کاربرد GPS در نقشه برداری

به کمک GPS نقشه برداری های دقیق و مدل سازی های دنیای فیزیکی، از کوه ها و رودخانه و دشت ها تا خیابان ها و منابع دیگر به صورت دقیقی انجام می گیرد؛ که این اندازه گیری ها را می توان در نقشه های سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) ذخیره کرد و  در این نقشه ها می توان داده های مرجع جغرافیایی را ذخیره، تغییر و نمایش داد.

جی پی اس چیست؟

 سیستم موقعیت‌یاب جهانی  یا جی‌پی‌اس (Global Positioning Systems)، یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره‌ای است که از شبکه‌ای با حداقل ۲۴  ماهواره تشکیل شده است. اولین ماهواره جی‌پی‌اس در سال ۱۹۷۸ با موفقیت به فضا پرتاب شد. هدف اصلی از طراحی جی‌پی‌اس، اهداف نظامی بود ولی از سال ۱۹۸۰  به بعد استفاده عمومی آن آزاد و آغاز شد. اختراع جی پی اس توسط راجر ال استون، ایوان ای گتینگ و برادفورد پارکینسون از آزمایشگاه فیزیک پیشرفته ایالات متحده صورت گرفت؛ افتخار اختراع این سیستم به آن ها تعلق دارد.

جی‌پی‌اس، سامانه‌ای است که به کمک ماهواره‌ ها جهت یابی می‌‌کند. ماهواره ‌هایی که هرکدام در مدارهای خود به دور زمین می چرخند؛ این ماهواره‌ ها با ایستگاه‌ های ویژه‌ای بر روی زمین در تماس اند و همواره موقعیت آن‌ها در فضا مشخص است. خدمات این سیستم در هر مکان، زمان و شرایط آب و هوایی در دسترس است و استفاده از آن رایگان است؛ همچنین با استفاده از این سیستم، به مقدار تجهیزات، نیروی انسانی و کار کمتر نیاز می باشد .سیستم جی پی اس  وقتی توسط فرد ماهر استفاده می شود، تولید نقشه و نقشه برداری داده ها با بالاترین دقت و صحت صورت می گیرد و جمع آوری داده ها برمبنای  GPS با دقت و سرعت بالاتر از روشهای ممیزی کردن  و نقشه برداری های اولیه انجام می گیرد.

در واقع اساس کار این سامانه، فرستادن سیگنال‌های رادیویی با فرکانس بالا و به طور مداوم است که زمان و مکان ماهواره را نسبت به زمین مشخص می‌‌کند و یک گیرندۀ جی‌پی‌اس روی زمین، با گرفتن این اطلاعات از سه ماهواره یا بیشتر، آن‌ها را پردازش می‌‌کند و موقعیت کاربر را در هر نقطۀ زمین، در هر ساعتی از شبانه روز و در هر وضعیت آب و هوایی به او نشان می‌‌دهد.

ساختار جی پی اس GPS

جی‌پی‌اس ها از سه بخش اساسی تشکیل شده‌ اند. این سه بخش اصلی عبارتند از:

1. بخش فضایی

2. بخش کنترل

3. بخش کاربری

بخش فضایی  Space Segment :

بخش فضایی از ۲۴ تا ۳۲ ماهواره تشکیل شده‌است که در مدار میانی زمین Medium Earth Orbit قرار گرفته‌اند و همچنین شامل تأسیساتی هم می‌شود که برای آماده‌سازی و پرتاب آنها به کار می‌روند.

بخش کنترل Control Segment :

بخش كنترل ( ادوات كنترل ) شامل سيستمي از ايستگاه هاي رديابي (tracking) موجود در اطراف جهان است. از یک ایستگاه کنترل اصلی زمینی MCU ، یک ایستگاه کنترل زمینی دیگر به عنوان پشتیبان گرفته شده که از یک میزبان آنتن های اختصاصی و اشتراکی برای سیستم و ایستگاه‌های پایش تشکیل شده‌است. اين مركز با اطلاعات رديابي دريافت شده از مراكز رديابی، پارامترهاي ساعت و مدار ماهواره ها را محاسبه مي كند. نتايج حاصل شده از محاسبات به يكي از سه مركز كنترل زميني جهت فرستاده شدن به ماهواره ها، انتقال داده مي شود.

بخش کاربری   User Segment :

از صدها هزار کاربر نظامی آمریکایی و متحدان آن که از جی‌پی‌اس کد گذاری شده برای تعیین موقعیت دقیق استفاده می‌کنند. این بخش از ساختار جی پی اس تمامی اطلاعات را روی گیرنده های جی پی اس دریافت می کند و آنها را به صورت اطلاعاتی چون مسیر حرکت، موقعیت مکانی، سرعت، جهت یابی و... را به نمایش می گذارد.

انواع جی پی اس

جی پی اس را می توان به صورت تخصصی دسته بندی کرد برای مثال:

1. نقشه‌برداری

2. پروژه‌های عمرانی

3. کوه نوردی

4. کایت ‌سواری

5. سفر در مناطق ناشناخته

6. قایق ‌رانی

7. کشتی‌ رانی

8. تجاری

9. ردیابی

10. عملیات نجات هنگام وقوع سیل و زلزله

11. کنترل ترافیک

کاربرد جی پی اس در نقشه برداری

نقشه برداری کردن و جامعه نقشه برداری یکی از اولین مزایای استفاده از سیستم GPS می باشد. سیستم GPS باعث افزایش چشمگیر بهره وری و در نتیجه اطلاعات دقیق تر و قابل اعتماد تر در نقشه برداری شده است و همچنین  اخیراً GPS یک بخش حیاتی از نقشه برداری کردن و کلیه فعالیت ها در زمینه نقشه برداری، در سراسر جهان است.

 در قدیم برای نقشه برداری تپه ها نیاز بود که در آن مکان مستقر شوید و نقشه برداری را انجام دهید ولی امروزه با وجود جی پی اس این قابلیت در دسترس شما قرار دهد که با هرچه فاصله بیشتر بتوانید ایستگاه هارا مستقر  کنید و دیگر محدودیت های خط دید مرئی بین ایستگاه های مطالعه را نداشته باشید.

برخی از گیرنده های جی پی اس

1- گيرنده هاي نقشه برداري تك فركانسه

گیرنده های تک فرکانسه در انتشار  ایستگاه ها یا شبکه های نقاط نقشه برداری کاربرد دارند که دریافت کننده موج L1 می باشند.این گیرنده ها قابلیت بازگشایی کد C/A را دارا می باشند. قدرت اصلي دستگاه های تک فرکانسه در تعيين موقعيت، تفاضلي مي باشد. دقت تعيين موقعيت مسطحاتي در روش تفاضلي در دستگاه هاي تک فركانسه، بعد از پردازش كمتر از يك سانتي متر خواهد بود. از این دستگاه ها برای تكثير شبكه نقاط نقشه برداری، استفاده می شود.

این دستگاه ها براي عمليات برداشت نقاط شهري مناسب نمي باشند زیرا اين گيرنده ها فقط دريافت كننده موج L1 مي باشند و در صورت قطع ارتباط ماهواره، نيازمند زمان زیادی براي توجيه مجدد مي باشند.

2- گيرنده هاي دو فركانس

امواج L1 و L2 توسط گیرنده های دو فرکانسه دریافت می شوند که قابلیت رمزگشایی كد C/A و P و L2C را دارند. در نقشه برداری برای انتشار نقاط، برداشت، پیاده سازی و.... از گیرنده های دو فرکانسه استفاده می شود که دقت تعيين موقعيت مسطحاتي آن، 3 تا 5 میلی متر و در حالت تفاضلي آن، 1 تا 3 سانتيمتر است. اين دستگاه ها قابليت ارسال تصحيحات از ايستگاه مرجع به دستگاه در حال برداشت را دارد. تصحيحات مي تواند توسط راديو مودم، سيم كارت و سيستم اينترنت GPRS ارسال شود.ویژگی بارز دستگاه دو فرکانسه دریافت موج L2 است. 

3- گيرنده هاي سه فركانس

 گیرنده سه فرکانسه علاوه بر امواج L1 و L2 قابليت دريافت موج L5 را نیز دارد. اين موج جهت بهبود كيفيت اطلاعات دريافتي و بهينه سازي امواج استفاده مي شود. فركانس اين موج که امید به زندگی نام گذاری شده است؛ مشابه فركانس موج L1 بوده و از لحاظ كارايي و كاربري مشابه سيستم دو فركانسه مي باشد.