Dnes pravděpodobně neexistuje nikdo, kdo by o GPS neslyšel. Ne každý však plně rozumí tomu, co to je. V článku se pokusíme přijít na to, co je to globální polohový systém, z čeho se skládá a jak funguje.
Historie
Navigační systém GPS je součástí komplexu Navstar, vyvinutého a provozovaného ministerstvem obrany USA. Projekt areálu se začal realizovat v roce 1973. A již na začátku roku 1978 jej po úspěšném testování uvedli do provozu. Do roku 1993 bylo kolem Země vypuštěno 24 satelitů, které zcela pokryly povrch naší planety. Civilní část vojenské sítě Navstar se stala známou jako GPS, což je zkratka pro Global Positioning System ("globální polohovací systém").
Jeho základnu tvoří satelity, které se pohybují po šesti kruhových drahách. Jsou jen jeden a půl metru široké a o něco více než pět metrů dlouhé. Hmotnost je v tomto případě asi osm set čtyřicet kilogramů. Všechny poskytují plný výkon kdekoli na naší planetě.
Sledování se provádí z hlavní řídicí stanice, která se nachází ve státě Colorado. Je zde letecká základna Schriver – padesátá vesmírná síla.
Na Zemi je více než deset sledovacích stanic. Nacházejí se na Ascension Island, Havaj, Kwajalein, Diego Garcia, Colorado Springs, Cape Canaveral a dalších místech, jejichž počet každým rokem roste. Veškeré informace od nich přijaté jsou zpracovávány na hlavním nádraží. Aktualizovaná data se nahrávají každých dvacet čtyři hodin.
Toto globální určování polohy je satelitní systém provozovaný ministerstvem obrany USA. Funguje za každého počasí a neustále přenáší informace.
Princip fungování
Globální systémy určování polohy GPS fungují na základě následujících komponent:
- satelitní trilaterace;
- satelitní rozsah;
- přesný časový údaj;
- location;
- oprava.
Pojďme se na ně podívat blíže.
Trilaterace je výpočet vzdálenosti dat tří satelitů, díky kterému je možné vypočítat polohu určitého bodu.
Dosah znamená vzdálenost k satelitům, vypočítanou jako čas, který trvá, než se rádiový signál dostane od nich k přijímači, s přihlédnutím k rychlosti světla. Pro určení času je vygenerován pseudonáhodný kód, díky kterému je přijímač schopen zpoždění kdykoli opravit.
Následující obrázek označuje přímé spojenív závislosti na přesnosti hodin. Satelity mají atomové hodiny, které jsou přesné na jednu nanosekundu. Kvůli jejich vysoké ceně se však nepoužívají všude.
Satelity se nacházejí ve výšce více než dvacet tisíc kilometrů od Země, přesně tolik, kolik je nutné pro stabilní pohyb na oběžné dráze a zúžení atmosférického odporu.
Během provozu globálního polohového systému ve světě dochází k chybám, které je obtížné odstranit. Je to způsobeno průchodem signálu troposférou a ionosférou, kde se rychlost snižuje, což vede k selhání měření.
Součásti mapovacího systému
Existuje mnoho produktů globálního polohovacího systému a mapových aplikací GIS. Díky nim se rychle tvoří a aktualizují geografická data. Komponenty těchto produktů jsou GPS přijímače, software a zařízení pro ukládání dat.
Přijímače jsou schopny provádět výpočty s frekvencí menší než jedna sekunda a přesností od desítek centimetrů do pěti metrů, pracují v diferenciálním režimu. Liší se od sebe velikostí, kapacitou paměti a počtem sledovacích kanálů.
Zatímco osoba stojí na jednom místě nebo se pohybuje, přijímač přijímá signály ze satelitů a provádí výpočet o své poloze. Výsledky ve formě souřadnic se zobrazí na displeji.
Ovladače jsou přenosné počítače, na kterých běží software potřebný ke sběru dat. Software řídí nastavení přijímače. Pohony majírůzné rozměry a typy záznamu dat.
Každý systém je vybaven softwarem. Poté, co nahrajete informace z disku do počítače, program zvýší přesnost dat pomocí speciální metody zpracování zvané „diferenciální korekce“. Software vizualizuje data. Některé z nich lze upravit ručně, jiné vytisknout a tak dále.
GPS globální určování polohy – systémy, které pomáhají shromažďovat informace pro vstup do databází a software je exportuje do programů GIS.
Oprava rozdílu
Tato metoda výrazně zlepšuje přesnost shromážděných dat. V tomto případě se jeden z přijímačů nachází v bodě určitých souřadnic a druhý shromažďuje informace tam, kde nejsou známy.
Diferenciální korekce se provádí dvěma způsoby.
- První je diferenciální korekce v reálném čase, kdy jsou chyby každého satelitu vypočítávány a hlášeny hlavní stanicí. Aktualizovaná data obdrží rover, který zobrazí opravená data.
- Druhá – rozdílová korekce v post-processingu – probíhá, když hlavní stanice zapisuje opravy přímo do souboru v počítači. Původní soubor je zpracován společně s aktualizovaným a poté je získán rozdílově opravený.
Mapovací systémy Trimble jsou schopny používat obě metody. Pokud je tedy režim reálného času přerušen, je možné jej použít v následném zpracování.
Aplikace
GPSaplikován v různých oblastech. Například globální polohové systémy jsou široce používány v průmyslu přírodních zdrojů, kde je geologové, biologové, lesníci a geografové používají k zaznamenávání pozic a dalších informací. Je to také oblast infrastruktury a městského rozvoje, kde jsou řízeny dopravní toky a inženýrský systém.
GPS-systémy globálního určování polohy jsou také široce používány v zemědělství, popisující například vlastnosti polí. Ve společenských vědách je historici a archeologové používají k navigaci a zaznamenávání historických míst.
Rozsah mapovacích systémů GPS není omezen na toto. Mohou být použity v jakékoli jiné aplikaci, kde jsou potřeba přesné souřadnice, čas a další informace.
GPS přijímač
Toto je rádiový přijímač, který určuje polohu antény na základě informací o časovém zpoždění rádiových signálů ze satelitů Navstar.
Měření se tvoří s přesností tři až pět metrů, a pokud je signál z pozemní stanice - až jeden milimetr. Komerční GPS navigátory na starých vzorcích mají přesnost sto padesát metrů a na nových - až tři metry.
Na základě přijímačů jsou vyrobeny GPS loggery, GPS trackery a GPS navigátory.
Zařízení může být vlastní nebo profesionální. Druhýse liší kvalitou, provozními režimy, frekvencemi, navigačními systémy a cenou.
Vlastní přijímače jsou schopny hlásit přesné souřadnice, čas, nadmořskou výšku, uživatelem zadaný kurz, aktuální rychlost, informace o silnici. Informace se zobrazují na telefonu nebo počítači, ke kterému je zařízení připojeno.
GPS navigátory: mapy
Mapy zlepšují kvalitu navigátoru. Dodávají se ve vektorových a rastrových typech.
Vektorové varianty ukládají data o objektech, souřadnice a další informace. Mohou obsahovat přírodní terén a mnoho objektů, jako jsou hotely, čerpací stanice, restaurace atd., protože neobsahují obrázky, zabírají méně místa a pracují rychleji.
Rastrové typy jsou nejjednodušší. Představují obraz oblasti v zeměpisných souřadnicích. Lze pořídit satelitní fotografii nebo naskenovat mapu papírového typu.
V současné době existují navigační systémy, které si uživatel může doplnit svými objekty.
GPS trackery
Takový rádiový přijímač přijímá a vysílá data pro řízení a sledování pohybu různých objektů, ke kterým je připojen. Zahrnuje přijímač, který určuje souřadnice, a vysílač, který je posílá uživateli nacházejícímu se na dálku.
Přicházejí GPS trackery:
- osobní, používá se jednotlivě;
- automobil připojený k palubní desceautomatické sítě.
Používají se k určení polohy různých objektů (lidí, vozidel, zvířat, zboží atd.).
Tato zařízení lze použít k potlačení signálů, které tvoří rušení na frekvencích, kde funguje sledovač.
GPS-logger
Tato rádia mohou fungovat ve dvou režimech:
- běžný GPS přijímač;
- logger, zaznamenávající informace o cestě, kterou jste prošli.
Mohou to být:
- přenosný, vybavený malou dobíjecí baterií;
- automobil poháněný palubní sítí.
V moderních modelech loggerů je možné zaznamenat až dvě stě tisíc bodů. Doporučuje se také označit jakékoli body na vaší cestě.
Zařízení se aktivně používají v cestovním ruchu, sportu, stopování, kartografii, geodézii a tak dále.
Globální umístění dnes
Na základě poskytnutých informací lze dojít k závěru, že takové systémy se již všude používají a rozsah má tendenci být ještě rozšířenější.
Globální positioning pokrývá spotřebitelský sektor. Díky využití nejnovějších technických inovací je systém jedním z nejžádanějších v tomto segmentu trhu.
Spolu s GPS je GLONASS vyvíjen v Rusku a Galileo v Evropě.
Zároveň není globální určování polohy bez nevýhod. Například v bytě železobetonové budovy, v tunelu nebo suterénu určete přesné umístěnínemožné. Magnetické bouře a rádiové zdroje na zemi mohou rušit normální příjem. Navigační mapy rychle zastarají.
Největší nevýhodou je, že systém je zcela závislý na americkém ministerstvu obrany, které může kdykoli například zapnout rušení nebo zcela vypnout civilní část. Proto je tak důležité, že kromě globálního polohového systému GPS a GLONASS se vyvíjejí také Galileo.
