الرئيسية
ما هو نظام تحديد الموقع GPS
يعتبر نظام تحديد الموقع GPS جزءا هاما من منظومة عمل الأقمار الصناعية في الوقت الراهن ، وقد شاع مؤاخبارك استخدام هذا النظام في الكثير من دول العالم ، وتعددت تطبيقاته العملية ، فخلال حرب الخليج التي شنتها الولايات المتحدة الأمريكية ضد العراق ، استخدمت أمريكا هذا النظام بشكل مكثف للغاية ، لتوجيه قطاعاتها العسكرية وتوجيه صواريخها نحو أهدافها بدقة عالية .
ويمكن القول أن نظام (Global Positioning System ) GPS يعتمد على منظومة متكاملة من الأقمار الصناعية التي تعمل ضمن نظام يطلق عليه Sophisticated Network Of Satellites ، وهذه الأقمار تقوم بعملية مسح الكرة الأرضية مرتين كل 23 ساعة و 56 دقيقة ، كما تتوزع هذه الأقمار على 6 مستويات دوران كل مستوى يصنع 55 درجة مع المستوى الآخر ، وفي كل مستوى يوجد ثلاثة أقمار صناعية .
إن هذا النظام الذي طورته مراكز الأبحاث في الولايات المتحدة الأمريكية في عام 1973 وبميزانية تقارب عشرات المليارات من الدولارات ، يتكون من جزأين أساسيين هما المرسل والمستقبل ، فالجزء المرسل هي تلك الأقمار الصناعية السابقة الذكر ، أما المستقبل فهي أجهزة صغيرة كفية متطورة للغاية تعمل ضمن دوائر إلكترونية ميكروبروسسر Microprocessor ، ويتم تحديد الموقع بدقة بطريقتين ، الأولى عن طريق ما يعرف بإزاحة دوبلر Doppler Shift للموجات الكهرومغناطيسية المستقبلة من القمر الصناعي ، وهذه الإزاحة تنجم عن السرعة النسبية بين الأرض والأقمار الصناعية ، الطريقة الثانية لتحديد الموقع تعتمد على قياس التأخير الزمني بين الموجات الكهرومغناطيسية المستقبلة من الأقمار الصناعية .
يتم تحليل هذه البيانات من قبل أجهزة GPS والتي تحتوي على برنامج حاسوبي مزود بالكثير من المعلومات والمتغيرات الفيزيائية كتأثير الغلاف الجوي على الموجات الكهرومغناطيسية وكذلك تأثير الجاذبية الأرضية والحالة المناخية ، كما يحتوي البرنامج على اخباركئط تفصيلية للأرض والمدن والشوارع فيها ، واهم المعالم الجغرافية وغيرها من المعلومات الهامة .
استخدامات نظام GPS
تتعدد استخدامات هذا النظام بشكل يصعب حصرها ، ففي الوقت الراهن ، عمدت الكثير من شركات النقل العالمية وشركات الشحن إلى متابعة حركة آلياتها وسفنها بواسطة هذا النظام الفعال للغاية ، كما تم إدخال هذا النظام في الكثير من السيارات المصنعة حديثا والتي توفر للسائقين اخباركئط تفصيلية للأماكن والشوارع التي يتواجدون فيها ، وأفضل الطرق وأقصرها والتي ينبغي سلوكها أثناء تنقلاتهم اليومية .
كذلك فقد شهد هذا النظام استخدامات أخرى من قبل شركات الطيران والملاحة الجوية لتوجيه الطائرات في السماء بدقة متناهية ، ومؤاخبارك تم إدخال هذا النظام في أنظمة الرصد الجوي وتعقب الأعاصير والرياح والأمواج الهائجة في المحيطات ، كما استخدم من قبل هيئات البحث العلمي لتتبع هجرة الطيور والأحياء المائية ومراقبة حرائق الغابات وحركة الجبال الجليدية.
إن نظام تحديد الموقع GPS سوف يشهد في المستقبل القريب تطبيقات واسعة للغاية توفر للإنسان مزيد من السيطرة والتحكم في شتى شؤون حياته اليومية.
1- من المعلوم أن قياسات أو أرصاد GPS تكون أحد نوعين هما أرصاد الشفرة Code Observables أو أرصاد الموجة الحاملة للاشارة Carrierr Phase والمعروفة اختصارا باسم Phase Observables. النوع الثاني هو الادق لكنه يتطلب مواصفات تقنية عالية في الاجهزة التي تستطيع النعامل معه مما يجعل أسعار هذه الاجهزة غالية وهو ما أصطلح علي نسميته بالاجهزة الجيوديسية أو الاجهزة الهندسية Geodetic Receivers بينما النوع الاول أسهل في التعامل ولا يحتاج أجهزة ذات تقنيات عالية في مكوناتها وهي الاجهزة المحمولة يدويا أو الاجهزة الملاحية Navigation or Hand-Held Receivers وبالطبع فأن دقة هذا النوع من الارصاد أقل بكثير من النوع الثاني وكما ذكرت أنت في رسالتك فأن دقة الاجهزة المجمولة يدويا في حدود 5-8 متر بينما الاجهزة الجيوديسية تصل دقتها الي سنتيمترات و أحيانا ملليمترات.
2- لنتحدث عن التصحيحات Corrections التي يمكننا بها زيادة دقة الاحداثيات عن طريق جهاز ثابت Reference Receiver يحتل نقطة معلومة الاحداثيات Base Station وبالتالي يمكن عنده معرفة الخطأ في اشارات الجي بي اس ويمكن نقل هذه التصحيحات (عن طريق جهاز راديو لاسلكي أو شبكات المحمول GSM) الي جهاز اخر Rover Receiver يتنقل بين نقاط جديدة مطلوب ايجاد احداثياتها..... هنا اذا كانت هذه العملية ستتم علي أرصاد الكود Code Obserevables فأننا نسميها Differential GPS بينما ان كانت ستتم علي أرصاد Phase Observables فأننا نسميها RTK ان كانت ستتم في نفس اللحظة أو نسميها Post-Processing ان كانت العغملية ستتم علي الكمبيوتر في المكتب بعد الانتهاء من تجميع الارصاد في الطبيعة.
3- طبعا بما أن أرصاد Code أقل دقة من أرصاد Phase فأن طريقة تصحيح Differential ستكون أيضا أقل دقة من تصحيح RTK أو Post-Processing. غالبا فأن معظم طرق التصحيح في حالة الاجهزة المحمولة تكون باستخدام طريقة Differential لان هذه الاجهزة أساسا غير مجهزة تقنيا للتعامل مع أرصاد Phase . وبالتالي فأن هذا النوع من التصحيحات تقلل الخطأ لهذه النوعية من الاجهزة من 5-8 م الي 1 متر أو أقل. بينما عند اسخدام الاجهزة الجيوديسية و أسلوب RTK في النصحيح فأن الدقة تصل الي سنتيمترات.
4- بدأت بعض الشلركات المنتجة لاجهزة GPS منذ سنوات عديدة في تطوير نوعية ثالثة من الاجهزة تحاول أن تكون وسطا بين الاجهزة الملاحية و الاجهزة الهندسية ، ومن أمثل هذه الشركات Trimble الامريكية. فأنا عملت بجهاز Explorer القديم منذ عشر سنوات وكانت دقته 1 م باستخدام طريقة Post-Processing وسعره متوسط ما بين الاجهزة المحمولة يدويا و الاجهزة الهندسية. لكن وحتي يكون السعر غير عالي فأن الشركات لا تضع في مكونات الجهاز تقنيات تمكنه من التعامل مع كلا ترددي الاقمار الصناعية.
5- من المعلوم أن أقمار GPS ترسل اشارتها علي ترددين يسميان L1 and L2 والفكرة الاساسية وراء هذا الاسلوب هو لتقدير الخطأ الذي تتعرض له الاشارة أثناء مرورها في الغلاف الجوي وهوخطأ طبقة التروبوسفير وخطأ طبقة الايونوسفير Topospheric and Ionospheric Effects. وهذا النوع من أخطاء الجي بي اس أصبح الان أكبر مصدر من مصادر الاخطاء المؤثرة علي اشارات الاقمار الصناعية وان أستطعنا حساب قيمته أمكن تصحيح الاشارات قبل استخدامها في حساب الاحداثيات وبالتالي زيادة دقة الاحداثيات المستنتجة. لكن المشكلة أن الاجهزة ولكي تستطيع استقبال الاشارات علي كلا الترددين فيجب أن تكون ذات مواصفات تقنية عالية مما سيرفع من سعرها ، ولذاك فأن الاجهزة الجيوديسية فقط هي التي لها امكانيات التعامل مع كلا الترديين (نسميها أجهزة ثنائية التردد Dual-Frequency Receivers) وبالتالي امكانية الحصول علي دقة عالية في احداثياتها.
6- لذلك فأن معظم الاجهزة المحمولة - وخاصة النوع الثالث - تتعامل فقط مع التردد الاول L1 وغالبا لا تكون ثنائية التردد Dual Frequency حتي يظل سعرها متوسط
أرجو لكم الفائدة
م/ عالي الهمة
ويمكن القول أن نظام (Global Positioning System ) GPS يعتمد على منظومة متكاملة من الأقمار الصناعية التي تعمل ضمن نظام يطلق عليه Sophisticated Network Of Satellites ، وهذه الأقمار تقوم بعملية مسح الكرة الأرضية مرتين كل 23 ساعة و 56 دقيقة ، كما تتوزع هذه الأقمار على 6 مستويات دوران كل مستوى يصنع 55 درجة مع المستوى الآخر ، وفي كل مستوى يوجد ثلاثة أقمار صناعية .
إن هذا النظام الذي طورته مراكز الأبحاث في الولايات المتحدة الأمريكية في عام 1973 وبميزانية تقارب عشرات المليارات من الدولارات ، يتكون من جزأين أساسيين هما المرسل والمستقبل ، فالجزء المرسل هي تلك الأقمار الصناعية السابقة الذكر ، أما المستقبل فهي أجهزة صغيرة كفية متطورة للغاية تعمل ضمن دوائر إلكترونية ميكروبروسسر Microprocessor ، ويتم تحديد الموقع بدقة بطريقتين ، الأولى عن طريق ما يعرف بإزاحة دوبلر Doppler Shift للموجات الكهرومغناطيسية المستقبلة من القمر الصناعي ، وهذه الإزاحة تنجم عن السرعة النسبية بين الأرض والأقمار الصناعية ، الطريقة الثانية لتحديد الموقع تعتمد على قياس التأخير الزمني بين الموجات الكهرومغناطيسية المستقبلة من الأقمار الصناعية .
يتم تحليل هذه البيانات من قبل أجهزة GPS والتي تحتوي على برنامج حاسوبي مزود بالكثير من المعلومات والمتغيرات الفيزيائية كتأثير الغلاف الجوي على الموجات الكهرومغناطيسية وكذلك تأثير الجاذبية الأرضية والحالة المناخية ، كما يحتوي البرنامج على اخباركئط تفصيلية للأرض والمدن والشوارع فيها ، واهم المعالم الجغرافية وغيرها من المعلومات الهامة .
استخدامات نظام GPS
تتعدد استخدامات هذا النظام بشكل يصعب حصرها ، ففي الوقت الراهن ، عمدت الكثير من شركات النقل العالمية وشركات الشحن إلى متابعة حركة آلياتها وسفنها بواسطة هذا النظام الفعال للغاية ، كما تم إدخال هذا النظام في الكثير من السيارات المصنعة حديثا والتي توفر للسائقين اخباركئط تفصيلية للأماكن والشوارع التي يتواجدون فيها ، وأفضل الطرق وأقصرها والتي ينبغي سلوكها أثناء تنقلاتهم اليومية .
كذلك فقد شهد هذا النظام استخدامات أخرى من قبل شركات الطيران والملاحة الجوية لتوجيه الطائرات في السماء بدقة متناهية ، ومؤاخبارك تم إدخال هذا النظام في أنظمة الرصد الجوي وتعقب الأعاصير والرياح والأمواج الهائجة في المحيطات ، كما استخدم من قبل هيئات البحث العلمي لتتبع هجرة الطيور والأحياء المائية ومراقبة حرائق الغابات وحركة الجبال الجليدية.
إن نظام تحديد الموقع GPS سوف يشهد في المستقبل القريب تطبيقات واسعة للغاية توفر للإنسان مزيد من السيطرة والتحكم في شتى شؤون حياته اليومية.
1- من المعلوم أن قياسات أو أرصاد GPS تكون أحد نوعين هما أرصاد الشفرة Code Observables أو أرصاد الموجة الحاملة للاشارة Carrierr Phase والمعروفة اختصارا باسم Phase Observables. النوع الثاني هو الادق لكنه يتطلب مواصفات تقنية عالية في الاجهزة التي تستطيع النعامل معه مما يجعل أسعار هذه الاجهزة غالية وهو ما أصطلح علي نسميته بالاجهزة الجيوديسية أو الاجهزة الهندسية Geodetic Receivers بينما النوع الاول أسهل في التعامل ولا يحتاج أجهزة ذات تقنيات عالية في مكوناتها وهي الاجهزة المحمولة يدويا أو الاجهزة الملاحية Navigation or Hand-Held Receivers وبالطبع فأن دقة هذا النوع من الارصاد أقل بكثير من النوع الثاني وكما ذكرت أنت في رسالتك فأن دقة الاجهزة المجمولة يدويا في حدود 5-8 متر بينما الاجهزة الجيوديسية تصل دقتها الي سنتيمترات و أحيانا ملليمترات.
2- لنتحدث عن التصحيحات Corrections التي يمكننا بها زيادة دقة الاحداثيات عن طريق جهاز ثابت Reference Receiver يحتل نقطة معلومة الاحداثيات Base Station وبالتالي يمكن عنده معرفة الخطأ في اشارات الجي بي اس ويمكن نقل هذه التصحيحات (عن طريق جهاز راديو لاسلكي أو شبكات المحمول GSM) الي جهاز اخر Rover Receiver يتنقل بين نقاط جديدة مطلوب ايجاد احداثياتها..... هنا اذا كانت هذه العملية ستتم علي أرصاد الكود Code Obserevables فأننا نسميها Differential GPS بينما ان كانت ستتم علي أرصاد Phase Observables فأننا نسميها RTK ان كانت ستتم في نفس اللحظة أو نسميها Post-Processing ان كانت العغملية ستتم علي الكمبيوتر في المكتب بعد الانتهاء من تجميع الارصاد في الطبيعة.
3- طبعا بما أن أرصاد Code أقل دقة من أرصاد Phase فأن طريقة تصحيح Differential ستكون أيضا أقل دقة من تصحيح RTK أو Post-Processing. غالبا فأن معظم طرق التصحيح في حالة الاجهزة المحمولة تكون باستخدام طريقة Differential لان هذه الاجهزة أساسا غير مجهزة تقنيا للتعامل مع أرصاد Phase . وبالتالي فأن هذا النوع من التصحيحات تقلل الخطأ لهذه النوعية من الاجهزة من 5-8 م الي 1 متر أو أقل. بينما عند اسخدام الاجهزة الجيوديسية و أسلوب RTK في النصحيح فأن الدقة تصل الي سنتيمترات.
4- بدأت بعض الشلركات المنتجة لاجهزة GPS منذ سنوات عديدة في تطوير نوعية ثالثة من الاجهزة تحاول أن تكون وسطا بين الاجهزة الملاحية و الاجهزة الهندسية ، ومن أمثل هذه الشركات Trimble الامريكية. فأنا عملت بجهاز Explorer القديم منذ عشر سنوات وكانت دقته 1 م باستخدام طريقة Post-Processing وسعره متوسط ما بين الاجهزة المحمولة يدويا و الاجهزة الهندسية. لكن وحتي يكون السعر غير عالي فأن الشركات لا تضع في مكونات الجهاز تقنيات تمكنه من التعامل مع كلا ترددي الاقمار الصناعية.
5- من المعلوم أن أقمار GPS ترسل اشارتها علي ترددين يسميان L1 and L2 والفكرة الاساسية وراء هذا الاسلوب هو لتقدير الخطأ الذي تتعرض له الاشارة أثناء مرورها في الغلاف الجوي وهوخطأ طبقة التروبوسفير وخطأ طبقة الايونوسفير Topospheric and Ionospheric Effects. وهذا النوع من أخطاء الجي بي اس أصبح الان أكبر مصدر من مصادر الاخطاء المؤثرة علي اشارات الاقمار الصناعية وان أستطعنا حساب قيمته أمكن تصحيح الاشارات قبل استخدامها في حساب الاحداثيات وبالتالي زيادة دقة الاحداثيات المستنتجة. لكن المشكلة أن الاجهزة ولكي تستطيع استقبال الاشارات علي كلا الترددين فيجب أن تكون ذات مواصفات تقنية عالية مما سيرفع من سعرها ، ولذاك فأن الاجهزة الجيوديسية فقط هي التي لها امكانيات التعامل مع كلا الترديين (نسميها أجهزة ثنائية التردد Dual-Frequency Receivers) وبالتالي امكانية الحصول علي دقة عالية في احداثياتها.
6- لذلك فأن معظم الاجهزة المحمولة - وخاصة النوع الثالث - تتعامل فقط مع التردد الاول L1 وغالبا لا تكون ثنائية التردد Dual Frequency حتي يظل سعرها متوسط
أرجو لكم الفائدة
م/ عالي الهمة
