Tänään luultavasti kukaan ei olisi kuullut GPS:stä. Kaikilla ei kuitenkaan ole täydellistä ymmärrystä siitä, mitä se on. Artikkelissa yritämme selvittää, mikä globaali paikannusjärjestelmä on, mistä se koostuu ja miten se toimii.
Historia
GPS-navigointijärjestelmä on osa Navstar-kompleksia, jonka on kehittänyt ja ylläpitää Yhdysv altain puolustusministeriö. Kompleksin hanke aloitettiin toteuttamaan vuonna 1973. Ja jo vuoden 1978 alussa onnistuneen testauksen jälkeen he ottivat sen käyttöön. Vuoteen 1993 mennessä maapallon ympärille oli laukaistu 24 satelliittia, jotka peittivät kokonaan planeettamme pinnan. Navstar-sotilaallisen verkon siviiliosa tuli tunnetuksi nimellä GPS, joka tulee sanoista Global Positioning System ("globaali paikannusjärjestelmä").
Sen tukikohta koostuu satelliiteista, jotka liikkuvat kuudella ympyräradalla. Ne ovat vain puolitoista metriä leveitä ja hieman yli viisi metriä pitkiä. Paino tässä tapauksessa on noin kahdeksansataa neljäkymmentä kiloa. Ne kaikki tarjoavat täyden suorituskyvyn kaikkialla planeetallamme.
Seuranta suoritetaan päävalvonta-asem alta, joka sijaitsee Coloradon osav altiossa. Siellä on Schriverin ilmavoimien tukikohta – viideskymmenes avaruusjoukko.
Maapallolla on yli kymmenen seuranta-asemaa. Niitä löytyy Ascension Islandilta, Havaijilta, Kwajaleinista, Diego Garciasta, Colorado Springsistä, Cape Canaveralista ja muista paikoista, joiden määrä kasvaa joka vuosi. Kaikki heiltä saatu tieto käsitellään pääasemalla. Päivitetyt tiedot ladataan 24 tunnin välein.
Tämä globaali paikannus on Yhdysv altain puolustusministeriön ylläpitämä satelliittijärjestelmä. Se toimii kaikissa sääolosuhteissa ja lähettää jatkuvasti tietoa.
Toimintaperiaate
GPS maailmanlaajuiset paikannusjärjestelmät toimivat seuraavien komponenttien perusteella:
- satelliittitrilateraatio;
- satelliittietäisyys;
- tarkka aikaviite;
- sijainti;
- korjaus.
Katsotaanpa niitä tarkemmin.
Trilateraatio on kolmen satelliitin datan etäisyyden laskentaa, jonka ansiosta on mahdollista laskea tietyn pisteen sijainti.
Etäisyys tarkoittaa etäisyyttä satelliitteihin, joka on laskettu ajan perusteella, joka kuluu radiosignaalin kulkeutumiseen niistä vastaanottimeen valonnopeuden huomioon ottaen. Ajan määrittämiseksi luodaan näennäissatunnainen koodi, jonka ansiosta vastaanotin voi korjata viiveen milloin tahansa.
Seuraava kuva osoittaa suoranriippuen kellon tarkkuudesta. Satelliittien atomikellot ovat yhden nanosekunnin tarkkuudella. Niiden korkeiden kustannusten vuoksi niitä ei kuitenkaan käytetä kaikkialla.
Satelliitit sijaitsevat yli kahdenkymmenen tuhannen kilometrin korkeudella Maasta, juuri niin paljon kuin tarvitaan vakaaseen kiertoradalla liikkumiseen ja ilmakehän vastuksen kaventumiseen.
Maailman globaalin paikannusjärjestelmän toiminnan aikana tapahtuu virheitä, joita on vaikea poistaa. Tämä johtuu siitä, että signaali kulkee troposfäärin ja ionosfäärin läpi, missä nopeus laskee, mikä johtaa mittausvirheisiin.
Kartoitusjärjestelmän komponentit
On olemassa monia globaaleja paikannusjärjestelmätuotteita ja GIS-kartoitussovelluksia. Niiden ansiosta maantieteelliset tiedot muodostuvat ja päivittyvät nopeasti. Näiden tuotteiden komponentit ovat GPS-vastaanottimia, ohjelmistoja ja tallennuslaitteita.
Vastaanottimet pystyvät tekemään laskelmia alle sekunnin taajuudella ja kymmenien senttimetrien - viiden metrin tarkkuudella toimiessaan differentiaalitilassa. Ne eroavat toisistaan koon, muistikapasiteetin ja seurantakanavien lukumäärän suhteen.
Kun ihminen seisoo yhdessä paikassa tai liikkuu, vastaanotin vastaanottaa signaaleja satelliiteista ja tekee laskelman sijainnistaan. Tulokset koordinaattien muodossa näkyvät näytöllä.
Ohjaimet ovat kannettavia tietokoneita, jotka käyttävät tietojen keräämiseen tarvittavaa ohjelmistoa. Ohjelmisto ohjaa vastaanottimen asetuksia. Asemissa oneri mittasuhteet ja tiedon tallennustyypit.
Jokainen järjestelmä on varustettu ohjelmistolla. Kun olet ladannut tiedot asemasta tietokoneellesi, ohjelma lisää tietojen tarkkuutta käyttämällä erityistä käsittelymenetelmää, jota kutsutaan "differentiaalikorjaukseksi". Ohjelmisto visualisoi tiedot. Joitakin niistä voidaan muokata manuaalisesti, toisia voidaan tulostaa ja niin edelleen.
GPS globaali paikannus - järjestelmät, jotka auttavat keräämään tietoja tietokantoihin syöttämistä varten, ja ohjelmisto vie ne GIS-ohjelmiin.
Differentiaalikorjaus
Tämä menetelmä parantaa merkittävästi kerättyjen tietojen tarkkuutta. Tässä tapauksessa toinen vastaanottimista sijaitsee tiettyjen koordinaattien pisteessä ja toinen kerää tietoa paikoista, joissa niitä ei tunneta.
Differentiaalinen korjaus toteutetaan kahdella tavalla.
- Ensimmäinen on reaaliaikainen differentiaalikorjaus, jossa pääasema laskee ja raportoi kunkin satelliitin virheet. Rover vastaanottaa päivitetyt tiedot ja näyttää korjatut tiedot.
- Toinen - differentiaalinen korjaus jälkikäsittelyssä - tapahtuu, kun pääasema kirjoittaa korjaukset suoraan tietokoneessa olevaan tiedostoon. Alkuperäinen tiedosto käsitellään yhdessä päivitetyn kanssa, sitten saadaan differentiaalisesti korjattu tiedosto.
Trimble-kartoitusjärjestelmät pystyvät käyttämään molempia menetelmiä. Näin ollen, jos reaaliaikainen tila keskeytyy, sitä on edelleen mahdollista käyttää jälkikäsittelyssä.
Hakemus
GPSsovelletaan eri alueilla. Esimerkiksi globaaleja paikannusjärjestelmiä käytetään laaj alti luonnonvarateollisuudessa, jossa geologit, biologit, metsänhoitajat ja maantieteilijät käyttävät niitä sijaintien ja lisätietojen tallentamiseen. Se on myös infrastruktuurin ja kaupunkikehityksen alue, jossa liikennevirtoja ja käyttöjärjestelmää ohjataan.
GPS-järjestelmiä käytetään laajasti myös maataloudessa, ja ne kuvaavat esimerkiksi peltojen ominaisuuksia. Yhteiskuntatieteissä historioitsijat ja arkeologit käyttävät niitä navigoidakseen ja tallentaakseen historiallisia kohteita.
GPS-kartoitusjärjestelmien laajuus ei rajoitu tähän. Niitä voidaan käyttää kaikissa muissa sovelluksissa, joissa tarvitaan tarkkoja koordinaatteja, aikaa ja muuta tietoa.
GPS-vastaanotin
Tämä on radiovastaanotin, joka määrittää antennin sijainnin Navstar-satelliittien radiosignaalien aikaviiveiden perusteella.
Mittaukset muodostetaan 3–5 metrin tarkkuudella, ja jos maa-asem alta tulee signaali - yhden millimetrin tarkkuudella. Kaupallisten GPS-navigaattoreiden tarkkuus vanhoissa näytteissä on sataviisikymmentä metriä ja uusissa jopa kolme metriä.
Vastaanottimien perusteella valmistetaan GPS-loggereita, GPS-seurantalaitteita ja GPS-navigaattoreita.
Laitteet voivat olla räätälöityjä tai ammattimaisia. Toineneroaa laadusta, toimintatavoista, taajuuksista, navigointijärjestelmistä ja hinnasta.
Mukautetut vastaanottimet pystyvät raportoimaan tarkat koordinaatit, ajan, korkeuden, käyttäjän määrittämän suunnan, nykyisen nopeuden ja tietiedot. Tiedot näkyvät puhelimessa tai tietokoneessa, johon laite on kytketty.
GPS-navigaattorit: kartat
Kartat parantavat navigaattorin laatua. Niitä on vektori- ja rasterityypeinä.
Vektorimuunnelmat tallentavat tietoja objekteista, koordinaateista ja muista tiedoista. Niissä voi olla luonnollista maastoa ja monia kohteita, kuten hotelleja, huoltoasemia, ravintoloita jne., koska ne eivät sisällä kuvia, vievät vähemmän tilaa ja toimivat nopeammin.
Raster-tyypit ovat yksinkertaisimpia. Ne edustavat kuvaa alueesta maantieteellisissä koordinaateissa. Satelliittikuva voidaan ottaa tai paperityyppinen kartta - skannata.
Tällä hetkellä on olemassa navigointijärjestelmiä, joita käyttäjä voi täydentää kohteillaan.
GPS-seurantalaitteet
Tällainen radiovastaanotin vastaanottaa ja lähettää dataa ohjatakseen ja seuratakseen erilaisten esineiden liikkeitä, joihin se on kiinnitetty. Se sisältää vastaanottimen, joka määrittää koordinaatit, ja lähettimen, joka lähettää ne kauempana olevalle käyttäjälle.
GPS-seurantalaitteet tulevat:
- henkilökohtainen, käytetty erikseen;
- auto, yhdistetty koneeseenautoverkot.
Niitä käytetään erilaisten esineiden (ihmiset, ajoneuvot, eläimet, tavarat ja niin edelleen) sijainnin määrittämiseen.
Näitä laitteita voidaan käyttää vaimentamaan signaaleja, jotka aiheuttavat häiriöitä taajuuksille, joilla seurantalaite toimii.
GPS-logger
Nämä radiot voivat toimia kahdessa tilassa:
- tavallinen GPS-vastaanotin;
- loggeri, tallentaa tietoja kuljetusta polusta.
Ne voivat olla:
- kannettava, varustettu pienikokoisella ladattavalla akulla;
- auto, virtansa junaverkosta.
Nykyaikaisissa metsurimalleissa on mahdollista tallentaa jopa kaksisataatuhatta pistettä. On myös suositeltavaa merkitä kaikki kohdat matkallasi.
Laitteita käytetään aktiivisesti matkailussa, urheilussa, seurannassa, kartografiassa, geodesiassa ja niin edelleen.
Globaali paikannus tänään
Sanomaisten tietojen perusteella voidaan päätellä, että tällaisia järjestelmiä käytetään jo kaikkialla, ja soveltamisala on yleensä vieläkin laajempi.
Globaali asemointi kattaa kuluttajasektorin. Uusimpien teknisten innovaatioiden käyttö tekee järjestelmästä yhden halutuimmista tällä markkinasegmentillä.
GPS:n ohella GLONASSia kehitetään Venäjällä ja Galileoa Euroopassa.
Samaan aikaan globaali paikannus ei ole vailla haittoja. Määritä tarkka sijainti esimerkiksi teräsbetonirakennuksen huoneistossa, tunnelissa tai kellarissamahdotonta. Magneettiset myrskyt ja radiolähteet maassa voivat häiritä normaalia vastaanottoa. Navigointikartat vanhentuvat nopeasti.
Suurin haittapuoli on, että järjestelmä on täysin riippuvainen Yhdysv altain puolustusministeriöstä, joka voi milloin tahansa esimerkiksi kytkeä häiriöt päälle tai sammuttaa siviiliosan kokonaan. Siksi on niin tärkeää, että globaalin paikannusjärjestelmän lisäksi GPS ja GLONASS sekä Galileo ovat kehittymässä.
