มาค้นหาทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับ GPS และในทุกวันนี้มันถูกใช้งานอย่างไร GPS นั้นย่อมาจาก Global Positioning System โดย GPS เป็นระบบการนำทางระดับโลกที่ใช้ในการระบุตำแหน่ง ความเร็วและเวลามาตรฐานสากล โดยทั่วไปแล้ว GPS นั้นมีอยู่ในทุกแห่ง สามารถพบเจอได้ในรถยนต์ โทรศัพท์สมาร์ทวอทช์ และนาฬิกาข้อมือ GPS สามารถช่วยในการบอกตำแหน่งที่ต้องการจะไปจากจุด A ไปยังจุด B ซึ่งสามารถศึกษาได้เพิ่มเติมในบทความข้างล่างนี้ครับ
GPS คืออะไรและมันทำงานอย่างไร ?
The Global Positioning System หรือ GPS นั้น เป็นระบบการนำทางโดยใช้ดาวเทียมซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวรับและเชื่อมต่อกับข้อมูลเกี่ยวกับสถานที่ ความเร็วและเวลา ทั้งบนภาคพื้นอากาศ ทะเลรวมถึงภาคพื้นดิน ซึ่งการโคจรของดาวเทียมบนอวกาศประกอบด้วยดาวเทียม 24 ดวง โดยมีโลกเป็นศูนย์กลาง ซึ่งสามารถแบ่งย่อยออกเป็น 6 วงโคจร แต่ละวงโคจรก็มีดาวเทียมอย่างละ 4 ดวง โคจรอยู่เหนือพื้นโลก 13,000 ไมล์ (20,000 กม.) และเดินทางด้วยความเร็ว 8,700 ไมล์ต่อชั่วโมง (14,000 กม./ชม.)
ในความเป็นจริงนั้น เราใช้ดาวเทียมเพียงสามดวงในการระบุตำแหน่งบนโลกของเรา และดาวเทียมดวงที่ 4 ใช้สำหรับการตรวจสอบถึงความถูกต้องของข้อมูลจากดาวเทียม 3 ดวงแรก โดยดาวเทียมดวงที่ 4 ยังช่วยในการระบุข้อมูลแบบ 3 มิติ และยังช่วยให้เราประมาณการณ์ความสูงของอุปกรณ์ที่เราต้องการจะวัดได้อีกด้วย
3 องค์ประกอบสำคัญของ GPS
GPS ประกอบด้วยองค์ประกอบ 3 ส่วนสำคัญ ที่ทำงานด้วยกันในการระบุตำแหน่ง 3 องค์ประกอบของ GPS มีดังนี้
1. อวกาศ (ดาวเทียม)
ดาวเทียมที่โคจรอยู่รอบโลกส่งสัญญาณไปยังผู้ใช้ตามตำแหน่งทางภูมิศาสตร์และช่วงเวลาของวัน
2. ศูนย์ควบคุมภาคพื้นดิน
ศูนย์ควบคุมภาคพื้นดินประกอบไปด้วยสถานีตรวจสอบภาคพื้นดิน สถานีควบคุมใหญ่และเสาอากาศภาคพื้นดินในการควบคุมปฏิบัติรวมถึงการติดตามและใช้งานดาวเทียมในอวกาศและติดตามการส่งสัญญาณจากดาวเทียม โดยสถานีตรวจสอบมีอยู่ในเกือบทุกทวีปทั่วโลก รวมทั้งอเมริกาเหนือและใต้ แอฟริกา ยุโรป เอเชีย และออสเตรเลีย
3. อุปกรณ์ของผู้ใช้งาน
อุปกรณ์ของผู้ใช้งาน หมายถึงเครื่องรับและส่งสัญญาณ GPS ในเวลาเดียวกัน รวมถึงสิ่งของต่างๆ เช่น นาฬิกา สมาร์ทโฟน และอุปกรณ์ที่ใช้ระบบเทเลเมติกส์
แล้วเทคโนโลยี GPS ทำงานอย่างไร ?
GPS ทำงานโดยใช้เทคนิคทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า trilateration โดยใช้ในการคำนวณตำแหน่ง ความเร็ว และระดับความสูง ซึ่งใช้ในการรวบรวมสัญญาณจากดาวเทียมเพื่อนำเสนอข้อมูลออกมาเป็นตำแหน่ง ซึ่งมักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นการคำนวณแบบสามเหลี่ยมซึ่งใช้ในการวัดมุมไม่ใช่ระยะทาง
ดาวเทียมที่โคจรรอบโลกจะส่งสัญญาณให้อุปกรณ์ GPS อ่านและตีความโดยอุปกรณ์รับ GPS บนโลกของเราซึ่งอยู่บนหรือใกล้พื้นผิวโลกในการคำนวณตำแหน่ง โดยอุปกรณ์ GPS บนโลกนั้น จะต้องสามารถอ่านสัญญาณจากดาวเทียมอย่างน้อยสี่ดวง ดาวเทียมแต่ละดวงในวงโคจรจะโคจรรอบโลกวันละสองครั้ง และดาวเทียมแต่ละดวงจะส่งสัญญาณ การโคจรของพารามิเตอร์ในเวลาที่แตกต่างกัน โดยอุปกรณ์ GPS สามารถอ่านสัญญาณที่ส่งมาจากดาวเทียมตั้งแต่หกดวงขึ้นไป
ดาวเทียมเพียงดวงเดียวจะส่งสัญญาณไมโครเวฟออกไป ซึ่งถูกรับโดยอุปกรณ์รับ GPS ซึ่งใช้ในการคำนวณระยะทางจากอุปกรณ์ GPS ไปยังดาวเทียม เนื่องจากอุปกรณ์ GPS ให้ข้อมูลเพียงระยะห่างจากดาวเทียมเพียงเท่านั้น ดาวเทียมเพียงดวงเดียวจึงไม่สามารถให้ข้อมูลตำแหน่งได้มากนัก โดยไม่ได้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับมุมหรือองศา ดังนั้นตำแหน่งของอุปกรณ์ GPS อาจอยู่ที่ใดบนพื้นผิวของทรงกลมก็ได้
ดาวเทียมดวงแรกสร้างวงกลม ซึ่งเป็นรัศมีในการคำนวณจากอุปกรณ์ GPS ไปยังดาวเทียม ดังนั้นเมื่อเราเพิ่มดาวเทียมดวงที่สองเข้าไป มันจะสร้างวงกลมที่สองและตำแหน่งจะถูกจำกัดให้แคบลงเหลือหนึ่งในสองจุดที่ทั้งสองวงกลมอยู่ในพื้นที่เดียวกัน
จากนั้นมายังดาวเทียมดวงที่สาม ตำแหน่งของอุปกรณ์สามารถระบุได้ในที่สุด เนื่องจากอุปกรณ์รับสัญญาณ GPS อยู่ที่ตำแหน่งร่วมกันของวงกลมทั้งสาม อย่างที่กล่าวไปว่าเราอาศัยอยู่ในโลกสามมิติ ซึ่งหมายความว่าดาวเทียมแต่ละดวงสร้างทรงกลม ไม่ใช่วงกลม จุดร่วมกันของทรงกลมทั้งสามอันทำให้เกิดจุดตัดสองจุด ดังนั้นจึงเลือกจุดที่ใกล้โลกมากที่สุดจึงเป็นจุดที่ถูกเลือก
และเมื่ออุปกรณ์เคลื่อนที่ รัศมี (ระยะห่างจากดาวเทียม) ก็จะเปลี่ยนแปลง เมื่อรัศมีเปลี่ยนแปลง รูปทรงกลมใหม่ก็เกิดขึ้นทำให้เราได้ตำแหน่งใหม่ ซึ่งเราสามารถใช้ข้อมูลร่วมกับเวลาจากดาวเทียมในการคำนวณความเร็ว, คำนวณระยะทางไปยังจุดหมายปลายทาง และยังสามารถคำนวณเวลาที่จะถึงจุดหมายได้นั่นเอง
GPS มีประโยชน์อย่างไร ?
GPS เป็นเครื่องมือที่ทรงพลังและเชื่อถือได้สำหรับธุรกิจและองค์กรในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย อาชีพอย่าง นักสำรวจ นักวิทยาศาสตร์ นักบิน กัปตันเรือ เจ้าหน้าที่กู้ภัย และคนงานเหมืองและเกษตรกร บางส่วนใช้ GPS อำนวยความสะดวกในการทำงานทุกวัน โดยพวกเขาใช้ข้อมูล GPS เพื่อเตรียมการสำรวจและวางแผน คำนวณเวลา ใช้ในการระบุสถานที่หรือตำแหน่งและสำหรับการนำทางซึ่งมีระโยชน์อย่างมาก เนื่องจาก GPS สามารถทำงานได้ตลอดเวลาเกือบทุกสภาพอากาศ
การใช้งาน GPS หลักๆ มีอยู่ 5 ประการ ดังนี้ 1. ระบุที่ตั้ง 2. การนำทาง 3. การติดตาม 4. การทำแผนที่ 5.การวางแผนเวลา — ทำให้สามารถคำนวณเวลาได้อย่างแม่นยำ นี่คือตัวอย่างการใช้ GPS หลักๆ ในชีวิตประจำวัน มียังมีตัวอย่างของกรณีการใช้งาน GPS แบบเฉพาะเจาะจง ดังนี้
1. ช่วยเหลือการตอบสนองในกรณีฉุกเฉิน
ระหว่างที่เกิดเหตุฉุกเฉินหรือภัยธรรมชาติ ผู้เผชิญเหตุจะใช้ GPS สำหรับการระบุตำแหน่ง ติดตามและคาดการณ์สภาพอากาศ และติดตามบุคลากรฉุกเฉินเข้ามาช่วยเหลือโดยในสหภาพยุโรปและรัสเซีย มีกฎระเบียบที่เรียกว่า eCall ซึ่งใช้เทคโนโลยี GLONASS ซึ่งเป็นเทคโนโลยี GPS ทางเลือกและใช้ระบบเทเลเมติกส์เพื่อส่งข้อมูลไปหน่วยงานที่บริการยามฉุกเฉินในกรณีที่รถชนเพื่อช่วยลดเวลาตอบสนองจากหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง
2. ธุรกิจความบันเทิง
เทคโนโลยี GPS ถูกนำมาใช้ในเกมและกิจกรรมต่างๆ เช่น Pokemon Go และ Geocaching
3. สุขภาพและการออกกำลังกาย
สมาร์ทวอทช์และเทคโนโลยีที่สวมใส่ได้สามารถนำมาใช้ติดตามกิจกรรมการออกกำลังกาย (เช่น ระยะทางวิ่ง) และสามารถเปรียบเทียบกับผู้ที่มีความสนใจคล้ายๆกัน
4. การก่อสร้าง การทำเหมือง และกิจการรถบรรทุก
โดยใช้อุปกรณ์ในการระบุตำแหน่งจนไปจนถึงการวัดและปรับปรุงการจัดสรรสินทรัพย์ ระบบ GPS ช่วยให้บริษัทต่างๆ สามารถเพิ่มผลตอบแทนจากสินทรัพย์ของตนได้
5. การขนส่ง
บริษัทขนส่ง ใช้ระบบเทเลเมติกส์ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและความปลอดภัยของคนขับ การใช้เทคโนโลยีติดตามรถบรรทุกสามารถใช้เพื่อสนับสนุนและเพิ่มประสิทธิภาพของเส้นทาง,ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง, ความปลอดภัยของคนขับ และตรวจสอบการปฏิบัติตามข้อกำหนด
6. อุตสาหกรรมอื่นๆ ที่ใช้ GPS
อุตสาหกรรมอื่นๆ ที่ใช้ GPS ได้แก่ เกษตรกรรม ยานยนต์ไร้คนขับ การขายและบริการ การทหาร การสื่อสารเคลื่อนที่ ความปลอดภัย และการประมง เป็นต้น
แล้ว GPS แม่นยำแค่ไหน ?
ความแม่นยำของอุปกรณ์ GPS ขึ้นอยู่กับตัวแปรหลายอย่าง เช่น จำนวนดาวเทียมที่พร้อมใช้งาน ชั้นบรรยากาศของโลก สภาพแวดล้อมในเมือง และอื่นๆ และปัจจัยบางอย่างที่ส่งผลต่อความแม่นยำของ GPS ได้แก่ สิ่งกีดขวางเชิงกายภาพ สิ่งกีดขวางเชิงบรรยากาศ Ephemeris (ตารางที่แสดงตำแหน่งของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์และดาวเคราะห์ต่างๆ การคำนวณที่ผิดพลาด และการรบกวนที่เกิดจากตัวอุปกรณ์
ความแม่นยำของ GPS มีแนวโน้มที่จะสูงขึ้นในพื้นที่เปิดซึ่งหมายถึงพื้นที่ที่ไม่มีอาคารสูงที่อยู่ติดกัน ที่นำมาสู่การปิดกั้นสัญญาณ ซึ่งผลกระทบนี้ถูกเรียกว่า หุบเขาในเมือง (Urban Canyon) เมื่ออุปกรณ์รับ GPS ถูกรายล้อมไปด้วยอาคารขนาดใหญ่ เช่น ในตัวเมืองอย่าง แมนฮัตตันหรือโตรอนโต สัญญาณดาวเทียมจะถูกปิดกั้น จากนั้นสัญญาณจึงเด้งออกจากอาคารแล้วอุปกรณ์ที่ใช้ GPS จะอ่านในที่สุด ซึ่งอาจส่งผลให้มีการคำนวณระยะทางจากดาวเทียมผิดพลาด