Transcript บรรยายการใช้ GPS

ระบบกำหนดตำแหน่ งบนพืน้ โลกด้วยดำวเทียม
Global Positioning System: GPS
ชยกฤต ม้ำลำพอง
ภำควิชำภูมิศำสตร์ คณะสังคมศำสตร์ มหำวิทยำลัยเชียงใหม่
[email protected]
เนื้ อหำ
2
ควำมหมำยของ GPS
ส่วนประกอบกำรทำงำนของ GPS
3
กำรทำงำนของ GPS
4
ควำมคลำดเคลื่อนของ GPS
5
Global Navigation Satellite Systems (GNSS)
6
กำรประยุกต์ใช้งำน GPS
7
กำรใช้ Function Go To ใน GPS
8
กำรใช้ Function Tracking ใน GPS
1
Global Positioning System: GPS
GPS เป็ นเครือ่ งมือหำตำแหน่ งพิกดั ภูมิศำสตร์บน
พืน้ ผิวโลกโดยอำศัยสัญญำณอ้ำงอิงจำกระบบดำวเทียม
GPS เป็ นเครื่องมือช่วยตอบคำถำม
ว่ำ “ฉันอยู่ที่ไหนบนโลกใบนี้ ?”
• เมื่อไม่มี Line of Sight
• Any time of day and night/ All weather
• Very high geodetic accuracy
• สำมำรถปฏิบตั ิ งำนได้รวดเร็วด้วยกำลังคนจำนวนน้ อย
ส่วนประกอบกำรทำงำนของ GPS
ส่วนอวกำศ (Space Segment)
ส่วนผูใ้ ช้งำน (User Segment)
ส่วนควบคุม (Control Segment)
ส่วนประกอบกำรทำงำนของ GPS
ส่วนอวกำศ (Space Segment)
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
 ดำวเทียม 24 ดวง ใน 6 วงโคจร
 แต่ละวงโคจรประกอบด้วยดำวเทียม 4 ดวง
 วงโคจรทำมุมเอียง 55 องศำกับแกนโลก
 ระดับควำมสูงของดำวเทียม 22,200
กิโลเมตรจำกพืน้ ผิวโลก
 ดำวเทียมโคจรครบรอบทุก 12 ชัวโมง
่
 บนดำวเทียมมีนำฬิกำอตอมมิคมีควำม
เที่ยงตรงสูง
 ส่งข้อมูลตำแหน่ งที่อยู่ของดำวเทียมทำง
คลื่น L1และ L2
ส่วนประกอบกำรทำงำนของ GPS
ส่วนควบคุม (Control Segment)




Calibrates and Synchronize ระบบเวลำ
ประเมินแนวโคจรของดำวเทียมแต่ละดวง
ประเมินค่ำควำมผิดพลำดจำกตำแหน่ งดำวเทียมแต่ละดวง
ส่งข้อมูลคำสังสู
่ ่ดำวเทียม
ส่วนประกอบกำรทำงำนของ GPS
ส่วนผูใ้ ช้งำน (User Segment)
• ภำค RF ทำหน้ ำที่รบั สัญญำณอนำลอกจำกดำวเทียมจีพี
เอส ผ่ำนกระบวนกำรแปลงสัญญำณไปเป็ นสัญญำณ
ดิจิตอล เพื่อส่งไปประมวลผลในภำค
• ภำค Baseband ทำหน้ ำที่ประมวลผลสัญญำณที่รบั มำ
จำกภำค RF เพื่อที่จะนำข้อมูลต่ำงๆ ไปคำนวณหำค่ำ
พิกดั ตำแหน่ งต่อไป
• ส่วน Microprocessor ทำหน้ ำที่ติดต่อกับภำค Baseband
เพื่อประมวลผลหำพิกดั ตำแหน่ ง และติดต่อกับอุปกรณ์
ภำยนอก เช่น คอมพิวเตอร์ เป็ นต้น
How GPS Work?
4. Once you know distance
to a satellite, you then need
to know where the satellite
is in space
5. As the GPS signal travels
through the ionosphere and
the earth’s atmosphere, it
gets delayed
3. To measure travel time,
GPS needs very accurate
clocks
2. To triangulate, GPS
measures distance
using the travel time
of a radio message
1. Triangulation from satellites
is the basis of the system.
กำรระบุตำแหน่ งบนพืน้ โลกด้วย GPS
ส่วนที่เป็ นอวกำศ
ดำวเทียม 1
ดำวเทียม 2
โลก
ดำวเทียม 3
กำรคำนวณระยะทำงระหว่ำงดำวเทียมกับเครื่อง GPS ซึ่งจะต้องใช้ระยะทำงจำกดำวเทียมอย่ำงตำ่ 3 ดวงเพื่อให้ได้ตำแหน่ งที่
แน่ นอนซึ่งเมื่อ เครื่องGPSสำมำรถรับสัญญำณจำกดำวเทียมได้3ดวงขึน้ ไปแล้วจะมีคำนวณระยะทำง ระหว่ำงดำวเทียมถึง
เครื่อง GPS โดยจำกสูตรคำนวณทำงฟิ สิ กส์คือ
ควำมเร็ว X เวลำ = ระยะทำง
โดยดำวเทียมทัง้ 3 ดวงจะส่งสัญญำณที่เหมือนกันมำยังเครื่อง GPS โดยควำมเร็วแสง (186,000ไมล์ต่อวิ นำที)แต่ระยะเวลำใน
กำรรับสัญญำณได้จำกดำวเทียมแต่ละ ดวงนัน้ จะไม่เท่ำกัน เนื่ องจำกระยะทำงไม่เท่ำกัน
กำรระบุตำแหน่ งบนพืน้ โลกด้วย GPS
ระยะเวลำในกำรส่งสัญญำณจำก
ดำวเทียมดวงแรกถึงเครื่อง GPS คือ
0.10 วิ นำที ระยะทำงระหว่ำง
ดำวเทียมกับ GPS คือ 18,600 ไมล์
(186,000 ไมล์ต่อวิ นำที X 0.10 วิ นำที
= 18,600 ไมล์) ฉะนัน้ ตำแหน่ งปัจจุบนั
ก็จะสำมำรถเป็ นจุดใดก็ได้ในวงกลม
ที่มีรศั มี 18,600 ไมล์ ซึ่งจะเห็นว่ำ
ดำวเทียมเพียงดวงเดียวยังไม่
สำมำรถบอกตำแหน่ งที่แน่ นอนได้
ดำวเทียม 1
โลก
ระยะเวลำในกำรส่งสัญญำณจำก
ดำวเทียมดวงที่สองถึงเครื่อง GPS คือ
0.08 วิ นำที ระยะทำงระหว่ำงดำวเทียม
ส่วนที่เป็ นอวกำศ กับ GPS คือ 13,200 ไมล์ (186,000 ไมล์
ต่อวิ นำที X 0.08 วิ นำที = 13,200 ไมล์)
ฉะนัน้ ตำแหน่ งปัจจุบนั ก็จะสำมำรถ
เป็ นจุดใดก็ได้ในจุด Intersect ระหว่ำง
วงกลมจำกดำวเทียมดวงแรกกับ
ดำวเทียม 2
ดำวเทียมดวงที่ 2
จะเห็นได้ว่ำจะเหลือตำแหน่ งอยู่ 2 จุดที่บริ เวณวงกลมทัง้ 3 ดำวเทียม 3
ตัดกันคือตำแหน่ งที่อยู่ในอวกำศซึ่งจะถูกตัดทิ้ งอัตโนมัติ โดย
เครื่อง GPS อีกตำแหน่ งคือตำแหน่ งบนพืน้ โลกซึ่งเป็ น
ตำแหน่ งที่เรำยืนถือเครื่อง GPS อยู่นัน้ เอง ซึ่งควำมถูกต้อง
แม่นยำของตำแหน่ งก็ขึน้ กับจำนวนดำวเทียมที่สำมำรถรับ
สัญญำณ ได้ในขณะนัน้ หำกมีมำกกว่ำ 3 ดวงก็จะละเอียดมำก
ขึน้ และก็ขึน้ กับเครื่อง GPS ด้วย หำกเป็ นเครื่องที่มีรำคำแพง
( ซึ่งมักใช้เฉพำะงำน) ก็จะมีควำมถูกต้องแม่นยำมำกขึน้
ระยะเวลำในกำรส่งสัญญำณจำก
ดำวเทียมดวงที่สำมถึงเครื่อง GPS คือ
0.06 วิ นำที ระยะทำงระหว่ำงดำวเทียม
กับ GPS คือ 11,160 ไมล์ (186,000 ไมล์
ต่อวิ นำที X 0.06 วิ นำที = 11,160 ไมล์)
ฉะนัน้ ตำแหน่ งปัจจุบนั ก็จะสำมำรถ
เป็ นจุดใดก็ได้ในจุด Intersect ระหว่ำง
วงกลมจำกดำวเทียมทัง้ 3 ดวง
http://www2.cs.science.cmu.ac.th/seminar/2547/GPS/index4.htm
กำรระบุตำแหน่ งบนพืน้ โลกด้วย GPS
กำรบอกตำแหน่ งโหมดมำตรฐำน( Standard Positioning Service, SPS)
กำรบอกตำแหน่ งโหมดมำตรฐำนนี้ เปิดให้ใช้โดยเสรีไม่มีกำรเข้ำรหัสใดๆ แต่ข้อมูลที่
ได้จำกกำรบอกตำแหน่ งโหมดมำตรฐำนจะมีควำมคลำดเคลื่อน มำกกว่ำกำรบอก
ตำแหน่ งโหมดละเอียด คือ 100 เมตร ในแนวนอน 156 เมตร ในแนวตัง้ และ
ควำมคลำดเคลื่อนของ Coordinated Universal Time (UTC) 340 nsec
กำรบอกตำแหน่ งโหมดละเอียด( Precise Positioning Service, PPS)
กำรบอกตำแหน่ งโหมดละเอียดถูกออกแบบมำเพื่อใช้กบั งำนทำงทหำรหรืองำน ที่
ได้รบั อนุญำตเป็ นพิเศษจำรกระทรวงกลำโหมของสหรัฐอเมริกำเท่ำนัน้ ข้อมูลที่ได้จะ
ถูกเข้ำรหัสไว้เพื่อไม่ให้ผทู้ ี่ไม่ได้รบั อนุญำตลักลอบนำข้อมูลไปใช้ข้อมูลที่ได้มีควำม
เที่ยงตรง กว่ำกำรบอกตำแหน่ งโหมดมำตรฐำนมำกคือ 22 เมตร ในแนวนอน และ
27.7 เมตร ในแนวตัง้ และควำมคลำดเคลื่อนของ UTC 200 nsec
GPS Accuracy
ควำมคลำดเคลื่อนจำกนำฬิกำ(Satellite and Receiver Clock Errors)
ควำมคลำดเคลื่อนเนื่ องมำจำกวงโคจร
Dilution of Precision (DOP)
กำรเลือกกำหนดควำมเบี่ยงเบน
Selective Availability (S/A)
ควำมคลำดเคลื่อนจำกชัน้ บรรยำกำศ
(Ionospheric and atmospheric delays)
ควำมคลำดเคลื่อนจำกกำรตกกระทบ
(Multipath Error)
Differential GPS – the ultimate in accuracy
Reference receivers
Field receivers
Error correction
message
Field receivers
GPS Fieldwork
กำหนดวัน เวลำ สถำนที่ ที่ต้องกำรสำรวจภำคสนำม
ตรวจสอบปฏิทินกำรโคจรของดำวเทียม
กำหนดค่ำตัง้ ต้นของเครื่องรับ GPS
ให้เหมำะสมกับสภำพกำรทำงำน
กำหนดค่ำต่ำงๆ ของข้อมูลที่ต้องกำรจัดเก็บ
นัดหมำยกำหนดกำรทำงำนกับ Base Station
ดำเนินงำนภำคสนำม
ประมวลผล และจัดเก็บข้อมูล
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.
 GLONASS
The 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
 Galileo
The 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.
 Compass
China 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.
Global Navigation Satellite Systems (GNSS)
Comparison of GNSS systems
System
Country
Coding
Orbital height &
period
Number
of
satellites
Status
GPS
United States
CDMA
22,200km, 12.0h
≥ 24
GLONASS
Russia
FDMA
19,100km, 11.3h
20
Galileo
Europe
CDMA
23,222km, 14.1h
≥ 27
in preparation
Compass
China
CDMA
21,150km, 12.6h
>30
in preparation
operational
operational with restrictions,
CDMA in preparation
กำรประยุกต์ใช้งำน GPS
กำรทำแผนที่
กำรสำรวจเพื่อจัดทำโฉนดที่ดิน
กำรสำรวจทำงวิศวกรรม
กำรประยุกต์ใช้งำน GPS
AVLS (Automated Vehicle Location System)
กำรประยุกต์ใช้งำน GPS
การนาทางด้ วยดาวเทียม GPS
- ช่ วยแนะนาเส้ นทาง
- เลือกเส้ นทางทีด่ ีทสี่ ุ ด
- วางแผนการเดินทางล่วงหน้ า
กำรประยุกต์ใช้งำน GPS
กาหนดเส้ นทางเดินรถประจาทาง
- เดินรถผ่ านย่ านชุ มชน
- ผู้โดยสารได้ รับความสะดวก
- รับผู้โดยสารมากทีส่ ุ ดในเส้ นทางที่
สั้ นทีส่ ุ ด
กำรประยุกต์ใช้งำน GPS
ความช่ วยเหลือกรณีฉุกเฉิน
- เพิม่ ความปลอดภัยในการขับขี่
- ช่ วยเหลือผู้ประสบอุบัติเหตุได้ ทนั ท่ วงที
กำรประยุกต์ใช้งำน GPS
วางแผนการขนส่ ง (Logistics) อย่ างมีประสิ ทธิภาพ
- ควบคุมความเร็วของรถ
- ควบคุมเส้ นทาง
- ประหยัดเวลา และเชื้อเพลิง
กำรใช้ Function Go To ใน GPS
กำรใช้ Function Go To ใน GPS
กด MARK 1 ครัง้
เลื่อนลงมำตรงตำแหน่ งพิกดั
กำรใช้ Function Go To ใน GPS
 ทำกำรเปลี่ยนจุดพิกดั ที่เป็ น
จุดเป้ ำหมำยที่ต้องกำรไป
เมื่อเสร็จแล้วก็ OK
กำรใช้ Function Go To ใน GPS
 ไปยังหน้ ำ waypoints
เลือกเข้ำไป แล้วเลือกจุดที่
บันทึกไว้
กำรใช้ Function Go To ใน GPS
จำกนัน้ ทำกำรเลือกที่ Go To จะได้ตำแหน่ งที่ยืนอยู่และ
เส้นทำงที่ต้องเดินไปยังตำแหน่ งเป้ ำหมำย
กำรใช้ Function Tracking ใน GPS
 ไปยังหน้ ำ Tracks โดยกดที่ปมุ่
PAGE
ถ้ำมี Track ค้ำงอยู่ทำกำร ลบ
ข้อมูลออกก่อน ที่คำสัง่ Clear
กำรใช้ Function Tracking ใน GPS
เมื่อทำกำรลบข้อมูลแล้ว
จำกนัน้ ทำกำรตัง้ ค่ำ Track
กำรใช้ Function Tracking ใน GPS
 ทำกำรเดินตำมเส้นทำงที่ต้องกำรที่จดุ เริ่มต้น เมื่อถึง
จุดหมำยแล้วก็กด บันทึก ที่ปมุ่ SAVE ก็จะได้เส้นทำงเดิน
ตำมเส้นทำงภูมิประเทศจริง