ความหมายจีพีเอส
ระบบกำหนดตำแหน่งบนโลก (Global Positioning System: GPS)
ระบบกำหนดตำแหน่งบนโลก หรือที่เรียกในภาษาอังกฤษว่า Global Positioning System (GPS) หมายถึง ระบบระบุตำแหน่งพิกัดภูมิศาสตร์บนพื้นผิวโลก ซึ่งพัฒนาโดย กระทรวงกลาโหมของสหรัฐอเมริกา ภายใต้ชื่ออย่างเป็นทางการว่า NAVSTAR (NAVigation Satellite Timing and Ranging) ระบบนี้ประกอบด้วยดาวเทียมนำร่องจำนวน 24 ดวง ที่โคจรรอบโลกด้วยวงโคจรคงที่ ครอบคลุมพื้นที่ทั่วทั้งโลก และสามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมง โดยไม่ขึ้นกับสภาพภูมิอากาศหรือเวลาของวัน
กลไกการทำงานของ GPS อาศัยหลักการของ คลื่นวิทยุ และ รหัสเฉพาะ ที่ส่งจากดาวเทียมมายังเครื่องรับ GPS บนพื้นดิน การคำนวณตำแหน่งพิกัดของผู้ใช้อิงจากการวัดเวลาที่สัญญาณใช้ในการเดินทางจากดาวเทียมมายังเครื่องรับ โดยใช้สัญญาณจากดาวเทียมอย่างน้อย 4 ดวง เพื่อกำหนดพิกัดทางภูมิศาสตร์ในรูปของ ลองจิจูด ละติจูด และความสูงจากระดับน้ำทะเล
วัตถุประสงค์และหลักการออกแบบ GPS
ระบบ GPS ได้รับการออกแบบโดยมีวัตถุประสงค์สำคัญเพื่อให้สามารถใช้งานได้ทั้งในภาคพลเรือนและภาคการทหารอย่างมีประสิทธิภาพ โดยคำนึงถึงเงื่อนไขต่อไปนี้:
- รองรับผู้ใช้จำนวนมาก ทั้งในภาคพลเรือนและภาคความมั่นคง
- ออกแบบให้เครื่องรับมีขนาดเล็ก ราคาประหยัด และใช้งานง่าย
- สามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมง โดยไม่จำกัดสถานที่หรือสภาพอากาศ
- ให้ค่าตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูง ตามเกณฑ์ที่ฝ่ายทหารของสหรัฐอเมริกากำหนดไว้
GPS ในบริบทของระบบนำทางดาวเทียมโลก (GNSS)
แม้ว่า GPS จะเป็นระบบแรกที่ได้รับความนิยมทั่วโลก แต่ในปัจจุบัน GPS ถือเป็นเพียงระบบหนึ่งในกลุ่มระบบนำทางด้วยดาวเทียมที่เรียกว่า GNSS (Global Navigation Satellite System) ซึ่งประกอบด้วยระบบอื่น ๆ ที่ดำเนินการโดยประเทศต่าง ๆ ได้แก่:
- NAVSTAR – ดำเนินการโดย สหรัฐอเมริกา (รู้จักกันในชื่อ GPS)
- GLONASS – ดำเนินการโดย รัสเซีย
- Galileo – ดำเนินการโดย สหภาพยุโรป
- Beidou – ดำเนินการโดย จีน
- QZSS – ดำเนินการโดย ญี่ปุ่น
- IRNSS หรือ NavIC – ดำเนินการโดย อินเดีย
องค์ประกอบหลักของระบบ GPS
ระบบกำหนดตำแหน่งบนโลก (GPS) ประกอบด้วยโครงสร้างพื้นฐาน 3 ส่วนหลัก ได้แก่:
- ส่วนอวกาศ (Space Segment):
ประกอบด้วยดาวเทียม GPS จำนวน 24 ดวง โคจรอยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 20,200 กิโลเมตร จากพื้นโลก โดยโคจรวันละ 2 รอบ ครอบคลุมพื้นที่ทั่วโลก - ส่วนควบคุมภาคพื้นดิน (Control Segment):
ประกอบด้วยสถานีควบคุมหลักและสถานีติดตามสัญญาณย่อย กระจายอยู่ทั่วโลก เพื่อควบคุม ติดตาม และปรับเทียบวงโคจรและเวลาของดาวเทียมให้ถูกต้อง - ส่วนผู้ใช้งาน (User Segment):
หมายถึงผู้ใช้งานที่ติดตั้งหรือพกพาเครื่องรับสัญญาณ GPS เพื่อประยุกต์ใช้งานในด้านต่าง ๆ เช่น การนำทาง (Navigation), การรังวัดตำแหน่ง (Surveying), การติดตามวัตถุหรือบุคคล (Tracking), การทำแผนที่ (Mapping) และ การอ้างอิงเวลาที่แม่นยำ (Time Reference)
ความแตกต่างระหว่าง GPS และ GNSS คือ
- GPS (Global Positioning System) เป็นระบบดาวเทียมนำทางเฉพาะของสหรัฐอเมริกา มีดาวเทียมประมาณ 24-31 ดวงที่โคจรรอบโลก เพื่อระบุตำแหน่งบนพื้นผิวโลก GPS เป็นระบบนำทางดาวเทียมแรกและเป็นที่รู้จักอย่างแพร่หลาย268
- GNSS (Global Navigation Satellite System) คือคำรวมที่หมายถึงระบบดาวเทียมนำทางทั้งหมดที่มีอยู่ในโลก ซึ่งรวมถึง GPS ของสหรัฐฯ และระบบดาวเทียมของประเทศอื่นๆ เช่น
ข้อดีของ GNSS เมื่อเทียบกับ GPS
- มีดาวเทียมจำนวนมากกว่า ทำให้สามารถรับสัญญาณได้จากหลายระบบพร้อมกัน เพิ่มความแม่นยำและความน่าเชื่อถือ
- สามารถใช้งานได้ดีในสภาพแวดล้อมที่ท้าทาย เช่น ในเมืองที่มีตึกสูงหรือหุบเขา
- มีความแข็งแกร่งสูงกว่า เพราะสามารถสลับใช้ดาวเทียมจากระบบต่างๆ หากระบบใดระบบหนึ่งขัดข้อง56
สรุป
GPS เป็นเพียงหนึ่งในระบบดาวเทียมนำทางที่อยู่ภายใต้คำว่า GNSS ซึ่ง GNSS ครอบคลุมระบบดาวเทียมนำทางทั้งหมดทั่วโลก ทำให้ GNSS มีความครอบคลุมและแม่นยำมากกว่า GPS เพียงระบบเดียว
🔍 ความหมายและขอบเขตของคำศัพท์
| ประเด็น | GPS (Global Positioning System) | GNSS (Global Navigation Satellite System) |
|---|---|---|
| ชื่อเต็ม | Global Positioning System | Global Navigation Satellite System |
| คำอธิบาย | ระบบนำทางด้วยดาวเทียมที่พัฒนาและบริหารโดยรัฐบาลสหรัฐอเมริกา | ระบบรวมของเครือข่ายดาวเทียมนำทางจากหลายประเทศทั่วโลก |
| ลักษณะของระบบ | เป็นเพียงหนึ่งในหลายระบบของ GNSS | เป็นระบบที่รวมทุกเครือข่ายดาวเทียมนำทางทั่วโลก |
🌐 ระบบที่อยู่ภายใต้ GNSS
GNSS เป็นระบบที่ครอบคลุม GPS และระบบอื่น ๆ ได้แก่:
| ระบบดาวเทียม | ประเทศ / ภูมิภาค | หมายเหตุ |
|---|---|---|
| GPS | สหรัฐอเมริกา | ระบบดั้งเดิม ได้รับความนิยมสูงสุด |
| GLONASS | รัสเซีย | ระบบคู่ขนานกับ GPS |
| Galileo | สหภาพยุโรป | เน้นความแม่นยำสูง โดยเฉพาะพลเรือน |
| BeiDou | จีน | ครอบคลุมทั่วโลกตั้งแต่ปี 2020 |
| QZSS | ญี่ปุ่น | เน้นเฉพาะภูมิภาคเอเชีย-แปซิฟิก |
| IRNSS (NavIC) | อินเดีย | ครอบคลุมภูมิภาคเอเชียใต้ |
📡 การรับสัญญาณ
- GPS Receiver: รับสัญญาณจากดาวเทียม GPS เพียงระบบเดียว (NAVSTAR)
- GNSS Receiver: สามารถรับสัญญาณได้จากหลายระบบพร้อมกัน เช่น GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou เป็นต้น ซึ่งทำให้ ความแม่นยำสูงขึ้น และ ความสามารถในการใช้งานในพื้นที่ทึบ เช่น เมืองใหญ่หรือภูเขา สูงกว่าระบบ GPS เพียงระบบเดียว
📈 ความแม่นยำและความน่าเชื่อถือ
- GPS ให้ค่าพิกัดที่แม่นยำในระดับทั่วไป ประมาณ 5–10 เมตร ในเครื่องรับพลเรือนทั่วไป
- GNSS สามารถปรับปรุงความแม่นยำได้มากกว่า 1 เมตร หรือในระดับเซนติเมตร (เมื่อใช้ร่วมกับเทคนิค RTK หรือ DGPS)
🧭 การใช้งาน
| การใช้งานทั่วไป | GPS เท่านั้น | GNSS (รวมทุกระบบ) |
|---|---|---|
| การเดินทาง, แผนที่, ระบบนำทางในรถยนต์ | ✅ ใช้งานได้ | ✅ แม่นยำกว่า |
| งานรังวัดแบบละเอียด (Surveying) | ❌ จำกัด | ✅ เหมาะสมกว่า |
| การติดตามยานพาหนะในเขตเมือง | ❌ สัญญาณอาจสะท้อน | ✅ GNSS ทะลุปัญหา urban canyon |
| การใช้งานในสภาวะบรรยากาศแปรปรวน | ❌ อ่อนไหวกว่า | ✅ มีความทนทานกว่า |
✨ สรุปเชิงวิชาการ
GPS คือ ระบบย่อยหนึ่งใน GNSS ซึ่ง GNSS มีขอบเขตกว้างกว่า ครอบคลุมหลายระบบดาวเทียมทั่วโลก โดยการใช้อุปกรณ์รับสัญญาณแบบ GNSS จะส่งผลให้ได้ ข้อมูลตำแหน่งที่แม่นยำกว่า ครอบคลุมมากกว่า และ เหมาะสมต่อการใช้งานในงานวิจัยเชิงพื้นที่และงานสำรวจภาคสนามระดับสูง