Šiandien tikriausiai nėra žmogaus, kuris nebūtų girdėjęs apie GPS. Tačiau ne visi puikiai supranta, kas tai yra. Straipsnyje pabandysime išsiaiškinti, kas yra pasaulinė padėties nustatymo sistema, iš ko ji susideda ir kaip ji veikia.
Istorija
GPS navigacijos sistema yra „Navstar“komplekso, kurį sukūrė ir eksploatuoja JAV gynybos departamentas, dalis. Komplekso projektas pradėtas įgyvendinti 1973 m. Ir jau 1978 metų pradžioje po sėkmingų bandymų jie jį pradėjo eksploatuoti. Iki 1993 metų aplink Žemę buvo paleisti 24 palydovai, visiškai uždengę mūsų planetos paviršių. Civilinė „Navstar“karinio tinklo dalis tapo žinoma kaip GPS, kuri reiškia Global Positioning System („pasaulinės padėties nustatymo sistema“).
Jos bazę sudaro palydovai, judantys šešiomis žiedinėmis orbitomis. Jų plotis tik pusantro metro, o ilgis – kiek daugiau nei penki metrai. Svoris šiuo atveju yra apie aštuonis šimtus keturiasdešimt kilogramų. Visi jie užtikrina visišką našumą bet kurioje mūsų planetos vietoje.
Sekimas vykdomas iš pagrindinės valdymo stoties, esančios Kolorado valstijoje. Yra Schriver oro pajėgų bazė – penkiasdešimtosios kosminės pajėgos.
Žemėje yra daugiau nei dešimt sekimo stočių. Jų aptinkama Ascension saloje, Havajuose, Kvadžaleine, Diego Garcia, Kolorado Springse, Kanaveralo kyšulyje ir kitose vietose, kurių kasmet daugėja. Visa iš jų gauta informacija apdorojama pagrindinėje stotyje. Atnaujinti duomenys įkeliami kas dvidešimt keturias valandas.
Ši pasaulinė padėties nustatymo sistema yra palydovinė sistema, kurią valdo JAV gynybos departamentas. Jis veikia bet kokiu oru ir nuolat perduoda informaciją.
Veikimo principas
GPS pasaulinės padėties nustatymo sistemos veikia pagal šiuos komponentus:
- palydovo trilateracija;
- palydovo nuotolis;
- tikslaus laiko nuoroda;
- vieta;
- pataisymas.
Pažvelkime į juos atidžiau.
Trilateracija – tai trijų palydovų duomenų atstumo apskaičiavimas, kurio dėka galima apskaičiuoti tam tikro taško vietą.
Ranging reiškia atstumą iki palydovų, apskaičiuotą pagal laiką, per kurį radijo signalas nukeliauja nuo jų iki imtuvo, atsižvelgiant į šviesos greitį. Norint nustatyti laiką, sugeneruojamas pseudoatsitiktinis kodas, kurio dėka imtuvas gali bet kada nustatyti delsą.
Toliau pateiktas paveikslėlis rodo tiesioginįpriklausomai nuo laikrodžio tikslumo. Palydovai turi atominius laikrodžius, kurių tikslumas yra viena nanosekundė. Tačiau dėl didelės kainos jie naudojami ne visur.
Palydovai yra daugiau nei dvidešimties tūkstančių kilometrų aukštyje nuo Žemės, tiksliai tiek, kiek reikia stabiliam judėjimui orbitoje ir atmosferos pasipriešinimo susiaurėjimui.
Pasaulyje veikiant globalios padėties nustatymo sistemai, daromos klaidos, kurias sunku pašalinti. Taip yra dėl to, kad signalas praeina per troposferą ir jonosferą, kur greitis mažėja, o tai lemia matavimo gedimus.
Žemėlapių sistemos komponentai
Yra daug pasaulinės padėties nustatymo sistemos produktų ir GIS žemėlapių sudarymo programų. Jų dėka greitai formuojami ir atnaujinami geografiniai duomenys. Šių gaminių komponentai yra GPS imtuvai, programinė įranga ir duomenų saugojimo įrenginiai.
Imtuvai gali atlikti skaičiavimus mažesniu nei sekundės dažniu ir nuo dešimčių centimetrų iki penkių metrų tikslumu, veikdami diferencialiniu režimu. Jie skiriasi vienas nuo kito dydžiu, atminties talpa ir sekimo kanalų skaičiumi.
Žmogui stovint vienoje vietoje arba judant, imtuvas priima signalus iš palydovų ir apskaičiuoja savo buvimo vietą. Rezultatai koordinačių pavidalu rodomi ekrane.
Valdikliai yra nešiojamieji kompiuteriai, kuriuose veikia duomenims rinkti reikalinga programinė įranga. Programinė įranga valdo imtuvo nustatymus. Diskai turiskirtingi duomenų įrašymo matmenys ir tipai.
Kiekvienoje sistemoje yra programinė įranga. Įkėlus informaciją iš disko į kompiuterį, programa padidina duomenų tikslumą naudodama specialų apdorojimo metodą, vadinamą „diferencine korekcija“. Programinė įranga vizualizuoja duomenis. Kai kuriuos iš jų galima redaguoti rankiniu būdu, kitus atspausdinti ir pan.
GPS visuotinis padėties nustatymas – sistemos, kurios padeda rinkti informaciją, kad būtų galima patekti į duomenų bazes, o programinė įranga eksportuoja ją į GIS programas.
Diferencialinė korekcija
Šis metodas žymiai pagerina surinktų duomenų tikslumą. Šiuo atveju vienas iš imtuvų yra tam tikrų koordinačių taške, o kitas renka informaciją ten, kur jos nežinomos.
Diferencialinė korekcija įgyvendinama dviem būdais.
- Pirmasis yra realaus laiko diferencialinė korekcija, kai kiekvieno palydovo paklaidas apskaičiuoja ir praneša pagrindinė stotis. Atnaujintus duomenis gauna rover, kuris rodo pataisytus duomenis.
- Antrasis – diferencinė korekcija po apdorojimo – vyksta, kai pagrindinė stotis įrašo pataisymus tiesiai į failą kompiuteryje. Pradinis failas apdorojamas kartu su atnaujintu, tada gaunamas diferencijuotai pataisytas failas.
Trimble kartografavimo sistemos gali naudoti abu metodus. Taigi, jei realaus laiko režimas nutrūksta, jį galima naudoti tolesniam apdorojimui.
Programa
GPStaikomos įvairiose srityse. Pavyzdžiui, pasaulinės padėties nustatymo sistemos plačiai naudojamos gamtos išteklių pramonėje, kur geologai, biologai, miškininkai ir geografai jas naudoja pozicijoms ir papildomai informacijai įrašyti. Tai taip pat infrastruktūros ir miesto plėtros sritis, kurioje kontroliuojami transporto srautai ir komunalinė sistema.
Globalinės padėties nustatymo GPS sistemos taip pat plačiai naudojamos žemės ūkyje, apibūdinančios, pavyzdžiui, laukų ypatybes. Socialiniuose moksluose istorikai ir archeologai jas naudoja naršydami ir fiksuodami istorines vietas.
GPS žemėlapių sistemų taikymo sritis tuo neapsiriboja. Jie gali būti naudojami bet kurioje kitoje programoje, kur reikia tikslių koordinačių, laiko ir kitos informacijos.
GPS imtuvas
Tai radijo imtuvas, kuris nustato antenos padėtį pagal informaciją apie „Navstar“palydovų radijo signalų vėlavimą.
Matavimai formuojami nuo trijų iki penkių metrų, o jei yra signalas iš antžeminės stoties – iki vieno milimetro. Komercinio tipo GPS navigatorių senuose pavyzdžiuose tikslumas yra šimtas penkiasdešimt metrų, o naujų - iki trijų metrų.
Pagal imtuvus gaminami GPS registratoriai, GPS sekimo įrenginiai ir GPS navigatoriai.
Įranga gali būti pritaikyta arba profesionali. Antraskiriasi kokybe, veikimo režimais, dažniais, navigacijos sistemomis ir kaina.
Priskirti imtuvai gali pranešti tikslias koordinates, laiką, aukštį, vartotojo nurodytą kursą, esamą greitį, informaciją apie kelią. Informacija rodoma telefone arba kompiuteryje, prie kurio prijungtas įrenginys.
GPS navigatoriai: žemėlapiai
Žemėlapiai pagerina navigatoriaus kokybę. Jie būna vektoriniai ir rastriniai.
Vektoriniai variantai saugo duomenis apie objektus, koordinates ir kitą informaciją. Juose gali būti natūralaus reljefo ir daugybė objektų, pvz., viešbučių, degalinių, restoranų ir kt., nes juose nėra vaizdų, jie užima mažiau vietos ir veikia greičiau.
Rastriniai tipai yra patys paprasčiausi. Jie vaizduoja vietovės vaizdą geografinėmis koordinatėmis. Galima padaryti palydovinę nuotrauką arba nuskaityti popierinį žemėlapį.
Šiuo metu yra navigacijos sistemų, kurias vartotojas gali papildyti savo objektais.
GPS sekimo priemonės
Toks radijo imtuvas priima ir perduoda duomenis, kad galėtų valdyti ir sekti įvairių objektų, prie kurių jis pritvirtintas, judesius. Jį sudaro imtuvas, kuris nustato koordinates, ir siųstuvas, siunčiantis jas vartotojui, esančiam per atstumą.
GPS sekimo įrenginiai:
- asmeninis, naudojamas atskirai;
- automobilis, prijungtas prie bortoautomatiniai tinklai.
Jie naudojami įvairių objektų (žmonių, transporto priemonių, gyvūnų, prekių ir kt.) vietai nustatyti.
Šiuos įrenginius galima naudoti norint slopinti signalus, kurie trukdo dažniuose, kuriuose veikia sekimo priemonė.
GPS registratorius
Šie radijo imtuvai gali veikti dviem režimais:
- įprastas GPS imtuvas;
- registratorius, įrašantis informaciją apie nueitą kelią.
Jie gali būti:
- nešiojamas, su mažo dydžio įkraunama baterija;
- automobilis, maitinamas transporto priemonės tinklo.
Šiuolaikiniuose medkirčių modeliuose galima įrašyti iki dviejų šimtų tūkstančių taškų. Taip pat siūloma pažymėti visus savo kelio taškus.
Įrenginiai aktyviai naudojami turizmo, sporto, sekimo, kartografijos, geodezijos ir pan.
Pasaulinė padėties nustatymas šiandien
Remiantis pateikta informacija, galima daryti išvadą, kad tokios sistemos jau naudojamos visur, o taikymo sritis yra dar labiau paplitusi.
Pasaulinis padėties nustatymas apima vartotojų sektorių. Dėl naujausių techninių naujovių sistema yra viena paklausiausių šiame rinkos segmente.
Kartu su GPS, GLONASS kuriamas Rusijoje, o Galileo – Europoje.
Tuo pačiu metu pasaulinė padėties nustatymas nėra be trūkumų. Pavyzdžiui, gelžbetoninio pastato bute, tunelyje ar rūsyje, nustatykite tikslią vietąneįmanomas. Magnetinės audros ir radijo š altiniai ant žemės gali trukdyti normaliam priėmimui. Navigacijos žemėlapiai greitai pasensta.
Didžiausias trūkumas yra tas, kad sistema visiškai priklauso nuo JAV gynybos departamento, kuris bet kada gali, pavyzdžiui, įjungti trukdžius arba išvis išjungti civilinę dalį. Todėl labai svarbu, kad, be pasaulinės padėties nustatymo sistemos, GPS ir GLONASS, taip pat būtų kuriami ir „Galileo“.
