ระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลกด้วยดาวเทียม Global Positioning System: GPS

1. ระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลกด้วยดาวเทียมGlobal Positioning System: GPS ชยกฤต ม้าลำพองภาควิชาภูมิศาสตร์ คณะสังคมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่chaya@chiangmai.ac.th

2. ความหมายของ GPS การใช้ Function Go To ใน GPS การทำงานของ GPS Global Navigation Satellite Systems (GNSS) 1 7 3 5 ส่วนประกอบการทำงานของ GPS การใช้ Function Tracking ใน GPS ความคลาดเคลื่อนของ GPS การประยุกต์ใช้งาน GPS 8 6 4 2 เนื้อหา

3. Global Positioning System: GPS GPS เป็นเครื่องมือหาตำแหน่งพิกัดภูมิศาสตร์บนพื้นผิวโลกโดยอาศัยสัญญาณอ้างอิงจากระบบดาวเทียม GPS เป็นเครื่องมือช่วยตอบคำถามว่า “ฉันอยู่ที่ไหนบนโลกใบนี้ ?” • เมื่อไม่มี Line of Sight • Any time of day and night/ All weather • Very high geodetic accuracy • สามารถปฏิบัติงานได้รวดเร็วด้วยกำลังคนจำนวนน้อย

4. ส่วนประกอบการทำงานของ GPS ส่วนอวกาศ (Space Segment) ส่วนผู้ใช้งาน (User Segment) ส่วนควบคุม (Control Segment)

5. ส่วนประกอบการทำงานของ GPSส่วนอวกาศ (Space Segment) • ดาวเทียม 24 ดวง ใน 6 วงโคจร • แต่ละวงโคจรประกอบด้วยดาวเทียม 4 ดวง • วงโคจรทำมุมเอียง 55 องศากับแกนโลก • ระดับความสูงของดาวเทียม 22,200 กิโลเมตรจากพื้นผิวโลก • ดาวเทียมโคจรครบรอบทุก 12 ชั่วโมง • บนดาวเทียมมีนาฬิกาอตอมมิคมีความเที่ยงตรงสูง • ส่งข้อมูลตำแหน่งที่อยู่ของดาวเทียมทางคลื่น L1และ L2 Name : NAVSTAR Manufacturer : Rockwell International Altitude : 10,900 nautical miles Weight : 1,900 lbs (in orbit) Size : 17 ft with solar panels extended Orbital Period : 12 hours Planned Lifespan : 7.5 years Constellation : 24 satellites

6. ส่วนประกอบการทำงานของ GPSส่วนควบคุม (Control Segment) • Calibrates and Synchronize ระบบเวลา • ประเมินแนวโคจรของดาวเทียมแต่ละดวง • ประเมินค่าความผิดพลาดจากตำแหน่งดาวเทียมแต่ละดวง • ส่งข้อมูลคำสั่งสู่ดาวเทียม

7. ส่วนประกอบการทำงานของ GPSส่วนผู้ใช้งาน (User Segment) • ภาค RF ทำหน้าที่รับสัญญาณอนาลอกจากดาวเทียมจีพีเอส ผ่านกระบวนการแปลงสัญญาณไปเป็นสัญญาณดิจิตอล เพื่อส่งไปประมวลผลในภาค • ภาค Baseband ทำหน้าที่ประมวลผลสัญญาณที่รับมาจากภาค RF เพื่อที่จะนำข้อมูลต่างๆ ไปคำนวณหาค่าพิกัดตำแหน่งต่อไป • ส่วน Microprocessor ทำหน้าที่ติดต่อกับภาค Baseband เพื่อประมวลผลหาพิกัดตำแหน่ง และติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอก เช่น คอมพิวเตอร์ เป็นต้น

8. How GPS Work? 4. Once you know distanceto a satellite, you then needto know where the satelliteis in space 5. As the GPS signal travelsthrough the ionosphere and the earth’s atmosphere, it gets delayed 3. To measure travel time,GPS needs very accurateclocks 1. Triangulation from satellitesis the basis of the system. 2. To triangulate, GPS measures distance using the travel timeof a radio message

9. การระบุตำแหน่งบนพื้นโลกด้วย GPS ส่วนที่เป็นอวกาศ ดาวเทียม 1 ดาวเทียม 2 โลก ดาวเทียม 3 การคำนวณระยะทางระหว่างดาวเทียมกับเครื่อง GPS ซึ่งจะต้องใช้ระยะทางจากดาวเทียมอย่างต่ำ 3 ดวงเพื่อให้ได้ตำแหน่งที่แน่นอนซึ่งเมื่อ เครื่องGPSสามารถรับสัญญาณจากดาวเทียมได้3ดวงขึ้นไปแล้วจะมีคำนวณระยะทาง ระหว่างดาวเทียมถึงเครื่อง GPS โดยจากสูตรคำนวณทางฟิสิกส์คือ ความเร็ว X เวลา = ระยะทาง โดยดาวเทียมทั้ง 3 ดวงจะส่งสัญญาณที่เหมือนกันมายังเครื่อง GPS โดยความเร็วแสง (186,000ไมล์ต่อวินาที)แต่ระยะเวลาในการรับสัญญาณได้จากดาวเทียมแต่ละ ดวงนั้นจะไม่เท่ากัน เนื่องจากระยะทางไม่เท่ากัน

10. การระบุตำแหน่งบนพื้นโลกด้วย GPS ระยะเวลาในการส่งสัญญาณจากดาวเทียมดวงแรกถึงเครื่อง GPS คือ 0.10 วินาที ระยะทางระหว่างดาวเทียมกับ GPS คือ 18,600 ไมล์ (186,000 ไมล์ต่อวินาที X 0.10 วินาที = 18,600 ไมล์) ฉะนั้นตำแหน่งปัจจุบันก็จะสามารถเป็นจุดใดก็ได้ในวงกลมที่มีรัศมี 18,600 ไมล์ ซึ่งจะเห็นว่าดาวเทียมเพียงดวงเดียวยังไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนได้ ระยะเวลาในการส่งสัญญาณจากดาวเทียมดวงที่สองถึงเครื่อง GPS คือ 0.08 วินาที ระยะทางระหว่างดาวเทียมกับ GPS คือ 13,200 ไมล์ (186,000 ไมล์ต่อวินาที X 0.08 วินาที = 13,200 ไมล์) ฉะนั้นตำแหน่งปัจจุบันก็จะสามารถเป็นจุดใดก็ได้ในจุด Intersect ระหว่างวงกลมจากดาวเทียมดวงแรกกับดาวเทียมดวงที่ 2 ส่วนที่เป็นอวกาศ ดาวเทียม 1 ดาวเทียม 2 โลก ดาวเทียม 3 ระยะเวลาในการส่งสัญญาณจากดาวเทียมดวงที่สามถึงเครื่อง GPS คือ 0.06 วินาที ระยะทางระหว่างดาวเทียมกับ GPS คือ 11,160 ไมล์ (186,000 ไมล์ต่อวินาที X 0.06 วินาที = 11,160 ไมล์) ฉะนั้นตำแหน่งปัจจุบันก็จะสามารถเป็นจุดใดก็ได้ในจุด Intersect ระหว่างวงกลมจากดาวเทียมทั้ง 3 ดวง จะเห็นได้ว่าจะเหลือตำแหน่งอยู่ 2 จุดที่บริเวณวงกลมทั้ง 3 ตัดกันคือตำแหน่งที่อยู่ในอวกาศซึ่งจะถูกตัดทิ้งอัตโนมัติ โดยเครื่อง GPS อีกตำแหน่งคือตำแหน่งบนพื้นโลกซึ่งเป็นตำแหน่งที่เรายืนถือเครื่อง GPS อยู่นั้นเอง ซึ่งความถูกต้องแม่นยำของตำแหน่งก็ขึ้นกับจำนวนดาวเทียมที่สามารถรับ สัญญาณ ได้ในขณะนั้นหากมีมากกว่า 3 ดวงก็จะละเอียดมากขึ้น และก็ขึ้นกับเครื่อง GPS ด้วย หากเป็นเครื่องที่มีราคาแพง ( ซึ่งมักใช้เฉพาะงาน) ก็จะมีความถูกต้องแม่นยำมากขึ้น http://www2.cs.science.cmu.ac.th/seminar/2547/GPS/index4.htm

11. การระบุตำแหน่งบนพื้นโลกด้วย GPS • การบอกตำแหน่งโหมดมาตรฐาน( Standard Positioning Service, SPS)การบอกตำแหน่งโหมดมาตรฐานนี้เปิดให้ใช้โดยเสรีไม่มีการเข้ารหัสใดๆ แต่ข้อมูลที่ได้จากการบอกตำแหน่งโหมดมาตรฐานจะมีความคลาดเคลื่อน มากกว่าการบอกตำแหน่งโหมดละเอียด คือ 100 เมตร ในแนวนอน 156 เมตร ในแนวตั้ง และความคลาดเคลื่อนของ Coordinated Universal Time (UTC) 340 nsec • การบอกตำแหน่งโหมดละเอียด( Precise Positioning Service, PPS)การบอกตำแหน่งโหมดละเอียดถูกออกแบบมาเพื่อใช้กับงานทางทหารหรืองาน ที่ได้รับอนุญาตเป็นพิเศษจารกระทรวงกลาโหมของสหรัฐอเมริกาเท่านั้นข้อมูลที่ได้จะ ถูกเข้ารหัสไว้เพื่อไม่ให้ผู้ที่ไม่ได้รับอนุญาตลักลอบนำข้อมูลไปใช้ข้อมูลที่ได้มีความเที่ยงตรง กว่าการบอกตำแหน่งโหมดมาตรฐานมากคือ 22 เมตร ในแนวนอน และ 27.7 เมตร ในแนวตั้ง และความคลาดเคลื่อนของ UTC 200 nsec

12. GPS Accuracy • ความคลาดเคลื่อนจากนาฬิกา(Satellite and Receiver Clock Errors) • ความคลาดเคลื่อนเนื่องมาจากวงโคจรDilution of Precision (DOP) • การเลือกกำหนดความเบี่ยงเบน Selective Availability (S/A) • ความคลาดเคลื่อนจากชั้นบรรยากาศ(Ionospheric and atmospheric delays) • ความคลาดเคลื่อนจากการตกกระทบ(Multipath Error)

13. Differential GPS – the ultimate in accuracy Reference receivers Field receivers Error correctionmessage Field receivers

14. GPS Fieldwork กำหนดวัน เวลา สถานที่ ที่ต้องการสำรวจภาคสนาม ตรวจสอบปฏิทินการโคจรของดาวเทียม กำหนดค่าตั้งต้นของเครื่องรับ GPS ให้เหมาะสมกับสภาพการทำงาน กำหนดค่าต่างๆ ของข้อมูลที่ต้องการจัดเก็บ นัดหมายกำหนดการทำงานกับ Base Station ดำเนินงานภาคสนาม ประมวลผล และจัดเก็บข้อมูล

15. Global Navigation Satellite Systems (GNSS) Global Navigation Satellite Systems (GNSS) is the standard generic term for satellite navigation systems that provide autonomous geo-spatial positioning with global coverage. • GLONASSThe formerly Soviet, and now Russian, Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (Global Navigation Satellite System), or GLONASS, was a fully functional navigation constellation but since the collapse of the Soviet Union has fallen into disrepair, leading to gaps in coverage and only partial availability. The Russian Federation has pledged to restore it to full global availability by 2010 with the help of India, who is participating in the restoration project • GalileoThe European Union and European Space Agency agreed on March 2002 to introduce their own alternative to GPS, called the Galileo positioning system. At a cost of about GBP £2.4 billion,[4] the system is scheduled to be working from 2012. The first experimental satellite was launched on 28 December 2005. Galileo is expected to be compatible with the modernized GPS system. The receivers will be able to combine the signals from both Galileo and GPS satellites to greatly increase the accuracy. • CompassChina has indicated they intend to expand their regional navigation system, called Beidou or Big Dipper, into a global navigation system; a program that has been called Compass in China's official news agency Xinhua. The Compass system is proposed to utilize 30 medium Earth orbit satellites and five geostationary satellites. Having announced they are willing to cooperate with other countries in Compass's creation, it is unclear how this proposed program impacts China's commitment to the international Galileo position system.

16. Global Navigation Satellite Systems (GNSS) Comparison of GNSS systems

17. การประยุกต์ใช้งาน GPS • การทำแผนที่ • การสำรวจเพื่อจัดทำโฉนดที่ดิน • การสำรวจทางวิศวกรรม

18. การประยุกต์ใช้งาน GPS AVLS (Automated Vehicle Location System)

19. การประยุกต์ใช้งาน GPS • การนำทางด้วยดาวเทียม GPS • ช่วยแนะนำเส้นทาง • เลือกเส้นทางที่ดีที่สุด • วางแผนการเดินทางล่วงหน้า

20. การประยุกต์ใช้งาน GPS • กำหนดเส้นทางเดินรถประจำทาง • เดินรถผ่านย่านชุมชน • ผู้โดยสารได้รับความสะดวก • รับผู้โดยสารมากที่สุดในเส้นทางที่สั้นที่สุด

21. การประยุกต์ใช้งาน GPS • ความช่วยเหลือกรณีฉุกเฉิน • เพิ่มความปลอดภัยในการขับขี่ • ช่วยเหลือผู้ประสบอุบัติเหตุได้ทันท่วงที

22. การประยุกต์ใช้งาน GPS วางแผนการขนส่ง (Logistics) อย่างมีประสิทธิภาพ • - ควบคุมความเร็วของรถ • ควบคุมเส้นทาง • ประหยัดเวลา และเชื้อเพลิง

23. การใช้ Function Go To ใน GPS

24. การใช้ Function Go To ใน GPS • กด MARK 1 ครั้ง • เลื่อนลงมาตรงตำแหน่งพิกัด

25. การใช้ Function Go To ใน GPS • ทำการเปลี่ยนจุดพิกัดที่เป็นจุดเป้าหมายที่ต้องการไป • เมื่อเสร็จแล้วก็ OK

26. การใช้ Function Go To ใน GPS • ไปยังหน้า waypoints เลือกเข้าไป แล้วเลือกจุดที่บันทึกไว้

27. การใช้ Function Go To ใน GPS • จากนั้นทำการเลือกที่ Go To จะได้ตำแหน่งที่ยืนอยู่และเส้นทางที่ต้องเดินไปยังตำแหน่งเป้าหมาย

28. การใช้ Function Tracking ใน GPS • ไปยังหน้า Tracks โดยกดที่ปุ่ม PAGE • ถ้ามี Track ค้างอยู่ทำการ ลบข้อมูลออกก่อน ที่คำสั่ง Clear

29. การใช้ Function Tracking ใน GPS • เมื่อทำการลบข้อมูลแล้ว จากนั้นทำการตั้งค่า Track

30. การใช้ Function Tracking ใน GPS • ทำการเดินตามเส้นทางที่ต้องการที่จุดเริ่มต้น เมื่อถึงจุดหมายแล้วก็กด บันทึก ที่ปุ่ม SAVE ก็จะได้เส้นทางเดินตามเส้นทางภูมิประเทศจริง