تحديد الموقع
في الملاحة، تحديد الموقع أو تحديد المواقع هو تحديد موقع مركبة أو شخص على سطح الأرض. تحديد الموقف يستخدم مختلف الطرق البصرية والإلكترونية بما في ذلك:
- خطوط الموقف ودوائر الموقف
- الملاحة السماوية
- الملاحة الراديوية
- نظام الملاحة الساتلية
ويمكن التعبير عن المواقع كمنطوي ومدى من معلم معروف أو كزوايا خطوط الطول والعرض بالنسبة إلى خط الخريطة.
وبصفة عامة، يتم حساب إصلاح الموقف عن طريق مراعاة القياسات (المشار إليها بالملاحظات) للمسافات أو الزوايا إلى نقاط مرجعية تكون مواقعها معروفة. في 2D الدراسات الاستقصائية ملاحظات من ثلاث نقاط مرجعية كافية لحساب موقف في مستوى ثنائي الأبعاد. 10- وتخضع الملاحظات عملياً لأخطاء ناجمة عن عوامل فيزيائية وفي الغلاف الجوي مختلفة تؤثر على قياس المسافات والزوايا.
ومن الأمثلة العملية على الحصول على تحديد الموقع أن تأخذ السفينة قياسات تحمل ثلاث منارات متمركزة على طول الساحل. ويمكن إجراء هذه القياسات بصريا باستخدام بوصلة تحمل اليد، أو في ضعف الرؤية إلكترونيا باستخدام الرادار أو اتّجاه الراديو. بما أن جميع الملاحظات المادية عرضة للأخطاء فإن إصلاح الموقف الناتج هو أيضًا عرضة للخطأ. على الرغم من أن من الناحية النظرية خطين من موقف (LOP) كافية لتحديد نقطة، في الممارسة العملية 'عبور' أكثر LOPs يوفر المزيد من الدقة والثقة، وخاصة إذا كانت الخطوط عبر في زاوية جيدة لبعضها البعض. وتعتبر ثلاثة من LOPs الحد الأدنى لإصلاح الملاحة العملية. سوف أشكال ال LOPs الثلاثة عند رسمها على الرسم البياني بشكل عام مثلث، والمعروفة باسم 'قبعة الديك'. سيكون لدى الملاح المزيد من الثقة في إصلاح الموقف الذي يتكون من قبعة صغيرة مع زوايا قريبة من زوايا مثلث متساوي الأضلاع.
ليس صحيحا أن نقول إن موقف الملاح الحقيقي هو 'بالتأكيد' داخل قبعة الديك على الرسم البياني. منطقة الشك المحيطة إصلاح موقف يسمى قطع ناقص خطأ. لتقليل الخطأ إلى أدنى حد، تستخدم أنظمة الملاحة الإلكترونية بشكل عام أكثر من ثلاث نقاط مرجعية لحساب إصلاح الموضع لزيادة تكرار البيانات. كما يتم إضافة نقاط مرجعية زائدة عن الحاجة يصبح إصلاح الموقف أكثر دقة ومساحة قطع ناقص الخطأ الناتجة.
عملية الجمع بين الملاحظات المتعددة لحساب إصلاح الموقف هو ما يعادل حل نظام من المعادلات الخطية. تستخدم أنظمة الملاحة خوارزميات الانحدار مثل المربعات الأقل من أجل حساب إصلاح الموضع في الفضاء ثلاثي الأبعاد. ويتم ذلك عادة عن طريق الجمع بين قياسات المسافة إلى 4 أو أكثر من الأقمار الصناعية لتحديد المواقع، والتي تدور حول الأرض على طول مسارات معروفة.
نبذة تاريخية
تحديد الموقع (1): معرفة دوائر العرض
في أوائل القرن الثامن عشر في أوروبا، لم يواجه العلم أو التجارة تحدي أقوى من مساعدة السفن لإيجاد موقعها في البحر. وقد كان نجاح الرحلات البحرية من خلال السفن المحملة بالثروات الهائلة تعتمد على الوصول الآمن للبضائع، سواء كانت في صورة مواد خام أم بضائع مصنعة، ناهيك عن حياة طاقم السفينة. ولمواجهة مشكلة دوائر العرض، قامت كبرى الدول البحرية مثل بريطانيا وفرنس بإنشاء مراصد قومية .
لقد واجه عالم الجغرافيا اليوناني العظيم بطليموس تحديا من كل من العالم كوبرنيكس وأتباعه. لكن، تم بالفعل قبول نظام تحديد المواقع العالمي الذي وضعه بطليموس في كل أنحاء العالم. وينص هذا النظام على أن أية نقطة على سطح كوكب الأرض تقع عند تقاطع خطين وهما: دائرة العرض شرقا وغربا في موازة خط الاستواء، ودائرة خط الطول الواقع شمالاً وجنوبا من قطب لآخر
في هذا الشأن، كانت محاولة إيجاد دوائر العرض تمثل تحديا أقل. فبما أن الأرض كروية الشكل؛ فإن السفر شمالاً وجنوبا يغير من رؤيتك للسماء ويؤثر هذ على مدى رتفاع الشمس والقمر أو أي نجم ثابت حيث يرتفع فوق الأفق للشمال أو للجنوب. وعلى مدى قرون، قام قباطنة السفن بقياس دوائر العرض الخاصة بالشمس في وقت الظهيرة؛ ثم قاموا بقياس المسافة التي يقطعونها شمال أو جنوب خط الاستواء. ففي عام ١٧٠١، اقترح إسحاق نيوتن أنه باستخدام المعدات المناسبة، يمكن أن تطبق الفكرة نفسها على أي نجم بشرط أن يكون موقعه معروفاً بالضبط وهذه هي أحد الدوافع للمحاولات التالية لتصنيف النجوم (١٧٢٥).
هذا، وقد كانت الطرق القديمة تتطلب من القبطان (على ظهر السفينة في بحر متلاطم لأمواج) أن يراقب الشمس أو النجم وأجرام سماوية أخرى في الأفق. كما كانت تتطلب منه أيضاً أن يقوم بقياس الزاوية بينها. لقد كان من الصعب عليه أن يقوم بعمل كل ذلك بشكل دقيق. لذا، فإنه في عام ١٧٣٦ ، قام العالم الإنجليزي جون هادلي بتبسيط الأمور باستخدام جهاز قياس مزود بمرايا داخلية. وهكذا، أصبح الأفق والأجرام السماوية على خط رؤية واحد. وقد كانت عمليات القياس الأولى تقوم بقياس الزوايا حتى ٩٠ درجة (ربع دائرة) أو 45 درجة (ثمن دائرة). ثم استقر بعد ذلك على ٦٠ درجة (سدس دائرة). ومن الجدير بالذكر أن جون هادلي هو الأخ الأكبر للعالم جورج هادلي الذي قام بشرح النموذج الكوني للرياح (١٧٣٥).
أما تحديد خط الطول فقد كان يمثل مشكلة أكثر تعقيدا؛ حيث إنه لم تكن هناك طريقة سهلة لاستخدامها. وقد كان الحل النهائي الذي توصل إليه النجار جون هاريسون - الذي ينتمي إلى مقاطعة يوركشيري شمال إنجلترا — لهذه المشكلة في عام ١٧٦٥ بمثابة واحد من أعظم اكتشافات هذا القرن.
تحديد الموقع (2): اكتشاف خطوط الطول
أقر البرلمان البريطاني قانون خطوط الطول في عام ١٧١٤. وقد قرر منح جائزة قيمة قدرها ٢٠,٠٠٠ جنيه إسترليني للشخص أو المجموعة التي تستطيع اكتشاف خط الطول الذي تتبعه السفينة في البحر بمقدار درجة واحدة وجائزة قدرها ٤٠,٠٠٠ جنيه إسترليني في حالة تحديد خط الطول الذي تتبعه السفينة في البحر بمقدار نصف درجة. وتعد تلك الجوائز مبالغ ضخمة في ذلك اوقت، إلا أن المشكلة كانت ملحة وخطيرة حيث شاع تحطم السفن بسبب عدم قدرة البحارة على تحديد مواقعهم في البحار غالبا. وفي عام ١٧٠٧، تسببت كارثة من هذا النوع في خسارة ٤ سفن بحرية؛ بالإضافة إلى وفاة ٠ ٢٠ شخص.
في عام ١٧٣١، كان من السهل على قائد السفينة تحديد خطوط الطول بسهولة، ولكنه لا يستطيع تحديد ما إذا كان ذلك الخط يقع شرق أو غرب الميناء الذي رحل منه. وقد بدا ذلك مستحيلا في ذلك الوقت. لكن بعد مدة طويلة، تم التوصل إلى حل لتلك المشكلة حتى إذا كان بشكل نظري فقط. ويكمن الحل في أن القائد يستطيع ببساطة المقارنة بين التوقيت المحلي الذي تشير إليه الشمس في عرض البحر مع الوقت في موطنه الأصلي. فيعني كل ساعة فرق بينهما اختلاف في خطوط الطول بمقدار ١٥ درجة. لكن، كيف يمكن معرفة التوقيت المحلي الذي تم تحديده في البحر عندما يعود القبطان إلى الوطن؟ من الممكن اكتشاف ذلك بطريقتين مختلفتين ولكن تواجه كل منهما بعض المشاكل عند التطبيق. أولهما أنه من الممكن أن يأخذ القائد ساعة معه عند خروجه من وطنه، لكن، هل يمكن أن تستمر تلك الساعة في العمل دون تعطل؟ أو هل بإمكانه استخدام علامة لتحديد الوقت بشرط أن يتمكن من رؤيتها في المكانين في الوقت نفسه كأحد الأجسام الموجودة بالسماء، مثلاً. فعلى سبيل المثال، يمكن تحديد موقع القمر بين النجوم كعلامة يمكنه الاستدلال بها على الوقت بسهولة. لكن، على أية حال، تكون حركة القمر غير منتظمة لأنها قد تزداد أو تقل وفقا لعدة أسباب. ويترتب على ذلك أن حساب المعلومات اللازمة سوف يتطلب بذل مجهود مضن على الرغم من أن إسحاق نيوتن (١٦٨٧) قد قدم لطرق التي يمكن بها حساب ذلك. وبعد ذلك، قدم عالم الفلك نيفل ماسكلاين الطبعة الأولى من كتابه Nautical Almanac عن التقويم القمري عام ١٧٦٧ والذي يستخدم حتى لآن لمساعدة قائدي السفن في التعرف على خط الطول الذي تقع فيه السفينة في مدار درجة وحدة (أي حوالي 100 كيلو متر).
يعد ذلك عملاً جيدا، لكن قام أحد صانعي الساعات ويدعى جون هاريسون - الذي كان يعمل نجارا في يوركشاير - بعمل أفضل كثيرا من ذلك. ويعتمد في ذلك العمل على أخذ الدورة الأولى للقمر كما حاول كريستيان هايجنز عام ١٦٥٦ . وفي عام ١٧٦٥، استطاع ابتكار ما اعتقده البعض شيئا مستحيلاً، فقد تمكن من اختراع كرونومتر يمكن الوثوق به؛ لا يفقد أو يأخذ سوى جزء من الدقيقة خلال رحلة تستغرق ٦ أسابيع. وبالتالي، أمكن تحديد خطوط الطول مع وجود نسبة من الخطأ المسموح بها. لكن، حاول بعض من أعضاء البرلمان الحاقدين والمناورين عدم منحه الجائزة التي وعد بها البرلمان إلى أن تدخل الملك الذي منحه الجائزة وخلد عمله اسمه على مدار التاريخ.
