مقدمه ای بر GPS
پيشگفتار
در گذشته، زماني كه تكنولوژي پيشرفته امروزي وجود نداشت، مردم و بخصوص اشخاصي مانند سياحان، جهانگردان و ..... گاهي اوقات در يك گستره جغرافيايي و بخصوص شهرها و كشورهاي بيگانه، از مكان دقيق خود با خبر نبودند وحتي گاهي نيز در بيابانها و درياها مسير خود را گم مي كردند، از سوي ديگر در دنياي قديم، استفاده از ستارگان، قطب نما و ساير عوامل طبيعي تا اندازه اي راهگشاي بشر بوده، ضمن اينكه همه اين موارد، بطور كلي انسان عصر گذشته را مورد هدايت و راهنمايي قرار مي داد، در حاليكه امروزه پيچيدگي هاي جغرافيايي، اعم از بافت شهر، خيابان، و..... اصولاً زمينه استفاده از اينگونه روشها را تا حد زيادي منتفي و بي معنا كرده است.
به هر صورت در شرايط فعلي، با گسترش فناوري هاي گوناگون، اين مشكل توسط يك سيستم ماهواره اي مدرن و پيشرفته، با نام و عبارت Global Positioning Systems كه به معناي سيستم موقعيت ياب جغرافيايي مي باشد، رفع شده است. در حقيقت دنياي امروز، دنيايي است كه هيچ فردي در آن گم نخواهد شد و همه چيز بر روي تمام نقاط زمين قابل شناسايي است و اين قدرت دستيابي به سيستم هاي شناسايي را ماهواره ها و در اساس كامپيوترها، در اختيار بشر قرار داده اند.
امروزه دستگاه هايي به نام گيرنده هاي GPS با قيمتي حدود 100 دلار يا كمتر و در اندازه هاي يك گوشي تلفن همراه، در دسترس مي باشند كه با استفاده از آنها هميشه مي توانيد موقعيت دقيق خود را بر روي هر نقطه از كره زمين بدست آوريد. اكثر شما نام GPS را به كرات شنيده ايد، در واقع امروزه بيشتر دستگاههاي الكترونيكي قابل حمل، مانند تلفن هاي همراه پيشرفته، كامپيوترهاي Laptop و PDA ها را به سيستم GPS مجهز مي كنند تا شخص دارنده سيستم هاي مذكور، هميشه موقعيت خود را بر روي نقشه الكترونيكي رؤيت كند.
در اين پژوهش ابتدا به تعريف، كاربردها، مزايا و معايب اين سيستم مي پردازيم و سپس بطور تخصصي، طرزكار و نحوه استفاده از آن و .......... را مورد بررسي قرار مي دهيم.
تاريخچه GPS
GPS داراي تاريخچه بسيار مهيج و سير تکاملي جالبي ميباشد و اخيراً استفاده از آن موجب اکتشافات قابل توجهي شده است.
از زمان ماقبل تاريخ مردم سعي مي کردند يک راه قابل اطمينان پيدا کنندکه به آنها بگويد کجا هستند و حتي آنها را به جايي که مي روند راهنمايي کرده و سپس به خانه بازگرداند.
مردمان غارنشين وقتي که براي تهيه غذا به شکار مي رفتند، احتمالاً از سنگها و شاخه هاي کوچک براي علامتگذاري مسير خود استفاده مي کردند.
ملوانان نيز ابتدا سواحل را به دقت دنبال مي کردند تا از گم شدنشان جلوگيري کنند. وقتي دريا نوردان اوليه در درياهاي باز( اقيانوس ها ) کشتيراني کردند، دريافتند که ميتوانند مسير خود را با دنبال کردن ستارهها ترسي
م کنند. فنيقيهاي باستان از ستاره شمالي براي سفر به مصر و جزيره کرت استفاده ميکردند.
بر طبق گفته هومر، الهه آتنا به اوديسه گفته است که هنگام سفر کردن در جزيره کاليپسو " دب اکبر را سمت راست خود قرار بده". متأسفانه براي اوديسه و ديگر دريانوردان ستاره ها فقط در شب و تنها در شبهاي صاف قابل رؤيت هستند.
پيشرفت مهم بعدي کشف قطب نماي مغناطيسي و دستگاه زاويه ياب(sextant) بود. عقربه قطب نما هميشه نقطه شمالي را نمايش مي دهد، بنابراين هميشه دانستن جهت مسيري که در آن حرکت ميکنيم را ممکن مي سازد.
تا اينكه GPS يا سيستم مكان ياب جهاني توسط آمريكا در مدار قرار گرفت. و اولين ماهواره آن در سال 1978 با موفقيت پرتاب شد.
آشنايي با GPS
• GPS يا سيستم مكان ياب جهاني، يك سيستم ناوگاني ماهواره است كه توسط آمريكا در مدار قرار گرفت.
• اين سيستم تشكيل شده است از يك شبكه 24 ماهواره اي در مدار زمين كه توسط وزارت دفاع دولت آمريكا پشتيباني مي شود.
• پديدآورندگان اين سيستم، هيچ حق اشتراکی برای کاربران در نظر نگرفته اند و استفاده از آن رايگان است.
• هدف اصلي و اوليه از طراحي GPS، اهداف نظامي بوده اما از سال 1980 به بعد براي استفاده هاي غير نظامي و شخصي نيز در دسترس همگان قرار گرفت.
• GPS در تمام شرايط آب و هوايي، بصورت 24 ساعت در شبانه روز و در هر جاي دنيا قابل استفاده مي باشد.
سيستم ماهواره اي GPS
• 24ماهواره در بخش هاي مختلف فضاي زمين در مداري خاص با فاصله حدود 12000 مايل (36600 كيلومتر) از سطح دريا در بالاي سر ما قرار گرفته است.
• به اين ماهواره ها NAVSTAR نيز گفته مي شود.
• آنها پيوسته با يك سرعت ثابت در حال حركت بوده و در هر 24 ساعت دو بار دور زمين را مي گردند.
• اين ماهواره ها با سرعت تقريبي 7000 مايل (11000كيلومتر) در ساعت حركت مي كنند.
• ماهواره هاي GPS توسط انرژي خورشيد تغذيه مي شوند. آنها مجهز به باطري هاي قابل شارژ اتوماتيك مي باشند براي زمانهايي كه انرژي خورشيد وجود ندارد مثلاً براي زمان هاي بارندگي، خورشيد گرفتگي و زماني كه در ساية زمين حركت مي كنند.
• علاوه بر اين، راكت هاي تقويت كنندة كوچك (rocket booster) روي هر ماهواره، به كمك ماهواره آمده و آنها را در مسير اصلي خود قرار مي دهند.
اركان GPS
يك سيستم GPS داراي سه بخش است:
1- بخش فضا
2-بخش كنترل
3-بخش كاربران
شکل زير بخش هاي مختلف يک سيستم GPS را به طور خلاصه نمايش ميدهد.
از ماهواره هاي GPS بيشتر بدانيد:
• اولين ماهواره GPS در سال 1978 با موفقيت پرتاب شد.
• سال 1994 تمامي 24 ماهواره در زمين قرار گرفت.
• هر ماهواره براي 10 سال مأموريت ساخته مي شود و پس از اين زمان حتماً بايستي ماهواره ديگر جايگزين گردد.
• وزن يك ماهواره GPS حدود 2000 پوند (معادل 907 كيلوگرم) است و زماني كه صفحات خورشيدي آن باز مي شود در حدود 17 فوت (18/5 متر) عرض دارد.
• قدرت انتقال ماهواره ها (انرژي مصرفي هر ماهواره)، 50 وات يا كمترمي باشد.
• به طور ميانگين، 8 ماهواره از 24 ماهواره، در اطراف هر نقطه از کره خاکي که باشيد در بالاي سر شما گشت ميزنند.
• هرچند هزينه نگهداري اين ماهوارهها سالانه 400 ميليون دلار است، اما استفاده از سيستم موقعيتياب جهاني براي مصارف غيرنظامي رايگان است.
قابليت هاي GPS
بسته به نوع مصرف و بودجه می توانيد از انواع گيرنده های GPS بهره
ببريد. در کشورهای توسعه يافته از اين سيستم جهت کمک به راهبری خودرو، کشتی و انواع وسايل نقليه استفاده ميشود.
هر چه نقشه های منطقه ای که در حافظه گيرنده بارگذاری می شود دقيق تر باشد، سرويسهايي که از GPS می توان دريافت داشت نيز ارتقاء می يابد. برای مثال، می توان از GPS مسير نزديکترين پمپ بنزين، تعميرگاه و يا ايستگاه قطار را سؤال نمود و مسير پيشنهادی را دنبال کرد. دقت مکان يابی اين سيستم در حد چند متر می باشد، که بسته به کيفيت گيرنده تغيير می کند.
از سيستم موقعيت يابی جهانی می توان در کارهايي چون نقشه برداری و مساحی، پروژه های عمرانی، کوهنوردی، برف نوردی، صحرانوردی، شکار، کايت سواری، سفر در مناطق ناشناخته، اتومبيلرانی، کشتيرانی و قايقرانی، عمليات نجات هنگام وقوع سيل و زمين لرزه و هر فعاليت ديگر که نيازمند محل يابي باشد، بهره برد.
از مهمترين قابليتهای اين دستگاه ثبت دقيق مسير پيموده شده، نمايش ارتفاع، ثبت سرعت لحظه ای و سرعت متوسط، محاسبه مساحت، قطب نماي الكتريكي و ......... مي باشد.
دسته بندي دستگاه هاي GPS :
بطور كلي يك GPS را مي توان از يكي از 3 گروه ذيل دانست :
1.GPS MOUSE
2.Hand-Held GPS
3. High-End GPS products
1.GPS MOUSE
GPS MOUSE هيچ صفحه يا دكمه اي ندارد اما توسط يك pc Laptop با نرم افزار مربوطه قابل استفاده سرويس GPSS مي باشد.
دستگاه هاي اين گروه مانند:
• Garmin GPS 35
• Delorme يا Macnalley Rand (با قيمت هاي پايين تر)
قيمت اين GPS ها حدود 75 تا 150 دلار آمريكا متغير مي باشد. ولي فراموش نكنيد كه اين نوع GPS ها حتماً به Laptop pc نياز دارند .
2.Hand-Held GPS
Hand-Held GPS : اين نوع دستگاه ها مي توانند بصورت سيار مورد استفاده قرار گيرند آنها خودشان يك صفحه كوچك جهت نمايش اطلاعات و چند دكمه دارند و در شكل ها و تركيب هاي مختلفي عرضه مي شوند و هيچگونه نيازي بهLaptop ندارند. كه بطور مثال مي توان مدل هاي با قيمت پايين Garmin شبيه ، Etrex GPS12 ، GPS12*1 يا مدل هاي 315 ، 310 از Magellan را نام برد .
تعدادي از اينها يك رابطNMEA و يك كابل رابط دارند قيمت با كابل ممكن است حدود 210 دلار به بالا باشد و ممكن است بعضي از كشورها ارزانتر هم موجود باشد.
يك GPS دستي ارزان قيمت با يك كابل رابط براي انتخاب و آغاز كار با GPS مناسب مي باشد، حتي براي سرگرمي يا كار يا آشنايي با طرز كار و خدمات GPS.
3.High-End GPS products
High-End GPS products : اين دستگاه ها شامل يك صفحه نمايشگر بزرگتر و تعدادي نقشه مي باشند و در بعضي از آنها شما بايستي مبلغ بيشتري جهت نقشه ها بپردازيد.
قيمت اين دستگاه ها ممكن است بسته به نوع محصول بالاتر از1500 دلار آمريكا باشد كه نمونه هايي از آنها مانند Blaupunkt PhihPs و Alpine مي باشد.
كاربردهايGPS چيست؟
بطوركلي از مهمترين كاربردهاي GPS مي توان به موارد زير اشاره كرد:
الف – درزمينه هاي نظامي
1- كاربرد هوايي : از هدايت موشك ها تا تمام هواپيماهاي جنگنده و بمب افكن, هلي كوپتر، موشك كروز , چتر بازي و پروازهاي نظامي و ....
2- كاربرد هاي دريايي: زيردريايي, كشتي و تمام انواع قايق ها و دريانوردي نظامي
3- كاربردهاي زميني : مكان توپخانه ها, ناوبري خودروها , هدايت پياده نظام , سيستم موشك زمين به زمين , شناخت نوع وجنس خاك .
ب: كاربرد هاي نقشه برداري :
از GPS به طريق مختلف در نقشه برداري مي توان استفاده كرد. مهمترين كاربردهاي GPS درنقشه برداري عبارتنداز :
1) نقشه برداري هيدرو گرافيك.
2) نقشه برداري سينما تيكي خيلي دقيق بر روي زمين .
3) فتو گرامتري بدون كنترل زميني
4) انبوه سازي شبكه ژئو دتيك
5) نقشه برداري كارامتري
6) فتو گرامتري بصورت REAL .TIME
ج: كاربردهاي تجاري :
1)ناوبري هوايي : در دهه هشتاد, چهل سال پس از كنوانسيون شيكاگو كه منجر به تأسيس سازمان بين المللي هواپيماهاي كشوري ايكائو گرديد نگراني جامعه هواپيمايي ازمحدوديتهاي سيستم هاي ناوبري موجود به طور روزافزوني افزايش يافت .
• پيش بيني هاي به عمل آمده نيز نشان دهنده رشد سريع مسافرت هاي هوايي تا سال 2001 خصوصاً درمناطقي مانند آسيا , اقيانوسه بود. تعداد 18 ميليارد مسافر و بيش از 10000هواپيماي درحال تردد در هرلحظه اين نگراني را تأييد مي نمود .لذا پيشنهاد شد كه از تكنولوژي ماهواره براي مبادله صوتي و داده هاي مورد نياز با خطوط ارتباطي مستقيم از هواپيما به ماهواره و از آن طريق به كنترل ترافيك هوايي استفاده شود. در اين حالت محدوديت ديد مستقيم درسيستم هاي (17) VHF و كيفيت درسيستم هاي (18) HF وجود ندارد بعلاوه در يك مجموعه واحد مي توان بصورت همزمان داده هاي ضروري هواپيما مانند مشخصات پرواز, ارتفاع , سرعت و جهت را نيز به كنترلر مراقب پرواز اطلاع داد و از اين طريق خطاي انتقال صحيح اطلاعات ناشي از عوامل انساني در وقوع سوانح را به كلي از بين برد.
• امروزه تئوري پرواز آزاد انقلابي درصنعت حمل و نقل هوايي بوجود آورده است در پروازهاي آزاد با توجه به قابليت انعطاف سيستم هاي ناوبري و نظارت مي توان به جاي استفاده از مسيرهاي ثابت هوايي آنها را بصورت كاملاً ديناميكي بهينه نمود اين ايده جالب بهره برداري بسيار مؤثر از فضا را دارد. بنابراين امروزه شركت هاي بزرگ هواپيما سازي مشغول نصب سيستمهاي GPS برروي هواپيماها مي باشند .
2- ناوبري دريايي : درناوبري دريايي براي تعيين مسير, نقاط مبداء و مقصد و غيره از GPS مي توان بهره گرفت .
د: كاربردهاي همگاني :
سيستم موقعيت ياب GPS كاربردهاي همگاني نيز دارد كه ازمهمترين اين كاربردها مي توان به موارد زير اشاره كرد.
1- حركت در فضاي باز: حركت درمناطقي كه راههاي چندان مناسبي ندارد يا به كلي فاقد راه است .گيرنده GPS بسيار ارزشمند خواهد بود.
2- ماهيگيري
3- پروازبا گلايدر .
4- استفاده حرفه اي درعمليات زميني
5- اسكي , كوهنوردي
6- قايقراني
7- عمليات جستجو و نجات
8- حركت اتومبيل درجاده
9- مسابقات اتومبيل راني رالي
البته كاربرهاي GPS روزبه روز بيشتر و بيشتر مي شود و نيز نبايد اين نكته را از نظر دور داشت كه اين سيستم با تمام مزاياي خود ممكن است دچار اختلال گردد و يا گيرنده اي كه در دست شماست دچارخرابي گردد .پس بايد روشهاي موقعيت يابي كلاسيك را كه كار با قطب نما و نقشه است از ياد نبرد و اول اين روش را يادگرفت و بعد به سراغ GPS رفت تا درمواقع نياز دچار وابستگي به سيستم موقعيت يابي جهاني نباشيم .
البته مطالب گفته شده در اين پژوهش بطور كامل تمام جزئيات را مورد بررسي قرار نداده. زيرا بسياري از موارد مسائل فني و يا محرمانه سيستم مي باشد كه كمتر در دسترس افراد عادي مي باشد و نيز بررسي آن نياز به دانستن بسياري از روابط پيچيده فيزيك و .......... دارد.
جهت دیدن متن کامل به ادامه مطلب مراجعه فرمائید/.
باتشکر فراوان از زحمتهای بیدریغ وشبانه روزی کارآموز عزیزم سرکار خانم آرزو . ق
ادامه مطلب