اليوم ، ربما ، لا يوجد شخص لم يسمع عن GPS. ومع ذلك ، ليس كل شخص لديه فهم كامل لما هو عليه. سنحاول في المقالة معرفة ماهية نظام تحديد المواقع العالمي وما يتكون منه وكيف يعمل.
التاريخ
نظام الملاحة GPS هو جزء من مجمع Navstar ، تم تطويره وتشغيله من قبل وزارة الدفاع الأمريكية. بدأ تنفيذ مشروع المجمع عام 1973. وبالفعل في بداية عام 1978 ، بعد إجراء اختبار ناجح ، قاموا بتشغيله. بحلول عام 1993 ، تم إطلاق 24 قمرا صناعيا حول الأرض ، تغطي سطح كوكبنا بالكامل. أصبح الجزء المدني من شبكة Navstar العسكرية معروفًا باسم GPS ، والذي يرمز إلى نظام تحديد المواقع العالمي ("نظام تحديد المواقع العالمي").
تتكون قاعدتها من أقمار صناعية تتحرك في ستة مدارات دائرية. يبلغ عرضها مترًا ونصف المتر ، ويزيد طولها قليلاً عن خمسة أمتار. الوزن في هذه الحالة حوالي ثمانمائة وأربعين كيلوغراماً. كل منهم يقدمون الأداء الكامل في أي مكان على كوكبنا.
يتم التتبع من محطة التحكم الرئيسية الواقعة في ولاية كولورادو. هناك قاعدة شريفر الجوية - القوة الفضائية الخمسون.
هناك أكثر من عشر محطات تتبع على الأرض. تم العثور عليها في جزيرة أسنسيون ، هاواي ، كواجالين ، دييغو غارسيا ، كولورادو سبرينغز ، كيب كانافيرال وأماكن أخرى ، يتزايد عددها كل عام. تتم معالجة جميع المعلومات الواردة منهم في المحطة الرئيسية. يتم تحميل البيانات المحدثة كل أربع وعشرين ساعة.
هذا الموقع العالمي هو نظام أقمار صناعية تديره وزارة الدفاع الأمريكية. يعمل في أي طقس وينقل المعلومات باستمرار.
مبدأ التشغيل
تعمل أنظمة تحديد المواقع العالمية GPS على أساس المكونات التالية:
- ثلاثية الأقمار الصناعية ؛
- نطاق القمر الصناعي ؛
- مرجع الوقت المحدد ؛
- الموقع ؛
- تصحيح.
دعونا نلقي نظرة فاحصة عليهم
Trilateration هو حساب مسافة بيانات ثلاثة أقمار صناعية ، وبفضلها يمكن حساب موقع نقطة معينة.
Ranging تعني المسافة إلى الأقمار الصناعية ، محسوبة بالوقت الذي تستغرقه إشارة الراديو للانتقال منها إلى جهاز الاستقبال ، مع مراعاة سرعة الضوء. لتحديد الوقت ، يتم إنشاء رمز شبه عشوائي ، والذي بفضله يكون المتلقي قادرًا على إصلاح التأخير في أي وقت.
الشكل التالي يشير إلى مباشرحسب دقة الساعة. تحتوي الأقمار الصناعية على ساعات ذرية تبلغ دقتها نانوثانية واحدة. ومع ذلك ، نظرًا لارتفاع تكلفتها ، لا يتم استخدامها في كل مكان.
تقع الأقمار الصناعية على ارتفاع يزيد عن عشرين ألف كيلومتر من الأرض ، بالقدر الضروري تمامًا للحركة المستقرة في المدار وتضييق مقاومة الغلاف الجوي.
أثناء تشغيل نظام تحديد المواقع العالمي في العالم ، تحدث أخطاء يصعب القضاء عليها. ويرجع ذلك إلى مرور الإشارة عبر طبقة التروبوسفير والأيونوسفير ، حيث تنخفض السرعة ، مما يؤدي إلى فشل القياس.
مكونات نظام رسم الخرائط
هناك العديد من منتجات أنظمة تحديد المواقع العالمية وتطبيقات رسم خرائط نظم المعلومات الجغرافية. بفضلهم ، يتم تشكيل البيانات الجغرافية وتحديثها بسرعة. مكونات هذه المنتجات هي أجهزة استقبال GPS وبرامج وأجهزة تخزين البيانات.
يمكن للمستقبلات إجراء حسابات بتردد أقل من ثانية ودقة تتراوح من عشرات السنتيمترات إلى خمسة أمتار ، وتعمل في الوضع التفاضلي. تختلف عن بعضها البعض في الحجم وسعة الذاكرة وعدد قنوات التتبع.
عندما يقف الشخص في مكان واحد أو يتحرك ، يتلقى جهاز الاستقبال إشارات من الأقمار الصناعية ويقوم بحساب موقعه. تظهر النتائج على شكل إحداثيات على الشاشة
أجهزة التحكم هي أجهزة كمبيوتر محمولة تقوم بتشغيل البرامج اللازمة لجمع البيانات. يتحكم البرنامج في إعدادات جهاز الاستقبال. محركات الأقراص لديهاأبعاد وأنواع مختلفة من تسجيل البيانات.
كل نظام مجهز ببرمجيات. بعد تحميل المعلومات من محرك الأقراص إلى جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، يقوم البرنامج بزيادة دقة البيانات باستخدام طريقة معالجة خاصة تسمى "التصحيح التفاضلي". البرنامج يصور البيانات. يمكن تحرير بعضها يدويًا ، ويمكن طباعة البعض الآخر وهكذا.
تحديد المواقع العالمي - الأنظمة التي تساعد في جمع المعلومات للدخول إلى قواعد البيانات ، ويقوم البرنامج بتصديرها إلى برامج نظم المعلومات الجغرافية.
تصحيح تفاضلي
هذه الطريقة تحسن بشكل كبير من دقة البيانات التي تم جمعها. في هذه الحالة ، يقع أحد أجهزة الاستقبال عند نقطة إحداثيات معينة ، بينما يقوم الآخر بجمع المعلومات حيث تكون غير معروفة.
التصحيح التفاضلي يتم تنفيذه بطريقتين
- الأول هو التصحيح التفاضلي في الوقت الحقيقي ، حيث يتم حساب أخطاء كل قمر صناعي والإبلاغ عنها بواسطة المحطة الرئيسية. يتم استقبال البيانات المحدثة من قبل العربة الجوالة ، والتي تعرض البيانات المصححة.
- الثاني - التصحيح التفاضلي في مرحلة ما بعد المعالجة - يحدث عندما تكتب المحطة الرئيسية التصحيحات مباشرة إلى ملف في الكمبيوتر. تتم معالجة الملف الأصلي مع الملف المحدث ، ثم يتم الحصول على ملف مصحح تفاضليًا.
أنظمة رسم الخرائط Trimble قادرة على استخدام كلتا الطريقتين. وبالتالي ، إذا تمت مقاطعة وضع الوقت الفعلي ، فسيظل من الممكن استخدامه في مرحلة ما بعد المعالجة.
التطبيق
GPSتطبق في مناطق مختلفة. على سبيل المثال ، تُستخدم أنظمة تحديد المواقع العالمية على نطاق واسع في صناعة الموارد الطبيعية ، حيث يستخدمها الجيولوجيون وعلماء الأحياء والغابات والجغرافيون لتسجيل المواقف والمعلومات الإضافية. إنها أيضًا منطقة من البنية التحتية والتنمية الحضرية حيث يتم التحكم في تدفق حركة المرور ونظام المرافق.
تُستخدم أنظمة GPS لتحديد المواقع العالمية أيضًا على نطاق واسع في الزراعة ، حيث تصف ، على سبيل المثال ، ميزات الحقول. في العلوم الاجتماعية ، يستخدمها المؤرخون وعلماء الآثار للتنقل وتسجيل المواقع التاريخية.
لا يقتصر نطاق أنظمة رسم الخرائط GPS على هذا. يمكن استخدامها في أي تطبيق آخر حيث هناك حاجة إلى إحداثيات دقيقة ووقت ومعلومات أخرى.
مستقبل GPS
هذا جهاز استقبال لاسلكي يحدد موقع الهوائي بناءً على معلومات حول التأخير الزمني لإشارات الراديو من أقمار Navstar الصناعية.
يتم تكوين القياسات بدقة تتراوح من ثلاثة إلى خمسة أمتار ، وإذا كانت هناك إشارة من محطة أرضية - تصل إلى مليمتر واحد. تبلغ دقة ملاحي GPS التجارية في العينات القديمة مائة وخمسين مترًا ، وفي العينات الجديدة تصل إلى ثلاثة أمتار.
بناءً على أجهزة الاستقبال ، يتم تصنيع أجهزة تسجيل GPS وأجهزة تعقب GPS وملاحي GPS.
يمكن أن تكون المعدات مخصصة أو احترافية. ثانيايختلف في الجودة وأوضاع التشغيل والترددات وأنظمة الملاحة والسعر.
أجهزة الاستقبال المخصصة قادرة على الإبلاغ عن الإحداثيات الدقيقة والوقت والارتفاع والعنوان المحدد من قبل المستخدم والسرعة الحالية ومعلومات الطريق. يتم عرض المعلومات على الهاتف أو الكمبيوتر المتصل به الجهاز.
ملاحي GPS: الخرائط
تعمل الخرائط على تحسين جودة الملاح. يأتون في أنواع المتجهات والنقطية.
تخزن متغيرات المتجهات بيانات حول الكائنات والإحداثيات والمعلومات الأخرى. يمكن أن تتميز بالتضاريس الطبيعية والعديد من الأشياء مثل الفنادق ومحطات الوقود والمطاعم وما إلى ذلك ، لأنها لا تحتوي على صور ، وتشغل مساحة أقل وتعمل بشكل أسرع.
الأنواع النقطية هي الأبسط. أنها تمثل صورة المنطقة في الإحداثيات الجغرافية. يمكن التقاط صورة قمر صناعي أو خريطة نوع الورق - ممسوحة ضوئيًا.
حاليًا ، هناك أنظمة ملاحة يمكن للمستخدم استكمالها بأشياءه.
أجهزة تعقب GPS
يستقبل مستقبل الراديو البيانات وينقلها للتحكم في حركات الكائنات المختلفة التي يتم توصيله بها وتتبعها. يتضمن جهاز استقبال يحدد الإحداثيات وجهاز إرسال يرسلها إلى مستخدم موجود على مسافة.
أجهزة تعقب GPS تأتي في:
- شخصي ، يستخدم بشكل فردي ؛
- سيارة متصلة باللوحةشبكات السيارات.
يتم استخدامها لتحديد موقع الأشياء المختلفة (الأشخاص ، المركبات ، الحيوانات ، البضائع ، وما إلى ذلك).
يمكن استخدام هذه الأجهزة لقمع الإشارات التي تشكل تداخلًا على الترددات التي يعمل بها المتعقب.
مسجل GPS
أجهزة الراديو هذه قادرة على العمل في وضعين:
- جهاز استقبال GPS عادي ؛
- المسجل ، تسجيل المعلومات حول المسار الذي تم قطعه.
يمكن أن تكون:
- محمول ، مزود ببطارية صغيرة الحجم قابلة لإعادة الشحن ؛
- سيارة ، مدعومة من الشبكة الداخلية.
في النماذج الحديثة من الحطابين ، من الممكن تسجيل ما يصل إلى مائتي ألف نقطة. يُقترح أيضًا تحديد أي نقاط في طريقك.
يتم استخدام الأجهزة بنشاط في السياحة والرياضة والتتبع ورسم الخرائط والجيوديسيا وما إلى ذلك.
تحديد المواقع العالمي اليوم
بناءً على المعلومات المقدمة ، يمكن استنتاج أن هذه الأنظمة مستخدمة بالفعل في كل مكان ، ويميل النطاق إلى أن يكون أكثر انتشارًا.
تحديد المواقع العالمية يغطي قطاع المستهلك. استخدام أحدث الابتكارات التقنية يجعل النظام من أكثر الأنظمة المرغوبة في هذا القطاع من السوق.
جنبا إلى جنب مع GPS ، يتم تطوير GLONASS في روسيا ، و Galileo في أوروبا.
في الوقت نفسه ، لا يخلو تحديد المواقع العالمي من عيوبه. على سبيل المثال ، في شقة من مبنى خرساني مقوى ، في نفق أو قبو ، حدد الموقع الدقيقغير ممكن. يمكن أن تتداخل العواصف المغناطيسية ومصادر الراديو على الأرض مع الاستقبال الطبيعي. أصبحت خرائط التنقل قديمة بسرعة.
العيب الأكبر هو أن النظام يعتمد كليًا على وزارة الدفاع الأمريكية ، والتي يمكنها في أي وقت ، على سبيل المثال ، تشغيل التداخل أو إيقاف تشغيل الجزء المدني تمامًا. لذلك ، من المهم جدًا أنه بالإضافة إلى نظام تحديد المواقع العالمي ، يتم تطوير GPS و GLONASS و Galileo أيضًا.
