Το χρησιμοποιείτε σχεδόν κάθε μέρα, αλλά έχετε αναρωτηθεί ποτέ πώς λειτουργεί το GPS; Ανοίγετε τους χάρτες στο κινητό, εμφανίζεται μια μπλε κουκκίδα και μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα η συσκευή γνωρίζει πού βρίσκεστε. Κι όμως, πίσω από αυτή την απλή λειτουργία κρύβεται ένα εντυπωσιακό σύστημα δορυφόρων που βρίσκεται χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά από τη Γη.
Το ακόμη πιο ενδιαφέρον είναι ότι το κινητό σας μπορεί να υπολογίσει τη θέση σας χωρίς να χρειάζεται σύνδεση στο ίντερνετ. Πώς καταφέρνει όμως να γνωρίζει πού βρίσκεστε, γιατί κάποιες φορές κάνει λάθος και τι ρόλο παίζουν τα εξαιρετικά ακριβή ρολόγια των δορυφόρων;
Τι είναι το GPS και πώς λειτουργεί;
Το GPS είναι ένα σύστημα δορυφορικής πλοήγησης. Τα αρχικά προέρχονται από τις αγγλικές λέξεις Global Positioning System, δηλαδή Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης.
Αποτελείται από δορυφόρους που κινούνται σε τροχιά γύρω από τη Γη και μεταδίδουν συνεχώς ραδιοσήματα. Τα σήματα αυτά περιλαμβάνουν πληροφορίες για τη θέση κάθε δορυφόρου και την ακριβή ώρα κατά την οποία στάλθηκαν.
Το κινητό, το σύστημα πλοήγησης του αυτοκινήτου ή ένα συμβατό smartwatch διαθέτει έναν ειδικό δέκτη που λαμβάνει αυτά τα σήματα. Συγκρίνοντας τις πληροφορίες από διαφορετικούς δορυφόρους, η συσκευή υπολογίζει τη γεωγραφική της θέση.
Το εντυπωσιακό είναι ότι οι δορυφόροι δεν χρειάζεται να γνωρίζουν πού βρίσκεστε. Μεταδίδουν συνεχώς τα σήματά τους και η ίδια η συσκευή σας πραγματοποιεί τους απαραίτητους υπολογισμούς.
Γιατί χρειάζονται τουλάχιστον τέσσερις δορυφόροι;
Για έναν κανονικό τρισδιάστατο υπολογισμό θέσης και χρόνου, ένας δέκτης GPS χρειάζεται συνήθως σήματα από τουλάχιστον τέσσερις δορυφόρους. Ο λόγος σχετίζεται με τον τρόπο που υπολογίζονται οι αποστάσεις και με την ακρίβεια του χρόνου.
Κάθε δορυφόρος διαθέτει εξαιρετικά ακριβή ατομικά ρολόγια. Όταν στέλνει ένα σήμα, μεταδίδει πληροφορία για τη στιγμή της αποστολής του. Η συσκευή υπολογίζει τον χρόνο που χρειάστηκε το σήμα για να φτάσει μέχρι αυτήν.
Επειδή τα ραδιοσήματα ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός, ο χρόνος αυτός επιτρέπει τον υπολογισμό της απόστασης από τον δορυφόρο. Υπάρχει όμως ένα πρόβλημα: το ρολόι του κινητού δεν έχει την ίδια ακρίβεια με τα ατομικά ρολόγια των δορυφόρων.
Γι’ αυτό απαιτείται μια επιπλέον μέτρηση. Με τέσσερις δορυφόρους, ο δέκτης μπορεί να υπολογίσει το γεωγραφικό πλάτος, το γεωγραφικό μήκος, το υψόμετρο και το σφάλμα του δικού του ρολογιού. Όταν λαμβάνει σήματα από περισσότερους δορυφόρους, μπορεί να βελτιώσει την αξιοπιστία του υπολογισμού.
Πώς βρίσκει το GPS τη θέση σας μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα;
Η βασική μέθοδος ονομάζεται τριπλευρισμός, από τον αγγλικό όρο trilateration. Πρόκειται για τον υπολογισμό μιας θέσης χρησιμοποιώντας γνωστές αποστάσεις από διαφορετικά σημεία.
Φανταστείτε ότι γνωρίζετε την απόστασή σας από έναν δορυφόρο. Θα μπορούσατε να βρίσκεστε σε οποιοδήποτε σημείο της επιφάνειας μιας νοητής σφαίρας γύρω του. Αν προστεθούν οι μετρήσεις από άλλους δορυφόρους, οι πιθανές θέσεις περιορίζονται όλο και περισσότερο.
Η συσκευή συνδυάζει τις μετρήσεις και υπολογίζει τη θέση της στον χώρο. Στην πράξη, οι υπολογισμοί είναι πιο σύνθετοι, επειδή πρέπει να ληφθούν υπόψη σφάλματα χρόνου και άλλες μικρές αποκλίσεις.
Όταν ανοίγετε μια εφαρμογή χαρτών, η μπλε κουκκίδα εμφανίζεται στη θέση που εκτιμά η συσκευή. Στα σύγχρονα κινητά, η εκτίμηση μπορεί επίσης να ενισχύεται από πληροφορίες δικτύων Wi-Fi, κινητής τηλεφωνίας και αισθητήρων κίνησης.
Η πρώτη εύρεση θέσης δεν είναι πάντα στιγμιαία. Μπορεί να χρειαστεί περισσότερος χρόνος αν η συσκευή έχει παραμείνει κλειστή για μεγάλο διάστημα ή δεν έχει καλή λήψη δορυφορικών σημάτων.
Γιατί το GPS μερικές φορές δείχνει λάθος δρόμο;
Έχετε παρατηρήσει ότι μερικές φορές η μπλε κουκκίδα εμφανίζεται σε διαφορετικό δρόμο από εκείνον στον οποίο βρίσκεστε; Αυτό μπορεί να συμβεί ακόμη κι όταν η συσκευή λειτουργεί κανονικά.
Τα δορυφορικά σήματα είναι σχετικά αδύναμα όταν φτάνουν στη Γη. Ψηλά κτίρια, πυκνά δέντρα, βουνά και σήραγγες μπορούν να εμποδίσουν τη λήψη τους. Σε αστικά περιβάλλοντα, τα σήματα μπορεί επίσης να ανακλώνται πάνω σε κτίρια, φτάνοντας στον δέκτη με μικρή καθυστέρηση.
Αυτές οι καθυστερήσεις επηρεάζουν τον υπολογισμό της απόστασης και επομένως της θέσης. Η ακρίβεια εξαρτάται επίσης από τον αριθμό και τη διάταξη των ορατών δορυφόρων, τις ατμοσφαιρικές συνθήκες και τις δυνατότητες της συσκευής.
Σύμφωνα με την επίσημη αμερικανική υπηρεσία GPS, τα συμβατά smartphones μπορούν συνήθως να εντοπίζουν τη θέση τους με ακρίβεια περίπου 4,9 μέτρων όταν έχουν ανεμπόδιστη θέα προς τον ουρανό. Κοντά σε κτίρια ή σε εσωτερικούς χώρους, το σφάλμα μπορεί να είναι μεγαλύτερο.
Υπάρχει όμως και μια άλλη πιθανότητα: το GPS να γνωρίζει σωστά τη θέση σας, αλλά ο ψηφιακός χάρτης να έχει κάποιο λάθος. Ένας δρόμος που άλλαξε, μια λανθασμένη διεύθυνση ή μια παλιά καταχώριση μπορούν να οδηγήσουν σε λανθασμένες οδηγίες πλοήγησης.
Χρειάζεται ίντερνετ για να λειτουργήσει το GPS;
Όχι. Το GPS δεν χρειάζεται σύνδεση στο ίντερνετ για να υπολογίσει τη θέση σας. Ο δέκτης λαμβάνει τα απαραίτητα ραδιοσήματα απευθείας από τους δορυφόρους.
Το ίντερνετ βοηθά κυρίως στη φόρτωση χαρτών, στην αναζήτηση προορισμών, στην ενημέρωση για την κίνηση και στη γρηγορότερη αρχική εύρεση της θέσης μέσω βοηθητικών δεδομένων. Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να γνωρίζετε τις συντεταγμένες σας ακόμη κι όταν δεν έχετε σήμα κινητής τηλεφωνίας.
Για να χρησιμοποιήσετε μια εφαρμογή πλοήγησης χωρίς σύνδεση, χρειάζεται συνήθως να έχετε κατεβάσει εκ των προτέρων τους χάρτες της περιοχής. Για παράδειγμα, το Google Maps επιτρέπει την πλοήγηση αυτοκινήτου με αποθηκευμένους χάρτες, αλλά χωρίς πληροφορίες κυκλοφορίας σε πραγματικό χρόνο και χωρίς ορισμένες άλλες λειτουργίες.
Ακόμη και σε λειτουργία πτήσης, πολλές συσκευές μπορούν να συνεχίσουν να λαμβάνουν δορυφορικά σήματα, εφόσον το επιτρέπει η λειτουργία τους. Η διαθεσιμότητα της πλοήγησης εξαρτάται από τη συσκευή, τις ρυθμίσεις και την εφαρμογή που χρησιμοποιείτε.
Υπάρχει μόνο ένα σύστημα GPS στον κόσμο;
Το GPS αναπτύχθηκε από τις Ηνωμένες Πολιτείες και αποτελεί το αμερικανικό σύστημα δορυφορικής πλοήγησης. Είναι διαθέσιμο για πολιτική χρήση σε ολόκληρο τον κόσμο, ενώ τη λειτουργία και τη συντήρηση των διαστημικών και επίγειων υποδομών του αναλαμβάνουν αρμόδιες υπηρεσίες των ΗΠΑ.
Υπάρχουν όμως και άλλα παγκόσμια συστήματα δορυφορικής πλοήγησης. Το ευρωπαϊκό Galileo, το ρωσικό GLONASS και το κινεζικό BeiDou παρέχουν αντίστοιχες υπηρεσίες εντοπισμού θέσης.
Πολλά σύγχρονα κινητά μπορούν να λαμβάνουν σήματα από περισσότερα από ένα συστήματα. Έτσι έχουν πρόσβαση σε περισσότερους δορυφόρους, γεγονός που μπορεί να βελτιώσει την ακρίβεια και τη διαθεσιμότητα της πλοήγησης, ιδιαίτερα σε δύσκολες συνθήκες.
Πού χρησιμοποιείται το GPS εκτός από τους χάρτες;
Η δορυφορική πλοήγηση έχει εφαρμογές πολύ πέρα από την εύρεση μιας διεύθυνσης. Χρησιμοποιείται στις αερομεταφορές, στη ναυτιλία, στις οδικές μεταφορές, στις υπηρεσίες διανομής και σε πολλές επαγγελματικές δραστηριότητες.
Στην καθημερινότητα, τα smartphones και τα smartwatches μπορούν να χρησιμοποιούν GPS για να καταγράφουν διαδρομές περπατήματος, τρεξίματος ή ποδηλασίας. Η μέτρηση των βημάτων, ωστόσο, γίνεται συνήθως μέσω αισθητήρων κίνησης και δεν απαιτεί από μόνη της GPS.
Μια λιγότερο γνωστή χρήση του GPS είναι ο ακριβής συγχρονισμός του χρόνου. Δίκτυα τηλεπικοινωνιών, ηλεκτρικές υποδομές και ορισμένα χρηματοοικονομικά συστήματα αξιοποιούν σήματα δορυφορικού χρόνου για να συντονίζουν τις λειτουργίες τους.
Με άλλα λόγια, η ίδια τεχνολογία που σας βοηθά να βρείτε μια καφετέρια μπορεί να συμβάλλει και στη λειτουργία σημαντικών υποδομών που χρησιμοποιούμε καθημερινά.
Μπορεί κάποιος να σας παρακολουθεί μέσω GPS;
Οι δορυφόροι GPS δεν παρακολουθούν από μόνοι τους τους ανθρώπους. Εκπέμπουν σήματα προς τη Γη και ο δέκτης της συσκευής τα χρησιμοποιεί για να υπολογίσει τη θέση του. Δεν χρειάζεται να στείλει τη θέση του πίσω στους δορυφόρους.
Αυτό δεν σημαίνει ότι οι πληροφορίες τοποθεσίας παραμένουν πάντοτε ιδιωτικές. Εφαρμογές που έχουν άδεια πρόσβασης στη θέση σας μπορεί να συλλέγουν, να αποθηκεύουν ή να διαβιβάζουν σχετικά δεδομένα, ανάλογα με τις λειτουργίες και τις πολιτικές απορρήτου τους.
Γι’ αυτό είναι χρήσιμο να ελέγχετε ποιες εφαρμογές έχουν πρόσβαση στην τοποθεσία σας και αν χρειάζονται ακριβή θέση ή μόνο κατά προσέγγιση. Όπου προσφέρεται η δυνατότητα, μπορείτε να επιλέγετε πρόσβαση μόνο όσο χρησιμοποιείτε την εφαρμογή.
Πόσο πιο ακριβές μπορεί να γίνει το GPS στο μέλλον;
Η τεχνολογία δορυφορικής πλοήγησης συνεχίζει να εξελίσσεται. Νεότερα σήματα, δέκτες που υποστηρίζουν περισσότερες συχνότητες και συστήματα διόρθωσης μπορούν να περιορίσουν ορισμένες από τις αποκλίσεις που επηρεάζουν τις μετρήσεις.
Σε εξειδικευμένες εφαρμογές, όπως οι γεωδαιτικές μετρήσεις και η κατασκευή τεχνικών έργων, μπορούν ήδη να επιτευχθούν ακρίβειες επιπέδου εκατοστών με κατάλληλο εξοπλισμό και τεχνικές διόρθωσης. Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι κάθε κινητό μπορεί να προσφέρει αντίστοιχη ακρίβεια στην καθημερινή χρήση.
Η δορυφορική πλοήγηση αναμένεται να συνεχίσει να παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη αυτοματοποιημένων μεταφορών, στη γεωργία ακριβείας και σε εφαρμογές που απαιτούν αξιόπιστη γνώση της θέσης.
Την επόμενη φορά που θα ανοίξετε έναν χάρτη και θα δείτε την μπλε κουκκίδα να εμφανίζεται στην οθόνη, σκεφτείτε τι συμβαίνει πίσω από αυτή την απλή εικόνα. Σήματα ταξιδεύουν από το διάστημα, εξαιρετικά ακριβή ρολόγια μετρούν τον χρόνο και η συσκευή σας συνδυάζει τις πληροφορίες για να σας δείξει πού βρίσκεστε.
Το GPS είναι ένα από τα πιο χαρακτηριστικά παραδείγματα μιας σύνθετης τεχνολογίας που έχει γίνει τόσο συνηθισμένη, ώστε τις περισσότερες φορές ξεχνάμε πόσο εντυπωσιακή είναι.
Πηγές:
