GPS คืออะไร
GPS ย่อมาจาก Global Positioning System หรือ "ระบบกำหนดตำแหน่งบนโลก"
ชื่อเต็มของระบบนี้คือ NAVSTAR Global Positioning System คำว่า NAVSTAR เป็นอักษรย่อมาจาก Navigation Satellite Timing and Ranging ภาคของคำว่าดาวเทียมสำหรับนำร่อง คือระบบที่ระบุตำแหน่งทุกแห่งบนโลก
เป็นระบบบอกตำแหน่งบนพื้นผิวโลก โดยอาศัยการคำนวณพิกัด จากดาวเทียมระบุตำแหน่ง จำนวน 24 ดวง ที่โคจรอยู่รอบโลก ในระดับสูงประมาณ 20,000 กิโลเมตร ทำให้สามารถชี้บอกตำแหน่งได้ทุกแห่งบนโลกตลอดเวลา 24 ชั่วโมง
จากการความสามารถดังกล่าว ทำให้ระบบดังกล่าวมีประสิทธิภาพ ในการบอกตำแหน่งบนพื้นโลก อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับประชาชนทั่วไป เพราะเดิมทีระบบ GPS เป็นระบบที่ถูกใช้งานการทหารของ กระทรวงกลาโหมของสหรัฐอเมริกา เท่านั้น
ด้วยความสามารถของ GPS ทำให้เราสามารถนำข้อมูลตำแหน่งมาใช้ประโยชน์ได้มากมาย เช่น
1. 1. GPS หาตำแหน่งที่แน่นอนบนพื้นโลกของเรา ป้องกันการหลงทาง, ในการหาจุดอ้างอิงต่างๆ เช่น ร้านอาหารโปรด สถานีตำรวจ
2. 2. GPS ใช้ในการแนะนำเส้นทางไปยังจุดต่างๆ บนโลก ดังที่เราเรียกว่า “ระบบนำทาง” หรือ “Navigator” ซึ่งมีให้กันใช้อยู่ทั่วไปในปัจจุบัน
3. ใช้ในการติดตามบุคคล หรือ ติดตามยานพาหนะ เพื่อใช้ในการตรวจสอบเส้นทางการเดินทาง ที่ผ่านมา
ทั้งนี้ ยังมีประโยชน์อีกมากมายที่จะสามารถประยุกต์ใช้งานได้มากมาย กับระบบ GPS
|
หลักการทำงาน GPS
หลักการของเครื่อง GPS คือ การคำนวณระยะทางระหว่างดาวเทียมกับอุปกรณ์รับ GPS โดยจะต้องทราบตำแหน่งของดาวเทียมแต่ละดวง ประกอบกับได้ระยะทางจากดาวเทียม 3 ดวง ขึ้นไปแล้ว อุปกรณ์ GPS ก็จะสามารถคำนวน หาจุดตัดกันของผิวทรงกลม ของระยะทางของดาวเทียม GPS แต่ละดวงได้
ดังนั้น ในทางทฤษฏี สิ่งที่อุปกรณ์ GPS จำเป็นต้องทราบในการคำนวนหาตำแหน่งแต่ละครั้ง คือ
1. ตำแหน่ง ดาวเทียม GPS ในอวกาศ อย่างน้อย 3 ดวง
2. ระยะห่างจาก ดาวเทียม GPS แต่ละดวง
โดยการจะได้มาซึ่ง ข้อมูลทั้ง 2แบบ ในทางปฏิบัติ คือ
1.การได้มา ซึ่ง ตำแหน่งดาวเทียม GPS ในอวกาศ
การได้มา ซึ่งตำแหน่งดาวเทียม GPS ในอวกาศ จะต้องได้มีข้อมูลประกอบ 2 ตัว คือ
a. ข้อมูลวงโคจร : จะทำให้อุปกรณ์ GPS ทราบว่า เส้นทางการเดินทางของดาวเทียม GPS แต่ละดวงจะอยู่ ณ ตำแหน่งใด เมื่ไร
b. เวลาปัจจุบัน : ซึ่งเมื่ออุปกณ์ GPS ทราบ เวลาปัจจุบัน แล้ว ก็จะใช้เวลาปัจจุบัน ไปคำนวนหาตำแหน่ง ของดาวเทียม GPS จากข้อมูลวงโคจรได้
ดังนั้น เมื่ออุปกรณ์รับ GPS ทราบ ข้อมูลวงโคจร ดาวเทียม GPS และเวลาปัจจุบัน อุปกรณ์รับ GPS ก็จะทราบตำแหน่ง ดาวเทียมในอวกาศได้ ซึ่งข้อมูลทั้งหมด จะได้มาจากสัญญาณดาวเทียมที่อุปกรณ์รับ GPS ตัวนั้นรับได้
2. การได้มา ซึ่ง ระยะห่างของอุปกรณ์รับ GPS กับ ดาวเทียม GPS แต่ละดวง
เนื่องจาก การเตินทางของคลื่นสัญญาณ GPS นั้น จะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่(vคงที่) คือ ความเร็วแสง (186,000ไมล์ต่อวินาที) ซึ่งเมื่อเป็นดังนั้น ถ้าอุปกรณ์รับ GPS รู้ระยะเวลา(t) ที่สัญญาณใช้ในการเดินทางจาก ดาวเทียม GPS มายังอุปกรณ์รับ GPS ก็จะสามารถคำนวนระยะทางระหว่าง ดาวเทียม GPS กับ อุปกรณ์รับ GPS ได้ จากสูตร
ความเร็ว X เวลา = ระยะทาง
ซึ่งเมื่อเราทราบระยะห่างของดาวเทียมกับอุปกรณ์ GPS มากเท่าไร เราก็จะหาจุดของผิวทรงกลม ทำให้อุปกรณ์ GPS สามารถทราบว่าตัวเองอยู่นะจุดใดบนพื้นโลกได้ เช่น
ดาวเทียม GPS 1 : ลอยอยู่ ณ จุดหนึ่งในอวกาศ ซึ่งเรารู้ตำแหน่ง จากข้อมูลวงโคจร GPS และ เวลาปัจจุบัน ระยะเวลาในการส่งสัญญาณจากดาวเทียมดวง GPS 1 ถึงเครื่องรับ GPS คือ 0.10 วินาที ระยะทางระหว่างดาวเทียมกับ GPS 1 คือ 18,600 ไมล์ (186,000 ไมล์ต่อวินาที X 0.10 วินาที = 18,600 ไมล์)
ดังนั้น ตำแหน่งปัจจุบัน ของเครื่องรับ GPS ก็จะสามารถเป็นจุดใดๆ ก็ได้ บนผิวทรงกลมที่มีรัศมี 18,600 ไมล์
รูปโลก โดน สัมผัสด้วยทรงกลม ใส
ดาวเทียม GPS 2 : ระยะเวลาในการส่งสัญญาณจากดาวเทียมดวง GPS 2 ถึงเครื่องรับ GPS คือ 0.08 วินาที ระยะทางระหว่างดาวเทียมกับ GPS 2 คือ 13,200 ไมล์ (186,000 ไมล์ต่อวินาที X 0.08 วินาที = 13,200 ไมล์)
ดังนั้น ตำแหน่งปัจจุบัน ของเครื่องรับ GPS ก็จะสามารถเป็นจุดใดๆ ก็ได้ บนเส้นรอบวงที่เป็นการตัดกันของ ทรงกลมรัศมี 18,600ไมล์ ของดาวเทียม GPS 1 กับ ทรงกลมรัศมี 13,200ไมล์ ของดาวเทียม GPS 2
รูปโลก โดน สัมผัสด้วยทรงกลม ใส 2 วง
ดาวเทียม GPS 3 : ระยะเวลาในการส่งสัญญาณจากดาวเทียมดวง GPS 3 ถึงเครื่องรับ GPS คือ 0.06 วินาที ระยะทางระหว่างดาวเทียมกับ GPS 3 คือ 11,160 ไมล์ (186,000 ไมล์ต่อวินาที X 0.06 วินาที = 11,160 ไมล์)
ดังนั้น ตำแหน่งปัจจุบัน ของเครื่องรับ GPS ก็จะสามารถเป็นได้แค่ 2 จุด ที่เกิดจากจุดตัดของ ผิวทรงกลมรัศมี 18,600ไมล์ ของดาวเทียม GPS 1 กับ ผิวทรงกลมรัศมี 13,200ไมล์ ของดาวเทียม GPS 2 และ ผิวทรงกลมรัศมี 11,160 ไมล์ ของดาวเทียม GPS3
รูปโลก โดน สัมผัสด้วยทรงกลม ใส 3 วง
ดังนั้น หากอุปกรณ์ GPS ยิ่งสามารถรับสัญญาณจากดาวเทียม GPS มากดวงเท่าไร ก็จะยิ่งสามารถ ระบุตำแหน่งได้แม่นยำยิ่งขึ้น
ในกรณี ที่อุปกรณ์รับ GPS สามารถรับสัญญาณ GPS ได้จากดาวเทียม GPS เพียง 3 ดวง อุปกรณ์รับ GPS จะมีความสามารถในการประมาณตำแหน่งบนพื้นโลกได้ และจะตัดจุดที่ไม่ใช่ตำแหน่งบนพื้นโลกทิ้งไป ทำให้เหลือเพียงตำแหน่งแหน่งเดียวที่เป็นไปได้
จะเห็นได้ว่าจะเหลือตำแหน่งอยู่ 2 จุดที่บริเวณวงกลมทั้ง 3 ตัดกันคือตำแหน่งที่ อยู่ในอวกาศซึ่งแน่นอนว่าเราไม่สามารถไปอยู่ในอวกาศได้ตำแหน่งนี้จะถูกตัดทิ้งอัตโนมัติ โดยเครื่อง GPS อีกตำแหน่งคือตำแหน่งบนพื้นโลกซึ่งเป็นตำแหน่งที่เรายืนถือเครื่อง GPS อยู่นั้นเองซึ่งความถูกต้องแม่นยำของตำแหน่งก็ขึ้นกับจำนวนดาวเทียมที่สามารถรับ สัญญาณ ได้ในขณะนั้นหากมีมากกว่า 3 ดวงก็จะละเอียดมากขึ้น และก็ขึ้นกับเครื่อง GPS ด้วย หากเป็นเครื่องที่มีราคาแพง ( ซึ่งมักใช้เฉพาะงาน) ก็จะมีความถูกต้องแม่นยำมากขึ้น
GPS แบบ Navigator คือ อะไร
GPS แบบ Navigator คือ ระบบนำทางซึ่งในปัจจุบันเราจะพบมากทั้งในมือถือ PDA หรือแม้กระทั่งในรถยนต์ที่มีการเสริมในส่วนของระบบนำทางเข้าไป ซึ่งระบบ GPS แบบ Navigator นั้น โดยทั่วไปจะมีวิธีการโดยทั่วๆไปเหมือนกัน ดังนี้นะครับ
ระบบ GPS แบบ Navigator นั้นจะใช้ ดาวเทียมในการส่งค่าเพื่อคำนวณตำแหน่งและพิกัดโดยใช้ตัวรับสัญญาณ GPSเพื่อเป็นการบอกตำแหน่งที่อยู่บนพิกัดโลก ซึ่งใช้ในการคำนวณจากตำแหน่งที่อยู่ปัจจุบันไปยังจุดหมายปลายทาง ซึ่งจะใช้งานร่วมกับ “ระบบแผนที่” โดยการใช้วิธีจับคู่ตำแหน่งต่างๆที่อ่านได้จากดาวเทียมกับค่าพิกัดในระบบแผนที่ทั้งนี้อาจอาศัยเซ็นเซอร์อื่นๆช่วยในการคำนวณระยะทางที่เดินทางได้แน่นอนขึ้น
ภาพรวมการทำงานของระบบ GPS แบบ Navigator
การทำงานของระบบ GPS แบบ Navigator นั้น จะใช้ Software ตัวขับเคลื่อนพื้นฐาน ในตัวของ GPS ทำงานร่วมกับระบบแผนที่ ซึ่งในตัวของ GPS แบบ Navigator ซึ่งตัว Software และ ระบบแผนที่นี่เองเป็นจุดแตกต่างของ GPS ในแต่ละยี่ห้อ แต่ทั้งนี้ Software ตัวหลักในการประมวลผลนั้นมีด้วยกัน ดังนี้ครับ
· GPS receiver & positioning system
· Map drawer
· Address search
· Route calculator
· Voice guidance
· On Board/Off board Navigation
GPS receiver & positioning system
จะเป็นระบบที่คอยรับค่าพิกัดโลกจากดาวเทียม ซึ่งต้องอาศัยดาวเทียมอย่างน้อย 3 ดวงในการประมวลผลเพื่อที่จะสามารถบอกพิกัด แบบละติจูดและลองติจูดของตัวนำทางในการหาตำแหน่งของตัวนำทางและนำค่าพิกัดมาแสดงผลในระบบนำร่อง
Map drawer
Map drawer จะเป็นแผนที่ที่ปรากฎอยู่ในระบบนำร่องซึ่งจะได้มาจากบริษัทที่ผลิตอุปกรณ์ GPS ซึ่งในแต่ละบริษัทก็อาจจะมีสัญลักษณ์และความละเอียดแตกต่างกันไป
Address search
Address search เป็น software ที่ใช้ในการค้นหาตำแหน่งที่อยู่ต่างๆที่เราสนใจ (User Location) รวมถึงใช้หาจุดPOI (Point of Interest) ซึ่งข้อมูลต่างๆนั้นเป็นข้อมูลพื้นฐานที่บริษัททำแผนที่ได้ทำไว้ โดยซอฟแวร์ส่วนที่ทำการค้นหาที่อยู่และ POI จะทำการค้นหาจากระบบดาตาเบสที่ได้เก็บข้อมูลไว้ในตัว GPS เพื่อใช้ในการประมวลผล ซึ่งแยกกันอยู่คนละส่วนกับMap drawer และอาจจะเสนอในรูปแบบฟังก์ชันในรูปแบบต่างๆกันในแต่ละบริษัท เช่น ฟังก์ชั่นการค้นหาอย่างฉลาด เป็นต้น การค้นหา POI ประเภทต่างๆ จากระยะทางหรือในเมืองนั้นๆ POI อาจมีการใส่เข้าไปได้เองตามแต่ชนิดของ GPS
หมายเหตุ POI จะเป็นจุดที่แสดงบนแผนที่อยู่แล้วเช่นวัด ร้านอาหาร ห้างสรรพสินค้า เป็นต้น ส่วน User Location นั้นจะเป็นจุดที่ผู้ใช้งานสนใจหรือกำหนดไว้เป็นจุดเริ่มต้น หรือ จุดหมายปลายทาง
Route calculator
Route calculator เป็น Software ที่ใช้คำนวณระยะทางจากจุดเริ่มต้น ไปยังตำแหน่งที่ผู้ใช้กำหนด
Voice guidance
Voice guidance คือ เสียงพูดที่คอยบอกทางซึ่งจะแตกต่างกันในแต่ละยี่ห้อของ GPS เช่น “อีก 100 เมตร เลี้ยวซ้าย”
On Board/Off Board Navigation
On Board Navigation จะเป็น Software ที่ช่วยในการตรวจสอบเส้นทาง เช่น เมื่อเราได้ทำการกำหนดจุดเริ่มต้นและจุดหมายให้กับ GPS แบบ Navigator แล้ว ภายในตัว GPS จะทำการจดจำเส้นทาง เมื่อเราขับรถออกนอกเส้นทางที่ได้ทำการคำนวณไว้ On Board จะทำการส่งเสียงเตีอนและหาเส้นทางใหม่โดยอัตโนมัติจะใช้ในระบบนำทางในรถยนต์(Car Navigation System) โดยเป็นระบบ Real time ส่วน Off Board Navigation จะแตกต่างจาก On Board เล็กน้อยเพราะระบบ Off Boardไม่ใช่ระบบ Real time แอปพลิเคชันเท่าที่ปรากฏให้เห็นคือ ระบบนำทางที่ใช้ใน มือถือหรือ PDA ผ่านระบบ GPRS ซึ่งไม่มีความจำเป็นต้องใช้แบบ Real time นั่นเอง
นอกจาก Software ต่างๆแล้วอีกตัวที่จะขาดไม่ได้เลยในระบบ GPS แบบ Navigator คือ “ระบบแผนที่”
ระบบแผนที่
ระบบแผนที่ คือ แผนที่ที่ใช้ในระบบนำทางหรือ GPS แบบ Navigator ซึ่งในปัจจุบันยังไม่มีมาตรฐานอย่างเป็นทางการส่วนใหญ่แผนที่ที่นิยมใช้กันโดนทั่วไปจะมาจาก 2 บริษัทยักษ์ใหญ่ คือ แผนที่จากบริษัทนาฟเทค (NavTeq) และจากบริษัทเทเลเอตลาต (Tele Atlas) แต่นอกจาก 2 บริษัทนี้ก็ยังมีบริษัทอื่นๆอีกแต่ไม่เป็นที่นิยม เนื่องจากข้อมูลของแผนที่แต่ละประเทศมีขนาดข้อมูลมหาศาลและใช้เนื้อที่ในการเก็บขนาดใหญ่ ทำให้ไม่สามารถนำข้อมูลทุกอย่างที่เพื่อใช้ในซอฟแวร์ของระบบนำร่องได้จึงได้มีการนำข้อมูลแผนที่นั้นมาทำการจัดเรียงใหม่เพื่อความเหมาะสม เพื่อประโยชน์ในเรื่องขนาดของแผนที่ๆต้องนำไปใช้ตลอดจนความรวดเร็วในการเข้าอ่านและประมวล ผลข้อมูล
GPS แบบ Tracking คืออะไร
ระบบติดตามยานพาหนะ หรือ ระบบติดตามบุคคล
|
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น