معدات الملاحة من مختلف الأنواع والتعديلات. هناك أنظمة مصممة للاستخدام في عرض البحر ، والبعض الآخر مهيأ لعامة الناس ، باستخدام الملاحين في كثير من النواحي لأغراض الترفيه. ما هي أنظمة الملاحة؟
ما هو التنقل؟
مصطلح "ملاحة" من أصل لاتيني. كلمة نافيغو تعني "أنا أبحر على متن سفينة". أي أنه كان في البداية مرادفًا للشحن أو الملاحة. ولكن مع تطور التقنيات التي تجعل من السهل على السفن الإبحار في المحيطات ، مع ظهور الطيران وتكنولوجيا الفضاء ، وسع المصطلح بشكل كبير نطاق التفسيرات المحتملة.
اليوم ، التنقل يعني عملية يتحكم فيها الشخص في كائن بناءً على إحداثياته المكانية. أي أن التنقل يتكون من إجرائين - هذا هو التحكم المباشر ، بالإضافة إلى سوء تقدير المسار الأمثل للكائن.
أنواع التنقل
تصنيف أنواع التنقل واسع جدًا. يميز الخبراء المعاصرون الأصناف الرئيسية التالية:
- السيارات ؛
- فلكي ؛
- الملاحة الإلكترونية ؛
- الهواء ؛
- الفضاء ؛
- بحري ؛
- الملاحة عبر الراديو ؛
- قمر صناعي ؛
- تحت الأرض ؛
- إعلامي ؛
- بالقصور الذاتي.
بعض أنواع التنقل المذكورة أعلاه مرتبطة ارتباطًا وثيقًا - ويرجع ذلك أساسًا إلى القواسم المشتركة بين التقنيات المعنية. على سبيل المثال ، غالبًا ما تستخدم الملاحة في السيارة أدوات خاصة بالأقمار الصناعية.
هناك أنواع مختلطة ، يتم من خلالها استخدام العديد من الموارد التكنولوجية في وقت واحد ، مثل ، على سبيل المثال ، أنظمة الملاحة والمعلومات. على هذا النحو ، يمكن أن تكون موارد الاتصالات عبر الأقمار الصناعية مفتاحًا لها. ومع ذلك ، فإن الهدف النهائي لمشاركتهم هو تزويد مجموعات المستخدمين المستهدفة بالمعلومات الضرورية.
أنظمة الملاحة
النوع المقابل من أشكال التنقل ، كقاعدة عامة ، نظام يحمل نفس الاسم. لذلك ، هناك نظام ملاحة في السيارة ، بحري ، فضاء ، إلخ. تعريف هذا المصطلح موجود أيضًا في مجتمع الخبراء. نظام الملاحة ، وفقًا للتفسير الشائع ، هو مزيج من أنواع مختلفة من المعدات (والبرامج ، إن أمكن) التي تسمح لك بتحديد موضع الشيء ، وكذلك حساب مساره. قد تكون مجموعة الأدوات هنا مختلفة. لكن في أغلب الأحيان تتميز الأنظمة بوجود المكونات الأساسية التالية مثل:
- بطاقات (عادة في شكل إلكتروني) ؛
- أجهزة الاستشعار والأقمار الصناعية ومجاميع أخرى لحساب الإحداثيات ؛
- كائنات غير تابعة للنظام توفر معلومات حول الموقع الجغرافي للهدف ؛
- وحدة تحليلية للأجهزة والبرامج توفر إدخال وإخراج البيانات ، بالإضافة إلى ربط المكونات الثلاثة الأولى.
كقاعدة عامة ، يتم تكييف هيكل أنظمة معينة مع احتياجات المستخدمين النهائيين. يمكن إبراز أنواع معينة من الحلول تجاه جزء البرنامج ، أو ، على العكس من ذلك ، جزء الأجهزة. على سبيل المثال ، نظام الملاحة Navitel ، المشهور في روسيا ، هو في الغالب برمجيات. إنه مخصص للاستخدام من قبل مجموعة واسعة من المواطنين الذين يمتلكون أنواعًا مختلفة من الأجهزة المحمولة - أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية والهواتف الذكية.
ملاحة عبر القمر الصناعي
يتضمن أي نظام ملاحة ، أولاً وقبل كل شيء ، تحديد إحداثيات شيء ما - عادةً جغرافيًا. تاريخيا ، تم تحسين الأدوات البشرية في هذا الصدد باستمرار. اليوم ، أكثر أنظمة الملاحة تقدمًا هي الأقمار الصناعية. يتم تمثيل هيكلها من خلال مجموعة من المعدات عالية الدقة ، يقع جزء منها على الأرض ، بينما يدور الجزء الآخر في المدار. أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية الحديثة قادرة على حساب ليس فقط الإحداثيات الجغرافية ، ولكن أيضًا سرعة الكائن ، وكذلك اتجاه حركته.
عناصر الملاحة عبر الأقمار الصناعية
تشتمل الأنظمة المقابلة على العناصر الرئيسية التالية: كوكبة من الأقمار الصناعية ، ووحدات أرضية لقياس تنسيق الأجسام المدارية وتبادل المعلومات معها ، وأجهزة للمستخدم النهائي(ملاحين) مجهزين بالبرامج اللازمة ، في بعض الحالات - معدات إضافية لتحديد الإحداثيات الجغرافية (أبراج GSM ، قنوات الإنترنت ، منارات الراديو ، إلخ).
كيف يعمل نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية
كيف يعمل نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية؟ في قلب عملها توجد خوارزمية لقياس المسافة من جسم إلى الأقمار الصناعية. تقع الأخيرة في المدار عمليًا دون تغيير موقعها ، وبالتالي فإن إحداثياتها بالنسبة إلى الأرض ثابتة دائمًا. في الملاحين ، يتم وضع الأرقام المقابلة. العثور على قمر صناعي والاتصال به (أو بعدة في وقت واحد) ، يحدد الجهاز بدوره موقعه الجغرافي. الطريقة الرئيسية هنا هي حساب المسافة إلى الأقمار الصناعية بناءً على سرعة موجات الراديو. يرسل الجسم المداري طلبًا إلى الأرض بدقة زمنية استثنائية - يتم استخدام الساعات الذرية لهذا الغرض. بعد تلقي استجابة من الملاح ، يحدد القمر الصناعي (أو مجموعة منهم) المسافة التي قطعتها الموجة الراديوية خلال هذه الفترة الزمنية. يتم قياس سرعة حركة الجسم بطريقة مماثلة - فقط القياس هنا أكثر تعقيدًا إلى حد ما.
صعوبات فنية
لقد قررنا أن الملاحة عبر الأقمار الصناعية هي الطريقة الأكثر تقدمًا لتحديد الإحداثيات الجغرافية اليوم. ومع ذلك ، فإن الاستخدام العملي لهذه التكنولوجيا مصحوب بعدد من الصعوبات الفنية. ماذا كمثال؟ بادئ ذي بدء ، هذا هو عدم تجانس توزيع مجال الجاذبية للكوكب - وهذا يؤثر على موقع القمر الصناعي بالنسبة إلى الأرض. نفس الخاصية تتميز أيضاأَجواء. قد يؤثر عدم تجانسه على سرعة موجات الراديو ، مما قد يؤدي إلى عدم الدقة في القياسات المقابلة.
صعوبة فنية أخرى - غالبًا ما يتم حظر الإشارة المرسلة من القمر الصناعي إلى الملاح بواسطة أجسام أرضية أخرى. نتيجة لذلك ، فإن الاستخدام الكامل للنظام في المدن ذات المباني العالية أمر صعب.
استخدام عملي للأقمار الصناعية
تجد أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية أكبر مجموعة من التطبيقات. من نواح كثيرة - كعنصر من الحلول التجارية المختلفة للتوجه المدني. يمكن أن يكون كل من الأجهزة المنزلية ، وعلى سبيل المثال ، نظام وسائط ملاحة متعدد الوظائف. بصرف النظر عن الاستخدام المدني ، يتم استخدام موارد الأقمار الصناعية من قبل المساحين ورسامي الخرائط وشركات النقل والخدمات الحكومية المختلفة. يستخدم الجيولوجيون الأقمار الصناعية بنشاط. على وجه الخصوص ، يمكن استخدامها لحساب ديناميكيات حركة الصفائح الأرضية التكتونية. تُستخدم ملاحو الأقمار الصناعية أيضًا كأداة تسويقية - بمساعدة التحليلات ، التي تشمل طرق تحديد المواقع الجغرافية ، تجري الشركات أبحاثًا حول قاعدة عملائها ، وأيضًا ، على سبيل المثال ، إرسال إعلانات مستهدفة. بالطبع ، تستخدم الهياكل العسكرية أيضًا الملاحين - فهم في الواقع هم من طوروا أكبر أنظمة الملاحة اليوم ، GPS و GLONASS - لتلبية احتياجات الجيش الأمريكي وروسيا ، على التوالي. وهذه ليست قائمة شاملة بالمناطق التي يمكن استخدام الأقمار الصناعية فيها.
ملاحة حديثةأنظمة
ما هي أنظمة الملاحة التي تعمل حاليًا أو يتم نشرها؟ لنبدأ بالذي ظهر في السوق العامة العالمية قبل أنظمة الملاحة الأخرى - GPS. مطورها ومالكها هو وزارة الدفاع الأمريكية. الأجهزة التي تتواصل عبر الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) هي الأكثر شيوعًا في العالم. بشكل رئيسي لأنه ، كما قلنا أعلاه ، تم تقديم نظام الملاحة الأمريكي هذا إلى السوق قبل منافسيه الحديثين.
GLONASS يكتسب شعبية نشطة. هذا نظام ملاحة روسي. وهي بدورها تابعة لوزارة الدفاع في الاتحاد الروسي. تم تطويره ، وفقًا لإصدار واحد ، في نفس السنوات تقريبًا مثل GPS - في أواخر الثمانينيات - أوائل التسعينيات. ومع ذلك ، فقد تم طرحه في السوق العام مؤخرًا فقط ، في عام 2011. يقوم المزيد والمزيد من الشركات المصنعة لحلول أجهزة الملاحة بتطبيق دعم GLONASS في أجهزتها.
يُفترض أن نظام الملاحة العالمي "بيدو" ، الذي تم تطويره في الصين ، يمكنه منافسة GLONASS و GPS بجدية. صحيح أنها في الوقت الحالي تعمل فقط كقومية. وفقًا لبعض المحللين ، يمكن أن يحصل على مكانة عالمية بحلول عام 2020 ، عندما يتم إطلاق عدد كافٍ من الأقمار الصناعية في المدار - حوالي 35. برنامج تطوير نظام بيدو حديث نسبيًا - لقد بدأ فقط في عام 2000 ، وتم تطوير أول قمر صناعي بواسطة المطورين الصينيينتم إطلاقه في عام 2007.
الأوروبيون أيضًا يحاولون مواكبة التطورات. قد يتنافس نظام الملاحة GLONASS ونظيره الأمريكي مع GALILEO في المستقبل المنظور. يخطط الأوروبيون لنشر كوكبة من الأقمار الصناعية بالعدد المطلوب من وحدات الأجسام المدارية بحلول عام 2020.
من بين المشاريع الواعدة الأخرى لتطوير أنظمة الملاحة ، يمكن للمرء أن يلاحظ IRNSS الهندي ، وكذلك QZSS الياباني. فيما يتعلق بالمعلومات العامة الأولى التي تم الإعلان عنها على نطاق واسع حول نوايا المطورين لإنشاء نظام عالمي ، لم تتوفر بعد. من المفترض أن يخدم IRNSS أراضي الهند فقط. البرنامج أيضًا صغير جدًا - تم وضع أول قمر صناعي في المدار في عام 2008. ومن المتوقع أيضًا أن يتم استخدام نظام الأقمار الصناعية الياباني بشكل أساسي داخل الأراضي الوطنية للبلد النامي أو بجوارها.
دقة تحديد المواقع
أعلاه ، لاحظنا عددًا من الصعوبات ذات الصلة بتشغيل أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية. من بين العناصر الرئيسية التي قمنا بتسميتها - موقع الأقمار الصناعية في المدار ، أو حركتها على طول مسار معين ، لا تتميز دائمًا بالاستقرار المطلق بسبب عدد من الأسباب. هذا يحدد مسبقًا عدم الدقة في حساب الإحداثيات الجغرافية في الملاحين. ومع ذلك ، ليس هذا هو العامل الوحيد الذي يؤثر على صحة تحديد المواقع باستخدام القمر الصناعي. ما الذي يؤثر أيضًا على دقة حسابات الإحداثيات؟
بادئ ذي بدء ، تجدر الإشارة إلى أن الساعات الذرية المثبتة على الأقمار الصناعية ليست دقيقة تمامًا دائمًا. هم ممكنون ، على الرغم من أنه لا بأس بهصغيرة ، لكنها لا تزال تؤثر على جودة أخطاء أنظمة الملاحة. على سبيل المثال ، إذا حدث خطأ على مستوى عشرات النانو ثانية عند حساب الوقت الذي تتحرك خلاله موجة الراديو ، فإن عدم الدقة في تحديد إحداثيات جسم أرضي يمكن أن يكون عدة أمتار. في الوقت نفسه ، تحتوي الأقمار الصناعية الحديثة على معدات تجعل من الممكن إجراء الحسابات حتى مع مراعاة الأخطاء المحتملة في تشغيل الساعات الذرية.
لاحظنا أعلاه أن من بين العوامل التي تؤثر على دقة أنظمة الملاحة عدم تجانس الغلاف الجوي للأرض. قد يكون من المفيد استكمال هذه الحقيقة بمعلومات أخرى تتعلق بتأثير المناطق القريبة من الأرض على تشغيل الأقمار الصناعية. الحقيقة هي أن الغلاف الجوي لكوكبنا مقسم إلى عدة مناطق. الذي هو في الواقع على الحدود مع الفضاء المفتوح - الأيونوسفير - يتكون من طبقة من الجسيمات التي لها شحنة معينة. يمكن أن يصطدموا بموجات الراديو التي يرسلها القمر الصناعي ، ويمكنهم تقليل سرعتهم ، ونتيجة لذلك يمكن حساب المسافة إلى الجسم بخطأ. لاحظ أن مطوري الملاحة عبر الأقمار الصناعية يعملون أيضًا مع هذا النوع من مصادر مشاكل الاتصال: تتضمن خوارزميات تشغيل المعدات المدارية ، كقاعدة عامة ، أنواعًا مختلفة من السيناريوهات التصحيحية التي تأخذ في الاعتبار خصوصيات مرور موجات الراديو عبر الأيونوسفير في الحسابات.
يمكن أن تؤثر الغيوم والظواهر الجوية الأخرى على دقة أنظمة الملاحة. يؤثر بخار الماء الموجود في الطبقات المقابلة من الغلاف الجوي للأرض ، تمامًا مثل الجسيمات الموجودة في طبقة الأيونوسفير ، على السرعةموجات الراديو.
بالطبع ، فيما يتعلق بالاستخدام المحلي لـ GLONASS أو GPS كجزء من وحدات مثل ، على سبيل المثال ، نظام وسائط ملاحة ، وظائفه مسلية إلى حد كبير ، ثم أخطاء صغيرة في حساب الإحداثيات هي غير مهم. ولكن في الاستخدام العسكري للأقمار الصناعية ، يجب أن تتوافق الحسابات المقابلة بشكل مثالي مع الموقع الجغرافي الحقيقي للأشياء.
ميزات الملاحة البحرية
بعد الحديث عن أحدث أنواع التنقل ، دعنا نلقي نظرة قصيرة على التاريخ. كما تعلم ، ظهر المصطلح المعني لأول مرة بين الملاحين. ما هي خصائص أنظمة الملاحة البحرية؟
بالحديث عن الجانب التاريخي ، يمكن للمرء أن يلاحظ تطور الأدوات المتاحة للبحارة. كانت البوصلة من أولى "حلول الأجهزة" ، والتي ، وفقًا لبعض الخبراء ، تم اختراعها في القرن الحادي عشر. كما تم تحسين رسم الخرائط كأداة ملاحية رئيسية. في القرن السادس عشر ، بدأ جيرارد مركاتور في رسم الخرائط بناءً على مبدأ استخدام الإسقاط الأسطواني بزوايا متساوية. في القرن التاسع عشر ، تم اختراع سجل - وحدة ميكانيكية قادرة على قياس سرعة السفن. في القرن العشرين ، ظهرت الرادارات في ترسانة البحارة ، ثم في أقمار الاتصالات الفضائية. تعمل أنظمة الملاحة البحرية الأكثر تقدمًا اليوم ، وبالتالي تجني فوائد استكشاف الإنسان للفضاء. ما هي طبيعة عملهم
يعتقد بعض الخبراء ذلكالميزة الرئيسية التي تميز نظام الملاحة البحرية الحديث هي أن المعدات القياسية المثبتة على السفينة تتمتع بمقاومة عالية جدًا للتآكل والماء. هذا أمر مفهوم تمامًا - من المستحيل أن تجد السفينة التي ذهبت في رحلة مفتوحة على بعد آلاف الكيلومترات من الأرض نفسها في وضع تعطل فيه المعدات فجأة. على اليابسة ، حيث تتوفر موارد الحضارة ، يمكن إصلاح كل شيء ، لكن في البحر يكون هناك مشكلة.
ما هي الميزات البارزة الأخرى التي يتمتع بها نظام الملاحة البحرية؟ تحتوي المعدات القياسية ، بالإضافة إلى المتطلبات الإلزامية - مقاومة التآكل ، كقاعدة عامة ، على وحدات تتكيف مع تحديد معايير بيئية معينة (العمق ، ودرجة حرارة الماء ، وما إلى ذلك). كما أن سرعة السفينة في أنظمة الملاحة البحرية في كثير من الحالات لا تزال تحسب ليس بالأقمار الصناعية بل بالطرق القياسية.
