ระบบ GPS

ระบบ GPS เป็นระบบหาที่เรือที่มีผู้ใช้มากที่สุดในปัจจุบัน โดยผู้ใช้ส่วนใหญ่ใช้สัญญาณ C/A CODE ซึ่งไม่มีมาตรการป้องกันการรบกวนสัญญาณ (ANTI-SPOOFING) เนื่องจากกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ เป็นผู้ควบคุมระบบ GPS เพื่อความมั่นคงของประเทศสหรัฐอเมริกาเป็นหลัก ด้วยเหตุนี้จึงมีหลายประเทศที่พยายามจะสร้างระบบหาที่เรือด้วยดาวเทียมของตนเองเพื่อทดแทนระบบ GPS หรือเพื่อเสริมความถูกต้องแม่นยำให้กับระบบ GPS สำหรับผู้ใช้ทั่วไป
ระบบหาที่เรือด้วยดาวเทียมที่เป็นคู่แข่งของระบบ GPS คือระบบ GLONASS หรือระบบ GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM ของอดีตสหภาพโซเวียต หรือรัสเซียในปัจจุบัน ระบบ GLONASS ถูกออกแบบในช่วงสงครามเย็นเพื่อทดแทนระบบ GPS ของสหรัฐอเมริกา โดยระบบ GLONASS มีความคล้ายคลึงกับระบบ GPS หลายประการ ทั้งทางด้านส่วนประกอบของระบบและหลักการทำงาน กล่าวคือระบบ GLONASS ประกอบด้วยดาวเทียม ๒๔ ดวง สถานี ภาคพื้นดินสำหรับติดตามและควบคุมดาวเทียมในวงโคจร และเครื่องรับสัญญาณและคำนวณหาตำบลที่ ระบบ GLONASS ใช้หลักการ TIMING AND RANGING เพื่อคำนวณหาตำบลที่ โดยให้บริการตำบลที่แบบปกติ (STANDARD PRECISION – SP) ด้วยความถี่ L1 และบริการตำบลที่แบบละเอียด (HIGH PRECISION – HP) ด้วยความถี่ L1 และ L2 เช่นเดียวกับระบบ GPS
ด้วยเหตุที่ทั้งระบบ GPS ของสหรัฐอเมริกา และระบบ GLONASS ของรัสเซียถูกควบคุมโดยหน่วยงานเพื่อความมั่นคง ดังนั้นการให้บริการสำหรับผู้ใช้ทั่วไปอาจถูกระงับหรือลด ความเที่ยงตรงในยามสงคราม สหภาพยุโรป (EUROPEAN UNION) จึงได้พยายามพัฒนาระบบ หาตำบลที่ด้วยดาวเทียมของตนเองขึ้น โดยระบบดังกล่าวจะเป็นระบบหาตำบลที่ด้วยดาวเทียม ระบบแรกที่ถูกสร้างขึ้นเพื่อผู้ใช้ทั่วไปเป็นหลัก และไม่ถูกควบคุมด้วยหน่วยงานเพื่อความมั่นคง โครงการระบบหาตำบลที่ด้วยดาวเทียมของยุโรป เป็นโครงการความร่วมมือระหว่างสหภาพยุโรปกับองค์การอวกาศยุโรป (EUROPEAN SPACE AGENCY) โครงการนี้แบ่งออกเป็นสองช่วง ในช่วงแรกเป็นโครงการระบบ ดาวเทียมแบบวงโคจรคงที่ (GEOSTATIONARY ORBIT SATELLITE) เพื่อเสริมความถูกต้องแม่นยำให้กับระบบ GPS และระบบ GLONASS เรียกว่าระบบ EGNOS (EUROPEAN GEOSTATIONARY NAVIGATION OVERLAY SYSTEM) ระบบ EGNOS ถูกพัฒนาขึ้นในช่วงปลายทศวรรษที่ ๑๙๘๐ และจะเริ่มเปิดให้บริการในปี ค.ศ.๒๐๐๔ (พ.ศ.๒๕๔๗) ส่วนประกอบสำคัญของระบบ ประกอบด้วยดาวเทียมวงโคจรคงที่ ๓ ดวง ให้พื้นที่ครอบคลุมทวีปยุโรป แอฟริกา มหาสมุทร แอตแลนติก และบริเวณใกล้เคียง โดยระบบ EGNOS ใช้ดาวเทียม ARTEMIS ขององค์การอวกาศ ยุโรป ร่วมกับดาวเทียม INMARSAT-3 อีก๒ ดวง ทำหน้าที่ส่งต่อ (RELAY) สัญญาณเวลาจากนาฬิกาอะตอม และสัญญาณค่าความน่าเชื่อถือของระบบ GPS จากสถานีภาคพื้น ซึ่งสามารถให้ค่าตำบลที่ที่มีค่าความถูกต้องถึง ๕ เมตร
ช่วงที่สองของโครงการคือการสร้างระบบหาตำบลที่ด้วยดาวเทียมของยุโรป หรือระบบ GALILEO โดยสหภาพยุโรปได้ประกาศเริ่มต้นโครงการระบบ GALILEO อย่างเป็นทางการเมื่อ ปี ค.ศ.๑๙๙๙ (พ.ศ.๒๕๔๕) และมีกำหนดส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรในปี ค.ศ.๒๐๐๕ (พ.ศ.๒๕๔๙) ระบบ GALILEO ประกอบด้วยดาวเทียม ๓๐ ดวง สถานีติดตามและควบคุมภาคพื้นดิน และ เครื่องรับสัญญาณและคำนวณหาตำบลที่ ซึ่งสามารถรับสัญญาณจากดาวเทียม GPS และ GLONASS ได้ด้วย ระบบ GALILEO ยังเป็นอีกขั้นหนึ่งของการรวมระบบหาตำบลที่ต่างๆ เข้าด้วยกันเป็นระบบ GNSS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM) ซึ่งการรวมดาวเทียมหาตำบลที่ทั้งหมดเข้าเป็นระบบเดียวจะทำให้เครื่องรับสัญญาณสามารถใช้ดาวเทียมจำนวนมากกว่าเดิมในการคำนวณหาตำบลที่ ซึ่งจะให้ค่าตำบลที่ที่มีความถูกต้องแม่นยำมากกว่าการใช้ระบบใดระบบหนึ่งเพียงลำพัง
ระบบแผนที่อิเล็กทรอนิกส์ การพัฒนาระบบหาตำบลที่ด้วยดาวเทียมทำให้นักเดินเรือสามารถทราบตำบลที่ของเรือในทะเลเปิดห่างฝั่งได้อย่างถูกต้องแม่นยำและต่อเนื่องเป็นครั้งแรก นอกจากนั้นแล้วความก้าวหน้าของระบบคอมพิวเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน ทำให้การรับส่งข้อมูลจากอุปกรณ์ต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเดินเรือ และการแสดงภาพสถานการณ์เป็นไปได้อย่างถูกต้องและรวดเร็ว ส่งผลให้ระบบ การรวบรวมข้อมูลจากระบบตรวจจับและอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกันอย่างบูรณาการ (INTEGRATED BRIDGE SYSTEM) มีความเป็นไปได้ในปัจจุบัน ตลอดจนการนำข้อมูลต่างๆ ในแผนที่เดินเรือมา สร้างเป็นฐานข้อมูลคอมพิวเตอร์ สามารถกระทำได้อย่างปลอดภัยเทียบเท่ากับการสร้างแผนที่กระดาษแบบเดิม จึงได้มีหน่วยงานของรัฐบาลและบริษัท เอกชนในหลายๆ ประเทศ หันมาเริ่มพัฒนาระบบแผนที่อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถแสดงที่เรือและ ข้อมูลประกอบอื่นๆ บนแผนที่ได้ตลอดเวลา
ระบบแผนที่อิเล็กทรอนิกส์แบ่งออกได้เป็น ๒ ประเภทใหญ่ๆ คือระบบ ECS (ELECTRONIC CHARTING SYSTEM) กับระบบ ECDIS (ELECTRONIC CHART DISPLAY AND INFORMATION SYSTEM) โดยระบบทั้งสองมีความคล้ายกันคือการแสดงข้อมูลต่างๆ บนแผนที่อิเล็กทรอนิกส์ แต่ต่างกันตรงที่ระบบ ECDIS มีมาตรฐานรับรองแน่นอนจากองค์การ ระหว่างประเทศ และเป็นที่ยอมรับในทางกฎหมายว่าสามารถนำมาใช้ได้อย่างปลอดภัยเทียบเท่า การใช้แผนที่กระดาษกับการหาที่เรือแบบเดิม ในขณะที่ระบบ ECS ไม่ได้ผ่านการรับรอง และจำเป็นต้องใช้ร่วมกับแผนที่กระดาษจึงจะถูกต้องตามกฎหมาย อย่างไรก็ดีการที่ระบบ ECS ไม่ได้ผ่าน การรับรองไม่ได้หมายความว่าระบบ ECS ด้อยกว่าระบบ ECDIS เสมอไป ในปัจจุบันมีระบบ ECS หลายระบบที่มีขีดความสามารถใกล้เคียงหรือเทียบเท่าระบบ ECDIS
ส่วนประกอบหลักของระบบ แผนที่อิเล็กทรอนิกส์ประกอบด้วยแผนที่อิเล็กทรอนิกส์ในรูปของฐานข้อมูลหรือไฟล์คอมพิวเตอร์ จอแสดงผล และเครื่องคอมพิวเตอร์สำหรับประมวลผลข้อมูลจากไฟล์แผนที่อิเล็กทรอนิกส์และทำหน้าที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์อื่นๆ ในเรือ เช่นระบบหาที่เรือด้วยดาวเทียม เข็มทิศไยโร เรดาร์ และเครื่องหยั่งน้ำ เป็นต้น โดยแผนที่อิเล็กทรอนิกส์แบ่งออกได้เป็น ๒ ประเภท ตามลักษณะการนำข้อมูลมาสร้างไฟล์คอมพิวเตอร์ ได้แก่แผนที่ RASTER และแผนที่ VECTOR
แผนที่ RASTER คือการแสกนแผนที่กระดาษลงบนคอมพิวเตอร์ หรือการสร้างแผนที่เป็นไฟล์ภาพ และใส่พิกัดตำบลที่ลงบนไฟล์แผนที่นั้น วัตถุและเส้นต่างๆ บนแผนที่ RASTER จะถูกแสดงด้วยจุดสีที่เรียกว่า PIXEL แผนที่แบบนี้สามารถสร้างได้ง่าย และมีราคาถูก นอกจากนี้การใช้สีและสัญลักษณ์ต่างๆ เหมือนกับแผนที่กระดาษ ทำให้อ่านง่าย แต่แผนที่ RASTER ให้ข้อมูลได้ไม่ละเอียดเท่าแผนที่ VECTOR และไม่มีรายละเอียดเพิ่มเติมสำหรับวัตถุและสัญลักษณ์ต่างๆ บนแผนที่เนื่องจากวัตถุและสัญลักษณ์เหล่านั้นเป็นเพียงจุดสีที่ประกอบขึ้นมาเป็นภาพ
ส่วนแผนที่ VECTOR คือฐานข้อมูลที่ประกอบด้วยพิกัดตำบลที่ พร้อมทั้งข้อมูลรายละเอียดของวัตถุและพื้นที่ต่างๆ บนแผนที่นั้น โดยข้อมูลในแผนที่ถูกจัดเป็นชั้น (LAYER) ซึ่งผู้ใช้สามารถเลือกแสดงหรือไม่แสดงชั้นที่ต้องการได้ นอกจากนี้ผู้ใช้ยังสามารถเรียกดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับวัตถุต่างๆ บนแผนที่ได้ แผนที่แบบ VECTOR ให้ข้อมูลที่ละเอียดกว่าแผนที่ RASTER และเนื่องจาก ข้อมูลต่างๆ ถูกบรรจุอยู่ในฐานข้อมูล การขยายขนาดแผนที่จึงทำให้เห็นรายละเอียดข้อมูลมากขึ้น ต่างจากแผนที่ RASTER ที่เป็นไฟล์ภาพ แต่การสร้างแผนที่ VECTOR มีความยุ่งยากและมีราคา แพงกว่า ทำให้แผนที่ RASTER ยังคงเป็นที่แพร่หลายอยู่

ในปัจจุบันได้มีผู้ผลิตแผนที่อิเล็กทรอนิกส์ออกมาหลายรูปแบบ ทั้งแบบ RASTER และ VECTOR องค์การอุทกศาสตร์สากล (INTERNATIONAL HYDROGRAPHIC OFFICE - IHO) จึงได้กำหนดมาตรฐานควบคุมแผนที่อิเล็กทรอนิกส์แบบ VECTOR สำหรับใช้กับระบบ ECDIS โดยแผนที่แบบนี้เรียกว่าแผนที่ ENC หรือ ELECTRONIC NAVIGATION CHART และองค์การกิจการทางทะเลระหว่างประเทศ (INTERNATIONAL MARITIME ORGANIZATION – IMO) ได้กำหนดมาตรฐานควบคุมระบบ ECDIS โดยรวม เพื่อให้สามารถนำมาใช้งานได้อย่างปลอดภัยเทียบเท่าการใช้แผนที่กระดาษตามสนธิสัญญาว่าด้วยความปลอดภัยของชีวิตในทะเล (SAFETY OF LIFE AT SEA CONVENTION – SOLAS CONVENTION)