دور نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في حساب مسافة تتبع الكلاب في الوقت الفعلي

كيف تستخدم أجهزة تتبع الكلاب إشارات الأقمار الصناعية لتحديد المواقع

تكتشف معظم أجهزة تتبع الكلاب الحديثة مكان وجود الكلب (فيديو) من خلال إرسال إشارات إلى تلك الأقمار الصناعية الخاصة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التي نعرفها جميعًا. بمجرد تشغيلها، تحتاج هذه الأجهزة إلى الاتصال بأربعة أقمار صناعية مختلفة على الأقل لحساب الوقت المستغرق لإرجاع الإشارات، ثم تقوم بإجراء عملية تُسمى القياس الثلاثي (Trilateration) لتحديد الموقع الفعلي. تُحدّث الوحدات ذات الجودة الأفضل مواقعها كل بضع ثوانٍ تقريبًا، مما يوفر للمالكين معلومات دقيقة معظم الوقت، وعادة ما تكون ضمن نطاق 5 إلى 10 أمتار إذا لم تكن هناك أشجار أو مباني تعيق الإشارة. بالطبع، تعمل هذه العملية بشكل أفضل عندما لا يكون الجرو مختبئًا تحت السطح أو في مكان آخر يعاني من استقبال ضعيف للقمر الصناعي.

دقة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في البيئات المفتوحة مقابل البيئات المحظورة

تختلف موثوقية نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بشكل كبير حسب البيئة:

يمكن أن تؤدي المباني الشاهقة والهياكل المعدنية والتغطية الكثيفة من الأشجار إلى انحراف إشارات GPS أو حجبها، مما يسبب 'انزياحًا' مؤقتًا في بيانات الموقع

دعم متعدد الأقمار الاصطناعية (GLONASS، Galileo) لتحسين دقة الموقع

ليست الأجهزة المُتتبعة الحديثة تعتمد فقط على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) كما في السابق. بل تقوم بدمج إشارات GPS مع إشارات من أنظمة أقمار صناعية أخرى مثل نظام جلوناس الروسي ونظام غاليليو الأوروبي. يمنح هذا الدمج القدرة على الوصول إلى ما يقارب ضعف أو ثلاثة أضعاف عدد الأقمار الصناعية مقارنة بالأنظمة القديمة. ماذا يعني ذلك؟ تقلص كبير في المناطق التي لا تصل إليها الإشارة أثناء التنقل في المناطق الجبلية أو البيئات الحضرية الكثيفة. وتجعل استقبال الإشارة المحسن هذه الأجهزة المتتبعة التي تعتمد على عدة أنظمة أكثر دقة بنسبة تتراوح بين 30 إلى 50 بالمئة مقارنة بالإصدارات القديمة التي كانت تعتمد على GPS فقط. ويدعم الواقع هذا الأمر أيضًا. وفقًا لأبحاث نُشرت العام الماضي في مجلات متخصصة في القياسات المكانية، فإن الأجهزة التي تجمع بين GPS وGLONASS يمكنها تحديد الموقع بسرعة أكبر بنسبة 20 بالمئة في الأماكن التي تتعرض فيها الإشارات للحجب.

من خلال دمج الشبكات القمرية مع ترشيح ديناميكي للإشارات، تحافظ هذه الأنظمة على حسابات المسافات في الوقت الفعلي حتى أثناء التغيرات البيئية المفاجئة.

دمج الشبكات الخلوية مع شبكات واي-فاي والبلوتوث لتعزيز موثوقية التتبع

كيف تساعد شبكات الهواتف والواي فاي نظام GPS في تحديث المسافات في الوقت الفعلي

تعمل أجهزة تتبع الكلاب الحديثة عن طريق الجمع بين تقنية GPS والشبكات الخلوية واتصالات الواي فاي، بحيث يمكنها متابعة تحديث المواقع حتى عندما لا تتلقى الأقمار الصناعية إشارة قوية. فكر في البيئات الحضرية حيث تسد المباني الشاهقة حوالي 30 إلى 40 بالمئة من إشارات GPS. هنا تظهر أهمية أبراج الهاتف الخلوي، حيث تقوم بتحديد موقع الجهاز بناءً على الأبراج التي يتصل بها وقوة الإشارة التي يتلقاها. وهناك أيضاً الواي فاي. في الواقع، تقوم هذه الأجهزة الصغيرة بالتحقق من نقاط الواي فاي القريبة مقابل قواعد بيانات ضخمة تحتوي على شبكات معروفة، مما يساعد على تحديد الموقع بدقة تصل إلى 15 إلى 30 متراً. الجمع بين كل هذه التقنيات يعني أن مالكي الحيوانات الأليفة يحصلون على تحديثات مستمرة للموقع بغض النظر عما إذا كانوا يسيرون في شوارع مزدحمة أو يواجهون عواصف مفاجئة قد تؤثر على إشارات الأقمار الصناعية.

نظام تحديد المواقع المدعوم (A-GPS) وآليات التبديل الإضافية للإشارات من أجل قفل الموقع بشكل أسرع

تقنية GPS المدعومة أو ما نعرفها به A-GPS تقلل من الوقت اللازم للعثور على موقعنا الدقيق، حيث تقلل وقت الانتظار من أكثر من 30 ثانية إلى أقل من خمس ثوانٍ من خلال استرجاع بيانات الأقمار الصناعية عبر شبكات الهواتف المحمولة. أظهرت بعض الدراسات التي أجريت في عام 2022 أن هذه الأنظمة يمكن أن تحسّن دقة تحديد الموقع بنسبة تصل إلى الثلثين تقريبًا في الأماكن مثل الأحياء السكنية مقارنةً بنظام GPS العادي وحده. عندما لا تستطيع الأجهزة رؤية ما يكفي من الأقمار الصناعية في الفضاء، فإنها تتحول بذكاء لتحديد الموقع بناءً على أبراج الهواتف المحمولة القريبة. هذا يعني أن الأشخاص الذين يتعقبون حركاتهم لا يواجهون تلك الفترات المحبطة من الفراغ على الخريطة عندما تنقطع الإشارة لفترة وجيزة.

تقنية البلوتوث والواي فاي لتتبع المواقع الداخلية عندما لا يكون نظام GPS متاحًا

يمكن الآن تتبع الكلاب التي ت wondered حول المنازل أو تنزلق إلى القبو بفضل تقنيات مثل Bluetooth 5.1. تقوم هذه النسخة الأحدث بتحديد موقع الحيوانات الأليفة حتى مسافة 100 متر من خلال تحليل قوة الإشارة. في الوقت نفسه، تقوم أنظمة Wi-Fi برسم خرائط للمقاطع الداخلية بناءً على مواقع الراوترات في المنزل. تشير الدراسات إلى أن تقنية Bluetooth تعمل بشكل جيد أيضًا، حيث تصل دقة تتبع العناصر التي لا تتحرك كثيرًا داخل المباني ذات الغرف المتعددة إلى نحو 87٪ من الوقت. هذا يعني أن أصحاب الكلاب يمكنهم معرفة ما إذا كان Fido قد استقر في غرفة المعيشة أو تمكن بطريقة ما من الدخول إلى المبنى الخارجي. أما بالنسبة لتتبع Wi-Fi، فهو يعتمد على مقارنة الشبكات القريبة بما تم رسمه خرائطيًا مسبقًا. والنتيجة؟ دقة جيدة نسبيًا في الداخل، مع الاحتفاظ بالتتبع ضمن نطاق 3 إلى 5 أمتار في معظم الأوقات.

التحويط الجغرافي والتنبيهات القائمة على المسافة لسلامة الحيوانات الأليفة

كيف يمكّن التحويط الجغرافي من المراقبة الفورية للمسافات وإرسال التنبيهات عند تجاوز الحدود

تُعد أجهزة تتبع الكلاب الحديثة تعتمد على ما يُعرف بـ geofencing لإنشاء حدود غير مرئية حول الأماكن التي يجب أن يبقى فيها الحيوان الأليف بأمان، مثل الساحات الخلفية أو الحدائق المحلية. إذا اقترب الحيوان الأليف كثيرًا من إحدى هذه المناطق المُعلَّمة، يُرسِل النظام إشعارات تحذيرية بعد التحقق من موقع الجهاز الفعلي مقارنةً بالإعدادات المُحددة مسبقًا. بعض الأجهزة المتطورة تدمج بين إشارات الأقمار الصناعية المختلفة مع معلومات أبراج الهواتف لتكون أسرع في الأداء، لذا فإن معظم المستخدمين يتلقون تحديثات عن الموقع بعد فترة تتراوح بين 3 إلى 7 ثوانٍ تقريبًا، وفقًا للظروف. هذه الاستجابة الأسرع تُعد مفيدة للغاية عند محاولة مراقبة الجراء المغامرين الذين يميلون إلى الضياع بشكل غير متوقع.

إعداد المناطق الآمنة وتلقّي إشعارات المغادرة

يمكن لأصحاب الحيوانات الأليفة إنشاء مناطق آمنة خاصة بهم عبر التطبيق، وذلك برسم دوائر في أي مكان يمتد من حوالي 50 مترًا حتى 5 كيلومترات. عندما يخرج الحيوان الأليف من هذه المنطقة، يتلقى الهاتف إشعارًا فوريًا. إن الأجهزة الذكية للتتبع تدرك فعليًا الفرق بين حالة خروج الكلب بشكل متعمد مقابل تجوله عن طريق الخطأ. فهي تتجاهل الانزلاقات الصغيرة التي تقل عن مترين، ولكنها ستنبه بالتأكيد الشخص إذا بقي الحيوان خارج المنطقة لأكثر من نصف دقيقة. وهذا يساعد على تقليل الإنذارات الخاطئة مع الاستمرار في تتبع أماكن تواجد الحيوانات الأليفة.

تقليل الإنذارات الخاطئة الناتجة عن انحراف GPS بالقرب من الحدود الافتراضية

إن نظام GPS ليس مثاليًا، خاصة في المدن حيث يمكن أن تتأرجح الإشارة ما بين 5 إلى 10 أمتار. تكافح معظم الأنظمة هذه المشكلة من خلال أخذ متوسط قراءات الموقع على مدى 15 ثانية. أما بالنسبة للتتبع الداخلي، فإن العديد من الأجهزة تستخدم في الواقع إشارات Wi-Fi وبوابات البلوتوث مع بيانات GPS معًا. وأظهرت دراسة حديثة من عالم التكنولوجيا الخاصة بالحيوانات الأليفة أن هذا المزيج يقلل من تلك الإنذارات الخاطئة المزعجة بنسبة تصل إلى الثلثين. النظام يتضمن أيضًا ما يُعرف باسم هوامش التخزين المؤقت حول حدود المنطقة، وعادة ما تكون بعرض يتراوح بين 3 إلى 8 أمتار. تمنع هذه الهوامش الجهاز من التفعيل كلما حصل تغيير بسيط جدًا في الإحداثيات لا يعني شيئًا حقيقيًا.

خوارزميات حساب المسافة وميزات المراقبة في الوقت الفعلي

الموديلات الإقليدية مقابل الموديلات المعتمدة على المسار لحساب المسافة من المنزل

يعتمد معظم أجهزة تتبع الكلاب على أحد طريقتين رئيسيتين لمعرفة المسافة التي قطعها الحيوان الأليف. الأولى تُعرف بمسافة أويليدس، وهي تعني رسم خط مستقيم بين نقطتين كما لو أن الطيور يمكنها الطيران مباشرةً من نقطة إلى أخرى. لكن في الآونة الأخيرة، بدأنا نرى المزيد من أجهزة التتبع التي تعتمد على نموذج مبني على المسار بدلًا من ذلك. تأخذ هذه الأنظمة الحديثة في الاعتبار العوائق التي قد تعيق مسار الكلب فعليًا، مثل الأسوار المحيطة بالحدائق أو الأنهار التي تمر عبر الحقول. وبحسب بحث نُشر السنة الماضية في مجلات متخصصة في تتبع الحيوانات، فإن دمج الشركات المصنعة لهذه الطرق المختلفة في الحسابات يؤدي إلى تقليل الأخطاء المتعلقة بتحديد الحدود. وأظهرت دراسة أن معدلات الخطأ انخفضت بنسبة تقارب 40% مقارنة بالأجهزة القديمة التي كانت تعتمد على نوع واحد فقط من الحسابات. هذا يعني أن أصحاب الكلاب يحصلون على معلومات أفضل حول موقع حيواناتهم الأليفة بالنسبة لموقع المنزل، وهو أمر مهم جدًا عندما يتجول الكلب في مناطق صعبة.

وضع التتبع المباشر وسجل المواقع في تطبيقات أجهزة تتبع الكلاب

أجهزة GPS التي تقوم بتحديث معلومات الموقع تقريبًا كل 2 إلى 10 ثوانٍ تجعل التتبع المباشر ممكنًا، كما أن الاطلاع على البيانات السابقة يوضح أماكن تنقل الحيوانات الأليفة على مدار اليوم أو حتى عبر عدة أيام. أفضل تطبيقات تتبع الحيوانات الأليفة تعرض كل هذا على خرائط مفصلة تحتوي على طبقات مختلفة، مما يتيح لأصحاب الحيوانات الأليفة رؤية متى يتجول أصدقاؤهم ذوي الفراء في مناطق جديدة مقابل البقاء في الأماكن المألوفة التي يترددون عليها عادة. وعند حدوث شيء غير معتاد، مثل انحراف فلوفي فجأة بشكل كبير عن طريقها المعتاد في الحديقة المجاورة، فإن معظم الأنظمة ترسل تنبيهًا فوريًا لإعلام المالك بأن هناك شيئًا ما قد يحدث.

تحديثات ديناميكية للمسافة باستخدام المراقبة المستمرة للموقع

تعمل أحدث أجهزة التتبع بشكل أكثر ذكاءً من خلال تفعيل ميزة أخذ العينات فقط عند الحاجة. عندما يزيد الحيوان سرعته فجأة أو يقللها، يتحول الجهاز إلى وضعية عالية، ويقوم بإرسال تحديثات الموقع بمعدل خمس مرات كل ثانية بدلاً من مرة واحدة كل دقيقة كما هو معتاد. هذا الأسلوب الذكي يوفر الطاقة عندما يكون الحيوان في حالة راحة بالقرب من المنزل، ولكنه يوفر لنا في الوقت نفسه بيانات شبه فورية كلما قرر الحيوان الخروج المفاجئ. بعد ذلك، يقوم النظام بمقارنة جميع قراءات الموقع تلك مع الحدود المحددة مسبقًا للمنطقة الآمنة لتحديد المسافة التي ابتعد بها الحيوان والمكان الذي قد نحتاج فيه إلى اعتراضه إذا كان يتجه نحو مناطق الخطر.

التغلب على تحديات التتبع الداخلي والخارجي

محدودية نظام GPS تحت تغطية الأشجار، أو داخل المباني، أو بالقرب من الهياكل المعدنية

تواجه أجهزة تتبع الكلاب صعوبات عندما تُحجب الإشارات في البيئات المعقدة. عندما تكون الأشجار كثيفة على الأرض، يميل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إلى فقدان قدرته على التتبع بدقة، مما يؤدي إلى قياسات خاطئة تتراوح بين 5 إلى 15 متراً عن الهدف الفعلي. أما داخل المباني فهي أسوأ، لأن الأقمار الصناعية لا تستطيع إطلاق إشاراتها عبر الجدران إطلاقاً. كما تخلق العناصر المعدنية مثل الجسور والمباني مشاكل أيضًا لأنها تعكس إشارات الراديو، مما يؤدي إلى تشويش شديد في الإشارات بحيث قد تظهر الكلاب على بعد عشرات الأمتار من موقعها الفعلي. هذا يفسر سبب عدم كفاية الاعتماد فقط على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للعثور على الحيوانات الأليفة بشكل موثوق في المدن أو الغابات حيث لا تتعاون الإشارات.

حلول تتبع متكاملة: الجمع بين GPS و Wi-Fi و Bluetooth لتغطية سلسة

يعتمد أفضل أنظمة التتبع على شيء يُسمى المثلثات (Triangulation) لمراقبة الأماكن التي تتوجه إليها الأشياء. يعرف معظم الناس نظام GPS، ولكن عندما تصبح إشارات الأقمار الصناعية غير مستقرة، تبدأ هذه الأجهزة الذكية في استخدام طرق أخرى. فتبحث عن أجهزة توجيه الإشارة اللاسلكية (Wi-Fi) القريبة، مما يمنحها معلومات عن الموقع ضمن نطاق يتراوح بين 10 إلى 20 متراً. أما بالنسبة للأجهزة الصغيرة التي تستخدم تقنية البلوتوث (Bluetooth beacons)، فهي دقيقة أكثر وتستطيع تحديد المواقع بدقة تتراوح بين متر إلى مترين. وقد أظهرت بعض الاختبارات الحديثة في عام 2023 أن الأجهزة التي تستخدم تقنيات متعددة حافظت على الدقة حوالي 89% من الوقت داخل المباني، بينما بلغت دقة نظام GPS التقليدي حوالي 22% فقط. وهذا الفرق كبير جداً عندما تحاول تتبع حيوانك الأليف المُحب للهروب إلى أماكن غير متوقعة مثل الاختباء أسفل المنزل أو الركض عبر الحدائق المزدحمة.

دور شبكات المنطقة الواسعة ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة (LPWAN) في توسيع مدى أجهزة التتبع

في المناطق الريفية، توفر تقنيات الشبكات ذات المساحة الواسعة منخفضة الطاقة (LPWAN) مثل LoRaWAN اتصالاً يتراوح بين حوالي 2 إلى 15 كيلومترًا مع استهلاك طاقة قليل جدًا. شبكات الهاتف المحمول التقليدية تستهلك عمر البطارية بسرعة، لكن أجهزة تتبع الكلاب التي تعمل بتقنية LPWAN يمكن أن تستمر من ستة إلى ثمانية أشهر على شحنة واحدة فقط. ترسل هذه الأجهزة تحديثات للموقع حتى عندما تكون هناك عوائق في الطريق، سواء كانت تلالًا متدحرجة أو جدران خشبية سميكة. هذا هو السبب في أن العديد من المزارعين والأشخاص الذين يعيشون بعيدًا عن الشبكة يجدون هذه الأجهزة مفيدة للغاية، خاصة لأن إشارات الهاتف المحمول العادية غالبًا لا تصل إلى تلك المناطق النائية على الإطلاق.

قسم الأسئلة الشائعة

ماذا يفعل جهاز تتبع الكلاب عندما تُحجب إشارات نظام تحديد المواقع (GPS) داخليًا؟

عندما تُحجب إشارات نظام تحديد المواقع (GPS) داخليًا، يتحول جهاز تتبع الكلاب عادةً إلى استخدام شبكة الواي فاي والبلوتوث لتحديد الموقع، مما يوفر تتبعًا دقيقًا ضمن نطاق بضعة أمتار.

ما مدى دقة أجهزة تتبع الكلاب في البيئات الحضرية المكتظة بالسكان؟

في البيئات الحضرية ذات الكثافة السكانية العالية، يمكن أن توفر أجهزة تتبع الكلاب دقة تتراوح بين 15 إلى 30 مترًا بسبب انعكاس الإشارة عن المباني.

هل يمكن لأصحاب الحيوانات الأليفة تلقي تنبيهات إذا ابتعدت كلابهم عن منطقة آمنة محددة؟

نعم، يمكن لأصحاب الحيوانات الأليفة إنشاء مناطق آمنة عبر تطبيقات التتبع، وسوف يتلقون تنبيهات فورية إذا ابتعدت كلابهم عن هذه المناطق المحددة.