در گذشته، زمانی که تکنولوژی پیشرفته امروزی وجود نداشت، مردم و بخصوص اشخاصی مانند سیاحان، جهانگردان و ... گاهی اوقات در یک گستره جغرافیایی و بخصوص شهرها و کشورهای بیگانه، از مکان دقیق خود با خبر نبودند و حتی گاهی نیز در بیابان‌ها ودریاها مسیر خود را گم می‌کردند. از سوی دیگر در دنیای قدیم، استفاده از ستارگان، قطب نما و سایر عوامل طبیعی تا اندازه‌ای راهگشای بشر بوده، ضمن اینکه همه این موارد، بطور کلی انسان عصر گذشته را مورد هدایت و راهنمایی قرار می‌داد، در حالیکه امروزه پیچیدگی‌های جغرافیایی، اعم از بافت شهر، خیابان، و... اصولا زمینه استفاده از این‌گونه روش‌ها را تا حد زیادی منتفی و بی‌معنا کرده است.
دنیای امروز، دنیایی است که هیچ فردی در آن گم نخواهد شد و همه چیز بر روی تمام نقاط زمین قابل شناسایی است و این قدرت دستیابی به سیستم‌های شناسایی را ماهوارهها و در اساس کامپیوترها، در اختیار بشر قرار داده‌اند.
GPS چیست؟
جی‌پی‌اس (Global Positioning System) کامپیوتر یا وسیله‌ای است که با بهره‌گیری از آن می‌توان سرعت، مسیر، فاصله پیموده شده، فاصله تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و حرکت هر متحرک در روز و شب را محاسبه کرد. این سیستم یک ناوگان ماهواره‌ای است که از شبکه‌ای با 24 ماهواره ساخته شده و به وسیله سازمان دفاع آمریکا در مدار قرار گرفت.
در ابتدا GPS برای مصارف نظامی به‌کار گرفته می‌شد اما از سال 1980 این سیستم برای استفاده‌های غیر نظامی نیز مورد بهره‌برداری قرار گرفت به‌گونه‌ای که هم‌اکنون در بسیاری از کشورها اکثر خودروهای شخصی، حمل و نقل عمومی به ویژه اتوبوس‌ها و تانکرهای حامل مواد خطرناک به این سیستم مجهز هستند. از این سیستم مدت‌ها است که در حمل و نقل دریایی نیز استفاده می‌شود. GPS در هر شرایط آب و هوایی و در هر جای جهان، در 24 ساعت شبانه روز قابل دسترسی است و هیچ حق اشتراک یا هزینه‌ای برای استفاده از GPS وجود ندارد.
GPS چگونه کار می‌کند؟
ماهواره‌های GPS در یک مدار معین، زمین را دوبار در روز دور می‌زنند و سیگنال‌های اطلاعاتی را به زمین ارسال می‌کنند.
دریافت کننده GPS این اطلاعات را گرفته و برای محاسبه مکان دقیق کاربر از روش‌های هندسی استفاده می‌کند.
در اصل، دریافت کننده GPS زمان ارسال سیگنال از ماهواره را با زمان دریافت سیگنال مقایسه می‌کند. اختلاف زمان، بازگو کننده میزان فاصله ماهواره از دریافت کننده GPS است.
دریافت کننده با اندازه گیری فاصله، از تعدادی چند از ماهوارهها، می‌تواند مکان کاربر را مشخص کرده و آن را روی نقشه الکترونیک واحد نمایان کند.
یک دریافت کننده GPS می‌تواند با سیگنال‌هایی که از حداکثر سه ماهواره دریافت می‌کند، مسیر حرکت و مختصات دو بعدی ( طول و عرض) مکان را محاسبه کند.
دریافت کننده می‌تواند با در نظر گرفتن چهار یا بیشتر ماهواره، مختصات سه بعدی (طول، عرض و ارتفاع) مکان کاربر را مشخص کند.
زمانی که مکان کاربر مشخص شد، GPS می‌تواند سایر اطلاعات نظیر سرعت، مسیر، فاصله پیموده شده، فاصله تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و ... را محاسبه کند.
بهره‌گیری از GPS در حمل و نقل عمومی باعث شده است که رانندگان همیشه خود را در معرض دید پلیس بدانند و به همین جهت تخلفات سرعت در رانندگی به شدت کاهش می‌یابد. از سوی دیگر رهگیری خودروهای عمومی باعث می‌شود که رانندگان ضمن رعایت سرعت در هر مسیری و حتی تفاوت سرعت در روز و شب، بر اساس دستور قانونی زمان توقف و استراحت را رعایت کرده و بیش از مدت مجاز رانندگی نکنند.
سیستم ماهواره‌ای GPS شامل 24 ماهواره است که در مداری با فاصله 12 هزار مایلی از زمین قرار دارند. این ماهوارهها پیوسته در حال حرکت بوده و در کمتر از 24 ساعت دو دور کامل می‌زنند. این ماهوارهها با سرعت تقریبی 7 هزار مایل در ساعت حرکت می‌کنند.
ماهوارهها به کمک انرژی خورشیدی کار می‌کنند و در زمان خورشید گرفتگی و زمان‌هایی که این انرژی وجود ندارد با بهره‌گیری از باطری‌های پشتیبان به‌کار خود ادامه می‌دهند.
استفاده از ماهواره‌های سیستم GPS رایگان بوده و هیچ سازمان یا کشوری نمی‌تواند مانع از بهره‌گیری از آن شود.
چگونگی کارکرد GPS:
اصلی که GPS به آن متکی می‌باشد اندازه گیری فاصله (مسافت یا Range) میان گیرنده و ماهواره است. همچنین ماهوارهها بدرستی اعلام می‌کنند در کجای مدار خود در بالای زمین قرار دارند.
GPS تقریبا به‌صورت زیر کار می‌کند:
اگر فاصله درست یک پدیده از یک ماهواره در فضا مشخص باشد می‌توانیم بگوییم در جایی بر روی سطح فرضی کره‌ای با شعاع برابر فاصله تا شعاع ماهواره قرار دارد. اگر فاصله درست از دو ماهواره مشخص باشد، می‌توان گفت در جایی بر روی خطی که از محل تقاطع دو کره می‌گذرد قرار دارد و اگر سومین اندازه‌گیری هم موجود باشد، آنجا تنها دو نقطه وجود دارد که جسم می‌تواند بر روی آن قرار بگیرد. یکی ازاین دو نقطه غیر ممکن بوده و گیرنده GPS دارای متدهای ریاضی می‌باشد که قادر است موقعیت غیر ممکن را حذف نماید.
یک گیرنده GPS، موقعیت مکانی را با استفاده از روشی بنام "برد ماهواره‌ای" یا Satellite ranging تخمین می‌زند.
یک گیرنده GPS همیشه می‌تواند معین کند که پدیده‌ها کجا قرار دارند، مشروط بر اینکه دو نمونه کلیدی از اطلاعات موجود باشد:
- فاصله بین گیرنده و هر ماهواره (حداقل 4 ماهواره یا بیشتر).
- موقعیت کامل هر یک از ماهوارهها در فضا.
دقت GPS تا چه حد است؟
امروزه دریافت کننده های GPS دارای دقت بی‌نهایت بالایی هستند و این امر را مدیون طرح کانال چندگانه موازی هستیم. دریافت کننده‌های کانال ۱۲ موازی گارمین به محض روشن شدن سرعت بالایی در برقراری رابطه با ماهواره دارد و این ارتباط به طور مستمر برقرار است و حتی درختان انبوه و آسمان خراش‌های بلند مانع برقراری ارتباط نمی‌شوند. کارخانه‌های اتمسفریک و دیگر چشمه‌های ایجاد خطا، روی دقت دریافت کننده‌ی GPS تاثیر می‌گذلرند. دریافت کننده‌های GPS گارمین دارای میانگین دقت ۱۵ متر می‌باشند. دریافت کننده‌های GPS گارمین با قابلیت سیستم افزایش عرض، ناحیه دقت را با میانگین کمتر از ۳ متر بهبود می‌بخشد. هیچ لوازم یدکی و یا حق‌الزحمه‌ای برای استفاده از سیستم افزایش عرض ناحیه احتیاج نیست. کاربران می‌توانند دقت را با کمک GPS تفاضلی بهتر کنند. به این صورت که سیگنال‌های GPS را تقویت می‌کند و به میانگین ۳تا ۵ متر می‌رساند. گارد ساحلی آمریکا اغلب از سرویس تقویت کننده GPS تفاضلی استفاده می‌کند. این سیستم شامل شبکه‌ای از برج‌ها می‌باشد که سیگنال‌های GPS را دریافت کرده و سیگنالی تقویت شده به وسیله‌ی فرستنده های رادیویی ارسال می‌کنند. به منظور دریافت سیگنال‌های تقویت شده کاربران علاوه بر GPS به یک آنتن و دریافت کننده علایم گوناگون نیاز دارند.
کاربردهای تخصصی GPS:
- نقشه برداری
- پروژه‌های عمرانی
- کوهنوردی
- کایت‌سواری
- سفر در مناطق ناشناخته
- کشتی‌رانی
- قایق‌رانی
- عملیات نجات هنگام وقوع سیل و زلزله
- کنترل ترافیک
- تجاری
