ما هو نظام الجى بى اس GPS ؟ كل ما تحتاج معرفته

الجى بى اس موجود في كل مكان، تستطيع العثور على نظام الجى بى اس GPS في سيارتك وهاتفك الذكي وساعتك وتعتمد على نظام الـ GPS في الوصول إلى وجهتك، ولكن ما هو الجى بى اس GPS؟ اقرأ هذه المقالة لمعرفة كل شئ حول نظام الجي بي إس وكيفية عمله وفيما يستخدم وما أهميته وهل هناك أنظمة أخرى منافسة؟

ما هو نظام الجى بى اس GPS ؟ (معلومات عامة)

الجى بى اس GPS أو نظام تحديد المواقع أو كما يطلق عليه نظام التموضع العالمي، هو نظام عالمي للملاحة يستخدم الأقمار الصناعية وجهاز استقبال وخوارزميات لمزامنة بيانات الموقع والسرعة والوقت للسفر الجوي والبحري والبري.

ويعتمد الجى بى اس على مجموعة مكونة من 24 قمرا صناعيا في ستة مستويات مدارية مركزها الأرض، لكل منها أربعة أقمار صناعية، تدور على ارتفاع 13000 ميل (20000 كم) فوق الأرض وتنتقل بسرعة 8700 ميل في الساعة (14000 كم / ساعة).

استخدام الجي بي اس لتحديد المواقع

وقد تتسائل، لماذا كل هذا العدد من الأقمار الصناعية وفي الحقيقة، نحتاج فقط إلى ثلاثة أقمار صناعية من أجل تحديد أي موقع على الأرض ولكن غالبًا ما يتم استخدام قمر صناعي رابع للتأكد من صحة المعلومات القادمة من الأقمار الثلاثة الأخرى كما يتم الإستفادة من القمر الصناعي الرابع لإنتاج صورة مجسمة تضم معلومات ثلاثية الأبعاد وتشمل الطول والعرض والإرتفاع للموقع والوقت.

بحث عن gps بالعربية

يتكون نظام تحديد المواقع العالمي أو الجى بى اس (GPS) من ثلاثة أجزاء مختلفة والتي تعمل معًا لتوفير معلومات الموقع والأجزاء الثلاثة لنظام تحديد المواقع العالمي GPS هي:

الفضاء

ويقصد به الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض وترسل إشارات إلى المستخدمين على الموقع الجغرافي والوقت من اليوم.

التحكم الأرضي

وتعني محطات المراقبة والسيطرة والرصد على الأرض والتي تعمل على تتبع وتشغيل الأقمار الصناعية في الفضاء ومراقبة عمليات الإرسال وتوجد محطات مراقبة في كل قارة بالعالم تقريبًا بما في ذلك أمريكا الشمالية والجنوبية وأفريقيا وأوروبا وآسيا وأستراليا.

معدات المستخدم

وهي عبارة عن أجهزة الاستقبال التي نمتلكها ونستخدمها لتلقي البث من الأقمار الصناعية وتشمل أجهزة الاستقبال السيارات والساعات والهواتف الذكية والأجهزة التي تعمل عن بُعد.

شرح ما هو جي بي اس؟ وكيف يعمل؟

كما قلنا فإن جى بي اس يعمل على تحديد الموقع والوقت ويعمل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من خلال تقنية تسمى التثليث والتي يتم استخدامها لحساب الموقع والسرعة والارتفاع وتجمع الإشارات من الأقمار الصناعية لإخراج معلومات الموقع.

ترسل الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض إشارات لتتم قراءتها وتفسيرها بواسطة جهاز جي بي اس موجود على سطح الأرض أو بالقرب منه ولحساب الموقع، يجب أن يكون جهاز الجي بي إس GPS قادرًا على قراءة الإشارة من أربعة أقمار صناعية على الأقل.

ويدور كل قمر صناعي في الشبكة حول الأرض مرتين يوميًا ويرسل كل قمر صناعي إشارة فريدة ومعلمات مدارية ووقت ويمكن في أي لحظة لجهاز جى بى اس قراءة الإشارات من ستة أقمار صناعية أو أكثر.

يبث قمر صناعي واحد موجات ميكروويف يلتقطها جهاز جى بى اس ويستخدمها لحساب المسافة من جهاز الجى بى اس إلى القمر الصناعي. نظرًا لأن جهاز GPS لا يعطي سوى معلومات حول المسافة من القمر الصناعي فلا يمكن لقمر صناعي واحد توفير الكثير من معلومات الموقع. لا تقدم الأقمار الصناعية معلومات حول الزوايا لذلك يمكن أن يكون موقع جهاز GPS في أي مكان على مساحة سطح الكرة.

عندما يرسل قمر صناعي إشارة، فإنه ينشئ دائرة بنصف قطر يقاس من جهاز GPS إلى القمر الصناعي وعندما نضيف قمرًا صناعيًا ثانيًا، فإنه ينشئ دائرة ثانية ويتم تضييق الموقع إلى نقطة من نقطتين حيث تتقاطع الدوائر وباستخدام قمر صناعي ثالث، يمكن تحديد موقع الجهاز والذي يقع عند تقاطع الدوائر الثلاث وهكذا ترسم الأقمار الصناعية عالم ثلاثي الأبعاد، وينتج عن تقاطع المجالات الثلاثة للأقمار نقطتي تقاطع ويتم اختيار النقطة الأقرب للأرض.

ما هي استخدامات الجى بى اس ؟

يتم الاعتماد على نظام الجى بى اس في العديد من المجالات والصناعات المختلفة ومع ذلك، هناك خمسة استخدامات رئيسية لنظام تحديد المواقع العالمي GPS:

• الموقع - تحديد المكان.
• الملاحة - الانتقال من مكان إلى آخر.
• التتبع - مراقبة وتتبع أي كائن.
• رسم الخرائط - إنشاء خرائط العالم.
• التوقيت - أخذ قياسات زمنية دقيقة.

هذه هي الإستخدامات الرئيسية وإليك بعض بعض الأمثلة التي نستعرض فيها استخدامات الجي بي إس:

• الاستجابة للطوارئ: أثناء الطوارئ أو الكوارث الطبيعية، يستخدم المختصون نظام الجى بى اس  لرسم الخرائط ومتابعة الطقس والتنبؤ به وتتبع وتحديد مكان موظفي الطوارئ.
• في الاتحاد الأوروبي وروسيا والإمارات: تعتمد خدمة eCall على نظام الملاحة الروسي GLONASS (وهو بديل لنظام الملاحة الأمريكي الجي بي إس GPS) والتليماتيك لإرسال البيانات إلى خدمات الطوارئ في حالة وقوع حادث سيارة مما يقلل من وقت الاستجابة.
• الترفيه: يمكن دمج نظام الجي بي اس في الألعاب والأنشطة مثل بوكيمون غو و لعبة البحث عن الكنز أو غيو كاشينج.
• الصحة واللياقة البدنية: يمكن للساعات الذكية والأجهزة القابلة للارتداء تتبع اللياقة البدنية والصحة وحساب المسافة التي قطعتها أثناء الركض أو التسلق وغيرها من الأنشطة البدنية المختلفة.
• النقل: تطبق شركات الخدمات اللوجستية أنظمة الاتصالات لتحسين إنتاجية السائق وسلامته. يمكن استخدام متتبع الشاحنة لدعم تحسين المسار وكفاءة الوقود وسلامة السائق والإمتثال للقواعد.
• تشمل الصناعات الأخرى التي يستخدم فيها نظام الجى بى اس، الزراعة والسيارات ذاتية القيادة والمبيعات والخدمات والجيش والاتصالات المتنقلة والأمن وحتى صيد الأسماك.

ما مدى دقة الـ GPS؟

لكي يعمل جهاز الجى بى اس بدقة، يجب توافر عدد من المتغيرات مثل عدد الأقمار الصناعية المتاحة والأيونوسفير والبيئة ويعمل الجى بى اس بشكل أكثر دقة في المناطق المفتوحة والتى لا تحتوي على مباني كثيرة ومرتفعة لماذا؟ لأن العديد من الأماكن باتت مثل الوادي الحضري (مكان تُحيط به المباني من كلا الجانبين على غرار الوادي) وعندما يكون جهاز الجي بي إس محاطًا بمباني كبيرة، يتم حظر إشارة القمر الصناعي في البداية ثم ترتد عن أحد المباني إلى أن يقرأها الجهاز أخيرًا وهذا يمكن أن يؤدي إلى حسابات خاطئة لمسافة القمر الصناعي ولهذا، هنالك بعض العوامل التي يمكن أن تمنع نظام الجي بي إس من العمل بدقة وهي كالتالي:

• العوائق المادية: يمكن أن تنحرف أو تتأخر الإشارة في الوصول بسبب العوائق أو الكتل المادية التي تقف في طريقها مثل الجبال والمباني والأشجار.
• تأثيرات الغلاف الجوي: يمكن أن تؤثر تأخيرات الغلاف الجوي الأيوني (الأيونوسفير) والعواصف العادية أو الشمسية على أجهزة الجي بي اس.
• التقويم الفلكي: قد يكون النموذج المداري داخل القمر الصناعي غير صحيح أو قديم.
• الحسابات الخاطئة العددية: يحدث هذا عندما لا يكون نظام التشغيل أو حتى الجهاز مطابق للمواصفات.
• التداخل الاصطناعي: يشمل أجهزة التشويش على نظام تحديد المواقع العالمي "الجى بى اس".

أنظمة ملاحة أخرى

 الجى بى إس هو نظام ملاحة لاسلكي أمريكي لكنه يعد بمثابة نظام ملاحة عالمي ونافستار هو إسم شبكة الأقمار الصناعية التي تخدم نظام الـ GPS وتتكون من 32 قمرا صناعيا وفي نفس الوقت هناك غلوناس أو منظومة الملاحة الفضائية السوفيتية GLONASS والتي تضم 24 قمرا صناعيا عاملا وهناك ثلاثة أقمار احتياطية أو قيد الاختبار.

أيضا، أطلق الاتحاد الأوروبي نظام مشابه يعرف بإسم جاليليو Galileo كما لدى الصين نظام بايدو BeiDou للملاحة بالأقمار الصناعية مع 48 قمراً صناعياً، علاوة على ذلك، اليابان لديها هي الأخرى نظام الملاحة QZSS والذي يعمل عبر 4 أقمار صناعية لتوفير خدمات تحديد المواقع بدقة عالية ومستقرة في منطقة آسيا كذلك الهند لديها نظام الملاحة الإقليمي IRNSS والذي يعمل من خلال ثمانية أقمار صناعية.

أخيرا، تواصل البلدان بناء أنظمة الجى بى اس GPS الخاصة بها وإدخال تحسينات عليها وكل تلك الجهود المبذولة في جميع أنحاء العالم هدفها زيادة الدقة وتحسين الموثوقية وكفاءة نظام تحديد المواقع العالمي جي بي إس (GPS).