نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)
انظر إلى فقرة الإحداثيات هنا، فهي تبين لك أن شبكة خطوط الطول ودوائر العرض تتقاطع بزوايا قائمة على سطح الأرض لتحديد المواقع بدقة، حيث تحسب درجات العرض من خط الاستواء صعوداً نحو الشمال حتى ونزولاً نحو الجنوب، بينما يقع خط جرينتش عند خط طول صفر ويمتد شرقاً حتى وغرباً حتى . انتبه لما ورد في صندوق للاطلاع عن القطع الناقص، فهو المنحنى الذي يصف بدقة شكل الأرض الحقيقي لأنها ليست كرة تامة، وتذكر أن اعتماد نظام المساحة العالمي WGS84 يساعد في توحيد هذه الحسابات دولياً. أما في فقرة نظام تحديد المواقع العالمي GPS، فانظر كيف يعمل هذا النظام المطور عبر أسطول من الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض، إذ تبث إشارات شفرية رقمية يلتقطها المستقبل المحمول، وبحساب فروق الوقت بدقة عالية يستطيع جهاز الاستقبال تحديد الموقع بنسبة خطأ بسيطة لا تتجاوز عشرات الأمتار.
يقوم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على شبكة من الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض وتذيع شفرات رقمية يلتقطها المستقبل المحمول ليحسب موقعك بدقة عالية عبر قياس الفروق الطفيفة في أوقات وصول الإشارات. وتتكامل هذه التقنية مع نظام الإحداثيات الذي يتقاطع فيه خطوط الطول ودوائر العرض بزوايا قائمة على مجسم ناقص مرجعي مثل WGS84، ومع مساقط الخرائط التي تنقل سطح الأرض الكروي إلى مستوى الورق بطرق كالأسطواني والمخروطي والمستوي. كمثال، عندما ترغب في تحديد موقعك في منطقة نائية أو تسيير طائرة، فإن جهاز المستقبل يلتقط إشارات الأقمار لتحديد إحداثياتك بدقة لا تتجاوز نسبة الخطأ فيها بضع مترات، متجاوزاً بذلك الطرق التقليدية للرصد.
الفكرة الأساسية
يعتمد الدرس على ثلاث ركائز جغرافية أساسية لتحديد المواقع وتمثيلها: نظام الإحداثيات الذي يتقاطع فيه خطوط الطول ودوائر العرض على سطح الأرض، ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الذي يستعمل الأقمار الصناعية لقياس الفروق الزمنية لإرسال الإشارات وتحديد المواقع بدقة، ومساقط الخرائط التي تعالج مشكلة نقل سطح الأرض الكروي المنحني إلى سطح مسطح على الورق مع محاولة تقليل التشوه.
الشرح
عندما نتحدث عن الإحداثيات، نحن ننظر إلى شبكة وهمية تتقاطع فيها دوائر العرض وخطوط الطول بزوايا قائمة. دوائر العرض تحسب درجاتها من خط الاستواء صعوداً إلى شمالاً وجنوباً، بينما يبدأ خط الطول صفر (غرينتش) ويمتد إلى شرقاً و غرباً. ونظراً لأن الأرض ليست كرة تامة بل أقرب إلى مجسم ناقص، فإن استخدام نظام المساحة العالمي WGS84 أصبح هو المعيار الدولي اليوم لتفادي أي إزاحة في القياسات. أما نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، فهو يعتمد على أسطول من الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض وتذيع شفرات رقمية. يقوم المستقبل المحمول بقياس الفروق الطفيفة بين أوقات وصول تلك الإشارات من الأقمار الصناعية، وبذلك يحدد الموقع بنسبة خطأ بسيطة لا تتجاوز بضع عشرات من الأمتار أو أقل في الأنظمة الأكثر إحكاماً. ويستخدم هذا النظام على نطاق واسع في المساحة، والطيران، والسفن، والعمليات البيئية. ولكي ننقل هذا العالم الكروي إلى الخريطة الورقية، نلجأ إلى المساقط. وبما أن التسطيح الكامل يسبب تشوهاً، فإننا نختار المسقط المناسب لكل حاجة. المسقط الأسطواني يحيط بالكرة ويصلح للمناطق القريبة من خط الاستواء وحتى دائرتي عرض شمالاً وجنوباً. المسقط المخروطي يمس إحدى دوائر العرض ويصلح للمناطق الواقعة بين دائرتي عرض إلى شمالاً وجنوباً كالوطن العربي. المسقط المستوي (الأفقي) يلامس نقطة واحدة ويصلح للأقاليم القطبية الصغيرة.
مثال محلول خطوة بخطوة
لنفترض أن مساحاً يعمل في منطقة نائية ويريد تحديد موقعه الدقيق لعمل خريطة تفصيلية: الخطوة الأولى: يحمل المساح جهاز استقبال (GPS) ويحرص على أن يكون الهوائي خارج المبنى وألا تحجب الأشجار الإشارات. الخطوة الثانية: يتصل الجهاز بأسطول الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض والتي تبث شفرات رقمية. الخطوة الثالثة: يقيس الجهاز الفروق الطفيفة في أوقات وصول الإشارات من الأقمار المتعددة إلى المستقبل. الخطوة الرابعة: يحسب الجهاز الموقع بناء على ذلك، لتظهر الإحداثيات على الشاشة بنسبة خطأ لا تتجاوز بضع عشرات من الأمتار (أو متراً واحداً أو أقل في الأنظمة عالية الدقة)، مما غنى عن استخدام أجهزة بصرية أخرى لا تفيد إلا في مسافات قصيرة.
أخطاء شائعة
الاعتقاد بأن مساقط الخرائط تخلو تماماً من التشوه، والصحيح أنه لا يوجد نظام واحد يخلو من التشوه، وإنما يختلف مقدار ونوع التشوه باختلاف المسقط. الظن بأن جهاز (GPS) يعمل بفاعلية في كل الظروف، بينما يمكن أن يتعطل أو تقل دقته إذا حُجبت الإشارات بالأشجار أو المباني إذا لم يكن الهوائي في مكان مكشوف. الاعتقاد بأن الأرض كرة كاملة تماماً في كل الحسابات الجغرافية الدقيقة، والصحيح أنها أقرب إلى مجسم ناقص.
سؤالان للتدريب مع الإجابة
السؤال الأول: ما هي الفائدة الأساسية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مقارنة بأنظمة الراديو الأرضية القديمة؟ الإجابة: يتيح تحديد أي مكان على سطح الأرض بدقة عالية وسرعة أكبر، وتصل نسبة الخطأ فيه إلى بضع مترات أو أقل، ويستخدمه الطيارون والملاحون والمساحون لتحديد مواقعهم بدقة في أي مكان. السؤال الثاني: متى يُفضل استخدام المسقط المخروطي للخرائط؟ الإجابة: يُفضل استخدامه لتمثيل المناطق الواقعة بين دائرتي عرض إلى شمالاً وجنوباً، وهو مناسب للمناطق ذات الامتداد العرضي كالوطن العربي، لأنه يحقق المساحات الصحيحة للقارات.