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本字幕由TME AI技术生成
今天我们要解读的是人类历史
如果您要到陌生的地方
您将如何规划您的旅行路线
没错
只要打开地图软件
搜索一下目的地
就能找到最好的路线
那么
在网络和移动电话普及之前呢
在那个地方
他要经常的备上一张地图
然后拿着放大镜仔细的研究一下
看看附近有没有公交车
饶是如此
有时候也会走错路
但是
你知道吗
现代地图的出现
对于人类来说
无疑是一个巨大的进步
人类寻找北史一书
讲述了人类从古至今所做的努力
本书的副标题为过去和未来
从罗盘到GPS定位
本书作者海华莎
布雷是一位资深科技记者
曾被计算机营销杂志评选为美国最有影响力的科技记者
下一步
我将按时间顺序分四个问题来解读
第一
二十世纪前
人类是如何找到北的
第二
如何利用无线电进行导航和定位
第三
全球定位系统是怎样发展起来的
第四
电子地图是怎样影响生活的呢
首先
让我们进入第一部分
讲讲人类在公元二十世纪以前是怎样找北的呀
日月星辰是古人寻找方向的重要依据
早在公元前三千多年
古埃及的学者们就已经开始使用星象来精确导航了
后们通过肉眼观察夜空
逐渐完善了三十六个星图
记录了他们的运行规律
后来
天文学家们又发现了熊座和熊座
他们并没有消失在地平线上
而小熊星座中的北极星则为古人指明了北方的方想
水手们利用北极星和基本三角函数原理
找到了一个大致距离及纬度
其中最有趣的一种方法就是在牙齿上绑一根线
线的另一端指向北极星
当然
光靠纬度是不够的
公元前两世纪
古希腊数学家西帕克斯提出
地图必须由东西平行的纬线和南北两个纬线组成
大约三百年之后
古罗马天文学家托勒密根据这个想法完成了一部由八卷本组成的地理学巨著
包括一系列影响后世的世界地图和局部地图
为了绘制这些地图
托勒密收集了超过八千个地点的经纬坐标
虽然这些地图并不完美
甚至还有很多错误
但是托勒密的地图却开创了科学地图的先河
说完了地图
接下来就是罗盘了
有确切记载的罗盘出现于公元一千零四十四年
北宋五经通鉴中提到过水浮于一块宝薄薄的鱼形磁铁漂浮在水面上
鱼头朝南
鱼尾朝北
十二世纪时
罗盘已用于航海导航
罗盘发明后
水手们不再需要依靠天体来辨别方向
这大大降低了航行的风险
随着地理理论和导航技术的不断成熟
制图师们也开始大显身手
意大利地理学家卡西尼及其子孙于十七世纪末完成了一个多世纪的精确测绘
并得到法国国王路易十四的支持
从十八世纪开始
世界地图的科学发展就开始了
比如航海家库克船长对新西兰和澳大利亚的东海岸进行了测绘
经过数千年的寻找
人类的导航和定位技术得到了迅速的发展
其中最重要的发明就是无线电
第二部分主要介绍无线电技术的发展以及它在导航方面的应用
无线电是在十九世纪末期由意大利发明家马可尼发明的
在不断的尝试和改进下
一八九五年
他已经能够发送数公里的电报
研究人员很快意识到
无线电也是一种很好的导航工具
因为无线电信号会沿着一条直线传播
如果能够找到信号源的方向
那么他们就能够找到回家的路
美国工程师和发明家约翰斯于一九零二年获得无线电定向装置的专利
第一次世界大战于一九一四年爆发
对对
这是第一次以飞机为主导的战争
然而
要让飞机准确的找到任务目标并顺利返航
这可不是一件容易的事情
尤其是在夜晚或者恶劣的天气情况下
最开始的时候
他们会把无线发射器带到飞机上
由地面人员接收信号
计算出位置
再传回给飞行员
嗯
当时的无线电设备非常笨重
给飞机带来了很大的负担
而且还会影响到定位的准确性和准确性
后来
德国发明了一种路基无线电发射方式
即陆地上的路基
具体来说
就是在地面上安装一个无线基站
飞行员有一块特殊的手表
可以接收来自地面的无线电信号
当它从两个不同的无线电台接收信号时
测量两个方向的焦点
就能判断飞机的位置
这样做可以提高定位精度
也可以被动接受信号
这样就不会暴露自己的位置
一战之后
航空业的发展速度非常快
美国商业部受录机无线电技术启发
于一九二零年开发了四航路无线电的航台
使两个无线电台同步发送不同的信号
并相互交错
如果飞行员听到了两个信号强度相同的信号
那就说明它正在两个发电站的中线上
如果信号强度不一致
那就说明他已经偏离了航线
需要调整方向
如果信号强度变大
那就说明飞机离信号站很近了
美国海军鹦鹉螺号核潜艇于一九五八年八月三日成功抵达北极
没有日月星辰的指引
也没有无线电信号
罗盘在接近极地的时候就会变得不可靠
他们是怎么做到的
答案就在轮子上
牛顿惯性定律告诉我们
物体在没有外力的情况下
其运动状态是恒定的
法国物理学家富科发明了一种叫做陀螺仪的装置
在没有外力的情况下
陀螺仪上的转轴都是指向同一个方向的
这就使得陀螺仪成为了辅助导航的利器
而加速器则是辅助导航系统
同样的
它是根据牛顿运动定律来计算加速度或者减速的
再根据时间来计算
再加上陀螺仪指向的方向
这样的系统叫做惯性导航
借助惯性导航系统
不管是导弹还是飞机
都可以自主飞行
虽然还达不到百分之百的精确度
但是导航精度却是大大提高了
然而
一九八三年九月一日
大韩航空公司波音七四七飞机误入苏联领空
被苏联误认为是一架侦察机
警告无效后决定将其击落
造成全军覆没
二百六十九人全部遇难
事后调查发现
该航班偏离预定航线六百公里
最终事故报告指出
是机长没有开启惯性导航系统
而是错误的使用了磁力航向
导致了悲剧的发生
你可能会问
他们真的不知道偏移了六百公里吗
这么先进的民航客机
难道没有GPS定位系统吗
哎呀
不好意思
真没这回事
对于现在的我们来说
无论是私家车还是手机
甚至是手表
都有GPS功能
不过
GPS的发展并不是一帆风顺的
第三部分
让我们来谈谈GPS这个简单的字母背后的故事吧
GPS是全球定位系统的简称
也就是美国国防部研发和维护的卫星导航系统
苏联人在五十年代发射了伴侣号人造卫星
美国人只能在地面收听无线电信号
两个美国物理学家发现
通过测量多普勒平移
可以精确的计算出卫星的轨道
这听起来有点抽象
举个例子
如果有一辆汽车从远处开过来
喇叭的声音会随着距离的不同而变化吗
嗯 没错
这就是多普勒平移
既然可以通过卫星的信号推算出卫星的位置
当一颗卫星在某一时刻将自己的位置和时间信息发送出去的时候
地面上的接收器就会根据接收到的信号理论出自己与卫星之间的距离
理论上
如果能够同时连接两颗卫星
那么它所处的位置将会缩小到两个圆环交汇的位置
如果能够连接上三颗或者三颗卫星
那么他们就能够准确的判断出自己的位置
卫星定位系统就是这样的
一九五九年
美国国防部开始实施子午卫星计划
其前身是GPS
不过初期并不顺利
直到一九六四年
第一颗子午卫星才全面投入使用
当时只服务于美国海军
到一九六八年
已有四颗卫星在轨运行
然国政府已批准向商业使用
然而
卫星的数量实在太少了
在卫星信号出现之前
一艘需要定位的船只可能已经在海上等了好几个小时了
而且
子午卫星只有经纬度而不是海拔
听起来好像也不是什么大事吧
不过
美国军方还是希望这套系统能够将洲际弹道导弹精确命中
要解决这一问题
除了增加卫星数量外
还有一个关键技术
那就是原子钟
正如之前所说
卫星定位系统最关键的地方就是准确的计算出接收信号和发送信号之间的时间差
按照爱因斯坦相对论的说法
时间是相对性的
一颗卫星绕地球飞行的时间比地面慢了三十八微秒
而传统的计时器石英钟根本就捕捉不到这一点
所以定位数据也就出现了很大的误差
原子钟可以精确到每秒十亿次
远远超过了前人
因此
如果能够缩小原子钟安装在卫星上
那么它的定位精度将会大大提升
上世纪七十年代和八十年代
多颗卫星被送入太空
这证明了这种技术是可行的
到一九八九年
卫星定位误差已经可以控制在二十米以内
一九第三年
美国国防部正式合并了由美国海军主导的子午卫星计划和另一套时间导航卫星计划
不过
为了安全起见
美国提供了民用GPS
限制了GPS的定位精度
因此
一些想要利用这项技术获利的公司开始转向其他定位系统
比如俄罗斯的格洛纳斯系统
欧盟的伽利略系统
面对竞争和美国国内对GPS收费的批评
美国政府与两今年宣布不再向民用GPS收费
并于二零零七年进一步承诺
永久不再对居民用户进行区别对待
如今
由于手机和互联网的普及
GPS等定位系统已经进入了人们的日常生活
二零一一年
全球共售出十六亿部手机
其中近百分之四十具有全球定位系统功能
而美国则超过百分之九十
为了更好的获取位置信息
很多手机都能接收到来自不同国家的不同定位系统
GPS系统只能提供一些简单的数字
比如经纬度
海拔 速度
方向等等
这些都需要电子地图
第四部分就是网络时代
电子地图
手机
wifi等技术改变了人们的出行习惯
带来了便利
也带来了风险
当提到电子地图的时候
必须提到谷歌
二零零三年
苹果作为谷歌的竞争者之一
开始提供其导航服务
在竞争压力之下
谷歌决定建立自己的地图系统
谷歌花了几百万美元收购了一家卫星摄影公司
拍摄了全球范围内的详细照片
用来绘制地图
谷歌地图于二零零五年二月正式上线
用户可以通过缩放
移动来随意浏览地球表面的任何地方
随后
谷车投入大量资金
及时更新地理资源
包括组建一支由GPS
照相机
激光测距仪组成的车队
在美国等多个国家的大街小巷中行驶
绘制出丰富的三维图像
虽然街景地图给我们带来了一种身临其境的体验
但因为是实景拍摄
难免会引起一些非议
街景车除了拍摄街道上的风景之外
还拍下了一些人的日常生活
车辆车牌号等等
无论美国
欧洲 亚洲
谷歌街景服务所过之处
都伴随着诉讼
谷歌也做出了很大的让步
删除了一些敏感的照片
并且开发出了一种技术
可以将人的脸变成马赛克
然而
谷歌的警车所收集到的数据远不止照片那么简单
它所经过的地方都有wifi位置信息
谷歌为什么要这么做
如果谷歌在地图软件数据库中加入了wifi的信息
那么当GPS信号不好的时候
它就可以根据用户手机上的wifi信号的强弱来判断用户的位置
换句话说
它使定位不再是单纯依靠GPS
而是多了一种参考
乍一看
这并没有什么不妥
毕竟只要打开wifi菜单
就能搜索到周围的wifi信号和名字
不过
谷歌街景小车除了收集这些公开信息之外
还将wifi用户传输的数据进行了拦截和记录
包括浏览记录
电子邮件
甚至是银行信息
这些数据都被谷歌存储在了数据库中
短短四年时间
这些数据就超过了六百g
相当于苹果手机拍摄了三十万张照片
谷歌在全球范围内受到了谴责
十几个国家都在调查它
包括美国
韩国
澳大利亚还有其他国家
都认为谷歌侵犯了个人隐私
并受到了相应的惩罚
到二零一零年五月
谷歌宣布
其接驳的警车将不再捕捉wifi数据
事实上
不仅仅是地图绘制的过程当中涉及到了个人的隐私
更重要的是
使用者在使用地图的时候
也会无声无息的出卖自己
嗯
我们出去旅游
或者去餐厅吃饭的时候
都会拿出手机拍照
然后发朋友圈
你知道签到是从哪里来的吗
这款手机软件叫做fullquiry
除了能自动定位用户外
它的数据库里还存储了数以千计的地点信息主要集中在餐厅
酒吧等休闲娱乐场所
为了让这款软件变得更加有趣
开发者们想到了一个点子
那就是签到次数最多的人
将会成为这家餐厅的市长
同时
它还可以获得一枚有趣的卡通餐厅
并向其他用户推荐这家餐厅
随着时间的推移
越来越多的用户开始签到
fourcup发现
他们不仅可以了解用户在现实世界中的一举一动
还可以追踪用户的经济活动
从而判断出他们的消费能力
例如
经常在画廊或高档餐厅签到的人
购买高档品牌服装的可能性要比其他用户高得多
判断用户的消费能力
意味着广告投放的目标更加明确
统计显示
美国和英国一半的用户收到了定位广告
而百分之二十二的用户最后花钱购买意
令人惊讶的是
嗯
这些成功交易的客人当中
有一半根本就没有打算去这家店消费
定位是把双刃剑
当你知道你在哪里时
别人也会知道你在哪里
正如之前所说
政府和谷歌等公司负责测绘地图
而我们每个人都可以制作自己的地图
通过地理信息系统来绘制地图
效率更高
问题也更图
简单来说
就是用一张普通的电子地图为基础
然后再添加一些数据
形成一个主题地图
比如
如果在地图上加上地址
年龄 种族
有没有车
有没有收入等等
都可以作为城市规划师的参考
是不是应该拓宽一下道路
我否需要增设养老机构
公交线路设置等
在紧急情况下
我们这些普通人也能成为地图制图者
尤其是遇到地震
海啸等自然灾害时更是如此
一旦发生天灾
我们熟悉的环境可能会在一瞬间发生天翻地覆的变化
但是救死扶伤是刻不容缓的
如何才能尽快的了解到灾区的情况
然后开始救援呢
二零一零年海地地震的时候
一张名为s十海里的电子地图发挥了巨大的作用
志愿者和幸存者们将灾后的道路
同筑等信息添加到地图中
很快就形成了一张新的地图
同时他还会在地图上填满各种信息
比如物资需求
医疗救助等等
也正是因为这张地图
才让各大救助站
义工组织进行了大量的救援
甚至参与救灾工作的美国海军陆战队也承认阿什里地图提供的数据最为有效
有时候
我们都不知道自己已经成为了一名测绘师了
比如手机导航软件上的实时路况
绿色代表畅通
黄色代表车流量大
红色代表交通拥堵
你认为这些数据来自于软件制造商和当地交通部门的合作吗
其实并非如此
这些路况信息都是从我们手机上发来的
当我们使用地图软件的时候
手机就会不断的将我们的位置和速度发送出去
累积起来
就能收集到成千上万的用户的实时数据
从夜图公司不断的生成高精度的地图
然后反馈给用户
从夜视星象到街景地图
再到罗盘
再到卫星定位系统
人类不断的探索着这个世界
目前定位和导航技术仍有很大的发展空间
同时保护个人隐私和保护科技免遭滥用也是一个相当重要的议题
期待着未来这些科技会让我们的生活变得更加美好
好了 人类
找北史就到这里了
明天见