>>>تعیین موقعیت آنی (RTK)، روشی مطلوب جهت تعیین موقعیت نسبی

تعیین موقعیت آنی (RTK)، روشی مطلوب جهت تعیین موقعیت نسبی

نویسنده : |۱۳۹۷-۲-۱۵ ۲۳:۲۵:۵۴ +۰۰:۰۰ ۱۵م اردیبهشت, ۱۳۹۷|مقالات آموزشی, نقشه برداری|بدون ديدگاه

معرفی تعیین موقعیت آنی ، RTK

   روش تعیین موقعیت آنی ، RTK ، در اواسط دهه 90 توسط سازندگان GPS ارائه گردید که با استفاده از آن می‌توان به صورت آنی به دقت‌های مورد نظر در نقشه‌برداری دست یافت. در روش RTK 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.

وجه تشابه DGPS و RTK در این است که هر دو تکنیک، از دو گیرنده بهره می‌برند. گیرنده مبنا، روی یک نقطه با مختصات معلوم تنظیم شده است. گیرنده متحرک نیز شما هستید.
داده‌ها در گیرنده مبنا جمع‌آوری می‌شوند. لیکن همان‌طور که در مطالب قبل ملاحظه نمودید، یکی از تفاوت‌ها، میان GPS و DGPS در دقت آنهاست (DGPS دارای دقت بیشتری است). تفاوت دیگر این دو روش این است که در روش RTK، این داده‌ها به صورت آنی (real-time) به گیرنده متحرک فرستاده می‌شوند و در روش DGPS، این داده‌ها، ذخیره می‌شوند تا در مراحل بعدی پردازش شوند (post-processing).

سیستم تعیین موقعیت آنی ، RTK

سیستم تعیین موقعیت آنی ، RTK

 

 RTK چیست و چگونه عمل می­‌کند؟

   همانطور که قبلاً اشاره شد، روش DGPS از شبه فواصل برای محاسبه موقعیت گیرنده بهره می‌گیرد. خطاهایی در این محاسبه دخیل هستند که ناشی از خطاهای اتمسفری هستند (مثلاً اثر یونوسفر، اثر تروپوسفر و …).
با داشتن موقعیت معلوم ایستگاه مبنا، این خطاها که بر روی شبه فواصل اثرگذار هستند، قابل برآورد می‌باشند.

   اگر گیرنده متحرک در نزدیکی گیرنده مبنا باشد، فرض می‌کنیم که خطاهای شبه فاصله در گیرنده مبنا و متحرک، مشابه یکدیگر هستند. در این شرایط، گیرنده متحرک، همان خطاهای شبه فاصله در گیرنده مبنا را به شبه فاصله خود اعمال می‌کند و موقعیت دقیق‌تری را بدست می‌آورد.
میزان صحت این تکنیک در حد کمتر از یک متر می‌باشد (دقت مختصات مطلق را از حدود 5 تا 10 متر به چیزی در حد کمتر از یک متر می‌رساند). این روش در شرایط نزدیک بودن دو ایستگاه، هم برای روش تعیین موقعیت آنی و هم برای روش پس پردازش قابل انجام است. این تکنیک، برای بسیاری از گیرنده‌های دستی عمومی (غیر مهندسی) در دسترس است و معمولاً ارزان قیمت نیز می‌باشد.

خصوصیات سیستم تعیین موقعیت آنی(RTK)

RTK مخفف Real-Time Kinematic می‌باشد. عبارت «kinematic» از واژه­‌ای یونانی به معنی «حرکت کردن» مشتق شده است. بنابراين استفاده از تکنیک­‌های اندازه­‌گیری RTK به این معنی است که می­‌توان در حال حرکت و فوری به دقتی بسیار خوب دست یافت که این امر قابلیتی چشمگیر و مفید است.

RTK برای همه افراد مناسب نیست. تجهیزات آن گران­‌تر و استفاده از آن تکنیکی­‌تر و فنی­‌تر از DGPS استاندارد است. اما برای نقشه­‌برداران و ساير کاربرانی که به بهترین دقت نیاز دارند، ابزاری حیاتی است.

RTK نه تنها از شبه فواصل برای محاسبه موقعیت استفاده می کند، بلکه از فاز حامل و اندازه‌گیری‌های داپلر نیز بهره می‌گیرد که این امر منجر به ارزیابی خطای زمان (timing error) سیگنال می‌شود. ایستگاه مبنا، این داده‌ها را جمع‌آوری نموده و آنها را به گیرنده متحرک ارسال می‌کند.

گیرنده‌های RTK، این قابلیت را دارند که baseline (dx,dy,dz) را بین ایستگاه مبنا و متحرک محاسبه کنند. از آنجائیکه ایستگاه مبنا دارای مختصات معلوم می‌باشد و همچنین baseline با صحت کمتر از یک سانتی متر، قابل محاسبه است، لذا موقعیت ایستگاه متحرک می‌تواند با صحتی در حد میلی‌متر محاسبه گردد.
رسیدن به این میزان از صحت، هزینه زیادی در برخواهد داشت. سیستم‌های RTK معمولاً ده ها هزار دلار قیمت دارند. با وجود اینکه واژه RTK بر آنی بودن (real-time بودن) دلالت دارد، اما تکنیک‌های کینماتیک پس پردازش نیز مدت‌های قبل از RTK استفاده می‌شدند.

RTK کاملاً نسبی است

   در بسیاری از کاربردهای علمی و نقشه­‌برداری، هدف، تعیین موقعیت یک نقطه بر حسب طول و عرض جغرافیایی نیست بلکه تعیین موقعیت مکانی تعدادی از نقاط نسبت به یکدیگر است.

موقعیت­‌های نسبی می­‌توانند در مقایسه با موقعیت­‌های مطلق و مستقل با دقت بسیار بالاتر اندازه­‌گیری شوند و این برگ برنده RTK است. همانطور که گفته شد، RTK نيز مانند DGPS، از یک گیرنده متحرک و یک ایستگاه مرجع (مبنا) استفاده می­‌کند. ایستگاه مبنا، تصحیحات بلادرنگ را به گیرنده متحرک می‌رساند.

موقعیت­‌يابی فاز حامل

   سیستم تعیین موقعیت آنی از طريق اندازه‌­گیری فاز موج حامل (به جای کد PRN)، موقعیت مکانی نقاط را نسبت به ایستگاه مرجع تعیین می­‌کند. سیگنال موج حامل دارای طول موجی کوتاه­تر در مقایسه با پهنای چرخه کد PRN است (100 تا 1000 برابر کوتاه­تر). بنابراین به همین نسبت، قابلیت اندازه­‌گیری فاصله در تعیین موقعیت آنی ، RTK بهبود می‌­یابد. در واقع، گویی فرآیند اندازه­‌گیری با خط­‌کشی که دارای درجه­‌بندی ریزتری است، انجام می­‌شود.

پیشنهاد بعدی   آشنایی با فرمت KML و فرمت KMZ و ساختار ذخیره‌سازی اطلاعات مکانی در آن‌ها

مزایا و معایب بهره­‌گیری از فاز حامل

بهره­‌گیری از فاز حامل دارای دو مزیت و یک عیب می­‌باشد که به شرح زیر هستند:

  • مزیت: خطاهای گیرنده به کمترین حد می­‌رسند.

با بكارگيري DGPS، به واسطه اندازه­‌گیری کد PRN در یک نقطه مرجع و ارسال نتایج به گیرنده متحرک، خطاهای ماهواره و بعضی از خطاهای جوی به حداقل ميزان ممکن می­‌رسند. اما با استفاده از فاز حامل (در RTK) و تکنیک­‌های پیچیده‌­تر ریاضی می­‌توان خطاهای گیرنده را نيز تا حد بیشتري حذف نمود.

  • مزیت: خطاهای جوی به کمترین حد می­‌رسند.

تاخیر یونوسفری که برای سیگنال ایجاد می­‌شود، تابعی قابل پیش­‌بینی از فرکانس است. با اندازه­‌گیری كردن تاخیرها در هر دو فرکانس­ حامل L1 و L2، می­‌توان خطای یونوسفری را با دقت بالا تعیین كرد و آن را به طور چشمگیری کاهش داد. به همین دلیل، گیرنده­‌هایی که دقت آنها تا حد سانتی­متر است، معمولاً هر دو حامل L1 و L2 را اندازه می­‌گیرند و در فواصل بیشتری از ایستگاه مبنا قادر به كار كردن هستند.

  • عیب: ابهام فاز حامل باید با سعی و خطا حل شود.

فاز حامل برخلاف کد PRN، دارای شاخص زمانی نیست. این کد صرفاً امواج پشت سر هم هستند که همگی شبیه به يكديگر مي­‌باشند. می­‌توان فاز یک دوره (چرخه) از یک حامل را با دقت بالا اندازه‌­گیری کرد اما نمی­‌توان پی برد که چه تعداد دوره حامل میان گیرنده و ماهواره وجود دارد.

به هر حال در این مورد، فاصله تا ماهواره اهمیتی ندارد و فقط جهت و فاصله از گیرنده مرجع تا گیرنده متحرک حائز اهميت می‌باشد. این فاصله بسیار کوتاه­تر است و امکان استفاده از حدس و گمان قوی ریاضی را فراهم می­‌کند. كاربر ابتدا با امتحان کردن یک راه حل شروع كرده و سپس راه حل دیگری را آزمایش می­‌کند تا دریابد کدام راه حل به بهترین نحو با همه اندازه­‌گیری‌ها هماهنگی دارد. این فرآیند، «آغاز RTK» یا گاهی اوقات «یافتن عدد صحیح» نامیده می­‌شود.

   هنگامی که تعیین موقعیت فاز حامل برای اولين بار در اواخر دهه 80 میلادی مورد استفاده قرار گرفت، موقعیت­‌يابي صرفاً از طريق پس­‌پردازش با رايانه -بعد از اینکه همه اندازه­‌گیری­‌ها انجام شده و داده­‌ها جمع­‌آوری شدند- قابل انجام بود.
انجام محاسبات لازم برای به دست آوردن نتایج، مستلزم صرف ساعت­‌ها زمان بود. با پیشرفت تکنولوژی و فن­‌آوری، اکنون انجام این محاسبات به صورت بلادرنگ در گیرنده متحرک امکان­‌پذير است.

RTK ، روشی دقیق در تعیین موقعیت نسبی

RTK ، روشی دقیق در تعیین موقعیت نسبی

پس­‌پردازش، به جای بلادرنگ، هنوز هم برای کاربردهایی که خواستار نهایت دقت (در حد میلی­متر) هستند، مورد استفاده قرار می­‌گیرد. اما سیستم تعیین موقعیت آنی روشی است که از هر جهت منتخب نقشه­‌برداران و ساير کاربران GPS است.


تفاوت­‌های میان
DGPS و RTK

   در جدول زیر به طور جزئی‌تر، تفاوت­‌های اساسی میان RTK با GPS مستقل و DGPS بررسی شده‌اند:

تفاوت‌هاي میان DGPS و RTK

تفاوت‌هاي میان DGPS و RTK

منابع مرجع RTK

   تاکنون فرض بر این گذاشته شد که منبع اطلاعات تصحیح تعیین موقعیت آنی ، RTK، یک تک­ گیرنده مرجع می­‌باشد. این فرض، محدودیت قابل توجهی را به همراه خواهد داشت و آن، فاصله است. هر قدر فاصله گیرنده متحرک از گیرنده مرجع در روش تعیین موقعیت آنی بیشتر باشد، مسیر سیگنال­‌ها از گیرنده­‌ها تا ماهواره­‌ها -به دلیل عبور از قسمت­‌های مختلف جو- بیشتر دچار انحراف می­‌شود. این تغییرات ايجاد شده در لايه­‌های جوی (عمدتاً یونوسفری) كه به دليل فاصله بين گيرنده متحرك و گيرنده مرجع می­‌باشند، افزایش خطا را در موقعیت محاسبه شده RTK سبب مي­‌گردند. این خطای وابسته به فاصله، بيشتر برای پردازش فاز حامل، مشکل ايجاد می­‌كند تا برای پردازش کد PRN.

اگر شرایط یونوسفر ملایم و مطبوع باشد، دستیابی به نتایج خوب در فاصله بیش از 20 کیلومتر از مرجع در روش RTK امکان­‌پذیر است. در مناطق استوایی یا در شرایطی که یونوسفر فعال و پرتحرک است، نمی‌­توان بیش از 5 کیلومتر از مرجع فاصله گرفت، مگر اینکه خطر افت ناگهانی دقت پذيرفته شود.

   مباحث مربوط به GPS و روش‌های نوین مرتبط با آن، گسترده و پیوسته در حال نو شدن و پیشرفت می‌باشد. امید است با دنبال نمودن مطالب، اطلاعات شما در زمینه‌های مورد نظر بروز رسانی شده و پاسخ لازم به سوالات شما داده شود.

درباره نویسنده :

کارشناس مهندسی عمران - نقشه برداری
کارشناس ارشد سیستمهای اطلاعات مکانی

دیدگاه خود را اینجا ثبت کنید