Historia nawigacji: od kompasu i mapy, przez systemy inercyjne, po współczesne GPS

Odkąd tylko człowiek zaczął podróżować szukał sposobu na skuteczne przemieszczenie się z punktu początkowego do punktu docelowego. Zaraz po ustaleniu środku transportu (statek, samolot czy też samochód) najistotniejszym stawało się to jak trafić do wyznaczonego celu. Przypomnijmy sobie jakimi metodami posługiwali się nasi przodkowie i co prowadziło ich do celu zanim stworzono kompaktową technologię dostępną dla wszystkich.

Zaczęło się od tzw. nawigacji zliczeniowej, która polega na określeniu aktualnej pozycji statku na podstawie przebytej drogi od ostatniego znanego punktu obserwacyjnego. Do wykonania tych obliczeń niezbędna była znajomość kursu, logów pokładowych, a także prędkości poruszania się. Podwaliny tej metody powstały dzięki umiejętnościom m.in. starożytnych Greków, którzy żeglowali także w nocy i na podstawie położenia Słońca oraz gwiazd potrafili określać kierunki świata. Te doświadczenia przyniosły też pierwsze informacje o miejscach niebezpiecznych dla żeglugi.

Za pierwszy krok milowy w historii rozwoju nawigacji można uznać wynalezienie sposobu na skuteczne wskazywanie północy, bez względu na porę dnia lub nocy, warunki atmosferyczne i inne czynniki ograniczające tradycyjne metody rozpoznania stron świata. Dzięki temu można było podróżować z dala od lądu wciąż orientując się we własnym położeniu. Pierwsze wzmianki o użyciu czegoś na kształt kompasu pochodzą jeszcze ze starożytnych Chin. Z zapisków wynika, że znane były tam specjalne właściwości magnetytu, który np. oprawiony w drewno unoszące się na wodzie i położony w naczyniu z cieczą ustawia się według linii sił ziemskiego pola magnetycznego.

Pierwsze wersje współczesnego kompasu w Europie pojawiły się dopiero w XII wieku.

W podobnym okresie stworzone zostały również pierwsze mapy nawigacyjne z naniesioną na nie linią brzegową. Kartografowie nanosili na nie także notatki o kierunkach geograficznych, o głębokości wód, a także o znanych im utrudnieniach w żegludze.

Okres odkryć geograficznych przyniósł wiele nowych wynalazków, które szybko stawały się niezbędnikami kapitanów okrętów. Wśród nich była na przykład tzw. laska Jakuba, urządzenie wykorzystywane do określania wysokości kątowej ciał niebieskich nad horyzontem, a także kątów poziomych i pionowych pomiędzy obiektami widocznymi na Ziemi. Następcą tego urządzenia zostało astrolabium, stosowane głównie w XVIII wieku. Zwieńczeniem drogi rozwoju tego przyrządu jest sekstant. Wynaleziony w 173. roku do dziś pozostaje w użyciu w niemal niezmienionej formie.

Choć samo radio nie było czynnikiem, który bezpośrednio wpłynął na rozwój urządzeń nawigacyjnych dla samochodów i pojazdów naziemnych, to warto wspomnieć o jego istotnym wpływie na ogólną historię tego typu sprzętu. Radiolokacja i radiolatarnie wywarły ogromy wpływ na żeglugę. Umieszczenie radiostacji w samolotach pozwoliło pilotom na skuteczne kierowanie i naprowadzanie podczas lotów długodystansowych.

Przydatność samych fal radiowych w nawigacji pojazdów pokazał okres Zimnej Wojny, wyścig kosmiczny i zbrojenia mocarstw. W drugiej połowie lat 50tych XX wieku powstały pierwsze sztuczne satelity, a w 1957r. odkryto również, że sygnały radiowe z nich wysyłane można wykorzystywać do pozycjonowania obiektów na ziemi. Dzięki temu powstał pierwszy wojskowy, satelitarny system namierzania celów. Dopiero na początku lat 80tych, po wypadku Koreańskiego samolotu, który został zestrzelony nad terytorium ZSRR, udostępniono w/w system do użytku cywilnego.

Zanim system GPS wykorzystano w samochodach, podejmowano inne próby opracowania systemu nawigacji tych pojazdów. Do takich prób można zaliczyć m.in. nawigację inercyjną firmy Etak. Nawigacja inercyjna to rozwiązanie wykorzystywane głównie na okrętach podwodnych, aktualne położenie oblicza na podstawie pomiaru przyśpieszenia i kierunku poruszania się pojazdu. Jednak podzespoły wykorzystane przez producenta do samochodowej wersji tego typu nawigacji były niewystarczające, aby dokonać precyzyjnych pomiarów i tym samym urządzenie często „gubiło się”, nie będąc przydatnym dla użytkownika.

Pierwszą szerzej nagłośnioną próbą wprowadzenia GPS do powszechnego użytku były nawigacje TravTek. Z początkiem lat 90. firma zaprezentowała system wykorzystujący kompas magnetyczny, czujniki przesyłające dane o położeniu pojazdu do satelity, a nawet ekran dotykowy. Rozwiązanie TravTek wciąż jednak cierpiało na liczne ograniczenia, w tym najistotniejsze, nałożone przez wojsko ograniczenie precyzji lokalizacji obiektów przy wykorzystaniu systemu przez użytkowników cywilnych. Były to jednak podwaliny dla nawigacji jakie znamy dzisiaj.

Rok 200. przyniósł zniesienie wspomnianych wcześniej ograniczeń precyzji lokalizacji za pośrednictwem GPS. W połączeniu z dynamicznym rozwojem technologii, usprawnieniem metod wgrywania danych mapowych i systemów operacyjnych do nawigacji (m.in. poprzez płyty CD), rozpoczęło złotą erę nawigacji samochodowych. Pojawiły się urządzenia przenośne, nie będące zabudowanym elementem kokpitu auta. Rozwój nawigacji to także zmniejszenie ich wielkości. Technologia stawała się coraz tańsza, a zatem i koszty nawigacji spadły. W tym okresie przestały one być towarem luksusowym, a stały się urządzeniem codziennego użytku wielu kierowców.

Kolejnym przełomem dla osobistej geolokalizacji i przyrządów nawigacyjnych wyznaczyło pojawienie się telefonów komórkowych nowej generacji, a następnie smartfonów. Nawigacja uległa wcześniej niespodziewanej miniaturyzacji i personalizacji. Stała się osobista i dostępna w każdym miejscu. Protoplastą popularnych dziś aplikacji nawigacyjnych na były telefony z wbudowanym modułem GPS. Pozwalały na skuteczną nawigację z precyzją dorównującą ich większym krewniakom. Pierwszym na świecie telefonem wyposażonym w zintegrowany moduł GPS był Mio DigiWalker 168. który pojawił się w roku 2003 w Korei Południowej i na Tajwanie.

Patrząc na przyszłość systemów nawigacyjnych w 201. roku możemy być pewni tylko tego, że ludzie dalej będą szukali sposobów, aby usprawnić śledzenie swojego położenia podczas podróży i kierowanie do celu. Jedną z dróg dla tego typu sprzętu na pewno pozostanie smartfon, bądź też jego następca. Urządzenie wielofunkcyjne, dla którego funkcja kierowania użytkownika do celu jest dodatkiem i sprawdza się najlepiej na krótszych odcinkach (np. z powodu mniejszej żywotności baterii).

Drugą ścieżką rozwoju nawigacji pozostanie urządzenie dedykowane. Sprzęt zaprojektowany i wyspecjalizowany w prowadzeniu z punktu A do punktu B. Takie urządzenia będą np. dedykowane dla konkretnych typów pojazdów, jak motocykl, łódź, rower, czy ciężarówka. Nawigacje rowerowe takie jak np. Cyclo przewyższają nawigacje na telefony komórkowe odpornością urządzenia na trudne warunki atmosferyczne. Z kolei nawigacje dedykowane pojazdom ciężarowym, takie jak Spirit 697. LM Truck można tak ustawić, aby prowadziły po trasach dostosowanych dla pojazdów o gabarytach prowadzonej ciężarówki.

Nawigacje przyszłości mogą też zostać wyposażone w dodatkowe funkcje i akcesoria, które usprawnią podróżowanie i poprawią bezpieczeństwo kierowcy. Czymś takim są obecnie informacje o korkach, a w przyszłości mogą stać się tym wbudowane widerejestratory jazdy, monitorujące sytuację na drodze.