آنچه در این نوشته می خوانید:
جی پی اس ایستگاهی(سه فرکانسه)
در اواسط دهه 90 سازندگان GPSتعیین موقعیت به روش RTK (كينماتيك آني) را ارائه نمودند كه با استفاده از آن مي توان به صورت آني به دقتهاي مورد نظر در نقشه برداري دست يافت. در این روش کاربر برای تعیین موقعیت به طور معمول نياز به يك ايستگاه مرجع در فاصله حداکثر 10 كيلومتري دارد تا بتواند به دقت سانتيمتري در تعيين موقعيت دست يابد.
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 تعیین موقعیت به روش RTK فرايندي است که در آن تصحيحات سيگنال GPS بصورت آني(real-time)از يک ايستگاه گيرنده مرجع با موقعيت معلوم براي يک يا چند گيرنده متحرک مخابره مي شود. بدين معنا كه با استفاده از مشاهدات كوتاه مدت امكان تعيين موقعيت دينامك (تعيين موقعيت در حال حركت بين ايستگاهها) فراهم شده و با استفاده از سيگنالهاي فاز حامل (carrier code) فورا موقعيت مكاني ايستگاه سيار باصحت سانتيمتری تعيين مي گردد.
در حقيقت در تعیین موقعیت به روش RTK با استفاده از يک گيرنده ثابت GPS (به نام Base) که بر روي يک ايستگاه با مختصات معلوم مستقر شده است، خطاهاي مشاهدات آشکار سازي شده و از طريق يک آنتن راديويي به گيرنده هاي متحرک(Rover) ارسال مي شوند و آن گيرنده ها با اعمال تصحيحات به مشاهدات خود موقعيت دقيق محل خود را مشخص مي نمايند.
به عبارت دیگر سیستم RTK شبيه تصحيح تفاضلي است با اين تفاوت كه اين متد از يك ايستگاه مرجع محلي(base) استفاده مي كند كه تصحيحاتي با دقت بسيار زياد را از طريق ارتباطات راديويي به گيرنده سيار (rover) مخابره مي 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 اين کاهش به دليل يکسان نبودن مدل خطاهاي يونسفريک و تروپوسفريک در مناطق مختلف و تاثيرات سيستماتيک برافمريدها مي 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 حل مشکلات تعیین موقعیت به روش RTK
راه حلي كه امروزه برای تعیین موقعیت به روش RTK در بسياري از كشورها جهت حل اين مشكلات مورد استفاده قرار مي گيرد استفاده از چندين ايستگاه مرجع و درحقيقت ايجاد يك شبكه ملي يا منطقه اي است كه اطلاعات RTK را ارسال مي كند و در نتيجه تنها با استفاده از يك گيرنده GPS مي توان به دقت سانتيمتري به صورت آني دست يافت. دراین روش که اصلاحا Network RTK ناميده مي شوند(در مقابل حالت اول كه SingleBase RTK خوانده مي شود)ايستگاه مجهول برای تعیین موقعیت مي تواند از يك يا چند ايستگاه معلوم(مرجع) موجود استفاده كند. افزايش تعداد ايستگاههاي مرجع سبب بهبود شرايط سرشكني خطاهاي مشاهداتي و دستيابي به نتايج دقيق تر مي گردد. درحقيقت علت تاكيد بر روش RTK شبكه اي آن است كه مي تواند تنها با يك نيروي انساني به كار گرفته شود و به صحت بهتر از 3 سانتيمتر دست یابد.
از لحاظ زیرساختاری مهمترين بخش در راه اندازي شبكه RTK ايجاد ايستگاههاي دائمي GPS است. اين ايستگاهها مي بايست داراي GPS دوفركانسه، كامپيوتر، تجهیزات لينك اطلاعاتي با مركز كنترل محاسبات و سيستم تامين انرژي باشند. فاصله بين ايستگاههاي شبكه نبايد از 20 كيلومتر بيشتر باشد و براي برآورده كردن اين امر نسبت به شبكه هاي DGPS تعداد ايستگاههاي بسيار بيشتري مورد نياز است. ضمنا نگهداري از اين ايستگاهها يكي از مسائل مهمي است كه بايد به طور مستمر مورد توجه قرار داشته باشد. بخش مهم ديگر سيستم ارتباطي بسيار قوي براي شبكه است كه مي بايست به طور دائم ميان كاربر و ايستگاه مركزي از یک سو، و ايستگاه دائمي با مركزي از سوی دیگر، به صورت دو طرفه وجود داشته باشد که اين ارتباط مي تواندازطريق امواج راديويي، تلفن موبايل يا اينترنت انجام گيرد.
اگرچه به نظر می رسد که ايجاد زیرساختار مورد نیاز و راه اندازی شبكه RTK در ابتداي امر مستلزم صرف هزينه نسبتا بالايي می باشد اما در عمل در دراز مدت نه تنها مقرون به صرفه است بلكه صحت و سرعت تعيين موقعيت را نيز افزايش مي دهد. به عبارت دیگر ايجاد يك شبكه ملي (يامنطقه اي)در يك كشور (با شهر)از اين لحاظ مقرون به صرفه و مفيد است كه با يكبار صرف هزينه، اين شبكه تا مدتها و به دفعات براي كاربردهاي مختلف قابل استفاده خواهد بود.
تعیین موقعیت به روش RTK سنتی: Real Time Kinematic
ایستگاه مبنا (RS: Reference Station) مشاهدات ماهواره انجام داده و سپس داده های خام یا تصحیحات تفاضلی را از طریق رادیو به ایستگاه متحرک (Rover) مخابره می کند. Rover نیز با روش DGPS یا تعیین موقعیت به روش RTK که بطور اختصار RTK نامیده می شود، تعیین موقعیت خود را انجام می دهد.
شاید دوست داشته باشید بخوانید : تصاویر ارتوفتو عکس هوایی چیست و چه کاربردی دارد؟
منابع خطای تعیین موقعیت به روش RTK سنتی:
برخی منابع خطای تعیین موقعیت به روش RTK سنتی عیارتند از:
- دقت سانتیمتری آنی بروش حذف تفاضلی خطاها و انحرافات وابسته ی مشابه از مشاهدات فازی حامل صورت می پذیرد و شامل این منابع خطا هستند: ساعت ماهواره، مدار ماهواره، یونسفر، تروپوسفر، چند مسیری Multi Path، آنتن، ساعت گیرنده و انحراف گیرنده که بعضی از آنها، در دو گیرنده یکسان نیستند.
- خطاهای فضایی وابسته در صورت طول بیس لاین Baseline کمتر از 20 کیلومتر (فاصله ی بین دو گیرنده) ، بطور عمده قابل حذف شدن است. این نوع خطاها شامل لایه ی جوی یونسفر و تروپوسفر (اتمسفر) است.
با افزایش طول Baseline ، وابستگی و مشابهت دو خطای فوق کم شده و موجب افزایش خطا خواهد شد
محدودیت های تعیین موقعیت به روش RTK سنتی:
محدودیت های تعیین موقعیت به روش RTK سنتی شامل موارد ذیل می شود:
- فاصله دو گیرنده یا طول بیس لاین Baseline
- ارتباط رادیویی و محدودیت های آن
- هزینه ی بالاتر، شامل: هزینه ی دو گیرنده ، دو گروه عامل، نیاز به ایستگاه معلوم، مراجعه و استقرار ایستگاه اصلی، نیاز به مختصات معلوم و اطمینان از دقت آن، معرفی و آماده سازی ایستگاه اصلی
تجهیزات تعیین موقعیت به روش RTK
شکل پایین تعدای از جی پی اس های مولتی فرکانس از انواع برندها جهت تعیین موقعیت به روش RTK که در فروشگاه تجهیزات نقشه برداری سپهر در معرض فروش قرار دارد را نشان می دهد.جهت بازدید از فروشگاه بر روی تصویر کلیک نمایید.
راه حل: RTK شبکه ای (کاهش هزینه و سهولت در بخش Rover )
چرا راه حل RTK شبکه ای Network RTK ؟
- افزایش دقت، دسترسی و قابلیت اطمینان (با مدل سازی خطاهای وابسته به طول در یک منطقه )
- کاهش چشمگیر تعداد ایستگاه های مبنای مورد نیاز (RS) به علت فواصل حدود 100 کیلومتر بین ایستگاه ها در مدل VRS و صرفه جویی عظیم در هزینه ی زیر ساختار ساختمانی با حداقل ایستگاه های مبنا
- افزایش فاصله ی نقشه بردار Rover تا حدود 50 کیلومتری ایستگاه مبنا
- روش های متنوع ارتباطی GSM / GPRS / 3G با دسترسی بهتر
معایب شبکه های تک ایستگاهی Single Station (بدون مدل):
از معایب شبکه های تک ایستگاهی Single Station می توان به محدودیت شعاع مفید، کاهش دقت وابسته به فاصله از ایستگاه اشاره نمود.
مزایای شبکه RTK مبتنی بر مدل سازی :
از مزایای شبکه RTK مبتنی بر مدل سازی می توان به موارد ذیل اشاره نمود:
امکان کار در سراسر منطقه با شرایط مشابه و دقت بالا
بعلت مدلسازی یونسفر و توزیع و سرشکنی خطا در سطح مدل با دخالت تمام ایستگاه ها
مزایای عمومی RTK شبکه ای در مقایسه با RTK سنتی:
- مدلسازی و برآورد خطاهای GNSS در کل منطقه ی شبکه
- تضمین بالای تعیین موقعیت در منطقه، حتی با قطع شدن یک ایستگاه (پوشش و جایگزینی ایستگاه های اطراف منطقه )
- قدرت مانور بالای نقشه بردار در سرعت و انجام کار یک نفری بدون نیاز به استقرار ایستگاه اصلی Base و هزینه های اضافه ی آن
- سرعت بالاتر آماده سازی Rover یا Initialization
- افزایش برد مفید و فاصله از ایستگاه مبنا
- بدون محدودیت در اندازه ی شبکه: محلی، ملی و حتی جهانی
- پشتیبانی مرکز کنترل از تعداد بالای نقشه بردار و برنامه های کاربردی
- مدیریت و خدمات شبانه روزی خودکار با امکان نظارت مرکزی
- تامین داده ها و تصحیحات در سطح مبنایی استوار Datum
- خدمات چند منظوره علاوه بر سرویس RTK مانند: داده های RINEX جهت پس پردازش Post processing، تصحیحات DGPS، بهره برداری گسترده در تمامی خدمات مکانی مانند نقشه برداری، کاداستر، ، حمل و نقل، هواشناسی، دفاعی، ساختمانی و دیگر کاربردهای مهندسی های محیطی
- امکان مدیریت ، کنترل و نظارت و مانیتورینگ مرکزی
روش های موجود RTK شبکه ای :
VRS: Virtual Reference Station ایستگاه مبنای مجازی که ابداع آن توسط شرکت Trimble است که متداولترین و گسترده ترین روش در دنیا است. در این روش کلیه خطاهای سیستماتیک چند مسیری، مدارات ماهواره، تروپوسفر، یونوسفر در تمام ایستگاه ها مدل شده و سرشکن می گردند و نتیجه آنست که نقشه بردار مستقل از مکان خود در منطقه ی شبکه همواره دقت سانتیمتر را دارد.
MAC: Master Auxilary Concept که ابداع آن توسط شرکت Leica بود و سیستم های دیگری مانند FKP)Flächenkorrekturparameter) و iMAX. به علت مزایای روش VRS بخصوص مدلسازی های کامل و امکان طولانی ترین فواصل بین ایستگاه های مبنا تا بالای 100 کیلومتر ، این روش برای سامانه ملی DGPS کشور در تیر ماه 93، انتخاب و اجرا شد که جزئیات آن در اینجا توضیح داده می شود
VRS: Virtual Reference Station روش ایستگاه مبنای مجازی یا VRS- ابتدا گیرنده ی نقشه برداری Rover موقعیت تقریبی خودش را از طریق GRPS و اینترنت به سرور مرکزی در مرکز کنترل ارسال می نماید
- نرم افزار مرکز، تصحیحات لازم را برای آن موقعیت محاسبه می کند و همچنین خطای وابسته به طول را منظور می نماید
- این خطاها از مدلی که از همه ی ایستگاه های مبنا و مدلسازی یونسفر، بوجود آمده ، استخراج می شود
- یک VRS متناسب با موقعیت Rover در نزدیکی آن بوجود آمده و داده ها و تصحیحات آن برای Rover در فرمت RTCM تولید می شود
- در Rover کار ساده ی دریافت تصحیحات از ایستگاه Base ایجاد شده در فاصله نزدیک، انجام و موقعیت دقیق سانتیمتر را نقشه بردار در اختیار خواهد داشت.
- نیاز به ارتباط دو طرفه از طریق GPRS در این روش ضروری است
- با تغییر مکان، VRS و تصحیحات نیز بصورت آنی، تغییر و بهینه می شود
– امید است با توافق اخیر همکاری بین اپراتور های مختلف تلفن همراه تحت نام رومینگ ملی، پوشش سراسری خوبی، تامین باشد.
لینک های مفید :
- سازمان ثبت اسناد و املاک کشور
- سامانه رسا – پورتال زیرساخت داده های مکانی سازمان نقشه برداری
- سامانه فروش عکس هوایی و نقشه سازمان نقشه برداری
- سامانه فروش عکس هوایی و نقشه سازمان جغرافیایی ن.م
