Vietos (location) nustatymo būdai ir orientavimosi erdvėje metodai nuolat keitėsi ir tobulėjo – nuo žvalgymosi į žvaigždes iki sudėtingų XXI amžiaus skaitmeninių prietaisų. Ar daug apie juos žinote?
GPS
Tai pagrindinė ir vienintelė šiuo metu iš tiesų veikianti objekto pozicijos Žemėje ar Žemės orbitoje nustatymo sistema. GPS (Global Positioning System; globalinė pozicionavimo sistema) – JAV gynybos departamento sukurta technologija. Nuo 1978 m. į orbitą apie Žemę buvo paleista per 50 galingų GPS palydovų. Sistema sudaryta iš 24 palydovų ar tankesnio tinklo, sinchroniškai skriejančio aplink Žemę. Kiekvienas palydovas 20200 km aukštyje apskrieja planetą dukart per parą. Juose įrengti atominiai laikrodžiai leidžia itin tiksliai nustatyti padėtį orbitoje. Žemėje esančios observatorijos tikslina palydovų turimus duomenis apie padėtį erdvėje bei sinchronizuoja atominius laikrodžius. Šios sistemos išlaikymas, įskaitant senų palydovų keitimą, kainuoja 400 milijonų JAV dolerių per metus.
Prezidentas Ronaldas Reaganas po 1983 metų katastrofos, kuomet numušus pasiklydusį lėktuvą žuvo 269 keleiviai, paskelbė, jog GPS bus galima nemokamai naudotis viso pasaulio civilinėms reikmėms. Visavertė sistema (24 palydovų tinklas) pradėjo veikti tik 1993 m.
Navigacinės sistemos veikimas pagrįstas paprasčiausiu principu: toliau skriejantį palydovą radijo signalas pasiekia vėliau nei skriejantį arčiau. Keturiems atskiriems palydovams siunčiamos užklausos, į kurias akimirksniu atsakoma. Paskui pamatuojamas laikas, per kurį perduodamas signalas, nustatomas atstumas iki kiekvieno iš keturių palydovų ir apskaičiuojami atstumai. Nustačius atstumus iki dviejų palydovų, galima nubrėžti hiperbolę.
Hiperbolė – tai visuma taškų, kurių kiekvieno atstumo iki dviejų pastovių taškų (židinių) skirtumas yra pastovus (žr. pav.).
Šiuo atveju židiniai yra GPS palydovai. Vieną hiperbolės pusę galime lengvai atmesti, nes žinome, kuris palydovas skrieja arčiau (formulėse gaunami neigiami dydžiai). Sukdami hiperbolę apie x ašį, gauname erdvinį paviršių – hiperboloidą.
Objektas, kurio padėtį reikia nustatyti, yra kažkur jame. Kadangi turime keturis taškus (keturis palydovus), galime sukonstruoti dar du hiperboloidus. Visos trys erdvinės figūros persidengs viename bendrame taške, kuriame ir yra ieškomas objektas. Iš tiesų šias trimates objekto koordinates rasti gana sudėtinga. Idealiai nustatyti susikirtimo tašką trukdo netikslus imtuvo laikmatis, lėtesnis radijo bangų sklidimas jonosferoje (jonizuotame viršutiniame atmosferos sluoksnyje) ir dažnas paties objekto judėjimas. Tačiau šios kliūtys gana sėkmingai apeinamos pasitelkus matematinius sprendimus. Taip pat vienu metu naudojami skirtingi dažnių ruožai (1227,6 MHz; 1575,42 MHz ir 1841,4 MHz), leidžiantys tiksliau nuspėti radijo bangų greičio pokyčius, kuriems įtakos turi atmosferos trukdžiai. GPS signalų atspindžiai nuo aplinkinių objektų šalinami tobulinant antenų konstrukcijas (nepriimami nuo žemės atsispindėję signalai iš apačios) ir įvairiais matematiniais metodais.
Remiantis visais reliatyvumo teorijos dėsniais, palydovų atominiai laikrodžiai dirba šiek tiek greičiau nei esantys Žemėje. Šis skirtumas – 38 mikrosekundės per dieną, tačiau jį nuolat taiso palydovų programinė įranga. GPS – viena iš nedaugelio realiai veikiančių sistemų, kurioje pastebimas praktinis bendrojo reliatyvumo poveikis. Siekiant kuo tiksliau nustatyti objekto buvimo vietą, vienu metu dažnai naudojami aštuoni ar daugiau GPS palydovų. Papildomai kartais pasitelkiamos stabiliai Žemėje įrengtos GPS stotys.
Kai kurie transporto priemonėse (automobiliuose, laivuose, lėktuvuose) įrengti GPS imtuvai įvertina objekto judėjimo greitį (skaito spidometro duomenis) ir tokiu būdu dar labiau sumažina paklaidas. Šiuo metu naudojant GPS objekto buvimo vietą galima nustatyti 5 metrų tikslumu. Pritaikius daugybę paklaidas šalinančių metodų, idealiomis sąlygomis 5 metrų paklaidą galima sumažinti net iki 1 cm. Europa, nepatenkinta milžiniška JAV įtaka GPS tinklui, 2010 metais žada paleisti modernią buvimo vietos nustatymo sistemą „Galileo“. Rusai šiuo metu turi alternatyvią, tačiau kol kas menkai veikiančią „GLONASS“ sistemą.
GSM Buvimo vietos nustatymas GSM tinklu taip pat gana populiarus. Daugelyje šalių tokie metodai naudojami pagalbos telefonu (112, 911) skambinančiojo vietai nustatyti.
Pats paprasčiausias būdas – tikrinti, prie kurios bazinės stotelės yra prisijungęs mobilusis telefonas. Sužinoma tik apytikslė (apie 200 m tikslumu mieste ir apie 2 km tikslumu užmiestyje) objekto buvimo vieta, tačiau to gali užtekti, kad skambutis būtų automatiškai nukreiptas į artimiausią gaisrinės ar policijos skyrių. Norint tiksliau nustatyti buvimo vietą, panašiai kaip ir GPS, pasitelkiamos trys bazinės stotelės. Nustačius atstumus iki kiekvienos jų, brėžiami apskritimai, kurių spinduliai lygūs rastiems atstumams.
Apskritimų susikirtimo taške ir yra ieškomas objektas. Verta pastebėti, jog matavimus ir skaičiavimus atlieka ne mobilusis įrenginys, o bazinių stotelių aparatūra. Gaunamos objekto vietos paklaida – 50 m ar net mažiau. Šiuo metu plėtojamos tobulesnės technologijos, leisiančios sumažinti šį skaičių. Nepaisant to, į kai kuriuos mobiliųjų telefonų modelius diegiami ir GPS imtuvai.
„Wi-Fi“
Tai moderniausias vietos nustatymo metodas, dar vadinamas WPS (Wi-Fi Positioning System): buvimo vietai nustatyti pasitelkiami bevielio interneto prieigos taškų (hotspots) siunčiami signalai. Vartotojui nebūtina jungtis prie kiekvieno aptinkamo „Wi-Fi“ tinklo – pakanka transliuojamo SSID (Service Set Identifier) signalo, identifikuojančio aplink esančius bevielius tinklus. Nešiojamojo kompiuterio programinė įranga turi didelę duomenų bazę, kurioje kaupiami visi žinomi mieste esantys bevieliai tinklai bei jų fizinės vietos. Objekto buvimo vieta nustatoma pagal keleto (geriausia – trijų ir daugiau) bevielės įrangos stotelių siunčiamų signalų stiprumą. Taikomas anksčiau aprašytas susikertančių apskritimų metodas. Radusi nepažįstamą „Wi-Fi“ tinklą, programinė įranga įrašo jo identifikacinius duomenis ir fizinę vietą (pagal aplinkinius bevielių stotelių signalus) bei paviešina juos internete. Šiuo metu tokias duomenų bazes kaupia ir siūlo naudoti kelios JAV kompanijos. Nemokamai tokias paslaugas teikia „Microsoft“ (Windows Live Local) „Locate me“ funkcija.
Toks buvimo vietos nustatymas yra gana tikslus. Miestuose, kur GPS signalams trukdo aukšti pastatai, arba patalpose, kuriose GPS gali apskritai neveikti, tai puiki alternatyva – WPS paklaida dažnai siekia vos keletą metrų. Vienintelis trūkumas – ši technologija neveiks menkai apgyvendintuose rajonuose, kur arti nėra bevielio interneto prieigų.
