Бүгінде GPS туралы естімеген адам жоқ шығар. Дегенмен, бәрі де оның не екенін толық түсінбейді. Мақалада біз жаһандық позициялау жүйесінің не екенін, ол неден тұратынын және қалай жұмыс істейтінін анықтауға тырысамыз.
Тарих
GPS навигациялық жүйесі АҚШ Қорғаныс министрлігі әзірлеген және басқаратын Navstar кешенінің бөлігі болып табылады. Кешеннің жобасы 1973 жылы жүзеге асырыла бастады. Ал 1978 жылдың басында сәтті сынақтан кейін олар оны пайдалануға берді. 1993 жылға қарай Жердің айналасында 24 спутник ұшырылды, олар біздің планетамыздың бетін толығымен қамтыды. Navstar әскери желісінің азаматтық бөлігі GPS ретінде белгілі болды, ол Global Positioning System («жаһандық позициялау жүйесі») дегенді білдіреді.
Оның негізі алты дөңгелек орбита бойынша қозғалатын жерсеріктерден тұрады. Олардың ені бір жарым метр, ал ұзындығы бес метрден сәл асады. Бұл жағдайда салмағы шамамен сегіз жүз қырық килограмм. Олардың барлығы планетамыздың кез келген жерінде толық өнімділікті қамтамасыз етеді.
Бақылау Колорадо штатында орналасқан негізгі басқару станциясынан жүзеге асырылады. Бұл жерде Шрайвер әуе күштерінің базасы - елуінші ғарыш күштері.
Жер бетінде оннан астам бақылау станциялары бар. Олар Ассенсион аралында, Гавайиде, Кваджалейнде, Диего Гарсияда, Колорадо-Спрингсте, Канаверал мүйісінде және басқа жерлерде кездеседі, олардың саны жыл сайын артып келеді. Олардан алынған барлық ақпарат бас станцияда өңделеді. Жаңартылған деректер әрбір жиырма төрт сағат сайын жүктеп салынады.
Бұл жаһандық орналасу – АҚШ Қорғаныс министрлігі басқаратын спутниктік жүйе. Ол кез келген ауа-райында жұмыс істейді және ақпаратты үнемі жібереді.
Жұмыс принципі
GPS жаһандық орналасу жүйелері келесі құрамдастарға негізделген жұмыс істейді:
- спутниктік трилатерация;
- спутниктік диапазон;
- нақты уақыт анықтамасы;
- орын;
- түзету.
Оларды толығырақ қарастырайық.
Трилатерация – үш жерсеріктің деректерінің қашықтығын есептеу, соның арқасында белгілі бір нүктенің орнын есептеуге болады.
Разия спутниктерге дейінгі қашықтықты білдіреді, жарық жылдамдығын ескере отырып, радиосигнал олардан қабылдағышқа дейін жетуге кететін уақытпен есептелетін. Уақытты анықтау үшін псевдокездейсоқ код жасалады, соның арқасында қабылдағыш кез келген уақытта кідірісті түзете алады.
Келесі сурет тікелей көрсетедісағаттың дәлдігіне байланысты. Спутниктерде бір наносекундқа дәл келетін атомдық сағаттар бар. Дегенмен, олардың қымбаттығына байланысты олар барлық жерде қолданыла бермейді.
Спутниктер Жерден жиырма мың километрден астам биіктікте, дәл сол орбитадағы тұрақты қозғалыс және атмосфералық кедергіні тарылту үшін қажетті деңгейде орналасқан.
Әлемдегі жаһандық позициялау жүйесінің жұмыс істеуі кезінде жою қиын болатын қателер жіберіледі. Бұл сигналдың тропосфера мен ионосфера арқылы өтуіне байланысты, онда жылдамдық төмендейді, бұл өлшеу сәтсіздігіне әкеледі.
Карталау жүйесінің құрамдастары
Көптеген жаһандық орналасу жүйесінің өнімдері және GIS картасын жасау қолданбалары бар. Олардың арқасында географиялық деректер тез қалыптасады және жаңартылады. Бұл өнімдердің құрамдас бөліктері GPS қабылдағыштары, бағдарламалық құрал және деректерді сақтау құрылғылары болып табылады.
Қабылдағыштар дифференциалды режимде жұмыс істейтін секундтан аз жиілікпен және ондаған сантиметрден бес метрге дейінгі дәлдікпен есептеулер жасай алады. Олар бір-бірінен өлшемі, жад сыйымдылығы және бақылау арналарының саны бойынша ерекшеленеді.
Адам бір орында тұрғанда немесе қозғалған кезде қабылдағыш спутниктерден сигнал алып, оның орналасқан жері туралы есеп жасайды. Координаталар түріндегі нәтижелер дисплейде көрсетіледі.
Контроллерлер – деректерді жинауға қажетті бағдарламалық құралды іске қосатын портативті компьютерлер. Бағдарламалық құрал ресивер параметрлерін басқарады. Дискілер барәртүрлі өлшемдер мен деректерді жазу түрлері.
Әр жүйе бағдарламалық құралмен жабдықталған. Ақпаратты дискіден компьютерге жүктегеннен кейін бағдарлама «дифференциалды түзету» деп аталатын арнайы өңдеу әдісін пайдаланып деректердің дәлдігін арттырады. Бағдарлама деректерді визуализациялайды. Олардың кейбірін қолмен өңдеуге, басқаларын басып шығаруға және т.б. болады.
GPS жаһандық позициялау - деректер базасына енгізу үшін ақпаратты жинауға көмектесетін жүйелер және бағдарламалық қамтамасыз ету оларды GIS бағдарламаларына экспорттайды.
Дифференциалды түзету
Бұл әдіс жиналған деректердің дәлдігін айтарлықтай жақсартады. Бұл жағдайда қабылдағыштардың бірі белгілі бір координаттар нүктесінде орналасады, ал екіншісі белгісіз жерде ақпаратты жинайды.
Дифференциалды түзету екі жолмен жүзеге асырылады.
- Біріншісі – нақты уақыттағы дифференциалды түзету, мұнда әрбір жерсеріктің қателері негізгі станция арқылы есептеліп, хабарланады. Жаңартылған деректерді түзетілген деректерді көрсететін ровер қабылдайды.
- Екінші – кейінгі өңдеудегі дифференциалды түзету – негізгі станция түзетулерді компьютердегі файлға тікелей жазғанда орын алады. Түпнұсқа файл жаңартылған файлмен бірге өңделеді, содан кейін дифференциалды түрде түзетілген файл алынады.
Trimble карта жүйелері екі әдісті де пайдалана алады. Осылайша, егер нақты уақыт режимі үзілсе, оны кейінгі өңдеуде пайдалану мүмкіндігі сақталады.
Қолданба
GPSәртүрлі салаларда қолданылады. Мысалы, геологтар, биологтар, орманшылар және географтар оларды позициялар мен қосымша ақпаратты жазу үшін пайдаланатын табиғи ресурстар өнеркәсібінде жаһандық позициялау жүйелері кеңінен қолданылады. Бұл сонымен қатар көлік ағыны мен коммуналдық жүйе бақыланатын инфрақұрылым мен қала құрылысы аймағы.
Жаһандық позициялаудың GPS-жүйелері, мысалы, танаптардың ерекшеліктерін сипаттайтын ауыл шаруашылығында да кеңінен қолданылады. Әлеуметтік ғылымдарда тарихшылар мен археологтар оларды тарихи орындарды шарлау және жазу үшін пайдаланады.
GPS карталау жүйелерінің ауқымы мұнымен шектелмейді. Оларды нақты координаттар, уақыт және басқа ақпарат қажет болатын кез келген басқа қолданбада пайдалануға болады.
GPS қабылдағышы
Бұл Navstar жерсеріктерінің радиосигналдарының уақыт кешігулері туралы ақпарат негізінде антеннаның орнын анықтайтын радиоқабылдағыш.
Өлшемдер үш метрден бес метрге дейінгі дәлдікпен қалыптасады, ал егер жерүсті станциясынан сигнал болса - бір миллиметрге дейін. Ескі үлгілердегі коммерциялық типтегі GPS навигаторларының дәлдігі жүз елу метрге, ал жаңаларында үш метрге дейін жетеді.
Қабылдағыштар негізінде GPS тіркеушілері, GPS трекерлері және GPS навигаторлары жасалған.
Жабдық тапсырыс бойынша немесе кәсіби болуы мүмкін. Екіншісапасы, жұмыс режимдері, жиіліктері, навигациялық жүйелері және бағасы бойынша ерекшеленеді.
Таңдамалы қабылдағыштар нақты координаттарды, уақытты, биіктікті, пайдаланушы көрсеткен бағытты, ағымдағы жылдамдықты, жол туралы ақпаратты хабарлай алады. Ақпарат құрылғы қосылған телефонда немесе компьютерде көрсетіледі.
GPS навигаторлары: карталар
Карталар навигатордың сапасын жақсартады. Олар векторлық және растрлық түрлерде келеді.
Векторлық нұсқалар нысандар, координаттар және басқа ақпарат туралы деректерді сақтайды. Олар табиғи рельефті және қонақүйлер, жанармай құю станциялары, мейрамханалар, т.б. сияқты көптеген нысандарды көрсете алады, өйткені оларда кескіндер жоқ, аз орын алады және жылдамырақ жұмыс істейді.
Растрлық типтер ең қарапайым. Олар географиялық координаттардағы аймақтың кескінін білдіреді. Спутниктік фотосурет түсіруге немесе қағаз түріндегі картаны сканерлеуге болады.
Қазіргі уақытта пайдаланушы өз нысандарымен толықтыра алатын навигациялық жүйелер бар.
GPS трекерлер
Мұндай радиоқабылдағыш өзі бекітілген әртүрлі нысандардың қозғалысын бақылау және бақылау үшін деректерді қабылдайды және жібереді. Ол координаттарды анықтайтын қабылдағышты және оларды қашықтықта орналасқан пайдаланушыға жіберетін таратқышты қамтиды.
GPS трекерлері келеді:
- жеке, жеке пайдаланылады;
- автомобиль, бортқа қосылғанавто желілер.
Олар әртүрлі объектілердің (адамдар, көліктер, жануарлар, тауарлар және т.б.) орнын анықтау үшін қолданылады.
Бұл құрылғыларды трекер жұмыс істейтін жиіліктерде кедергі тудыратын сигналдарды басу үшін пайдалануға болады.
GPS-тіркегіш
Бұл радиостанциялар екі режимде жұмыс істей алады:
- тұрақты GPS қабылдағышы;
- тіркегіш, жүріп өткен жол туралы ақпаратты жазады.
Олар болуы мүмкін:
- портативті, шағын өлшемді қайта зарядталатын батареямен жабдықталған;
- автомобиль, борттық желіден қуат алады.
Қазіргі логгер үлгілерінде екі жүз мың ұпайға дейін жазуға болады. Сондай-ақ жолдағы кез келген нүктені белгілеу ұсынылады.
Құрылғылар туризмде, спортта, қадағалауда, картографияда, геодезияда және т.б. белсенді қолданылады.
Бүгінгі жаһандық позициялау
Берілген ақпаратқа сүйене отырып, мұндай жүйелер қазірдің өзінде барлық жерде қолданылған деп қорытынды жасауға болады, ал қолдану аясы одан да кеңірек болады.
Жаһандық позициялау тұтыну секторын қамтиды. Соңғы техникалық инновацияларды пайдалану жүйені осы нарық сегментіндегі ең сұранысқа ие жүйелердің біріне айналдырады.
GLONASS-пен бірге Ресейде ГЛОНАСС және Еуропада Galileo әзірленуде.
Сонымен бірге жаһандық позициялаудың кемшіліктері де жоқ емес. Мысалы, темірбетонды ғимараттың пәтерінде, туннельде немесе жертөледе нақты орынды анықтаңыз.мүмкін емес. Магниттік дауылдар мен жердегі радио көздері қалыпты қабылдауға кедергі келтіруі мүмкін. Навигациялық карталар тез ескіреді.
Ең үлкен кемшілік жүйенің АҚШ Қорғаныс министрлігіне толықтай тәуелді болуы, ол кез келген уақытта, мысалы, кедергіні қоса алады немесе азаматтық бөлігін мүлдем өшіре алады. Сондықтан, GPS және GLONASS жаһандық позициялау жүйесінен басқа, Галилео да дамып келе жатқаны соншалықты маңызды.
