>>>معرفی جی پی اس تفاضلی ، GPS تفاضلی یا Differential GPS ( DGPS )

معرفی جی پی اس تفاضلی ، GPS تفاضلی یا Differential GPS ( DGPS )

نویسنده : |۱۳۹۶-۷-۲۶ ۱۷:۵۶:۱۵ +۰۰:۰۰ ۲۶م مهر, ۱۳۹۶|مقالات آموزشی, نقشه برداری|بدون ديدگاه

 آشنایی با جی پی اس تفاضلی (DGPS)

   در مقالات گذشته‌ی ما، شما با مفاهیم اولیه GPS و همچنین خطاهای اندازه‌گیری و فاصله یابی GPS آشنا شدید. اما در این مقاله بر آن شدیم تا شما را با یکی دیگر از روش‌های اندازه‌گیری و تعیین موقعیت جهانی آشنا کنیم:
Differential GPS ( DGPS )  ! جی پی اس تفاضلی یا بعبارت دیگر GPS تفاضلی

DGPS مخفف عبارت Differential GPS به معنای جی پی اس تفاضلی یا همان GPS تفاضلی است. به دلیل اینکه در محاسبات موقعیت به این روش از تفاضل معادلات تعیین موقعیت بهره برده میشود به این روش تفاضلی میگویند. دقت موقعیت‌­يابی در جی پی اس تفاضلی معمولاً در حد 1 تا 2 متر و برخی مواقع کمتر است.
جی پی اس تفاضلی در واقع یک نوع روش اندازه­‌گیری است و نباید به اشتباه یک دستگاه سخت‌­افزاری تصور شود. Differential GPS در مقایسه با GPS کمتر تحت تاثیر شرایط جوی و خطاهای سیستم (دستگاهی) قرار می­‌گیرد.
درواقع، روش GPS تفاضلی تقریباً همه خطاهای سیستمی و جوی را که بر روی سیگنال‌­های GPS تاثیر می‌گذارند خنثی می‌­شوند، اما در مورد خطاهای موضعی چندمسیری و گیرنده تغییر خاصی انجام نمی­‌شود.

DGPS یا GPS تفاضلی چگونه کار می‌کند؟

   در DGPS از دو گیرنده استفاده می­‌‌شود تا امکان بهره­‌مندی از مزایای روش GPS تفاضلی فراهم شود. استفاده از دو گیرنده است که واژه «تفاضلی» را معنی می­‌بخشد. DGPS با مقایسه سیگنال­‌های دو GPS مختلف، کار تعیین موقعیت را دقیق­‌تر انجام می­‌دهد. شکل زیر، عملکرد Differential GPS را نشان می­‌دهد.

نحوه عملکرد جی پی اس تفاضلی ( gps تفاضلی )

نحوه عملکرد جی پی اس تفاضلی ( gps تفاضلی )

دو روش برای اندازه گیری با دستگاههای جی پی اس تفاضلی یا Differential GPS مطرح می­‌شود:

در روش اول، گیرنده DGPS كاربر که آن را rover مینامیم، سیگنال­‌ها را از ماهواره‌­ها دریافت کرده و شبه­‌فاصله­‌ها را محاسبه می­‌کند. به طور همزمان، این گیرنده سیگنال­‌های تصحیح را از یک منبع مرجع یا ایستگاه مبنا (Base) ، که روی نقطه ای با مختصات معین مستقر شده است، دریافت می­‌کند. سپس گیرنده کاربر، این تصحیحات را روی شبه­‌فواصل محاسبه شده، اعمال می­‌کند تا موقعیت بسیار دقیق­‌تری را به دست بیاورد. این روش در GPS تفاضلی اصطلاحاً « DGPS بلادرنگ » یا real-time DGPS نامیده می­‌شود که روش غالب و رایج DGPS است.

روش دوم پس‌­پردازش شده  یا post-processed نام دارد. در این روش، بعد از کار میدانی، از یک رايانه ثالث و نرم­‌افزار خاصی برای حل مساله موقعیت­‌يابی استفاده می­‌شود. داده­‌های خام (تصحیح نشده) از گیرنده كاربر و همچنين از منبع مرجع در رايانه وارد شده و پس از محاسبات، مختصات دقیق نقاطی که با گیرنده کاربر یا rover اندازه گیری شده بودند به دست می­‌آید.

پس از بیان این مقدمه، به بررسی گیرنده ها و جزئیات روشهای ذکر شده میپردازیم:

 

گیرنده کاربر یا متحرک  ( roving receiver )

   گیرنده كاربر در خلال این مبحث، «گیرنده متحرک» یا «rover» نامیده می­‌شود. همان طور كه كاربر در حال حرکت است، گیرنده متحرک موقعیت او را تعیین می­‌کند (دقیقاً مانند همان کاری که یک گیرنده مستقل GPS انجام می­‌دهد). اما با این تفاوت که اکنون گیرنده او، یک گیرنده GPS تفاضلی است.
اساسی­‌ترین تفاوت­‌ها میان یک گیرنده GPS اصلی و یک گیرنده متحرک شامل موارد ذیل می­‌باشند:

  • یک گیرنده رادیویی در گیرنده متحرک براي دریافت تصحیحات تفاضلی از ایستگاه مبنا.
  • نرم­‌افزاری برای اعمال این تصحیحات در شبه­‌فواصل محاسبه شده گیرنده متحرک.

گیرنده مرجع  ( reference receiver )

   گیرنده مرجع (ایستگاه مبنا) یک گیرنده GPS است که در یک موقعیت مشخص (از نظر مختصات) قرار گرفته است. موقعیت مکانی این ایستگاه از طريق ساير روش­‌های نقشه­‌برداری (مانند روش زمینی) به طور دقیق محاسبه شده است.
ایستگاه مبنا موارد زیر را انجام می­‌دهد:

  • همه ماهواره­‌هایی را که در دید خود دارد، ردیابی کرده و شبه­‌فواصل را تا آنها اندازه­‌گیری می­‌کند.
  • براي تعیین شبه­‌فواصل، مساله GPS را در جهت عکس حل می­‌کند (بايد به خاطر داشت که این ایستگاه، موقعیت دقیق خود را می­‌داند). به عبارت ديگر، ايستگاه مبنا از موقعيت دقيق خود برای تعيين دقيق شبه­‌فواصل استفاده می­‌نمايد.
  • فهرستی از تصحیحات را كه براي دقیق شدن شبه­‌فواصل اندازه­‌گیری شده مورد نيازند، برای همه ماهواره­‌های قابل رویت تولید می­‌کند.
  • اطلاعات مربوط به تصحیحات را به گیرنده‌­های متحرک منتقل می­‌کند (از طریق ارتباطات رادیویی).
پیشنهاد بعدی   تعیین موقعیت آنی (RTK)، روشی مطلوب جهت تعیین موقعیت نسبی

   یک ایستگاه مبنا این قابلیت را دارد که تعداد نامحدودی از گیرنده­‌های متحرک را پشتیبانی کند. دقت کار با فاصله گرفتن گیرنده متحرک از ایستگاه مبنا کاهش می­‌یابد و این کاهش عمدتاً به دلیل افزایش اختلاف در شرایط جوی (بین ایستگاه مبنا و ایستگاه گیرنده) است و باعث افزایش خطاهای فاصله‌­یابی کاربر می­‌شود.

عوامل تاثیرگذار بر انتخاب محل ایستگاه مبنا عبارتند از: داشتن دید باز (بدون مانع و مزاحمت) به آسمان، دور نبودن از محدوده کاری، دور بودن از تداخل امواج رادیویی و وجود حداقل منابع ایجادکننده خطای چندمسیری.

روش اول: Differential GPS (DGPS ) بلادرنگ

   داده­‌های تصحیح برای DGPS بلادرنگ معمولاً از طریق یک ارتباط رادیویی، از ایستگاه مبنا به گیرنده متحرک ارسال می­‌شوند. ارتباط رادیویی سریع­ترین (و معمولاً راحت­‌ترین) روش برای انجام این کار است و مساله تاخیر را به حداقل میزان ممکن می­‌رساند. منظور از این تاخیر، فاصله زمانی میان هنگامی است که اندازه­‌گیری­‌ها انجام می­‌شوند و زمانی که جواب مورد نظر توسط گیرنده متحرک (براي كاربر) توليد می­‌شود.
هر قدر این زمان کوتاه­‌تر باشد، بهتر است. همچنین می­‌توان از ارتباطات تلفن همراه (موبایل) نیز استفاده نمود اما عموماً این نوع ارتباط در سرعت و اتصال دارای محدودیت­‌های بیشتری نسبت به امواج رادیویی است.

روش دوم: Differential GPS (DGPS ) پس­‌پردازش شده

   به دليل اينكه تصحیحات DGPS بلادرنگ دارای تاخیر هستند، تصحیحاتی که بر روی اندازه­‌گیری­‌ها اعمال می­‌شوند، در واقع پیش­‌بینی بر اساس تصحیحات ارسال شده چند ثانیه قبل هستند. DGPS پس­‌پردازش شده، با بکارگیری مشاهدات چندمبنایی حاصل از قبل و بعد از اندازه‌­گیری و همچنين استفاده از الگوریتم­‌های پیچیده­‌تر و دقیق­‌تر می­‌تواند به دقت بهتری دست يابد.

چرخه کامل عملیات پس­‌پردازش در شکل زیر نشان داده شده است.

چرخه کامل عملیات Differential GPS (DGPS ) در حالت پس­‌پردازش شده

چرخه کامل عملیات Differential GPS (DGPS ) در حالت پس­‌پردازش شده

   تکنیک‌های پس‌­پردازش، به داده‌­های خام ایستگاه مبنا که در قالب فایل‌­های رقومی ذخیره می‌­شوند، نیاز دارند. این فایل‌­ها بعداً با استفاده از نرم‌افزارهای تخصصی و در مقایسه با فایل­‌های داده­‌های خام ایستگاه­‌های متحرک پردازش می­‌شوند. داده­‌های حاصل از ایستگاه­‌های مبنا و متحرک می­‌بایست شامل اندازه­‌گیری­‌های هم‌زمان شبه­‌فاصله تا حداقل چهار ماهواره مشترک باشند. علاوه بر اينكه هر اندازه­‌گیری بايد دارای برچسب­‌های زمانی دقیق باشد.

نرم­‌افزار DGPS پس­‌پردازش، خطا در هر اندازه­‌گیری شبه­‌فاصله GPS را -که توسط گیرنده ایستگاه مرجع ثبت شده است- محاسبه می­‌کند و تصحیحات خطا را به اندازه­‌گیری­‌هاي موجود در فایل داده­‌هاي گیرنده متحرک، اعمال می­‌کند.

معرفی سامانه ملی هدی

در کشور ما نیز همواره سعی بر این بوده است تا از علوم نوین برای پیشبرد اهداف علوم مکانی بهره برده شود. در همین راستا، پس از استقرار طرح ژئودینامیک سراسری و همچنین شروع‌به‌کار ایستگاههای دائمی GPS در سراسر کشور، امکان ارسال تصحیحات DGPS نیز ازطریق سامانه‌های مخابراتی فراهم گردید.

سامانه ملی هدی

سامانه ملی هدی

این سامانه با عنوان سامانه ملی هدی در سال 1389 و به همت کارشناسان خبره سازمان نقشه‌برداری کشور آغاز ‌به‌ کار نمود. تعداد 18 ایستگاه در نقاط مختلف کشور در قالب این سامانه داده‌های تصحیحات DGPS را مخابره کرده و به کاربران، اعم از ارگان‌های دولتی و شرکت‌های خصوصی، سرویس ارائه می‌نمایند.
با استفاده از این سامانه کاربران می‌توانند با استفاده از یک دستگاه GPS و در اختیار داشتن تصحیحات نقاط توسعه‌یافته در سرتاسر کشور به دقت مناسب در تعیین مختصات نائل گردند. امیدواریم با توسعه این سامانه و فرهنگ‌سازی مناسب بین کاربران داده‌های مکانی شاهد سهولت کار و افزایش دقت تعیین مختصات نقاط باشیم.

درباره نویسنده :

کارشناس مهندسی عمران - نقشه برداری
کارشناس ارشد سیستمهای اطلاعات مکانی

ثبت ديدگاه