GPS v autě může být užitečná, někdy nás ale může špatně navést. Víte, jak funguje?

V posledních letech jsme si zvykli spoléhat na navigaci víc než na vlastní smysl pro orientaci. Ukáže nám nejkratší cestu domů, zaznamená, kudy běháme, a pomůže najít ztraceného psa nebo balíček z e-shopu.

Ale co se vlastně skrývá za touto zdánlivě samozřejmou technologií? Jak dokáže určit naši přesnou polohu, co ovlivňuje její přesnost a jak to celé souvisí s mapami, které sledujeme na displeji?

Co je GPS a kde se vzala

GPS – tři písmena, která dnes zná skoro každý. Skrývá se za nimi anglický název Global Positioning System, tedy něco jako „celosvětové určování polohy“. Vymysleli ho Američané už v 70. letech, původně pro armádu. Dnes ho ale používáme všichni – a pořád. Když jedeme autem, sledujeme trasu běhu, hledáme ztracený mobil nebo se snažíme zorientovat na dovolené. GPS je v telefonech, autech, letadlech, lodích i chytrých hodinkách. Jen málokdo si ale uvědomí, že za tímhle „kouzlem“ stojí složitá věda a signál, který k nám letí z výšky přes 20 tisíc kilometrů nad Zemí.

Jak GPS určuje vaši polohu: Trilaterace a čas

Aby váš mobil nebo navigace věděly, kde právě jste, potřebují zachytit signály alespoň ze tří různých družic na oběžné dráze. Každá z nich neustále vysílá do světa, kde přesně je a kolik je hodin. Vaše zařízení tyto signály přijme a podle toho, jak dlouho k němu letěly, si dopočítá, jak daleko od které družice se nachází.

GPS funguje trochu jako chytrý odhad založený na rychlosti světla. Každá družice posílá signál, který vaše zařízení zachytí a změří, jak dlouho mu trvalo dorazit. Podle těchto „časových stop“ si mobil nebo navigace spočítá, jak daleko která družice je.

Jak přesný je GPS a co ho může zkreslit

Když všechno funguje, jak má, je GPS docela přesný pomocník – obvykle trefí vaši polohu s odchylkou jen tři až pět metrů. A speciální přístroje, třeba ty v letadlech nebo u geodetů, to zvládnou dokonce na centimetry přesně.

Jenže stačí pár rušivých vlivů a najednou vás může ukazovat úplně jinde, než ve skutečnosti jste:

• Odrazy signálu (multipath): Ve městech se může GPS signál odrážet od vysokých budov, což vede k chybám. Zařízení si pak „myslí“, že jste jinde, než opravdu jste.
• Méně družic na obzoru: Pokud mezi vámi a oblohou stojí překážky (např. skály, stromy nebo stěny budov), zařízení nemá dostatek signálů k přesnému určení polohy.
• Atmosféra: Signál musí projít ionosférou a troposférou – vrstvy atmosféry ho mohou zpomalit a zkreslit výpočet vzdálenosti.
• Kvalita zařízení: Moderní mobilní telefony obvykle kombinují GPS s dalšími systémy (např. Galileo nebo GLONASS), což zvyšuje přesnost. Levná zařízení ale mohou mít horší antény i výpočetní čip.

Jak GPS pracuje s mapami? Bez nich by to byl jen bod v prostoru

GPS vám řekne, že jste na souřadnicích 49.1951° N, 16.6068° E. Ale co to znamená? Tady přichází na řadu mapové podklady, které tuto informaci zasadí do kontextu.

Mobilní aplikace jako Google Maps, Mapy.cz nebo Apple Maps promítají GPS souřadnice do digitální mapy. Tato mapa není jen obrázek – je to obrovská databáze obsahující silnice, budovy, nadmořské výšky, cyklostezky, ale také data o dopravě, počasí nebo uzavírkách.

Mapy se mohou načítat online, nebo být stažené offline do telefonu – výhodou je pak nezávislost na mobilním signálu například při horské turistice nebo v zahraničí.

GPS v praxi: Více než jen navigace do restaurace

Možnosti využití GPS dnes dalece přesahují samotnou navigaci. Tady je pár příkladů z praxe:

• Zemědělství – traktory řízené satelitem zasévají s přesností na centimetry.
• Sportovní aplikace – sledují vaše běžecké nebo cyklistické trasy, výkony i spálené kalorie.
• Záchranné složky – hasiči, policie i horská služba využívají GPS ke koordinaci zásahů.
• Drony a roboti – bez přesného určování polohy by nemohly vůbec fungovat.
• Telematika – sledování vozidel, logistiky, balíků i pracovní doby řidičů.
• Osobní bezpečnost – chytré hodinky mohou v případě nehody odeslat polohu na tísňovou linku.

Co nás čeká dál: Centimetrová přesnost i v kapse

Budoucnost GPS se ubírá směrem k ještě vyšší přesnosti a spolehlivosti. Už dnes se testují doplňkové pozemní stanice (tzv. RTK – Real Time Kinematic), které zpřesní určení polohy až na centimetry.

To otevře dveře novým technologiím:

• autonomním vozidlům,
• robotickému doručování,
• dálkovému řízení zemědělských strojů,
• chytrým městům (smart cities),
• a dalším formám tzv. precizního lokalizačního inženýrství.

Zdroje: spaceplace.nasa.gov, faa.gov, wikipedia.org