היום, כנראה, אין אדם שלא שמע על GPS. עם זאת, לא לכולם יש הבנה מלאה של מה זה. במאמר ננסה להבין מהי מערכת המיקום הגלובלית, ממה היא מורכבת וכיצד היא פועלת.
היסטוריה
מערכת הניווט GPS היא חלק ממתחם Navstar, שפותחה ומופעלת על ידי משרד ההגנה האמריקאי. פרויקט המתחם החל להיות מיושם ב-1973. וכבר בתחילת 1978, לאחר בדיקות מוצלחות, הוציאו אותו לפועל. עד 1993, 24 לוויינים שוגרו מסביב לכדור הארץ, ומכסים לחלוטין את פני כוכב הלכת שלנו. החלק האזרחי של הרשת הצבאית Navstar נודע בשם GPS, אשר ראשי תיבות של Global Positioning System ("מערכת מיקום גלובלית").
בסיסו מורכב מלוויינים הנעים בשישה מסלולים מעגליים. רוחבם מטר וחצי בלבד, ואורכם קצת יותר מחמישה מטרים. המשקל במקרה זה הוא כשמונה מאות וארבעים קילוגרמים. כולם מספקים ביצועים מלאים בכל מקום על הפלנטה שלנו.
המעקב מתבצע מתחנת הבקרה הראשית, הממוקמת במדינת קולורדו. יש את בסיס חיל האוויר שריבר - כוח החלל החמישים.
יש יותר מעשר תחנות מעקב על פני כדור הארץ. הם נמצאים באי Ascension, הוואי, Kwajalein, דייגו גרסיה, קולורדו ספרינגס, קייפ קנוורל ומקומות נוספים, שמספרם גדל מדי שנה. כל המידע המתקבל מהם מעובד בתחנה המרכזית. נתונים מעודכנים מועלים כל עשרים וארבע שעות.
המיקום הגלובלי הזה הוא מערכת לוויינית המופעלת על ידי משרד ההגנה האמריקאי. זה עובד בכל מזג אוויר ומשדר מידע כל הזמן.
עקרון ההפעלה
GPS מערכות מיקום גלובליות עובדות על בסיס הרכיבים הבאים:
- תלת לוויין;
- טווח לווין;
- נקודת זמן מדויקת;
- location;
- תיקון.
בואו נסתכל עליהם מקרוב.
טרילטציה היא חישוב מרחק הנתונים של שלושה לוויינים, שבזכותם ניתן לחשב את מיקומה של נקודה מסוימת.
טווח פירושו המרחק ללוויינים, מחושב לפי הזמן שלוקח לאות הרדיו לעבור מהם אל המקלט, תוך התחשבות במהירות האור. כדי לקבוע את השעה, נוצר קוד פסאודו אקראי, שבזכותו המקלט מסוגל לתקן את ההשהיה בכל עת.
הנתון הבא מציין ישירבהתאם לרמת הדיוק של השעון. ללוויינים יש שעונים אטומיים המדויקים עד ננו-שנייה אחת. עם זאת, בשל העלות הגבוהה שלהם, הם לא נמצאים בשימוש בכל מקום.
הלוויינים ממוקמים בגובה של יותר מעשרים אלף קילומטרים מכדור הארץ, בדיוק ככל הדרוש לתנועה יציבה במסלול והצרת ההתנגדות האטמוספרית.
במהלך הפעלת מערכת המיקום הגלובלית בעולם, נעשות שגיאות שקשה להעלים. זה נובע ממעבר האות דרך הטרופוספירה והיונוספירה, שם המהירות יורדת, מה שמוביל לכשלים במדידה.
רכיבים של מערכת מיפוי
יש הרבה מוצרי מערכות מיקום גלובליות ויישומי מיפוי GIS. הודות להם, נתונים גיאוגרפיים נוצרים ומתעדכנים במהירות. הרכיבים של מוצרים אלה הם מקלטי GPS, תוכנה והתקני אחסון נתונים.
המקלטים מסוגלים לבצע חישובים בתדירות של פחות משנייה ובדיוק של עשרות סנטימטרים עד חמישה מטרים, פועלים במצב דיפרנציאלי. הם נבדלים זה מזה בגודלם, בקיבולת הזיכרון ובמספר ערוצי המעקב.
בזמן שאדם עומד במקום אחד או זז, המקלט מקבל אותות מלוויינים ועורך חישוב לגבי מיקומו. תוצאות בצורת קואורדינטות מוצגות בתצוגה.
בקרים הם מחשבים ניידים המריצים את התוכנה הדרושה לאיסוף נתונים. התוכנה שולטת בהגדרות המקלט. לכוננים ישמימדים וסוגים שונים של הקלטת נתונים.
כל מערכת מצוידת בתוכנה. לאחר העלאת מידע מהכונן למחשב, התוכנה מגבירה את דיוק הנתונים באמצעות שיטת עיבוד מיוחדת הנקראת "תיקון דיפרנציאלי". התוכנה מדמיינת את הנתונים. חלקם ניתנים לעריכה ידנית, אחרים ניתנים להדפסה וכן הלאה.
GPS מיקום גלובלי - מערכות שעוזרות באיסוף מידע לכניסה לבסיסי נתונים, והתוכנה מייצאת אותם לתוכניות GIS.
תיקון דיפרנציאלי
שיטה זו משפרת משמעותית את הדיוק של הנתונים שנאספו. במקרה זה, אחד המקלטים ממוקם בנקודה של קואורדינטות מסוימות, והשני אוסף מידע במקום שבו הם לא ידועים.
תיקון דיפרנציאלי מיושם בשתי דרכים.
- הראשון הוא תיקון הדיפרנציאלי בזמן אמת, שבו השגיאות של כל לוויין מחושבות ומדווחות על ידי התחנה המרכזית. הנתונים המעודכנים מתקבלים על ידי הרובר, המציג את הנתונים המתוקנים.
- השני - תיקון דיפרנציאלי בפוסט-עיבוד - מתרחש כאשר התחנה המרכזית כותבת תיקונים ישירות לקובץ במחשב. הקובץ המקורי מעובד יחד עם הקובץ המעודכן, ואז מתקבל קובץ מתוקן דיפרנציאלי.
מערכות המיפוי של Trimble מסוגלות להשתמש בשתי השיטות. לפיכך, אם מצב בזמן אמת מופרע, אזי זה נשאר אפשרי להשתמש בו בעיבוד שלאחר.
Application
GPSמיושם בתחומים שונים. לדוגמה, מערכות מיקום גלובליות נמצאות בשימוש נרחב בתעשיית משאבי הטבע, שבה גיאולוגים, ביולוגים, יערנים וגיאוגרפים משתמשים בהן כדי לתעד מיקומים ומידע נוסף. זהו גם אזור של תשתיות ופיתוח עירוני שבו זרימת התנועה ומערכת השירותים נשלטים.
מערכות GPS של מיקום גלובלי נמצאות בשימוש נרחב גם בחקלאות, המתארות, למשל, את המאפיינים של שדות. במדעי החברה, היסטוריונים וארכיאולוגים משתמשים בהם כדי לנווט ולתעד אתרים היסטוריים.
ההיקף של מערכות מיפוי GPS אינו מוגבל לכך. ניתן להשתמש בהם בכל יישום אחר שבו יש צורך בקואורדינטות מדויקות, זמן ומידע אחר.
מקלט GPS
זהו מקלט רדיו שקובע את מיקום האנטנה על סמך מידע על עיכובי הזמן של אותות רדיו מלווייני Navstar.
המידות נוצרות בדיוק של שלושה עד חמישה מטרים, ואם יש אות מתחנת קרקע - עד מילימטר אחד. לנווטי GPS מסוג מסחרי בדגימות ישנות יש דיוק של מאה וחמישים מטרים, ובחדשים - עד שלושה מטרים.
מבוסס על מקלטים, מכשירי GPS, עוקבי GPS וניווטי GPS נוצרים.
ציוד יכול להיות מותאם אישית או מקצועי. שְׁנִיָהשונה באיכות, מצבי פעולה, תדרים, מערכות ניווט ומחיר.
מקלטים מותאמים אישית מסוגלים לדווח על קואורדינטות מדויקות, זמן, גובה, כיוון שצוין על ידי המשתמש, מהירות נוכחית, מידע על הכביש. המידע מוצג בטלפון או במחשב שאליו המכשיר מחובר.
נווטי GPS: מפות
מפות משפרות את איכות הנווט. הם מגיעים בסוגי וקטור ורסטר.
גרסאות וקטור מאחסנות נתונים על אובייקטים, קואורדינטות ומידע אחר. הם יכולים לכלול שטח טבעי וחפצים רבים כגון בתי מלון, תחנות דלק, מסעדות וכו', מכיוון שהם אינם מכילים תמונות, תופסים פחות מקום ועובדים מהר יותר.
סוגי רסטר הם הפשוטים ביותר. הם מייצגים תמונה של האזור בקואורדינטות גיאוגרפיות. ניתן לצלם תמונת לוויין או מפה מסוג נייר - לסרוק.
כיום, ישנן מערכות ניווט שהמשתמש יכול להשלים עם האובייקטים שלו.
גששי GPS
מקלט רדיו כזה קולט ומשדר נתונים כדי לשלוט ולעקוב אחר תנועותיהם של חפצים שונים אליהם הוא מחובר. הוא כולל מקלט שקובע את הקואורדינטות, ומשדר ששולח אותן למשתמש שנמצא במרחק.
גששי GPS נכנסים:
- אישי, בשימוש בנפרד;
- רכב, מחובר למשולברשתות אוטומטיות.
הם משמשים לקביעת מיקומם של חפצים שונים (אנשים, כלי רכב, בעלי חיים, סחורות וכן הלאה).
ניתן להשתמש במכשירים אלה כדי לדכא אותות היוצרים הפרעות בתדרים שבהם פועל הגשש.
GPS-logger
מכשירי הרדיו האלה מסוגלים לפעול בשני מצבים:
- מקלט GPS רגיל;
- logger, מתעד מידע על הנתיב שעבר.
הם יכולים להיות:
- נייד, מצויד בסוללה נטענת בגודל קטן;
- רכב, מופעל על ידי הרשת המשולבת.
בדגמים מודרניים של כורתים ניתן לרשום עד מאתיים אלף נקודות. כמו כן, מומלץ לסמן נקודות כלשהן בדרכך.
מכשירים נמצאים בשימוש פעיל בתיירות, ספורט, מעקב, קרטוגרפיה, גיאודזיה וכן הלאה.
מיצוב גלובלי היום
בהתבסס על המידע שסופק, ניתן להסיק שמערכות כאלה כבר נמצאות בשימוש בכל מקום, וההיקף נוטה להיות נרחב עוד יותר.
מיצוב גלובלי מכסה את מגזר הצרכנים. השימוש בחידושים הטכניים האחרונים הופך את המערכת לאחת המבוקשות ביותר בפלח שוק זה.
יחד עם GPS, GLONASS מפותח ברוסיה, ובגלילאו באירופה.
במקביל, המיצוב הגלובלי אינו חף מחסרונותיו. לדוגמה, בדירה של בניין מבטון מזוין, במנהרה או במרתף, לקבוע את המיקום המדויקבלתי אפשרי. סופות מגנטיות ומקורות רדיו על הקרקע עלולים להפריע לקליטה רגילה. מפות ניווט מתיישנות במהירות.
החיסרון הגדול ביותר הוא שהמערכת תלויה לחלוטין במשרד ההגנה האמריקאי, שבכל עת יכול, למשל, להפעיל הפרעות או לכבות את החלק האזרחי לחלוטין. לכן, כל כך חשוב שבנוסף למערכת המיקום הגלובלית מתפתחים גם GPS ו-GLONASS, וגלילאו.
