Paikannus

Paikannuksella tarkoitetaan ihmisen, kulkuneuvon tai jonkin muun liikkuvan kohteen sijainnin selvittämistä.
Terminologiaa.
Puhekielessä paikka ja sijainti ovat yleensä samaa tarkoittavia sanoja. Julkisen hallinnon suosituksessa "JHS 177 Paikkatietotuotteen määrittely" määritellään paikkatieto tiedoksi kohteesta, jonka paikka Maan suhteen tunnetaan eli se on tietoa, joka määrittää sijainnin. Kirjaimellisesti paikannus tarkoittaa siis paikkatiedon määrittämistä, mutta yleensä tämä rajataan sijaintitietoon. Paikkatieto liittyy usein toisaalta karttoihin, asemakaavoihin, rakennuspiirustuksiin ja toisaalta rakennuksiin, teihin, sähkölinjoihin jne. eli kohteisiin, jotka ovat paikallaan.
Kohteen sijainti voidaan ilmoittaa muun muassa koordinaateilla, asteilla, pituuksilla ja leveyksillä sekä kohdetta kuvaavilla geometriatiedoilla ja niiden välisillä topologisilla suhteilla.
Navigaatio on liikkuvan kohteen suunnistamista, jossa paikan määritys liittyy matkustamiseen paikasta toiseen.
Paikkatietoon liittyy myös seuranta (engl. tracking), jossa kohteen paikkaa voidaan valvoa eri menetelmillä, esim. tietoliikenneyhteyksien kautta. Seurannassa kohteen, esim. metsästyskoira tai auto, ei tarvitse osata selvittää paikkaansa kunhan siihen on kiinnitetty paikannin ja tietoliikennelaite.
Historiaa.
Paikannus on liittynyt tieteellisiä sovelluksia lukuun ottamatta pääosin navigaatioon, liikkuvan kohteen kulloisenkin sijainnin selvittämiseen. Ensimmäiset menetelmät ovat perustuneet paikallistuntemukseen tai kiintotähtiin ja Aurinkoon. Magneettisen kompassin, sekstantin ja kellon kehittäminen toi merkittävän edistysaskeleen paikantamiseen kuten myös karttojen laatiminen. Merenkulku käytti pitkään valoa lähettäviä majakoita rannikon läheisyyden paikannukseen.
1900-luvun alusta alkaen on pyritty kehittämään erilaisia radionavigointijärjestelmiä, joissa tunnetuissa paikoissa olevat radiomajakat lähettävät signaalin, jonka avulla kohde paikallistaa itsensä. Näiden käyttäjiä ovat edelleen ilmailu ja merenkulku.
Myös ilmaliikenne käytti 1900-luvun alussa valomajakoita, esimerkiksi Suomenlinnan majakkaa. Radiosuunnistus mahdollisti lennot huonossa säässä 1930-luvun alusta alkaen. Vielä 1970-luvun alussa pitkän matkan lennoilla oli mukana navigaattori, joka varmisti suunnistuksen tähtimittausmenetelmällä. 1990-luvulta lähtien GPS-paikannus on tullut myös siviili-ilmailuun, esim. Pohjois-Amerikassa WAAS-järjestelmä pohjautuu GPS-satelliittien antamaan paikannussignaaliin.
GPS-paikannus oli paperille painettujen karttojen, liikenneviittojen ja ajajan taitojen jälkeen ensimmäinen navigaatiokeino autoissa, joka löi itsensä läpi 1990-luvun lopussa. Matkapuhelinten paikannus on 2000-luvun alussa alkamassa lähinnä turistien käytössä, mutta osin myös yhdessä langattoman Internetin kanssa "paikkaan perustuvassa liiketoiminnassa", joka käytännössä on sitä, että asiakas etsii yritystä paikantimen avulla.
Nykyisiä järjestelmiä.
Nykyiset paikannusmenetelmät perustuvat hyvin usein erilaisiin radioaaltotekniikoihin. Ilmailussa VOR, DME, LORAN, TACAN jne. järjestelmät ovat olleet käytössä 1930-luvulta nykyaikaan. Satelliittipaikannus, GSM-paikannus ja tutkat perustuvat kaikki radiosignaalin kulkuun. Signaalin kulkua eri pisteistä mitataan, ja näin voidaan laskea vastaanottavan laitteen sijainti vaihtelevalla tarkkuudella.
Trigonometrinen mittaus eli kolmiomittaus on yksi suosituimmista mittaustavoista. Siinä määritetään vastaanottavan laitteen sijainti kolmen eri lähettimen avulla. Neljäs lähetin tuo lisää tarkkuutta, koska sillä voidaan esimerkiksi satelliittipaikannuksessa määrittää myös vastaanottajan korkeus meren pinnasta.
Radioaaltotekniikan käyttämisessä on hyötyjä ja haittoja. Radioaallot ovat helposti havaittavissa ja vahvistettavissa toisin kuin esimerkiksi näkyvä valo. Radioaallot kulkevat taajuudesta riippuen pitkiäkin matkoja ja läpäisevät useita materiaaleja. Niiden heikkouksina voidaan pitää signaalien vaimenemista, vääristymistä, siirtotien huonoa rajausta ja ympäristön aiheuttamia häiriöitä.
Paikan laajentuminen käsitteenä nimenomaan sijainniksi alueen lisäksi on tullut satelliittipaikannuksen laajenemisen myötä. Esimerkiksi Hätäkeskuslaitos tarjoaa hälytysajoneuvoja varten tarvittavan hälytysohjeen laatimista varten oman, Maanmittaushallituksen digitaalikarttoihin perustuvan koordinaattipalvelun.
Yhdysvaltalainen Skyhook Wireless (aiemmin Quarterscope) kehitti järjestelmän, jolla paikannuksen voi tehdä muutaman kymmenen metrin alueelle WLAN-tukiasemien MAC-osoitteiden perusteella. Yritys määritti yli 100 miljoonan access pointin sijainnit lähinnä Yhdysvalloissa ja Kanadassa. Tämän jälkeen yrityksen palvelimelta voi tehdä kyselyn WLAN-laitteelle näkyvien tukiasemien sijainnista. Google on kerännyt samanlaisen tietokannan StreetView-palvelun näkymiä kuvatessaan. WLAN-tukiasemien sijaintitietokanta laajentuu jatkuvasti erityisesti älypuhelimien ja mobiililaitteiden GPS-tietojen avulla. Mm. Googlelle välittyy reaaliaikaisesti kaikkien em. laitteille näkyvien WLAN-tukiasemien paikkatiedot, mikäli käytössä on sopiva laite (Android) ja/tai Googlen palvelu (Google maps). Suomen WLAN-tukiasemat (lähes kaikki) on paikannettu ja uudet tukiasemat paikantuvat hyvin nopeasti tietokantoihin. Ainakin Apple ja Microsoft keräävät vastaavaa tietokantaa.
Esimerkkejä paikannusjärjestelmistä:
Jokaiselle näistä paikannusjärjestelmistä löytyy lukuisia käyttökohteita.
GPS lienee tällä hetkellä suosituin ja tunnetuin paikannusjärjestelmä. Vuonna 2010 EU:n ja ESA:n Galileo-hanke otetaan virallisesti käyttöön, joten se tulee korvaamaan GPS:n ainakin osittain.
Teollisuuskäytössä on magneettisia, optisia, akustisia paikallisia paikannus- tai työkoneohjaus järjestelmiä, joiden avulla esim. kuljetusvaunut liikkuvat tehdastilassa.