طريقة عمل نظام تحديد المواقع العالمي

نظام تحديد المواقع هو واحد من أبرز أعمال التكنولوجيا في العصر الحديث وقد سهل الكثير علينا والذي يرمز له بالرمز GPS. هذا النظام يتخصص في الملاحة وتحديد المواقع القريبة أو على الأرض من خلال الأقمار الصناعية.لقد استطاعت الولايات المتحدة الأمريكية أن تقوم بإنشاء هذا النظام وتجعله مجاني الوصول لأي شخص يمتلك ميزة تحديد المواقع على هاتفة أو جهازة. هذا النظام يعمل بواسطة ما يقرب من 24 قمر صناعي وبذلك فقد استطاعت الحكومة الأمريكية أن تتغلب على معظم قيود وعقبات الملاحة في السابق. كما ان هُناك أجيل قادمة من تحديث نظام تحديد المواقع الحالي سوف تكون شاملة للكثير من أعمال التطوير والتحديث.

لقد كان هذا البرنامج في البداية يتبع الجيش الأمريكي ومخصص للأغراض العسكرية ولكن بعد أن إزدادت نسبة حوادث الطائرات التي شهدها العالم، وأصبح من الصعب على الحكومات تحديد أماكن سقوطها والتعرف على اماكنها، فقد فكرت الإدارة الأمريكية في تطوير هذا النظام كي يكون شامل عامة الناس ويخدهم وتم بعد ذلك إطلاق برنامج تحديد المواقع GPS.

كيف يُمكن تعريف نظام تحديد المواقع 

لقد تم تعريف نظام تحديد المواقع على أنه نظام الملاحة المدعوم عبر الأقمار الصناعية وهو يتخصص في توفير معلومات صحيحة ودقيقة عن الموقع والتوقيت في جميع الأجواء كما يُحدد تلك المعلومات على أي مكان بالقرب من أو على الأرض. هذا النظام يمنح كافة طوائف الدولة مميزات عظيمة سواء للعسكريين أو المدنيين أو التجار. كل فئة سوف تحتاج هذا النظام سواء في أعمالها الحرة والخاصة أو في حياتها اليومية. التطور التكنولوجي الذي يتم كل يوم هو من ساعد في تحديث وتطوير هذا النظام إلى ما نحن عليه اليوم.

هُناك أنظمة ملاحة وتحديد مواقع أخرى مثل نظام الملاحة الروسي ولكنه لا يشمل كافة النقاط على الكرة الأرضية ولا يستطيع تغطيتها مقارنة بنظام GPS . وعلى جانب آخر توجد أنظمة يتم تطويرها في الوقت الحالي مثل نظام غاليليو والذي يتبع الإتحاد الأوروبي ومدعوم من 30 قمر صناعي بينهم ما هو بالخدمة والآخر على وضع الاحتياط.

كيف يعمل نظام تحديد المواقع 

نظام تحديد المواقع يتكون من جزئين وهما المرسل والمستقبل، ويمكن تقسيم تلك الأجزاء على أن المُرسل هي تلك الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض وتكون على بعد مستويات مختلفة عن الأرض وتدور حول الأرض مرتين في اليوم. وفي كل مستوى من الأقمار الصناعية توجد ثلاثة أقمار صناعية وذلك من أجل مزيد من الدقة في تحديد الإشارات.

وعند طلب تحديد الموقع من جهاز الإرسال، فإنه في نفس الوقت يقوم باستقبال إشارات مختلفة من الأقمار الصناعية ويتم بعد ذلك طرح قيمة زمن استقبال الأشارة من الأقمار الصناعية من زمن إرسالها وبذلك يستطيع جهاز GPS أن يحسب بعد المستقبل عن كل قمر صناعي. كما أن كل قمر صناعي يكون له مكان محدد في الفضاء والذي يكون جهاز GPS على علم مُسبق به. ويتم حساب زمن إرسال الإشارات من ثلاثة أقمار صناعية على الأقل حتى يتم تحديد المكان بدقة.

تحتوي الأقمار الصناعية على ساعات ذرية عالية الدقة تُمكنه من حساب الوقت بمنتهى الدقة وإرساله إلى المستقبل، ولكن توجد مُشكلة في عدم وجود تلك الساعات الدقيقة في أجهزة الاستقبال، لذلك يتم حل تلك المشكلة يحساب الوقت في أجهزة GPS من خلال إعادة إرسال الإشارة إلى قمر صناعي رابع ومن خلال بعض العمليات الحسابية والمعادلات الرياضية يتم حساب الوقت بدقة وبالتالي يتم الحصول على الموقع.

أجهزة GPS تقوم بإرسال الإشارات إلى العديد من الأقمار الصناعية وفي النهاية يتم اختيار بعض الأقمار من بينهم من أجل تحديد الموقع في النهاية. وإذا تم تلخيص آلية عمل نظام تحديد المواقع GPS فإننا سوف نجد بأنه يعتمد على أربعة أقمار صناعية من مُرسلات ومستقبلات الإشارات ويُعتبر ذلك أمر طبيعي ومنطقي للغاية في تحديد الموقع، والسبب في ذلك هو أنه عند استقبال أشارة المكان من قمر واحد، فإنك لن تستطيع تحديد المسافة والمكان بدقة في الحيز المفتوح الذي تتواجد به سواء شمالاً او شرقاً أو شمالاً أو جنوباً. ومع استقبال إشارات من أقمار صناعية أخرى فإنك تستطيع أن تحدد مكانك من إتجاهات أخرى وبذلك فإن تقاطع إشارات تلك الأقمار مع بعضها  سوف يقوم بتحديد المكان بدقة.

يقوم كل قمر صناعي بصناعة سطح كروي فوق سطح الأرض، وعند تقاطع عدد ثلاثة أقمار صناعية في نقطة عند طلب تحديد المكان، فإن تلك النقطة يقوم جهاز الاستقبال GPS ترجمة تلك النقطة إلى الموقع الحالي الذي يتواجد به. ومن أجل مزيد من الدقة في حساب وتحديد المكان، فهناك بعض العوامل التي يتم الإعتماد عليها والأخذ بها مثل مدى تأثير الغلاف الجوي على إرسال واستقبال الإشارات بالإضافة إلى مجال الجاذبية الأرضية.

أهم الاستخدامات في نظام تحديد المواقع GPS

هُناك عدد كبير من الاستخدامات التي لا حصر لها في نظام تحديد المواقع والتي تشمل كافة المجالات العسكرية والترفيهية والتجارية، ويُمكن تحديد أهمية نظام GPS في تطبيقات مختلفة من أهمها: –

• يدخل نظام GPS في مجال الجيوديسيا والجيولوجيا الأرضية
• يوفر فائدة كبيرة في ملاحة القيادة بالنسبة للسيارات وإرشاد السائقين إلى الموقع المطلوب.
• يُستخدم بشدة في مجال الملاحة الجوية المدنية وتحديد مواقع الطائرات.
• يُستخدم بشكل أساسي في جميع الأنظمة العسكربة بعيدة المدى.
• يُستخدم في رسم الخرائط وإجراء عمليات المسح الشاملة للأرض وأخذ قياسات دقيقة لمسافات بعيدة على أرض بسهولة.