GPS ย่อมาจาก Global Positioning Systemหมายถึง ระบบกำหนดตำแหน่งบนโลก

GPS คือ ระบบบอกตำแหน่งบนพื้นผิวโลก โดยอาศัยการคำนวณจากความถี่สัญญาณนาฬิกาที่ส่งมาจากดาวเทียมที่โคจรอยู่รอบโลกซึ่งทราบตำแหน่ง ทำให้ระบบนี้สามารถบอกตำแหน่ง ณ จุดที่สามารถรับสัญญาณได้ทั่วโลก โดยเครื่องรับสัญญาณจีพีเอส ซึ่งเป็น อุปกรณ์ที่ใช้ติดตามรถ “GPS Tracking” และวัตถุต่างๆนั้นๆ จะสามารถคำนวณความเร็วและทิศทางนำมาใช้ร่วมกับโปรแกรมแผนที่ เพื่อใช้ในระบบการติดตามรถ หรืออุปกรณ์ต่างๆ และสามารถใช้นำทางได้

ประเทศสหรัฐอเมริกาเป็นประเทศที่ให้กำเนิดระบบจีพีเอส(GPS) มาตั้งแต่ปีค.ศ.1957(พ.ศ.2500) เมื่อ 1 กันยายน 2526 ได้เกิดเหตุการณ์โคเรียนแอร์ไลน์ เที่ยวบินที่ 007ของเกาหลีใต้บินพลัดหลงเข้าไปในน่านฟ้าของสหภาพโซเวียตและถูกรัสเซียยิงตก ทำให้ผู้โดยสาร 269 คนเสียชีวิตทั้งหมด ประธานาธิบดีโรนัลด์ เรแกนจึงได้ประกาศให้พัฒนาระบบจีพีเอสที่เคยใช้เฉพาะทางการทหารให้นำไปพัฒนาเพิ่มเติมเพื่อให้ใช้กับพลเรือนและอนุญาตให้ประชาชนทั่วไปนำมาใช้งานได้

แรกเริ่มมีการนำมาใช้ประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ เพื่อหาพิกัดเครื่องบิน พิกัดเรือ พิกัดรถ พิกัดบุคคล ต่อมามีการเพิ่มวิวัฒนาการร่วมกับการส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูง GPRS เพื่อแสดงผลแบบ realtime ในการติดตามยานพาหนะ ,ติดตามการส่งสินค้า และมีการใช้อย่างแพร่หลายทั้งในทวีปอเมริกา ยุโรป จนมาถึงประเทศไทยครับ

GPS ทำงานอย่างไร?

ดาวเทียม GPS (Navstar) ประกอบด้วยดาวเทียม 24 ดวง โดยแบ่งเป็น 6 รอบวงโคจร การจรจะเอียงทำมุมเอียง 55 องศากับเส้นศูนย์สูตร (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) จะสามารถระบุตำแหน่งบนผิวโลกได้ หากพื้นโลกอยู่ในแนวระนาบแต่ในความเป็นจริงพื้นโลกมีความโค้งเนื่องจากสัณฐานของโลกมีลักษณะกลม ดังนั้นดาวเทียมดวงที่ 4 จะทำให้สามารถคำนวณเรื่องความสูงเพื่อทำให้ได้ตำแหน่งที่ถูกต้องมากขึ้น

นอกจากนี้ความแม่นยำของการระบุตำแหน่งนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของดาวเทียมแต่ละดวง กล่าวคือถ้าระยะห่างระหว่างดาวเทียมที่ใช้งานอยู่ห่างกันย่อมให้ค่าที่แม่นยำกว่าที่อยู่ใกล้กัน และยิ่งมีจำนวนดาวเทียมที่รับสัญญาณได้มากก็ยิ่งให้ความแม่นยำมากขึ้น ความแปรปรวนของชั้นบรรยากาศชั้นบรรยากาศประกอบด้วยประจุไฟฟ้า ความชื้น อุณหภูมิ และความหนาแน่นที่แปรปรวนตลอดเวลา คลื่นเมื่อตกกระทบ กับวัตถุต่างๆ จะเกิดการหักเหทำให้สัญญาณที่ได้อ่อนลง และสิ่งแวดล้อมในบริเวณรับสัญญาณเช่นมีการบดบังจากกระจก ละอองน้ำ ใบไม้ จะมีผลต่อค่าความถูกต้องของความแม่นยำ เนื่องจากถ้าสัญญาณจากดาวเทียมมีการหักเหก็จะทำให้ค่าที่คำนวณได้จากเครื่องรับสัญญาณเพี้ยนไป และสุดท้ายก็คือประสิทธิภาพของเครื่องรับสัญญาณว่ามีความไวในการรับสัญญาณแค่ไหนและความเร็วในการประมวณผลด้วย

การวัดระยะห่างระหว่างดาวเทียมกับเครื่องรับทำได้โดยใช้สูตรคำนวณ ระยะทาง = ความเร็ว * ระยะเวลา วัดระยะเวลาที่คลื่นวิทยุส่งจากดาวเทียมมายังเครื่องรับ GPS คูณด้วยความเร็วของคลื่นวิทยุจะเท่ากับระยะทางที่เครื่องรับ อยู่ห่างจากดาวเทียม โดยเวลาที่วัดได้มาจากนาฬิกาของดาวเทียมที่มีความแม่นยำสูงมีความละเอียดถึงนาโนวินาที และมีการสอบทวนเสมอๆกับสถานีภาคพื้นดิน

องค์ประกอบสุดท้ายก็คือตำแหน่งของดาวเทียมแต่ละดวงในขณะที่ส่งสัญญาณมาว่าอยู่ที่ใด(Almanac) มายังเครื่องรับ GPS โดยวงโคจรของดาวเทียมได้ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าแล้วเมื่อถูกส่งขึ้นสู่อวกาศ สถานีควบคุมจะคอยตรวจสอบการโคจรของดาวเทียมอยู่ตลอดเวลาเพื่อทวนสอบความถูกต้อง

ก่อนอื่นผู้ใช้จะต้องมีเครื่องรับสัญญาณดาวเทียมหรือมีอุปกรณ์นำทาง เมื่อผู้ใช้นำเครื่องไปใช้งานมีการเปิดรับสัญญาณ GPS แล้วตัวโปรแกรมจะแสดงตำแหน่งปัจจุบันบนแผนที่ แผนที่สำหรับนำทางจะเป็นแผนที่พิเศษที่มีการกำหนดทิศทางการจราจร เช่น การจราจรแบบชิดซ้ายหรือชิดขวา ข้อมูลการเดินรถทางเดียว จุดสำคัญต่างๆ ข้อมูลทางภูมิศาสตร์ต่างๆ ฝังไว้ในข้อมูลแผนที่ที่ได้ ทำการสำรวจและตั้งค่าไว้แล้ว ในแต่ละทางแยกก็จะมีการกำหนดค่าเอาไว้ด้วยเช่นกันเพื่อให้ตัวโปรแกรมทำการเลือกการเชื่อมต่อของ เส้นทางจนถึงจุดหมายที่ได้เลือกไว้

เสียงนำทางก็จะทำงานสอดคล้องกับการเลือกเส้นทาง เช่นถ้าโปรแกรมเลือกเส้นทางที่จะต้องไปทางขวาก็จะกำหนดให้มีการแสดงเสียง เตือนให้เลี้ยวขวา โดยแต่ละโปรแกรมก็จะมีการกำหนดเตือนไว้ล่วงหน้าว่าจะเตือนก่อนจุดเลี้ยวเท่าใด ส่วนการแสดงทิศทางก็จะมีการบอก ไว้ล่วงหน้าเช่นกันแล้วแต่ว่าจะกำหนดไว้ล่วงหน้ากี่จุด บางโปรแกรมก็กำหนดไว้จุดเดียว บางโปรแกรมกำหนดไว้สองจุด หรือบางโปรแกรม ก็สามารถเลือกการแสดงได้ตามความต้องการของผู้ใช้

การคำนวณเส้นทางนี้จะถูกคำนวณให้เสร็จตั่งแต่แรก และตัวโปรแกรมจะแสดงผลทั้งภาพและเสียงตามตำแหน่งจริงที่อยู่ ณ.จุดนั้นๆ หากมี การเดินทางออกนอกเส้นทางที่ได้กำหนดไว้ เครื่องจะทำการเตือนให้ผู้ใช้ทราบและจะคำนวณให้พยายามกลับสู่เส้นทางที่ได้วางแผนไว้ก่อน หากการออกนอกเส้นทางนั้นอยู่เกินกว่าค่าที่กำหนดไว้ก็จะมีการคำนวณเส้นทางให้ใหม่เองอัตโนมัติ

เมื่อเครื่องคำนวณเส้นทางให้ผู้ใช้สามารถดูเส้นทางสรุปได้ล่วงหน้า หรือแสดงการจำลองเส้นทางก็ได้ โปรแกรมนำทางบางโปรแกรมมีความ สามารถกำหนดจุดแวะได้หลายจุดทำให้ผู้ใช้สามารถกำหนดให้การนำทางสอดคล้องกับการเดินทางมากที่สุด หรืออาจใช้ในการหลอกเครื่อง เพื่อให้นำทางไปยังเส้นทางที่ต้องการแทนที่เส้นทางที่เครื่องคำนวณได้ บางโปรแกรมก็มีทางเลือกให้หลีกเลี่ยงแบบต่างๆเช่น เลี่ยงทางผ่านเมือง เลี่ยงทางด่วน เลี่ยงทางกลับรถ เป็นต้น

หลักการทำงานของ GPS

เครื่องรับ GPS จะทำหน้าที่ในการเปลี่ยนสัญญาณดาวเทียมเป็นตำแหน่ง (X,Y,Z) ความเร็ว (Speed) และ เวลา (Time) และต้องใช้ดาวเทียมอย่างน้อย 3 ดวงในการระบุตำแหน่ง GPS ประกอบด้วยทั้งหมด 3 ส่วน คือ ส่วนอวกาศ ส่วนควบคุม และ ส่วนผู้ใช้

เมื่อนำมาประยุกต์เข้ากับระบบ Microcontroller อุปกรณ์ประกอบ(I/O) และระบบ Communication network เราจึงสามารถนำอุปกรณ์ GPS เข้ามาทำงานต่างๆที่สัมพันธ์กับตำแหน่งได้ [อุปกรณ์แต่รุ่นมีความสามารถไม่เท่ากันขึ้นอยู่กับการเลือกใช้งาน]

• วัดความเร็วรอบของเครื่องยนต์
• วัดอุณหภูมิและระดับน้ำมันในถัง
• ตรวจนับการเปิด-ปิด อุปกรณ์ เช่น ประตู
• ควบคุมการทำงานจากอุปกรณ์ภายนอก เช่น Start-Stop เครื่องยนต์
• การต่อพ่วงอุปกรณ์ภายนอกแบบ Analog และ Digital เช่น Gauge Meter เครื่องรูดบัตร พนักงาน ขับ เครื่องวัดปริมาณน้ำมันที่เครื่องยนต์บริโภคจากหัว
• ฉีด(Fuel Intelligence)และจอแสดงผลต่างๆ ฯลฯ

ประโยชน์ของเครื่อง GPS(Application)

• ใช้นำทางไปยังตำแหน่งเป้าหมาย
• ใช้ติดตามการเคลื่อนที่ของ คน สัตว์ สิ่งของ
• ใช้ติดตามการเช่ารถ ทั้งระยะสั้นและระยะยาว
• ประยุกต์ใช้กับเครื่องจักรในการเกษตร
• ประยุกต์ใช้กับระบบจราจร
• อ้างอิงในการวัดเวลาที่เที่ยงตรงที่สุดในโลก
• ออกแบบเครือข่ายและคำนวณตำแหน่งที่ตั้ง
• ใช้ติดตามตรวจสอบความปลอดภัย

• การนำทางสามารถนำทางได้ทั้งภาพและเสียง
• การวางแผนการใช้ประโยชน์ที่ดิน
• กำหนดจุดเพื่อบรรเทาสาธารณะภัยเช่นติดที่เสื้อชูชีพ
• การวางผังสำหรับการจัดส่งสินค้า
• นำไปใช้ในการติดตามบุคคล การค้าค้ายาเสพย์ติด
• นำไปใช้ประโยชน์ทางการทหาร
• ติดตามยานพาหนะ รถบรรทุก และตรวจสอบการทำงานของเครื่องกลหนัก เช่น รถ Back hoe , รถตักดิน ฯลฯ