المعلوماتية > اتصالات وشبكات

نظام تحديد المواقع العالمي GPS

لقد أصبح "نظام تحديد المواقع العالمي" GPS جزءاً لا يتجزأ من النظم الحديثة للاستجابة لحالات الطوارئ، والأنظمة والتطبيقات المدنية والعسكرية والفلكية، وهو عنصر حاسم في أي عملية إنقاذ، فإن تحديد الموقع الدقيق على سطح الأرض والشوارع والمباني ومصادر خدمات الطوارئ، تقلل من الوقت الضائع وتنقذ الأرواح و"نظام تحديد المواقع العالمي" يقدِّم خدماته بصفته تكنولوجيا تعمل على تسهيل هذه الاحتياجات وتلبيتها.

نظام تحديد المواقع العالمي Global Positioning System (GPS):هو نظام ملاحة لاسلكي قائم على الأقمار الصناعية، ويعتمد ھذا النظام على شبكة مكونة من ٢٤ قمراً صناعیاً تدور في ستة مدارات حول الكرة الأرضية، وتبدو كأنھا نجوم صناعیة Stars Made - Man تحاول أن تحل محل النجوم الطبيعية التي كان يُعتمد علیھا في الملاحة قديماً. تتوزع ھذه الأقمار الصناعیة في مداراتھا المخصصة لھا بزوایا ومسارات وزمن محدد لكل منھا، إذ یمكن الاتصال مع أربعة أقمار صناعية على الأقل في أي مكان من العالم.

كان نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مخصصًا للتطبيقات العسكرية، ولكن في الثمانينيات أصبح متاحًا للاستخدام المدني (1-3).

يعمل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في أي ظروف جوية، وفي أي مكان في العالم، على مدار 24 ساعة في اليوم، ولا توجد رسوم اشتراك أو رسوم إعداد لاستخدام GPS(1-3).

تدور ھذه الأقمار الصناعیة على ارتفاعات شاھقة مما یجعلھا تتفادى المشاكل والمصاعب التي كانت تواجه محطات التوجيه الأرضية، وتعطي نتائج عالية الدقة في تحديد المواقع على سطح الأرض، ويستغرق القمر صناعي قُرابة 12 ساعة للدوران حول الأرض (1).

يتكون نظام تحديد المواقع GPS من ثلاث وحدات رئیسیة ھي:

الأقمار الصناعية GPS Satellites: التي تدور حول الأرض وتنقل رسائل التوقيت والمدى.
محطات التحكم الأرضية GPS Ground Control: تراقب موقع الأقمار الصناعية في الجزء الفضائي وصحتها.
المستقبلات Receiver: أجهزة الاستقبال المحمولة أو الأخرى المستخدمة لتفسير الرسائل التي تبث من الأقمار الصناعية (1,2).

مبدأ التموضع ثنائي البعد وثلاثي الأبعاد 2D and 3D Positioning

نظرًا لأننا موجودون في فضاء ثلاثي الأبعاد، فنحن نحتاج نظريًا إلى ثلاثة أقمار صناعية لتحديد الموقع. أنت بحاجة إلى 3 أقمار صناعية على الأقل للحصول على موضع ثنائي الأبعاد و 4 أقمار صناعية للحصول على موضع ثلاثي الأبعاد.

يتطلب حساب الأبعاد الأربعة أربعة أقمار صناعية وهذه الأبعاد هي:

X: خط العرض
Y: خط الطول
Z: الارتفاع
T: الوقت (1,2)

عادةً ما تُحسَب المسافات على نظام GPS بناءً على إشارات نطاق القمر الصناعي.

الصيغة السهلة لحساب المسافة هي:

Distance (d) = Speed of satellite ranging (3 x 108 m/second) x time

Time (Δ t) = t2 – t1 where, t1 = sending time, t2 = receiving time

(2)

وكأي نظام فهو معرض لوجود أخطاء، فهنالك مصادر للخطأ تقلل من دقة قراءات GPS مثل:

عدد الأقمار الصناعية: كلما ازداد عدد الأقمار الصناعية التي تشارك في تحديد موقعك ارتفعت صحة القيم التي تحدد الموقع.
تعدد مسارات الإشارة (multi-path): وهو تعرض الإشارات المتبادلة بين جهاز المستخدم والقمر إلى انعكاسات، وبالتالي فإن القمر لن يستطيع حساب الموقع الصحيح.
أخطاء الساعة الفضائية.
تأخيرات الأيونوسفير والتروبوسفير: وهي تأثير طبقات الجو في الإشارة بين القمر وجهاز المستخدم.
أخطاء ساعة جهاز الاستقبال (1).

استخدامات GPS

يستخدم نظام GPS في العديد من الأنظمة مثل:

التنقل: تقدر أجهزة الملاحة ازدحام حركة المرور والطرق، وتقترح الطرق أو المسارات البديلة التي قد يجري اتخاذها للوصول إلى الوجهة، إذا كانت بعض الطرق مزدحمة توفر لك أفضل طريق يجب أن تسلكه، مثل مواقع المطاعم والمصارف، أو الفنادق، أو محطات الوقود، أو المطارات أو أماكن أخرى ذات أهمية، أو أقصر طريق بين الموقعين، أو الخيارات المختلفة للقيادة على الطريق السريع.
الإغاثة في حالات الكوارث: هو أداة ضرورية في التعامل مع الزلازل وحرائق الغابات والفيضانات، إذ تستخدم فرق البحث والإنقاذ تكنولوجيا "نظام التموضع العالمي" و"نظام المعلومات الجغرافية (GIS)، وتكنولوجيا الاستشعار عن بعد، في بناء خرائط لمناطق الكوارث لاستخدامها في عمليات الإنقاذ ونقل المساعدات، إضافة إلى تقييم حجم الدمار الذي نجم عن الكارثة.
GPS والتخطيط العمراني: استُخدِمت تقنية GPS في التخطيط الحضري والمسح الهندسي.
الزراعة: تُستخدم التطبيقات القائمة على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في الزراعة الدقيقة وتخطيط المزارع، ورسم الخرائط الميدانية، وأخذ عينات التربة، وتوجيه الجرارات، واستكشاف المحاصيل.
نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وصيد الأسماك: يمكن دراسة الخرائط الشاملة للتركيزات الرئيسية لموانئ الصيد ونقاط الإنزال على الشاطئ والأسواق والمعالجة والتجميد ونقاط الشحن، والتضاريس الساحلية بمساعدة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
علم الفلك: تُستخدم بيانات المزامنة الموضعية والساعة في حسابات الفلك، وتستخدم في علم الفلك للهواة باستخدام تلسكوب صغير والعديد من الأنظمة والتطبيقات المتنوعة (1,2).

المصادر:

1. Nrcs.usda.gov. 2007. Introduction To Global Positioning Systems (GPS). [online] Available at: هنا [Accessed 1 December 2020].

2. Ali, E., 2020. Global Positioning System (GPS): Definition, Principles, Errors, Applications & DGPS. [online] Researchgate. Available at: هنا [Accessed 1 December 2020].

3. Abulude, F., Akinnusotu, A. and Adeyemi, A., 2015. GLOBAL POSITIONING SYSTEM AND IT's WIDE APPLICATIONS. [online] Researchgate. Available at: هنا [Accessed 1 December 2020].