Katalog

GPS SİSTEMLERİ iklim günlü ü Minik uçaklar ve denizaltılar kasırgaların izini sürebilir Bir bilim ve teknoloji mucizesi: Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS) Günümüzde, büyük bilim kurgu yazarı Sir Arthur Clarke’ın, “Yeterince ileri bir teknolojiyi sihirden ayırmak olanaksızdır” sözüne GPS (Global Positioning System Küresel Konumlandırma Sistemi) kadar uygun düşen bir teknoloji daha bulmak gerçekten zordur. Erdal Musoğlu ([email protected]) G PS’i kullanarak çalışan seyir (navigasyon) sistemleri artık yalnız araçlarımızda değil, bilgisayarlarımızda, tabletlerimizde, cep telefonlarımızda, hatta kol saatleri ve birçok aygıtın içine gömülü (embedded) olarak bulunmaktalar. Bu sistemler, gemiler ve uçakların seyir sistemlerinin de ayrılmaz birer parçalarıdır. Yazının geri kalanında kısaca GPS diye adlandıracağımız bu sistemler yerküremizin neresinde bulunursak bulunalım, konumumuzu, yani enlem ve boylamımızı, hızımızı ve yüksekliğimizi çok büyük bir doğrulukla ve anında belirlemekte, üstelik bu olağanüstü hizmete hiçbir bedel ödemeden ulaşmamız mümkün olmaktadır. GPS’ler, başlangıçta, konumu ekranlarında sayılarla gösteren aygıtlardı. Gösterdikleri koordinatlar kâğıt haritalar üzerine işlenerek nerede bulunulduğu belirleniyor ve bu bile kendi başına neredeyse bir mucize gibi gözüküyordu. Günümüzde ise, bilişim ve iletişim teknolojilerideki gelişmeler sayesinde, konumumuz grafik ekranlarda doğrudan yerkürenin, denizlerin ya da karayollarının üzerinde görüntülenmektedir. duya ek olarak bir diğer GPS uydusundan aldıkları sinyalleri de kesiştirme hesaplamalarına katarak kendi saatlerini sürekli olarak uyduların saatleri ile eş (senkronize olarak) tutarlar. Aksi takdirde her alıcının içine de fiyatı 100.000 dolar civarında bir atomik saat koymak gerekecekti ! Florida Üniversitesi Mekanik ve Uzay Mühendisliği Bölümü(nden Kamran Mohseni ve arkadaşlarına göre, uçan ya da dalgaların altında gezinen uzaktan kumandalı araçlar kasırgaları parçalanmak zorunda kalmadan yakından izleyebilecek. Bu arada, araçların içine yerleştirilen alıcılar da bilim insanlarına fırtınaların şiddeti ve yörüngesiyle ilgili kestirimlerde bulunabilmeleri için gerekli basınç, sıcaklık, nem, konum ve zaman gibi konularla ilgili verileri zamanında ulaştırabilecek. EINSTEIN DA İŞİN İÇİNDE ! GPS NEDİR? GPS ABD DoD (Department of Defense – Savunma Bakanlığı) tarafından askeri gereksinimleri cevaplayabilmek için 1970’li yıllarda tasarlanmaya ve geliştirilmeye başlanmıştır. Sistem bugünkü şeklini 1995’te almış ve aynı tarihte sivil kullanıma da açılmıştır. 2000 yılına yalnız kadar askeri kullanım için mümkün olan yüksek hassasiyette konum belirleme özelliği bu yıldan sonra tüm kullanıcılara açılmıştır. GPS sistemi, dünyamız yüzeyine 20.000 km uzaklıkta ve ekvatora göre 55 derecelik bir yörüngede bulunan 31 adet uydudan oluşmaktadır. Uyduların konumları yerkürenin herhangi bir noktasından, her an, en az 6 uydu görülecek biçimde seçilmiştir. GPS sistemi ayrıca, uyduları kontrol eden yer istasyonları ve, tabii, GPS alıcılarını da içerir. GPS sisteminin iletişim için kullandığı elektromagnetik dalgaların özellikleri yağmur, fırtına vb atmosferik olaylardan etkilenmeyecek biçimde seçilmiştir. Öte yandan, söz konusu dalgalar betondan ya da sudan geçemez bu nedenle sistem kapalı alanlarda kullanılamaz. Her ne kadar GPS sistemi çok hassas atomik saatler kullansa da, dünya yüzeyinde bulunan GPS alıcısındaki zaman ile dünyadan 20.000 km yükseklikte ve hareket halindeki uydularda zaman aynı şekilde akmaz. Harekete ve yerçekimine bağlı olarak zamanın nasıl değişeceği ise Albert Einstein tarafından Özel ve Genel Görecelik kuramlarında (Theory of Special and General Relativity) belirlenmiştir. GPS sisteminde vericiler (uydular) ile alıcıların hızlarının ve etkilendikleri yerçekiminin farkları çok az ve bu nedenlere bağlı zaman sapmaları çok küçük olsalar bile konum belirlemenin gerektirdiği çok çok hassas zaman ölçümü gereksinimi nedeniyle düzeltilmeleri gerekir. GPS alıcıları Einstein’ın teorilerinin hesaplama yöntemlerini kullanarak bu düzeltmeleri sürekli olarak yapar, konumumuzu doğru olarak bulur ve böylelikle insan zekâsının başyapıtlarından olan Görecelik Kuramlarını bize her an yeniden kanıtlarlar! Avustralya’da bir göl, iklim değişikliğini takmıyor Adelaide Üniversitesi araştırmacıları Kuzey Stradbroke Adası’nın en büyük göllerinden biri olan Mavi Göl’ün son 7000 yıl içinde iklimdeki değişikliklerden pek etkilenmediğini ve insan kökenli etkilere de bugüne dek karşı koymuş olduğunu ortaya koydu. Gölün su boşalımını, suyun niteliğini, fosil, polen ve yosunların durumunu inceleyen ve son 117 yıl içinde çekilen fotoğraflarını karşılaştıran araştırmacılar yaklaşık 4000 yıl önce daha kurak bir iklime doğru ciddi bir değişimin yaşandığı bir bölgede yer alan Mavi Göl’ün, tatlı su biyotası açısından, görünürde bugüne dek iklim değişimine karşı önemli bir “sığınak” işlevi gördüğüne dikkat çektiler. 100.000 yılın iklim olaylarına yeni bir bakış DAHA ÖTESİ VAR MI? GPS NASIL ÇALIŞIR? Çok karmaşık ve uç teknolojiler kullanan GPS sisteminin çalışma ilkeleri ise oldukça basittir. Şöyle ki: GPS alıcısı, bulunduğu yerden görmekte olduğu (yani ufkun arkasında bulunmayan) uyduların her birinden elektromagnetik dalgalarla iletilen sinyaller alır. Her uydu, koordinatlarını ve bu sinyallerin gönderildiği zamanı 1 nanosaniye (saniyenin milyarda biri) mertebesinde çok yüksek bir duyarlılık ve doğrulukla GPS alıcısına iletir. Kendisi de zamanı aynı doğrulukta tutan alıcı, sinyalin gönderildiği ve alındığı zamanların farkını alarak söz konusu uydudan gönderilen sinyalin kendisine gelmesi için geçen zamanı hesaplar ve bunu ışığın hızı ile çarparak bulunduğu yerin uyduya olan uzaklığını bulur (yol=hız x zaman). Alıcı, gördüğü tüm uydular için bu işlemi tekrarlar. Ardından da, uyduların konumları çok hassas biçimde bilindiğinden, kesiştirme (triangulation) yöntemi ile kendi koordinatlarını yani yerküredeki konumunu ve yüksekliğini bulur. Söz konusu son derece duyarlı zaman ölçümleri için gerekli doğruluğu uydularda bulunan atomik saatler sağlar. Alıcılar ise konumlarını belirleyebilmeleri için gerekli olan en az üç uy Olmaz olur mu? Örneğin, GPS sisteminin çözünürlüğünü, tutarlılığını ve ulaşılabilirliğini artırma amaçlı WAAS (Wide Area Augmentation SystemGeniş Alan Arttırım Sistemi) var. WAAS yer referans istasyonları ve sabit (JeoStasyoner) yörüngedeki uydulardan oluşur. GPS ölçümlerindeki sapmalar anında belirlenerek uydulardan WAAS uyumlu GPS alıcılarına düzeltme amacıyla iletilerek konumlama doğruluğu daha da artırılır. WAAS özellikle havacılıkta büyük öneme sahiptir. AGPS (Assisted GPS – Desteklenmis GPS) denen sistemler alıcının bulunduğu yeri 3G telefon şebekesinin özelliklerini kullanarak yaklaşık biçimde, GPS uydularının konumlarını ise internet üzerinden çok doğru biçimde alır, böylece GPS alıcısının çalışma parametlerini anında belirlemesini ve hemen devreye girmesini sağlarlar. Gerçekten de, eski nesil GPS’ler her yeniden açıldıklarında bu işlemleri yapmaları için bazen 15 dakikaya kadar alabilen süreler gerekebiliyordu... Son olarak, GPS sisteminin temelde bir ABD askeri sistemi olduğu ve istendiği anda sistemin kapatabileceği ya da çözünürlüğünün düşürülebileceği unutulmamalıdır. Bununla birlikte, günümüzde, başta havacılık olmak üzere o kadar çok sivil sistem GPS’e bağımlıdır ki bu tür olumsuzluklar küresel çapta bir kaosa yol açabilecektir. Yani bir otokontrol sistemi devrededir diye de düşünülebilir. Yine de, bu riski almak istemeyen Avrupa Birliği, konumlama çözünürlüğü 1 metrenin altında olan, Galileo adlı bir alternatif navigasyon sistemi geliştirmektedir. Rusya’nın GLONASS ve Çin’in Compass sistemleri aynı amaçla tasarlanmıştır. Galileo sistemi, ayrıca ücret karşılığı ek bir hizmet olarak, 1 santimetre hassasiyetle konum belirleme özelliğine sahip olacaktır. Bu olanağın yol açacağı uygulamaları düşünmeye başlamak bile baş döndürücü değil mi? Tropikal kuşaktaki Borneo mağaralarından toplanan iklimle ilgili uzun erimli yeni bir kayıtlar dizisi tropikal batı Pasifik’in ani iklim değişimi olaylarına yerkürenin geri kalan bölgelerinden daha farklı bir biçimde tepki verdiğini gözler önüne seriyor. İklimle ilgili 100,000 yıllık bu kayıtlar dizisinin geçmişte yaşanan iklim olaylarıyla ilgili verilere yeni bir boyut getirdiğine ve bilim insanlarının Dünya ikliminin gelecekte nasıl tepki göstereceği yönünde kestirimlerde bulunmalarını sağlayacak iklim modelleri tasarlamalarına katkıda bulunabileceğine dikkat çekiliyor. Karalardan ırmak, göl, ve kıyı bölgelerine karbon sızıntısı CBT 1373 13 / 12 Temmuz 2013 Bilim çevrelerinde genel kanı insanların atmosfere saldıkları karbonun yaklaşık yarısının havakürede kaldığı, geri kalanının da okyanuslar ve toprakta saklı kaldığı yönündeydi. Ne var ki, Nature Geoscience dergisinde yayımlanan yeni bir araştırma, büyük ölçüde ormanların yok edilmesi, kanalizasyon atıkları ve aşındırma gibi birtakım nedenlerden ötürü topraktan sızan karbon miktarında bir artış meydana geldiğini ilk kez gözler önüne seriyor. Araştırmacılar insana özgü etkinliklerin karasal bölgelerden ırmaklara, akarsu ağızlarına ve kıyı bölgelerine karbon akışını hızlandırabileceğine inanıyorlar. Bunun sonucunda daha az miktarda karbon toprakta depolanırken, daha çoğu ırmaklar, çaylar, göller, barajlar, akarsu ağızları ve kıyı bölgelerine hep birlikte “karaokyanus su süremi” adıyla bilinen çevrelere birikiyor.