Die Rolle von GPS bei Navigation, Flottenmanagement und anderen standortbezogenen Diensten

Einführung

Global Positioning System (G.P.S.) und seine Rolle in fortschrittlichen Verkehrsprojekten sind untrennbar miteinander verbunden und zu einem Synonym geworden. Wann immer wir über ein Projekt sprechen oder es in Angriff nehmen, das die Verwaltung und den Betrieb von Fahrzeugen automatisiert und den Nutzern Informationen in Echtzeit zur Verfügung stellt, die zu einem kosteneffizienten und zufriedenen Service für die Kunden/Passagiere führen, werden Planer und andere Entscheidungsinstanzen kein anderes effektives Werkzeug als GPS wählen können.

Was ist GPS?

GPS, die Abkürzung für Global Positioning System, ist das einzige System, das heute in der Lage ist, Ihnen jederzeit, bei jedem Wetter und überall Ihre genaue Position auf der Erde anzuzeigen. Bodenstationen auf der ganzen Welt überwachen sie kontinuierlich. Die Satelliten senden Signale aus, die von jedem, der über einen GPS-Empfänger verfügt, erkannt werden können. Mit Hilfe des Empfängers können Sie Ihren Standort mit großer Genauigkeit bestimmen. GPS ist eine der aufregendsten und revolutionärsten Entwicklungen der Geschichte, und es werden ständig neue Anwendungsmöglichkeiten entdeckt.

GPS-Elemente

GPS besteht aus drei Teilen: dem Raumsegment, dem Nutzersegment und dem Kontrollsegment. Das Raumsegment besteht aus 24 Satelliten, die sich jeweils in einer eigenen Umlaufbahn 11.000 Seemeilen über der Erde befinden. Das Nutzersegment besteht aus Empfängern, die Sie in der Hand halten oder in Ihrem Auto montieren können. Das Kontrollsegment besteht aus Bodenstationen (fünf auf der ganzen Welt verteilt), die sicherstellen, dass die Satelliten ordnungsgemäß funktionieren. Die GPS-Satelliten brauchen jeweils 12 Stunden, um die Erde zu umkreisen. Die Satelliten sind mit sehr präzisen Uhren ausgestattet, die die Zeit bis auf drei Nanosekunden genau anzeigen – das sind 0,000000003 oder drei Milliardstel einer Sekunde. Diese präzise Zeitmessung ist wichtig, weil der Empfänger genau bestimmen muss, wie lange es dauert, bis die Signale von jedem GPS-Satelliten ankommen. Um das GPS-System besser zu verstehen, wollen wir die drei Teile des Systems – die Satelliten, die Empfänger und die Bodenkontrolle – im Detail besprechen.

Satelliten im Weltraum

Der erste GPS-Satellit wurde 1978 gestartet. Die ersten 10 Satelliten waren Entwicklungssatelliten, Block I genannt. Von 1989 bis 1993 wurden 23 Produktionssatelliten, Block II genannt, gestartet. Mit dem Start des 24. Satelliten im Jahr 1994 wurde das System vervollständigt.

Bodenkontrollstationen und Empfangsgeräte

 

Bodenkontrollstationen

Das GPS-Kontroll- oder Bodensegment besteht aus unbemannten Überwachungsstationen auf der ganzen Welt (Hawaii und Kwajalein im Pazifischen Ozean, Diego Garcia im Indischen Ozean, Ascension Island im Atlantischen Ozean und Colorado Springs, Colorado), einer Hauptbodenstation auf dem Luftwaffenstützpunkt Schriever (Falcon) in Colorado Springs, Colorado, und vier großen Bodenantennenstationen, die Signale an die Satelliten senden. Die Stationen verfolgen und überwachen auch die GPS-Satelliten.

Empfänger

GPS-Empfänger können in der Hand getragen oder in Flugzeugen, Schiffen, Panzern, U-Booten, Autos und Lastwagen installiert werden. Diese Empfänger erkennen, entschlüsseln und verarbeiten GPS-Satellitensignale. Ein typischer tragbarer Empfänger hat etwa die Größe eines Mobiltelefons, und die neueren Modelle sind sogar noch kleiner und wiegen nur 28 Unzen.

Wie GPS funktioniert

Damit Sie einige der wissenschaftlichen Prinzipien, nach denen GPS funktioniert, besser verstehen können, wollen wir die grundlegenden Funktionen des Systems erläutern. Das Prinzip von GPS ist die Messung der Entfernung (oder “Reichweite”) zwischen dem Empfänger und den Satelliten. Die Satelliten teilen uns auch genau mit, wo sie sich auf ihrer Umlaufbahn über der Erde befinden. Das funktioniert in etwa so: Wenn wir unseren genauen Abstand zu einem Satelliten im Weltraum kennen, wissen wir, dass wir uns irgendwo auf der Oberfläche einer imaginären Kugel befinden, deren Radius gleich dem Abstand zum Satellitenradius ist. Wenn wir unseren genauen Abstand zu zwei Satelliten kennen, wissen wir, dass wir uns irgendwo auf der Linie befinden, auf der sich die beiden Kugeln schneiden. Und wenn wir eine dritte Messung vornehmen, gibt es nur zwei mögliche Punkte, an denen wir uns befinden könnten. Einer davon ist in der Regel unmöglich, und die GPS-Empfänger verfügen über mathematische Methoden, um die unmögliche Position zu eliminieren.

GPS-Anwendungen im täglichen Leben

Das GPS-System wurde für die militärischen Bedürfnisse des Verteidigungsministeriums entwickelt, aber es werden immer wieder neue Möglichkeiten gefunden, seine Fähigkeiten zu nutzen. Das System wurde bereits in Flugzeugen und Schiffen eingesetzt, aber es gibt noch viele andere Möglichkeiten, von GPS zu profitieren. Die Fahrzeugverfolgung mit einem GPS Tracker für Autos ist eine der am schnellsten wachsenden GPS-Anwendungen. Mit GPS ausgerüstete Flottenfahrzeuge, öffentliche Verkehrsmittel, Lieferwagen und Kurierdienste verwenden Empfänger, um ihre Standorte jederzeit zu überwachen.

GPS hilft auch, Leben zu retten. Viele Polizei-, Feuerwehr- und Rettungsdienste setzen GPS-Empfänger ein, um den nächstgelegenen Polizei-, Feuerwehr- oder Krankenwagen zu ermitteln und so in Situationen, in denen es um Leben und Tod geht, schnellstmöglich reagieren zu können.

Was ist Navigation?

Seit prähistorischen Zeiten haben die Menschen versucht, einen zuverlässigen Weg zu finden, um zu wissen, wo sie sich befinden, um sich dorthin zu begeben, wohin sie gehen, und um wieder nach Hause zu kommen. Höhlenmenschen benutzten wahrscheinlich Steine, wenn sie auf Nahrungssuche gingen. Diese Markierungen wurden immer wieder ausradiert. Die ersten Seefahrer hielten sich genau an die Küste, um sich nicht zu verirren. Die nächsten wichtigen Entwicklungen auf der Suche nach der perfekten Navigationsmethode waren der Magnetkompass und der Sextant. Die Nadel eines Kompasses zeigt immer nach Norden, so dass man immer weiß, in welche Richtung man sich bewegt. Der Sextant verwendet verstellbare Spiegel, um den genauen Winkel der Sterne, des Mondes und der Sonne über dem Horizont zu messen. In den Anfängen seiner Verwendung war es jedoch nur möglich, den Breitengrad (die Position auf der Erde, gemessen nördlich oder südlich des Äquators) anhand der Sextantenbeobachtungen zu bestimmen. Die Segler waren noch nicht in der Lage, ihren Längengrad (die Position auf der Erde, gemessen nach Osten oder Westen) zu bestimmen.

Im Jahr 1761 entwickelte ein Tischler namens John Harrison eine Schiffsuhr, ein so genanntes Chronometer, das nur etwa eine Sekunde pro Tag verlor oder gewann – für die damalige Zeit unglaublich genau. In den folgenden zwei Jahrhunderten wurden Sextanten und Chronometer zusammen verwendet, um Längen- und Breitengrade zu bestimmen.

Anfang des 20. Jahrhunderts wurden mehrere funkgestützte Navigationssysteme entwickelt, die während des Zweiten Weltkriegs in großem Umfang eingesetzt wurden.