ردیابی موبایل با GPS چگونه کار می‌کند؟

GPS موبایل چگونه موقعیت گوشی را محاسبه می‌کند؟

برای فهمیدن عملکرد GPS باید با ماهواره‌های موقعیت‌یاب و گیرنده‌ای که داخل گوشی قرار دارد آشنا شویم. ماهواره‌ها به‌طور پیوسته سیگنال‌های ناوبری را منتشر می‌کنند و گیرنده گوشی آن‌ها را دریافت و پردازش می‌کند.

۱. ماهواره‌ها سیگنال زمان و موقعیت ارسال می‌کنند

ماهواره‌های GPS اطلاعاتی درباره زمان دقیق ارسال سیگنال و موقعیت مداری خود در اختیار گیرنده قرار می‌دهند. این اطلاعات به گوشی کمک می‌کند تشخیص دهد سیگنال از کدام ماهواره و در چه زمانی ارسال شده است.

سیگنال رادیویی با سرعت نور حرکت می‌کند. بنابراین اختلاف میان زمان ارسال و زمان دریافت سیگنال می‌تواند برای برآورد فاصله میان ماهواره و گوشی به کار رود.

۲. گوشی فاصله تقریبی خود تا ماهواره‌ها را محاسبه می‌کند

گیرنده GPS زمان دریافت سیگنال را با اطلاعات زمان ارسال مقایسه می‌کند. با درنظرگرفتن سرعت انتشار امواج رادیویی، فاصله تقریبی دستگاه تا ماهواره محاسبه می‌شود.

این فاصله‌ها در محاسبات GPS معمولاً فاصله شبه‌برد یا Pseudorange نامیده می‌شوند؛ زیرا خطای ساعت گیرنده و برخی عوامل انتشار سیگنال نیز باید در محاسبه لحاظ شوند.

۳. چند فاصله برای تعیین موقعیت با یکدیگر ترکیب می‌شوند

یک فاصله به‌تنهایی محل دقیق گوشی را مشخص نمی‌کند. دستگاه باید اطلاعات چند ماهواره را با هم ترکیب کند تا محل قرارگیری خود را تعیین کند.

در یک محاسبه متعارف، دریافت سیگنال از دست‌کم چهار ماهواره برای برآورد طول و عرض جغرافیایی، ارتفاع و خطای ساعت گیرنده استفاده می‌شود. تعداد بیشتر ماهواره‌های قابل دریافت و هندسه مناسب آن‌ها می‌تواند به بهبود محاسبه کمک کند.

این روش از نظر ریاضی با مفهوم سه‌بعدی‌سازی فاصله‌ای یا Trilateration ارتباط دارد. برای آشنایی بیشتر با مبنای محاسبات، توضیح رسمی GPS.gov درباره Trilateration را ببینید.

۴. مختصات جغرافیایی ساخته می‌شود

پس از انجام محاسبات، گیرنده می‌تواند موقعیت را به شکل مختصات جغرافیایی ارائه کند. این خروجی معمولاً شامل عرض و طول جغرافیایی، ارتفاع تخمینی، زمان ثبت و میزان عدم‌قطعیت موقعیت است.

چرا ساعت دقیق در فناوری GPS اهمیت دارد؟

سیگنال ماهواره‌ای در فاصله بسیار زیادی حرکت می‌کند و زمان انتشار آن در محاسبه فاصله نقش اساسی دارد. حتی اختلاف زمانی بسیار کوچک می‌تواند در تخمین فاصله تأثیر بگذارد. به همین علت، ماهواره‌ها از ساعت‌های بسیار دقیق استفاده می‌کنند و گیرنده نیز باید اختلاف ساعت خود با زمان سامانه را در محاسبات اصلاح کند.

ماهواره‌های GPS در چه ارتفاعی قرار دارند؟

ماهواره‌های اصلی سامانه GPS در مدار متوسط زمین (MEO) و در ارتفاع تقریبی ۲۰۲۰۰ کیلومتری از سطح زمین حرکت می‌کنند. هر ماهواره تقریباً دو بار در شبانه‌روز به دور زمین می‌چرخد.

طبق اطلاعات رسمی GPS.gov، ساختار پایه این سامانه بر ۲۴ جایگاه مداری در شش صفحه مداری استوار است و برای حفظ پوشش، تعداد ماهواره‌های عملیاتی می‌تواند بیشتر باشد.

اطلاعات تکمیلی درباره ساختار ماهواره‌ها و سامانه کنترل در معرفی رسمی سامانه GPS در دسترس است.

آیا GPS برای ردیابی موبایل به اینترنت نیاز دارد؟

یکی از پرسش‌های مهم کاربران این است که آیا بدون اینترنت هم می‌توان موقعیت گوشی را با GPS تعیین کرد؟ پاسخ به این بستگی دارد که منظور از تعیین موقعیت چیست یا ارسال موقعیت برای شخص دیگری مدنظر قرار گرفته است.

دریافت موقعیت از ماهواره با اینترنت متفاوت است

برای دریافت سیگنال ماهواره‌ای GPS و انجام محاسبه اولیه موقعیت، اتصال اینترنت یا سیم‌کارت الزام ذاتی GPS نیست. گیرنده ماهواره‌ای گوشی می‌تواند سیگنال‌های رادیویی را دریافت کند و بر اساس آن‌ها موقعیت را محاسبه کند.

با این حال، برخی گوشی‌ها از داده‌های کمکی اینترنتی برای آماده‌شدن سریع‌تر گیرنده استفاده می‌کنند. این روش با نام Assisted GPS یا A-GPS شناخته می‌شود و می‌تواند در شرایط مناسب زمان لازم برای دستیابی به موقعیت اولیه را کاهش دهد.

اینترنت در ردیابی موبایل چه کاربردی دارد؟

• دریافت و نمایش اطلاعات نقشه.
• ارسال مختصات به یک حساب کاربری یا دستگاه دیگر.
• به‌روزرسانی موقعیت در سرویس‌های اشتراک‌گذاری مجاز.
• دریافت اطلاعات کمکی مورد استفاده سرویس‌های مکان‌یابی.
• ذخیره یا همگام‌سازی اطلاعات موقعیت در سرویس ابری، در صورت پشتیبانی.

چرا گوشی فقط از GPS استفاده نمی‌کند؟

در گوشی‌های امروزی، مکان‌یابی لزوماً بر اساس یک منبع اطلاعاتی انجام نمی‌شود. سیستم‌عامل می‌تواند از ترکیب چند منبع کمک بگیرد تا موقعیت سریع‌تر یا دقیق‌تر تخمین زده شود.

برای مثال، سرویس مکان‌یابی ترکیبی اندروید می‌تواند اطلاعات GPS را با داده‌های Wi-Fi، دکل‌های مخابراتی و حسگرهای دستگاه ترکیب کند. انتخاب منابع به میزان دقت درخواستی، شرایط محیطی و تنظیمات دستگاه بستگی دارد.

نقش Wi-Fi در مکان‌یابی

شبکه‌های بی‌سیم اطراف گوشی می‌توانند به تخمین موقعیت کمک کنند. دستگاه ممکن است با استفاده از اطلاعات نقاط دسترسی Wi-Fi و پایگاه‌های اطلاعات مکانی مرتبط، محدوده حضور خود را بهتر تشخیص دهد.

این روش در ساختمان‌ها و محیط‌هایی که دریافت سیگنال ماهواره‌ای دشوار است می‌تواند مفید باشد؛ البته کیفیت نتیجه به اطلاعات قابل‌دسترس و شرایط محیط بستگی دارد.

نقش دکل‌های مخابراتی

اطلاعات شبکه تلفن همراه نیز می‌تواند برای تخمین موقعیت استفاده شود. این تخمین ممکن است نسبت به GPS مستقل دقت متفاوتی داشته باشد و به شرایط شبکه، تعداد دکل‌های قابل‌دریافت و روش محاسبه وابسته است.

نقش حسگرهای داخلی گوشی

حسگرهایی مانند شتاب‌سنج، ژیروسکوپ و فشارسنج می‌توانند اطلاعات تکمیلی درباره حرکت یا وضعیت دستگاه فراهم کنند. سیستم مکان‌یابی ممکن است از این داده‌ها در کنار سیگنال‌های بی‌سیم استفاده کند.

آیا گوشی‌های جدید فقط از ماهواره‌های GPS استفاده می‌کنند؟

خیر. بسیاری از گیرنده‌های جدید GNSS می‌توانند سیگنال چند سامانه ماهواره‌ای را دریافت کنند. برای مثال، علاوه بر GPS آمریکا، سامانه‌های Galileo اروپا، GLONASS روسیه و BeiDou چین نیز در حوزه موقعیت‌یابی ماهواره‌ای فعالیت می‌کنند.

پشتیبانی دقیق از این سامانه‌ها به سخت‌افزار گوشی، نسخه گیرنده و شرایط دریافت سیگنال بستگی دارد. به همین دلیل ممکن است برنامه مکان‌یابی موقعیتی را با استفاده از چند منظومه ماهواره‌ای محاسبه کند، حتی اگر کاربر در گفت‌وگوی روزمره همه این فناوری‌ها را GPS بنامد.

تفاوت GPS مستقل و مکان‌یابی ترکیبی چیست؟

نکته مهم این است که نام GPS در رابط یک برنامه همیشه به این معنا نیست که تمام مختصات فقط از ماهواره به دست آمده‌اند. ممکن است برنامه از سرویس مکان‌یابی ترکیبی سیستم‌عامل استفاده کند و خروجی آن شامل اطلاعات چند منبع باشد.

برای آشنایی با روش‌های مختلف مکان‌یابی و کاربردهای هرکدام، مقاله ردیابی گوشی چیست و چه روش‌هایی دارد؟ را نیز مطالعه کنید.

آیا GPS گوشی همیشه موقعیت دقیق را نشان می‌دهد؟

خیر. GPS یک فناوری محاسبه موقعیت است و دقت خروجی آن به شرایط دریافت سیگنال، کیفیت گیرنده و محیط اطراف بستگی دارد. بنابراین نباید هر نقطه‌ای را که روی نقشه دیده می‌شود، مختصات قطعی و بدون خطا فرض کرد.

طبق توضیحات GPS.gov، گوشی‌های مجهز به GPS در شرایط آسمان باز معمولاً می‌توانند موقعیت را در شعاع حدود ۴٫۹ متر تخمین بزنند؛ اما این مقدار یک تضمین برای همه گوشی‌ها و همه محیط‌ها نیست و در نزدیکی ساختمان‌ها، پل‌ها و درختان ممکن است دقت کاهش پیدا کند.

چه عواملی باعث کاهش دقت GPS می‌شوند؟

• ساختمان‌های بلند: ممکن است سیگنال ماهواره را مسدود کنند یا باعث بازتاب آن شوند.
• فضای بسته: دیوارها و سقف می‌توانند قدرت سیگنال دریافتی را کاهش دهند.
• تونل و زیرزمین: دریافت مستقیم سیگنال ماهواره‌ای معمولاً بسیار محدود می‌شود.
• درختان و پوشش متراکم: ممکن است دریافت سیگنال را دشوارتر کنند.
• بازتاب امواج: سیگنال پس از برخورد با سطوح مختلف می‌تواند با مسیر غیرمستقیم به گیرنده برسد.
• کیفیت گیرنده: طراحی سخت‌افزار و توانایی پردازش سیگنال نیز بر نتیجه اثر دارد.
• هندسه ماهواره‌ها: موقعیت نسبی ماهواره‌های قابل‌مشاهده در کیفیت محاسبه مؤثر است.
• شرایط جوی و اتمسفر: تغییرات مسیر انتشار سیگنال می‌توانند بر محاسبه فاصله اثر بگذارند.

چگونه میزان دقت نمایش‌داده‌شده را تفسیر کنیم؟

اگر برنامه‌ای محدوده خطای موقعیت را با یک دایره اطراف نشانگر مکان نمایش می‌دهد، اندازه آن دایره اهمیت دارد. دایره کوچک‌تر معمولاً نشان‌دهنده تخمین موقعیت دقیق‌تر است؛ در حالی که دایره بزرگ‌تر، عدم‌قطعیت بیشتر را نشان می‌دهد.

برای مثال، اگر نشانگر روی نقشه همراه با محدوده بزرگی نمایش داده شود، نباید یک نقطه خاص را محل قطعی حضور گوشی در نظر گرفت. بهتر است زمان ثبت مختصات و شعاع عدم‌قطعیت نیز بررسی شود.

چگونه موقعیت GPS گوشی به دستگاه دیگری منتقل می‌شود؟

تا اینجا دیدیم که گیرنده GPS چگونه مختصات گوشی را محاسبه می‌کند. اما برای اینکه فرد دیگری بتواند موقعیت یک دستگاه را مشاهده کند، یک مرحله دیگر لازم است: انتقال اطلاعات موقعیت از طریق یک سرویس ارتباطی.

در یک روش معمول اشتراک‌گذاری موقعیت با رضایت صاحب دستگاه، فرایند به این صورت انجام می‌شود:

1. محاسبه موقعیت: گیرنده گوشی یا سرویس مکان‌یابی سیستم‌عامل مختصات دستگاه را تعیین می‌کند.
2. اعمال مجوز: برنامه‌ای که قرار است موقعیت را به اشتراک بگذارد، باید مجوز لازم را از صاحب دستگاه دریافت کرده باشد.
3. انتقال اطلاعات: برنامه در شرایط پشتیبانی‌شده، مختصات و اطلاعات زمانی را از طریق اینترنت به سرویس مربوط ارسال می‌کند.
4. نمایش روی نقشه: کاربر مجاز در دستگاه دیگر می‌تواند موقعیت به‌اشتراک‌گذاشته‌شده را مشاهده کند.
5. به‌روزرسانی موقعیت: در صورت فعال‌بودن اشتراک‌گذاری و امکان ارتباط، اطلاعات جدید در بازه‌های زمانی تعیین‌شده ارسال می‌شوند.

آیا ردیابی GPS همیشه به‌صورت زنده انجام می‌شود؟

خیر. زنده‌بودن موقعیت به نحوه عملکرد برنامه و فاصله زمانی دریافت و ارسال اطلاعات بستگی دارد. بعضی سرویس‌ها موقعیت را هنگام درخواست کاربر دریافت می‌کنند؛ برخی دیگر در صورت داشتن مجوز مناسب، امکان به‌روزرسانی دوره‌ای را فراهم می‌کنند.

بنابراین باید میان سه مفهوم تفاوت گذاشت:

• موقعیت فعلی: مختصاتی که دستگاه در زمان درخواست یا ثبت اطلاعات محاسبه کرده است.
• آخرین موقعیت ثبت‌شده: آخرین اطلاعات مکانی که سرویس موفق به دریافت یا ذخیره آن شده است.
• اشتراک‌گذاری پیوسته: ارسال دوره‌ای موقعیت در طول زمانی که قابلیت فعال است و شرایط فنی آن برقرار باشد.

یک موقعیت ثبت‌شده بدون زمان به‌روزرسانی می‌تواند گمراه‌کننده باشد؛ زیرا ممکن است مختصات نمایش‌داده‌شده متعلق به چند دقیقه یا حتی مدت بیشتری قبل باشد.

مجوزهای لازم برای استفاده از GPS در اندروید و آیفون

برنامه‌های مکان‌یابی برای دریافت اطلاعات موقعیت به مجوز سیستم‌عامل نیاز دارند. این مجوزها به کاربر کمک می‌کنند مشخص کند کدام برنامه به موقعیت دسترسی داشته باشد و در چه شرایطی بتواند از آن استفاده کند.

مجوز موقعیت مکانی در اندروید

اندروید میان موقعیت تقریبی و موقعیت دقیق تفاوت قائل می‌شود. اگر کاربر فقط موقعیت تقریبی را در اختیار برنامه قرار دهد، برنامه نباید انتظار داشته باشد مختصات دقیق موردنیاز برای مسیریابی یا مکان‌یابی جزئی را دریافت کند.

همچنین دسترسی زمانی که برنامه در حال استفاده است با دسترسی پس‌زمینه تفاوت دارد. برای بعضی کاربردها که موقعیت باید خارج از صفحه فعال برنامه نیز دریافت شود، مجوز جداگانه و شرایط مرتبط با نسخه سیستم‌عامل مطرح است.

برای بررسی جزئیات، مستندات رسمی مجوزهای دسترسی به موقعیت مکانی در اندروید را مطالعه کنید.

سرویس مکان‌یابی در آیفون

در آیفون، سرویس Location Services با توجه به مجوزهای کاربر می‌تواند از اطلاعات GPS، شبکه موبایل، Wi-Fi و Bluetooth برای تعیین موقعیت استفاده کند. بنابراین موقعیتی که در نقشه می‌بینید لزوماً فقط از GPS مستقل به دست نیامده است.

کاربر می‌تواند دسترسی برنامه‌ها به موقعیت را از تنظیمات حریم خصوصی مدیریت کند. میزان دقت مجاز نیز بسته به انتخاب کاربر و قابلیت موردنیاز برنامه متفاوت است.

راهنمای رسمی حریم خصوصی و سرویس‌های مکان‌یابی اپل درباره منابع اطلاعات مکانی و نحوه مدیریت آن‌ها توضیح می‌دهد.

چگونه خطای مکان‌یابی GPS گوشی را بررسی کنیم؟

اگر موقعیت نمایش‌داده‌شده با محل واقعی گوشی اختلاف دارد، پیش از نتیجه‌گیری درباره خرابی دستگاه بهتر است شرایط دریافت سیگنال و تنظیمات برنامه را بررسی کنید.

مراحل بررسی موقعیت نادرست

1. فضای باز را امتحان کنید: در محیطی که دید به آسمان بهتر است، موقعیت را دوباره بررسی کنید.
2. تنظیمات Location را بررسی کنید: مطمئن شوید سرویس مکان‌یابی دستگاه فعال است.
3. مجوز برنامه را ببینید: بررسی کنید برنامه اجازه دسترسی به موقعیت دقیق را دارد یا فقط موقعیت تقریبی در اختیارش قرار گرفته است.
4. اتصال شبکه را بررسی کنید: اگر برنامه برای دریافت نقشه یا ارسال موقعیت به اینترنت وابسته است، وضعیت ارتباط را کنترل کنید.
5. زمان ثبت مختصات را بررسی کنید: مطمئن شوید اطلاعات نمایش‌داده‌شده قدیمی نیست.
6. برنامه و سیستم‌عامل را بررسی کنید: ناسازگاری یا اختلال نرم‌افزاری نیز ممکن است روی عملکرد مکان‌یابی اثر بگذارد.

تفاوت ردیابی موبایل با GPS و کنترل گوشی از راه دور

ردیابی GPS با کنترل گوشی دو موضوع متفاوت هستند. ردیابی موبایل درباره تعیین یا اشتراک‌گذاری موقعیت جغرافیایی دستگاه است؛ اما کنترل از راه دور می‌تواند به مشاهده صفحه یا انجام برخی عملیات مجاز در محیط گوشی مربوط باشد.

برای آشنایی با سازوکار کنترل از راه دور، مقاله کنترل گوشی از راه دور چگونه کار می‌کند؟ را مطالعه کنید.

حریم خصوصی هنگام ردیابی موقعیت گوشی

اطلاعات مکانی می‌تواند جزو داده‌های حساس شخصی باشد؛ زیرا موقعیت‌های ثبت‌شده ممکن است درباره محل حضور، رفت‌وآمد و الگوی فعالیت افراد اطلاعات زیادی نشان دهند.

به همین دلیل، استفاده از قابلیت‌های مکان‌یابی و اشتراک‌گذاری موقعیت باید با اطلاع و رضایت صاحب دستگاه انجام شود. صرف در اختیار داشتن شماره تلفن یا شناختن فرد، مجوز دسترسی به موقعیت خصوصی او نیست.

• قبل از فعال‌کردن اشتراک موقعیت، مخاطب و مدت اشتراک را بررسی کنید.
• به برنامه‌هایی که بدون دلیل به موقعیت دقیق یا پس‌زمینه نیاز دارند مجوز ندهید.
• مجوزهای برنامه‌های نصب‌شده را به‌صورت دوره‌ای بازبینی کنید.
• از ارسال مختصات و اطلاعات مکانی به افراد یا سرویس‌های ناشناس خودداری کنید.
• در صورت پایان نیاز، اشتراک موقعیت را متوقف و مجوزهای غیرضروری را لغو کنید.

پرسش‌های متداول درباره ردیابی موبایل با GPS

جمع‌بندی؛ ردیابی موبایل با GPS چگونه کار می‌کند؟