جی پی اس | ردیاب خودرو | ردیاب آهنربایی جی پی اس ماشین

جی پی اس بیش از آنچه فکر می کنید کارایی دارد!

جی پی اس کارایی هایی دارد که بیش از انتظارات مردم است.

ما معمولا درباره GPS و ردیاب خودرو اینگونه فکر می کنیم می تواند وسیله نقلیه ما را پیدا و ردیابی کند.

یا ممکن است فکر کنید در پیمایش در شهری متخصص هستید و گوشی هوشمند در کنار شماست.

حتی ممکن است با یک دستگاه جی‌ پی‌ اس پیاده‌روی کنید تا راه خود را در مناطق خلوت و ناشناس پیدا کنید.

اما احتمالاً هنوز از همه چیز هایی که سیستم موقعیت یاب جهانی یا GPS که زیربنای تمام ناوبری مدرن است، می تواند انجام دهد، شگفت زده خواهید شد.

گروه فنی و مهندسی جیپیران به کمک مجله Knowable از قسمت هایی درباره GPS می گوید که نمی دانستید.

جی پی اس از مجموعه ای از ماهواره ها تشکیل شده است که سیگنال هایی را به سطح زمین ارسال می کنند.

یک گیرنده اصلی GPS مانند آنچه در گوشی هوشمند شما وجود دارد، با اندازه‌گیری زمان رسیدن سیگنال‌های چهار یا چند ماهواره، تعیین می‌کند که شما در چه فاصله‌ای بین 1 تا 10 متر هستید.

با گیرنده‌ های شیک‌تر و گران‌تر GPS، دانشمندان می‌توانند مکان آن‌ها را تا سانتی‌متر یا حتی میلی‌متر مشخص کنند.

محققان با استفاده از این اطلاعات دقیق، همراه با روش‌ های جدید برای تجزیه و تحلیل سیگنال‌ ها، دریافته‌اند که GPS می‌تواند بسیار بیشتر از آنچه که در ابتدا فکر می‌کردند درباره سیاره به آنها بگوید.

در دهه گذشته دستگاه‌ های GPS سریع‌ تر و دقیق‌ تر به دانشمندان این امکان را داده‌اند که نحوه حرکت زمین در هنگام زلزله‌های بزرگ را روشن کنند.

GPS منجر به سیستم های هشدار بهتری برای بلایای طبیعی مانند سیل ناگهانی و فوران های آتشفشانی شده است.

و محققان حتی برخی از گیرنده های GPS را به عنوان حسگرهای برف، جزر و مد سنج و سایر ابزارهای غیرمنتظره برای اندازه گیری زمین استفاده کرده اند.

Gps

کریستین لارسون ژئوفیزیکدان دانشگاه کلرادو بولدر که رهبری بسیاری از اکتشافات را برعهده داشته و در بررسی سالانه علوم زمین و سیاره در سال 2019 در مورد آنها نوشته است، می گوید: مردم فکر می کردند که من دیوانه هستم وقتی شروع به صحبت در مورد این برنامه ها کردم. معلوم شد که ما موفق شدیم این کار را انجام دهیم.

در ادامه چیز های شگفت انگیزی وجود دارد که دانشمندان به تازگی متوجه شده اند که می توانند با جی پی اس انجام دهند.

زلزله را احساس کنید با جی پی اس

قرن‌ هاست که دانشمندان زمین‌شناس به لرزه‌سنج‌هایی که میزان لرزش زمین را اندازه‌گیری می‌کنند، برای ارزیابی بزرگی و شدت زلزله تکیه کرده‌اند.

گیرنده‌ های جی‌پی‌اس هدف متفاوتی را دنبال می‌کردند: ردیابی فرآیند های زمین‌شناسی که در مقیاس‌های بسیار آهسته‌تری اتفاق می‌افتند، مانند سرعتی که صفحات پوسته بزرگ زمین در فرآیندی به نام تکتونیک صفحه‌ای از کنار یکدیگر ساییده می‌شوند.

بنابراین GPS ممکن است سرعت عبور دو طرف گسل سان آندریاس را به دانشمندان بگوید، در حالی که لرزه‌سنج‌ها لرزش زمین را هنگام پاره شدن آن گسل کالیفرنیا در اثر زلزله اندازه‌گیری می‌کنند.

اکثر محققان فکر می کردند که GPS به سادگی نمی تواند مکان ها را به اندازه کافی دقیق و با سرعت کافی اندازه گیری کند تا در ارزیابی زمین لرزه ها مفید باشد.

اما معلوم شد که دانشمندان می‌توانند اطلاعات اضافی را از سیگنال‌ هایی که ماهواره‌ های جی‌ پی‌ اس به زمین ارسال می‌کنند، جمع‌آوری کنند.

آن سیگنال ها در دو جزء می رسند. یکی سری منحصر به فرد یک و صفر است که به کد معروف است که هر ماهواره GPS ارسال می کند.

دومی یک سیگنال “حامل” با طول موج کوتاهتر است که کد را از ماهواره ارسال می کند.

از آنجایی که سیگنال حامل در مقایسه با طول موج طولانی‌تر کد که می‌تواند ده‌ها یا صدها متر باشد،

طول موج کوتاه‌تری دارد (فقط 20 سانتی‌متر)، سیگنال حامل راهی با وضوح بالا برای مشخص کردن نقطه‌ای در سطح زمین ارائه می‌کند.

دانشمندان، نقشه برداران، ارتش و دیگران اغلب به یک مکان GPS بسیار دقیق نیاز دارند

و تنها چیزی که لازم است یک گیرنده GPS پیچیده تر است.

مهندسان همچنین سرعتی را که گیرنده‌ های GPS مکان خود را به روز می‌کنند، بهبود بخشیده‌اند، به این معنی که می‌توانند خود را تا 20 بار در ثانیه یا بیشتر تازه‌سازی کنند.

هنگامی که محققان متوجه شدند که می توانند اندازه گیری های دقیق را به سرعت انجام دهند، شروع به استفاده از GPS برای بررسی نحوه حرکت زمین در هنگام زلزله کردند.

در سال 2003 در یکی از اولین مطالعات در نوع خود، لارسون و همکارانش از گیرنده‌های GPS در غرب ایالات متحده استفاده کردند

تا چگونگی جابه‌جایی زمین را در اثر امواج لرزه‌ای به بزرگی 7.9 در آلاسکا بررسی کنند.

تا سال 2011، محققان توانستند داده‌های GPS را در مورد زمین لرزه 9.1 ریشتری که ژاپن را ویران کرد،

دریافت کنند و نشان دهند که بستر دریا در طول زلزله 60 متر تغییر کرده است.

امروزه دانشمندان به طور گسترده‌تری به این موضوع نگاه می‌کنند که چگونه داده‌های جی پی اس می‌تواند به آنها در ارزیابی سریع زمین‌لرزه‌ها کمک کند.

دیگو ملگار از دانشگاه اورگان در یوجین و گاوین هیز از سازمان زمین شناسی ایالات متحده در گلدن، کلرادو،

به طور گذشته نگر 12 زمین لرزه بزرگ را مورد مطالعه قرار دادند تا ببینند آیا می توانند در عرض چند ثانیه پس از شروع زلزله، میزان بزرگی آن را تشخیص دهند.

دانشمندان با گنجاندن اطلاعات ایستگاه‌های GPS در نزدیکی کانون زمین‌لرزه‌ها، می‌توانند ظرف 10 ثانیه تعیین کنند که آیا این زمین‌لرزه با بزرگی 7 ریشتری مخرب است یا 9 ریشتر کاملاً مخرب.

محققان در امتداد ساحل غربی ایالات متحده حتی GPS را در سیستم هشدار اولیه زمین لرزه خود قرار داده اند

که لرزش زمین را تشخیص می دهد و به مردم در شهرهای دور اطلاع می دهد که آیا لرزش به زودی آنها را تحت تاثیر قرار می دهد یا خیر.

و شیلی شبکه جی پی اس خود را ایجاد کرده است تا اطلاعات دقیق تری به دست آورد که می تواند به محاسبه اینکه آیا زمین لرزه نزدیک ساحل احتمالاً سونامی ایجاد می کند یا خیر.

یک آتشفشان را زیر نظر بگیرید

فراتر از زمین لرزه ها، سرعت GPS به مقامات کمک می کند تا به سایر بلایای طبیعی با سرعت بیشتری واکنش نشان دهند.

به عنوان مثال بسیاری از رصدخانه های آتشفشانی گیرنده های GPS دارند که در اطراف کوه هایی که آنها را رصد می کنند قرار گرفته اند،

زیرا زمانی که ماگما شروع به جابجایی در زیر زمین می کند، اغلب باعث جابجایی سطح نیز می شود.

با نظارت بر چگونگی بالا آمدن یا غرق شدن ایستگاه های GPS در اطراف آتشفشان در طول زمان، محققان می توانند ایده بهتری در مورد محل جریان سنگ مذاب بدست آورند.

قبل از فوران بزرگ آتشفشان Kilauea در هاوایی در سال گذشته، محققان از GPS برای درک اینکه کدام بخش از آتشفشان با سرعت بیشتری در حال جابجایی است استفاده کردند.

مقامات از این اطلاعات برای کمک به تصمیم گیری برای تخلیه ساکنان از کدام مناطق استفاده کردند.

داده های جی پی اس حتی پس از فوران آتشفشان نیز می تواند مفید باشد.

از آنجایی که سیگنال ها از ماهواره ها به زمین منتقل می شوند، باید از هر ماده ای که آتشفشان به هوا پرتاب می کند عبور کند.

در سال 2013 چندین گروه تحقیقاتی داده‌های GPS از فوران آتشفشان Redoubt در آلاسکا را چهار سال قبل مطالعه کردند و دریافتند که سیگنال‌ها بلافاصله پس از شروع فوران تحریف شدند.

با مطالعه اعوجاج ها، دانشمندان توانستند تخمین بزنند که چه مقدار خاکستر بیرون ریخته و با چه سرعتی حرکت می کند.

لارسون آن را “روشی جدید برای تشخیص توده های آتشفشانی” نامید.

او و همکارانش در حال کار بر روی راه‌هایی برای انجام این کار با گیرنده‌های GPS از گوشی‌های هوشمند هستند تا گیرنده‌های علمی گران قیمت.

این امر می تواند آتشفشان شناسان را قادر سازد تا یک شبکه جی پی اس نسبتاً ارزان را راه اندازی کنند و توده های خاکستر را در حین بالا رفتن زیر نظر بگیرند.

توده های آتشفشانی یک مشکل بزرگ برای هواپیماها هستند، که به جای خطر مسدود شدن ذرات موتور جت خود، مجبورند در اطراف خاکستر پرواز کنند.

برف را بررسی کنید به کمک جی پی اس

برخی از غیر منتظره‌ترین استفاده‌ های جی‌ پی‌ اس از آشفته‌ترین قسمت‌های سیگنال آن ناشی می‌شود، قسمت‌هایی که از زمین پرش می‌کنند.

یک گیرنده GPS معمولی مانند گیرنده تلفن هوشمند شما بیشتر سیگنال هایی را دریافت می کند که مستقیماً از بالای سر ماهواره های GPS می آیند.

اما سیگنال‌ هایی را نیز دریافت می‌کند که روی زمینی که روی آن راه می‌روید منعکس شده و به گوشی هوشمند شما منعکس شده‌اند.

برای سال‌ های متمادی دانشمندان فکر می‌کردند این سیگنال‌های منعکس‌شده چیزی جز نویز نیستند،

نوعی پژواک که داده‌ها را گل‌آلود می‌کند و تشخیص اینکه چه اتفاقی می‌افتد را دشوار می‌کرد.

اما حدود 15 سال پیش لارسون و دیگران به این فکر افتادند که آیا می‌توانند از پژواک موجود در گیرنده‌های علمی GPS استفاده کنند.

او شروع به نگاه کردن به فرکانس سیگنال‌ هایی کرد که از روی زمین منعکس می‌شوند و اینکه چگونه آنها با سیگنال‌هایی که مستقیماً به گیرنده رسیده بودند ترکیب می‌شوند.

از آن او می‌توانست کیفیت‌هایی از سطح را استنباط کند که پژواک‌ ها و بازتاب ها از آن خارج شده‌اند.

لارسون می گوید: ما فقط آن بازتاب و انعکاس ها را مهندسی معکوس کردیم.

این رویکرد به دانشمندان اجازه می دهد تا در مورد زمین زیر گیرنده جی پی اس بیاموزند، به عنوان مثال چه مقدار رطوبت در خاک وجود دارد یا چه مقدار برف روی سطح انباشته شده است.

(هر چه برف بیشتر روی زمین ببارد، فاصله بین پژواک و گیرنده کمتر می شود.)

ایستگاه های GPS می توانند به عنوان حسگرهای برف برای اندازه گیری عمق برف کار کنند، مانند مناطق کوهستانی که هر ساله برف منبع اصلی آب است.

این تکنیک همچنین در قطب شمال و قطب جنوب، جایی که ایستگاه های هواشناسی کمی وجود دارند که بارش برف را در طول سال نظارت می کنند، به خوبی کار می کند.

مت زیگفرید که اکنون در مدرسه معادن کلرادو در گلدن مشغول به کار است و همکارانش از سال 2007 تا 2017 تجمع برف را در 23 ایستگاه GPS در غرب قطب جنوب مطالعه کردند.

آنها دریافتند که می توانند مستقیماً برف در حال تغییر را اندازه گیری کنند.

این اطلاعات بسیار مهمی برای محققانی است که به دنبال ارزیابی میزان برف ورقه‌ های یخی قطب جنوب در هر زمستان می‌باشند و اینکه چگونه با آنچه در تابستان آب می‌شود مقایسه می‌شود.

حس غرق شدن

جی پی اس ممکن است به عنوان راهی برای اندازه گیری موقعیت مکانی در زمین جامد شروع شده باشد، اما معلوم می شود که در نظارت بر تغییرات سطح آب نیز مفید است.

در ماه جولای، جان گالتزکا مهندس سازمان تحقیقات ژئوفیزیک UNAVCO در بولدر، کلرادو، خود را در حال نصب ایستگاه های GPS در بنگلادش، در محل اتصال رودخانه های گنگ و براهماپوترا دید.

هدف این بود که اندازه‌گیری شود که آیا رسوبات رودخانه متراکم می‌شوند و زمین به آرامی در حال غرق شدن است یا خیر،

که آن را در برابر سیل در طول طوفان‌های استوایی و افزایش سطح دریا آسیب‌پذیرتر می‌کند.

Galetzka می گوید: GPS ابزاری شگفت انگیز برای کمک به پاسخ به این سؤال و موارد دیگر است.

در یک جامعه کشاورزی به نام سوناتالا، در لبه یک جنگل حرا، گالتزکا و همکارانش یک ایستگاه GPS را روی سقف سیمانی یک مدرسه ابتدایی قرار دادند.

آنها ایستگاه دومی را در همان نزدیکی برپا کردند، بالای میله ای که در یک شالیزار برنج کوبیده شده بود.

اگر زمین واقعاً در حال غرق شدن است، ایستگاه دوم GPS به نظر می رسد که به آرامی از زمین خارج می شود.

و با اندازه‌گیری پژواک GPS در زیر ایستگاه‌ها، دانشمندان می‌توانند عواملی مانند میزان آب موجود در شالیزار برنج در طول فصل بارانی را اندازه‌گیری کنند.

گیرنده‌ های جی‌ پی‌ اس حتی می‌ توانند به اقیانوس‌ شناسان و دریانوردان با عمل به عنوان اندازه‌گیری جزر و مد کمک کنند.

لارسون هنگام کار با داده های GPS از خلیج Kachemak در آلاسکا به این موضوع برخورد کرد.

این ایستگاه برای مطالعه تغییر شکل زمین ساختی تأسیس شد، اما لارسون کنجکاو بود زیرا خلیج همچنین دارای برخی از بزرگترین تغییرات جزر و مدی در ایالات متحده است.

او به سیگنال‌های جی‌ پی‌ اس که از آب و به سمت گیرنده پرتاب می‌شد، نگاه کرد و توانست تغییرات جزر و مدی را تقریباً به همان دقتی که یک اندازه‌گیر جزر و مد واقعی در یک بندرگاه نزدیک است، ردیابی کند.

این می‌ تواند در بخش‌ هایی از جهان که سنج‌های جزر و مد بلندمدت راه‌اندازی نشده‌اند مفید باشد.

تجزیه و تحلیل اتمسفر

در نهایت GPS می‌تواند اطلاعات مربوط به آسمان بالای سر را به روش‌هایی که دانشمندان تا چند سال پیش امکان‌پذیر نمی‌دانستند، به اشتراک بگذارد.

بخار آب، ذرات باردار الکتریکی و عوامل دیگر می‌توانند سیگنال‌های GPS را در اتمسفر به تأخیر بیندازند و این به محققان اجازه می‌دهد تا اکتشافات جدیدی انجام دهند.

گروهی از دانشمندان از GPS برای مطالعه میزان بخار آب موجود در جو استفاده می کنند که به صورت باران یا برف رسوب می کند.

محققان از این تغییرات برای محاسبه میزان احتمال سقوط آب از آسمان در باران‌های شدید استفاده کرده‌اند

و به پیش‌بینی‌کنندگان این امکان را می‌دهند تا پیش‌بینی‌های خود را در مورد سیل‌های ناگهانی در مکان‌هایی مانند کالیفرنیای جنوبی تنظیم کنند.

در طوفان جولای 2013، هواشناسان از داده‌ های جی پی اس برای ردیابی رطوبت موسمی در حال حرکت در خشکی استفاده کردند،

که معلوم شد 17 دقیقه قبل از وقوع سیل، اطلاعات مهمی برای صدور هشدار بود.

سیگنال‌ های GPS نیز هنگامی که از طریق قسمت دارای بار الکتریکی اتمسفر بالایی که به یونوسفر معروف است، تحت تأثیر قرار می‌گیرند.

دانشمندان از داده های آن برای ردیابی تغییرات در یونوسفر هنگام وقوع سونامی در اقیانوس زیر استفاده کرده اند.

(نیروی سونامی تغییراتی را در جو ایجاد می کند که تا یونوسفر موج می زند.)

این تکنیک روزی می تواند مکمل روش سنتی هشدار سونامی باشد که از شناورهایی در سراسر اقیانوس برای اندازه گیری ارتفاع موج در حال حرکت استفاده می کند.

و دانشمندان حتی توانسته اند اثرات خورشید گرفتگی کامل را با استفاده از GPS مطالعه کنند.

در آگوست 2017، آن‌ ها از ایستگاه‌ های GPS در سراسر ایالات متحده برای اندازه‌گیری چگونگی کاهش تعداد الکترون‌ها در اتمسفر فوقانی با حرکت سایه ماه در سراسر قاره استفاده کردند و نوری را که در غیر این صورت الکترون‌ها را ایجاد می‌کرد، کاهش دادند.

بنابراین GPS برای همه چیز مفید است، از لرزش زمین در زیر پای شما تا بارش برف از آسمان. بد نیست برای چیزی که فقط قرار بود به شما کمک کند راه خود را در شهر پیدا کنید، اطلاعات بیشتری داشته باشید.