Oggi, probabilmente, non c'è persona che non abbia sentito parlare del GPS. Tuttavia, non tutti hanno una comprensione completa di cosa sia. Nell'articolo cercheremo di capire cos'è il sistema di posizionamento globale, in cosa consiste e come funziona.
Cronologia
Il sistema di navigazione GPS fa parte del complesso Navstar, sviluppato e gestito dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. Il progetto del complesso iniziò ad essere attuato nel 1973. E già all'inizio del 1978, dopo aver superato con successo i test, lo misero in funzione. Nel 1993, 24 satelliti erano stati lanciati intorno alla Terra, coprendo completamente la superficie del nostro pianeta. La parte civile della rete militare Navstar divenne nota come GPS, che sta per Global Positioning System ("sistema di posizionamento globale").
La sua base è composta da satelliti che si muovono su sei orbite circolari. Sono larghe solo un metro e mezzo e lunghe poco più di cinque metri. Il peso in questo caso è di circa ottocentoquaranta chilogrammi. Tutti forniscono prestazioni complete ovunque sul nostro pianeta.
Il monitoraggio viene effettuato dalla stazione di controllo principale, situata nello stato del Colorado. C'è la base aerea di Schriver, la cinquantesima forza spaziale.
Ci sono più di dieci stazioni di rilevamento sulla Terra. Si trovano sull'isola di Ascensione, Hawaii, Kwajalein, Diego Garcia, Colorado Springs, Cape Canaveral e altri luoghi, il cui numero cresce ogni anno. Tutte le informazioni ricevute da loro vengono elaborate presso la stazione principale. I dati aggiornati vengono caricati ogni ventiquattro ore.
Questo posizionamento globale è un sistema satellitare gestito dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. Funziona con qualsiasi tempo e trasmette costantemente informazioni.
Principio di funzionamento
I sistemi di posizionamento globale GPS funzionano in base ai seguenti componenti:
- trilaterazione satellitare;
- campo satellitare;
- riferimento orario esatto;
- posizione;
- correzione.
Diamo un'occhiata più da vicino.
La trilaterazione è il calcolo della distanza dei dati di tre satelliti, grazie al quale è possibile calcolare la posizione di un determinato punto.
Ranging indica la distanza dai satelliti, calcolata in base al tempo impiegato dal segnale radio per viaggiare da essi al ricevitore, tenendo conto della velocità della luce. Per determinare l'ora viene generato un codice pseudo-casuale, grazie al quale il ricevitore è in grado di correggere il ritardo in qualsiasi momento.
La figura seguente indica una direttaa seconda della precisione dell'orologio. I satelliti hanno orologi atomici con una precisione di un nanosecondo. Tuttavia, a causa del loro costo elevato, non vengono utilizzati ovunque.
I satelliti si trovano a un' altitudine di oltre ventimila chilometri dalla Terra, esattamente quanto necessario per un movimento stabile in orbita e un restringimento della resistenza atmosferica.
Durante il funzionamento del sistema di posizionamento globale nel mondo, vengono commessi errori difficili da eliminare. Ciò è dovuto al passaggio del segnale attraverso la troposfera e la ionosfera, dove la velocità diminuisce, il che porta a errori di misurazione.
Componenti di un sistema di mappatura
Ci sono molti prodotti per sistemi di posizionamento globale e applicazioni di mappatura GIS. Grazie a loro, i dati geografici vengono rapidamente formati e aggiornati. I componenti di questi prodotti sono ricevitori GPS, software e dispositivi di archiviazione dati.
I ricevitori sono in grado di effettuare calcoli con una frequenza inferiore al secondo e una precisione da decine di centimetri a cinque metri, operando in modalità differenziale. Differiscono tra loro per dimensioni, capacità di memoria e numero di canali di tracciamento.
Mentre una persona è ferma o si muove, il ricevitore riceve i segnali dai satelliti ed effettua un calcolo sulla sua posizione. I risultati sotto forma di coordinate vengono visualizzati sul display.
I controller sono computer portatili che eseguono il software necessario per raccogliere i dati. Il software controlla le impostazioni del ricevitore. Le unità hannodiverse dimensioni e tipi di registrazione dei dati.
Ogni sistema è dotato di software. Dopo aver caricato le informazioni dall'unità al computer, il programma aumenta la precisione dei dati utilizzando uno speciale metodo di elaborazione chiamato "correzione differenziale". Il software visualizza i dati. Alcuni di essi possono essere modificati manualmente, altri possono essere stampati e così via.
Posizionamento globale GPS: sistemi che aiutano a raccogliere informazioni da inserire nei database e il software le esporta in programmi GIS.
Correzione differenziale
Questo metodo migliora notevolmente l'accuratezza dei dati raccolti. In questo caso, uno dei ricevitori si trova in un punto di determinate coordinate e l' altro raccoglie informazioni dove sono sconosciute.
La correzione differenziale viene implementata in due modi.
- La prima è la correzione differenziale in tempo reale, dove gli errori di ciascun satellite vengono calcolati e riportati dalla stazione principale. I dati aggiornati vengono ricevuti dal rover, che visualizza i dati corretti.
- La seconda - correzione differenziale in post-elaborazione - si verifica quando la stazione principale scrive le correzioni direttamente su un file nel computer. Il file originale viene elaborato insieme a quello aggiornato, quindi se ne ottiene uno con correzione differenziale.
I sistemi di mappatura Trimble sono in grado di utilizzare entrambi i metodi. Pertanto, se la modalità in tempo reale viene interrotta, resta possibile utilizzarla in post-elaborazione.
Applicazione
GPSapplicato in diversi ambiti. Ad esempio, i sistemi di posizionamento globale sono ampiamente utilizzati nell'industria delle risorse naturali, dove geologi, biologi, forestali e geografi li utilizzano per registrare posizioni e informazioni aggiuntive. È anche un'area di sviluppo infrastrutturale e urbano in cui sono controllati i flussi di traffico e il sistema di utilità.
I sistemi GPS di posizionamento globale sono ampiamente utilizzati anche in agricoltura, descrivendo, ad esempio, le caratteristiche dei campi. Nelle scienze sociali, storici e archeologi li usano per navigare e registrare siti storici.
L'ambito dei sistemi di mappatura GPS non si limita a questo. Possono essere utilizzati in qualsiasi altra applicazione in cui sono necessarie coordinate precise, tempo e altre informazioni.
Ricevitore GPS
Questo è un ricevitore radio che determina la posizione dell'antenna in base alle informazioni sui ritardi temporali dei segnali radio dai satelliti Navstar.
Le misurazioni sono formate con una precisione da tre a cinque metri e, se c'è un segnale da una stazione di terra, fino a un millimetro. I navigatori GPS di tipo commerciale su vecchi campioni hanno una precisione di centocinquanta metri e su quelli nuovi fino a tre metri.
Sulla base di ricevitori, logger GPS, localizzatori GPS e navigatori GPS sono realizzati.
L'attrezzatura può essere personalizzata o professionale. Secondodifferisce per qualità, modalità operative, frequenze, sistemi di navigazione e prezzo.
I ricevitori personalizzati sono in grado di riportare coordinate precise, tempo, altitudine, direzione specificata dall'utente, velocità attuale, informazioni stradali. Le informazioni vengono visualizzate sul telefono o sul computer a cui è collegato il dispositivo.
Navigatori GPS: mappe
Le mappe migliorano la qualità del navigatore. Sono disponibili in tipi vettoriali e raster.
Le varianti vettoriali memorizzano dati su oggetti, coordinate e altre informazioni. Possono presentare un terreno naturale e molti oggetti come hotel, distributori di benzina, ristoranti, ecc., poiché non contengono immagini, occupano meno spazio e funzionano più velocemente.
I tipi di raster sono i più semplici. Rappresentano un'immagine dell'area in coordinate geografiche. È possibile scattare una foto satellitare o scansionare una mappa di tipo cartaceo.
Attualmente, ci sono sistemi di navigazione che l'utente può integrare con i propri oggetti.
Locatori GPS
Un tale ricevitore radio riceve e trasmette dati per controllare e tracciare i movimenti dei vari oggetti a cui è collegato. Include un ricevitore che determina le coordinate e un trasmettitore che le invia a un utente situato a distanza.
I localizzatori GPS arrivano:
- personale, usato singolarmente;
- automobile, collegata a bordoreti automatiche.
Sono usati per determinare la posizione di vari oggetti (persone, veicoli, animali, merci e così via).
Questi dispositivi possono essere utilizzati per sopprimere i segnali che formano interferenze sulle frequenze in cui opera il tracker.
GPS-logger
Queste radio sono in grado di funzionare in due modalità:
- ricevitore GPS normale;
- logger, registrando le informazioni sul percorso che è stato percorso.
Possono essere:
- portatile, dotato di una batteria ricaricabile di piccole dimensioni;
- automobile, alimentata dalla rete di bordo.
Nei moderni modelli di logger è possibile registrare fino a duecentomila punti. Si suggerisce inoltre di segnare eventuali punti lungo il percorso.
I dispositivi vengono utilizzati attivamente nel turismo, nello sport, nel monitoraggio, nella cartografia, nella geodesia e così via.
Posizionamento globale oggi
Sulla base delle informazioni fornite, si può concludere che tali sistemi sono già utilizzati ovunque e l'ambito tende ad essere ancora più diffuso.
Il posizionamento globale copre il settore dei consumi. L'utilizzo delle ultime innovazioni tecniche rende il sistema uno dei più ricercati in questo segmento di mercato.
Insieme al GPS, GLONASS viene sviluppato in Russia e Galileo in Europa.
Allo stesso tempo, il posizionamento globale non è privo di inconvenienti. Ad esempio, in un appartamento di un edificio in cemento armato, in un tunnel o in un seminterrato, determinare la posizione esattaimpossibile. Tempeste magnetiche e sorgenti radio a terra possono interferire con la normale ricezione. Le mappe di navigazione diventano rapidamente obsolete.
Lo svantaggio più grande è che il sistema è completamente dipendente dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, che in qualsiasi momento può, ad esempio, attivare interferenze o disattivare del tutto la parte civile. Pertanto, è così importante che oltre al sistema di posizionamento globale GPS e GLONASS, si stiano sviluppando anche Galileo.
