Dnes pravdepodobne neexistuje človek, ktorý by nepočul o GPS. Nie každý však úplne rozumie tomu, čo to je. V článku sa pokúsime prísť na to, čo je globálny polohovací systém, z čoho pozostáva a ako funguje.
História
Navigačný systém GPS je súčasťou komplexu Navstar, ktorý vyvinulo a prevádzkuje Ministerstvo obrany USA. Projekt komplexu sa začal realizovať v roku 1973. A už začiatkom roku 1978 ho po úspešnom testovaní uviedli do prevádzky. Do roku 1993 bolo okolo Zeme vypustených 24 satelitov, ktoré úplne pokryli povrch našej planéty. Civilná časť vojenskej siete Navstar sa stala známou ako GPS, čo znamená Global Positioning System ("globálny polohovací systém").
Jeho základňu tvoria satelity, ktoré sa pohybujú po šiestich kruhových dráhach. Sú len jeden a pol metra široké a o niečo viac ako päť metrov dlhé. Hmotnosť je v tomto prípade asi osemstoštyridsať kilogramov. Všetky poskytujú plný výkon kdekoľvek na našej planéte.
Sledovanie sa vykonáva z hlavnej riadiacej stanice, ktorá sa nachádza v štáte Colorado. Je tu letecká základňa Schriver – päťdesiate vesmírne sily.
Na Zemi je viac ako desať sledovacích staníc. Nachádzajú sa na Ascension Island, Havaj, Kwajalein, Diego Garcia, Colorado Springs, Cape Canaveral a na ďalších miestach, ktorých počet každým rokom rastie. Všetky od nich prijaté informácie sa spracúvajú na hlavnej stanici. Aktualizované údaje sa nahrávajú každých dvadsaťštyri hodín.
Toto globálne určovanie polohy je satelitný systém prevádzkovaný Ministerstvom obrany USA. Funguje za každého počasia a neustále prenáša informácie.
Princíp fungovania
Globálne pozičné systémy GPS fungujú na základe nasledujúcich komponentov:
- satelitná trilaterácia;
- satelitný rozsah;
- presný časový údaj;
- location;
- oprava.
Pozrime sa na ne bližšie.
Trilaterácia je výpočet vzdialenosti údajov troch satelitov, vďaka čomu je možné vypočítať polohu určitého bodu.
Dosah znamená vzdialenosť k satelitom, vypočítanú ako čas, ktorý trvá, kým sa rádiový signál dostane od nich k prijímaču, pričom sa berie do úvahy rýchlosť svetla. Na určenie času sa vygeneruje pseudonáhodný kód, vďaka ktorému je prijímač schopný oneskorenie kedykoľvek opraviť.
Nasledujúci obrázok označuje priamyv závislosti od presnosti hodín. Satelity majú atómové hodiny, ktoré sú presné na jednu nanosekundu. Kvôli ich vysokej cene sa však nepoužívajú všade.
Satelity sa nachádzajú vo výške viac ako dvadsaťtisíc kilometrov od Zeme, presne toľko, koľko je potrebné pre stabilný pohyb na obežnej dráhe a zúženie atmosférického odporu.
Počas fungovania globálneho polohovacieho systému vo svete dochádza k chybám, ktoré je ťažké odstrániť. Je to spôsobené prechodom signálu cez troposféru a ionosféru, kde rýchlosť klesá, čo vedie k poruchám merania.
Komponenty mapovacieho systému
Existuje mnoho produktov globálneho polohovacieho systému a aplikácií na mapovanie GIS. Vďaka nim sa rýchlo tvoria a aktualizujú geografické údaje. Komponenty týchto produktov sú GPS prijímače, softvér a zariadenia na ukladanie dát.
Prijímače sú schopné vykonávať výpočty s frekvenciou kratšou ako jedna sekunda a presnosťou od desiatok centimetrov do piatich metrov, pričom pracujú v diferenciálnom režime. Líšia sa od seba veľkosťou, kapacitou pamäte a počtom sledovacích kanálov.
Kým osoba stojí na jednom mieste alebo sa pohybuje, prijímač prijíma signály zo satelitov a vypočítava svoju polohu. Výsledky vo forme súradníc sa zobrazia na displeji.
Ovládače sú prenosné počítače, na ktorých je spustený softvér potrebný na zhromažďovanie údajov. Softvér riadi nastavenia prijímača. Pohony majúrôzne rozmery a typy zaznamenávania údajov.
Každý systém je vybavený softvérom. Po nahratí informácií z disku do počítača program zvýši presnosť údajov pomocou špeciálnej metódy spracovania nazývanej "diferenciálna korekcia". Softvér vizualizuje dáta. Niektoré z nich je možné upraviť ručne, iné vytlačiť atď.
GPS globálne určovanie polohy – systémy, ktoré pomáhajú zbierať informácie pre vstup do databáz a softvér ich exportuje do programov GIS.
Oprava diferenciálu
Táto metóda výrazne zlepšuje presnosť zozbieraných údajov. V tomto prípade sa jeden z prijímačov nachádza v bode určitých súradníc a druhý zhromažďuje informácie tam, kde nie sú známe.
Diferenciálna korekcia sa realizuje dvoma spôsobmi.
- Prvou je diferenciálna korekcia v reálnom čase, kde sú chyby každého satelitu vypočítané a hlásené hlavnou stanicou. Aktualizované údaje prijíma rover, ktorý zobrazuje opravené údaje.
- Druhá – diferenciálna korekcia v postprocesingu – prebieha, keď hlavná stanica zapisuje opravy priamo do súboru v počítači. Pôvodný súbor sa spracuje spolu s aktualizovaným súborom a potom sa získa rozdielovo opravený súbor.
Mapovacie systémy Trimble sú schopné používať obe metódy. Ak sa teda preruší režim reálneho času, je možné ho použiť v postprocese.
Aplikácia
GPSaplikované v rôznych oblastiach. Napríklad globálne polohovacie systémy sú široko používané v priemysle prírodných zdrojov, kde ich geológovia, biológovia, lesníci a geografi používajú na zaznamenávanie polôh a dodatočných informácií. Je to tiež oblasť infraštruktúry a rozvoja miest, kde sú riadené dopravné toky a inžiniersky systém.
GPS-systémy globálneho určovania polohy sú tiež široko používané v poľnohospodárstve, popisujúc napríklad vlastnosti polí. V spoločenských vedách ich historici a archeológovia používajú na navigáciu a zaznamenávanie historických miest.
Rozsah mapovacích systémov GPS nie je obmedzený na toto. Môžu byť použité v akejkoľvek inej aplikácii, kde sú potrebné presné súradnice, čas a ďalšie informácie.
GPS prijímač
Toto je rádiový prijímač, ktorý určuje polohu antény na základe informácií o časovom oneskorení rádiových signálov zo satelitov Navstar.
Merania sa vytvárajú s presnosťou troch až piatich metrov, a ak je signál z pozemnej stanice - až jeden milimeter. Navigátory GPS komerčného typu na starých vzorkách majú presnosť stopäťdesiat metrov a na nových - až tri metre.
Na základe prijímačov sa vyrábajú zapisovače GPS, sledovače GPS a navigácie GPS.
Zariadenie môže byť vlastné alebo profesionálne. Po druhésa líši kvalitou, prevádzkovými režimami, frekvenciami, navigačnými systémami a cenou.
Vlastné prijímače sú schopné hlásiť presné súradnice, čas, nadmorskú výšku, užívateľom určený kurz, aktuálnu rýchlosť, informácie o ceste. Informácie sa zobrazujú na telefóne alebo počítači, ku ktorému je zariadenie pripojené.
GPS navigátory: mapy
Mapy zlepšujú kvalitu navigátora. Dodávajú sa vo vektorových a rastrových typoch.
Vektorové varianty uchovávajú údaje o objektoch, súradniciach a ďalšie informácie. Môžu obsahovať prírodný terén a mnohé objekty, ako sú hotely, čerpacie stanice, reštaurácie atď., pretože neobsahujú obrázky, zaberajú menej miesta a pracujú rýchlejšie.
Rastrové typy sú najjednoduchšie. Predstavujú obraz oblasti v geografických súradniciach. Je možné urobiť satelitnú fotografiu alebo naskenovať papierovú mapu.
V súčasnosti existujú navigačné systémy, ktoré si používateľ môže doplniť svojimi objektmi.
GPS trackery
Takýto rádiový prijímač prijíma a prenáša údaje na ovládanie a sledovanie pohybu rôznych predmetov, ku ktorým je pripojený. Obsahuje prijímač, ktorý určuje súradnice, a vysielač, ktorý ich posiela používateľovi, ktorý sa nachádza na diaľku.
Prichádzajú sledovače GPS:
- osobné, používané jednotlivo;
- automobil pripojený k palubnej doskeautomatické siete.
Používajú sa na určenie polohy rôznych predmetov (ľudí, vozidiel, zvierat, tovaru atď.).
Tieto zariadenia možno použiť na potlačenie signálov, ktoré vytvárajú rušenie na frekvenciách, na ktorých funguje sledovač.
GPS-logger
Tieto rádiá dokážu fungovať v dvoch režimoch:
- bežný prijímač GPS;
- zapisovač, zaznamenávajúci informácie o prejdenej ceste.
Môžu byť:
- prenosné, vybavené malou nabíjateľnou batériou;
- automobil, poháňaný palubnou sieťou.
V moderných modeloch loggerov je možné zaznamenať až dvestotisíc bodov. Odporúča sa tiež označiť všetky body na vašej ceste.
Zariadenia sa aktívne používajú v cestovnom ruchu, športe, stopovaní, kartografii, geodézii atď.
Globálne umiestnenie dnes
Na základe poskytnutých informácií možno usúdiť, že takéto systémy sa už všade používajú a rozsah má tendenciu byť ešte rozšírenejší.
Globálne umiestňovanie pokrýva spotrebiteľský sektor. Použitie najnovších technických inovácií robí tento systém jedným z najvyhľadávanejších v tomto segmente trhu.
Spolu s GPS sa GLONASS vyvíja v Rusku a Galileo v Európe.
Globálne určovanie polohy zároveň nie je bez nevýhod. Napríklad v byte železobetónovej budovy, v tuneli alebo suteréne určite presné miestonemožné. Magnetické búrky a rádiové zdroje na zemi môžu rušiť normálny príjem. Navigačné mapy rýchlo zastarajú.
Najväčšou nevýhodou je, že systém je úplne závislý od Ministerstva obrany USA, ktoré môže kedykoľvek napríklad zapnúť rušenie alebo úplne vypnúť civilnú časť. Preto je také dôležité, že okrem globálneho polohovacieho systému GPS a GLONASS sa vyvíja aj Galileo.
