電視動畫「宇宙兄弟」故事播到後期，因日日人登月後發生月面意外，而驅使 NASA要改良登月車的結構。哥哥六太為了爭取登月任務而被分派到登月車研發小組，試圖改良登月車的功能。六太把在汽車公司工作時的企畫案-空中飛車GPS拿過來用，只要在登月車前安裝一個GPS導航的螢幕即可，不需大幅改造。「在月球上使用GPS導航」這個問題一直放在我心裡。後來再看日劇「東京空港物語」，演的也是在機場塔台擔任導航工作的管制官的故事，「導航」這件事讓我充滿好奇，不如就以「宇宙兄弟登月車GPS建置」這個題目找書來研究空想一下。今年(2014)諾貝爾醫學獎得主是發現大腦GPS細胞的三位教授，剛好也是「導航」主題，但也可惜我讀的書，談的是導航的「實驗心理學」，並不是「神經生理學」，兩者差很多啊。不過既然讀了，就先整理在這裡吧！

現代的導航系統

如果要建造登月車的GPS，就必須了解我們地球的GPS定位是怎麼建立起來的。1070年代開始，美國國防部經過近30年的研發與部署，最初目的是為了軍方潛艦與船艦的導航，直到1995年正式宣布全球定位系統(GPS)建置完成，總共配置了24顆太空衛星在地球軌道上運行。GPS的全球覆蓋率高達98%，只要有GPS接收系統，就可免費使用定位服務。環繞地球的GPS衛星系統不止有美國，俄羅斯、中國各有GPS衛星系統在地球軌道運行，歐盟的GPS衛星系統也在建置中。地球的高空超多衛星在繞行的，加上ISS(國際太空站)、哈伯望遠鏡等等，地球大氣層外好擁擠的感覺啊…

使用GPS導航卻走錯路的新聞時有所聞，為什麼會有這樣的情形呢？只有在遮蔽物下才收不到GPS衛星的訊號，照理說連導航都不能用了。若收得到GPS訊號卻走錯路，我想可能的解釋是導航系統能收到上空GPS經緯度的定位資訊，但所使用的地圖卻是錯誤沒有更新的版本，所以走錯了路。(專業人士請跟我們分享一下吧)

現在智慧型手機已是生活必備產品，使用Google地圖應用程式導航更是家常便飯。Google的地圖除了衛星空拍照片外，更有街景模式，不需GPS的Wi-Fi定位技術也是另一種導航方法。Wi-Fi定位的重點在於透過手機與三個無線網路熱點的無線訊號交流，根據手機附近三個網點的MAC address，與Google地圖資料庫的無線網點資料比對，並根據無線網路熱點收到的手機訊號強弱，計算出手機與網點的相對位置，達到較準確的定位。由於Wi-Fi定位依賴的是無線網路熱點，熱點愈密集的地方，定位的準確度愈高。若無線網點遷移了，但Google網點資料庫卻沒有更新的話，也會發生定位不準的情形。

回到主題，假設要建立登月車GPS系統，只有故事中使用日本衛星拍攝的高解析度月球表面照片做為地圖還不夠，還需要跟地球一樣，在月球軌道設置GPS衛星系統，視太空總署的需求，不一定要配置24顆衛星，少一點也可以，這樣在月面上使用GPS導航時才能準確定位。

人類內心亂成一團的地圖

人類導航的需求，自古以來就有。我們並不能像螞蟻、蜜蜂、鳥類那樣使用本能就能找到歸巢的路，反而很容易迷路。為什麼日日人在月球發生摔落意外？因為月面景觀太過相似，一眼望去盡是白色岩地，沒有對比非常明顯的地方，就像走在一望無際的大海或沙漠裡，很容易視覺疲勞，迷失方向。人類的導航本能為何不如動物和昆蟲呢？老鼠與人類的基因有99%的相似度，老鼠大腦有GPS定位的網格細胞(grid cell)，人類大腦也有網格細胞，但老鼠走迷宮的能力還是大勝人類，可能原因就在於人類的心智運作方式與動物或昆蟲不同。

昆蟲、鳥類和鼠類能夠直接學習它們所在地的大小、形狀和幾何結構，但我們人類卻傾向於記下名字、概念、關聯以及故事。鴿子能使用磁場導航，螞蟻能夠感知光偏振，動物擁有特殊的感覺系統，可以把這樣的感知地圖以梯度圖的形式有效記錄在腦中。而無法做這些感知的人類只能依靠想像、記憶和故事，讓自己無視於景觀的存在。除非我們在環境中有強力支援，像是指示標誌、引導繩、路徑和道路，不然我們就會迷失方向。

人類的心理地圖所描繪的空間傾向於「對齊」，避開對角、斜角或歪斜，比較喜歡水平或垂直。因此，當我們描繪不規則的線條或表面時，我們會有把圖拉直的傾向。部分原因跟我們身體的自然對稱軸有關，我們是直立動物，大部分醒著的時間都在調整自己適應地心引力，我們傾向於將世界排成垂直和水平，因為和所有的空間屬性比較，最突出的基準就是地心引力和地平線。

我們傾向於把空間分成不同區塊。若要記憶一長串事物，大多數人會運用一種「分塊」的策略。例如要記憶超市購買清單，我們會先把購買的東西先分成水果、蔬菜、肉類、奶品等等類別，在這些類別下包含少數幾個項目，比單純記憶一長串購物清單容易多了。部分原因是區塊化是一種方便的方法，可以協助我們善用有限的記憶資源。所以記住每一個房間裡有什麼物品、放在什麼位置比較容易，記住房屋裡不同房間的粗略布局也不難，但是單純要記住一連串物體的位置並且放到一張大地圖上，就比較困難了。

這種階層式的空間排列有助於我們處理大量的記憶，但也導致我們的空間地圖變形。不同區塊兩點間的距離似乎比同一區內兩點之間的距離來得長。一條轉來轉去的路線好像比一條筆直的路來得長，原因是每轉一個彎，眼前就出現一組新的景象，因此構成一個新區塊。我們好像無法精準掌握物體之間的距離，也無法準確說出物體之間的角度(特別是跨區塊時)，但是我們能說出空間裡面不同的事物(道路、路徑、走廊)是如何連結的，依照這樣的連結規劃走到目的地的路線。

學者從古代的地圖中，可以發現我們人類能以「俯視」的角度來描述空間。我們的心智能想像自己在其他空間中，還能想像站在不同視角的位置，能看見什麼樣的景觀，而不只有看到面前的風景而已。這個能力是任何動物都沒有的，讓我們能脫離幾何空間限制的心靈的建構能力。也因此能發明電話、網路、虛擬實境等科技，跨越時間與距離，以支援和擴大我們心靈想要超越實際空間限制的傾向。

人類的心智地圖亂成一團，無法像動物昆蟲那樣以感知梯度圖建構實際的地圖，因此才有導航的需求。

古代的導航技術和現代的導航技術相差很多，現代仰賴科技定位，古代則是依賴遙遠的地標，像是太陽、月亮、星星或是遙遠山脈來導航。當GPS或無線網路失效時，我們該怎麼做才能找到正確的方向呢？大家閒暇之餘可以想想看哦！

參考資料

維基百科

【時事焦點】2014年諾貝爾生醫獎－發現大腦裡空間記憶的構築細胞-CASE PRESS

http://case.ntu.edu.tw/blog/?p=19357

Google Maps定位的原理 » Crowded Paradise

http://fallenleaf.csie.org/blog/2011/07/02/260

Google 獲得點對點定位技術專利，可以幫你在無 GPS 情況下定位-engadget

http://chinese.engadget.com/2012/06/22/google-files-for-a-patent-on-peer-to-peer-location-finding/

CTIMES – [Tech Spot]解析室內定位五大技術RFID,Wi-FI,Zigbee,bluetooth,藍牙,藍芽,GPS,In-Location Alliance,Nokia,三星,Samsung,Sony Mobile,Broadcom

http://www.hope.com.tw/DispNews-tw.asp?O=HJWC6A09T98SAA0MEP

《不再迷路》，Colin Ellard著，大塊文化。