جی پی اس یا سیستم موقعیت‌یاب جهانی که برای اولین بار در سال 1980 به منظور ردیابی سربازان آمریکایی معرفی شد، به کمک 24 ماهواره که هر یک 2 مرتبه در روز به دور زمین می‌چرخند عمل می‌کند. این سیستم قادر به تشخیص دقیق موقعیت جغرافیایی بوده و در حال حاضر در انواع خودرو و وسایل حمل‌ونقل و سیستم‌های ردیابی انسان و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر به دنبال این هستید که بدانید جی پی اس چیست، سیستم‌های موقعیت‌یاب چگونه کار می‌کنند، چه کاربردهایی دارند و مزایا و معایب و محدودیت‌های آنها چیست، در ادامه با وایزر همراه باشید.
جی پی اس یا موقعیت‌یاب چیست؟
برخلاف گذشته، در حال حاضر جستجوی موقعیت مکانی و پیدا کردن مسیر مناسب برای رسیدن به مقصد مورد نظر برای افرادی که دارای گوشی تلفن همراه هستند کار سخت و پیچیده‌ای نیست. کافی است سیستم جی پی اس را روی گوشی تلفن همراه فعال کنید تا به‌راحتی بتوانید به هدف خود دست پیدا کنید.
سیستم جی پی اس یا موقعیت‌یاب به تکنولوژی‌ای گفته می‌شود که با استفاده از اطلاعات جمع‌آوری شده توسط ماهواره‌هایی در فاصله 2000 کیلومتری سطح زمین عمل می‌کند. این ماهواره‌ها دارای ایستگاه‌های زمینی در مناطق متعددی می‌باشند که اطلاعات ارسالی توسط ماهواره‌ها را توسط الگوریتم‌های پیچیده پردازش و در نهایت نتیجه را برای کاربر ارسال می‌کنند.
با توجه به شرایط محیطی و همچنین آب و هوا و مهم‌تر از همه سرعت اینترنت، دقت اطلاعاتی که توسط جی پی اس یا سیستم موقعیت‌یاب جهانی به گوشی تلفن همراه یا رایانه‌ها ارسال می‌شود ممکن است با تغییر مواجه شود. به‌طوری که در زیر دریا و همچنین داخل غار و تونل این اطلاعات با درصد خطای بالاتری ارسال شده و در ارتفاعات دقت آنها بیشتر است.
جی پی اس و کاربردهای آن
تاریخچه جی پی اس
با توجه به اینکه گوشی‌های تلفن همراه در حال حاضر همگی به سیستم موقعیت‌یاب جهانی یا جی پی اس مجهز هستند، بسیاری از افراد تصور می‌کنند که این تکنولوژی جدید است. این در حالی است که بیش از چهار دهه از معرفی GPS گذشته است.
در سال 1980 یکی از بزرگترین چالش‌های پیش روی دولت آمریکا، ردیابی موقعیت فعلی سربازان و نظامیان در مناطق جنگی بود. به همین دلیل سیستم موقعیت‌یاب جهانی معرفی گردید و از این طریق با دقت بسیار بالا موقعیت هر یک از نظامیان و سربازان به‌راحتی از راه دور قابل شناسایی بود.
تجربه شناسایی و ردیابی نظامیان در میادین جنگ و در عملیات‌های مختلف باعث شد کاربرد این تکنولوژی با گسترش زیادی روبرو شود. به‌طوری که به مرور این قابلیت بر روی تلفن‌های همراه نیز پیاده‌سازی شد. لازم به ذکر است که تحقیقات برای دست یافتن به چنین سیستم موقعیت‌یاب جهانی از سال 1960 میلادی آغاز و برای اولین بار در سال 1978 برای بخش نظامی و در نهایت از 1980 در کاربردهای غیرنظامی استفاده شد. این تحقیقات توسط افرادی همچون برادفورد پارکینسون، راجر ال استون، ایوان ای گتینگ در آزمایشگاه فیزیک پیشرفته ایالات متحده به نتیجه رسید.
دیگر مقالات ما را در این بخش دنبال نمایید
تفاوت ردیاب و جی پی اس در چیست؟
ردیاب جی پی اس مناسب چه نوع خودروهایی است؟
5 گزارش مهمی که می توانید با کمک جی پی اس خودرو به دست آورید
جی پی اس چگونه کار می‌کند؟
سیستم موقعیت‌یاب جهانی یا جی پی اس از سه بخش فضایی، زمینی و کاربر تشکیل شده است. به طوریکه در بخش فضایی یا ماهواره ای از 24 تا 32 ماهواره NAVSTAR در ارتفاع 2000 متری سطح زمین استفاده می‌شود.
این ماهواره‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که هر 12 ساعت یک مرتبه دور زمین چرخیده و اطلاعات را به ایستگاه‌های زمینی ارسال می‌کنند. ایستگاه‌های کنترل زمینی MCU دارای الگوریتم‌های بسیار پیچیده بوده و استخراج اطلاعات را انجام می‌دهند. در نهایت اطلاعات به گوشی تلفن همراه و دستگاه گیرنده موردنظر ارسال می‌شود. این گیرنده‌ها ممکن است داخل اتومبیل، آپارتمان، جنگل، تونل و غیره قرار گرفته باشند و با دقت‌های متفاوت اطلاعات را دریافت می‌کنند.
نحوه کار جی پی اس چگونه است
مقدار دقت جی پی اس
یکی از مهم‌ترین فاکتورها در سیستم‌های موقعیت‌یاب، میزان دقت آنها در شناسایی موقعیت جغرافیایی می‌باشد. با توجه به اینکه این اطلاعات توسط سیگنال‌های رادیویی ارسال می‌شوند، به همین دلیل نویز و موانع موجود در مسیر می‌تواند منجر به کاهش دقت شود.
به عنوان مثال در فضای باز دقت اطلاعات ارسالی توسط این سیستم 3 تا 7 متر بوده و در تونل به صورت کامل قطع می‌شود. این در حالی است که میزان دقت gps در داخل اتومبیل حدود 5 تا 10 متر بوده و بالای پشت بام آپارتمان 2 تا 4 متر است. زیر پل و دریا نیز تقریبا دسترسی به جی پی اس قطع می‌شود.
به‌طور کلی هر چه موانع و ساختمان‌ها در نقطه مورد نظر کمتر باشند، به همان اندازه دقت افزایش پیدا می‌کند. فاکتور مهم و تاثیرگذار بعدی در میزان دقت جی پی اس، موقعیت جغرافیایی گیرنده یا تلفن همراه است. در برخی از مناطق روی کره زمین دسترسی به سیستم جی پی اس امکان‌پذیر نبوده یا به دلیل تعمیر و نگهداری ماهواره دقت در سطح بسیار پایینی قرار دارد.
ویژگی های جی پی اس
با توجه به آنچه در طول متن اشاره شد، چند ویژگی مهم در سیستم جی پی اس وجود دارد که عبارتند از:
- ساختار جی پی اس از سه بخش ماهواره‌های فضایی، ایستگاه کنترل زمینی و کاربر تشکیل شده است.
- تعداد ماهواره‌ها 24 تا 32 عدد بوده و تا زمین 2000 متر فاصله دارند.
- هر یک از ماهواره‌های gps هر روز دو مرتبه دور زمین می‌چرخند.
- در ایستگاه‌های کنترل زمینی، برای محاسبه طول و عرض جغرافیایی، اطلاعات حداقل 3 ماهواره و برای محاسبه مختصات سه‌بعدی حداقل 4 ماهواره لازم است.
- هر یک از ماهواره‌های سیستم موقعیت‌یاب جهانی 18.5 متر عرض دارند.
- باتری‌های خورشیدی مورد استفاده در این سیستم طول 5.5 متری دارند.
کاربردهای جی پی اس چیست؟
همان طور که در طول متن اشاره شد، سیستم جی پی اس در ابتدا تنها برای کاربردهای نظامی معرفی شد و به مرور توسعه پیدا نموده و در حال حاضر کاربرد عمومی دارد. از مهم‌ترین موارد کاربرد این سیستم‌ها می‌توان به گزینه‌های زیر اشاره کرد:
- کاربرد نظامی جی پی اس در عملیات جستجو و نجات، تعیین موقعیت توپخانه‌ها و هدایت پیاده نظام و غیره
- شناسایی موقعیت دقیق پاراگلایدر در پروازهای تفریحی و غیره
- ردیابی و موقعیت‌یابی اتومبیل و موتور سیکلت در مسابقات و غیره
- شناسایی موقعیت فعلی کشتی و سایر سیستم های حمل‌ونقل دریایی
- ردیابی موقعیت فعلی حیوانات و پرندگان در پروژه‌های تحقیقاتی
- تعیین موقعیت دقیق افراد سالمند و غیره از طریق تلفن همراه
- تعیین موقعیت مکانی کوهنوردان و تیم‌های اسکی و قایقرانی و غیره
- تعیین موقعیت فعلی وسایل و تجهیزات مختلف از قبیل گاوصندوق و کیف و چمدان
- نقشه‌برداری و تهیه نقشه‌های هیدروگرافیک، فتوگرامتری و غیره
آشنایی با کاربردهای جی پی اس
انواع جی پی اس
با توجه به کاربردهایی که برای سیستم‌های موقعیت‌یاب ارائه شد، می‌توان آنها را به دو گروه کلی زیر دسته‌بندی کرد که عبارتند از:
- سیستم جی پی اس خودرو: این سیستم‌ها بر روی اتومبیل‌ها قابل نصب بوده و با نرم‌افزار مخصوص نصب شده بر روی تلفن همراه و رایانه امکان ردیابی موقعیت فعلی آن به دست می‌آید. این نوع از سیستم‌های gps در مسابقات اتومبیل‌رانی و موتورسواری کاربرد بسیار گسترده‌ای دارند.
- سیستم موقعیت‌یاب جیبی: این سیستم‌ها اندازه بسیار کوچکی داشته و داخل جیب لباس قرار می‌گیرند. این سیستم‌ها بیشتر برای شناسایی موقعیت فعلی کودکان، افراد سالمند و بیمار مورد استفاده قرار می‌گیرند. از دیگر موارد کاربرد سیستم‌های جیبی gps می‌توان به شناسایی موقعیت جغرافیایی کوهنوردان، حیوانات و پرندگان و قایقرانان اشاره کرد.
علاوه براین دسته بندی، جی پی اس را می‌توان بر اساس نوع گیرنده‌های استفاده شده در آنها نیز گروه بندی کرد. از جمله گیرنده‌های جی پی اس می‌توان به گیرنده بیسیک (Basic GPS Receiver) و نقشه‌بردار (Handheld GPS Receivers) اشاره کرد.
مزایا و معایب استفاده از جی پی اس
به دلیل قرار گرفتن 24 ماهواره در 2000 متری زمین، اطلاعات با سرعت بسیار و دقت بالا به گیرنده‌ها ارسال می‌گردد و مزایای متعددی را به همراه دارد که عبارتند از:
- شناسایی موقعیت دقیق سیستم جی پی اس نصب شده بر روی اشیا و حیوانات و پرندگان
- تسهیل روند تحقیقات به دلیل فراهم شدن امکان ردیابی پرندگان و حیوانات
- شناسایی موقعیت فعلی کشتی و قایق، اتومبیل و غیره و آسان‌تر شدن عملیات امداد و نجات
- فراهم شدن امکان پاسخگویی به این سوال که کجا هستیم؟ شی یا فرد مورد نظر کجاست و چطور به آدرس x برویم و بهترین مسیر برای رسیدن به مقصد چیست و چقدر زمان برای رسیدن نیاز داریم؟
- دقت مناسب در شرایط آب و هوایی نامساعد
- در دسترس بودن به صورت همگانی از سال 2000 میلادی
- ارسال اطلاعات به صورت رایگان به کاربران در تمام دنیا
- دسترسی در تمام ساعات شبانه روز بدون محدودیت
علی‌رغم مزایای متعددی که جی پی اس به همراه دارد، دقت پایین اطلاعات ارسالی آن در برخی از شرایط می‌تواند یک محدودیت و نقطه منفی برای آن محسوب شود. این سیستم‌ها قادر به ارسال اطلاعات زیر دریا و داخل زمین را دارا نمی‌باشند و موارد همچون تداخل رادیویی و موانع فیزیکی قوی همچون ساختمان‌ها دقت را کاهش می‌دهند.
مزایا و معایب استفاده از جی پی اس
