معرفی GPS
تعیین موقعیت یکی از نیازهای همیشگی در زمینه هایی چون فعالیتهای عمرانی، ناوبری اتوماتیک، کشاورزی مکانیزه، سیستمهای حمل و نقل و… می باشد. ورود تکنولوژی GPS به عرصه فعالیتهای عمرانی و پیدایش روشهای تعیین موقعیت نسبی، این امر را تسریع و تسهیل نموده اما همواره صحت و دقت این تعیین موقعیت مورد بحث و توجه بوده است.GPS در ابتدا برای مقاصد نظامی و ناوبری طراحی شده اما به تدریج در علوم ژئوماتیک کاربردهای فراوان یافت و به یکی از روشهای عمومی تعیین موقیت نسبی با دقت بالا تبدیل گردید.
GPS موقعیت مکانی را از طریق فرایندی به نام ترفیع فضایی تعیین کرده که این تعیین موقعیت می تواند دو یا سه بعدی باشد(x,y,h). برای حالت سه بعدی به حداقل 4 ماهواره برای تعیین موقعیت نیاز است و با توجه به مباحث سرشکنی خطاها درصورتی که گیرنده GPS در هر لحظه با بیش از 4 ماهواره در ارتباط باشد، دقت تعیین موقعیت آن بالاتر می رود.
GPS دارای چندین نوع خطا در تعیین موقعیت است که عمده ترین دلیل آنها انکسار سیگنالها پس از ورود به جو است. مختصات خام GPS دارای دقتی حدود 10 متر است لذا جهت تعیین موقعیت دقیق تر و دارای صحت بیشتر نیاز به تصحیح این مختصات است. مهمترین روش تصحیح مختصات تصحیح تفاضلی(differential correction) است و به تعیین موقعیتی که از این روش تصحیح استفاده می کند اصطلاحاDifferential GPS یا DGPS گفته می شود. DGPSاز ایستگاههای مرجعی در سطح زمین استفاده می کند که ماهواره ها را رصد می کنند . سپس اطلاعات مربوط به تصحیح توسط این مرجع ها محاسبه شده و پس از تقویت به ماهواره ارسال و سپس مجددا به سمت زمین بازفرستاده می شود. این اطلاعات توسط آنتن گیرنده دریافت شده و به این ترتیب مختصات آن اصلاح می شود. اما یکی از مشکلاتی که در این رابطه وجود دارد اینست که کاربردی نمودن داده های حاصل از این روش مستلزم اعمال پردازشهای کامپیوتری بر روی آنها و طبعا صرف زمانی طولانی تر است.
معرفی تعیین موقعیت آنی RTK
در اواسط دهه 90 سازندگان GPS روش کینماتیک آنی (RTK) را ارائه نمودند که با استفاده از آن می توان به صورت آنی به دقتهای مورد نظر در نقشه برداری دست یافت. در این روش کاربر برای تعیین موقعیت به طور معمول نیاز به یک ایستگاه مرجع در فاصله حداکثر 10 کیلومتری دارد تا بتواند به دقت سانتیمتری در تعیین موقعیت دست یابد.
از موارد استفاده از این روش میتوان به تعیین موقعیت با دقت بالا جهت سیستم های ناوبری ، راهنمایی ماشین های اتوماتیک ، هواپیماهای بدون سرنشین ، عملیات دریایی مانند لایروبی و بروزرسانی نقشه های بزرگ مقیاس اشاره کرد.
به طور کلی RTK فرایندی است که در آن تصحیحات سیگنال GPS بصورت آنی(real-time )از یک ایستگاه گیرنده مرجع با موقعیت معلوم برای یک یا چند گیرنده متحرک مخابره می شود. بدین معنا که با استفاده از مشاهدات کوتاه مدت امکان تعیین موقعیت دینامک (تعیین موقعیت در حال حرکت بین ایستگاهها) فراهم شده و با استفاده از سیگنالهای فاز حامل (carrier code) فورا موقعیت مکانی ایستگاه سیار باصحت سانتیمتری تعیین می گردد.
در حقیقت در روش RTK با استفاده از یک گیرنده ثابت GPS (به نام Base) که بر روی یک ایستگاه با مختصات معلوم مستقر شده است، خطاهای مشاهدات آشکار سازی شده و از طریق یک آنتن رادیویی به گیرنده های متحرک(Rover) ارسال می شوند و آن گیرنده ها با اعمال تصحیحات به مشاهدات خود موقعیت دقیق محل خود را مشخص می نمایند.
به عبارت دیگر سیستم RTK شبیه تصحیح تفاضلی است با این تفاوت که این متد از یک ایستگاه مرجع محلی(base) استفاده می کند که تصحیحاتی با دقت بسیار زیاد را از طریق ارتباطات رادیویی به گیرنده سیار (rover) مخابره می نماید. بنابراین فاصله و دید مستقیم base نسبت به rover مهمترین پارامتر قابل توجه در این روش می باشد که محدودیتهایی را نیز درهنگام استفاده از آن به وجود می آورد، به این معنا که با افزایش فاصله ایستگاه سیار از ثابت صحت تعیین موقعیت سیر نزولی خواهد داشت و این کاهش به دلیل یکسان نبودن مدل خطاهای یونسفریک و تروپوسفریک در مناطق مختلف و تاثیرات سیستماتیک برافمریدها می باشد..درحقیقت وجود محدودیتهایی چون فاصله بین ایستگاههای ثابت و متحرک، و میرا بودن امواج رادیویی منجر به نامطلوب بودن صحت در فواصل دورتر و افزایش زمان و هزینه انجام عملیات می گردد.
راه حلی که امروزه در بسیاری از کشورها جهت حل این مشکلات مورد استفاده قرار می گیرد استفاده از چندین ایستگاه مرجع و درحقیقت ایجاد یک شبکه ملی یا منطقه ای است که اطلاعات RTK را ارسال می کند و در نتیجه تنها با استفاده از یک گیرنده GPS می توان به دقت سانتیمتری به صورت آنی دست یافت. دراین روش که اصلاحا Network RTK نامیده می شوند(در مقابل حالت اول که SingleBase RTK خوانده می شود)ایستگاه مجهول برای تعیین موقعیت می تواند از یک یا چند ایستگاه معلوم(مرجع) موجود استفاده کند. افزایش تعداد ایستگاههای مرجع سبب بهبود شرایط سرشکنی خطاهای مشاهداتی و دستیابی به نتایج دقیق تر می گردد. درحقیقت علت تاکید بر روش RTK شبکه ای آن است که می تواند تنها با یک نیروی انسانی به کار گرفته شود و به صحت بهتر از 3 سانتیمتر دست یابد.
از لحاظ زیرساختاری مهمترین بخش در راه اندازی شبکه RTK ایجاد ایستگاههای دائمی GPS است. این ایستگاهها می بایست دارای GPS دوفرکانسه، کامپیوتر، تجهیزات لینک اطلاعاتی با مرکز کنترل محاسبات و سیستم تامین انرژی باشند. فاصله بین ایستگاههای شبکه نباید از 20 کیلومتر بیشتر باشد و برای برآورده کردن این امر نسبت به شبکه های DGPS تعداد ایستگاههای بسیار بیشتری مورد نیاز است. ضمنا نگهداری از این ایستگاهها یکی از مسائل مهمی است که باید به طور مستمر مورد توجه قرار داشته باشد. بخش مهم دیگر سیستم ارتباطی بسیار قوی برای شبکه است که می بایست به طور دائم میان کاربر و ایستگاه مرکزی از یک سو، و ایستگاه دائمی با مرکزی از سوی دیگر، به صورت دو طرفه وجود داشته باشد که این ارتباط می تواند از طریق امواج رادیویی، تلفن موبایل یا اینترنت انجام گیرد.
اگرچه به نظر می رسد که ایجاد زیرساختار مورد نیاز و راه اندازی شبکه RTK در ابتدای امر مستلزم صرف هزینه نسبتا بالایی می باشد اما در عمل در دراز مدت نه تنها مقرون به صرفه است بلکه صحت و سرعت تعیین موقعیت را نیز افزایش می دهد. به عبارت دیگر ایجاد یک شبکه ملی (یامنطقه ای)در یک کشور (با شهر)از این لحاظ مقرون به صرفه و مفید است که با یکبار صرف هزینه، این شبکه تا مدتها و به دفعات برای کاربردهای مختلف قابل استفاده خواهد بود.
شبکه تعیین موقعیت آنی RTK تهران
شهرداری تهران با توجه به رسالت خود در تهیه اطلاعات مورد نیاز جهت ایجاد و پشتیبانی سرویسهای شهری، و درک ضرورت ایجاد مکانیسمی جهت تسریع و تسهیل نمودن فرایند تعیین موقعیت دقیق نقاط شهری به عنوان مهمترین بخش اطلاعات مکانی موردنیاز خود، شبکه تعیین موقعیت آنی (NETWOTK RTK-GPS) شهر تهران را طراحی و پیاده سازی نموده است.
هدف از ایجاد این شبکه فراهم نمودن امکان برداشت آنی(Real Time) مختصات نقاط با دقت بهتر از 5 سانتیمتر برای کلیه کاربران عام و خاص در کاربردهای شهری و همچنین استانداردسازی فرایند برداشت اطلاعات مکانی در مجموعه شهرداری تهران می باشد.
این شبکه دارای شش ایستگاه مرجع می باشد که به منظور پوشش کامل محدوده شهری تهران محل آنها بر اساس محاسبات دقیق طراحی شده و زیرساختار موردنیاز جهت راه اندازی شبکه در این محلها ایجاد گردیده است. همچنین با اتصال ایستگاههای این شبکه به شبکه دیتای شهرداری تهران دسترسی به کلیه اندازه گیریها از طریق سرور مرکزی سازمان فناوری اطلاعات و ارتباطات شهرداری برای کاربران میسر می باشد.
در راستای ارائه خدمات بهتر و کارآمد به کاربران شبکه RTK تهران، سامانه ای جهت برقراری ارتباط آنلاین با کاربران طراحی شده است. کاربران RTK با ثبت نام در این سامانه علاوه بر آشنایی بیشتر با مفاهیم RTK و شبکه RTK تهران و اطلاع از اخبار مربوط به این شبکه، می توانند از سرویس های آنلاین شبکه RTK نیز استفاده نمایند. منظور از سرویس های آنلاین خدماتی است که شبکه درمورد برداشت های غیر کینماتیک کاربران در اختیار آنها قرار می دهد.به این ترتیب که کاربران می توانند مشاهدات استاتیک خود رادر سامانه آپلود نموده و به صورت آنلاین پردازش نمایند.همچنین قادر خواهند بود مشاهدات هر یک از ایستگاه های ثابت شبکه را در تاریخ و ساعت دلخواه دانلود نموده و جهت پردازش مشاهدات استاتیک خود مورد استفاده قرار دهند.
لازم به ذکر است این سامانه رابطی بین کاربران و گروه پشتیبان شبکه RTK تهران است و کاربران می توانند پرسش ها و نقطه نظرات خود را با این گروه در میان گذاشته و با آنها در ارتباط باشند. دسترسی به این سامانه از طریق لینک سامانه موقعیت یابی آنی شهر تهران امکان پذیر است.
در حال حاضر استفاده از خدمات تخصصی این سامانه برای شهروندان تهرانی رایگان می باشد.
پوشش شبکه RTK تهران :
ایستگاههای شبکه تعیین موقعیت آنی تهران به گونه ای طراحی شده اند که مناطق بیست و دوگانه شهر تهران را پوشش دهند. همچنین تا شعاع 20 کیلومتر از هر ایستگاه خارج از شبکه نیز امکان دستیابی به دقت سانتیمتری به صورت single based وجود دارد.
پوشش داخلی شبکه نسبت به مناطق 22 گانه تهران
حداکثر پوشش شبکه RTKتهران برای دقت سانتیمتری
تست دقت شبکه RTK تهران :
پس از طراحی و اجرای این شبکه برای حصول اطمینان از عملکرد صحیح آن ، شبکه دیگری با فواصل ایستکاهی پنج کیلومتری ایجاد و مختصات نقاط آن با روش DGPS قرائت شد.
مختصات ایستگاههای جدید با روش RTK نیز بدست آمد که حاصل نتایج مقایسه و خلاصه آن در جداول ذیل آورده شده است.
جدول 1. نتایج صحت در تمامی نقاط
| خطای ارتفاعی | خطای مسطحاتی | نوع صحت ارزیابی شده |
| 2/2 | 1/2 | میانگین (cm) |
| 8 | 5 | ماکزیمم (cm) |
جدول 2. نتایج صحت در روشهای مختلف دریافت تصحیحات
| i-MAX | VRT | MAX | روش دریافت تصحیحات |
| 2 | 1/3 | 0/8 | میانگین خطای مسطحاتی(cm) |
| 4/5 | 3/5 | 2 | ماکزیمم خطای مسطحاتی(cm) |
| 2/5 | 1/9 | 2/3 | میانگین خطای ارتفاعی(cm) |
| 8/2 | 6/8 | 6 | ماکزیمم خطای ارتفاعی(cm) |
منبع: سایت شهرداری تهران
در مورد تحلیل اطلاعات خروجی هم اگه اطلاعاتی بذارین ممنون میشم