سامانه موقعیت‌یاب جهانی یا همان GPS چیست

کاربرد GPS در نقشه برداری

وزارت دفاع آمریکا در سال 1980 میلای و با هدف کمک به پیداکردن موقعیت سربازان نظامی و نیروهای جنگی خود، اقدام به ساخت و بهره برداری از سیستمی با هدف ردیابی دقیق کرد. سیستم تعیین موقعیت جهانی جی پی اس در ابتدا تنها با اهداف نظامی همراه بود.

اما امروزه کاربردهای متفاوت و ساده تری پیدا کرده و به عنوانی راه حلی اساسی برای رفع نیازهای روز مردم مورد استفاده قرار می گیرد. سیستمی که روزانه میلیون ها کاربر در سراسر دنیا دارد و در بسیاری موارد نجات دهنده جان افراد بوده است. همچنین امروزه GPS ها به عنوان بهترین ابزار ممکن برای تامین امنیت ، نقشه برداری و مدل سازی عوارض فیزیکی زمین بکار می رود.

جی پی اس چیست؟

سیستم تعیین موقعیت جهانی (اختصاری GPS) سامانه‌ای برای یافتن موقعیت جهانی است. این سامانه از ۲۴ ماهواره تشکیل شده است که زمین را دور می‌زنند و در هر مدار ۴ ماهواره قرار دارد.

ماهواره های GPS در یک مدار معین، زمین را دو بار در روز دور می زنند و سیگنال های اطلاعاتی را به زمین ارسال می کنند.

دریافت کننده GPS این اطلاعات را گرفته و برای محاسبه مکان دقیق کاربر از روش های هندسی استفاده می کند.

در اصل دریافت کننده ی GPS زمان ارسال سیگنال از ماهواره را با زمان دریافت سیگنال مقایسه می کند.

اختلاف زمان بازگو کننده ی میزان فاصله ی ماهواره از دریافت کننده ی GPS است.

با اندازه گیری فاصله، از تعدادی از ماهواره ها ،دریافت کننده می تواند مکان کاربر را مشخص کرده و آن را روی نقشه ی الکترونیکی واحد نمایان کند.

یک دریافت کننده ی GPS با سیگنال هایی که از حداکثر سه ماهواره دریافت می کند، می تواند مسیر حرکت و مختصات دو بعدی (طول و عرض) مکان را محاسبه کند.

با در نظر گرفتن چهار ماهواره یا بیشتر، دریافت کننده می تواند مختصات سه بعدی (طول،عرض،ارتفاع) مکان کاربر را مشخص کند.

زمانی که مکان کاربر مشخص شد ، GPS می تواند سایر اطلاعات نظیر:سرعت،مسیر،فاصله ی پیموده شده،فاصله تا مقصد،زمان طلوع و غروب خورشید و … را محاسبه کند.

بخش های اساسی در جی پی اس

جی پی اس ها از سه بخش اساسی تشکیل شده اند که عبارتند از:

1. بخش فضایی
2. بخش کنترل
3. بخش کاربری

بخش فضایی

ماهواره‌های GPS در حدود ۹۰۰ کیلوگرم وزن و ۵ متر با پیل‌های خورشیدی طول دارند. عمر مفید این ماهواره‌ها برای ۷.۵ سال طراحی شده است اما اغلب مدت زمان بیشتری در مدار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پنل‌های خورشیدی نیروی اولیه را تهیه می‌نمایند و نیروی (تغذیه) ثانویه توسط باطری‌های Nicod تأمین می‌شود. در هر ماهواره چهار ساعت (Clock) اتمی فوق‌العاده دقیق نصب گردیده است.

در سپتامبر ۲۰۰۱ تعداد ماهواره‌های مورد استفاده در مدار ۲۷ عدد بوده است.

مدارات ماهواره‌ها( Satellite orbits )شامل ۶ مدار با فاصله ۶۰ درجه و در هر مدار ۴ ماهواره وجود دارد و این امكان را فراهم می‌سازد كه با وجود اشكال و خرابی ۲ ماهواره در هر مدار سیستم كار نرمال خود را انجام دهد.

هر سطح مداری شیبی برابر با ۵۵ درجه با سطح مدار استوایی دارد.

ارتفاع زیاد مدار (km ۲۰۰۰۰) باعث ثابت ماندن ماهواره‌ها در مدارشان می‌شود. همچنین ارتفاع زیاد ماهواره باعث پوشش منطقه وسیعی در روی زمین می‌شود. ماهواره‌های GPS هر نقطه در روی زمین را ۲ بار در روز پوشش می‌دهند (از هر نقطه در روی زمین دوبار در روز می‌گذرند).

بخش کنترل

بخش كنترل شامل پنج ایستگاه مونیتور در اقصا نقاط جهان شامل هاوایی، كواجالین،‌ جزیره اسنشن، دیوگوگارسیا و كلورادو است. ایستگاه (MCS) یا مركز كنترل در كلورادو قرار دارد.

ایستگاه‌های مونیتور، ماهوار‌های در معرض دید را ردیابی می‌نماید و اطلاعات فاصله را جمع‌آوری و این اطلاعات را در ایستگاه MCS تجزیه و تحلیل و سپس مدارات ماهواره‌ها را مشخص می‌نماید و پیام‌های هر ماهواره مكان‌یاب را به روز می‌نماید.

اطلاعات به روز شده از طریق آنتن‌های زمینی به ماهواره‌ها ارسال می‌گردد.

ماهواره‌های GPS پیام‌های اطلاعاتی ماهواره (موقعیت و زمان) ، تقویم نجومی و اصلاح مداری را كه از ایستگاه MCS دریافت می‌نمایند، ارسال می‌كنند و گیرنده‌های GPS از تمامی این اطلاعات جهت محاسبه موقعیت استفاده می‌نمایید.

بخش کاربری

بخش کنترل سیستم تعیین موقعیت جهانی (GPS) شامل تجهیزات و ایستگاه های جهانی برای ردیابی ماهواره های GPS و مشاهده انتقال ها، اجرای تحلیل ها و ارسال فرمان ها و داده ها به مجموعه ماهواره ها است.

بخش کنترل عملیاتی کنونی از یک ایستگاه کنترل مرکزی، یک ایستگاه کنترل مرکزی جانبی، 12 آنتن فرمان و کنترل و 16 پایگاه مشاهده تشکیل شده است.

انواع کاربرد جی پی اس

جی پی اس را از نظر انواع کاربرد آن می توان به صورت تخصصی به دسته های مختلفی از جمله:

1. نقشه برداری
2. پروژه های عمرانی
3. کوه نوردی
4. کایت سواری
5. قایق رانی
6. کشتی رانی
7. تجاری
8. ردیابی
9. عملیات نجات هنگام وقوع سیل و زلزله

تقسیم بندی کرد.

دسته بندی GPS های نقشه برداری از نظر تعداد فرکانس

1.گیرنده های تک فرکانسه

استفاده از جی پی اس های تک فرکانس کاری زمان بر است.

در واقع در زمان استفاده از این جی پی اس ها شما حدود 20 دقیقه در ابتدا باید منتظر بمانید تا جی پی اس بر روی نقطه مربوطه استقرار پیدا کند که این کار با استفاده از سه پایه های مخصوص انجام می شود.

این موضوع در زمان نقشه برداری می تواند باعث خستگی زیاد شما شود چرا که شما هر بار نیازمند صرف 20 دقیقه زمان هستید تا بتوانید نتایج مورد نیاز خود را دریافت کنید.

علاوه بر این زمانی که شما اطلاعات را جمع آوری کردید باید زمان زیادی را نیز صرف انجام محاسبات با استفاده از نرم افزارها و فرمول های مختلف کنید که خود این کار نیز زمان بر خواهد بود و به همین علت نیز امروزه در بسیاری از موارد از gps های تک فرکانس استفاده نمی شود.

2.گیرنده های دو فرکانس

 این جی پی اس ها بعد از راه اندازی به سرعت اطلاعات مورد نیاز را در اختیار شما قرار می دهند. بر خلاف جی پی اس های تک فرکانس نیاز نیست که زمان زیادی را صرف جمع آوری و ذخیره سازی اطلاعات مورد نیاز خود کنید.

در واقع این gps قادر است تا اطلاعات مورد نیاز شما را به صورت آنی و لحظه ای در اختیار شما قرار دهد.

شما در همان لحظه نیز می توانید پردازش های لازم را بر روی اطلاعات انجام دهید با استفاده از محاسبات خاص نتایج را دریافت کنید.

شاید برای شما جالب باشد که بدانید مدت زمانی که طول می کشد تا gps دو فرکانس اطلاعات را در اختیار شما قرار دهد تنها چند ثانیه است.

3.گیرنده های چند فرکانس

سیستم تعیین موقعیت جهانی نقشه برداری که به GPS ایستگاهی و یا GPS سه فرکانسه معروف هستند. برای اولین بار توسط کمپانی لایکا ژئوسیستم به بازار کار نقشه برداری معرفی شده اند.

این گیرنده ها در ابتدا توانایی دریافت امواج حامل از فرکانس L1 جی پی اس را داشته. همچنین با قرائت طولانی مدت استاتیکی در یک نقطه به دقت مطلوب ۵ میلیمتری به صورت پس پردازش می رسیدند.

پس از آن روش متحرک و یا کنیمایک مطرح شد و گیرنده ها به صورت Base , Rover به روش Stop&Go با مدت زمان قرائت کمتر به دقت دوسانتی متری به روش پس پردازش می رسیدند که این متد صرفه جویی بسیاری را در زمان عملیات زمینی به ارمغان آورد.

در انتها اگر قصد خرید دستگاه GPS را دارید، نکات کاربردی خوبی توسط مهندس سلیم آبادی بیان گردیده است. این ویدئو از سری مباحث حرید GPS در صفحه شخصی اینستاگرام جمع آوری شده است.