A földrajzi információs rendszerek (GIS) számára a földi adatok gyűjtésének legfejlettebb módszere a globális helymeghatározó rendszer (GPS), amely jelenleg rendelkezésre áll, a könnyű használat, valamint a csökkenő üzembe helyezési költségek és megfizethetőség szempontjából.
1973-ban az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma (az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma) elrendelte egy új műholdas navigációs rendszer kifejlesztését az Egyesült Államok hadseregének valamennyi elemére. A rendszer célja, hogy a katonai egységek pontos referenciákat kapjanak a helyzetről, sebességről és időről egyetlen referenciarendszerben, a nap 24 órájában a földgömbön bárhol és bármilyen időjárás esetén. Így a GPS kizárólag katonai navigációs rendszer volt, de az Egyesült Államok Kongresszusa később jóváhagyta ennek a rendszernek a polgári használatát.
| GPS műhold - űrszegmens |
A rendszer elve egyszerű. Több földi állomás definiál egy koordinátarendszert. A műholdaktól mért távolságokat elektromágneses vénák segítségével mérik, és kiszámítják azok efemerijét (helyzetét). Ezután bármely pont ismeretlen koordinátáit meg lehet határozni e műholdak ismert pozícióiból, valamint a pont és a műholdak közötti távolság mérésével. Az így meghatározott pontosság a légkör állapotától (légköri kibocsátások, ózonállapot stb.) És a vevő minőségétől függően akár néhány mm is lehet.
A G PS rendszer három szegmensből áll - tér, vezérlés és felhasználó. Az első az űrszegmens - a GPS műhold. Biztosítja, hogy legalább négy műhold jelei a nap 24 órájában a Föld bármely pontján fogadhatók legyenek. Jelenleg 24 műhold kering a fejünk felett három, szinte kör alakú pályán, mintegy 20 200 km magasságban, 12 órás keringési periódussal. A műholdak nagyon pontos atomórával (oszcillátorral), rádióadóval és egyéb segédeszközökkel vannak felszerelve. Pontosan meghatározott frekvenciájú rádiójelet továbbítanak. Ezenkívül műholdas óra és számos más információ van kódolva ebben a jelben.
| GPS vevő - felhasználói szegmens |
A vezérlő szegmens alapvető feladata a műholdak figyelése, pályájuk meghatározása, a műholdas oszcillátorok szinkronizálása, a műholdas manőverek irányítása és a rendszerről szóló információk továbbítása a műholdaknak, amelyek ezt követően visszaküldik azokat az összes felhasználónak. A fő vezérlőállomás eredetileg Kaliforniában volt, ma Colorado Springsben található. Összesen öt megfigyelő állomás működik. Mindegyik nagyon pontos cézium órával van felszerelve.
A GPS kezdetektől számítottak arra, hogy minden repülőgép, hajó, jármű és minden gyalogos egység fel lesz szerelve GPS vevővel. Ennek a technikának az első nagyobb bevezetése az Öböl-háborúk idején történt. Kezdetben egyáltalán nem tervezték ennek a rendszernek a polgári használatát, amely váratlanul alakult ki alkotóinak meglepetésére.
| GPS műholdak eloszlása a Föld pályáin |
Aki GPS-t akar használni, ismernie kell a műholdak efemeriseit (pályáit). A sugárzott efemeristák használhatók, de ezek pontatlanok. Ennek érdekében egy nemzetközi megfigyelőállomások hálózatát, rövidítve az IGS-t hozták létre, amely műholdas pályaadatokat szolgáltat a nap 24 órájában. A GPS szempontjából meghatározták a WGS 1984 referencia koordináta rendszert, amelyből az adatok átalakíthatók Szlovákiában használt koordinátarendszerré. Bár az amerikai hadsereg kiadott egy GPS rendszert a civil szektor számára, az mesterségesen rontja a műholdak GPS jelét és 70-100 m-re feszíti. Ez a hiányosság a DGPS (DGPS-Differential GPS) néven ismert mérési módszerrel kiküszöbölhető. A Po ds tata az, hogy két ponton mérünk, amelyek közül az egyik ismert koordinátákkal rendelkezik (referenciapont), a másik pedig meg akarjuk határozni. A referenciapont ismert és meghatározott koordinátáinak összehasonlításával megkapjuk a különbségeket (eltéréseket), amelyekkel korrigáljuk a második pont koordinátáit.
A GPS technológia jelenleg még meglehetősen drága. Az 1-5 m pontosságú eszköz körülbelül 2900 $ (100 000 Sk), de ha figyelembe vesszük, hogy a GPS-műholdak szolgáltatásai ingyenesek, és összehasonlítjuk, mennyibe kerülne nekünk egy klasszikus geodéziai fókusz (ami feleslegesen lenne részletes tematikus feltérképezéshez közepes méretarányban 1:10 000 - 1: 500 000) vagy kézi feltérképezéshez (ami pontatlan), így hasznos befektetés lehet.