سامانه موقعیت یاب جهانی GPS

سامانه موقعیت‌یابی جهانی (Global Positioning System) سامانه ای برای یافتن موقعیت جهانی است . این سامانه از 24 ماهواره تشکیل شده است که زمین را دور میزنند در هر مدار  4 ماهواره قرار دارد. در این مقاله سعی داریم شما را با اهداف و کاربردهای سیستم موقعیت جهانی و همچنین ابزارهای آن علی الخصوص GPS مولتی فرکانس آشنا کنیم.

ماهواره‌های GPS در یک مدار معین زمین را دوبار در روز دور میزنند. وسیگنال‌های اطلاعاتی را به زمین ارسال می‌کنند. دریافت کننده GPS مولتی فرکانس این اطلاعات را گرفته و برای محاسبه مکان دقیق کاربر از روش های هندسی استفاده می کند. در اصل دریافت کننده GPS  زمان ارسال سیگنال از ماهواره را  با زمان دریافت سیگنال مقایسه می کند. اختلاف بازگو کننده میزان فاصله ماهواره از دریافت کننده GPS است. با اندازه گیری فاصله از تعداد ماهواره‌ها دریافت‌کننده میتواند مکان کاربر را مشخص کرده. و آن را روی نقشه  الکترونیکی واحد نمایان کند.

یک دریافت کننده GPS با سیگنال‌هایی که از حداکثر سه ماهواره دریافت می‌کند ، می تواند مسیر حرکت و مختصات دو بعدی ( طول وعرض) مکان را محاسبه کند. با در نظر گرفتن چهار ماهواره یا بیشتر دریافت کننده می تواند مختصات سه بعدی ( طول عرض ارتفاع ) مکان کاربر را مشخص می‌کند. زمانی که مکان کاربر مشخص شد GPS می‌تواند سایر اطلاعات نظیر : سرعت مسیر فاصله پیموده شده فاصله تا مقصد و …. را محاسبه کند.

 

بخش های اساسی در GPS مولتی فرکانس

  1. بخش فضایی

  2. بخش کنترل

  3. بخش کاربری

 

انواع کاربرد GPS مولتی فرکانس

  • نقشه برداری

  • پروژه‌های عمرانی

  • کوه نوردی

  • کایت سواری

  • قایق رانی

  • کشتی رانی

  • تجاری

  • ردیابی

  • عملیات نجات هنگام وقوع سیل

دسته‌بندی GPSهای نقشه‌برداری از نظر تعداد فرکانس

  • جی پی اس تک فرکانس :امروزه استفاده نمی شود زیرا زمان بر است.
  • جی پی اس دو فرکانس :سرعت بالا برخلاف تک فرکانس نیازی نیست زمان زیادی صرف جمع آوری و ذخیره سازی اطلاعات مورد نیاز خود کنید.
  • جی پی اس مولتی فرکانس:جی پی اس مولتی فرکانس به GPS ایستگاهی و یا GPS معروف هستند.

 

روش‌های برداشت با GPS

هرGPS میتواند در هر شرایط آب و هوایی و در هر ساعتی از شبانه روز کار کند .اطلاع و آگاهی از قابلیت‌های گیرنده‌های ماهواره‌ای قبل از شروع به کار بسیار مهم است. در کار با GPS دید بین نقاط ضروری نیست ؛ با استفاده از GPS میتوان مشاهدات بیشتری با نیروی انسانی کمتر برداشت کرد .با این وجود باید از محدودیت های GPS نیز آگاه بود.

با روشن کردن دستگاه، موقعیت شما توسط ۳ ماهواره که در نزدیک‌ترین مدار به شما قرار دارند شناسایی و محاسبه شده و موقعیت شما را بر روی نقشه روی دستگاه نشان می‌دهد. اگر دستگاه گیرنده GPS شما قوی‌تر باشد و با ۴ ماهواره ارتباط برقرار کند درصد خطای آن کاهش یافته و موقعیت شما را دقیق‌تر شناسایی می‌کند.

درختان ، ساختمان‌های بلند ، تیربرق و کابل‌های برق فشار قوی می توانند مشکلات عدیده ای برای GPS بوجود آورند . علاوه بر این GPS برای نقشه‌برداری با فضای سرپوشیده یا indoor به کار نمی رود،و در کارهای ساختمانی و indoor یک توتال استیشن اپتیکی مناسب نتایج بهتری خواهد داشت .

اصلی ترین روش های برداشت عبارت است از :

  1. استاتیک
  2. استاتیک سریع
  3. کینماتیک
  4. ایست-رو

روش استاتیک

این روش برای تعیین مختصات نقاط مبنای نقشه‌برداری با دقت بالا در حد میلیمتر مورد استفاده قرار میگیرد که اصلی‌ترین تکنیک نقشه‌برداری با GPS مولتی فرکانس می‌باشد. در این روش باید حداقل دو دستگاه بطور همزمان شروع به اندازه‌گیری نمایند تا امکان محاسبه طول بین نقاط فراهم شود و نهایتا مختصات نقاط فراهم می‌شود. به طور مثال برای مشاهده یک طول باز بلند گیرنده مرجع را در یک نقطه قرار دهید و در گام بعدی گیرنده دوم (rover) را در انتهای دیگر طول باز قرار دهید .

سپس زمان مساوی برای ذخیره داده را تنظیم کنید و باروشن کردن گیرنده عملیات برداشت را آغاز کنید. با توجه به طول بیس لاین ، تعداد ماهواره‌های در معرض دید ،  هندسه یا آرایش نسبی ماهواره‌ها طول زمان برداشت متفاوت است . زمانی که داده‌ها را جمع آوری کردید گیرنده base ایستگاه اول را خاموش کنید و به بیس لاین بعدی بروید(دراینجا گیرنده ای که در ایستگاه اول به عنوان base عمل می‌کرد به گیرنده روور تبدیل می شود و برعکس) و این پروسه را برای طول باز جدید تکرار کنید.

این روش برای فواصل طولانی بسیار دقیق است اما نسبت به روش‌های دیگر زمان‌بر است. برای فواصل بلند ( بیش از 20 کیلومتر)، شبکه‌های ژئودتیک، یا مطالعات پلیت تکتونیک (تکتونیک صفحه ای)، از مشاهدات استاتیک استفاده می‌شود. اگر گیرنده روور دیگری به مرحله برداشت اضافه کنیم سرعت و دقت و استحکام بالا می‌رود.

روش استاتیک سریع

این روش برای فواصل تا 15 کیلومتر کاربرد دارد ، یک گیرنده روی نقطه ای ثابت است به عنوان ایستگاه مرجع موقتی عمل می‌کند و گیرنده دوم روی نقاط دیگر حرکت می‌کند و در مدتی کوتاه با ماهواره‌ها در تماس است و جابجا می‌شود . این روش را میتوان در مورد نقشه‌برداری‌های کنترلی ، انبوه سازی و نقشه‌های تفضیلی به کار برد. و همچنین می‌توان بجای پیمایش و مثلث بندی‌های سنتی از آن استفاده کرد.

روش RTK

روش RTK فرآیندی است که در آن تصحیح‌های سیگنال GNSS بصورت آنی (real time) از یک ایستگاه گیرنده جی پی اس مولتی فرکانس با موقعیت معلوم، برای یک یا چندین گیرنده متحرک فرستاده می شود. به این معنا که با استفاده از مشاهده‌های کوتاه مدت امکان تعیین موقعیت دینامیک فراهم شده و با استفاده از سیگنال‌های فاز حامل، موقعیت مکانی ایستگاه سیار با دقتی در حد چند سانتیمتر تعیین می‌گردد.

در روش RTK دو حالت داریم : اساس کار به این شکل است که هم‌زمان که گیرنده روور از طریق اینترنت از سامانه‌ای نظیر شمیم یا هدی تصحیحات دریافت می‌کند یا از طریق رادیو به گیرنده بیس متصل هست، از ماهواره‌های L-Band هم تصحیحات دریافت می‌کند.

 

گردآورنده : هادی اصغری ، زکیه عبدلی