Poloha

Rozbalit box

Obsah boxu

Poloha je základní fyzikální a matematická veličina, která popisuje umístění objektu, jevu nebo subjektu v prostoru. Je definována vzhledem k určitému referenčnímu bodu nebo souřadnicovému systému. Pojem polohy je klíčový v mnoha vědních disciplínách, od geografie a kartografie po astronomie a robotiku. Umožňuje jednoznačně popsat bod pomocí čísel jako souřadnic.

🧭 Základní definice a typy

Poloha představuje informaci o tom, kde se něco nachází. Může být popsána různými způsoby v závislosti na kontextu a požadované přesnosti.

Absolutní poloha popisuje umístění objektu vzhledem k pevnému, neměnnému referenčnímu bodu nebo systému, který je považován za univerzální nebo globální. Příkladem je určení polohy na Zemi pomocí zeměpisné délky a šířky. S absolutní geografickou polohou pracovali donedávna převážně experti v GIS nebo geodeti, ale s rozšířením GPS a chytrých telefonů se stává běžnou.
Relativní poloha udává stupeň exponovanosti, výhodnosti či nevýhodnosti umístění v určitém regionu, centrality či perifernosti. Popisuje umístění objektu vzhledem k jinému, pohyblivému nebo dočasnému referenčnímu bodu. Příkladem je poloha židle vzhledem ke stolu v místnosti. Relativní geografická poloha je velmi vrstevnatý pojem, který může být hodnocen různě.

V klasické mechanice je poloha často reprezentována polohovým vektorem, který směřuje od počátku souřadnicového systému k bodu, jehož polohu popisujeme.

📐 Souřadnicové systémy

Pro kvantifikaci a jednoznačné určení polohy se používají souřadnicové systémy. Volba systému závisí na povaze problému a měřítku. Souřadnicový systém je soubor vybraných bodů a směrů, které se používají k určení polohy bodů.

Kartézský souřadnicový systém (též pravoúhlý) používá kolmé osy (např. x, y, z) k určení polohy bodu v eukleidovském prostoru. Je nejběžnějším a nejjednodušším systémem, pojmenovaným po Reném Descartovi. Široce se používá ve strojařství, architektuře a počítačové grafice.
Zeměpisné souřadnice (zeměpisná šířka a délka) jsou nejpoužívanějším systémem pro určení polohy na povrchu planety Země. Spolu s nadmořskou výškou tvoří trojrozměrný systém. Na mimozemských tělesech se používají planetografické souřadnice.
Sférický souřadnicový systém (kulová soustava souřadnic) je soustava křivočarých souřadnic v prostoru, v níž jedna souřadnice udává vzdálenost od počátku a dvě úhlové souřadnice určují polohu bodu. Je vhodný pro popis problémů se sférickou symetrií, například v astronomii pro určení polohy hvězd nebo v geodézii.
Polární souřadnicový systém je dvou-dimenzionální systém, ve kterém je každý bod určen úhlem a vzdáleností od počátku. Často se využívá v robotice a navigaci, a také pro zjednodušení výpočtů v integrálním počtu u úloh s kruhovou symetrií.

🛰️ Technologie určování polohy

Moderní technologie umožňují přesné a rychlé určení polohy na globální i lokální úrovni.

GPS (Global Positioning System) je nejznámější globální navigační satelitní systém (GNSS), vlastněný USA a provozovaný Vesmírnými silami Spojených států amerických. Umožňuje přijímačům na Zemi určit svou polohu na základě signálů z konstelace satelitů.
Další GNSS systémy zahrnují ruský GLONASS, evropský Galileo a čínský BeiDou. Tyto systémy zvyšují přesnost a dostupnost signálu po celém světě, zejména v oblastech s omezeným výhledem na oblohu. Galileo se stalo operačním v prosinci 2016 a je kompatibilní s modernizovaným GPS. BeiDou-3 dosáhlo globálního pokrytí v roce 2020.
Inerciální navigační systémy (INS) využívají akcelerometry a gyroskopy k měření pohybu a rotace, a tím k určení změny polohy z počáteční známé pozice. Jsou nezávislé na externích signálech a používají se například v letadlech, ponorkách, řízených střelách a kosmických lodích.
Lokalizace pomocí mobilních sítí (např. GSM triangulace) nebo Wi-Fi signálů je běžná v městských oblastech a umožňuje určení polohy s nižší přesností.
Indoor positioning systems (IPS) jsou systémy pro určování polohy uvnitř budov, kde GNSS signál není dostupný nebo má nedostatečnou přesnost. Využívají technologie jako Bluetooth LE (beacony), ultrazvuk, RFID nebo viditelné světlo. V roce 2025 jsou IPS stále populárnější, poháněné rostoucím výkonem, nákladovou efektivitou a poptávkou uživatelů.
Lidar (Light Detection and Ranging) a Radar (Radio Detection and Ranging) jsou aktivní senzorové technologie, které měří vzdálenost k objektům a vytvářejí 3D mapy prostředí, což je klíčové pro autonomní vozidla a robotiku.

⏳ Historie a vývoj

Historie určování polohy je úzce spjata s historií navigace a kartografie.

Starověk: Primitivní metody určování polohy se spoléhaly na pozorování Slunce, Měsíce a hvězd. Námořníci používali astroláb a sextant k měření výšky nebeských těles nad obzorem.
Středověk a raný novověk: Vývoj kompasu a přesnějších map zlepšil možnosti navigace. Problém s přesným určením zeměpisné délky na moři byl vyřešen až v 18. století vynálezem přesného chronometru.
20. století: S rozvojem rádiové techniky se objevily radiové navigační systémy jako LORAN a Decca Navigator System. Vrchol nastal s nástupem satelitních systémů v druhé polovině 20. století. Možnost použít satelit pro určení polohy byla objevena roku 1957 týmem vedeným Dr. Richardem B. Kershnerem během monitorování radiového signálu Sputniku 1.
21. století: Pokračuje miniaturizace, zvyšování přesnosti a integrace různých polohovacích technologií do každodenního života, včetně chytrých telefonů, nositelné elektroniky a internetu věcí (IoT). Důraz je kladen na fúzi senzorů a umělou inteligenci pro robustnější a spolehlivější určení polohy v komplexních prostředích.

🌍 Aplikace polohových dat

Informace o poloze jsou nezbytné v mnoha oblastech lidské činnosti a technologií.

Navigace a doprava: Od automobilové navigace, přes řízení letového provozu až po námořní plavbu. Autonomní vozidla se bez přesných polohových dat neobejdou.
Geografické informační systémy (GIS): Umožňují sběr, ukládání, analýzu a vizualizaci prostorových dat pro urbanismus, ochranu životního prostředí, krizové řízení a mnoho dalších.
Záchranné služby: Rychlé a přesné určení polohy volajícího na tísňovou linku je klíčové pro efektivní zásah.
Logistika a řízení flotil: Sledování polohy vozidel, zásilek a zásob optimalizuje dodavatelské řetězce a snižuje náklady.
Zemědělství: Precizní zemědělství využívá GPS a další GNSS systémy pro optimalizaci setí, hnojení a sklizně, což vede k vyšším výnosům a menšímu plýtvání.
Vojskování a obrana: Určování polohy je kritické pro navigaci jednotek, cílení zbraní a sledování nepřátelských sil.
Meteorologie: Sledování polohy meteorologických balonů a satelitů je zásadní pro předpověď počasí.
Sport a fitness: Měření vzdálenosti, rychlosti a trasy při běhu, cyklistice nebo turistice.

💡 Pro laiky

Představte si, že hledáte kamaráda v obrovském nákupním centru. Když se ho zeptáte "Kde jsi?", a on řekne "Jsem v nákupním centru", to je sice pravda, ale moc vám to nepomůže. Potřebujete jeho polohu upřesnit.

Když řekne "Jsem u vchodu A", dal vám relativní polohu – vzhledem k něčemu, co znáte (vchod A).
Když vám ale dá přesné souřadnice z GPS na svém telefonu, třeba "Jsem na 49.1234, 16.5678", to je absolutní poloha – je to konkrétní místo na mapě světa, které platí pro každého.

Moderní technologie, jako je váš chytrý telefon, používají satelity na oběžné dráze (jako je systém GPS) a další signály (například z Wi-Fi sítí), aby zjistily, kde přesně se nacházíte. Díky tomu vám telefon ukáže cestu, pomůže najít nejbližší restauraci nebo zavolá pomoc, když se ztratíte. Je to jako mít v kapse neustále aktualizovanou mapu s šipkou ukazující přesně, kde stojíte. Dokonce i Mapy Google ukládají historii polohy, pokud si to uživatel nastaví.

Zdroje