در مورد GPS بیشتر بدانیم

مقـدمـه

GPS امروزه از يك فرآيند نقشه برداری به يك امر روزمره تبديل شده است. همه ما به نوعي با GPS در ارتباط هستيم يا به نحوي مي توانيم از امكانات و مزاياي اين سيستم بهره گيري كنيم. در اين مقاله به اساس كار و كاربردهاي اين سيستم نگاهي اجمالي كرده‌ايم:

GPS چيست ؟

GPS عبارتست از يك سيستم مكان ياب جهاني

GPS= Global positioning system

تعيين موقعیت با GPS چگونه انجام مي شود؟

به منظور تعيين موقعیت در اين سيستم چند ماهواره در مدارهاي مشخص به دور زمين در گردش هستند. بدين ترتيب قادر خواهيم بود با استفاده از يك دستگاه گيرنده GPS در هر نقطه از روي كره زمين موقعیت اين نقطه را تعيين كنيم.

تعيين موقعیت با GPS به دو روش صورت مي گيرند:

روش اول: تعيين موقعیت به روش نسبي : در اين روش موقعیت هر نقطه دلخواه نسبت به يك نقطه ثابت زميني بنام بنچ مارک (B.M) صورت می گیرد. بنابراین در این روش لازم است حتما مختصات یک نقطه برای استفاده کننده معلوم باشد، واضح است که قبل از تعیین موقعیت نقطه دلخواه ما ، باید به نحوی با نقطه ثابت ارتباط برقرار شود مهم ترین مزیت این روش دقت بالا در تعیین موقعیت می باشد در صورت استفاده از این روش، می توان موقعیت یک نقطه را با دقت در حد میلی متر محاسبه نمود.

روش دوم : تعیین موقعیت به روش مطلق: این موقعیت نیاز به استفاده از نقاط کمکی ثابت نخواهد داشت در این صورت کافی است دستگاه گیرنده GPS روی نقطه دلخواه ما مستقر شده و ضمن برقراری ارتباط با ماهواره های GPS ، موقعیت این نقطه تعیین خواهد شد. عمده کاربرد هایی که ما از GPS می شناسیم همگی بر این اساس صورت می گیرد در هر صورت سیستم GPS دارای این قابلیت است که می تواند مختصات هر نقطه دلخواه(چه ثابت و چه متحرک ) را تعیین و اعلام نماید.

ادامه نوشته

مسیر

مقدمه

 

به منظور ایجاد یک مسیر متشکل از خطوط مستقیم و انواع خطوط مورد لزوم اکیپی 10 نفره تشکیل داده و در ابتدای امر در محل مورد نظر حضور یافته و منطقه را مورد بررسی قرار دادیم و 6 نقطه از منطقه را به عنوان نقاط کنترل انتخاب نمودیم .سپس مختصات نقاط اول و دوم پیمایش را به وسیله GPS دستی برداشت کرده و ژیزمان امتداد اول را محاسبه کرده و بکمک آنها ژیزمان سایر امتدادها را بدست آورده و تمام نقاط را مختصات دار نمودیم.

در مرحله بعد با استقرار بر روی نقاط کنترل مختصات تمام جزئیات منطقه را برداشت کردیم و به این ترتیب نقاط لازم برای انترپوله را تهیه کردیم.

طی عملیاتی دیگر بین تمام رئوس بکمک دوربین نیو ترازیابی انجام داده و جدولی از اختلاف ارتفاعات منطقه بدست آوردیم و نقاط پیمایش را ارتفاع دار کردیم و ارتفاعات بدست آمده را با ترازیابی مثلثاتی انجام شده مطابقت دادیم .

تمام اطلاعات برداشت شده را از دوربین به کامپیوتر منتقل کرده و ویرایشهای لازم را بر روی آنها انجام دادیم و ترسیم منحنی میزانها را بر روی منطقه انجام دادیم ، سپس مسیر مورد نظر را در محیط LAND طراحی نموده این مسیر را به نقاطی با فواصل مشخص تقسیم بندی کرده و از آنها مختصات گرفتیم پس از آن مختصاتها را به دوربین منتقل کرده و آماده انجام مرحله پیاده کردن نقاط شدیم.

سر زمین حاضر شده و از روش مختصاتی و به کمک توتال استیشن نقاط را پیاده کرده در ضمن در دو لاین به فواصل 5 متری از هر طرف اکس مسیر و خود نقاط مسیر پیاده شده اطلاعات برداشت کردیم به منظور تهیه پروفیل طولی و عرضی.

نقاط برداشت شده را مجددا ه دوربین منتقل کرده سپس در محیط LAND پروفیل طولی تهیه کرده  و خط پروزه برای آن تعریف کردیم، همچنین پروفیل عرضی منطقه را  نیزتهیه کرده و خط تیپ آنرا ترسیم کردیم همچنین حجم عملیات خاکی را نیز محاسه کردیم و در نهایت امر نقشه تهیه شده را شیت بندی نموده و لژاندی برای آن تهیه کردیم .

آنچه که پیش روی شماست شرح جزئیات تمام عملیاتهای صحرایی و کارهای نرم افزاری انجام شده در راستای تهیه این نقشه می باشد.

gpچيست و چگونه كار مي كند؟

بشر اولیه همیشه به دنبال روشهای مناسبی جهت پیدا کردن مسیر خود بوده است . انسانهای اولیه این کار را با سنگ چین کردن و در نظر گرفتن علائم طبیعی انجام می دادند ولی این علائم به مرور زمان از بین می رفت .در اوائل قرن هفدهم کشورها فقط عرض جغرافیایی را می توانستند محاسبه کنند و این کار را با محاسبه زاویه ستاره شمالی با خط افق انجام می دادند .ولی به هیچ وجه نمی توانستند محاسبه کنند طول جغرافیایی را اندازه گیری کنند و به همین خاطر بسیاری از کشتیها در اثر ناوبری اشتباه گم می شدند و دیگر هرگز پیدا نمی شدند . همچنین آن زمان مصادف با جنگهای بین کشورهای اسپانیا * ایتالیا * فرانسه * انگلستان و سایر کشورها بود و حتی در ملاقات کشتی های تجاری آنها جنگ و خونریزی رخ می داد . در نهایت بشر با اختراع ساعت توانست طول جغرافیایی را محاسبه نماید . مبداء طول جغرافیایی طبق قرارداد بین کشورها گرینویچ می باشد . Time Greenwich Mean یا همان GMT طبق این قرارداد کره زمین که 360 درجه می باشد و هر ساعت 15 درجه خواهد بود . برای مثال کشور ما ایران 30:30 + نسبت به گرینویچ جلو تر است . بشر هر روز به دنبال پیدا کردن راه جدیدی جهت ناوبری مطمئن تر بود . در دوران جنگ سرد و پس از حمله غافلگیرانه به Pearl harbor در 7 دسامبر 1941 آمریکاییها احساس خطر کردند و با دلیل نگرانی از آغاز جنگ ناگهانی و از دست دادن مستعمراتشان شروع به طراحی GPS نمودند.

GPS های اولیه بسیار پیچیده بودند و کار با آنها بسیار سخت بود . به مرور زمان GPS ها بسیار پیشرفته تر شدند ولی این دستگاه فقط در اختیار وزارت دفاع آمریکا بود و هیچ سازمانی دیگر قادر به استفاده از این تکنولوزی نبود . پس از سقوط هواپیمای 007 کره ای در روسیه به خاطر ناوبری اشتباه* ریگان(رییس جمهور وقت امریکا) اعلام کرد که استفاده از GPS برای عموم آزاد است .


نحوه کارکرد GPS :
GPS یک دستگاه صرفا گیرنده می باشد که اطلاعات بدست آمده از های اطراف زمین را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و PIV شما را محاسبه می کنند .P=Position منظور موقعییت شما در هر نقطه از کره خاکی و فضای اطراف آن است . T = Time منظور زمان محلی دقیق و با دقت فوق لاعاده بالا در همان منطقه ای که شما هستید V = Veloctiy منظور سرعت لحظه ای شماست که آن را با دقت فوق العاده بالا محاسبه می کند . حال ما می خواهیم بدانیم یک دستگاه گیرنده با یک آنتن کوچک چگونه این اطلاعات را برای ما محاسبه می کند . تعداد 24 توسط شرکتهای تولید کننده GPS یعنی Garmin و Magellan در فاصله 20200 کیلو متری از سطح زمین قرار دارند و در هر مدار 4 قرار دارد . بدینسان این ها کل زمین را تحت پوشش خود قرار می دهند. در داخل هر کدام از این ها 4 ساعت اتمی قرار دارد تا مطمئن باشیم که در یک لحظه بخصوص حداقل یکی از آنها کار می کند . این ها کد های 0 و 1 را برای دستگاه گیرنده می فرستند مثلا در ثانیه 0 کد 00001001 و در ثانیه 001 *0 کد بعدی را در فضا منتشر می کند . هر کدام از این کد ها دوباره تکرار می شوند . مثلا دستگاه گیرنده شما کد 001 را در ثانیه اول می گیرد و در 1 نانو ثانیه بعد دوباره این کد را دریافت می کند . بنابر این تشخیص می دهد که مثلا فاصله زمانی بین شما و برای امواجی که با سرعت نور حرکت می کنند 1 نانو ثانیه می باشد . حال چرا اینقدر زمان برای ما مهم است ؟ به خاطر اینکه فاصله ها بر اساس زمان سنجیده می شوند . مثلا در مورد مثال بالا فاصله شما از برابر می شود با :X=vt=300000110(-9)
از طرفی دیگر در داخل دستگاه GPS شما حدس می زند که مکان هندسی شما یک کره به شعاع X ( که در بالا محاسبه کردیم ) و به مرکز مهواره مورد نظر می باشد در نتیجه شما با اول متوجه شدید که مکان هندسی شما در فضا سطح یک کره می باشد .حال با گرفتن سیگنال ها و محاسبه فاصله از دوم مکان هندسی شما در فضا سطح کره زمین خواهد شد . فصل مشترک این دو کره یک دایره است . سوم نیز مکان هندسی شما را بر روی یک کره دیگر تخمین می زند . فصل مشترک این کره با دایره قبلی دو نقطه خواهد بود . حال چهارم کره بعدی را می سازد که فصل مشترک یک کره با دو نقطه یک نقطه خواهد بود . خیلی جالب است ؟!
حال موقعیت شما بر روی کره زمین و فضای اطراف آن در یک نقطه مشخص شده است . به همین ترتیب زمان شما نیز با توجه به موقعیت شما و ساعت GPS محاسبه خواهد شد . این ساعت ساعت محلی است و با ساعت رسمی هر کشور فرق خواهد داشت . سرعت شما چگونه محاسبه خواهد شد ؟! آیا با تقسیم فاصله بین دو نقطه بر زمان ؟! اخیرا این روش * روش مناسبی جهت دستگاه دقیقی مثل GPS نمی باشد . سرعت شما با استفاده از اثر دوپلروروابط ان محاسبه میشود.ما در فیزیک دبیرستان با اثر دوپلر آشنا شدیم این در حقیقت همان شکل معروف آمبولانس است که با نزدیک شدن به ما * رسیدن به ما و دور شدن از ما صدایش نیز تغییر می کند .
طراحان آمریکایی از این مساله در طراحی رادارها و بخصوص دستگاه GPS جهت تعیین سرعت دقیق استفاده کرده اند . خوب حالا به این نکته رسیدیم که می توانیم موقعیت * سرعت و زمان دقیق خود را داشته باشیم . بنابراین طول جغرافیایی * ارتفاع از سطح آبها ی آزاد دریا ها * زمان محلی و سرعت را خواهیم داشت . اما آیا فقط همین اطلاعات در اختیار ماست یا بیشتر ؟!

سخت افزار و نرم افزار GPS :
سخت افزار GPS در حقیقت مجموعه ای از IC ها و تراشه ها جهت انجام محاسبات خاصی است که انجام آن برای شخص بسیار سخت می باشد
نرم افزار : نرم افزار این دستگاه شامل برنامه ای است که دستگاه با آن کار می کند و در حقیقت این هم مانند یکی از برنامه های کامپیوتری عادی است که البته به زبان C نوشته شده است . نسخه های جدید این برنامه ها در اینترنت و در سایت شرکتها نامبرده موجود می باشد همانطور که گفتیم دستگاه GPS یک کامپیوتر کوچک است که جهت انجام امور خاصی برنامه ریزی شده است . بنابراین این کامپیوتر با داشتن مختصات شما می تواند کارهای دیگری هم انجام بدهد . مثلا می تواند زمان طلوع و غروب خورشید را در موقعیت شما بگوید . همچنین زمان طلوع و غروب ماه . شاید خیلی جالب باشد ولی GPS می تواند زمان باقیمانده برای رسیدن به مقصد مورد نظر را با توجه به سرعت شما محاسبه کند . همچنین میانگین سرعت شما * بیشترین سرعت * میانگین سربالایی و سرازیری مسیر * سرعت عمودی * موقعیت منطقه از نظر شکار و ماهیگیری و شکار در هر نقطه جهان * محاسبه مساحت یک نقطه ناشناخته و بر گرداندن شما از مسیر آمده و ....
در ضمن نکته ای که در مورد GPS حائز اهمیت است این است که شرایط آب و هوایی هیچ تاثیر بر روی کارکرد این وسیله ندارد.