также используется для определения местоположения и оценки времени прибытия.

Рисунок 7.48. «Расширяемая 24» система GPS.

Источник: Источник: GPS.Gov NOAA [Национальное управление океанических и атмосферных исследований].

Раньше многие спутники GPS были спроектированы так, чтобы запретить враждебное использование данных GPS-позиционирования с помощью процесса, известного как выборочная доступность (SA), и хотя это больше не так, многие приемники GPS рассчитаны на то, что он все еще активен. SA добавила к навигационным сигналам преднамеренные временные ошибки до 100 метров, чтобы не дать противнику использовать GPS-приемники для наведения высокоточного оружия. SA была отключена с 2000 года, и военные разработали другие системы, чтобы запретить использование GPS враждебным силам в конкретной зоне кризиса, а не в масштабах всей системы.

GPS обычно используется для навигации по всему миру, но для повышения точности, целостности и доступности GPS FAA разработало систему глобального расширения (WAAS). Станции WAAS расположены в 24 точках по всей территории Соединенных Штатов и могут улучшать сигналы GPS на многочисленных взлетно-посадочных полосах аэропортов и в определенном радиусе (приблизительно 23 морских мили) от установки WAAS. WAAS улучшает заходы на посадку в аэропортах с CAT I ILS без дополнительных затрат (Prather, 2011, стр. 33). FAA также разрабатывает наземные системы дополнения (GBAS).(Рисунок 7.49) для усиления сигналов GPS и обеспечения улучшенного наведения, эквивалентного минимумам захода на посадку по ILS CAT II или CAT III. GBAS является наземным передатчиком и функционирует так же, как WAAS. С точки зрения эксплуатации аэропорта персонал аэропорта должен знать местонахождение любых GBAS и должен включать станцию ​​в ежедневную и, если это целесообразно, непрерывную инспекцию в целях безопасности.

Рисунок 7.49. Наземная система дополнения.

Источник: FAA. http://www.faa.gov/about/office_org/headgency_offices/ato/service_units/techops/navservices/gnss/laas/.

ЭПИДЕМИОЛОГИЯ ЗАБОЛЕВАНИЙ РАСТЕНИЙ

спутниковая система навигации

Система глобального позиционирования (GPS) состоит из портативного устройства, которое согласовано с глобальной системой искусственных спутников и, в зависимости от точности и согласованности, обеспечивает довольно точные показания координат местоположения устройства. GPS позволяет точно определить отдельное дерево или конкретную область или области поля, пораженные патогеном, которые затем можно посещать и периодически проверять снова для постепенного развития симптомов. Точно так же выбранные деревья или участки можно обработать соответствующим пестицидом или другой обработкой везде, где присутствует патоген, без необходимости обрабатывать все поле. GPS также можно использовать для внесения пестицидов, питательных веществ для растений,и так далее только на тех участках поля, которые заражены патогеном, или на участках с дефицитом определенных микро- или макроэлементов. Устранение патогенного микроорганизма в полевых условиях путем раннего обнаружения и лечения часто бывает эффективным, поскольку не позволяет патогену вызывать эпидемию в полевых условиях и за ее пределами.

Обработка почвы для конкретных участков ☆

Технологии

GPS был впервые использован в 1980-х годах в вооруженных силах. Созвездие, состоящее из 24 спутников и обычно идентифицируемое как GPS; Navistar покрывает земной шар радиосигналами для определения местоположения, которые могут помочь определить местоположение человека с точностью менее 1 м, в зависимости от доступных сигналов коррекции. GPS помогает фермерам определять участки поля, где необходимо внесение удобрений и химикатов; корректировка норм внесения зависит от состояния почвы и данных урожайности.

Спутниковая система Navistar выдает низкоэнергетический сигнал, содержащий «информационное сообщение», которое включает информацию о его местоположении, состоянии атомных часов и общем состоянии. Эти сообщения данных могут быть «прочитаны» и интерпретированы приемниками GPS в любом месте на земле, в море или в воздухе. Для большей точности одновременные показания снимаются с четырех или более спутников.

Ценность GPS для фермера включает: (1) знание местоположения образцов почвы, чтобы результаты лабораторных исследований можно было сравнить с оцифрованной почвенной картой; (2) знание местоположения свойств почвы (содержание глины и органических веществ) и условий почвы (рельеф и дренаж) для оптимального применения удобрений и пестицидов; (3) использование автоматического рулевого управления и технологии световой панели, которая обеспечивает указание направления для точного прохождения полевых операций, таких как посев или опрыскивание; и (4) мониторинг и запись данных об урожайности с уборочной техники на полях. Все эти приложения предполагают более точное управление системами земледелия за счет сбора данных и информации, а это означает, что фермеру или производителю нужна система для управления этими данными для принятия текущих и будущих решений.GPS является наиболее распространенным средством предоставления опорных точек для собранных выше данных.

Технология ГИС необходима для управления конкретным участком, поскольку это система для хранения и управления данными и информацией. ГИС - это компьютерное программное обеспечение, которое используется для сортировки, анализа, отображения, построения графиков, хранения и перемещения данных. Он записывает множество различных типов данных на слоях, которые могут быть сложены и точно выровнены географически и пространственно. Для фермера это означает, что информация, полученная с поля в разное время, может быть интегрирована в составной профиль каждой небольшой единицы или пространственной области поля. Фермеры могут не только хранить информацию об урожайности по местоположению, но и накладывать урожай за несколько сельскохозяйственных лет на карты почвы, чтобы соотнести урожай с типом почвы. ГИС также позволяет фермерам анализировать затраты на производство небольших единиц в любой части поля.

Без ГИС данные испытаний почвы, даты посадки, нормы внесения удобрений, погода и урожай часто хранятся в виде стопок бумаги на столе фермера для сортировки вручную для принятия решений. Ключевым атрибутом ГИС является то, что все данные должны иметь ссылку на общую географическую базу. Это может быть базовая карта; одной из наиболее часто используемых является цифровая ортофотография, которая имеет географические привязки для каждого пикселя (точки данных изображения), например долготу, широту и высоту. Существует более 40 различных систем отсчета; К счастью, было разработано программное обеспечение для преобразования всего этого в выбранную базовую карту. После выбора базы все остальные собранные данные ссылаются на эту базу.

Дистанционное зондирование (ДЗ), третья технология, доступная для точного земледелия, влечет за собой использование самолетов, спутников и беспилотных летательных аппаратов или БПЛА в качестве платформ, с которых фермеры делают снимки своих полей в течение вегетационного периода. Изображения используются, чтобы оценить, не произошло ли что-то необычное или необходимы корректирующие меры; эту информацию можно использовать для управления и улучшения урожая. С конца 1990-х годов технология дистанционного зондирования улучшилась и теперь включает более точное пространственное разрешение, большее количество длин волн регистрируемой световой энергии и более частое покрытие определенных мест. Благодаря усовершенствованию датчиков, вычислительной мощности, специализированного программного обеспечения и консультационных услуг, интенсивные сельскохозяйственные системы теперь могут извлекать выгоду из этих технологий.

Фермеры могут сами анализировать эту информацию, полученную с помощью дистанционного зондирования, или могут полагаться на коммерческих консультантов, которые предоставят им эту услугу за определенную плату. Спутниковые изображения со спутников Landsat и SPOT, США и Франции, соответственно, использовались для определения мест, затронутых такими проблемами, как сорняки, чрезмерная влажность, низкий pH почвы и дисбаланс питательных веществ для растений. Другие частные промышленные спутники (IKONOS, Quickbird, Orbview и другие спутники) позволили фермерам получить почти эквивалент аэрофотоснимков своих полей и уже продемонстрировали преимущества для выращивания интенсивных высокоценных культур, таких как овощи, фруктовые сады и виноград. . Стоимость и своевременность получения изображений были на сегодняшний день самым большим сдерживающим фактором для регулярного использования таких данных дистанционного зондирования. Спутники, запущенные в последние годы компанией Digital Globe,GeoEye, Rapid Eye и другие конкурируют за сельскохозяйственный рынок; однако для получения безоблачных изображений в критические периоды недостаточно доступных спутников. Эти многоспектральные спутники обеспечивают изображения в трех-шести различных частотах плюс черно-белые изображения с пространственным разрешением 0,6–4 м. Разработка и использование небольших дронов или БПЛА предоставило альтернативную платформу с большей гибкостью для сбора цифровых данных изображений с большим пространственным разрешением, более быстрой координацией сбора данных и потенциально меньшей стоимостью. Другие современные прецизионные технологии, разработанные для сельского хозяйства, включают «интеллектуальные системы орошения», которые запрограммированы на максимальное повышение эффективности использования воды в зависимости от потребностей растений, скорости испарения, текстуры и структуры почвы.Эти системы экономят воду и расходы, одновременно повышая урожайность и качество продукции.

Необходимо доказать, что дистанционное зондирование дает экономическую выгоду для культур с низкой рентабельностью, таких как зерновые культуры. Однако в некоторых частях мира он оказался успешным для других культур, таких как картофель, сахарная свекла, рис и хлопковые поля. Коммерческие компании, занимающиеся дистанционным зондированием, использовали еженедельные изображения для картирования площадей под этими культурами и мониторинга их состояния в течение всего вегетационного периода. Изображения и интерпретации обеспечивают производителям более выгодную позицию при заключении контрактов с производителями пищевых продуктов, поскольку они осведомлены о прогрессе их посевов, а также об урожайности их конкурентов.

Ценность точного земледелия заключается в том, что фермер может выполнять более своевременные операции, связанные с улучшением управления почвой, такие как обработка почвы, планировать более точные программы защиты растений, корректировать нормы высева и знать изменчивость урожайности, обычно вызываемую различиями в почве и питательных веществах на поле. . Таким образом, потенциальная ценность этой системы выражается в увеличении чистой прибыли на акр; повышение эффективности таких вводимых ресурсов, как семена, удобрения и химикаты; улучшение почвенной среды; снижение угрозы качеству воды; и повышенный управленческий потенциал. Этот потенциал, хотя и обещанный во многих рекламных объявлениях фермерских хозяйств, зависит от стиля управления фермером и возможностей консультанта по урожаю. Фермерам необходимо научиться использовать эти технологии для улучшения качества почвы и урожая в зависимости от условий на их полях.

Открытие свидетельств глобальной системы позиционирования

Ларри Э. Дэниэл, Ларс Э. Дэниел, в Digital Forensics for Legal Professionals, 2012 г.

23.2 Обнаружение доказательств GPS

В зависимости от того, где находится свидетельство, на устройстве GPS, на компьютере или смартфоне или у третьей стороны, подход к написанию технического языка для включения в предложения по обнаружению различается. В следующих разделах приведены языковые примеры для получения доказательств от устройств и от третьих лиц. В каждом случае необходимо запросить как можно больше информации об устройстве, записях или доказательствах, чтобы получить полное представление о действительности доказательств. Кроме того, при сборе устройств для прямого сбора важно запрашивать все части, чтобы избежать необходимости находить что-то столь же простое, как источник питания, который может помешать исследованию устройства до тех пор, пока не будет получен новый источник питания.

23.2.1 Язык получения GPS-устройства для проверки

Устройство GPS следует рассматривать как любое электронное устройство с точки зрения обнаружения. Важные вопросы, которые необходимо решить в ходе движения, приведены в примерах языков, приведенных в следующем поле.

Устройство должно быть доступно для физического осмотра и извлечения данных квалифицированным судебным экспертом с использованием инструментов, специально предназначенных для сбора и сохранения данных GPS.

Любые отчеты или другая информация, относящаяся к цепочке поставок устройства, его хранению и обращению.

Если устройство было ранее проверено, должны быть предоставлены любые отчеты, относящиеся к проверке, включая методы, использованные для сбора данных, название и версию любого программного обеспечения, используемого для сбора данных, и копии фактических файлов данных, собранных. Кроме того, должно быть предоставлено резюме или резюме лица или лиц, ответственных за обращение, хранение, судебно-медицинскую визуализацию и анализ устройства.

Любые фотографии или снимки экрана, сделанные до, во время или после сбора устройства и его внутренних данных.

Любые руководства, аксессуары или другие предметы, полученные и находящиеся на хранении, связанные с устройством, включая, помимо прочего, соединительные кабели, блоки питания, футляры, сумки для переноски, диски с данными и карты памяти.

23.2.2 Язык для получения информации от производителя об устройстве

Если есть вопросы о том, как работает устройство, то единственным реальным источником будет производитель самого устройства. Следующие языки предназначены для получения информации об устройстве от производителя.

Это запрос конкретной информации об устройстве GPS, произведенном вашей компанией, в частности об устройстве, обозначенном как марка, номер модели, название серии, серийный номери версия программного обеспечения.

Запрошенная информация, включающая конкретные сведения о способе хранения данных на устройстве, включая, но не ограничиваясь: a.

Как внутренние данные сохраняются на устройстве

Как называются журналы треков

Что происходит, когда на устройство добавляются новые треки

Сохраняется ли информация о дате и времени для точек трека, и когда и если информация о дате и времени для отдельных точек трека сохраняется или удаляется

Как обрабатываются путевые точки, когда пользователь сохраняет путевую точку, используя меню для текущего местоположения, и получает ли путевая точка автоматическую отметку времени

Как часто точки трека записываются в секундах

Сколько точек трека разрешено в путевом журнале до автоматического опрокидывания или создания нового путевого журнала

Максимальное количество точек трека, которое устройство может хранить

Запрошенная информация, включающая информацию об устройстве, специфичную для оборудования, в частности, но не ограничиваясь: a.

Количество антенн в устройстве

Номинальные значения мощности и сигнала антенн устройства и их влияние на способность устройства принимать сигналы в нормальных условиях, в пасмурную погоду, а также в городских и сельских условиях.

Указанная дальность действия устройства для приема спутниковых сигналов с целью определения местоположения в метрах или милях.

Любая информация, касающаяся способности устройства получать услуги вспомогательного определения местоположения (ALS), включая тип услуг ALS, повышение точности таких услуг и условия, при которых такие услуги будут использоваться устройством для помощи в определении его местоположения.

Информация об указанной инженерной точности устройства в соответствии с настройками, включая указанный рейтинг точности для геолокации.

Любые известные условия, присущие устройству, которые могут привести к неправильной записи устройством своего текущего местоположения.

Метод, используемый для расчета скорости и направления

Есть ли в устройстве внутренний компас

Информация, связанная с любыми известными проблемами обслуживания, частотой отказов или ошибками программного обеспечения в устройстве, как указано в данном документе.

23.2.3 Язык для получения доказательств GPS от третьей стороны

В зависимости от ситуации может потребоваться сбор доказательств от третьей стороны, например от службы мониторинга. В следующем языке рассматриваются вопросы, важные для получения сторонних записей GPS.

Любые и все записи, связанные с записями GPS, идентифицированными серийным номером (номерами) ________, особенно за период времени, начинающийся _______ и заканчивающийся __________.

Вся информация, относящаяся к устройствам GPS, идентифицированным серийным номером (номерами) ______________, включая, помимо прочего, активность GPS, такую ​​как включение, выключение, пройденное расстояние, пробег, широта и долгота, местоположение по адресу, скорость движения, пройденное расстояние , длинная остановка, короткая остановка и т. д.

Любая доступная информация о физических устройствах GPS, являющихся источником этих записей, идентифицированных по серийным номерам устройств GPS __________. Это включает, но не ограничивается: руководствами пользователя, руководствами по установке, руководствами по эксплуатации, производителем, маркой, моделью, датами ввода устройств в эксплуатацию, датами выхода устройств из строя, известными проблемами или проблемами с конкретными моделями GPS, такими как потеря сигнала, проблемы с калибровкой, пингом, зоны обслуживания, проблемы из-за посторонних факторов, таких как погода и т. д.

Любая доступная информация о программном обеспечении, используемом как (контролирующей компанией), так и их клиентами. Это должно включать, но не ограничивается: руководствами пользователя, руководствами по установке, руководствами по эксплуатации, онлайн-документацией, известными проблемами с программным обеспечением, используемым либо (контролирующей компанией), либо их клиентами, пользовательскими ошибками, которые могут повлиять на записи GPS, и так далее.

Любые и все записи о техническом обслуживании устройств GPS, идентифицированных по серийным номерам ________________.

Список всех GPS единиц , поддерживаемых МОНИТОРИНГ названия фирмы'Sсистемы отслеживание до МЕСЯЦАиз 20XX.

Любая информация о модулях GPS, касающаяся их установки и эксплуатации. Эта информация должна включать, но не ограничиваться: как и где они установлены, возможные ошибки в установке, которые могут повлиять на записи GPS, как можно управлять отслеживающей способностью устройств GPS путем включения и выключения устройством пользователь, отключение устройства GPS иным образом, использование программного или аппаратного обеспечения, которое могло бы модифицировать устройство, и другие способы преднамеренного приведения устройства GPS в действие каким-либо образом, отличным от предполагаемого.

Дистанционное зондирование поведения

Н. Пинтер-Воллман, К. Э. Мабри, в Энциклопедии поведения животных, 2010 г.

Дополнительные устройства сбора данных

Помимо устройства GPS, к биркам могут быть прикреплены другие датчики для сбора информации об окружающей среде и физиологии животного. Данные часто хранятся на борту этих устройств и могут быть получены с помощью методов, упомянутых в разделе GPS. Датчики могут регистрировать соленость воды, давление, температуру воздуха и тела, частоту сердечных сокращений и активность. Морские животные часто оснащены датчиками давления, чтобы предоставить информацию о глубине плавания животного, что является дополнительной мерой пространства. Эти устройства также могут принести пользу изучению социального поведения. Например, микрофоны, прикрепленные к меткам, записывают вокализацию, а недавно разработанные регистраторы приближения записывают случаи и продолжительность социальных взаимодействий между помеченными людьми.

Эти датчики предоставляют дополнительные полезные и интересные данные о помеченных особях и, собирая данные автоматически, они могут сократить время, необходимое для поведенческих наблюдений. Однако чем больше датчиков будет размещено на бирке, тем она будет тяжелее и крупнее. Кроме того, обратите внимание на преимущества и недостатки, связанные с поиском данных, упомянутые ранее для устройств GPS.

Теория обучения и поведение

1.18.4.3 Визуальная крупномасштабная когнитивная карта

Миниатюризация устройств GPS и других технологий локализации теперь позволяет впервые изучить механизмы дальнего плавания летучими мышами. Первым видом летучих мышей, исследованным с помощью GPS, была египетская плодовая летучая мышь ( Rousettus aegyptiacus) - долгоживущая социальная летучая мышь, населяющая колонии от десятков до тысяч особей особей (Kwiecinski and Griffiths, 1999). Эти летучие мыши условно питаются различными фруктовыми деревьями - часто ночь за ночью прилетают к одному и тому же дереву (рис. 2А). Два эксперимента по транслокации предоставили убедительные доказательства существования крупномасштабной когнитивной карты, основанной на визуальном представлении, у этого вида (Tsoar et al., 2011). Летучие мыши, которые были перемещены в 44 км от своей пещеры, предпочли полететь либо обратно в пещеру, либо к знакомому кормовому дереву (около 30 км от своей пещеры), в зависимости от того, кормились они или нет до выпуска (Рис. 2B: сравнить траектория голодной летучей мыши, которая была выпущена раньше, синим цветом - против насыщенной летучей мыши, которую покормили и выпустили поздно, красным цветом).GPS-слежение показало, что летучие мыши использовали удивительно прямые траектории полета в обоих случаях - несмотря на то, что и пещера, и деревья не были видны летучей мыши и не имели никаких источников света рядом с ними (что исключает возможность визуального маяка). Это предполагает способность перемещаться непосредственно между локациями в пределах области, которую, вероятно, никогда раньше не посещали, но которая была визуально отображена издалека этими летучими мышами.

Фигура 2 . Навигация в египетской летучей мыши. (A) Пример отдельной летучей мыши, которая отслеживалась с помощью миниатюрного регистратора данных GPS и в течение 7 ночей перемещалась от своей пещеры для ночевок к определенному фруктовому дереву, чтобы добыть корм, демонстрируя очень прямые полеты. (B) Примерные траектории двух летучих мышей, которые были перемещены на 44 км к югу от своей пещеры и были выпущены рано или голодными - в этом случае они полетели прямо к своему любимому дереву для кормления ( синяя линия ); или были выпущены поздно после того, как их накормили и насытили - в этом случае они летели прямо в свою пещеру ( красная линия ). Подробнее см. (Tsoar et al., 2011). (C) Зрение важно для навигации у египетских летучих мышей. Зеленые линии: пример траектории двух летучих мышей, которые были перемещены на 84 км к югу и были выпущены на дно глубокого кратера, из которого они не могли видеть никаких знакомых визуальных ориентиров; эти летучие мыши показывали извилистые полеты, но в конце концов нашли свой путь на север, обратно в пещеру. Синие линии : пример траектории двух летучих мышей, которые были выпущены на высокую гору на краю кратера, откуда были доступны знакомые визуальные ориентиры, и направились прямо на север. См. Tsoar et al. (2011) для подробностей.

Панель (A) адаптирована из Гева-Сагив, Майя, Лиора, Лас, Йоси, Йовель, Начум, Улановский. 2015. Пространственное познание у летучих мышей и крыс: от сенсорного восприятия до многомасштабных карт и навигации. Nat. Rev. Neurosci. 16 (2), 94–108. http://dx.doi.org/10.1038/nrn3888. Nature Publishing Group, подразделение Macmillan Publishers Limited. Все права защищены; панель (B) показывает данные, перенесенные из Tsoar, Asaf, Ran, Nathan, Yoav, Bartan, Alexei, Vyssotski, Giacomo, Dell'Omo, Nachum, Ulanovsky. 2011. Крупномасштабная навигационная карта млекопитающего. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 108 (37), E718 – E724. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1107365108; панель (C) адаптирована с разрешения Цоара, Асафа, Ран, Натана, Йоава, Бартана, Алексея, Высоцкого, Джакомо, Делль'Омо, Начума, Улановского. 2011. Крупномасштабная навигационная карта млекопитающего. Proc. Natl. Акад. Sci. США 108 (37),E718 – E724. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1107365108.

Чтобы выяснить сенсорный механизм, лежащий в основе этой навигации на большие расстояния, исследователи переместили вторую группу летучих мышей в далекий кратер, расположенный в 84 км от пещеры. Этот кратер расположен глубоко в пустыне, далеко за пределами обитания этих животных, и поэтому с большой вероятностью был совершенно незнаком летучим мышам. Летучие мыши были разделены на две группы: одна была выпущена со дна кратера, таким образом лишившись каких-либо возможных наземных визуальных ориентиров, но эти визуальные ориентиры были доступны другой группе, которая была выпущена с вершины горы в кратере. обод. По крайней мере 75% летучих мышей вернулись в пещеру, большинство из них сделали это в течение одной ночи (оставшиеся 25% могли вернуться и потерять свои GPS-метки по дороге).Не было никакой разницы в вероятности возвращения двух групп домой, но наблюдались явные различия в их режимах полета, особенно на первых километрах полета. Группа с ограниченным зрением демонстрировала начальную дезориентацию и летела по траекториям с высокой извилистостью как внутри кратера, так и после выхода из него (рис. 2C,зеленые линии ), тогда как контрольные летучие мыши летели прямо в направлении пещеры (Рис. 2C, синие линии). Эти результаты предполагают, что отдаленные визуальные ориентиры, такие как горы, море или антропогенные огни, важны для крупномасштабной навигации у египетских летучих мышей и, вероятно, способствуют навигационной способности, подобной карте, которую она демонстрирует. Разумная гипотеза, выдвинутая авторами, заключается в том, что летучие мыши выполняли самотриангуляцию на основе нескольких дистальных визуальных ориентиров (Tsoar et al., 2011). То есть они локализовались на основе определения дальних ориентиров, местоположение которых им было известно, и затем они могли выбрать маршрут полета, который был относительно этих ориентиров (проиллюстрирован на рис. 1D). Такое полностью гибкое представление самотриангуляции можно рассматривать как своего рода когнитивную карту (Gallistel, 1990; Tsoar et al., 2011).

Опора на зрение при эхолокации летучих мышей не должна вызывать удивления. Все летучие мыши видят, и зрение иногда имеет явные преимущества перед эхолокацией, особенно для восприятия на большие расстояния (Rydell, Eklöf, 2003; Boonman et al., 2013; Bar et al., 2015). Несколько более ранних исследований уже продемонстрировали роль зрения летучих мышей в навигации на большие расстояния. Летучие мыши с завязанными глазами продемонстрировали резко сниженные возможности самонаведения по сравнению с контрольной группой в нескольких исследованиях самонаведения, особенно при тестировании дальнего самонаведения>15 км (Smith and Goodpaster, 1958; Williams et al., 1966; Griffin, 1970; Davis and Barbour, 1970). . Также было показано, что летучие мыши с завязанными глазами летают ниже, возможно, пытаясь почувствовать землю с помощью эхолокации (Mueller, 1968), подобно тому, как люди с завязанными глазами передвигаются по стенам.

Использование других сенсорных модальностей, таких как обоняние или магнитное зондирование, которые часто считаются важными для крупномасштабной навигации у птиц, не было отменено в этом исследовании египетских плодовых летучих мышей: например, летучие мыши могли почувствовать запах летучих мышей. запахи Средиземного моря. Более того, летучие мыши, выпущенные внутри кратера, всегда выходили из него, ориентируясь на север (Tsoar et al., 2011). Это означает, что другая сенсорная система (помимо зрения) могла сыграть роль в их первоначальном выборе направления, хотя в некоторой степени внутри кратера также могли быть доступны небесные (визуальные) сигналы. Есть некоторые свидетельства того, что некоторые виды летучих мышей могут визуально обнаруживать звезды (Childs and Buchler, 1981), а летучие мыши-плодовые имеют превосходное зрение по сравнению с большинством летучих мышей (Neuweiler, 2000).Египетские летучие мыши также известны тем, что используют как эхолокацию, так и зрение для ориентации на близком расстоянии (Griffin, 1958). Недавно было показано, что они модулируют приобретение эхолокации в зависимости от доступности визуального ввода (Данилович и др., 2015). Таким образом, летучие мыши могут обладать несколькими когнитивными картами разного масштаба, основанными на разных сенсорных модальностях. Они могли совершать свои ночные поездки на десятки километров от насеста до фруктового дерева на основе визуальной когнитивной карты, а затем переключаться на эхо-акустическую когнитивную карту, которая позволяет им приземлиться на определенную ветку, как только они прибудут к дереву. Зрение и эхолокация также могут использоваться для создания карт того же пространственного масштаба:Прямые нейронные доказательства этого получены из недавнего исследования «клеток места» гиппокампа - нейронов, которые, как считается, удерживают когнитивную карту в мозгу (см. ниже), - у летучих мышей, которые летали в лабораторных условиях, где им приходилось полагаться либо на по зрению или по эхолокации; Это исследование показало, что одно и то же пространство представлено совершенно разными (ортогональными) когнитивными картами для двух разных сенсорных модальностей (Geva-Sagiv et al., 2016). Этот результат может свидетельствовать о том, что мозг летучих мышей содержит «когнитивный атлас» с разными картами для разных сенсорных модальностей - и эти карты могут быть выведены отдельно в соответствии с потребностями животного (Geva-Sagiv et al., 2016).Это исследование показало, что одно и то же пространство представлено совершенно разными (ортогональными) когнитивными картами для двух разных сенсорных модальностей (Geva-Sagiv et al., 2016). Этот результат может свидетельствовать о том, что мозг летучих мышей содержит «когнитивный атлас» с разными картами для разных сенсорных модальностей - и эти карты могут быть выведены отдельно в соответствии с потребностями животного (Geva-Sagiv et al., 2016).это исследование показало, что одно и то же пространство представлено совершенно разными (ортогональными) когнитивными картами для двух разных сенсорных модальностей (Geva-Sagiv et al., 2016). Этот результат может свидетельствовать о том, что мозг летучих мышей содержит «когнитивный атлас» с разными картами для разных сенсорных модальностей - и эти карты могут быть выведены отдельно в соответствии с потребностями животного (Geva-Sagiv et al., 2016).

Сергей Иващенко

08.09.2021

Подписывайтесь на наши социальные сети!