سیستم ردیابی GPS

سیستم موقعیت یابی جهانی یا GPS، یک سیستم رادیویی ناوبری در سطح جهان است. این سیستم متشکل از ۲۴ ماهواره و ایستگاه های زمینی می‌باشد. سیستم ردیابی GPS عمدتا توسط وزارت دفاع ایالات متحده تأمین و کنترل می‌شود. این سیستم در ابتدا برای عملیات نظامی ارتش ایالات متحده طراحی شده بود. اما امروزه بسیاری از کاربران عادی و اجتماعات مختلف در سراسر جهان از GPS استفاده می‌نمایند. در این سیستم، کاربران اجازه استفاده از سرویس موقعیت یابی استاندارد را بدون هیچ گونه هزینه یا محدودیتی دارند.

ردیابی سیستم موقعیت یابی جهانی یک روش مکانیابی بسیار دقیق است. برای مثال، یک سیستم ردیابی GPS ممکن است در یک وسیله نقلیه، یک تلفن همراه یا یک دستگاه GPS خاص قرار گیرد که این دستگاه ها می‌توانند ثابت یا قابل حمل باشند. GPS با ارائه اطلاعات دقیق موقعیت مکانی می‌تواند امکان ردیابی و بررسی حرکت یک وسیله نقلیه یا شخص را فراهم سازد. برای مثال یک سیستم ردیابی GPS می‌تواند توسط یک شرکت برای نظارت بر مسیر تردد کامیون های حمل یا توسط والدین برای بررسی مکان دقیق فرزند خود استفاده شود. یک سیستم ردیابی GPS از شبکه جهانی ناوبری ماهواره‌ای یا GNSS استفاده می‌کند. این شبکه شامل طیف وسیعی از ماهواره هایی است که از سیگنال های مایکروویو استفاده می کنند و می‌توانند اطلاعات مربوط به مکان، سرعت، زمان و جهت خودرو را ارائه دهند. بنابراین، یک سیستم ردیابی می‌تواند به طور بالقوه داده های ناوبری را در زمان واقعی و در هر نوع مسیری ارائه نماید.

نحوه عملکرد سیستم ردیابی GPS

جی پی اس سیگنال های ماهواره ای خاصی را ایجاد می کند که توسط گیرنده‌های زمینی دریافت و پردازش می‌شود. این گیرنده‌های  GPS نه تنها مکان دقیق را ردیابی می‌کنند، بلکه می‌توانند سرعت و زمان را نیز محاسبه نمایند. موقعیت‌ها حتی می‌توانند با استفاده از چهار سیگنال ماهواره جی پی اس در حالت سه بعدی نیز محاسبه شوند. بخش فضایی سیستم موقعیت یابی جهانی شامل ۲۷ ماهواره GPS در مدار زمین می‌باشد. ازین تعداد، ۲۴ ماهواره عملیاتی و ۳ ماهواره به عنوان پشتیبان در اطراف زمین حرکت می‌کنند. کنترل سیستم موقعیت یابی شامل ایستگاه های مختلف ردیابی است که در سراسر جهان قرار دارند. این ایستگاه‌های نظارتی در ردیابی سیگنال‌های ماهواره‌های GPS که به طور مداوم در اطراف زمین در حال چرخش هستند، کمک می‌کنند. ماهواره‌ها در فضا سیگنال‌های حامل مایکروویو را ارسال می‌کنند تا کاربران سیستم‌های موقعیت یابی جهانی که دارای گیرنده های GPS هستند بتوانند این سیگنال های ماهواره ای را دریافت نمایند.

عملیات سیستم بر اساس یک اصل ساده ریاضی به نام Trilateration انجام می‌شود. این عملیات به دو دسته Trilateration دو بعدی و Trilateration سه بعدی تقسیم می‌شود. به منظور محاسبه ریاضی ساده، گیرنده GPS باید دو دسته اطلاعات را دریافت کند. اول اطلاعات مکان وسیله مورد نظر که توسط حداقل چهار ماهواره در بالای محل مشخص می‌شود و دوم فاصله بین محل مورد نظر و هر یک از ماهواره های فضایی. یک سیستم ردیابی GPS می تواند به روش های مختلف کار کند. از منظر تجاری، دستگاه های GPS به طور کلی برای رکورد موقعیت وسایل نقلیه استفاده می‌شود. بعضی از سیستم‌ها قادر به ذخیره‌سازی داده‌ها در داخل دستگاه ردیابی هستند که به عنوان ردیابی آفلاین شناخته می شود. بعضی از دستگاه‌ها نیز اطلاعات را از طریق سیستم GPRS سیم‌کارت اطلاعات را به یک پایگاه داده یا سیستم متمرکز ارسال می‌نمایند که تحت عنوان ردیابی آنلاین شناخته می‌شود.

مقایسه ردیابی آنلاین و آفلاین

یک سیستم ردیابی در حالت آفلاین می‌تواند داده‌های موقعیت مکانی متحرک را در طول مسیر بر اساس پارامترهای خاصی ذخیره نماید. به عنوان مثال، در این نوع سیستم GPS، ممکن است داده های تردد دستگاه طی ۱۲ ساعت گذشته ذخیره گردد. داده های ذخیره شده در این سیستم معمولا در حافظه داخلی یا کارت حافظه ذخیره می‌شود که می تواند برای تجزیه و تحلیل در یک رایانه به صورت روزانه انتقال یابد. در برخی موارد داده ها را به طور خودکار در نقاط پیش بینی شده‌ای در طول مسیر، دریافت نمود.

یک سیستم GPS در ردیابی آنلاین به عنوان یک سیستم زمان واقعی شناخته می‌شود، زیرا در این روش اطلاعات مربوط به سیستم GPS به یک سیستم پیگیری مرکزی در زمان های واقعی و به صورت خودکار ارسال می‌گردد. این نوع سیستم معمولا گزینه بهتری برای ردیابی ناوگان حمل و نقل، خودروها و یا حتی افراد مانند کودکان و سالمندان است؛ زیرا در این روش می‌توان در هر لحظه از موقعیت متحرک اطمینان حاصل کرد و در تمام طول مسیر آن ها کنترل نمود. از دیگر کاربردهای این روش، نظارت بر رفتار کارکنان است که می‌توان از تردد و نحوه عملکرد آن‌ها اطلاعات کسب کرد و با تحلیل دقیق داده‌ها، روند و فرآیندهای داخلی را بهینه سازی کرد. مهمترین کاربرد این روش از ردیابی جلوگیری از سرقت خودرو و یا یافتن خودرو سرقت شده در کمترین زمان ممکن می‌باشد.

ردیابی با استفاده از تلفن همراه

پیشرفت فناوری ارتباطات از زمانی که تلفن همراه اختراع شده است، توانایی دسترسی به موقعیت افراد را فراهم ساخته است. امروزه دستگاه‌های ارتباطی تلفن همراه بسیار پیشرفته‌تر شده‌اند و به توانمندی بالاتری از مکالمه دست یافته‌اند. یکی از این پیشرفت‌ها ردیابی تلفن همراه از طریق ماژول GPS آن است. تمام تلفن های همراه حتی زمانی که در حال تماس نیستند، به طور مداوم سیگنال رادیویی پخش می‌کنند. شرکت‌های تلفن همراه قادر به برآورد مکان تلفن با استفاده از اطلاعات سه بعدی از برج های دریافت سیگنال می‌باشند.

با استفاده از فناوری GPS که امروزه در بسیاری از گوشی های هوشمند جدید وجود دارد، می توان به صورت دقیق در هر زمان از موقعیت گوشی همراه اطلاع یافت. بنابراین ردیابی GPS تلفن همراه می‌تواند یک ویژگی مفید برای صاحبان کسب و کار، والدین، مدیران، دوستان و همکاران باشد. تکنولوژی تعیین محل بر اساس اندازه گیری الگوهای محل آنتن است و از این مفهوم استفاده می کند که تلفن همراه همیشه با یکی از نزدیکترین ایستگاه های پایه ، ارتباط بی سیم برقرار می‌کند. سیستم‌های پیشرفته بخش هایی را مشخص می کنند که در آن تلفن همراه ساکن است و تقریبا برآورد فاصله از ایستگاه پایه را نیز تعیین می‌کند. تقریب بیشتر می‌تواند توسط سیگنال‌های Interpolating بین برج‌های آنتن مجاور انجام شود. مکانیابی در مناطق شهری به دقت ۵۰ متر برسد که در آن ترافیک تلفن‌های همراه و تراکم برج های آنتن (ایستگاه های پایه) به اندازه کافی بالا است. در مناطق روستایی و خلوت ممکن است بدلیل تراکم کمتر برج‌های آنتن، دقت پایین تری داشته باشد. ازین رو محلی سازی GSM برای استفاده چندگانه از آن و برای تعیین محل  GSM تلفن های همراه است و معمولا با هدف به دست آوردن محل کاربر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سیستم‌های محلی‌سازی می‌توانند به طور گسترده ای به چند دسته تقسیم بندی شوند:

• موقعیت یابی بر مبنای شبکه

• موقعیت یابی بر مبنای گوشی تلفن همراه

• موقعیت یابی ترکیبی

موقعیت‌یابی بر مبنای شبکه

تکنیک‌های مبتنی بر شبکه با استفاده از زیرساخت شبکه ارائه دهنده خدمات برای شناسایی محل گوشی فعالیت می‌کنند. مزیت روش‌های مبتنی بر شبکه (از نقطه نظر اپراتور تلفن همراه) این است که موقعیت‌یابی بصورت غیرمستقیم انجام می‌پذیرد. دقت تکنیک‌های مبتنی بر شبکه متفاوت است. دقت روش‌های مبتنی بر شبکه به شدت وابسته به تمرکز و یا تعداد سلول‌های ایستگاه پایه می‌باشد، این در حالی ست که محیط های شهری به حداکثر دقت ممکن می‌رسند.

موقعیت‌یابی بر مبنای گوشی تلفن همراه

تکنولوژی مبتنی بر گوشی نیاز به نصب نرم افزار سرویس گیرنده بر روی گوشی تلفن همراه برای تعیین محل آن را دارد. در این تکنیک موقعیت مکانی گوشی را از طریق شناسایی سلول و سلول های همسایه تعیین می‌کند که به طور مداوم به حامل ارسال می‌شود. علاوه بر این، اگر گوشی نیز مجهز به GPS باشد، اطلاعات مکان دقیق تر از گوشی به حامل ارسال می‌شود. با توجه به نیاز نصب نرم‌افزار جانبی بر روی گوشی، این موضوع به عنوان بزرگترین مشکل سیستم شناخته می‌شود، زیرا نصب نرم افزار بر روی یک تلفن همراه بدون کسب رضایت از کاربر مشکل است. مهمتر از همه، نرم افزار باید با سیستم عامل های مختلف سازگار باشد. این مطلب نیاز به همکاری مشترک سازندگان تلفن همراه دارد. به طور معمول، سیستم‌های عامل گوشی‌های هوشمند مانند Symbain Windows Mobile، iPhone / iPhoneOS یا Android قادر به اجرای چنین نرم‌افزاری هستند.

موقعیت یابی ترکیبی

در روش موقعیت‌یابی به روش ترکیبی، از ترکیب فن‌آوری های مبتنی بر شبکه و مبتنی بر گوشی تلفن همراه برای تعیین موقعیت مکانی استفاده می‌کنند. یک مثال GPS Assisted است که از GPS و اطلاعات شبکه برای محاسبه مکان استفاده می‌کند. اگرچه تکنیک های هیبریدی موقعیت‌یابی، بهترین دقت را دارند اما محدودیت ها و چالش های فن آوری مبتنی بر شبکه و مبتنی بر گوشی را نیز به ارث می‌برند.