ففى عالمنا اليومومع تطور التكنولوجيا التى جعلت من العالم قريه صغيره أصبح الإختفاء عن الأنظار امرا صعبا جدا فقد انتشرت اجهزة تحديد المواقع والتتبع التى تستخدم لتزويد المؤسسات بالمعلومات عن حركة منتجاتهم من المخزن الى اماكن التوريد وتزود شركات تاجير السيارات باماكن تحرك كل سياره وتحدد اقرب سياره الى المتصل بالشركه طالبا وسيله نقل من مكان لاخر
باقل من 100 دولار يمكنك الحصول على جهاز بحجم الجوال يخبرك بموضعك على الأرض في اي لحظة وفي اي مكان هذا الجهاز هو جهاز استقيال GPS والذي يعني نظام تحديد الموقع Global Positioning System.
جهاز من شركة كومباك يستخدم نظام GPS لتحديد الموقع.
في هذه المقالة من تفسيرات فيزيائية سوف نقوم بالتعرف على فكرة عمل جهاز GPS والتعرف على مكوناته وفوائدة الهامة في حياتنا.
ما هو نظام GPS؟
فى عام 1973م بدأت وزارة الدفاع الأمركية العمل لإستحداث نظام عالمى لتحديد المكان لاستبدال نظام (Global Navigation Sysytem [NAVSTAR]) الملاحه بالأقمار الصناعيه المسمى (RANSIT Doppler)وذلك لتفادى مشكلتين رئيستين الأولى التغطيه غير الكافيه للأقمار الصناعيه . والثانيه العمليات الملاحيه غير الدقيقه ولذلك صمم نظام (GPS) ليوفر تغطيه كامله وبدقه عاليه لتغطى الإحتياجات العسكريه بالدرجه الأولى . وتأتى الإحتياجات المدنيه بالدرجه الثانيه.
إذا نظام (GPS)هو النظام الرئيسى لتوجيه الملاحه الجويه لأغلب الطائرات المدنيه والعسكريه . ليس هذا وحسب بل إن هذا النظام يلعب دورا مميزا فى مجالات المساحة, فقد أصبح من أكثر أدوات القياس التى عرفها مهندسو المساحة الجيوديسية دقه على الإطلاق وأيضا فى أنظمة المعلومات الجغرافيه (Geographic Information System [GIS]) أصبح نظام (GPS)أداة ضروريه لا بد منها
شبكة الأقمار الصناعية المتكاملة في نظام GPS
أنظمة تحديد الموقع Global Positioning System (GPS) هي عبارة عن منظومة من 27 قمر صناعي يدور حول الكرة الأرضية (فعليا 24 قمر صناعي مستخدم و3 اقمار أحتياطية تعمل في حالة تعطل اي من الأقمار الرئيسية). وأنظمة استقبال المعلومات من GPS تشبه اجهزة الجوال تستطيع تحديد موقعك بدقة في الابعاد الثلاثة على سطح الارض. ويكون هذا النظام فعالاً في حالة التواجد في الأماكن المكشوفة فتستخدم في الرحلات الاستكشافية وفي الملاحة الجوية والبحرية وفي التطبيقات العسكرية والتطبيقات المدنية.
أحد الأقمار الصناعية العاملة في نظام GPS
فجهاز تحديد الموقع GPS يستخدم في الحروب الحديثة على سبيل المثال في حرب الخليج، هذا الجهاز جعل من الحرب وكأنها لعبة كمبيوتر يقوم فيها المهاجم بتحديد احداثيات الهدف بدقة ووالقذيفة الموجهة تعتمد على نظام GPS للوصول الى الهدف المحدد. فقد شاهدنا كيف يمكن مهاجمة أهداف معينة بدقة متناهية وكأن تلك القذائف ترى وتعرف ماذا تفعل.
فكرة عمل نظام الــــ GPS
لقد تم تطوير هذا النظام على مدار عشرين سنه فى الولايات المتحدة الأمريكية منذ 1973 ونميزانية تقارب عشرات المليارات من الدولارات نظام ال GPS يتكون من مرسل ومستقبل أما المرسل فهو عباره عن شبكة عمل أقمار صناعيه تدور حول الأرض على إرتفاع 19300 كيلو متر مرتين كل يوم . موزعه على 8 مستويات دوران كل مستوى يصنع 55 درجة مع المستوى الآخر ويوجد فى كل مستوى ثلاثة أقمار صناعيه
لماذا تستخدم ثلاث أقمار وليس قمر واحد فقط
تخيل انك فقدت الاتجاهات تماما فى احد المناطق فى الصحراء وعندما قابلت احد الاشخاص سألته اين انا الأن؟ فأجايك انت على بعد 500 كيلو من مدينه 1. لا شك أن هذه المعلومه لن تفيدك كثيرا فى تحديد موقعك بدقه لانك تستطيع رسم دائره حول مدينه 1 نصف قطرها 500 كيلو متر يمكن أن تكون فى أى جزء فيها ولكن لو سألت شخص آخر وأخبرك بأنك على بعد 550 كيلو متر من مدينه 2 فهنا تصبح الأمور أسهل لانك ستكون فى احد نفطتى التقاطع بين الدائرتين حول مدينه 1 ومدينه 2, وتحتاج إلى معلومه إضافيه من شخص ثالث لتعرف بالضبط أى النقطتين أنت موجود الآن على الأرض
معلومة واحدة من شخص تعطي ابعاد كبيرة لمكان تواجدك على الارض.
معلومتان من شخصين تحدد مكانك بدقة اكثر.
ثلاث معلومات من ثلاث اشخص تعطي مكانك بالضبط.
وبهذه الفكرة تعمل الاقمار الثالثة لتحديد موقعك على سطح الأرض حيث يصنع كل قمر سطح كروي ومن تقاطعات هذه الأسطح مع سطح الكرة الأرضية يتم تحديد الموقع بدقة كبيرة.
تقاطع الاسطح الكروية عن الأقمار الصناعية الثالثة مع سطح الأرض يعطي نقطة هي المكان الموجود فيه جهاز الاستقبال GPS
كل قمر من الأقمار الــ 24 يرسل باستمرار على نفس التردد إشارة كهرومغناطيسية محملة على موجة ترددها 1575MHz كل قمر صناعى له شفرة معينة Code خاصة به ترسل مع الإشارة الحاملة وبالتالى يمكن لأى قمر صناعى يلتقط هذه الشفرة أن يحدد مكان وزمان تواجد هذا القمر.
أما المستقبل فهو جهاز في حجم راديو صغير يحتوى على دوائر إلكترونية معقدة يتحكم بها ميكروبروسسر Microprocessor متطور يقوم المستقبل بتحديد الموقع بإستخدام طريقتين مختلفتين الأولى تعتمد على إزاحة دوبلر Doppler Shift للاشارات الكهرومغناطيسية المرسلة من الأقمار الصناعية وهذه الإزاحة تكون ناتجة عن السرعة النسبية بين الأرض والأقمار الصناعية.
أما الطريقة الثانية وتعتمد على قياس التأخير الزمنى بين الإشارات الكهرومغناطيسية الواصله من الأقمار الصناعيه
هذه المعلومات المستقبلة من الأقمار الصناعية تدخل إلى الميكروبروسسر وتتحد مع المعلومات المخزنه عن كل قمر صناعى من حيث مداره وسرعته وموقعه وبعد عدة عمليات حسابيه يحدد المستقبل موقعه على سطح الأرض ويظهر الناتج على شاشة العرض
ولدقة حساب الموقع فإنه يجب إدخال العديد من العوامل فى الإعتبار على سبيل المثال تأثير الغلاف الحيوى على الإشارات المرسله وكذلك تأثير مجال الجاذبيه الأرضيه على الإشارات حيث أن الجاذبيه الأرضيه تعمل على ازدياد ترددها لكما اقتربت من الأرض , ولهذا فإن نظام الGPS يعتمد وبشكل كبير على عمليات حسابيه معقده جدا قبل أن يخبرنا بالموقع وهذه العمليات بنفذها الميكروبروسسر
إستخدامات نظام الــ GPSالحالية والمستقبلية.
كثيرون جدا الذين يستخدمون هذا النظام مثل البواخر الكبيرة وحتى القوارب الخاصة تستعين بالــ GPS لتحديد موقعها في البحار والمحيطات كذلك شركات النقل تستخدم هذا النظام لتحديد مواقع سياراتها فمثلا شركات السيارات الأجرة في أوربا تستخدم الـــ GPS حتى ترسل أقرب سيارة متواجدة بجوار صاحب الطلب.
قريبا جدا سوف يثبت فى كل سيارة جهاز مستقبل يقوم بإرشارد السائق إلى أسهل طريق ليصل إلى مقصده مهذا الجهاز مزود بخرائط الكترونيه لشوارع العالم وعن طريق المعلومات التى يستقبلها من الأقمار الصناعيه يمكن معرفة الشوارع المزدحمة متجنبها وحاليا يجرى فى اليابان تطوير سيارات تستعين بال GPS والخرائط الإلكترونيه فى تمكين السيارات من معرفة الطريق دون الحاجه إلى قائد السياره عن طريق محس الكترونى مثبت فى السياره وقد نجحو فى تحقيق هذا الهدف ولكن عند سرعه لا تزيد عن 15 كيلو متر فى الساعه
أما فى مجال الطاشرات فاستخدام هذا النظام يمكن التحكم فى حركة الطائرات فى الجو والسماح للطائرات بالطيران على مسافات متقاربة من بعضها البعض للتخفيف من الإزدحام الملحوظ فى المطارات
GPS = نظام تحديد موقعك من الكرة الارضية وهو اختصار Global Positioning system
Navigation = نظام الملاحة
الدارج في كل مكان بالعالم هو ان الـ GPS هو نفس الـ Navigation (او نظام الملاحة) ولكن هذا خاطىء... والسبب في ذلك ان ليس جميع انظمة تحديد الموقع (GPS) يوجد فيها نظام الملاحة (او الـ Navigation)....
نظام الـ GPS وظيفته فقط اعطاء الاحداثيات على الكرة الارضية...
اما نظام الملاحة، فهو عبارة عن جهاز (كمبيوتر) ملاحة بالاضافة الى نظام GPS... نظام الملاحة يستخدم الـ GPS لتحديد موقع السيارة (او القارب... الخ) و من ثم البحث عن الطريق الانسب الى الهدف عن طريق الخريطة الموجودة داخل الـ DVD او القرص الصلب... طبعا عمليات البحث عن الهدف ليس لها اي علاقة بالـ GPS سوى تحديد سوى تحديد الموقع الحالي + السرعة... و من المكان الحالي للمركبة + السرعة (بالاضافة الى سرعة المركبة من ناقل الحركة للتاكيد على سرعة المركبة الفعلية) يتم رسم خطة الى الهدف المقصود...
جميع انظمة الملاحة لجميع انواع السيارات لا تعمل تحديث عن طريق الاقمار الصناعية... التحديث يتم فقط عن طريق ادخال الـ DVD الخاص بالخرائط
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق