منذ خطواته الأولى في صناعة السيارات، استمر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للأغراض التجارية في التطور والتحسين. والآن، بعد أن تم استكماله بأنظمة GNSS الأخرى مثل Galileo وGlonass، فإنه يوفر أيضًا تتبعًا مزدوج التردد. نحن نقوم بالتقييم لفهم كل شيء يتعلق بتحديد الموقع الجغرافي.
إذا تم إضفاء الطابع الديمقراطي على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لأول مرة مع السيارات، فقد تطورت هذه الوظيفة بالفعل مع الهواتف الذكية للعثور على الطريق، لا سيما عبر تطبيقات رسم الخرائط وتحديد المسار. علاوة على ذلك،الساعات المتصلةأنفسهم - وخاصةساعات مخصصة للرياضةأو الجري أوفي الهواء الطلق- توفر الآن اتصال GPS المستخدم للعثور على طريقك، ولكن أيضًا لمتابعة التدريب الرياضي عن طريق حساب المسافة المقطوعة في وقت معين، وبالتالي السرعة أو السرعة.
ولكن سيكون من الخطأ في الواقع أن نقتصر على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وحده عند استخدام أنظمة تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية - أو GNSSأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية العالمية- تتكاثر. علاوة على ذلك، فإن هذا الاستخدام المتزايد يفرض معايير تقنية جديدة مثل التردد المزدوج أو A-GPS. لفهم كل ما يتعلق بهذه الوظائف والتي قد تبدو معقدة، سنشرح كل ما يتعلق بخدمات تحديد الموقع الجغرافي عبر الأقمار الصناعية.
كيف يعمل تحديد الموقع الجغرافي؟
قبل ظهور نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، كانت الهواتف الذكية تستخدم في المقام الأول نظام التثليث GSM لتحديد موقع نفسها. المبدأ بسيط ولا يزال مستخدمًا: الهاتف الذكي متصل بثلاثة هوائيات لشبكة الهاتف المحمول، واعتمادًا على المسافة إلى كل من هذه الهوائيات، كان قادرًا على إعطاء تقدير للمكان الذي كنت فيه.
ما الفرق بين تحديد الموقع الجغرافي عن طريق GPS وعن طريق GSM أو Wi-Fi؟
هناك عدة طرق لتحديد موقع الهاتف الذكي، ولكن الأكثر شيوعًا هي نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وتثليث GSM وشبكة Wi-Fi.
بالنسبة لتثليث GSM، سيتصل الهاتف الذكي بعد ذلك بهوائي واحد أو ما يصل إلى ثلاثة هوائيات متنقلة. اعتمادًا على الهوائيات الثابتة التي يتصل بها الهاتف الذكي، يمكنك بعد ذلك معرفة موقعه الجغرافي تقريبًا. ومع ذلك، فإن العملية ليست دقيقة للغاية وستعتمد إلى حد كبير على عدد الهوائيات التي يمكن للهاتف الذكي الاتصال بها. في المناطق الحضرية، حيث يوجد العديد من الهوائيات المحمولة، تبلغ الدقة حوالي 200 متر، ولكن في المناطق الريفية يمكن أن تصل إلى عدة كيلومترات.
بالنسبة للاتصال بشبكة Wi-Fi، المبدأ هو نفسه. ومع ذلك، بدلاً من استخدام هوائي الهاتف المحمول، سيحدد الهاتف الذكي نقاط وصول Wi-Fi - وخاصة عنوان MAC الخاص بها - القريبة. ليس من الضروري الاتصال بجهاز توجيه Wi-Fi، نظرًا لأن معرفة أنه قريب فقط يكفي لتحديد الموقع الجغرافي الدقيق نسبيًا. ومن الآن فصاعدا، سيستخدم الهاتف الذكي بعد ذلك قواعد البيانات - مثل تلك التي أنشأتها جوجل باستخدام سيارات التجوّل الافتراضي - لربط شبكة Wi-Fi بالموقع. يعتبر النظام أكثر دقة من نظام التثليث GSM، ولكنه يعاني من نفس المشكلة في المناطق الريفية حيث لا توجد شبكة كثيفة كافية لتغطية المنطقة بأكملها.
مبدأ التثليث
إن مبدأ نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) قريب جدًا في النهاية، حتى لو لم يتضمن التثليث، بل التثليث. بشكل ملموس، للحصول على موقعك، سترسل الأقمار الصناعية إشارة سيتم استقبالها بواسطة هوائيات GNSS لهاتفك الذكي أو ساعتك. باستخدام قمر صناعي واحد فقط يمكنك معرفة المسافة بينك وبين القمر الصناعي. ومع ذلك، توجد على الأرض دائرة كاملة من الأشخاص على مسافة متساوية من هذا القمر الصناعي. وهذا هو السبب وراء اتصال القمر الصناعي الثاني بدوره، مما يجعل من الممكن تقليل الموقع المحتمل إلى نقطتين. سيسمح لك القمر الصناعي الثالث بتحسين موقعك الجغرافي إلى نقطة واحدة على الكرة الأرضية.
بشكل ملموس، لتحديد موقعك، هناك ما لا يقل عن ثلاثة أقمار صناعية لتحديد الموقع الجغرافي ثنائي الأبعاد، والتي سيتصل بها هاتفك الذكي أو ساعتك في وقت واحد. بعد ذلك، اعتمادًا على جهازك، ستتمكن من تسجيل نقاط مسار أكثر أو أقل.
مسارات GPX كاملة أو أكثر
لا تعمل جميع الأجهزة بنفس الطريقة لتتبع موقعك الجغرافي. على سبيل المثال، ستسجل بعض الساعات الحد الأقصى من نقاط تحديد المواقع بينما تكتفي ساعات أخرى بتسجيل عدد قليل فقط. كل هذه النقاط، إذا تم تنظيمها واحدة تلو الأخرى، ستجعل من الممكن تشكيل مسار، يتم تسجيله بشكل عام بتنسيق GPX، لـ "تنسيق تبادل GPS».
في هذه الملفات، لن تتمكن فقط من العثور على الموقع الدقيق لكل نقطة مع خطوط الطول والعرض، ولكن أيضًا الوقت والتاريخ. قبل كل شيء، تسمح لك هذه الملفات باستعادة بيانات الملحقات الأخرى مثلمعدل ضربات القلبأو درجة الحرارة أو السرعة أو المنحدر. يمكن لتنسيقات الملفات الأخرى أيضًا تقديم نفس البيانات مثل .fit أو .tcx.
كلما زاد عدد النقاط في ملف GPX، كلما كان تتبع المسار أكثر دقة // المصدر: Frandroid
ستسمح لك تطبيقات المشي لمسافات طويلة أو بعض الساعات المتصلة بتصدير تتبع رحلاتك مباشرة بهذه التنسيقات. يكفي للسماح لك باسترجاع المسار الكامل لرحلاتك نقطة بنقطة. ومع ذلك، اعتمادًا على الموقع أو الجهاز المستخدم، قد تكون هناك اختلافات في بعض قطع الأراضي. بالإضافة إلى حقيقة أن بعض الساعات ستسجل المزيد من النقاط - وبالتالي تقدم تتبعًا أكثر دقة - ستكون بعض النماذج أقل تفصيلاً.
البيئات ذات تحديد الموقع الجغرافي الصعب
للحصول على تتبع جيد للموقع الجغرافي، لا يزال يتعين عليك التواجد في بيئة واضحة. كما رأينا، ستستقبل الساعة أو الهاتف الذكي المعلومات من ثلاثة أقمار صناعية مختلفة. ومع ذلك، فإن الترددات التي تستخدمها خدمات GNSS قصيرة بشكل خاص، مما لا يتطلب وجود عائق بين الأقمار الصناعية والجهاز.
لذلك، قد تكون بيئات معينة أكثر تعقيدًا لتسجيل موقعك الجغرافي. قد يكون هذا هو الحال في المدن الكبيرة ذات المباني الشاهقة التي يمكن أن تمنع البث عبر الأقمار الصناعية. وهذا هو الحال أيضًا في الغابات الكثيفة حيث يمكن لرؤوس الأشجار أن تحجب رؤية السماء. أخيرًا، هذا هو الحال أيضًا في بعض الممرات الجبلية، إذا وجدت نفسك على حافة بعض الكتل الصخرية أو في الوديان.
للتعويض عن هذه العيوب، الشركات المصنعة لديها العديد من الحلول. بالإضافة إلى استخدام نطاقات تردد إضافية — سنعود إلى هذا — يمكنهم استخدام هوائيات GNSS أكبر. ومع ذلك، فإن هذا يمثل بالضرورة حدًا للساعات الصغيرة أو الأساور المتصلة. منطقيا، الهواتف الذكية أو الساعات الموجهةفي الهواء الطلق- أكبر بكثير من ساعات اللياقة البدنية - تدمج بشكل عام أنظمة هوائيات أكثر تقدمًا مما يسمح بتتبع GNSS أكثر دقة.
GPS، Galileo، Glonass، Beidou... خدمات GNSS المختلفة
إذا كان مصطلح نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) هو المصطلح الأكثر شهرة لدى عامة الناس، فهو يتعلق فقط بكوكبة واحدة من الأقمار الصناعية: تلك التي يتم وضعها في المدار وتديرها الولايات المتحدة. لعدة سنوات، واجه نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) منافسة من العديد من البلدان أو المنظمات التي تسعى إلى تقديم خدماتها الخاصة "تحديد الموقع الجغرافي والملاحة عن طريق نظام الأقمار الصناعية". وهذا ما نسميه خدمة GNSS (النظام العالمي للملاحة عبر الأقمار الصناعيةباللغة الإنجليزية).
من بين أنظمة GNSS الأكثر شهرة والأكثر اعتماداً من قبل الشركات المصنعة، يمكننا أن نذكر:
- نظام تحديد المواقع العالمي (GPS): كوكبة أمريكية مكونة من 31 قمرًا صناعيًا، تغطية عالمية؛
- غاليليو: كوكبة أوروبية مكونة من 24 قمراً صناعياً، تغطية عالمية؛
- جلوناس: كوكبة روسية مكونة من 20 قمرًا صناعيًا، تغطية عالمية؛
- بيدو: كوكبة صينية مكونة من 44 قمرًا صناعيًا، تغطية عالمية؛
- QZSS: كوكبة يابانية مكونة من 5 أقمار صناعية، تغطية إقليمية؛
- NavIC (أو IRNSS): كوكبة هندية مكونة من 7 أقمار صناعية، تغطية إقليمية.
إذا كانت بعض العلامات التجارية للهواتف الذكية أو الساعات المتصلة تتواصل بشأن التوافق مع أنظمة QZSS أو NavIC، فإن هذا التوافق لن يكون ذا أهمية كبيرة للمستخدمين في فرنسا، نظرًا لأن هذه الكوكبات تغطي فقط المناطق الإقليمية المحيطة باليابان أو الهند.
من ناحية أخرى، فإن التوافق مع العديد من مجموعات الأقمار الصناعية سيسمح لساعتك أو هاتفك الذكي بتحديد موقعك بسرعة أكبر، نظرًا لوجود فرصة أكبر لوجود أحد الأقمار الصناعية ضمن النطاق. ولذلك فإننا نميل إلى تفضيل التوافق مع أكبر عدد ممكن من الكوكبات بالإضافة إلى نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
لاحظ أيضًا خصوصيةجاليليو، النظام الأوروبي لتحديد الموقع الجغرافي عبر الأقمار الصناعية. وعلى عكس Glonass أو Beidou أو GPS، لم يتم تصميم النظام في سياق عسكري، ولكن لأغراض مدنية، من قبل وكالة الفضاء الأوروبية ESA. يتمتع غاليليو أيضًا ببعض المزايا مقارنة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بدقة أكبر بكثير. إذا كان نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) يوفر هامش خطأ يبلغ ثلاثة أمتار، فإن هامش الخطأ الخاص بجاليليو يبلغ مترًا واحدًا فقط.
L1 أو L5: نطاقا تردد GPS
لقد قامت شركة Apple بعمل صفقة كبيرة بشأن وصول ميزة جديدة إلى نظامهاساعة ابل الترامع التوافق مع نظام تحديد المواقع العالمي L1+L5 ثنائي النطاق. لكي نفهم كل هذا، علينا أن نعود إلى الأداء الفعلي لأقمار GNSS.
أما بالنسبة 4G أو5Gيتم إرسال الإشارة بين القمر الصناعي والهاتف الذكي أو الساعة باستخدام موجات الراديو. يتم إرسالها عبر نطاق تردد معين، عادةً ما يكون في حدود بضعة كيلو هرتز حوالي 1.25 إلى 1.6 جيجا هرتز:
- نظام تحديد المواقع العالمي (GPS): L1 (1575,42 ميجاهرتز)، L2 (1227,60 ميجاهرتز) وL5 (1176,45 ميجاهرتز)؛
- جاليليو: E1 (1,575.42 ميجا هرتز)، E5 (1,176.45 ميجا هرتز) وE6 (1,278.75 ميجا هرتز)؛
- بيدو: B1 (1,561.098 ميجا هرتز)، B2 (1,207.14 ميجا هرتز) وB3 (1,268.52 ميجا هرتز)؛
- جلوناس : L1 (1598,06 ميجا هرتز) ، L2 (1242,94 ميجا هرتز) ، L3 (1202,025 ميجا هرتز) ؛
- QZSS : L1 (1 575,42 ميجا هرتز)، L2 (1 227,60 ميجا هرتز)، L5 (1176,45 ميجا هرتز) و L6 (1 278,75 ميجا هرتز) ؛
- NavIC: L5 (1176.45 ميجا هرتز) و S (2492.03 ميجا هرتز).
ومع ذلك، وكما رأينا قبل قليل، فإن معظم هذه الكوكبات صُممت في البداية للاستخدام العسكري وليس للاستخدام المدني. ولذلك فإن بعض نطاقات التردد هذه مخصصة للجيش.
وفي حالة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، قررت قوة الفضاء الأمريكية، التي تدير كوكبة الأقمار الصناعية، فتح نطاق تردد جديد في عام 2014، وهو النطاق L5. وهذا، المفتوح للتطبيقات المدنية والتجارية - على عكس النطاق L2 المخصص للاستخدام العسكري البحت - قد أتاح زيادة دقة تحديد الموقع الجغرافي وتقديم أجهزة متوافقة.الفرقة المزدوجةوهذا يعني استخدام التردد L1 والتردد L5 في وقت واحد. ولهذا السبب فإن المزيد والمزيد من الشركات المصنعة مثل أبل،غارمينأوجوقاتتواصل الآن على ساعات L1 + L5 ذات التردد المزدوج.
وسرعان ما أصبح هذا النظام شائعًا لدى أنظمة GNSS الأخرى، ويوجد الآن العديد من الهواتف الذكية المتوافقة مع GNSS ثنائية النطاق، بالإضافة إلى الساعات المتصلة. في بعض النماذج مثلالإشعال القطبي 3، فإن وظيفة التردد المزدوج هذه تجعل من الممكن زيادة دقة تحديد الموقع الجغرافي، على الرغم من التنسيق المدمج والهوائيات الأصغر حجمًا بالضرورة.
في الأوراق الفنية لبعض الساعات المتصلة، قد ترى مصطلح A-GPS يظهر. هذه في الواقع وظيفة GPS.بمساعدة» يهدف إلى تحسين سرعة الإصلاح، أي الوقت الذي يبحث خلاله هاتفك الذكي أو ساعتك عن إشارات الأقمار الصناعية لتحديد موقعك.
يتم بعد ذلك تقديم المساعدة باستخدام الهاتف الذكي الذي تتصل به الساعة. لا يتعلق الأمر باستعادة بيانات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مباشرة من الهاتف نفسه - حيث سيتم استبدال الموقع الجغرافي للساعة بموقع الهاتف الذكي - ولكن الاستفادة من اتصال الهاتف الذكي بالإنترنت لاسترداد جداول التقويم الفلكي، وبالتالي موقع كل قمر صناعي. وبفضل هذه البيانات، ستعرف الساعة موقع الأقمار الصناعية التي تستقبل منها الإشارة ولن تضيع دقائق طويلة في تنزيل معلوماتها.
الميزة الأخرى لنظام A-GPS هي السماح بالاتصال لعدة ساعات متتالية، حيث يقتصر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الكلاسيكي على أربع ساعات فقط من الاتصال. علاوة على ذلك، إذا انقطع الاتصال، فسيتم تنفيذ الإصلاح مرة أخرى بسرعة، في بضع ثوانٍ فقط، لأنه لن يكون من الضروري أن يحاول الهاتف الذكي أو الساعة الاتصال بجميع الأقمار الصناعية.
وبالتالي، إذا تم إطلاق أنظمة تحديد الموقع الجغرافي عبر الأقمار الصناعية باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الكلاسيكي فقط لعامة الناس، فقد استمرت خدمات GNSS في التطور من أجل تقديم ميزتين: دقة تتبع أفضل وتتبع أكثر دقة، بما في ذلك وقت الاتصال الأول بالخدمة . على هذا النحو، ليست كل الساعات والهواتف الذكية في نفس القارب، ومن المنطقي أنه كلما زادت وظائف تحديد الموقع الجغرافي للساعة المتصلة (نظام GNSS المتعدد، التردد المزدوج، A-GPS، وما إلى ذلك)، أصبحت أكثر كفاءة. على العكس من ذلك، فإن تجربة الساعة المحدودة، بدون A-GPS على سبيل المثال، يمكن أن تكون محبطة في بعض الأحيان قبل دقائق طويلة من إجراء الإصلاح الأول.
وقبل كل شيء، يتواصل إحراز التقدم في هذا المجال. من ناحية غاليليو على سبيل المثال، نهدف إلى اقتراح، في المستقبل، أالدقة لأقرب ديسيمتربفضل الجيل الجديد من الأقمار الصناعية. ومع ذلك، سيتعين علينا الانتظار قبل دمج هذه الدقة المتزايدة.
