ระบบ GPS "Global Positioning System" ระบบบอกพิกัดตำแหน่งผ่านทางดาวเทียม
GPS คือ ระบบระบุตำแหน่งบนพื้นโลก ย่อมาจากคำว่า Global Positioning System เป็นระบบบอกพิกัดผ่านทางดาวเทียมซึ่งดาวเทียมจะบินโคจรสูงจากระดับพื้นโลกประมาณ 20,200 กิโลเมตร ดาวเทียมเหล่านี้จะคอยส่งสัญญาณให้กับเครื่องลูกข่าย เพื่อบอกพิกัด ตำแหน่ง บนผิวโลกได้ตลอด 24 ชั่วโมง โดยในช่วงแรกการใช้งานนั้น GPS จะถูกจำกัดอยู่ในทางการทหาร แต่ต่อมาทางสหรัฐอเมริกาซึ่งเป็นผู้สร้างและดูแลเครือข่ายดาวเทียมเหล่านี้ได้ทำการปลดล็อค ดาวเทียม เพื่อให้สามารถใช้ได้นอกเหนือจากการทหาร จึงเริ่มมีการใช้งานในวงกว้างขึ้น เช่น ใช้ในระบบการขนส่งการสำรวจทรัพยากรธรรมชาติการทำแผนที่และในปัจจุบันในวงการท่องเที่ยว ก็มีการนำ GPS มาใช้ในการเดินป่าอีกด้วย ประวัติ GPS โดยย่อ
ตั้งแต่ในอดีตมนุษย์เราก็มีความพยายามที่จะสร้างเครื่องไม้เครื่องมือเพื่อบอกให้ได้ว่า เรากำลังอยู่ที่ใด เพื่อป้องกันการหลงทางและสามารถกลับไปยังจุดเดิมได้อย่างถูกต้อง ซึ่งในการเดินเรือสมัยแรก ๆ ก็มีการใช้ดวงดาวเป็นการบอกตำแหน่งและทิศทาง ต่อมาเมื่อเทคโนโลยีทันสมัยมากขึ้นก็ได้มีการคิดค้นประดิษฐ์เข็มทิศและเครื่องวัดระยะทาง หาเส้นรุ้งและเส้นแวง(Sextant)ขึ้นมาโดยเข็มทิศจะชี้ไปทางเหนือเสมอฉะนั้นไม่ว่า เราจะไม่รู้ตำแหน่งของเราแต่เราจะยังสามารถรู้ทิศทางที่กำลังเดินทางไปได้ ส่วนเครื่องวัดระยะทางหาเส้นรุ้งและเส้นแวง นั้นจะช่วยในการวัดมุมระหว่างดวงดาวกับพื้นดิน ในยุคแรก ๆ นั้นเครื่องมือนี้จะใช้ในการเดินเรือและสามารถบอกได้แต่เส้นรุ้งเท่านั้น ไม่สามารถบอกเส้นแวงได้ ต่อมาในศตวรรษที่17ประเทศอังกฤษก็ได้ตั้งกลุ่มนักวิทยาศาสตร์เพื่อทำการสร้าง เครื่องมือเพื่อหาเส้นแวงให้ได้ ซี่งกลุ่มที่ตั้งขึ้นมาถูกเรียกว่า Board of Longitude โดยมีรางวัลให้กับผู้ที่สามารถสร้างเครื่องมือที่ใช้หาเส้นแวงได้ ซึ่งในปี ค.ศ.1761 John Harrison ได้พัฒนาเครื่องมือที่สามารถใช้หาเส้นแวงได้ซึ่งเรียกว่า Chronometer ซึ่งต่อมาก็มีการใช้เครื่องมือ Sextant และChronometerร่วมกันในการเดินทางอย่างแพร่หลาย ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ได้มีการพัฒนาระบบการส่งสัญญาณวิทยุมาใช้งานกันมากขึ้น จนกระทั่งได้มีการนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสมัยสงครามโลกครั้งที่2โดยทั้งเรือและเครื่องบิน จะใช้ระบบการรับ-ส่งสัญญาณวิทยุจากสถานีภาคพื้นดินเป็นตัวนำทางการส่งสัญญาณวิทยุนั้น จะสามารถส่งได้ทั้งแบบความถี่สูงและความถี่ต่ำ แต่ข้อเสียก็คือหากส่งสัญญาณ ในช่วงความถี่สูงจะสามารถรับ-ส่งข้อมูลได้อย่างถูกต้องแต่ครอบคลุมได้เพียงพื้นที่จำกัด ส่วนการรับ-ส่งสัญญาณในช่วงความถี่ต่ำสามารถครอบคลุมพื้นที่ได้กว้างไกลกว่า แต่ความถูกต้องต่ำกว่า ในศตวรรษที่ 20 ดาวเทียมสปุตนิก (Sputnik) ของประเทศรัสเซียได้ถูกส่งออกสู่อวกาศ เมื่อวันที่ 4ตุลาคม ค.ศ.1957 และทำให้เราเริ่มตระหนักกันว่าเราสามารถใช้ดาวเทียมในการนำทาง ได้เช่นเดียวกับดวงดาวบนท้องฟ้าโดยนักวิจัยจากสถาบัน MITได้ติดตามวิถีการโคจรของ ดาวเทียมสปุตนิกและได้สังเกตเห็นว่าสัญญาณวิทยุจากดาวเทียมสปุตนิกจะสูงขึ้น เมื่อดาวเทียมโคจรเข้ามาใกล้และต่ำลงเมื่อดาวเทียมโคจรห่างออกไปจากข้อเท็จจริง ดังกล่าวที่ว่าเราสามารถจะติดตามตำแหน่งของดาวเทียมในขณะโคจรรอบโลกได้จาก ภาคพื้นดินนั้นจึงเป็นที่มาของสมมุติฐานที่ว่าในทางกลับกันเราก็น่าจะสามารถติดตาม หรือระบุตำแหน่งของวัตถุใดๆ บนพื้นโลกโดยการใช้สัญญาณวิทยุจากดาวเทียมได้เช่นกัน ต่อมาทางประเทศสหรัฐอเมริกาก็ได้มีการพัฒนาดาวเทียมนำร่องออกสู่อวกาศเช่นกัน โดยทางอเมริกาเรียกระบบนี้ว่าTransitซึ่งประกอบไปด้วยดาวเทียม6ดวงโคจรรอบโลกผ่านขั้วโลก ที่ความสูงประมาณ 1,100 กิโลเมตร โดยใช้สำหรับหาตำแหน่งของเรือเดินสมุทร และเครื่องบิน โดยระบบนี้รัฐบาลอเมริกาอนุญาตให้เอกชนบางรายใช้ในงานสำรวจเท่านั้นโดยยังไม่เปิด ให้บุคคลทั่วไปใช้งานแต่ระบบนี้ก็ใช้งานกันได้ไม่นานนักเนื่องจากการส่งสัญญาณช้าและ มีความถูกต้องต่ำจึงได้เริ่มมีการพัฒนาระบบGPSเพื่อให้มีการบอกตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ มากขึ้น โดยได้เริ่มมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องจากหน่วยงานที่เกี่ยวข้องส่งผลทำให้ระบบ GPS ที่สมบูรณ์ได้ถูกใช้งานเต็มรูปแบบจากดาวเทียม 24 ดวงในกลางปี 1990
ระบบ GPS ประกอบไปด้วย 3 ส่วนหลัก คือ
1. ส่วนอวกาศ ประกอบด้วยเครือข่ายดาวเทียม 3 ค่าย คือ
อเมริกา รัสเซีย ยุโรป ของอเมริกา ชื่อ NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging GPS) มีดาวเทียม 28 ดวง ใช้งานจริง 24 ดวง อีก 4 ดวงเป็นตัวสำรอง บริหารงานโดย Department of Defenses มีรัศมีวงโคจรจากพื้นโลก 20,162.81 กม.หรือ 12,600 ไมล์ ดาวเทียมแต่ละดวงใช้ เวลาในการโคจรรอบโลก 12 ชั่วโมง ยุโรป ชื่อ Galileo มี 27 ดวง บริหารงานโดย ESA หรือ European Satellite Agency จะพร้อมใช้งานในปี 2008 รัสเซีย ชื่อ GLONASS หรือ Global Navigation Satellite บริหารโดย Russia VKS (Russia Military Space Force) ในขณะนี้ภาคประชาชนทั่วโลกสามารถใช้ข้อมูลจากดาวเทียมของทางอเมริกา (NAVSTAR) ได้ฟรี เนื่องจากนโยบายสิทธิการเข้าถึงข้อมูลและข่าวสารสำหรับประชาชนของรัฐบาลสหรัฐ จึงเปิดให้ประชาชนทั่วไปสามารถใช้ข้อมูลดังกล่าวในระดับความแม่นยำที่ไม่เป็นภัยต่อความมันคงของรัฐ กล่าวคือมีความแม่นยำในระดับบวก / ลบ 10 เมตร
2. ส่วนควบคุม ( Control Segment )
ส่วนควบคุมจะประกอบไปด้วยสถานีซึ่งคอยตรวจสอบดูแลการทำงานของดาวเทียม โดยใช้เรดาร์ส่งสัญญาณไปยังดาวเทียม เพื่อให้ดาวเทียมอยู่ในวงโคจร ในความสูง ความเร็ว และตำแหน่งที่ถูกต้องและในทางกลับกันสถานทีเหล่านี้ยังทำหน้าที่รับสัญญาณจากดาวเทียม และส่งข้อมูลไปยังเครื่องลูกข่ายGPSเพื่อบอกตำแหน่งและข้อมูลของเครื่องลูกข่ายนั้นๆ อย่างถูกต้องด้วย สถานีที่ทำการควบคุมดาวเทียมจะมีอยู่ 5 แห่ง คือ สถานีหลักที่ Colorado สถานีบนเกาะ Ascension, สถานี Diego Garcia (มหาสมุทรอินเดีย) , Kwajalein และ Hawaii
รูปที่ 1 สถานีควบคุมดาวเทียมทั่วโลก
3. ส่วนผู้ใช้งาน ( User Segment )
ประกอบด้วย 2 ส่วนใหญ่ๆคือส่วนที่ใช้งานด้านพลเรือน (Civilian) และส่วนที่ใช้งาน ทางการทหาร ( Military) ส่วนผู้ใช้งานประกอบด้วยเครื่องรับสัญญาณ หรือเครื่อง GPS แบบมือถือที่มีใช้กันอยู่ทั่วไปนั่นเองโดยในเครื่องGPSนั้นจะมีโปรแกรมคอมพิวเตอร์อยู่ในตัว เครื่องเพื่อให้เครื่องทราบว่าดาวเทียมอยู่ในตำแหน่งใด ในเวลานั้น ๆ โดยเครื่อง GPS จะทำการคำนวณ ตรวจสอบ และถอดรหัสสัญญาณที่ได้จากดาวเทียม เพื่อให้ได้ข้อมูลมา ซึ่งข้อมูลที่ได้โดยปรกติก็มักจะถูกประมวลผลโดยโปรแกรมและส่งข้อมูลออกมาทางหน้าจอ ของเครื่องGPSนั้นๆเพื่อให้ผู้ใช้ได้ทราบข้อมูลโดยการแสดงผลก็จะต่างกันขึ้นกับโปรแกรม ในเครื่อง GPS แต่ละรุ่นและแต่ละยี่ห้อ ทุกวันนี้บางท่านมักจะเข้าใจผิดว่า GPS เป็น GPRS ซึ่ง GPRS ย่อมาจากคำว่า General Packet Radio Service เป็นระบบสื่อสารแบบไร้สายสำหรับโทรศัพท์มือถือ หรือ PDA หรือ note bookเพื่อเชื่อมต่อกับ internet
GPS ทำงานอย่าง ไร
ดาวเทียม GPS (Navstar) ประกอบด้วยดาวเทียม 24 ดวง โดยแบ่งเป็น 6 รอบวงโคจร การโคจรจะเอียงทำมุมเอียง 55 องศา กับเส้นศูนย์สูตร ( Equator )ในลักษณะสานกันคล้าย ลูกตะกร้อแต่ละวงโคจรมีดาวเทียม 4 ดวง รัศมีวงโคจรจากพื้นโลก 20,162.81 กม. หรือ 12,600 ไมล์ ดาวเทียมแต่ละดวงใช้ เวลาในการโคจรรอบโลก 12 ชั่วโมง GPS ทำงานโดยการรับสัญญาณจากดาวเทียมแต่ละดวง โดยสัญญาณดาวเทียมนี้ประกอบไปด้วยข้อมูลที่ระบุตำแหน่งและเวลาขณะส่งสัญญาณ ตัวเครื่องรับสัญญาณ GPS จะต้องประมวลผลความแตกต่างของเวลาในการรับสัญญาณเทียบกับเวลาจริง ณ ปัจจุบันเพื่อแปรเป็นระยะทางระหว่างเครื่องรับสัญญาณกับดาวเทียมแต่ละดวง ซึ่งได้ระบุมีตำแหน่งของมันมากับสัญญาณดังกล่าวข้างต้น เพื่อให้เกิดความแม่นยำในการค้นหาตำแหน่งด้วยดาวเทียม ต้องมีดาวเทียมอย่างน้อย 4 ดวง เพื่อบอกตำแหน่งบนผิวโลก ซึ่งระยะห่างจากดาวเทียมทั้ง 3 กับเครื่อง GPS (ที่จุดสีแดง) จะสามารถระบุตำแหน่งบนผิวโลกได้หากพื้นโลกอยู่ในแนวระนาบแต่ในความเป็นจริงพื้นโลกมีความโค้งเนื่องจากสัณฐานของโลกมีลักษณะกลมดังนั้นดาวเทียมดวงที่ 4 จะทำให้สามารถคำนวณเรื่องความสูงเพื่อทำให้ได้ตำแหน่งที่ถูกต้องมากขึ้น การวัดระยะห่างระหว่างดาวเทียมกับเครื่องรับทำได้โดยใช้สูตรคำนวณ ระยะทาง = ความเร็ว * ระยะเวลา วัดระยะเวลาที่คลื่นวิทยุส่งจากดาวเทียมมายังเครื่องรับ GPS คูณด้วยความเร็วของคลื่นวิทยุจะเท่ากับระยะทางที่เครื่องรับ อยู่ห่างจากดาวเทียม โดยเวลาที่วัดได้มาจากนาฬิกาของดาวเทียมที่มีความแม่นยำสูงมีความละเอียดถึงนาโนวินาที และมีการสอบทวนเสมอๆกับสถานีภาคพื้นดิน องค์ประกอบสุดท้ายก็คือตำแหน่งของดาวเทียมแต่ละดวงในขณะที่ส่งสัญญาณมาว่าอยู่ที่ใด(Almanac) มายังเครื่องรับ GPS โดยวงโคจรของดาวเทียมได้ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าแล้วเมื่อถูกส่งขึ้นสู่อวกาศ สถานีควบคุมจะคอยตรวจสอบการโคจรของดาวเทียมอยู่ตลอดเวลาเพื่อทวนสอบความถูกต้อง
รูปที่ 2 แสดงการคำนวณจุดพิกัดของตำแหน่ง
ความแม่นยำของการระบุตำแหน่งนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของดาวเทียมแต่ละดวง กล่าวคือถ้าระยะห่างระหว่างดาวเทียมที่ใช้งานอยู่ห่างกันย่อมให้ค่าที่แม่นยำกว่าที่อยู่ใกล้กัน และยิ่งมีจำนวนดาวเทียมที่รับสัญญาณได้มากก็ยิ่งให้ความแม่นยำมากขึ้น ความแปรปรวนของชั้นบรรยากาศชั้นบรรยากาศประกอบด้วยประจุไฟฟ้า ความชื้น อุณหภูมิ และความหนาแน่นที่แปรปรวนตลอดเวลา คลื่นเมื่อตกกระทบ กับวัตถุต่างๆ จะเกิดการหักเหทำให้สัญญาณที่ได้อ่อนลง และสิ่งแวดล้อมในบริเวณรับสัญญาณเช่นมีการบดบังจากกระจก ละอองน้ำ ใบไม้ จะมีผลต่อค่าความถูกต้องของความแม่นยำ เนื่องจากถ้าสัญญาณจากดาวเทียมมีการหักเหก็จะทำให้ค่าที่คำนวณได้จากเครื่องรับสัญญาณเพี้ยนไป และสุดท้ายก็คือประสิทธิภาพของเครื่องรับสัญญาณว่ามีความไวในการรับสัญญาณแค่ไหนและความเร็วในการประมวณผลด้วย
GPS ใช้งานอย่างไร
ผู้ที่ใช้ระบบ GPS จะต้องมีเครื่องรับสัญญาณ GPS หน่วยประมวลผล โปรแกรมแผนที่และข้อมูลแผนที่ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์การใช้งานในรูปแบบต่างๆ การรับสัญญาณจากดาวเทียมไม่ต้องเสียค่าใช้จ่าย ส่วนการใช้งานในรูปแบบที่ใช้ประกอบกับแผนที่จะมีค่าใช้จ่ายในเรื่องของแผนที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับบริษัทที่จัดทำแผนที่ ในประเทศไทยมีผู้จัดทำแผนที่เพื่อใช้กับ GPS รายใหญ่ๆได้แก่
• ABLE ITS (POWER MAP)• ESRI (GARMIN)
• MAP POINT ASIA (SMARTMAP)
• BANGKOK GUIDE
• MapKing
• iGO
• SpeedNavi
• Mio Map
• Papago
แผนที่นำทางของแต่ละบริษัทจะมีข้อดีข้อด้อยแตกต่างกันไปและข้อมูลแผนที่ของแต่ละค่ายไม่สามารถนำมาใช้งานกับโปรแกรมของค่ายอื่นได้แม้ว่าจะมีพื้นฐานของข้อมูลใกล้เคียงกัน ทั้งนี้เป็นเพราะการรักษาสิทธิทางปัญญาของแต่ละบริษัท ทำให้แต่ละค่ายจะต้องทำการสำรวจภาคสนามเองหรือต้องซื้อข้อมูลจากบริษัทอื่น แผนที่ของไทยจึงมีข้อจำกัดในการพัฒนาเนื่องมาจากภาระในด้านต้นทุนและฐานจากจำนวนผู้ใช้งานยังมีน้อย ในบางประเทศรัฐบาลเป็นผู้สนับสนุน ข้อมูลทางภูมิศาสตร์นี้ให้กับภาคเอกชนจึงทำให้การพัฒนาแผนที่นำทางเป็นไปอย่างกว้างขวางและต่อเนื่อง นอกจากความเฉพาะของแนวนำทางจะไม่สามารถนำมาใช้ต่างค่ายได้แล้ว แผนที่ยังมีความเฉพาะสำหรับเครื่องแต่ละเครื่องด้วยคือไม่สามารถนำแผนที่จากเครื่องหนึ่งไปใช้กับเครื่องอื่นได้ จะต้องมีการป้อนรหัสที่ทางบริษัทจัดให้จึงจะสามารถใช้งานได้
การประยุกต์ใช้งาน
ปัจจุบันนี้ได้มีการใช้งาน GPS ในรูปแบบต่างๆดังนี้
• การกำหนดพิกัดของสถานที่ต่าง ๆ การทำแผนที่ งานสำรวจ โดยส่านใหญ่นิยมใช้อุปกรณ์ที่สามารถพกพาไปได้ง่าย มีความทนทาน กันน้ำได้ สามารถใช้กับถ่านไฟฉายขนาดมาตรฐานได้ ดูรายละเอียดเพิ่มที่นี่
• การนำทาง ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางมีหลากหลายแบบและขนาด สามารถนำทางได้ทั้งภาพและเสียง ใช้ได้หลายภาษา บางแบบมีภาพเสมือนจริง ภาพสามมิติ และประสิทธิภาพอื่นๆเพิ่มเติมเช่น multimedia Bluetooth handfree เป็นต้น ดูรายละเอียดเพิ่มที่นี่
• การวางแผนการใช้ประโยชน์ที่ดิน โครงข่ายหมุดดาวเทียม GPS ของกรมที่ดิน (DOLVRS)• การกำหนดจุดเพื่อบรรเทาสาธารณะภัย เช่น เสื้อกั๊กชูชีพที่มีเครื่องส่งสัญญาณจีพีเอส
• การวางผังสำหรับการจัดส่งสินค้า
• การนำไปใช้ประโยชน์ในขบวนการยุติธรรม เช่นการติดตามบุคคล การติดตามการค้ายาเสพติด ฯลฯ ดูรายละเอียดเพิ่มที่นี่
• การนำไปใช้ประโยชน์ทางทหาร ดูรายละเอียดเกี่ยวกับอนาคตGPS ทางทหารจากกระทรวงกลาโหมสหรัฐที่นี่ The Future of the Global Positioning System
• การกีฬา เช่นใช้ในการฝึกฝนเพื่อวัดความเร็ว ระยะทาง แคลลอรี่ที่เผาผลาญ ดูรายละเอียดเพิ่มที่นี่ หรือ ใช้ในสนามกอล์ฟเอคำนวณระยะจากจุดที่อยู่ถึงหลุม
• การสันทนาการ เช่น กำหนดจุดตกปลา หาระยะเวลาที่เหมาะสมในการตกปลา การวัดความเร็วระยะทาง บันทึกเส้นทาง เครื่องบิน/รถบังคับวิทยุ
• ระบบการควบคุมหรือติดตามยานพาหนะ การติดตามบุคคล เพื่อให้ทราบว่ายานพาหนะอยู่ที่ใด มีการเคลื่อนที่หรือไม่ มีการแจ้งเตือนให้กับผู้ติดตามเมื่อมีการเคลื่อนที่เร็วกว่าที่กำหนดหรือเคลื่อนที่ออกนอกพื้นที่หรือเข้าสู่พื้นที่ที่กำหนด นอกจากนั้นยังสามารถนำไปใช้ในการป้องกันการโจรกรรมและติดตามทรัพย์สินคืน ดูรายละเอียดเพิ่มที่นี่
• การนำข้อมูล GPS มาประกอบกับภาพถ่ายเพื่อการท่องเที่ยว การทำรายงานกิจกรรม เป็นต้น โดยจะต้องมีเครื่องรับสัญญาณดาวเทียมติดตั้งอยู่กับกล้องบางรุ่น หรือการใช้ GPS Data Logger ร่วมกับ Software ดูรายละเอียดที่นี่
ระบบนำทางด้วย GPS ทำงานอย่างไร
ก่อนอื่นผู้ใช้จะต้องมีเครื่องรับสัญญาณดาวเทียมหรือมีอุปกรณ์นำทาง เมื่อผู้ใช้นำเครื่องไปใช้งานมีการเปิดรับสัญญาณ GPS แล้วคัวโปรแกรมจะแสดงตำแหน่งปัจจุบันบนแผนที่ แผนที่สำหรับนำทางจะเป็นแผนที่พิเศษที่มีการกำหนดทิศทางการจราจร เช่น การจราจรแบบชิดซ้ายหรือชิดขวา ข้อมูลการเดินรถทางเดียว จุดสำคัญต่างๆ ข้อมูลทางภูมิศาสตร์ต่างๆ ฝังไว้ในข้อมูลแผนที่ที่ได้ทำการสำรวจและตั้งค่าไว้แล้ว ในแต่ละทางแยกก็จะมีการกำหนดค่าเอาไว้ด้วยเช่นกันเพื่อให้ตัวโปรแกรมทำการเลือกการเชื่อมต่อของเส้นทางจนถึงจุดหมายที่ได้เลือกไว้ เสียงนำทางก็จะทำงานสอดคล้องกับการเลือกเส้นทาง เช่นถ้าโปรแกรมเลือกเส้นทางที่จะต้องไปทางขวาก็จะกำหนดให้มีการแสดงเสียงเตือนให้เลี้ยวขวา โดยแต่ละโปรแกรมก็จะมีการกำหนดเตือนไว้ล่วงหน้าว่าจะเตือนก่อนจุดเลี้ยวเท่าใด ส่วนการแสดงทิศทางก็จะมีการบอกไว้ล่วงหน้าเช่นกันแล้วแต่ว่าจะกำหนดไว้ล่วงหน้ากี่จุด บางโปรแกรมก็กำหนดไว้จุดเดียว บางโปรแกรมกำหนดไว้สองจุด หรือบางโปรแกรมก็สามารถเลือกการแสดงได้ตามความต้องการของผู้ใช้ การคำนวณเส้นทางนี้จะถูกคำนวณให้เสร็จตั่งแต่แรก และตัวโปรแกรมจะแสดงผลทั้งภาพและเสียงตามตำแหน่งจริงที่อยู่ ณ.จุดนั้นๆ หากมีการเดินทางออกนอกเส้นทางที่ได้กำหนดไว้ เครื่องจะทำการเตือนให้ผู้ใช้ทราบและจะคำนวณให้พยายามกลับสู่เส้นทางที่ได้วางแผนไว้ก่อน หากการออกนอกเส้นทางนั้นอยู่เกินกว่าค่าที่กำหนดไว้ก็จะมีการคำนวณเส้นทางให้ใหม่เองอัตโนมัติ เมื่อเครื่องคำนวณเส้นทางให้ผู้ใช้สามารถดูเส้นทางสรุปได้ล่วงหน้า หรือแสดงการจำลองเส้นทางก็ได้ โปรแกรมนำทางบางโปรแกรมมีความสามารถกำหนดจุดแวะได้หลายจุดทำให้ผู้ใช้สามารถกำหนดให้การนำทางสอดคล้องกับการเดินทางมากที่สุด หรืออาจใช้ในการหลอกเครื่องเพื่อให้นำทางไปยังเส้นทางที่ต้องการแทนที่เส้นทางที่เครื่องคำนวณได้ บางโปรแกรมก็มีทางเลือกให้หลีกเลี่ยงแบบต่างๆเช่น เลี่ยงทางผ่านเมือง เลี่ยงทางด่วน เลี่ยงทางกลับรถ เป็นต้น
อุปกรณ์ที่ใช้ร่วมกับการนำทางด้วย GPS ประกอบด้วยอะไรบ้าง
ตัวรับสัญญาณ หน่วยประมวลผล โปรแกรม และข้อมูลแผนที่ ปัจจุบันนี้มีเครื่อง GPS ที่มีครบทุกอย่างในตัวเอง ซึ่งจะมีความสะดวกในการใช้งานและมีความเสถียรสูงได้แก่ PND (Personal / Portable Navigation Device) หรือแบบที่ใช้ GPS receiver ร่วมกับ PDA (Personal Digital Assistant) Pocket PC โน๊ตบุ๊ค PC Smart phone เป็นต้น แต่ในปัจจุบันได้มีการติดตั้ง GPSใน smart phone เพิ่มขึ้นหลายรุ่น ทำให้สะดวกในการใช้งานยามหลงทางหรือใช้งานหาสถานที่ใกล้เคียง อกจากอุปกรณ์หลักแล้วยังมีอุปกรณ์เสริม เช่นเสารับสัญญาณภายนอกแบบติดเฉพาะเครื่องต่อเครื่อง หรือตัวกระจายคลื่น (GPS radiator) เพื่อให้สามารถใช้GPSได้ในที่อับสัญญาณ เช่นในรถที่ติดฟิล์มที่มีสารโลหะอยู่ (หรือที่เรียกกันว่า"ฉาบปรอท") หรือในอาคาร
ประโยชน์ของ GPS สำหรับบุคคลทั่วไป
สามารถนำทางไปในสถานที่ต่าง ๆ ค้นหาสถานที่ต่าง ๆ ที่สำคัญ ๆ กำหนดจุดสนใจต่าง ๆ ได้ ใช้ในการวัดพื้นที่ การสำรวจ การเดินป่า การเดินเรือ ซึ่งสามารถนำทางกลับสู่ตำแหน่งตั้งต้นได้ และการบันทึกข้อมูลสำหรับการเล่นกีฬากลางแจ้ง ในเรื่องการขนส่งมีการนำ GPS ไปใช้เป็นระบบติดตามรถยนต์ เพื่อควบคุมดูแลตลอดจนบันทึกเส้นทาง ลักษณะการขับรถ และการควบคุมเครื่องมืออุปกรณ์ในรถ เช่น อุณหภูมิ ตู้แช่สินค้า ทำให้สามารถบริหารจัดการการขนส่งได้อย่างมีประสิทธิภาพ ประหยัดค่าใช้จ่าย และในด้านความปลอดภัยก็สามารถทราบถึงตำแหน่งของรถว่าอยู่ที่ไหน เกิดอะไรขึ้น สะดวกต่อการตรวจสอบติดตาม
การใช้ระบบ GPS ในต่างประเทศ
ทุกวันนี้ในต่างประเทศมีการใช้อุปกรณ์ GPS กันอย่างกว้างขวาง และประชาชนมีความรู้เรื่อง GPS เป็นอย่างดี เพราะได้มีการใช้งานมาหลายปีแล้วและมีระบบเชื่อมโยงข้อมูลการจราจรในรูปแบบของดิจิตอล ประกอบกับมีการวางผังเมืองอย่างเป็นระเบียบทำให้การพัฒนาระบบ GPS เป็นไปได้อย่างรวดเร็ว เช่น ในรถแท็กซี่จะพบอุปกรณ์ GPS ประจำอยู่แทบทุกคัน เพื่อหลีกเลี่ยงเส้นทางที่มีการจราจรคับคั่ง หรือการขับรถเพื่อท่องเที่ยวก็จะมีการแนะนำเส้นทางท่องเที่ยวพร้อมสถานที่น่าสนใจต่างๆ เช่น ร้านอาหาร ที่พัก จุดชมวิว แหล่งท่องเที่ยว เป็นต้น และนักเดินทางก็มักจะพกอุปกรณ์ GPS ในรูปแบบ PDA หรือ Pocket PC กันเป็นส่วนมาก แทนการพกพาสมุดแผนที่อย่างในอดีต ปัจจุบันนี้ระบบ GPS สามารถค้นหาถึงระดับบ้านเลขที่หรือเบอร์โทรศัพท์และนำทางไปสู่เป้าหมายได้อย่างถูกต้อง
แนวโน้มหรืออนาคตของ GPS ในประเทศไทยสำหรับ GPS ยังเป็นของใหม่มากและรู้จักกันในหมู่ผู้ใช้งานในวงแคบ ๆ แต่ก็เป็นนิมิตหมายที่ดีในการที่จะแพร่หลายต่อไปในอนาคตปัจจุบันนี้ได้มีรถแท็กซี่บางค่ายได้นำ GPS ไปติดตั้ง ในปัจจุบันนอกจากฟังก์ชั่นการนำทางพื้นฐานแล้วก็ยังมีการเตือนทางโค้ง จุดด่านเก็บเงิน จุดที่มักจะมีการตรวจจับความเร็ว ตำแหน่งกล้องตรวจจับการฝ่าฝืนกฎจราจร การกำหนดความเร็วในถนนแต่ละสาย ข้อมูลการท่องเที่ยวพร้อมรายละเอียดพร้อมภาพประกอบ ข้อมูลร้านอาหารอร่อย ภาพเสมือนจริง ข้อมูลจราจร TMC หรือ (Traffic Message Channel) การใช้ GPS ในการติดตามรถบรรทุก รถยนต์ ซึ่งต่อไปน่าจะแพร่หลายไปถึงรถแท็กซี่ รถพยาบาล รถตำรวจ รถโรงเรียน รถขนส่งสาธารณะ ฯลฯ การแสดงสภาพการจราจรที่คาดว่าในอนาคตจะมี จุดที่ต้องระวังในการขับขี่ เช่น โค้งอันตราย เขตชุมชนลดความเร็ว เป็นต้น
เครื่องรับสัญญาณจีพีเอส ( GPS Receiver)
ทำหน้าที่รับสัญญาณจากดาวเทียมแล้วนำสัญญาณดังกล่าวมาประมวลผลเพื่อหา พิกัดปัจจุบัน ซึ่งภายในเครื่องรับสัญญาณจีพีเอส ประกอบไปด้วยอุปกรณ์หลักๆ ดังนี้
• ภาค RF ทำหน้าที่รับสัญญาณอนาลอกจากดาวเทียมจีพีเอส ผ่านกระบวนการแปลงสัญญาณไปเป็นสัญญาณดิจิตอล เพื่อส่งไปประมวลผลในภาค
• ภาค Baseband ทำหน้าที่ประมวลผลสัญญาณที่รับมาจากภาค RF เพื่อที่จะนำข้อมูลต่างๆ ไปคำนวณหาค่าพิกัดตำแหน่งต่อไป
• ส่วน Microprocessor ทำหน้าที่ติดต่อกับภาค Baseband เพื่อประมวลผลหาพิกัดตำแหน่ง และติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอก เช่น คอมพิวเตอร์ เป็นต้น
จะเห็นได้ว่าเบื้องหลังการใช้งานเครื่อง GPS นั้น มีส่วนประกอบที่สำคัญอื่น ๆ ที่ทำให้เราสามารถใช้งานเครื่อง GPS ได้ ซึ่งในส่วนผู้ใช้งานเองแค่มีเพียง GPS Reciever เครื่องเดียวก็เพียงพอแล้ว โดยในส่วนอื่น ๆ นั้นก็จะมีหน่วยงานที่เกี่ยวข้องคอยดูแลเพื่อให้ระบบนั้นสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การบอกตำแหน่งมี 2 แบบ คือ
1. การบอกตำแหน่งโหมดมาตรฐาน (Standard Positioning Service, SPS) การบอกตำแหน่งโหมดมาตรฐานนี้เปิดให้ใช้โดยเสรีไม่มีการเข้ารหัสใดๆ แต่ข้อมูลที่ได้จากการบอกตำแหน่งโหมดมาตรฐานจะมีความคลาดเคลื่อน มากกว่าการบอกตำแหน่งโหมดละเอียด คือ 100 เมตร ในแนวนอน 156 เมตร ในแนวตั้ง และความคลาดเคลื่อนของ Coordinated Universal Time (UTC) 340 nsec
2. การบอกตำแหน่งโหมดละเอียด( Precise Positioning Service, PPS)
การบอกตำแหน่งโหมดละเอียดถูกออกแบบมาเพื่อใช้กับงานทางทหารหรืองาน ที่ได้รับอนุญาตเป็นพิเศษจารกระทรวงกลาโหมของสหรัฐอเมริกาเท่านั้นข้อมูลที่ได้จะ ถูกเข้ารหัสไว้เพื่อไม่ให้ผู้ที่ไม่ได้รับอนุญาตลักลอบนำข้อมูลไปใช้ข้อมูลที่ได้มีความเที่ยงตรง กว่าการบอกตำแหน่งโหมดมาตรฐานมากคือ 22 เมตร ในแนวนอน และ 27.7 เมตร ในแนวตั้ง และความคลาดเคลื่อนของ UTC 200 nsec
วิธีการหาพิกัดตำแหน่งโดยใช้ระบบ GPS
เครื่องรับแบบนำหน
เครื่องรับแบบนำหน (Navigation Receiver) รับสัญญาณที่เป็นคลื่นวิทยุจากดาวเทียม ในขณะเดียวกันก็สร้างรหัส C/A (Coarse/Acquisition) ขึ้นมาเปรียบเทียบกับรหัสที่ถอดได้จากสัญญาณ เมื่อเปรียบเทียบได้รหัสที่ตรงกัน จะทำให้รู้เวลาที่คลื่นวิทยุใช้ในการเดินทางจากดาวเทียมมายังเครื่องรับ ในการหาตำแหน่ง (แบบสามมิติ) ต้องวัดระยะทางไปยังดาวเทียมพร้อมกัน 4 ดวง หากจำนวนดาวเทียมน้อยกว่า 3 ดวง ค่าตำแหน่งที่ได้จะไม่มีความน่าเชื่อถือ และในกรณีที่มีดาวเทียมอยู่ในท้องฟ้ามากกว่า 4 ดวง เครื่องรับจะเลือกดาวเทียม 4 ดวง ที่มีรูปลักษณ์เชิงเรขาคณิตที่ดีที่สุด หรือมีค่า PDOP ต่ำที่สุดมาใช้ในการคำนวณตำแหน่งของเครื่องรับ
รูปที่ 3 แสดงชนิดของเครื่องรับ GPS แบบนำหน
เครื่องรับแบบรังวัด
การทำงานของเครื่องรับแบบรังวัดมีหลักการสำคัญ 3 ประการ คือ ประการแรก การใช้คลื่นส่งวัดระยะแทนการใช้รหัส C/A วัดระยะ ทำให้การวัดระยะมีความถูกต้องมากขึ้นเป็นพันเท่า ประการที่สอง คือ การใช้วิธีการวัดแบบสัมพัทธ์เป็นวิธีการขจัดความคลาดเคลื่อนแบบมีระบบ (Systematic Errors) ที่อยู่ในข้อมูลหรือที่เกิดขึ้นในการวัดระยะทางให้หมดไปหรือลดน้อยลงได้ ด้วยเหตุนี้ความคลาดเคลื่อนทางตำแหน่งจึงลดลง ประการที่สาม การวัดระยะด้วยคลื่นส่ง เครื่องรับสัญญาณวัดระยะระหว่างเครื่องรับกับดาวเทียมได้เพียงบางส่วนเท่านั้น จำเป็นต้องอาศัยการประมวลผลช่วยหาระยะที่ขาดหายไป
รูปที่ 4 แสดงชนิดของเครื่องรับ GPS แบบรังวัด
วิธีการทำงานคือ นำเครื่องรับแบบรังวัดไปวางที่หมุดที่ต้องการหาตำแหน่งเปรียบเทียบกันเป็นเวลาตั้งแต่ 30 นาทีขึ้นไป จากนั้นนำข้อมูลที่ได้จากการรับสัญญาณมาประมวลผลได้เป็น เส้นฐาน และนำข้อมูลดังกล่าว มาประมวลผลร่วมกับข้อมูลที่ได้จากการรังวัดตำแหน่งอื่นๆ ที่ต้องการทราบค่าเพื่อหาค่าพิกัดที่ถูกต้องของตำแหน่งนั้น การทำงานรังวัด
ปกติ GPS เพียงเครื่องเดียว พร้อมแบตเตอรี่อัลคาไลน์ ก็เพียงพอสำหรับการใช้งานเบื้องต้นได้แล้ว แต่สำหรับผู้ที่ต้องการใช้งานที่ซับซ้อนมากยิ่งขึ้น และสามารถโหลดข้อมูลเพื่อขึ้นไปเก็บไว้บน PC ได้ ก็ควรจะมีอุปกรณ์เสริมเพิ่มเติมเข้ามาด้วย ดังนี้
เปิดใช้ในรถยนต์ขณะเดินทาง ควรมีเสาอากาศภายนอก สายต่อที่จุดบุหรี่ และแท่นติดตั้งในรถยนต์
ใช้ต่อกับเครื่อง Notebook ในรถยนต์ ควรมีสารต่อเข้า PC และที่จุดบุหรี่ในตัวเดียวกัน
ใช้ในขณะขับขี่จักรยาน ควรมีแท่นติดตั้งบนมือจับจักรยาน
โหลดข้อมูล/แผนที่ขึ้น-ลง PC ควรมีสายต่อเข้า PC และซอฟต์แวร์แผนที่ทั่วโลก โดยนำค่า X,Y,Z ที่ได้นำเข้าสู่โปรแกรม GIS เช่น ARCVIEW เป็นต้น
ในกรณีที่ไม่มีสายโหลดหรือต้องการบันทึกรายละเอียดเฉพาะตำแหน่งสำคัญที่ต้องการ (Waypoint) สามารถจัดเตรียมตารางบันทึกตำแหน่ง พร้อมรายละเอียดของข้อมูลภาคสนามได้เช่นกัน ดังตัวอย่างตาราง
รูปที่ 5 แสดงตัวอย่างการนำเข้าข้อมูล GPS สู่โปรแกรม ARCVIEW
รูปที่ 6 แสดงตัวอย่างสร้างตำแหน่งในโปรแกรม ARCVIEW
รูปที่ 7 แสดงตัวอย่างผลลัพธ์ในโปรแกรม ARCVIEW พร้อมกับการเชื่อมโยงภาพจากภาคสนาม
ระบบ GPS แบบ Tracking คือระบบติดตามยานพาหนะหรือระบบติดตามบุคคล ในปัจจุบันได้มีการนำ Tracking GPS มาใช้อย่างแพร่หลาย สำหรับการนำมาใช้งานในภาคธุรกิจ การติดตั้ง Tracking GPS เป็นเรื่องง่ายมาก เพียงแค่ติดตั้งกล่องดำ GPS ในรถขององค์กรแค่นี้ เราก็สามารถตรวจสอบได้แล้วว่ารถคันดังกล่าวอยู่ที่ตำแหน่งใด โดยตรวจสอบผ่านจอ Computer
GPS แบบ Tracking เป็นเทคโนโลยีที่ถูกพัฒนาขึ้นเพื่ออำนวยความสะดวกแก่มนุษย์ ในองค์กรและหน่วยงานต่างๆที่มีความต้องการการบริหาร พนักงานและยานพาหนะในองค์กร ให้ทำงานไปอย่างมีประสิทธิภาพทำงานระบบ GPS แบบ Tracking เข้ามามีบทบาท ในการตรวจสอบพฤติกรรม และในการวัดผลต่างๆ ด้วยเหตุว่ามีความรวดเร็วและถูกต้อง แม่นยำ ของระบบติดตามยานพาหนะหรือ GPS แบบ Tracking จะทำให้ผู้ดูแลระบบสามารถทราบพฤติกรรมของพนักงาน เสมือนอยู่กับเขาตลอดเวลา
1. ทราบถึงปัจจุบัน สถานะต่างๆ ของสิ่งที่เราติดตามไม่ว่าจะเป็นคน หรือยานพาหนะ ซึ่งเป็นข้อมูลที่สำคัญ เช่นตำแหน่งในปัจจุบัน
2. ทราบถึงอดีตรายงานย้อนหลัง หลายๆ อย่างในระบบยานพาหนะได้ เช่นการคำนวณการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงต่อวัน ระยะทางที่วิ่งต่อวัน เนื่องจากทั่วไป ระบบ Tracing GPS ส่วนใหญ่จะมีรายงานย้อนหลัง เพื่อใช้ในการวิเคราะห์สำหรับผู้ดูแลระบบ
3. เพิ่มความปลอดภัยในการขนส่ง เนื่องจากในหลายๆ ผู้ผลิต Tracking GPS เราสามารถทราบตำแหน่ง และความเร็วของยานพาหนะเราในปัจจุบันได้ ทำให้สามารถเตือนผู้ขับขี่ได้ เมื่อมีพฤติกรรมเสี่ยงต่อการประสบอุบัติเหตุ บางผู้ผลิตสามารถมีระบบแจ้งเตือนอัตโนมัติมายังผู้ควบคุมและไปยังพนักงานขับรถได้โดยทันที ที่มีปัจจัยเสี่ยงตามเงื่อนไข เช่น วิ่งเร็วเกินที่กำหนด หรือวิ่งออกนอกเส้นทางที่วางแผนไว้
4. วางแผนเส้นทางทำงานล่วงหน้า ผู้ผลิต Tracking GPS บางราย ระบบสามารถวางแผนงานไว้ล่วงหน้าก่อนการเดินทางจะมาถึง และระบบสามารถวิเคราะห์แจ้งเตือน เมื่อมีการทำงานนอกแผนที่วางไว้
5. ลดการทุจริต ผู้ผลิต Tracking GPS บางราย ระบบติดตามยานพาหนะสามารถตรวจสอบระดับน้ำมันเชื้อเพลิง และสรุปการจอดยานพาหนะทั้งหมดได้ ซึ่งข้อมูลอย่างดีในกรณี การขโมยน้ำมันเชื้อเพลิง หรือแอบขายอะไหล่ได้
ประเภทของ GPS แบบ Tracking สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทดังนี้
1. GPS Tracking แบบ Off line เป็นการนำเทคโนโลยี GPS มาผสมกับหน่วยความจำ (Memory) ซึ่งจะทำให้ผู้ดูแลระบบ สามารถทราบอดีตของข้อมูลยานพาหนะที่ติดตามโดยมีหลักการทำงานดังนี้
รูปที่ 8 แสดงระบบการทำงาน Off line tracking GPS systema. อุปกรณ์ GPS Tracking แบบ Off line จะรับข้อมูลตำแหน่งยานพาหนะ GPS และข้อมูล Sensor อื่นๆ ภายในรถเช่น ระดับน้ำมันเชื้อเพลิง, ปริมาณระดับความร้อนของเครื่องยนต์, สัญญาณการติดเครื่องยนต์, สัญญาณการเปิดเครื่องปรับอากาศ, สัญญาณการเปิดตู้สินค้า, ซึ่งการรับข้อมูลต่างๆ จากยานพาหนะนี้ จะถูกจัดเก็บตลอดการทำงาน
b. ข้อมูลทั้งหมดจะถูกจัดเก็บในหน่วยความจำ (Memory) ภายในอุปกรณ์โดยปกติจะสามารถเก็บไว้ได้เป็นเวลาหลายๆ วัน
c. เมื่อยานพาหนะกลับมาถึงบริษัท ผู้ดูแลระบบ GPS Tracking แบบ Off line ก็จะนำข้อมูลที่เป็นอุปกรณ์เก็บไว้ตลอดระยะเวลาเดินทาง มาเก็บไว้ใน Computer ซึ่งโดยเทคโนโลยีปัจจุบันสามารถทำได้หลายวิธีเช่น เดินไปหยิบ Memory ไปเสียบเข้ากับ Computer ได้โดยตรง, มีอุปกรณ์วิทยุรับ-ส่งข้อมูลมายัง Computer ที่มีเครื่องรับ โดยส่วนใหญ่จะไม่ไกลกันมากนัก
d. เมื่อข้อมูลในอดีตของยานพาหนะถูกเก็บเข้าระบบ Computer เราก็สามารถนำข้อมูลมาใช้งานได้ เช่น ดูการเดินรถย้อนหลัง และรายงานอื่นๆ
2. GPS Tracking แบบ On line เป็นอีกขั้นหนึ่งของเทคโนโลยี GPS คือมีการนำเอาระบบกำหนดตำแหน่งของโลก GPS มารวมกับระบบโครงข่ายสื่อสาร เช่น วิทยุ, SMS, GPRS ซึ่งเป็นการพัฒนาต่อยอดจากระบบ Off line ทำให้ระบบ GPS Tracking แบบ On line สามารถแสดงตำแหน่งยานพาหนะในปัจจุบันได้ทันที เป็นการอำนวยความสะดวกแก่ผู้ดูแลระบบอย่างมาก โดยมีหลักการทำงานดังนี้
รูปที่ 9 แสดงระบบการทำงาน Off line tracking GPS systema. อุปกรณ์ GPS Tracking แบบ On line จะรับข้อมูลตำแหน่งยานพาหนะ GPS และข้อมูล Sensor อื่นๆ ภายในรถเช่น ระดับน้ำมันเชื้อเพลิง, ปริมาณระดับความร้อนของเครื่องยนต์, สัญญาณการติดเครื่องยนต์, สัญญาณการเปิดเครื่องปรับอากาศ, สัญญาณการเปิดตู้สินค้า, ซึ่งการรับข้อมูลต่างๆ จากยานพาหนะนี้ จะถูกจัดเก็บตลอดการทำงาน
b. ข้อมูลทั้งหมดจะถูกจัดเก็บในหน่วยความจำ (Memory) ภายในอุปกรณ์โดยปกติจะสามารถเก็บไว้ได้เป็นเวลาหลายๆ วัน
c. ข้อมูลจะถูกส่งออกจากอุปกรณ์ไปยัง Server กลาง ในทันที โดยไม่ต้องรอให้ยานพาหนะกลับมายังบริษัท โดยโครงข่ายสื่อสารเช่น วิทยุ, SMS แต่ที่ได้รับความนิยมเป็นอย่างมากคือ ระบบ GPRS (General Package Radio Service) เพราะสามารถส่งข้อมูลได้ในปริมาณมากๆ โดยที่มีค่าใช้จ่ายที่ไม่สูงนัก
d. ผู้ดูแลระบบสามารถดูข้อมูลของรถในปัจจุบัน และในอดีตได้ และสามารถนำมาวิเคราะห์ได้โดยทันที
แหล่งที่มาของข้อมูล: http://www.global5thailand.com/thai/gps.htm
Comments
Post a Comment