نظام تحديد المواقع المرئيّ (Visual Positioning System) أو (VPS) هو تقنيّة جديدة نسبيّاً تسمح لجهازٍ ما مثل الهاتف الذكي أو حتى طائرة بدون طيّار أن يُحدد موقعه الدّقيق أو اتّجاهه في العالم الحقيقي مُعتمداً على الإشارات البصريّة، إذ يَستخدم هذا النّظام خوارزميات الرُّؤية الحاسوبية (Computer Vision Algorithms) لتحليل الصّور المُلتقطَة إمّا عن طريق كاميرات أو أجهزة استشعار بصريّة ويُطابقها مع قاعدة بيانات للمواقع أو المعالم المعروفة.
تتنوّع أنماط VPS بما فيها الأنظمة المعتمدة على العلامات (Marker-based Systems) والأنظمة التي لا تعتمد على العلامات (Markerless Systems)، والفرق بينهما هو أن الأنظمة المعتمدة على العلامات تَستخدم علامات اصطناعيّة مثل رموز الاستجابة السريعة (QR Codes) أو وسوم الواقع المعزَّز (AR Tags) لتوفير الإشارات البصرية ليتمكن الجهاز من تحديد موقعه، وبالمقابل تستخدم الأنظمة غير المعتمدة على العلامات ميزات طبيعية في الوسط المحيط مثل الأبنية أو المعالم ليتمكَّن الجهاز من تحديد موقعه أيضاً.
تُعدّ إمكانية استخدام VPS في الأماكن المغلقة والبيئات الحضريّة من أهمّ ميزاته؛ إذ تكون إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (Global Positioning System) ضعيفة أو حتى غير متوفرة في تلك الأمكنة، ممّا يعطي VPS أفضلية الاستخدام في تطبيقات عديدة منها: الملاحة الداخلية، الواقع المعزَّز، المركبات ذاتية التحكم.
في الملاحة الداخلية يمكن استخدام VPS لتوفير معلومات دقيقة عن الأوساط الداخليّة كمراكز التسوق والمطارات والمتاحف حيث يتعذَّر استخدام GPS.
أمّا في الواقع المعزَّز يُستخدَم النظام لدعم تجربة الواقع المعزَّز عن طريق توفير مواقع دقيقة ومعلومات عن الاتجاهات للأشياء والشخصيات الافتراضية.
وفي المركبات ذاتية التحكم يمكن استخدام VPS، لأنّه يتيح لها التنقل في البيئات المُعقَّدة مثل المناطق العمرانية ومواقع البناء؛ حيث لا يمكن الاعتماد على تقنيات الملاحة التقليدية.
هناك مجال آخر يمكن استخدام VPS فيه وهو علم الروبوتات (Robotics) إذ يسمح هذا النظام للروبوتات أن تقود وتتحكم بالأشياء في العالم الحقيقي.
نظام تحديد المواقع المرئي الخاص بشركة غوغل (Google):
تَستخدم خدمة خرائط غوغل مزيجاً متنوِّعاً من التقنيات مثل VPS وGPS لتتمكَّن من توفير خدمات المواقع والملاحة، وتمتلك خرائط غوغل ميزة تسمَّى التجول الافتراضي (Street View) التي تسمح للمستخدمين برؤية صور بانورامية للشوارع والمواقع في مختلف أنحاء العالم، وهذه الصور تُلتقط عن طريق مجموعة كبيرة من المركبات المتخصصة والتي تكون مرفقة بكاميرات ومستشعرات بما فيها نظام VPS، يعالج النظام الصور الملتقطَة لتحديد موقع المركبة واتجاهها، وتُستخدم هذه المعلومات لصنع خريطة تفصيلية عن المنطقة.
بالإضافة للتجول الافتراضي تَستخدم خرائط غوغل تقنيات VPS لتوفير خدمات الموقع والملاحة لمستخدمي ميزة الواقع المعزَّز (العرض المباشر)، هذه الميزة تَستخدم كاميرا الهاتف الذكي الخاص بالمستخدِم لتقديم تعليمات تنقّل مدعومة بالواقع المعزَّز، ومعلومات عن الموقع في الزمن الحقيقي بكل سهولة، إذ يعالج النظام الصور الملتقطَة لتحديد موقع المستخدم واتجاهه، ثم يُضيف عناصر الواقع المعزَّز مثل إشارات مرئية أو أسهم لتساعد المستخدِم على معرفة الاتجاهات ومعلومات أخرى عن موقعه، وهكذا تأخذ تقنية VPS دوراً أساسياً في العديد من خدمات خرائط غوغل والميزات التي تقدمها.
والآن، كيف يعمل هذا النظام بالضبط؟ وما ميزاته وسلبياته؟
آلية عمل VPS:
كما ذُكر سابقاً، يَستخدم هذا النظام مجموعة من خوارزميات الرؤية الحاسوبيّة وقواعد بيانات لمواقع ومعالم معروفة لتحديد موقع الجهاز واتجاهه، تُلتقَط صور عن طريق كاميرات أو أجهزة استشعار بصريّة، ويُعالج برنامج النظام هذه الصور للتعرّف على الميزات المرئية في الوسط المحيط، ثم يُطابق هذه الميزات مع قواعد بيانات محفوظة لمواقع معروفة ليُحدد موقع الجهاز.
يمكن تحسين تحديد الموقع والاتجاهات عن طريق استعمال مستشعِرات إضافية مثل وحدات قياس القصور الذاتي (IMUs) أو أجهزة ليزر.
مزايا وفوائد استخدام VPS:
يمتلك هذا النظام الكثير من المزايا التي تشجِّع على استخدامه دون الأنظمة الأخرى، فهو يمتلك دقة عالية تصل إلى عدة سنتيمترات، كما أنها لا تتطلب أي بنى تحتية خاصة، بعكس ال GPS الذي يستخدم أقمار صناعية وأجهزة إرسال ليتمكَّن من العمل ممّا يمنح VPS قابلية الانتشار والعمل في أماكن متنوعة.
قيود استخدام VPS:
مع كل الميزات المفيدة التي يقدمها النظام إلّا أنّه يمتلك بعض المعوقات في الاستخدام، على سبيل المثال قد يكون حساساً لظروف الإضاءة أو قد يتعطل بسبب (الاحتجاب) أي وجود أجسام تغطّي الكاميرا وتحجب رؤيتها وتمنعها من تصوير المحيط بشكل جيد. كما أن ضرورة وجود قواعد بيانات لأماكن معلومة ومعالم بارزة يجعل النظام متطلباً لوقت طويل وجهد مكلف.
مستقبل VPS:
يُعدُّ نظام تحديد المواقع المرئي مجالاً نشطاً ومثيراً للاهتمام للبحث والتطوير، وتلوح في الأفق تطويرات كثيرة إذ أنّ الباحثون يعملون على إيجاد طرق لجعل النظام أكثر متانة ومقاومة لعوامل الإضاءة و(الاحتجاب) وتوظيف النظام في مجال أوسع من التطبيقات، وطالما أنّ تقنيات التعلم الآلي والرؤية الحاسوبية تستمرّ في التطور، فإنّه من المحتمل جداً أنّنا سنشهد استخدامات أكثر ابتكاراً وأكثر فائدة للنظام في المستقبل القريب.
مقارنة بين VPS وGPS:
من المعروف أنَّ كلّاً من VPS وGPS يعدُّ من التقنيات التي تُحدّد موقع جهاز واتجاهه في العالم الحقيقي، ولكن يوجد اختلافات رئيسة في طريقة عمل كلّ منهما.
آلية عمل GPS:
يستخدم النظام شبكة من الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض، حيث يستقبل الجهاز إشارات من عدة أقمار ويقوم بحساب بُعد كلّ قمر صناعي باستخدام عامل التأخير الزمني، وعندما يقوم بجمع الأبعاد المختلفة يستطيع الجهاز أن يقاطع الموقع عبر المحاور الثلاث الأساسية (x,y,z) وبالتالي تحديد الموقع بدقة عالية.
الفرق في الدقة:
يتمتع GPS بدقة أعلى من VPS بسبب امتلاكه القدرة على توفير مقدرة فاصلة من مرتبة المتر في معظم الحالات، وعلى الرغم من أنّ دقة نظام VPS توفّر مقدرة فاصلة من مرتبة السنتيمتر إلّا أنّها تعتمد بشكل كبير على جودة قاعدة البيانات البصرية وظروف الإضاءة وعدم وجود احتجاب.
التوفّر:
يتوفّر GPS في كلّ بقعة من الأرض طالما يمتلك الجهاز رؤية واضحة للسماء دون وجود عقبات، ولكن قد تتعطل إشارة النظام بسبب العقبات المادية مثل الأبنية أو الجبال أو حتى بسبب الأحوال الجوية مثل العواصف الشمسية.
بالمقابل، لا يتطلب نظام VPS رؤية واضحة للسماء ويمكن استخدامه في الأماكن المغلقة بشرط توفر قواعد البيانات لتلك المواقع والإضاءة الجيدة وعدم وجود احتجاب.
على الرغم من هذه الاختلافات فإنّ النظامَين متكاملان، ويمكن أن يعملا سوية أو بشكل منفصل حسب متطلبات التطبيق المراد تطويره والوسط المحيط.
المصدر: هنا
ترجمة: جعفر علي، مراجعة: علي العلي، تصميم: علي العلي، تدقيق لغوي: علي يونس، تحرير: محمد حنان .