GPS三十岁了,它如何一步一步改变人类生活?

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2019/02/21 • 前沿, 热点

2009 年 3 月的一个周日,43 岁的英国人罗伯特·琼斯拜访完朋友,开着自己的宝马回家。

琼斯跟着导航来到一条崎岖不平、看上去完全不适合开车的乡间小路。但他还是一直往前开,开到一条 30 米深的悬崖边上才停下,但是车已经倒不回来了。最后警方花 9 小时才将车拖上来。

琼斯被送上法庭,罚款 2000 英镑、扣 6 分。法院给他的罪名是“驾驶过程中没有倾注足够的注意力”。法官认为,如果当时琼斯带着脑子开车,是不会把车开上那么窄的一条陡峭小路的。用当地农民的话来说,那条路连马走上去都费劲。

作为一个在车店工作的职业司机,琼斯有良好的驾驶记录。他抗辩说这是 TomTom 导航仪给他的指令,他认为司机没有理由怀疑 GPS 的信息。但法官并不接受这样的解释。最后琼斯以“打开 GPS、关闭大脑”的名声而成为了英国从 BBC 到小报都关注的娱乐新闻。

类似的,在 2012 年,三个在澳大利亚度假的日本游客跟着导航把车开进了海里。

最近的一项研究为这类错误提供了一个科学解释。英国肯特大学的神经科学家 Amir-Homayoun Javadi 发现,当人们在不依靠 GPS 的情况下自己找路的时候,他们大脑中用于记忆和规划的海马体会大量运动。但当他们完全跟随着 GPS 导航仪“向左走、向右走”的提示开车时,这部分大脑区域完全没有被激活,对道路的判断能力丧失了。

 

虽然大多数人没有像琼斯这般离奇的经历,但跟着导航忽视路牌的事情也不少。

直接改变了数亿人大脑工作方式的技术其实才只出现了短短 30 年而已。

1989 年 2 月 14 日,美国卡纳维拉尔角空军基地一枚 Delta II 火箭发射升空,将编号 USA-35 的美国空军第二代导航卫星送上地球轨道。这颗卫星也被称为 GPS II-1,它是 27 颗卫星组成的 GPS 全球定位系统的第一颗卫星。

之后 30 年时间,GPS 彻底影响了人类社会的运作。它成了人们出行时不可缺少的东西、在智能手机普及后促成了多个行业的诞生。没有第二个太空技术有它这样的影响力。

而极度便利带来的极度依赖也改变了一些行业里人和机器的关系,你不太能分清楚到底谁是大脑,谁是工具。

GPS 诞生 30 年,各行各业的效率都因它而提高

GPS 在生活中最直接的影响是地图和导航。

职业司机的工作基本都依赖 GPS。今天在大城市,哪怕最熟悉路的的士司机,往往也依赖 GPS 去寻找目的地和最合适的路线——毕竟不是每个乘客都去地标建筑。

而 Uber 和滴滴更进一步。它们搜集三个信息,乘客的位置、司机的位置、目的地的位置。根据这三个位置以及一些其它信息,叫车服务将司机派给合适的人。现在又加入拼车功能,自动将顺路的乘客拼在一条路线上。如果不是因为乘客和司机的手机随时可以提供 GPS 定位信息,这是不可能发生的。

类似基于定位的信息处理分配出现在几乎所有交通相关的行业。美团、饿了么根据骑手、商家和用户位置信息派送订单;货拉拉根据货车、用户和目的地位置派送订单;顺丰、圆通的货车实时将货物信息反馈给你。甚至飞机的飞行、货轮靠港、集装箱追踪也都依赖 GPS 持续不断提供位置信息。

2018 年,全美有 24% 至 43% 的人口使用了 Uber、Lyft 等乘车软件,折算下来总用户规模为 0.78-1.4 亿人。在中国,网约车市场渗透率也达到了 16.9%,滴滴等乘车软件的用户总规模达到了 1.85 亿。

从 2011 年到 2018 年,中国外卖行业增长了 8.4 倍,外卖用户量超 3.64 亿。日订单量近 3000 万,每天至少有 1 成用户点外卖。最近三年里,消费频次翻了 3 倍。

2018 年 6 月 23 日,Uber 宣布旗下司机已经完成了 100 亿次行程。它的竞争对手也在同一年达到了 5 亿次行程。据估算,Uber 拥有超 200 万名司机,Lyft 有约 140 万名司机,饿了么蜂鸟配送有 300 万名骑手,美团外卖有 270 万名骑手。

除了找路和打车,手机中一些看不到地图的应用也建立在 GPS 系统之上。想象一个场景:一个人打开大众点评,寻找附近的餐厅。吃完饭后,打开美团查看附近的电影院。看完电影后跑步回家,在 Keep 上记录自己的运动路径。到家后又饿了,打开饿了么叫份外卖。最后躺床上,打开抖音看看同城短视频,最后再打开探探刷一刷交友信息,聊上几句天然后睡觉。这一天的活动,没有一项离得开 GPS。

2018 年第三季度,美团与大众点评合并每日活跃用户在 2.5 亿左右,其中,美团的外卖业务每日活跃用户在 500 万左右,饿了么的每日活跃用户在 300 万左右。Keep 日活跃用户有 200 万左右,而抖音今年公布最新数据称日活跃用户已超 2.5 亿。

在 App Store 中国区免费应用排行榜前十名中,有六个需要调用用户的 GPS 定位来提供服务,在美国区排行榜中,也有五个。

已经没什么可以离开 GPS 了。动物学家在诺森伯兰郡的绵羊身上安装了定位追踪器,得出了个体总期望到达群体中心的理论;英国皇家兽医学院也对家猫做了同样的事情,让主人明白他们的猫实际上有多贪吃;担心孩子走丢的父母可以以很低的价格买到一个带追踪功能的手表或手环,担心牛羊走丢的牧农也可以花三四百元从淘宝上购得一套“放牛神器”。

曼城和利物浦的球队使用 GPS 来训练足球运动员,监控他们奔跑的速度和与队友的距离;内含小型 GPS 芯片的高尔夫球也把高尔夫球爱好者从漫山遍野找球的痛苦中解脱了出来。

为核战争服务的太空技术,到每一部手机里的基础服务,花了 34 年

1930 年,汽车厂商 Iter Auto 为开车不记路的人设计了一款“自带地图”的汽车,第一次为汽车赋予了“导航功能”。但实际上它就只是把一套纸质地图卷在了转轴上而已。汽车显示器会根据你的驾驶速度控制滚动速率,每开一截就转一卷地图。


1930 年第一款自带地图的汽车

问题是显而易见的。汽车自带的纸质地图是有限的,它只会录入少数几个城市的市内地图,而且一旦买到手就无法更新。另外当你离开原定路线时,就必须手动调整地图并找到当前的确切位置。

这就是 GPS 出现前人们判断汽车位置的定位方式。

但让美国军方投入数十亿美元研发 GPS 的不是因为开车,而是精确的核打击。

比如核潜艇需要有自身所在精确定位信息才能保证其上的核导弹能够精确飞向目标摧毁有钢筋混凝土掩体保护的苏联核导弹。而核潜艇本身又得时刻躲避敌方搜索,需要尽快完成定位。这就需要一个又快又准的定位方式,并且能覆盖全球任何角落——核潜艇可能出现在任何角落。

让投资数千亿美元的核武库变得更致命,这是五角大楼为争取 GPS 预算给出的理由。

1973 年,拥有斯坦福大学博士学位和麻省理工学院硕士学位的空军军官 Brad Parkinson 在五角大楼向军方长官演示了他的想法。他讲述了卫星、全球地面控制系统、九种用户接收器以及广泛的陆地、海上和空中测试计划。

Parkinson 当时仅获得了 4 颗卫星的批准和预算。不久后,他本人被任命为第一颗 GPS 卫星的发射指挥官。

GPS 定位技术的原理比较简单:卫星向地面接收机发射带有测距码的载波信号,卫星的轨道是已知的(x,y,z),那么地面点在某一时刻通过对接收到的卫星信号进行分析就可以得到卫星到地面点的距离。最少只需其中 4 颗卫星,就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度;所能接收到的卫星讯号数越多,解码出来的位置就越精确。

最后这个项目变成了一个由 27 颗卫星组成的庞大系统。但在 1995 年最后一颗卫星上天之前,苏联已经解体。美国政府也提前授权私营公司开发了民用 GPS 接收器。

1983 年,大韩航空 007 号航班误入苏联领空被击落。时任美国总统里根提出,一旦 GPS 系统完成建造,要允许所有民航飞机使用该系统以改善航行和航空安全。

虽然开放了民用服务,但美国担心敌对国家会利用 GPS 对自己发动攻击,故在民用讯号中加入误差数据(即 SA 政策,Selective Availability)以降低其精确度,使民用讯号的定位精确度大概只有 100 米左右,而美国军用讯号的精度能达到 10 米以下。这一误差政策直到 2000 年以后比尔·克林顿执政时期才取消。

虽然一开始民用服务被刻意加入了误差,但它对于翘首期盼的各行各业来说已经是最先进的发明了。

1990 年,日本车厂马自达依靠美国尚未完全建成的 GPS 系统推出了全球首辆用 GPS 导航的汽车。这是人类第一次在路上驾驶时可以通过太空中的卫星来判断自己的位置。“太空时代”的探索成果终于进入汽车。


1990 年 马自达第一款自带 GPS 导航功能的汽车

1990 年代末,一个新政策推动了 GPS 在手机中的普及。

当时美国联邦通信委员会(FCC)和美国国会通过了 E-911 法案。该法案指的是当你拨打 911 求救电话时,电话另一边的警察、消防员或急救人员可以使用电话公司提供的信息来获得呼叫者的地理坐标,以免特殊情况下因求救者无法准确描述自己的位置而延缓救援。

它促进了 GPS 进入手机的进程。在当时,固定电话是可以通过电话公司来查位置的,但是移动电话却不能。所以 E-911 法案之后,行业协会开始大力推动 GPS 功能进入手机。

就在 E-911 法案被推出的同一年,第一款内置 GPS 的手机诞生。手机制造商 Benefon 推出了第一款商用 GPS 手机,名为 Benefon Esc。


第一款内置 GPS 的手机 Benefon Esc

 

普通大众最初接触 GPS 时的印象,是三个数字:经度、纬度和海拔高度。但这三个数字对于大多数人来说还是非常抽象的,而且需要配合地图使用。

 

但现在虽然你几乎每天都需要使用 GPS,但大多数情况下却处于浑然不觉的状态。不管是叫车、选餐馆、订外卖还是认识“附近的人”,你实际上都不需要看地图,也不需要看数字。定位技术已经和互联网一起,融合在了庞大的算法之中。

这背后是有关 GPS 使用技术的几项重大发明。

2004 年,高通公司开发并测试了“辅助 GPS”技术,即允许手机将蜂窝信号与 GPS 信号结合使用,将用户定位在距离其实际位置几英尺的范围内。这一进展使得智能手机对 GPS 的应用大大提升。

现在,在 GPS 信号和设备的 GPS 芯片间存在阻挡时(多发于室内),设备会以与信号基站通信的方式来估算距离。另外,Wi-Fi 的位置可匹配 GPS 坐标。用户在使用 Wi-Fi 时,他的位置可以精确到某个特定的商铺前。该技术带来了广告业的变革,它使得线下商铺能够更精确地进行营销。

2010 年,新加坡公司 YFind 就通过对商场内所有开启 Wi-Fi 的用户进行足迹跟踪来做精准营销了。Google 在 Android 系统中也设置了 Scanning always available 功能,效用与之类似,也是利用 Wi-Fi 信号来确定用户位置。

现在,当你打开滴滴、大众点评、饿了么、Tinder 或 58 同城,你看到的不是地图,而是直接的列表信息。

在这背后,滴滴把你的位置、司机的位置和目的地的位置做匹配,然后挑选出距离合适的司机;大众点评把你的位置和餐馆的位置做匹配,然后挑选出合适的餐馆;饿了么除了按位置匹配人和餐厅,还连接饿了么骑手;当你打开 Tinder 结识陌生人的瞬间,Tinder 把你的位置与同城异性做了匹配……所有生活相关的服务都离不开 GPS。

当然在实际情况中,信息在列表中的先后顺序不仅仅是按 GPS 位置由近到远来排列的,真实的算法要复杂得多,但 GPS 匹配对于很多软件来说都是最基本的一步。

GPS 的效用已经脱离了地图本身,融化在了各行各业深处。

另外,当我们提起 GPS 技术的时候,实际上已经不完全说的是美国的那一套卫星系统。二十年里,俄罗斯、中国和欧盟也都在建立了自己的卫星导航系统,GPS 一词也正在被 GNSS(Global Navigation Satellite System)一词所取代。GNSS 包含了美国的 GPS、俄罗斯的 GLONASS、中国的北斗和欧盟的伽利略卫星导航系统,现在,全球可用的卫星数目已经达到 100 颗以上。

建一套卫星系统需要耗费大量人力物力。并不是美军有什么技术,所有的大国就都有兴趣自己做一套。但 GPS 实在太重要,已经难以想象如果没有 GPS 会怎样,即便与北约高度重合的欧盟,也顶着美国的反对发射了伽利略。

GPS 发展历程

1957年

麻省理工科学家提出通过测量卫星与地面的距离来判断位置的想法。

1963年

美国航空航天公司第一次向美军提出了 GPS 的概念。

1974年

美军发射了一颗 NAVSTAR 测试导航卫星,GPS 的前身。

1982年

俄罗斯全球导航卫星系统 GLONASS 发射首颗卫星。

1983年

苏军击落误入其领空的大韩航空 007 号航班。美国总统里根提出,未来 GPS 系统建成后要提供给所有民航飞机使用。

1985年

美国政府与私营公司签订合同,授权它们开发“机载,船载和人工(便携)”GPS接收器。

1989年

2 月 14 日,经过多年测试,美国空军终于向太空发射了第一颗全面运行的 GPS 卫星。空军曾计划在航天飞机上发射卫星,但因为 1986 年“挑战者号”遇难,改为使用 Delta II 火箭。

1989年

Magellan Corporation 公司在美国开始销售第一款手持导航设备 Magellan NAV 1000。

1990年

美国国防部降低 GPS 对民用的精度以避免敌国使用。

1993年

GPS 正式全面启用,数月后美国总统比尔·克林顿表示“在可预见的未来”全世界可以继续免费使用。

1995年

GPS 卫星的最后一次发射完成,27 颗全功能 GPS 卫星已经全部顺利升空。同时,俄罗斯 GLONASS 系统在卫星数目上也基本完善。

1999年

手机制造商 Benefon 推出了第一款商用 GPS 手机,名为 Benefon Esc。

2000年

美国国防部不再降低 GPS 民用讯号精度。中国北斗卫星导航实验系统发射了两颗静止轨道卫星。

2001年

TomTom 和 Garmin 开始推出个人 GPS 产品——车载导航设备。

2004年

高通公司开发并测试了“AGPS”技术,提升手机用 GPS 定位的速度。中国启动北斗卫星导航系统的建设(北斗二号)。

2007年

搭载手机版 Google 地图的初代 iPhone 发布。

2008年

苹果 App Store 上线,互联网应用可以调用 GPS 信息提供服务。同年 Google 地图在 Android 和 iOS 上提供免费的 turn-by-turn 导航服务,导航成为所有手机用户的免费服务。

2010年

Uber 应用上线,网约车概念诞生,带动了一系列行业的改革。

2011年

欧盟伽利略定位系统发射第一颗正式卫星。

2012年

中国北斗卫星导航系统完成了对亚太大部分地区的覆盖并开始正式提供卫星导航服务。

2016年

欧盟伽利略定位系统在布鲁塞尔举行激活仪式,开始提供早期服务。

GPS 实现的自动化带来了无限便利,但人和机器的关系也被改变

1978 年,《纽约时报》报道称纽约市出租车司机太过于缺乏经验,有人已经到了在网格一般整齐的曼哈顿也分不清东南西北的地步。

当时纽约只有 1.18 万辆出租车,由 3.6 万司机倒班开。但出租车公司已经没法招到足够多合格的司机——曾经纽约的出租车司机不仅得对知名地标和道路倒背如流还得能在地图上指出各地警局具体位置。最终出租车公司不得不放低门槛,招一些既没有经验、也不了解这座城市的人。按照《纽约时报》的说法,只要会说英语就可以。

今天纽约传统的黄色出租车仍然只有约 1.35 万辆,而它们的司机有一些甚至不太能说清楚英语。但乘车体验反倒更好。司机只要知道目的地,GPS 导航仪会指引他把乘客带到目的地。

此外纽约还有 Uber 和 Lyft 的近 8 万辆网约车,那些司机大多也没有经验,但他们同样在 GPS 的指引下工作。

在 GPS 和叫车软件的帮助下,司机的工作前所未有的简单。

曾经开出租车不是个容易的活。首先,司机要耳听六路眼观八方,观察街边是否有人要叫车,并判断什么时间、什么地点打车的人多。

拉上人之后,司机要记路,判断如何以最短、最不堵(或最赚钱)的路径把人送到目的地。乘客去的地方如果他没听说,还得查地图。

最终一个熟练的司机能带来更多价值,也因此能得到更多回报。

现在,这些问题都被软件加算法解决了。软件根据乘客和司机的定位派单,怎么走由软件根据拥堵信息决定,找不到路变得比以往更难了。

好处是合格的司机变得很容易找。数据分析网站 Statista 显示,从 1990 年 GPS 系统正式进入汽车制造业以来,美国的持证司机数量开始猛涨,再也没有停过。

但就如英国肯特大学的神经学研究所发现的,这个过程中,司机大脑中的海马体并没有被激活,他对于城市和道路的判断的能力并没有提升,他没有变得更熟悉交通或更熟悉城市。你可以说整个运人的过程是计算机算法的“智力”结果,本应该更聪明的人类司机还在开车只是因为机器应对复杂路况还不够可靠而已。

在滴滴、Uber 的体系下,机器算法是思考者,人反倒更像是执行工具。

这也是为什么补贴潮之后,它们的司机职位基本都成了没有晋升空间的低收入工作。

类似的情况在外卖、快递等行业也是一样,算法、智能手机、GPS 组成的自动网络极大提升了整个社会的运行效率,但人在工作这些工作里的价值反倒被压缩。

更高薪的航空业也没有本质差别。GPS 升空第十年,法航 447 号航班的自动驾驶系统因皮托管结冰而发生了短暂的故障。没有复杂天气、没有难以解决的机器故障,两位受过充分训练的飞行员带着 200 多名乘客和机组飞进海里。

这是因为航空业已经太过自动化,十几个小时的国际航班,实际上飞行员控制飞机的过程只有几十分钟而已。

从 1980 年代就开始担任机长的飞行员 Arnold Reiner 说自己的工作已经从飞行员变成了系统管理员,“我们用键盘控制飞机。在资格培训期间,飞行员们开玩笑说,想通过考核的话,他们必须能每分钟输入 50 个单词。GPS 技术已经精确到了几英尺内,飞行员们只需按照它的指令做少数操作。”

但法航的悲剧之后,航空业的解决方案并不是给人更多控制权,而是让自动化更彻底,飞行员也接受更多培训适应自动驾驶系统,而不是彻底接管它。

但从结果看,这并不是一个错误的决定。刚刚进入千禧年时,每 59.48 万次飞行就会出现一起致死空难,但最近五年已经达到了将近每 300 万次航班才会发生一起致死空难的程度。这背后的原因除了飞机制造业水平的提升外,与 GPS 技术的普及是分不开的。

减少人类这个不确定因素之后,航空业变得前所未有的安全。机器证明了自己的优越性,它的话语权在人们生活中的权重逐渐变强,而人脑的判断便显得没那么重要。

1909 年,也就是 GPS 诞生的 80 年前,著名英国作家 E.M. 福斯特(E. M. Foster)写了自己唯一一本科幻小说 The Machine Stops。书里描写了一个极端崇拜机器、依赖机器、根据机器的指令而运作的社会。在机器发生故障停止转动的一刻,人类社会陷入了混乱和死亡。

福斯特警示的是工业革命期间人类围绕机器运作的现实。最后工业时代的工厂确实围绕机器运转,但这么做让更多人从工厂中解放出来,为社会带来更多活力。

而今天在互联网公司算法、GPS、智能手机组成的自动化体系同样减少了人的价值,但人类却没有找到新的事物去创造,更多成为这个自动化体系意志的延伸。

2014 年的时候,GPS 的创造者之一 Brad Parkinson 教授接受采访时说自己还是更喜欢拿出一副地图来找路,“大多数人不看地图了,他们就依赖 GPS 给他们指路。”

但不管 Parkinson 喜不喜欢,他的作品已经彻底改变了人类的习惯,也永远改变了人类和机器的关系。

来源:好奇心日报

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