- إنضم
- 30 يوليو 2008
- المشاركات
- 3,736
- التفاعل
بسم الله الرحمن الرحيم
البوصلة.والGPS
تعريف
هي أداة ملاحية لتحديد الاتجاهات علي كوكب الأرض و تحتوي علي مؤشر مغناطيسي يدور بحريه ليوجه نفسه بدقه علي المجال المغناطيسي للأرض ودائما تتجة نحو الشمال مما يتيح معرفة باقى الاتجاهات لان الشرق يعرف من طلوع الشمس مثلا . تعد البوصلة أداة ملاحيه هامه خاصة عند دمجها مع الساعة في أداة واحدة و لقد ساعدت كثيرا علي جعل التجارة و السفر أكثر أمان و فعاليه. إلا أن استعمالها الآن أصبح نادرا في المجالات الرئيسية و ذلك بسبب استخدام نظام التوجيه بالأقمار الصناعية
تاريخ البوصلة
اخترعت البوصلة في الصين في القرن الرابع الميلادي حيث ذكرت في الكتاب الصيني القديم "كتاب سيد وادي الشيطان". وتعد البوصلة بالنسبة للصين القديمة واحدة من بين أهم أربع اختراعات في تلك الفترة (مع صناعة الورق، والطباعة، والبارود). ومن ثم وصلت إلى الشرق الأوسط أولاً عبر طريق الحرير، ثم إلى أوروبا. مما ساعد المغامرون من البحارة لاكتشاف مناطق جديدة مثل الامريكاتين و بعض الجزر ورسم الخرائط بدقة جيدة عما سبقهي أداة ملاحية لتحديد الاتجاهات علي كوكب الأرض و تحتوي علي مؤشر مغناطيسي يدور بحريه ليوجه نفسه بدقه علي المجال المغناطيسي للأرض ودائما تتجة نحو الشمال مما يتيح معرفة باقى الاتجاهات لان الشرق يعرف من طلوع الشمس مثلا . تعد البوصلة أداة ملاحيه هامه خاصة عند دمجها مع الساعة في أداة واحدة و لقد ساعدت كثيرا علي جعل التجارة و السفر أكثر أمان و فعاليه. إلا أن استعمالها الآن أصبح نادرا في المجالات الرئيسية و ذلك بسبب استخدام نظام التوجيه بالأقمار الصناعية
تاريخ البوصلة
البوصلة البحرية
هي عباره عن قرص دائري به مغناطيس يتجه أحد اطرافه دائما الى جهه الشمال ويعلم هذا الطرف من القرص بالحرف ( N ) وتقسم البوصله الى360 درجه حيث تمثل نقطه ( N ) نقطه البدايه و النهايه و تسمى نقطه الصفر 1 و 360 ، و يتم العد التصاعدي في اتجاه عقارب الساعه بدائا بالشمال و متجها الى جهه الشرق الذي يساوي 90 درجه و يعلم بالعلامه ( E ) ثم جهه الجنوب الذي يساوي 180 درجه و يعلم بالعلامه ( S ) ثم جهه الغرب و يعلم بالعلامه ( W ) و يساوي 270 درجه حيث يكون فرق الدرجات بين كل جهه أصليه و أخرى يساوي 90 درجه 0
الملاحة البحرية والبوصلة
الملاحون القدامى اتبعوا العلامات المرئية في السواحل ودرسوا الرياح لتحديد اتجاه الملاحة. استخدم الفينيقيينوالبولينيسيينالنجوم لمعرفة طرق ملاحتهم. في حدود العام 1100 اخترع الصينيونالبوصلة وهي من أقدم الأدوات الملاحية التي استعان بها الملاحون، بالرغم من أن دقتها لم تكن كبيرة وبالأخص في البحار العميقة. أما البوصلات الحالية فهي مثبتة في الجيروسكوب وموضوعة في صناديق خاصة لتكافئ حركة السفن. حسبت سرعة السفن أولاً بواسطة رمي مقياس من فوق جانب المركب مرتبط ببكرة خيط معقود بفواصل المركب. عدد العقد الذي يظهر حينما ينجرف المقياس حتى تتفرغ الساعة الرملية يحدد سرعة المركب بوحدة العقدة. الجداول والخرائط هي أدوات ملاحية مهمة أيضاً. تحديد الموقع يتطلب تدوين التفاصيل في الجداول حتى يمكن معرفة هذا الموقع. الأداة المستخدمة قديماً لمعرفة خطوط العرض تعرف بالربعية، وهي تقيس ارتفاع النجم القطبي أو شمس منتصف النهار. ومن بين الأدوات القديمة الأخرى المستخدمة في الملاحة السدسية والأسطرلاب. أما خطوط الطول فقيست في القرنين 17 و 18 باستخدام مقياس زمني (chronometer) وجداول تعرض مراكز بعض الأجسام السماوية طوال العام.
كيف تصنع بوصلة
خذ أبره معدنية ممغنطة وألصقها على سطح شريحة من الفلين الملاحون القدامى اتبعوا العلامات المرئية في السواحل ودرسوا الرياح لتحديد اتجاه الملاحة. استخدم الفينيقيينوالبولينيسيينالنجوم لمعرفة طرق ملاحتهم. في حدود العام 1100 اخترع الصينيونالبوصلة وهي من أقدم الأدوات الملاحية التي استعان بها الملاحون، بالرغم من أن دقتها لم تكن كبيرة وبالأخص في البحار العميقة. أما البوصلات الحالية فهي مثبتة في الجيروسكوب وموضوعة في صناديق خاصة لتكافئ حركة السفن. حسبت سرعة السفن أولاً بواسطة رمي مقياس من فوق جانب المركب مرتبط ببكرة خيط معقود بفواصل المركب. عدد العقد الذي يظهر حينما ينجرف المقياس حتى تتفرغ الساعة الرملية يحدد سرعة المركب بوحدة العقدة. الجداول والخرائط هي أدوات ملاحية مهمة أيضاً. تحديد الموقع يتطلب تدوين التفاصيل في الجداول حتى يمكن معرفة هذا الموقع. الأداة المستخدمة قديماً لمعرفة خطوط العرض تعرف بالربعية، وهي تقيس ارتفاع النجم القطبي أو شمس منتصف النهار. ومن بين الأدوات القديمة الأخرى المستخدمة في الملاحة السدسية والأسطرلاب. أما خطوط الطول فقيست في القرنين 17 و 18 باستخدام مقياس زمني (chronometer) وجداول تعرض مراكز بعض الأجسام السماوية طوال العام.
كيف تصنع بوصلة
جهز قرصا من الورق محددا عليه الاتجاهات (شمال – جنوب – شرق – غرب)
جهز طبقا مملوءا بالماء
والآن ضع الفلين على طبق الماء وضع الطبق وسط فتحة القرص الدائري
من المتوقع أن تدور الإبرة الممغنطة بحيث يشير قطباها إلى جهة الشمال والجنوب
أدر القرص الورقي بحيث يكون الشمال محاذ لطرف الإبرة العلوي
يمكنك الآن تحديد باقي الاتجاهات
البوصلة الحديثة GPS
Global Positioning System هي اختصار للكلمات GPS هذه الأحرف الثلاثة
والتي تعني : نظام تحديد المواقع العالمي
وهو عبارة عن نظام ملاحي مكون من شبكة أقمار صناعية يصل عددها إلى 24 قمراً مثبتة في مدارات محددة من الفضاء الخارجي من قبل وزارة الدفاع الأمريكية . كان الهدف الأساسي من هذه الشبكة من الأقمار الصناعية هدفاً عسكرياً بحتاً ، ولكن في عام 1980م سمحت الحكومة الأمريكية بأن يكون هذا النظام متاحاً للاستخدامات المدنية
GPS ونظام الـ
يعمل تحت جميع أنواع الظروف الجوية ، وفي كل مكان في العالم ، وعلى مدار 24 ساعة في اليوم
ولا يجب الاشتراك من أجل الحصول على هذه الخدمة كما أنها مجانية هذه الأقمار تدور في مدارات حول الأرض بسرعة تبلغ 7000 ميل في الساعة
وتعتمد على الطاقة الشمسية ، كما أنها مزودة ببطاريات قابلة للشحن من أجل ضمان استمرار عملها في حالة انعدام الطاقة الشمسية ، ويوجد على كل قمر صاروخ صغير من أجل أن يسيّر القمر في طريقة الصحيح بعض الحقائق عن تلك الأقمار الصناعية
- 1 -
أول قمر صناعي أطلق كان في عام 1978م
- 2 -
تم الانتهاء من اطلاق جميع الأقمار وعددها 24 قمراً في عام 1994م
- 3 -
العمر الافتراضي لكل قمر هو عشر سنوات . علماً بأن البدائل لهذه الأقمار أطلقت في مداراتها
- 4 -
يزن القمر الصناعي ما يقارب الطن الواحد ، وقطره 6 أمتار تقريباً بما في ذلك شرائح الطاقة الشمسية الممتدة على جانبي القمر
- 5 -
يستهلك القمر فقط 50 وات أو أقل من الطاقة في حالة الارسال
- 6 -
L2 و L1 هذه الأقمار الصناعية تبث نوعين من الإشارات المنخفضة
والتي تعني : نظام تحديد المواقع العالمي
وهو عبارة عن نظام ملاحي مكون من شبكة أقمار صناعية يصل عددها إلى 24 قمراً مثبتة في مدارات محددة من الفضاء الخارجي من قبل وزارة الدفاع الأمريكية . كان الهدف الأساسي من هذه الشبكة من الأقمار الصناعية هدفاً عسكرياً بحتاً ، ولكن في عام 1980م سمحت الحكومة الأمريكية بأن يكون هذا النظام متاحاً للاستخدامات المدنية
GPS ونظام الـ
يعمل تحت جميع أنواع الظروف الجوية ، وفي كل مكان في العالم ، وعلى مدار 24 ساعة في اليوم
ولا يجب الاشتراك من أجل الحصول على هذه الخدمة كما أنها مجانية هذه الأقمار تدور في مدارات حول الأرض بسرعة تبلغ 7000 ميل في الساعة
وتعتمد على الطاقة الشمسية ، كما أنها مزودة ببطاريات قابلة للشحن من أجل ضمان استمرار عملها في حالة انعدام الطاقة الشمسية ، ويوجد على كل قمر صاروخ صغير من أجل أن يسيّر القمر في طريقة الصحيح بعض الحقائق عن تلك الأقمار الصناعية
- 1 -
أول قمر صناعي أطلق كان في عام 1978م
- 2 -
تم الانتهاء من اطلاق جميع الأقمار وعددها 24 قمراً في عام 1994م
- 3 -
العمر الافتراضي لكل قمر هو عشر سنوات . علماً بأن البدائل لهذه الأقمار أطلقت في مداراتها
- 4 -
يزن القمر الصناعي ما يقارب الطن الواحد ، وقطره 6 أمتار تقريباً بما في ذلك شرائح الطاقة الشمسية الممتدة على جانبي القمر
- 5 -
يستهلك القمر فقط 50 وات أو أقل من الطاقة في حالة الارسال
- 6 -
L2 و L1 هذه الأقمار الصناعية تبث نوعين من الإشارات المنخفضة
1575.42 MH للاستخدامات المدنية بذبذبة مقدارها L1
أقمار الـ GPS
تدور حول الكرة الأرضية في مدارات محددة ودقيقة جداً مرتين في اليوم الواحد (24 ساعة) وخلال دورانها تبث إشارات تحمل معلومات عن الأرض . جهاز الاستقبال لديك يستقبل هذه المعلومات ويعمل بعض العلميات الحسابية ليحدد بالضبط موقع المستخدم . هناك أيضاً محطات أرضية تستقبل المعلومات من القمر الصناعي وعلى أساسها تقوم هذه المحطات بتزويد القمر بمعلومات مهمة من أجل أن يعمل على الوجه الأفضل مثل التوقيت والمدار والموقع .. الخ وهذا يعني أن الاتصال مزدوج بين هذه المحطات الأرضية والأقمار الصناعية .
لديك فإنه يجب أن يعرف شيئين أساسيين ومهمين(GPS) أما ما يخص جهاز الاستقبال
س 1 : أين هذه الأقمار الصناعية ؟ الموقع
س 2 : كم تبعد هذه الأقمار عن الجهاز ؟ المسافة
وللإجابة على السؤال الأول يقوم الجهاز بالتقاط معلومات من الأقمار الصناعية تتضمن مواقع تلك الأقمار التقريبية ، وهذه المعلومات ترسل باستمرار ويقوم الجهاز بتخزينها في ذاكرته من أجل معرفة مدار كل قمر ، وأين يجب أن يكون ، وهذا النوع من المعلومات يحدث باستمرار من قبل المحطات الأرضية التي تحدثنا عنها سابقاً ، فهي تزود القمر بموقعه الصحيح ومساره والقمر بدوره يرسل هذه المعلومات إلى جهاز الاستقبال لديك
(إذن من خلال استلام المعلومات يحدد الجهاز مواقع الأقمار طوال الوقت)
أما إجابة السؤال الثاني والذي يختص بالمسافة فإن الجهاز بعد تحديد مواقع الأقمار في الفضاء بكل دقة – كما أسلفت أعلاه – لا يزال يحتاج أن يعرف كم تبعد عنه هذه الأقمار (المسافة) ويستطيع عمل ذلك عن طريق معرفة الوقت الذي استغرقته الإشارة للوصول ، وهذا يتم تحديده بمعرفة وقت انطلاق الإشارة من القمر ووقت استلامها وفارق الوقت بينهما هو الوقت الذي استغرقته الإشارة في الفضاء من أجل الوصول إلى الجهاز ، طبعاً القمر الصناعي مزود بتوقيت دقيق جداً ، وكذلك الجهاز لديك وإن كان أقل دقة .. ولتبسيط الأمر أقول : كأن القمر يقول للجهاز إن هذه الإشارة انطلقت في الساعة ... والجهاز ينظر إلى ساعته متى استلم هذه الإشارة الآن وقد حدد الزمن الذي أخذته الإشارة للوصول فإن القاعدة تقول : الزمن×السرعة = المسافة . تذكر عندما كنا صغاراً إذا أردنا أن نعرف هل السحاب بعيد أو قريب بأن نحسب الوقت بين مشاهدة البرق وسماع الرعد فإن كان الزمن بينهما كبير فإن السحاب بعيد ، وإن كان الفرق قليل فإن السحاب قريب ؟ هذه نفس الفكرة : الجهاز لديك يضرب الزمن في سرعة موجات الراديو البالغة 186.000 ميل في الثانية والنتيجة هي المسافة بين القمر الصناعي والجهاز
الآن حددنا أهم شيئين في العملية وهما : موقع القمر والمسافة بننا وبينه ، وبذلك يستطيع الجهاز أن يحدد موقعه كما يلي
لنفرض أننا على بعد 11.000 ميل من القمر الصناعي الأول بهذه الحالة سيكون موقعنا في أي نقطة من ملايين النقاط على محيط دائرة نصف قطرها 11.000 ميل يكون القمر الصناعي في وسطها ، ولذلك فإن قمراً واحداً لا يكفي لتحديد موقع الجهاز
أقمار الـ GPS
تدور حول الكرة الأرضية في مدارات محددة ودقيقة جداً مرتين في اليوم الواحد (24 ساعة) وخلال دورانها تبث إشارات تحمل معلومات عن الأرض . جهاز الاستقبال لديك يستقبل هذه المعلومات ويعمل بعض العلميات الحسابية ليحدد بالضبط موقع المستخدم . هناك أيضاً محطات أرضية تستقبل المعلومات من القمر الصناعي وعلى أساسها تقوم هذه المحطات بتزويد القمر بمعلومات مهمة من أجل أن يعمل على الوجه الأفضل مثل التوقيت والمدار والموقع .. الخ وهذا يعني أن الاتصال مزدوج بين هذه المحطات الأرضية والأقمار الصناعية .
لديك فإنه يجب أن يعرف شيئين أساسيين ومهمين(GPS) أما ما يخص جهاز الاستقبال
س 1 : أين هذه الأقمار الصناعية ؟ الموقع
س 2 : كم تبعد هذه الأقمار عن الجهاز ؟ المسافة
وللإجابة على السؤال الأول يقوم الجهاز بالتقاط معلومات من الأقمار الصناعية تتضمن مواقع تلك الأقمار التقريبية ، وهذه المعلومات ترسل باستمرار ويقوم الجهاز بتخزينها في ذاكرته من أجل معرفة مدار كل قمر ، وأين يجب أن يكون ، وهذا النوع من المعلومات يحدث باستمرار من قبل المحطات الأرضية التي تحدثنا عنها سابقاً ، فهي تزود القمر بموقعه الصحيح ومساره والقمر بدوره يرسل هذه المعلومات إلى جهاز الاستقبال لديك
(إذن من خلال استلام المعلومات يحدد الجهاز مواقع الأقمار طوال الوقت)
أما إجابة السؤال الثاني والذي يختص بالمسافة فإن الجهاز بعد تحديد مواقع الأقمار في الفضاء بكل دقة – كما أسلفت أعلاه – لا يزال يحتاج أن يعرف كم تبعد عنه هذه الأقمار (المسافة) ويستطيع عمل ذلك عن طريق معرفة الوقت الذي استغرقته الإشارة للوصول ، وهذا يتم تحديده بمعرفة وقت انطلاق الإشارة من القمر ووقت استلامها وفارق الوقت بينهما هو الوقت الذي استغرقته الإشارة في الفضاء من أجل الوصول إلى الجهاز ، طبعاً القمر الصناعي مزود بتوقيت دقيق جداً ، وكذلك الجهاز لديك وإن كان أقل دقة .. ولتبسيط الأمر أقول : كأن القمر يقول للجهاز إن هذه الإشارة انطلقت في الساعة ... والجهاز ينظر إلى ساعته متى استلم هذه الإشارة الآن وقد حدد الزمن الذي أخذته الإشارة للوصول فإن القاعدة تقول : الزمن×السرعة = المسافة . تذكر عندما كنا صغاراً إذا أردنا أن نعرف هل السحاب بعيد أو قريب بأن نحسب الوقت بين مشاهدة البرق وسماع الرعد فإن كان الزمن بينهما كبير فإن السحاب بعيد ، وإن كان الفرق قليل فإن السحاب قريب ؟ هذه نفس الفكرة : الجهاز لديك يضرب الزمن في سرعة موجات الراديو البالغة 186.000 ميل في الثانية والنتيجة هي المسافة بين القمر الصناعي والجهاز
الآن حددنا أهم شيئين في العملية وهما : موقع القمر والمسافة بننا وبينه ، وبذلك يستطيع الجهاز أن يحدد موقعه كما يلي
لنفرض أننا على بعد 11.000 ميل من القمر الصناعي الأول بهذه الحالة سيكون موقعنا في أي نقطة من ملايين النقاط على محيط دائرة نصف قطرها 11.000 ميل يكون القمر الصناعي في وسطها ، ولذلك فإن قمراً واحداً لا يكفي لتحديد موقع الجهاز
الاجهزة الحديثة GPS
في السنوات الأخيرة GPS أجهزة الـ
اصبحت دقيقة جداً بشكل فائق حتى أن معدل نسبة الخطأ انخفض إلى 15 مترا فقط
وذلك بفضل تطور برامج وقطع الاستقبال داخل الجهاز ، على أن الأمر لا يخلو من بعض العوائق
GPS التي تؤثر على دقة أجهزة الـ
ولعل أهم مصادر الخطأ في هذا المجال مايلي
- 1 -
أخطاء ناتجة عن بطء الإشارة من القمر الصناعي ، وذلك لأن الإشارة تقل سرعتها عندما تجتاز الغلاف الجوي في طريقها إلى الجهاز ، وعادة تكون أجهزة الاستقبال مزودة بنظام يقوم بحساب معدل التأخير من أجل تصحيح هذا الخطأ
- 2 -
أخطاء ناتجة عن انعكاس أو ارتداد الإشارة نتيجة اصطدامها بعوائق مثل البنايات الطويلة أو الصخور والجبال .. إلخ . وهذا من شأنه أن يزيد من سرعة انتقال الإشارة وبالتالي يسبب أخطاء
- 3 -
أخطاء ناتجة بسبب الساعة الداخلية للجهاز ؛ لأن هذه الساعة ليست بالدقة التي عليها الساعة الذرية الموجودة في القمر الصناعي ، ومن أجل ذلك قد يكون هناك أخطاء بسبب التوقيت
- 4 -
أخطاء تحدث بسبب عدم دقة المعلومات التي يرسلها القمر الصناعي عن موقعه في الفضاء
- 5 -
عدد الأقمار الصناعية التي يستطيع الجهاز رؤيتها ؛ فكلما زاد عدد الأقمار زادت الدقة والعكس صحيح ؛ فالمباني والمجالات الكهربائية والمغناطيسية تسبب عدم رؤية الجهاز للأقمار وبالتالي تسبب قطع الإشارة وتسبب الأخطاء في التحديد أو حتى احتمال عدم قدرة الجهاز على تحديد الموقع نهائياً
اقمار الجي بي اس
في السنوات الأخيرة GPS أجهزة الـ
اصبحت دقيقة جداً بشكل فائق حتى أن معدل نسبة الخطأ انخفض إلى 15 مترا فقط
وذلك بفضل تطور برامج وقطع الاستقبال داخل الجهاز ، على أن الأمر لا يخلو من بعض العوائق
GPS التي تؤثر على دقة أجهزة الـ
ولعل أهم مصادر الخطأ في هذا المجال مايلي
- 1 -
أخطاء ناتجة عن بطء الإشارة من القمر الصناعي ، وذلك لأن الإشارة تقل سرعتها عندما تجتاز الغلاف الجوي في طريقها إلى الجهاز ، وعادة تكون أجهزة الاستقبال مزودة بنظام يقوم بحساب معدل التأخير من أجل تصحيح هذا الخطأ
- 2 -
أخطاء ناتجة عن انعكاس أو ارتداد الإشارة نتيجة اصطدامها بعوائق مثل البنايات الطويلة أو الصخور والجبال .. إلخ . وهذا من شأنه أن يزيد من سرعة انتقال الإشارة وبالتالي يسبب أخطاء
- 3 -
أخطاء ناتجة بسبب الساعة الداخلية للجهاز ؛ لأن هذه الساعة ليست بالدقة التي عليها الساعة الذرية الموجودة في القمر الصناعي ، ومن أجل ذلك قد يكون هناك أخطاء بسبب التوقيت
- 4 -
أخطاء تحدث بسبب عدم دقة المعلومات التي يرسلها القمر الصناعي عن موقعه في الفضاء
- 5 -
عدد الأقمار الصناعية التي يستطيع الجهاز رؤيتها ؛ فكلما زاد عدد الأقمار زادت الدقة والعكس صحيح ؛ فالمباني والمجالات الكهربائية والمغناطيسية تسبب عدم رؤية الجهاز للأقمار وبالتالي تسبب قطع الإشارة وتسبب الأخطاء في التحديد أو حتى احتمال عدم قدرة الجهاز على تحديد الموقع نهائياً
اقمار الجي بي اس
جهاز الجي بي اس
التعديل الأخير:
