طرق الرصد في GPS

نقلا عن د. جمعة داود في ملتقي المهندسين العرب في:
http://www.arab-eng.org/vb/t139156.html#post1144379
______________________________________________

السلام عليكم

الفكرة جيدة ، وسأبدأ معكم أخواني في مقدمة عن طرق الرصد في GPS ونكمل الموضوع من خلال المناقشات والردود:

أولا: الرصد الثابت Static

هي أقدم طرق الرصد - المساحية بصفة عامة - المعروفة في استخدام GPS ، وهي أن يحتل جهاز (أو أكثر) نقطة (أو أكثر) من الثوابت الارضية معلومة الاحداثيات علي أن يحتل الجهاز الاخر النقطة المجهولة (المطلوب تحديد احداثياتها) لمدة لا تقل عن 30 دقيقة من الرصد المتبادل Simulatenous Obervations. وبذلك يتم تكوين خط قاعدة Base line ويتم رصد الخط (فرق X ، فرق Y ، فرق Z) بين كلا النقطتين ، وطالما أن النقطة الاولي معلومة الاحداثيات فيمكن حساب احداثيات النقطة الثانية من خط القاعدة هذا. وتكون فترة الرصد أو مايطلق عليها session لا تقل عن نصف ساعة (رصد مشترك بين النقطتين في نفس الوقت) للوصول الي دقة جيدة في حساب خط القاعدة ومن ثم حساب احداثيات النقطة المجهولة. وفي الاعمال عالية الدقة (الشبكات) يفضل أن تزيد session الي ساعة وأحيانا ساعتين ، لان القاعدة الاساسية هي: كلما زاد وقت الرصد زادت كمية الارصاد فتزيد الدقة في الحسابات.

ثانيا: رصد الشبكات Netwok

تقريبا هي نفس طريقة الرصد الثابت لكن مع استخدام عدد (وليس 2 فقط) من الاجهزة يحتلوا مجموعة من النقاط في نفس الوقت. وغالبا يكون هناك نقطتين (من نقاط الشبكة المرصودة) معلومين الاحداثيات بينما باقي الاجهزة يحتلوا نقاط مجهولة. وهنا يزيد وقت الرصد Session بما لا يقل عن ساعة (لكنه يعتمد علي أطوال خطوط هذه الشبكة) حتي يمكن الوصول لدقة مناسبة.

ثالثا: الرصد المتحرك Kinematic

في هذه الطريقة يكون الجهاز مستمر في الحركة طوال الرصد. مثال: جهاز GPS مثبت في طائرة أو باخرة ... الخ. لذلك لا تستخدم هذه الطريقة في الهندسة المساحية لان دقتها = دقة الاجهزة الملاحية أو المحمولة يدويا ، أي في المتوسط 4-8 متر.

رابعا: الرصد شبه المتحرك أو الرصد المتحرك الزائف Semi-Kinematic أو Pesudo-Kinematic

هي فئة تضم داخلها مجموعة من طرق رصد GPS وليس طريقة واحدة ، لكن فكرتها الاساسية أن هناك جهاز GPS يكون ثابت static علي نقطة معلومة الاحداثيات بينما هناك جهاز اخر (أو مجموعة من الاجهزة) تتحرك لرصد نقطة - أو نقاط - مجهولة. المبدأ الذي تعتمد عليه هذه الطرق هو: طالما أن الجهاز الثابت يحتل نقطة معلومة الاحداثيات فيقوم بحساب الاحداثيات كما هي من أرصاد أقمار GPS ويقارنها بقيم الاحداثيات المعلومة لهذه النقطة ، ومن هنا يمكن حساب قيمة الخطأ في أرصاد كل قمر من أقمار GPS في كل لحظة من وقت الرصد (بطرح الاحداثيين) ، وبالتأكيد فأن قيمة هذا الخطأ سيكون هو نفسه في أرصاد نفس القمر الصناعي في نفس لحظة الرصد عند الجهاز الاخر المتحرك Rover GPS Receiver ، وبالتالي فاذا أمكننا اضافة قيمة هذا الخطأ (المحسوب عند النقطة الثابتة) الي أرصاد GPS عند النقطة المجهولة فيمكننا زيادة دقة احداثيات النقطة المجهولة والوصول بالدقة الي مستوي السنتيمترات.

أما كيف تتم هذه العملية الحسابية فهناك عدد من الطرق لكن أهمها طريقتين:

طريقة الرصد المتحرك بالحساب المكتبي Post-Processing Kinematic وأحيانا تسمي اختصارا PPK

تتم الاعمال الحقلية كلها - سواء للجهاز الثابت أو المتحرك ثم يتم تحميل جميع الارصاد علي الكمبيوتر بعد العودة للمكتب في نهاية اليوم ويقوم برنامج الحسابات software بعمليات التصحيح وحساب احداثيات النقط المجهولة اعتمادا علي احداثيات النقطة - أو النقاط - المعلومة.

طريقة الرصد المتحرك اللحظي Real Time Kinematic أو اختصارا RTK

تختلف عن الطريقة السابقة في وجود جهازين راديو لاسلكي مركبين علي كلا من الجهاز الثابت Static والجهاز المتحرك Rover ، بحيث يقوم الجهاز الثابت بحساب الخطأ في أرصاد GPS في كل لحظة من فترة الرصد وارسال هذه التصحيحات - عن طريق جهاز الراديو اللاسلكي - الي الجهاز المتحرك والذي بدوره يقوم بتصحيح أرصادة وحساب احداثيات النقطة المجهولة - بدقة عالية - في نفس اللحظة. وبالتالي فلا تحتاج هذه الطريقة لعملية الحساب المكتبي وانما تتم كلها في الموقع مباشرة.

وبالتأكيد فأن كل طريقة من الطرق السابقة لها مميزاتها و عيوبها وأيضا استخداماتها.

هذا و الله أعلي و أعلم.

حوار عن الموضوع مستمر في:
http://mesa7a.com/forum/showthread.php?p=139696&posted=1#post139696
_______________________________________________________________

سؤال:

احب ان أسأل سيادتكم أن الطريقة الأخيرة وهى طريقة الرصد المتحرك اللحظي Real Time Kinematic أو اختصارا RTK تستخدم فى مصر بشكل موسع للإستخدامات البحرية الملاحية وبعض أعمال المساحة الهيدروجرافية كإنزال الخطوط البحرية والكابلات cables & pipelines laying وقد أنشئت هيئة الموانئ والمنائر المصرية ست محطات للرصد المتحرك اللحظى تغطى جميع السواحل والمياه الإقليمية المصرية فى الاسكندرية وبورسعيد و مرسى مطروح للبحر الابيض وغارب وام سيد والقصير للبحر الاحمر ... ومثيلتها موجودة فى الكويت بالأحمدى
وسؤالى هو لماذا تختلف دقة تلك المحطات عن نظيراتها فى والكويت برغم من إعتماد نفس البروتوكل الدولى RTCM؟
____________________________________________________________

الرد:

أولا: من قال لا أعلم فقد أفتي !! فليس لدي معلومات كثيرة عن محطات أو شبكة هيئة المواني و المنائر أو عن أسلوب عملها.

ثانيا: في هذه النوعية من طرق رصد GPS هناك أسلوبين مختلفين في الدقة وان كان كلاهما يعتمد علي مبدأ التصحيح عند النقطة الثابتة وبث الفروق الي النقطة المتحركة.

من المعروف أن هناك نوعين من أرصاد GPS وهما:

1- الشفرة Code وهي طريقة سريعة و لا تحتاج لمواصفات تقنية عالية في جهاز الاستقبال (لذلك هي الطريقة المستخدمة في أجهزة GPS الملاحية المحمولة يدويا) ودقتها في حدود 4-8 متر عند استخدام جهاز واحد فقط.

2- الموجة الحاملة للاشارة Carrier Peat Phase وهي الادق (سنتيمترات) لكنها تحتاج لاجهزة لها مواصفات تقنية عالية ، لذلك فهي الطريقة التي تعتمد عليها أجهزة GPS الهندسية أو الجيوديسية.

فاذا أنتقلنا لطريقة التصحيح المستخدمة في أسلوب الرصد شبه المتحرك سنجد - تبعا لذلك - أسلوبين:

1- ارسال تصحيح code من الجهاز الثابت الي الجهاز المتحرك وهنا يسمي هذا الاسلوب Differential GPS أو اختصارا DGPS. ومن مميزاته السرعة في نقل البيانات بين الجهازين ورخص ثمن البرامج و أجهزة الراديو اللاسلكي المطلوبة ، لكن من الناحية الاخري فأن دقة هذا الاسلوب تكون - عامة - واحد متر أو أقل.

2- ارسال تصحيح phase من الجهاز الثابت الي الجهاز المتحرك وهنا يسمي هذا الاسلوب RTK . ومن عيوبه ارتفاع ثمن البرامج و أجهزة الراديو اللاسلكي المطلوبة بين كلا من الجهاز الثابت و المتحرك، لكن من الناحية الاخري فأن دقة هذا الاسلوب تكون - عامة - سنتيمترات. وهذا هو المتبع في أعمال المساحة الارضية.

فلا أستطيع أن أعطي سبب لاختلاف دقة المحطات البحرية المصرية عن مثلتها الكويتية.

هذا والله أعلي و أعلم.

مازال الحوار مستمر في الرابط المشار اليه سابقا:


سؤال:

بالنسبه للاجهزه الملاحيه الكفيه التى تعطى نتائج غير دقيقه هل من طريقه لزياده مقدار الدقه فى تلك الاجهزه والتقليل من مقدار الخطا بها فى عمل الكروكيات المساحيه واسقاطها والاعمال المساحيه غير الدقيقه.

الرد:

جميع الاجهزة الملاحية تعتمد علي أرصاد الشفرة code و لا يمكن زيادة دقة هذه النوعية من الاجهزة لان أرصاد الشفرة أصلا ليست دقيقة. لكن لو الجهاز الملاحي له امكانية استقبال تصحيحات DGPS (من أي نقطة ثابتة أو شبكة تبث التصحيحات) فيمكن أن تصل الدقة الي متر واحد فقط.

أيضا تجب الاشارة الي ظهور نوعية ثالثة من أجهزة GPS (بخلاف النوعية الملاحية و النوعية الهندسية) في السنتين الاخيرتين. وهي نوعية تحاول الوصول لدقة أحسن من دقة الاجهزة الملاحية و في نفس الوقت أن يكون سعر الجهاز أقل من سعر الجهاز الهندسي. وكانت هذه النوعية موجودة منذ 10 سنوات (أنا استخدمتها في نهاية التسعينات) الا أنها لم تنتشر سواء في مصر أو العالم ، وحديثا بدأت هذه الاجهزة في العودة للظهور مرة أخري مع انتشار تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية ، ولذلك سميت الاجهزة الجديدة GPS for GIS. الفكرة الاساسية لهذه النوعية أنها تستقبل اشارات الموجة الحاملة للاشارة وهي الادق من أرصاد الشفرة - كما سبق القول - لكن التقنية المستخدمة في تصنيع الجهاز ليست عالية جدا مثل الاجهزة الهندسية. وبالتالي فيجب وجود جهازين أحدهما يحتل نقطة معلومة الاحداثيات والاخر يتحرك علي النقط الجديدة ، ويتم عمل الحسابات علي الكمبيوتر بعد العودة للمكتب (أي أسلوب PPK السابق الاشارة اليه). وتصل دقة هذه الاجهزة الي حوالي نصف متر أو أقل ، ويصل سعرها التقريبي حوالي 5000 دولار (بالمقارنة بسعر الجهاز الهندسي وهو تقريبا 15000 دولار). كما أن الجهاز به امكانية ادخال بيانات غير مكانية Attribute Data لكل نقطة مرصودة ويمكن تصدير النتائج الي صيغة shapefile الخاصة ببرامج GIS ليتم ارسال البيانات مباشرة من الجهاز الي Arc GIS مثلا (وهذا هو السبب وراء الاسم الجديد لهذه النوعية من الاجهزة: GPS 4 GIS ).

حوار اخر - حول نفس الموضوع - في:
http://www.awsgis.com/vb/showthread.php?p=1651#post1651
___________________________________________________

سؤال:
شكرا جزيلا علي هذه المعلومات القيمة ، بس كان في عندي سؤال : لو مفيش اي نقطة معلومة الاحداثيات في الموقع ما هي الخطوات التبعة لانشاء نقط تحكم بدقة عالية لا تقل عن 5 سم ؟

الرد:
السلام عليكم
في حالة عدم وجود نقاط ثوابت قريبة - للربط عليها - وللوصول لدقة جيدة في حساب احداثيات (تثبيت) نقطة جديدة يمكن عمل مجموعة من الخطوات:

1- الرصد لمدة طويلة لا تقل عن 4-5 ساعات ويفضل مدد أطول

2- من المعلوم أن أهم مصادر أخطاء GPS الان هو الخطأ في مدار الاقمار الصناعية ولذلك تقوم الجهات الدولية المتخصصة باعادة حساب المدارات - بدقة عالية - بعد تجميع أرصاد من حوالي 300 محطة علي مستوي العالم ونشر المدارات الدقيقة Precise Orbits مجانا بعد مرور 15 يوم ، لذلك يجب الحصول علي هذه الملفات من هيئة IGS واستخدامها في الحسابات بدلا من المدارات التي تبثها الاقمار الصناعية في لحظة الرصد Broadcast Obits

3- لربط النقطة علي الشبكة العالمية (للحصول علي احداثياتها بدقة) يتم الحصول مجانا من موقع IGS علي ملفات أرصاد Raw Data لمحطة أو أكثر من المحطات العالمية - لنفس يوم الرصد - لاستخدامهم في الحسابات لانشاء شبكة من النقاط جميعهم معلومين ماعدا النقطة الجديدة المطلوب تحديد احداثياتها.

هذا و الله أعلي و أعلم.

السلام عليكم
جزاك الله كل خير يا دكتور وزادك من علمه
ولو ممكن يادكتور شرح بسيط عن كيفية تحميل ملفات ال Ephemerides من موقع IGS
http://www.igs.org/components/dcnav/cddis_data_daily_yyd.html

و جزاك الله خيراً

أنت تؤمر يا ابن النيل ، تفضل:

https://surveying.ahlamontada.com/montada-f11/topic-t567.htm#1348