Täna pole ilmselt ühtegi inimest, kes poleks GPSist kuulnud. Kuid mitte kõigil pole täielikku arusaama, mis see on. Artiklis püüame välja selgitada, mis on globaalne positsioneerimissüsteem, millest see koosneb ja kuidas see töötab.
Ajalugu
GPS-i navigatsioonisüsteem on osa Navstari kompleksist, mille on välja töötanud ja haldab USA kaitseministeerium. Kompleksi projekti hakati ellu viima 1973. aastal. Ja juba 1978. aasta alguses, pärast edukat testimist, panid nad selle kasutusele. 1993. aastaks oli Maa ümber lennutatud 24 satelliiti, mis katsid täielikult meie planeedi pinna. Navstari sõjaväevõrgu tsiviilosa sai tuntuks kui GPS, mis tähistab globaalset positsioneerimissüsteemi ("globaalne positsioneerimissüsteem").
Selle baas koosneb satelliitidest, mis liiguvad kuuel ringikujulisel orbiidil. Need on vaid poolteist meetrit laiad ja veidi üle viie meetri pikad. Kaal on sel juhul umbes kaheksasada nelikümmend kilogrammi. Kõik need pakuvad täielikku jõudlust kõikjal meie planeedil.
Jälgimine toimub Colorado osariigis asuvast peamisest juhtimisjaamast. Seal asub Schriveri õhuväebaas – viiekümnes kosmosevägi.
Maal on üle kümne jälgimisjaama. Neid leidub Ascensioni saarel, Hawaiil, Kwajaleinis, Diego Garcias, Colorado Springsis, Canaverali neemel ja mujal, mille arv kasvab iga aastaga. Kogu neilt saadud infot töödeldakse peajaamas. Värskendatud andmed laaditakse üles iga 24 tunni järel.
See globaalne positsioneerimine on satelliitsüsteem, mida haldab USA kaitseministeerium. See töötab iga ilmaga ja edastab pidev alt teavet.
Tööpõhimõte
GPS globaalsed positsioneerimissüsteemid töötavad järgmistel komponentidel:
- satelliittrilateratsioon;
- satelliidi ulatus;
- täpne ajaviide;
- asukoht;
- parandus.
Vaatleme neid lähem alt.
Trilateratsioon on kolme satelliidi andmete kauguse arvutamine, tänu millele on võimalik välja arvutada teatud punkti asukoht.
Edastuskaugus tähendab kaugust satelliitideni, mis on arvutatud aja järgi, mis kulub raadiosignaali nendelt vastuvõtjani jõudmiseks, võttes arvesse valguse kiirust. Aja määramiseks genereeritakse pseudojuhuslik kood, tänu millele saab vastuvõtja viivituse igal ajal fikseerida.
Järgmine joonis näitab otsestolenev alt kella täpsusest. Satelliididel on ühe nanosekundi täpsusega aatomkellad. Kuid nende kõrge hinna tõttu ei kasutata neid kõikjal.
Satelliidid asuvad Maast rohkem kui kahekümne tuhande kilomeetri kõrgusel, täpselt nii palju, kui on vaja stabiilseks orbiidil liikumiseks ja atmosfääritakistuse vähendamiseks.
Globaalse positsioneerimissüsteemi toimimise ajal maailmas tehakse vigu, mida on raske kõrvaldada. See on tingitud signaali läbimisest troposfäärist ja ionosfäärist, kus kiirus väheneb, mis põhjustab mõõtmise tõrkeid.
Kaardussüsteemi komponendid
On palju globaalse positsioneerimissüsteemi tooteid ja GIS-kaardistusrakendusi. Tänu neile moodustuvad ja uuendatakse kiiresti geograafilisi andmeid. Nende toodete komponendid on GPS-vastuvõtjad, tarkvara ja andmesalvestusseadmed.
Vastuvõtjad suudavad teha arvutusi sagedusega alla sekundi ja täpsusega kümnetest sentimeetritest kuni viie meetrini, töötades diferentsiaalrežiimis. Need erinevad üksteisest suuruse, mälumahu ja jälgimiskanalite arvu poolest.
Kui inimene seisab ühes kohas või liigub, võtab vastuvõtja vastu signaale satelliitidelt ja teeb arvutuse oma asukoha kohta. Tulemused koordinaatide kujul kuvatakse ekraanil.
Juhtseadmed on kaasaskantavad arvutid, mis käitavad andmete kogumiseks vajalikku tarkvara. Tarkvara juhib vastuvõtja sätteid. Ajamitel onerinevad mõõtmed ja andmete salvestamise tüübid.
Iga süsteem on varustatud tarkvaraga. Pärast teabe draivist arvutisse üleslaadimist suurendab programm andmete täpsust spetsiaalse töötlemismeetodi abil, mida nimetatakse diferentsiaalkorrektsiooniks. Tarkvara visualiseerib andmed. Mõnda neist saab käsitsi redigeerida, teisi saab printida ja nii edasi.
GPS globaalne positsioneerimine – süsteemid, mis aitavad koguda teavet andmebaasidesse sisestamiseks ja tarkvara ekspordib need GIS-programmidesse.
Diferentsiaalparandus
See meetod parandab oluliselt kogutud andmete täpsust. Sel juhul asub üks vastuvõtjatest teatud koordinaatide punktis ja teine kogub teavet kohtades, kus need pole teada.
Diferentsiaalparandust rakendatakse kahel viisil.
- Esimene on reaalajas diferentsiaalkorrektsioon, kus peajaam arvutab välja iga satelliidi vead ja teatab sellest. Uuendatud andmed võtab vastu kulgur, mis kuvab parandatud andmed.
- Teine – diferentsiaalparandus järeltöötluses – toimub siis, kui peajaam kirjutab parandused otse arvutis olevasse faili. Algset faili töödeldakse koos uuendatud failiga, seejärel saadakse diferentsiaalselt parandatud fail.
Trimble'i kaardistamissüsteemid on võimelised kasutama mõlemat meetodit. Seega, kui reaalajas režiim katkestatakse, on võimalik seda kasutada ka järeltöötluses.
Rakendus
GPSrakendatakse erinevates valdkondades. Näiteks globaalseid positsioneerimissüsteeme kasutatakse laialdaselt loodusvarade tööstuses, kus geoloogid, bioloogid, metsamehed ja geograafid kasutavad neid asukohtade ja lisateabe salvestamiseks. See on ka infrastruktuuri ja linnaarenduse piirkond, kus liiklusvoogusid ja tehnosüsteemi kontrollitakse.
Globalpositsioneerimise GPS-süsteemid on laialdaselt kasutusel ka põllumajanduses, kirjeldades näiteks põldude iseärasusi. Sotsia alteadustes kasutavad ajaloolased ja arheoloogid neid ajaloolistes paikades navigeerimiseks ja jäädvustamiseks.
GPS-i kaardistamissüsteemide ulatus sellega ei piirdu. Neid saab kasutada mis tahes muus rakenduses, kus on vaja täpseid koordinaate, aega ja muud teavet.
GPS-vastuvõtja
See on raadiovastuvõtja, mis määrab antenni asukoha Navstari satelliitide raadiosignaalide viivituste põhjal.
Mõõtmised moodustatakse täpsusega kolm kuni viis meetrit ja kui maapealsest jaamast tuleb signaal - kuni ühe millimeetri täpsusega. Kaubanduslikku tüüpi GPS-navigaatorite täpsus vanadel näidistel on sada viiskümmend meetrit ja uutel kuni kolm meetrit.
Vastuvõtjate põhjal valmistatakse GPS-loggereid, GPS-jälgijaid ja GPS-navigaatoreid.
Seadmed võivad olla kohandatud või professionaalsed. Teisekserineb kvaliteedi, töörežiimide, sageduste, navigatsioonisüsteemide ja hinna poolest.
Kohandatud vastuvõtjad on võimelised edastama täpseid koordinaate, aega, kõrgust, kasutaja määratud kursi, hetkekiirust ja teeteavet. Teave kuvatakse telefonis või arvutis, millega seade on ühendatud.
GPS-navigaatorid: kaardid
Kaardid parandavad navigaatori kvaliteeti. Neid on vektor- ja rastertüüpi.
Vektorvariandid salvestavad andmeid objektide, koordinaatide ja muu teabe kohta. Need võivad sisaldada looduslikku maastikku ja paljusid objekte, nagu hotellid, bensiinijaamad, restoranid jne, kuna need ei sisalda pilte, võtavad vähem ruumi ja töötavad kiiremini.
Rastertüübid on kõige lihtsamad. Need kujutavad piirkonna kujutist geograafilistes koordinaatides. Saab teha satelliidifoto või paberitüüpi kaardi – skannida.
Praegu on olemas navigatsioonisüsteemid, mida kasutaja saab oma objektidega täiendada.
GPS-jälgijad
Selline raadiovastuvõtja võtab vastu ja edastab andmeid, et juhtida ja jälgida erinevate objektide liikumist, mille külge see on kinnitatud. See sisaldab vastuvõtjat, mis määrab koordinaadid, ja saatjat, mis saadab need kaugel asuvale kasutajale.
GPS-jälgijad on saadaval:
- isiklik, kasutatakse individuaalselt;
- auto, ühendatud pardagaautomaatsed võrgud.
Neid kasutatakse erinevate objektide (inimesed, sõidukid, loomad, kaubad jne) asukoha määramiseks.
Neid seadmeid saab kasutada signaalide summutamiseks, mis tekitavad häireid sagedustel, kus jälgija töötab.
GPS-logger
Need raadiod on võimelised töötama kahes režiimis:
- tavaline GPS-vastuvõtja;
- loger, salvestab teavet läbitud tee kohta.
Need võivad olla:
- kaasaskantav, varustatud väikese laetava akuga;
- auto, toiteallikaks pardavõrk.
Kaasaegsetes metsaraiemudelites on võimalik salvestada kuni kakssada tuhat punkti. Samuti on soovitatav märkida kõik punktid teel.
Seadmeid kasutatakse aktiivselt turismis, spordis, jälgimises, kartograafias, geodeesias ja nii edasi.
Globaalne positsioneerimine täna
Esitatud teabe põhjal võib järeldada, et selliseid süsteeme kasutatakse juba kõikjal ja ulatus kipub veelgi laiem alt levima.
Globaalne positsioneerimine hõlmab tarbijasektorit. Viimaste tehniliste uuenduste kasutamine muudab süsteemi selles turusegmendis üheks ihaldatumaks.
Koos GPS-iga arendatakse Venemaal GLONASSi ja Euroopas Galileot.
Samas pole globaalsel positsioneerimisel ka puudusi. Näiteks raudbetoonhoone korteris, tunnelis või keldris määrake täpne asukohtvõimatu. Maapinnal olevad magnettormid ja raadioallikad võivad tavapärast vastuvõttu häirida. Navigeerimiskaardid vananevad kiiresti.
Suurim puudus on see, et süsteem on täielikult sõltuv USA kaitseministeeriumist, mis võib igal ajal näiteks häireid sisse lülitada või tsiviilosa üldse välja lülitada. Seetõttu on nii oluline, et lisaks globaalsele positsioneerimissüsteemile arenevad ka GPS ja GLONASS ning Galileo.
