วันนี้คงไม่มีใครที่ไม่เคยได้ยินเกี่ยวกับ GPS อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกคนที่มีความเข้าใจอย่างถ่องแท้ว่ามันคืออะไร ในบทความ เราจะพยายามค้นหาว่าระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลกคืออะไร ประกอบด้วยอะไร และทำงานอย่างไร
ประวัติศาสตร์
ระบบนำทาง GPS เป็นส่วนหนึ่งของ Navstar complex พัฒนาและดำเนินการโดยกระทรวงกลาโหมสหรัฐ โครงการที่ซับซ้อนเริ่มดำเนินการในปี 2516 และในตอนต้นของปี 1978 หลังจากการทดสอบสำเร็จ พวกเขาก็นำไปใช้งาน ภายในปี 1993 มีการปล่อยดาวเทียม 24 ดวงทั่วโลก ครอบคลุมพื้นผิวโลกของเราอย่างสมบูรณ์ ส่วนพลเรือนของเครือข่ายทหาร Navstar กลายเป็นที่รู้จักในชื่อ GPS ซึ่งย่อมาจาก Global Positioning System ("ระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลก")
ฐานประกอบด้วยดาวเทียมที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมหกวง มีความกว้างเพียงหนึ่งเมตรครึ่งและยาวมากกว่าห้าเมตรเล็กน้อย น้ำหนักในกรณีนี้ประมาณแปดร้อยสี่สิบกิโลกรัม ทั้งหมดนั้นให้ประสิทธิภาพเต็มที่ทุกที่บนโลกของเรา
การติดตามดำเนินการจากสถานีควบคุมหลักที่ตั้งอยู่ในรัฐโคโลราโด มีฐานทัพอากาศ Schriver - กองกำลังอวกาศที่ห้าสิบ
มีสถานีติดตามมากกว่าสิบแห่งบนโลก พบได้บนเกาะ Ascension Island, Hawaii, Kwajalein, Diego Garcia, Colorado Springs, Cape Canaveral และที่อื่น ๆ ซึ่งมีจำนวนเพิ่มขึ้นทุกปี ข้อมูลทั้งหมดที่ได้รับจากพวกเขาจะถูกประมวลผลที่สถานีหลัก ข้อมูลที่อัปเดตจะถูกอัปโหลดทุกๆ 24 ชั่วโมง
ตำแหน่งทั่วโลกนี้คือระบบดาวเทียมที่ดำเนินการโดยกระทรวงกลาโหมสหรัฐ ใช้งานได้ในทุกสภาพอากาศและส่งข้อมูลอย่างต่อเนื่อง
หลักการทำงาน
ระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลกของ GPS ทำงานโดยยึดตามส่วนประกอบต่อไปนี้:
- แยกดาวเทียม;
- ช่วงดาวเทียม;
- เวลาอ้างอิงที่แน่นอน;
- ที่ตั้ง;
- แก้ไข
เรามาดูกันดีกว่า
Trilateration คือการคำนวณระยะทางของข้อมูลของดาวเทียมสามดวง ซึ่งทำให้สามารถคำนวณตำแหน่งของจุดใดจุดหนึ่งได้
Ranging หมายถึงระยะทางไปยังดาวเทียม โดยคำนวณตามเวลาที่สัญญาณวิทยุใช้ในการเดินทางจากดาวเทียมไปยังเครื่องรับ โดยคำนึงถึงความเร็วแสง ในการกำหนดเวลา ระบบจะสร้างรหัสสุ่มเทียมขึ้น ซึ่งผู้รับสามารถแก้ไขความล่าช้าได้ตลอดเวลา
รูปต่อไปนี้แสดงว่าตรงขึ้นอยู่กับความแม่นยำของนาฬิกา ดาวเทียมมีนาฬิกาอะตอมที่แม่นยำถึงหนึ่งนาโนวินาที อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายสูง จึงไม่ได้ใช้ทุกที่
ดาวเทียมตั้งอยู่ที่ระดับความสูงมากกว่าสองหมื่นกิโลเมตรจากโลก มากเท่ากับที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนที่อย่างมั่นคงในวงโคจรและการลดความต้านทานบรรยากาศ
ระหว่างการทำงานของระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลก เกิดข้อผิดพลาดที่กำจัดได้ยาก นี่เป็นเพราะการส่งสัญญาณผ่านชั้นโทรโพสเฟียร์และไอโอโนสเฟียร์ซึ่งความเร็วลดลงซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวในการวัด
ส่วนประกอบของระบบการทำแผนที่
มีผลิตภัณฑ์ระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลกและแอปพลิเคชันการทำแผนที่ GIS มากมาย ข้อมูลทางภูมิศาสตร์จึงถูกสร้างขึ้นและปรับปรุงอย่างรวดเร็ว ส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์เหล่านี้ได้แก่ เครื่องรับ GPS ซอฟต์แวร์ และอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล
เครื่องรับสามารถทำการคำนวณด้วยความถี่ที่น้อยกว่าหนึ่งวินาทีและความแม่นยำตั้งแต่สิบเซนติเมตรถึงห้าเมตร โดยทำงานในโหมดดิฟเฟอเรนเชียล ขนาดความจุหน่วยความจำและจำนวนช่องติดตามต่างกัน
ในขณะที่บุคคลยืนอยู่ในที่เดียวหรือเคลื่อนที่ ผู้รับจะรับสัญญาณจากดาวเทียมและทำการคำนวณตำแหน่ง ผลลัพธ์ในรูปแบบพิกัดจะแสดงบนจอแสดงผล
Controllers คือคอมพิวเตอร์พกพาที่ใช้ซอฟต์แวร์ที่จำเป็นในการรวบรวมข้อมูล ซอฟต์แวร์ควบคุมการตั้งค่าเครื่องรับ ไดรฟ์มีมิติข้อมูลและประเภทการบันทึกข้อมูลต่างกัน
แต่ละระบบติดตั้งซอฟต์แวร์ หลังจากที่คุณอัปโหลดข้อมูลจากไดรฟ์ไปยังคอมพิวเตอร์ของคุณ โปรแกรมจะเพิ่มความถูกต้องของข้อมูลโดยใช้วิธีการประมวลผลพิเศษที่เรียกว่า "Differential Correction" ซอฟต์แวร์แสดงภาพข้อมูล บางส่วนสามารถแก้ไขได้ด้วยตนเอง บางส่วนสามารถพิมพ์ และอื่นๆ
GPS global positioning - ระบบที่ช่วยรวบรวมข้อมูลสำหรับการเข้าสู่ฐานข้อมูล และซอฟต์แวร์ส่งออกไปยังโปรแกรม GIS
การแก้ไขส่วนต่าง
วิธีนี้ช่วยปรับปรุงความถูกต้องของข้อมูลที่รวบรวมได้อย่างมาก ในกรณีนี้ เครื่องรับเครื่องหนึ่งจะอยู่ที่จุดพิกัดหนึ่ง และอีกเครื่องหนึ่งจะรวบรวมข้อมูลโดยที่ไม่ทราบที่มา
การแก้ไขส่วนต่างทำได้สองวิธี
- วิธีแรกคือการแก้ไขส่วนต่างแบบเรียลไทม์ โดยสถานีหลักจะคำนวณและรายงานข้อผิดพลาดของดาวเทียมแต่ละดวง รถแลนด์โรเวอร์ได้รับข้อมูลที่อัปเดตซึ่งแสดงข้อมูลที่แก้ไข
- ที่สอง - การแก้ไขส่วนต่างในขั้นตอนหลังการประมวลผล - เกิดขึ้นเมื่อสถานีหลักเขียนการแก้ไขโดยตรงไปยังไฟล์ในคอมพิวเตอร์ ไฟล์ต้นฉบับได้รับการประมวลผลพร้อมกับไฟล์ที่อัปเดต จากนั้นจึงได้รับไฟล์ที่แก้ไขต่างกัน
ระบบการทำแผนที่ Trimble สามารถใช้ได้ทั้งสองวิธี ดังนั้น หากโหมดเรียลไทม์ถูกขัดจังหวะ ก็ยังสามารถใช้ในการประมวลผลภายหลังได้
แอปพลิเคชัน
GPSนำไปใช้ในด้านต่างๆ ตัวอย่างเช่น ระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลกมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมทรัพยากรธรรมชาติ ซึ่งนักธรณีวิทยา นักชีววิทยา นักป่าไม้ และนักภูมิศาสตร์ใช้เพื่อบันทึกตำแหน่งและข้อมูลเพิ่มเติม นอกจากนี้ยังเป็นพื้นที่ของโครงสร้างพื้นฐานและการพัฒนาเมืองที่มีการควบคุมการไหลของการจราจรและระบบสาธารณูปโภค
ระบบ GPS ของตำแหน่งทั่วโลกยังใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการเกษตร เช่น อธิบายคุณลักษณะของทุ่งนา ในสังคมศาสตร์ นักประวัติศาสตร์และนักโบราณคดีใช้เพื่อสำรวจและบันทึกโบราณสถาน
ขอบเขตของระบบแผนที่ GPS ไม่ได้จำกัดอยู่แค่นี้ สามารถใช้ในแอปพลิเคชันอื่น ๆ ที่ต้องการพิกัด เวลา และข้อมูลอื่น ๆ ที่แม่นยำ
เครื่องรับ GPS
เครื่องรับวิทยุที่กำหนดตำแหน่งของเสาอากาศตามข้อมูลเกี่ยวกับการหน่วงเวลาของสัญญาณวิทยุจากดาวเทียม Navstar
การวัดถูกสร้างขึ้นด้วยความแม่นยำสามถึงห้าเมตร และหากมีสัญญาณจากสถานีภาคพื้นดิน - สูงถึงหนึ่งมิลลิเมตร เครื่องนำทาง GPS เชิงพาณิชย์สำหรับตัวอย่างเก่ามีความแม่นยำหนึ่งร้อยห้าสิบเมตร และสำหรับตัวอย่างใหม่ - สูงสุดสามเมตร
ขึ้นอยู่กับเครื่องรับ เครื่องบันทึก GPS เครื่องติดตาม GPS และตัวนำทาง GPS ถูกสร้างขึ้น
อุปกรณ์สามารถกำหนดเองได้หรือเป็นมืออาชีพ ที่สองแตกต่างกันในด้านคุณภาพ โหมดการทำงาน ความถี่ ระบบนำทาง และราคา
เครื่องรับแบบกำหนดเองสามารถรายงานพิกัด เวลา ระดับความสูง ทิศทางที่ผู้ใช้ระบุ ความเร็วปัจจุบัน ข้อมูลถนนได้อย่างแม่นยำ ข้อมูลจะแสดงบนโทรศัพท์หรือคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่ออุปกรณ์
เครื่องนำทาง GPS: แผนที่
แผนที่ปรับปรุงคุณภาพของตัวนำทาง มีทั้งแบบเวกเตอร์และแรสเตอร์
ตัวแปรเวกเตอร์เก็บข้อมูลเกี่ยวกับวัตถุ พิกัด และข้อมูลอื่นๆ พวกเขาสามารถนำเสนอภูมิประเทศที่เป็นธรรมชาติและวัตถุมากมาย เช่น โรงแรม ปั๊มน้ำมัน ร้านอาหาร ฯลฯ เนื่องจากไม่มีรูปภาพ ใช้พื้นที่น้อยลงและทำงานได้เร็วขึ้น
ประเภทแรสเตอร์เป็นแบบที่ง่ายที่สุด พวกเขาแสดงภาพของพื้นที่ในพิกัดทางภูมิศาสตร์ สามารถถ่ายภาพดาวเทียมหรือแผนที่ประเภทกระดาษ - สแกน
ปัจจุบันมีระบบนำทางที่ผู้ใช้สามารถเสริมด้วยวัตถุได้
ตัวติดตาม GPS
เครื่องรับวิทยุดังกล่าวรับและส่งข้อมูลเพื่อควบคุมและติดตามการเคลื่อนไหวของวัตถุต่าง ๆ ที่ติดอยู่ ประกอบด้วยเครื่องรับที่กำหนดพิกัด และเครื่องส่งที่ส่งไปยังผู้ใช้ที่อยู่ห่างไกล
ตัวติดตาม GPS เข้ามา:
- ส่วนบุคคล ใช้ทีละตัว;
- รถยนต์เชื่อมต่อกับออนบอร์ดเครือข่ายอัตโนมัติ
ใช้เพื่อระบุตำแหน่งของสิ่งของต่างๆ (คน ยานพาหนะ สัตว์ สินค้า และอื่นๆ)
อุปกรณ์เหล่านี้สามารถใช้เพื่อระงับสัญญาณที่รบกวนความถี่ที่ตัวติดตามทำงาน
เครื่องบันทึก GPS
วิทยุเหล่านี้สามารถใช้งานได้ในสองโหมด:
- เครื่องรับ GPS ธรรมดา;
- logger บันทึกข้อมูลเส้นทางที่เคยไป
พวกเขาสามารถ:
- แบบพกพา ติดตั้งแบตเตอรี่ขนาดเล็กแบบชาร์จไฟได้
- รถยนต์ ขับเคลื่อนโดยเครือข่ายออนบอร์ด
ในเครื่องตัดไม้รุ่นใหม่ สามารถบันทึกได้มากถึงสองแสนคะแนน ขอแนะนำให้ทำเครื่องหมายจุดใดๆ ระหว่างทาง
อุปกรณ์ถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในการท่องเที่ยว กีฬา การติดตาม การทำแผนที่ มาตร และอื่นๆ
ตำแหน่งทั่วโลกวันนี้
จากข้อมูลที่ให้มา สรุปได้ว่าระบบดังกล่าวถูกใช้ไปทุกที่แล้ว และขอบเขตก็มีแนวโน้มที่จะแพร่หลายมากขึ้นไปอีก
ตำแหน่งทั่วโลกครอบคลุมภาคผู้บริโภค การใช้นวัตกรรมทางเทคนิคล่าสุดทำให้ระบบเป็นหนึ่งในระบบที่เป็นที่ต้องการมากที่สุดในตลาดนี้
พร้อมกับ GPS GLONASS กำลังถูกพัฒนาในรัสเซีย และกาลิเลโอในยุโรป
ในขณะเดียวกัน ตำแหน่งทั่วโลกก็ไม่มีข้อเสีย ตัวอย่างเช่น ในอพาร์ตเมนต์ของอาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก ในอุโมงค์หรือห้องใต้ดิน ให้ระบุตำแหน่งที่แน่นอนเป็นไปไม่ได้. พายุแม่เหล็กและแหล่งกำเนิดวิทยุบนพื้นดินอาจรบกวนการรับสัญญาณตามปกติ แผนที่นำทางล้าสมัยอย่างรวดเร็ว
ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดคือระบบต้องพึ่งพากระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ โดยสิ้นเชิง ซึ่งเมื่อใดก็ได้ เช่น เปิดการแทรกแซงหรือปิดส่วนพลเรือนโดยสิ้นเชิง ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญมากที่นอกเหนือจากระบบระบุตำแหน่งทั่วโลก GPS และ GLONASS และกาลิเลโอก็กำลังพัฒนาเช่นกัน