Σήμερα, πιθανώς, δεν υπάρχει άτομο που να μην έχει ακούσει για το GPS. Ωστόσο, δεν έχουν όλοι πλήρη κατανόηση του τι είναι. Στο άρθρο θα προσπαθήσουμε να καταλάβουμε τι είναι το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης, από τι αποτελείται και πώς λειτουργεί.
Ιστορία
Το σύστημα πλοήγησης GPS είναι μέρος του συγκροτήματος Navstar, που αναπτύχθηκε και λειτουργεί από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ. Το έργο του συγκροτήματος άρχισε να υλοποιείται το 1973. Και ήδη στις αρχές του 1978, μετά από επιτυχείς δοκιμές, το έθεσαν σε λειτουργία. Μέχρι το 1993, 24 δορυφόροι είχαν εκτοξευθεί γύρω από τη Γη, καλύπτοντας πλήρως την επιφάνεια του πλανήτη μας. Το πολιτικό τμήμα του στρατιωτικού δικτύου Navstar έγινε γνωστό ως GPS, το οποίο σημαίνει Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης ("παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης").
Η βάση του αποτελείται από δορυφόρους που κινούνται σε έξι κυκλικές τροχιές. Έχουν πλάτος μόνο ενάμιση μέτρο και μήκος λίγο περισσότερο από πέντε μέτρα. Το βάρος σε αυτή την περίπτωση είναι περίπου οκτακόσια σαράντα κιλά. Όλα παρέχουν πλήρη απόδοση οπουδήποτε στον πλανήτη μας.
Η παρακολούθηση πραγματοποιείται από τον κεντρικό σταθμό ελέγχου, που βρίσκεται στην πολιτεία του Κολοράντο. Υπάρχει η αεροπορική βάση Schriver - η πεντηκοστή διαστημική δύναμη.
Υπάρχουν πάνω από δέκα σταθμοί παρακολούθησης στη Γη. Βρίσκονται στο νησί Ascension, στη Χαβάη, στο Kwajalein, στο Diego Garcia, στο Colorado Springs, στο Cape Canaveral και σε άλλα μέρη, ο αριθμός των οποίων αυξάνεται κάθε χρόνο. Όλες οι πληροφορίες που λαμβάνονται από αυτούς υποβάλλονται σε επεξεργασία στον κεντρικό σταθμό. Τα ενημερωμένα δεδομένα μεταφορτώνονται κάθε είκοσι τέσσερις ώρες.
Αυτός ο παγκόσμιος εντοπισμός θέσης είναι ένα δορυφορικό σύστημα που λειτουργεί από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ. Λειτουργεί σε κάθε καιρό και μεταδίδει συνεχώς πληροφορίες.
Αρχή λειτουργίας
Τα παγκόσμια συστήματα εντοπισμού θέσης GPS λειτουργούν με βάση τα ακόλουθα στοιχεία:
- satellite trilateration;
- εμβέλεια δορυφόρου;
- ακριβής αναφορά χρόνου;
- τοποθεσία;
- correction.
Ας τους ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά.
Trilateration είναι ο υπολογισμός της απόστασης των δεδομένων τριών δορυφόρων, χάρη στους οποίους είναι δυνατός ο υπολογισμός της θέσης ενός συγκεκριμένου σημείου.
Εύρος σημαίνει την απόσταση από τους δορυφόρους, που υπολογίζεται από το χρόνο που χρειάζεται για να ταξιδέψει το ραδιοφωνικό σήμα από αυτούς στον δέκτη, λαμβάνοντας υπόψη την ταχύτητα του φωτός. Για τον προσδιορισμό της ώρας, δημιουργείται ένας ψευδοτυχαίος κωδικός, χάρη στον οποίο ο δέκτης μπορεί να διορθώσει την καθυστέρηση ανά πάσα στιγμή.
Το παρακάτω σχήμα δείχνει μια άμεσηανάλογα με την ακρίβεια του ρολογιού. Οι δορυφόροι έχουν ατομικά ρολόγια με ακρίβεια ενός νανοδευτερόλεπτου. Ωστόσο, λόγω του υψηλού κόστους τους, δεν χρησιμοποιούνται παντού.
Οι δορυφόροι βρίσκονται σε υψόμετρο μεγαλύτερο από είκοσι χιλιάδες χιλιόμετρα από τη Γη, όσο ακριβώς είναι απαραίτητο για σταθερή κίνηση σε τροχιά και στένωση της ατμοσφαιρικής αντίστασης.
Κατά τη λειτουργία του παγκόσμιου συστήματος εντοπισμού θέσης, γίνονται σφάλματα που είναι δύσκολο να εξαλειφθούν. Αυτό οφείλεται στη διέλευση του σήματος μέσω της τροπόσφαιρας και της ιονόσφαιρας, όπου η ταχύτητα μειώνεται, γεγονός που οδηγεί σε αστοχίες της μέτρησης.
Στοιχεία ενός συστήματος χαρτογράφησης
Υπάρχουν πολλά προϊόντα παγκόσμιων συστημάτων εντοπισμού θέσης και εφαρμογές χαρτογράφησης GIS. Χάρη σε αυτά, τα γεωγραφικά δεδομένα σχηματίζονται και ενημερώνονται γρήγορα. Τα στοιχεία αυτών των προϊόντων είναι δέκτες GPS, λογισμικό και συσκευές αποθήκευσης δεδομένων.
Οι δέκτες μπορούν να κάνουν υπολογισμούς με συχνότητα μικρότερη από ένα δευτερόλεπτο και ακρίβεια από δεκάδες εκατοστά έως πέντε μέτρα, λειτουργώντας σε διαφορική λειτουργία. Διαφέρουν μεταξύ τους ως προς το μέγεθος, τη χωρητικότητα μνήμης και τον αριθμό των καναλιών παρακολούθησης.
Ενώ ένα άτομο στέκεται σε ένα μέρος ή κινείται, ο δέκτης λαμβάνει σήματα από δορυφόρους και κάνει έναν υπολογισμό σχετικά με τη θέση του. Τα αποτελέσματα με τη μορφή συντεταγμένων εμφανίζονται στην οθόνη.
Οι ελεγκτές είναι φορητοί υπολογιστές που εκτελούν το λογισμικό που απαιτείται για τη συλλογή δεδομένων. Το λογισμικό ελέγχει τις ρυθμίσεις του δέκτη. Οι δίσκοι έχουνδιαφορετικές διαστάσεις και τύποι καταγραφής δεδομένων.
Κάθε σύστημα είναι εξοπλισμένο με λογισμικό. Αφού ανεβάσετε πληροφορίες από τη μονάδα δίσκου στον υπολογιστή σας, το πρόγραμμα αυξάνει την ακρίβεια των δεδομένων χρησιμοποιώντας μια ειδική μέθοδο επεξεργασίας που ονομάζεται "διαφορική διόρθωση". Το λογισμικό οπτικοποιεί τα δεδομένα. Ορισμένα από αυτά μπορούν να επεξεργαστούν χειροκίνητα, άλλα μπορούν να εκτυπωθούν και ούτω καθεξής.
Παγκόσμια τοποθέτηση GPS - συστήματα που βοηθούν στη συλλογή πληροφοριών για εισαγωγή σε βάσεις δεδομένων και το λογισμικό τις εξάγει σε προγράμματα GIS.
Διόρθωση διαφοράς
Αυτή η μέθοδος βελτιώνει σημαντικά την ακρίβεια των δεδομένων που συλλέγονται. Σε αυτήν την περίπτωση, ένας από τους δέκτες βρίσκεται σε ένα σημείο ορισμένων συντεταγμένων και ο άλλος συλλέγει πληροφορίες όπου είναι άγνωστες.
Η διόρθωση διαφορικού εφαρμόζεται με δύο τρόπους.
- Το πρώτο είναι η διόρθωση διαφορικού σε πραγματικό χρόνο, όπου τα σφάλματα κάθε δορυφόρου υπολογίζονται και αναφέρονται από τον κεντρικό σταθμό. Τα ενημερωμένα δεδομένα λαμβάνονται από το rover, το οποίο εμφανίζει τα διορθωμένα δεδομένα.
- Η δεύτερη - διόρθωση διαφορών στη μετα-επεξεργασία - λαμβάνει χώρα όταν ο κύριος σταθμός εγγράφει διορθώσεις απευθείας σε ένα αρχείο στον υπολογιστή. Το αρχικό αρχείο υποβάλλεται σε επεξεργασία μαζί με το ενημερωμένο και, στη συνέχεια, λαμβάνεται ένα διαφορικά διορθωμένο.
Τα συστήματα χαρτογράφησης Trimble μπορούν να χρησιμοποιούν και τις δύο μεθόδους. Έτσι, εάν η λειτουργία σε πραγματικό χρόνο διακοπεί, τότε παραμένει δυνατή η χρήση της κατά την εκ των υστέρων επεξεργασία.
Αίτηση
GPSεφαρμόζεται σε διαφορετικούς τομείς. Για παράδειγμα, τα παγκόσμια συστήματα εντοπισμού θέσης χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία φυσικών πόρων, όπου γεωλόγοι, βιολόγοι, δασολόγοι και γεωγράφοι τα χρησιμοποιούν για την καταγραφή θέσεων και πρόσθετων πληροφοριών. Είναι επίσης μια περιοχή υποδομής και αστικής ανάπτυξης όπου ελέγχονται οι ροές κυκλοφορίας και το σύστημα κοινής ωφέλειας.
Συστήματα GPS παγκόσμιας τοποθέτησης χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως στη γεωργία, περιγράφοντας, για παράδειγμα, τα χαρακτηριστικά των αγρών. Στις κοινωνικές επιστήμες, οι ιστορικοί και οι αρχαιολόγοι τα χρησιμοποιούν για την πλοήγηση και την καταγραφή ιστορικών τοποθεσιών.
Το πεδίο εφαρμογής των συστημάτων χαρτογράφησης GPS δεν περιορίζεται σε αυτό. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε οποιαδήποτε άλλη εφαρμογή όπου απαιτούνται ακριβείς συντεταγμένες, χρόνος και άλλες πληροφορίες.
δέκτης GPS
Αυτός είναι ένας ραδιοφωνικός δέκτης που καθορίζει τη θέση της κεραίας με βάση πληροφορίες σχετικά με τις χρονικές καθυστερήσεις των ραδιοφωνικών σημάτων από τους δορυφόρους Navstar.
Οι μετρήσεις σχηματίζονται με ακρίβεια τριών έως πέντε μέτρων και εάν υπάρχει σήμα από επίγειο σταθμό - έως και ένα χιλιοστό. Οι πλοηγοί GPS εμπορικού τύπου σε παλιά δείγματα έχουν ακρίβεια εκατόν πενήντα μέτρων και σε νέα - έως τρία μέτρα.
Με βάση τους δέκτες, κατασκευάζονται καταγραφείς GPS, ιχνηλάτες GPS και πλοηγοί GPS.
Ο εξοπλισμός μπορεί να είναι προσαρμοσμένος ή επαγγελματικός. Δεύτεροςδιαφέρει ως προς την ποιότητα, τους τρόπους λειτουργίας, τις συχνότητες, τα συστήματα πλοήγησης και την τιμή.
Οι προσαρμοσμένοι δέκτες είναι ικανοί να αναφέρουν ακριβείς συντεταγμένες, χρόνο, υψόμετρο, κατεύθυνση που καθορίζεται από τον χρήστη, τρέχουσα ταχύτητα, πληροφορίες δρόμου. Οι πληροφορίες εμφανίζονται στο τηλέφωνο ή στον υπολογιστή στον οποίο είναι συνδεδεμένη η συσκευή.
Πλοηγοί GPS: χάρτες
Οι χάρτες βελτιώνουν την ποιότητα του πλοηγού. Διατίθενται σε τύπους διανυσμάτων και ράστερ.
Οι διανυσματικές παραλλαγές αποθηκεύουν δεδομένα σχετικά με αντικείμενα, συντεταγμένες και άλλες πληροφορίες. Μπορούν να διαθέτουν φυσικό έδαφος και πολλά αντικείμενα όπως ξενοδοχεία, βενζινάδικα, εστιατόρια κ.λπ., καθώς δεν περιέχουν εικόνες, καταλαμβάνουν λιγότερο χώρο και λειτουργούν πιο γρήγορα.
Οι τύποι ράστερ είναι οι απλούστεροι. Αντιπροσωπεύουν μια εικόνα της περιοχής σε γεωγραφικές συντεταγμένες. Μπορείτε να τραβήξετε μια δορυφορική φωτογραφία ή να σαρώσετε έναν χάρτη τύπου χαρτιού.
Προς το παρόν, υπάρχουν συστήματα πλοήγησης που ο χρήστης μπορεί να συμπληρώσει με τα αντικείμενά του.
GPS trackers
Ένας τέτοιος ραδιοφωνικός δέκτης λαμβάνει και μεταδίδει δεδομένα για να ελέγχει και να παρακολουθεί τις κινήσεις διαφόρων αντικειμένων στα οποία είναι συνδεδεμένος. Περιλαμβάνει έναν δέκτη που καθορίζει τις συντεταγμένες και έναν πομπό που τις στέλνει σε έναν χρήστη που βρίσκεται σε απόσταση.
Έρχονται οι ιχνηλάτες GPS:
- προσωπικό, χρησιμοποιείται μεμονωμένα;
- automobile, συνδεδεμένο στο ενσωματωμένοαυτόματα δίκτυα.
Χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της θέσης διαφόρων αντικειμένων (ανθρώπων, οχημάτων, ζώων, αγαθών κ.λπ.).
Αυτές οι συσκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την καταστολή σημάτων που δημιουργούν παρεμβολές στις συχνότητες όπου λειτουργεί ο ιχνηλάτης.
GPS-logger
Αυτά τα ραδιόφωνα μπορούν να λειτουργούν σε δύο τρόπους λειτουργίας:
- κανονικός δέκτης GPS;
- καταγραφικό, καταγραφή πληροφοριών σχετικά με τη διαδρομή που έχει διανυθεί.
Μπορούν να είναι:
- φορητό, εξοπλισμένο με επαναφορτιζόμενη μπαταρία μικρού μεγέθους;
- automobile, που τροφοδοτείται από το ενσωματωμένο δίκτυο.
Στα σύγχρονα μοντέλα καταγραφικών είναι δυνατή η καταγραφή έως και διακόσιων χιλιάδων πόντων. Προτείνεται επίσης να επισημάνετε τυχόν σημεία στο δρόμο σας.
Οι συσκευές χρησιμοποιούνται ενεργά στον τουρισμό, τον αθλητισμό, την παρακολούθηση, τη χαρτογραφία, τη γεωδαισία και ούτω καθεξής.
Παγκόσμια τοποθέτηση σήμερα
Με βάση τις πληροφορίες που παρέχονται, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι τέτοια συστήματα χρησιμοποιούνται ήδη παντού και το πεδίο εφαρμογής τείνει να είναι ακόμη πιο διαδεδομένο.
Η παγκόσμια τοποθέτηση καλύπτει τον τομέα των καταναλωτών. Η χρήση των πιο πρόσφατων τεχνικών καινοτομιών καθιστά το σύστημα ένα από τα πιο περιζήτητα σε αυτό το τμήμα της αγοράς.
Μαζί με το GPS, το GLONASS αναπτύσσεται στη Ρωσία και το Galileo στην Ευρώπη.
Ταυτόχρονα, η παγκόσμια τοποθέτηση δεν είναι χωρίς μειονεκτήματα. Για παράδειγμα, σε ένα διαμέρισμα κτιρίου από οπλισμένο σκυρόδεμα, σε σήραγγα ή υπόγειο, καθορίστε την ακριβή τοποθεσίααδύνατο. Οι μαγνητικές καταιγίδες και οι ραδιοφωνικές πηγές στο έδαφος μπορεί να επηρεάσουν την κανονική λήψη. Οι χάρτες πλοήγησης γίνονται γρήγορα ξεπερασμένοι.
Το μεγαλύτερο μειονέκτημα είναι ότι το σύστημα εξαρτάται πλήρως από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ, το οποίο ανά πάσα στιγμή μπορεί, για παράδειγμα, να ενεργοποιήσει την παρεμβολή ή να απενεργοποιήσει εντελώς το μη στρατιωτικό τμήμα. Ως εκ τούτου, είναι τόσο σημαντικό που εκτός από το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης, το GPS και το GLONASS και το Galileo αναπτύσσονται επίσης.
