اقتصر استخدام نظام GPS منذ سنواتٍ عدة على المجالات العسكرية، لتصبح في أيامنا هذه تكنولوجيا أساسية نعتمد عليها في كثيرٍ من المجالات أهمّها تعقّب مواقع الأشياء والأفراد، حيث زوّدت معظم الشركات منتجاتها بهذه التقنيّة حتى بتنا نراها في السيارات والطائرات وحتى الهواتف الذكية.

تعريف نظام GPS

نظام GPS هو اختصار لعبارة Global Positioning System والتي تعني نظام تحديد الموقع العالمي، و نظام GPS هو نظام ملاحة عبر الأقمار الصناعيّة يُستخدم لتحديد مواقع الأجسام على الأرض. وأوّل من استخدم هذه التقنيّة هي وزارة الدفاع الأمريكية في فترة الستينيات لأغراضٍ عسكرية ثمّ ما لبثت أن استُخدمت في المجالات المدنيّة خلال العقود القليلة التالية.1

كيف يتم تحديد المواقع

نظام GPS يتضمن 24 قمرًا صناعيًا منتشرًا في الفضاء على بعد 12000 ميل (19300 كيلومتر) فوق سطح الأرض وتدور حولها دورةً كاملةً كل 12 ساعة بسرعة تبلغ حوالي 7000 ميل في الساعة (11200 كيلومتر في الساعة). وتنتشر هذه الأقمار الصناعية في الفضاء بحيث يمكن الوصول إلى أربعةٍ منها من خلال خط نظر مباشر من أيّ مكانٍ في العالم.

يُرسل كل قمرٍ صناعي من أقمار نظام GPS رسالةً تتضمّن الموقع الحالي للقمر ومداره ووقت الإرسال، ويُجمّع جهاز استقبال نظام GPS الإشارات الصادرة عن الأقمار الصناعية ليحسب موقعها بدقّة من خلال عمليةٍ حسابيةٍ تدعى التثليث، حيث يلزم 3 أقمار صناعية لتحديد موقع جهاز الاستقبال والاتصال مع القمر الصناعي الرابع مطلوب لأنّه سيُعطي نتيجةً أكثر دقّة.

ليعمل جهاز ال GPS بشكلٍ صحيحٍ عليه الاتصال أولًا مع عددٍ من الأقمار الصناعيّة والتي تستغرق من عدّة ثواني إلى عدّة دقائق تبعًا لقوّة جهاز الاستقبال. تستخدم معظم أجهزة نظام GPS خاصيّة حفظ الموقع بشكلٍ مؤقّت لتسريع عملية تحديد نظام GPS حيث يمكن لجهاز GPS أن يُحدد بشكلٍ أسرع أي الأقمار الصناعية المتاحة في المرة القادمة من خلال البحث عن إشارة ال GPS.

هل يعتبر نظام GPS دقيقًا

ما يُميّز أجهزة استقبال ال GPS أنّها عالية الدّقة نتيجةً لتصميمها ذو القنوات المتوازية المتعددة والمعروفة بسرعتها ودقّتها بالرغم من تأثير بعض العوامل كالضوضاء والاضطرابات في طبقات الجو على دقة أجهزة استقبال ال GPS في كثيرٍ من الأحيان.

يمكن الوصول إلى دقّةٍ أفضل باستخدام تقنية GPS التفاضلية (DGPS) والقادرة على تصحيح إشارات ال GPS بدقة تتراوح من 3 إلى 5 أمتار.

تتضمن هذه التقنية أبراجًا مرتّبةً بطريقةٍ معيّنة لتساعد في الحصول على إشارات GPS وبثّ إشارات دقيقة للغاية عن طريق أجهزة إرسال مُرشدة، وللحصول على نفس الإشارة يجب على المستخدمين الاعتماد على أجهزة استقبال تفاضليّة وهوائيات مُرشدة للاستفادة من تقنيّة ال GPS.

العوامل التي تؤثّر على دقّة إشارات نظام GPS

  • طبقات الأيونوسفير والتروبوسفير: تقلّ سرعة إشارة القمر الصناعي أثناء مرورها في طبقات الغلاف الجوي، لذلك يستخدم نظام GPS نمطًا معيّنًا في حساب الفترة الزمنيّة التي تحدث خلالها الإعاقة للاستفادة منها في تصحيح انخفاض الدقّة.
  • تعدد طرق الإشارات: يحدث هذا الخطأ عندما تنعكس الإشارة عن الأجسام المختلفة كالأبنية الضخمة والصخور الكبيرة قبل أن تصل إلى جهاز الاستقبال، مما يزيد الفترة التي تستغرقها الإشارة للانتقال مما يؤدي لحدوث الأخطاء وانخفاض مستوى الدّقة.
  • الأخطاء المتعلّقة بمدار القمر الصناعي: وتُعرف أيضًا باسم أخطاء التقويم الفلكية والتي تُستخدم لحساب مستوى انخفاض الدّقة في تحديد مكان القمر الصناعي.
  • عدد الأقمار الصناعية المُشاهدة: تعتمد الدّقة على عدد الأقمار الصناعية التي يراها جهاز الاستقبال، حيث تؤثّر عواملٌ مختلفةٌ كالأبنية والتضاريس الطبيعية والتشويش الإلكترونية على دقّة الإشارة وعلى عملية الاستقبال مما يتسبب بأخطاءٍ في تحديد الموقع وأحيانًا قد لا يُتاح قراءة الإشارة كلّها. فمن المعلوم أنّ هذه التقنية لا تعمل داخل الأبنية أو تحت الارض أو تحت الماء.2

بعض استخدامات نظام تحديد المواقع العالمي

  • الملاحة: تستخدم معظم الطائرات الحديثة أجهزة GPS لتزويد الطيارين والمسافرين بموقع الطائرة الحقيقي ولتقديم خريطة بمختلف الاتجاهات تبعًا لمكان عمل الطائرة. كما يعتمد مشغلو الخطوط الجويّة على تقنيّة ال GPS لتحديد الطريق الأسرع والأكثر أمانًا والأقل استهلاكًا للوقود لتسلكه الطائرة، إضافةً لاستخدام هذه التقنيّة في تتبّع الرحلات الجويّة وتوجيه الطيّار في الحالات التي تستدعي ذلك كسوء الأحوال الجويّة.
  • الزراعة:
  • يلتزم المزارعون بأوقاتٍ محددةٍ للزراعة والحصاد وغيرها، ونظرًا لتكرار هذه الأعمال في أوقاتٍ معينة وضع المزارعون أجهزة استقبال ال GPS على الجرارات وبقية المعدّات الزراعيّة مما سمح لهم بجدولة أعمالهم وزراعاتهم لتتمّ في الوقت ذاته خلال المواسم القادمة. وقد حقّقت هذه التقنية نجاحًا باهرًا خاصةً في الأحوال الجويّة السيّئة كانتشار الضباب، حيث ستستمر الآلات بالعمل لأن نظام GPS هو من يوجهها.
  • الاتصالات السلكيّة واللاسلكيّة: تستخد أنظمة الاتصالات المختلفة وخاصةً الهواتف المحمولة نظام GPS لتؤمّن لمستخدميها مستوى عالٍ من العمليات الدقيقة والموثوقة والمستقرّة، حيث يدعم نظام GPS تقسيمات المناطق الزمنيّة بمساعدة إشارات القمر الصناعي.
  • التعاملات الماليّة: تعتمد الكثير من المنظمات الماليّة على نظام GPS لجدولة وتحديد حركة نقل الأموال المحليّة والدولية، وبما أنّ حوالي 80% من التعاملات المالية تتمّ من خلال البطاقات الإئتمانيّة والحسابات المصرفيّة؛ فمن السهل تحديد أوقات تلك العمليات بدقّةٍ أكبر.3

المراجع