Czym jest monitoring GPS – lokalizator GPS okiem technika

Zapytaliśmy naszych specjalistów z działu techniki, aby „po ludzku” wyjaśnili funkcjonowanie systemu GPS.

GPS (ang. Global Positioning System) to globalny system nawigacji satelitarnej, służący do monitoringu osób, zwierząt, pojazdów i przedmiotów. Został stworzony w latach 70. przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych. Na początku był wykorzystywany jedynie przez wojsko – dopiero później mogli skorzystać z niego również cywile.

 Jak działa system monitoringu GPS?

1. W obiekcie (pojeździe, łodzi, na obroży psa czy w kieszeni u człowieka) musi zostać umieszczony odbiornik GPS. 
2. Krążące nad Ziemią satelity wysyłają sygnał radiowy, który dociera do GPS-a.
3. Odbiornik GPS pobiera dane o swojej pozycji i przekształca w czytelną dla użytkownika informację.

Warto przy tym zauważyć, że precyzja otrzymanych danych lokalizacyjnych zależy od ilości krążących nad danym miejscem satelitów. Im jest ich więcej – tym dokładniej wskazane jest nasze położenie na mapie.

„Nadajniki” GPS to w rzeczywistości odbiorniki

Nie należy mylić odbiorników GPS z nadajnikami GPS. Nadajników jest bardzo niewiele (ok. 30., w dodatku część z nich jest wyłączona) i znajdują się na krążących po orbicie Ziemi satelitach. Za pośrednictwem fal radiowych mówią właściwie tylko… która jest godzina! Czas, który podają, jest jednak niespotykanie precyzyjny. Tak bardzo precyzyjny, że opóźnienia w dotarciu sygnałów radiowych (przesyłanych z prędkością bardzo bliską prędkości światła) do odbiorników GPS mogą zostać policzone i na ich podstawie może zostać ustalona pozycja geograficzna. Wystarczy więc, by odbiornik GPS „widział” (lub raczej „słyszał”) 4 satelity GPS, aby mógł obliczyć swoje położenie w trójwymiarowej przestrzeni.

Język GPS – czyli jak zrozumieć monitoring GPS

Lokalizatory GPS nie wysyłają więc nic do satelitów, jedynie odbierają od nich znaczniki czasu – na tej podstawie obliczają swoją pozycję na kuli ziemskiej. Odbiorniki GPS są takie same w systemach monitoringu GPS, telefonach komórkowych, nawigacjach samochodowych, aparatach fotograficznych, łodziach i (w dużym uproszczeniu) rakietach wojskowych naprowadzanych sygnałami GPS. Przykładowy meldunek pozycyjny obliczany przez odbiornik GPS i usystematyzowany wg standardu NMEA ma postać:

Gdzie odczytać można szereg informacji (po kolei oddzielane przecinkami):  typ informacji (GPRMC), godzinę odczytu pozycji w czasie UTC (12:35:19), status (Aktywny), szerokość geograficzną (52 stopnie, 20.038 minut szerokości północnej), długość geograficzną (21 stopni, 31.54 minuty długości geograficznej wschodniej, prędkość (22.4 węzły), kurs geograficzny (84.5 stopnie), datę (23 marca 2014 roku), wariancję magnetyczną (3.1 zachodnia).

Przekazywanie informacji do lokalizatora GPS

Gdy lokalizator GPS obliczył już swoją pozycję, musi ją w jakiś sposób przekazać zdalnie, aby mogła zostać odczytana przez użytkowników systemu lokalizacja GPS. Jak się to odbywa? Teoretycznie można wykorzystywać wszystkie możliwe środki transmisji elektronicznego przekazu, np. inne sieci radiowe, jak tetra, cb radio, system radiowej transmisji LoJack, czy łącza transmisji satelitarnej. Ale najczęściej będzie wykorzystywana w tym celu sieć komórkowa GSM ze względu na dużą pojemność takiej sieci, dobre pokrycie i względnie niskie koszty transmisji danych. Dlatego lokalizator GPS montowany w monitorowanym obiekcie będzie wyposażony w kartę SIM, aby modem komórkowy będący częścią lokalizatora GPS mógł połączyć się z serwerami operatora systemu monitoringu i przesłać dane lokalizacyjne z odbiornika GPS.

Większość urządzeń montowanych w pojazdach może być konfigurowana i jednym z parametrów konfiguracji jest częstotliwość, z jaką dane dotyczące lokalizacji mają być przesyłane na serwer do operatora monitoringu. Częstotliwość ta może wynosić nawet 1 raz na sekundę (nie jest to stosowane ze względu na olbrzymią ilość danych, które trzeba by przechowywać na serwerach), gdyż z taką właśnie częstotliwością proste odbiorniki GPS będące częścią lokalizatora monitoringu GPS obliczają swoją pozycję geograficzną. Jeśli lokalizator wyposażony jest w dodatkowe wejścia sygnałów analogowych lub cyfrowych, poziomy lub stany takich wejść również są przesyłane na serwery do operatora.

Udostępnianie pozycji użytkownikowi

Dane pochodzące z lokalizatorów GPS są więc gromadzone na serwerach u operatora monitoringu i dostarczane użytkownikom takiego systemu za pomocą różnych aplikacji. Niektórzy operatorzy monitoringu dostarczają swoim klientom oprogramowanie, które trzeba instalować na swoich komputerach. Oprogramowanie to łączy się z serwerami operatora, ściąga dane i wyświetla w postaci raportów czy pozycji na mapie. Inni operatorzy stosują rozwiązania oparte na chmurze danych (modne ostatnio Cloud Computing), czyli umożliwiają dostęp do danych z serwera za pomocą aplikacji internetowych uruchamianych w przeglądarkach internetowych. Czy któreś z tych rozwiązań jest lepsze? To zależy, każde ma swoje zalety.

Rozwiązania desktopowe (instalowane na komputerze), jeśli są dobrze wykonane, mogą być szybsze, mogą przechowywać część danych lokalnie i wyświetlać je klientom bez podłączenia do Internetu. Rozwiązanie oparte na aplikacjach internetowych mogą być szybciej unowocześniane, szybciej wykrywane są błędy, są uniwersalne i prostsze w obsłudze, bo wykorzystują standard aplikacji w przeglądarkach internetowych. Ponieważ przeglądarki internetowe (Internet Explorer, Chrome, Firefox, itp.) oferują coraz więcej możliwości jest prawdopodobne, że rozwiązania aplikacji webowych z czasem wyprą aplikacje desktopowe.