سازمان نقشه برداری کشور 31 شهريور 1400 ساعت 14:38 https://www.ncc.gov.ir/fa/news/4645/تعیین-موقعیت-مطلق-دقیق-دریافت-سرویس-تصحیحات-l-band -------------------------------------------------- اداره کل زمین سنجی و نقشه برداری زمینی: عنوان : تعیین‌ موقعیت مطلق دقیق با دریافت سرویس تصحیحات L-BAND مهندس غلامرضا کریم‌زاده، اداره کل ژئودزی و نقشه‌برداری زمینی -------------------------------------------------- متن : تعیین‌ موقعیت مطلق دقیق با دریافت سرویس تصحیحات L-BAND به دلیل نبود پوشش اینترنت در برخی از مناطق مانند مناطق دریایی، کوهستانی، روستایی یا خارج از محدودۀ شهری، برقراری ارتباط با سامانه‌های ماهواره‌ای تعیین موقعیت و ناوبری جهانی GNSS و دریافت تصحیحات (شامل خطای ساعت گیرنده، خطای ساعت ماهواره، خطاهای ناشی از تروپوسفر و یونسفر و خطای مداری) ممکن نیست. بنا بر این، در مناطق فاقد پوشش اینترنت، امکان تعیین موقعیت دقیق آنی[1] با گیرندۀ GNSS وجود ندارد. از سوی دیگر داده‌های موجود در پیغام‌های ناوبری[2] ماهواره‌ها برای انجام تصحیحات اطلاعات مداری، جابجایی ساعت ماهواره و تصحیحات اتمسفری، از دقت کافی برخوردار نیستند. اولین تلاش‌ها در زمینۀ ارائه تصحیحات تعیین موقعیت GNSS و ایجاد زیرساخت‌های زمینی مربوطه، با بکارگیری سیستم‌های تقویت ماهواره‌ای[3] (SBAS) آغاز شد. سامانه‌هائی که به منظور تقویت سیستم‌های اصلی ناوبری ماهواره‌ای ایجاد شدند تا مناطق وسیع‌تری را پوشش دهند و تصحیحات GNSS را در اختیار تعداد بیشتری از کاربران قرار دهند. تصحیحات این سامانه‌ها با استفاده از شبکه دائمی ایستگاه‌های مرجع مختصات برآورد شده و از طریق ماهواره‌های زمین‌آهنگ منتشر می‌گردند. از تصحیحات سیستم‌های تقویت ماهواره‌ای، برای افزایش دقت تعیین موقعیت مطلق[4] (PPP)  استفاده می‌شود. این سامانه‌ها با تصحیح خطاهای موجود در سیگنال‌های اندازه‌گیری‌شده در باند فرکانسی L، دقت و قابلیت اعتماد اطلاعات  GNSSرا بهبود می‌بخشند و همچنین اطلاعاتی پیرامون وضعیت صحت، یکپارچگی، تداوم و دسترسی سیگنال‌های GNSS را برای گیرنده فراهم می‌سازند. برای ارائه‌ی این تصحیحات، مجموعه‌ای از ایستگاه‌های دائمی با مختصات دقیق معلوم در سراسر کره زمین ایجاد شده‌اند و به طور پیوسته در حال دریافت مشاهدات از سیستم‌های تعیین موقعیت ماهواره‌ای هستند. مختصات این ایستگاه‌ها در هر لحظه با استفاده از مشاهدات GNSS محاسبه می‌گردند. بدیهی است مختصات محاسبه‌شده به دلیل وجود خطاهای مشاهداتی با مختصات دقیق ایستگاه‌ها اختلاف دارد. از این‌رو، همۀ خطاها جمع‌آوری شده و برای پردازش به یک مرکز داده ارسال می‌شوند. در این مرکز منبع خطاهای مکانی مدل‌سازی شده و همچنین مدل تصحیحاتی مناسب برای منطقۀ تحت پوشش شبکه GNSS تعریف می‌گردد. به عبارت دیگر، در مرکز داده تصحیحات تفاضلی و پیغام‌های بدون خطا محاسبه‌ می‌گردند و برای ماهواره‌های زمین‌آهنگ منتشر می‌شوند. در نهایت ماهواره‌های زمین‌آهنگ تصحیحات را به صورت یک سرویس تقویتی یا پوششی و در غالب پیغام‌های اصلی GNSS، برای استفادۀ کاربران به زمین بر می‌گردانند. امروزه با گیرنده‌های متعددی می‌توان این تصحیحات را از سامانه‌های تقویت ماهواره‌ای منطقه‌ای دریافت کرد و به دقتی بهتر در مناطق کور و غیر قابل دسترس مانند ساحل دور، اقیانوس، کوهستان و کویر دست یافت. چندین کشور سیستم‌های تقویت ماهواره‌ای خود را بر اساس ارایۀ تصحیحات مشاهدات کد ایجاد کرده‌اند (تصویر 1). اما این سرویس‌ها به طور معمول دقتی در حد متر ارائه می‌دهند، در حالی که در بیشتر کاربردهای فنی و مهندسی به دقتی در سطح سانتی‌متر نیاز است. فهرست کشورهائی که سیستم‌های تقویت ماهواره‌ای را راه‌اندازی کرده‌اند، در جدول (1) آمده است. سامانه‌های تقویت ماهواره‌ای منطقه‌ای، معمولاً با یکدیگر تداخل ندارند. تمام گیرنده‌های استاندارد موجود در منطقۀ تحت پوشش این سامانه‌ها، از سرویس‌های ارسالی به یک اندازه بهره می‌برند. البته گیرنده‌های خارج از محدودۀ تحت پوشش، اگر چه تصحیحات را دریافت می‌کنند ولی دقت اندازه‌گیری آن‌ها به میزان مورد نظر نمی‌رسد. سامانه‌های تقویت ماهواره‌ای منطقه‌ای به طور معمول توسط بخش دولتی ایجاد می‌شوند ولی سرویس‌های آن‌ها در اختیار عموم قرار می‌گیرند. این سامانه‌ها در امور هوانوردی و کشاورزی کاربرد فراوانی دارند.   تصویر 1) مناطق تحت پوشش سیستم‌های تقویت ماهواره‌ای، منبع [I]     جدول 1) کشورهای دارای سیستم‌های تقویت ماهواره‌ای اما در دهه گذشته، چندین سرویس جهانی در زمینۀ تعیین موقعیت آنی با دقتی در حد سانتی‌متر و همچنین برای تصحیح مشاهدات فاز توسعه و گسترش یافته‌اند. این سرویس‌های تجاری، عمدتاً برای کاربردهای دریایی و بر اساس پردازش آنی تعیین موقعیت مطلق دقیق توسعه یافته‌اند. با ارائه‌ی این سرویس‌ها، کاربران می‌توانند تصحیحات را بدون اتصال به اینترنت و بدون نیاز به وجود نقاط مبنائی در اطراف منطقۀ نقشه‌برداری دریافت نمایند. این سرویس‌ها که با عنوان سرویس‌های باند  Lیا L-BAND شناخته می‌شوند، مشابه سامانه‌های تقویت ماهواره‌ای منطقه‌ای هستند، با این تفاوت که پوشش جهانی دارند و همچنین توسط بخش خصوصی ارائه می‌شوند. بنا بر این، استفاده از سرویس‌های L-BAND مستلزم پرداخت هزینه است. هم اکنون سرویس‌های ارائه‌ی تصحیحات متعددی مانندTerraStar ،Apex/Ultra ،C-NAV ،StarFire ،StarFix ،‌RTX ، OmniSTAR  و Atlas برای کاربردهای مختلف نقشه‌برداری توسعه یافته‌اند. برای مثال، سامانه TerraStar  شامل یکصد ایستگاه مرجع در سراسر کره زمین است که توسط اداره TerraStar کمپانی Novatel  ایجاد شده و نگهداری و کنترل می‌گردد. سامانه RTX نیز مربوط به کمپانی Trimble است که همانند دیگر سامانه‌ها شامل شبکه‌ای از ایستگاه‌های دائمی با پوشش جهانی است. سامانۀ اطلس از دیگر سرویس‌های معروفی است که توسط شرکت Hemispher ایجاد گردیده و شامل دویست ایستگاه مرجع دائمی توزیع‌شده در سراسر دنیا است. ماهواره‌های ارسال‌کنندۀ تصحیحات اطلس از عرض جغرافیایی 75 درجه شمالی تا 75 درجه جنوبی را پوشش داده‌اند که تقریباً تمامی خشکی‌های روی زمین را در بر می‌گیرد (تصویر 2). سرویس اطلس تصحیحاتی را برای سیستم تعیین موقعیت جهانی (GPS)، سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی گلوناس (GLONASS)، منظومه‌های گالیله (Galileo) و بیدو (BeiDou) برای دستیابی به دقت تعیین موقعیت زیر متر ارائه می‌دهد. در سامانۀ سرویس اطلس، سه ماهوارۀ زمین‌آهنگ تقریباً تمام زمین را پوشش می‌دهند. سرویس‌ تصحیحات اطلس روی گیرنده‌های GNSS تک و دو فرکانسه، در سه سطح مختلف قابل دسترس است (جدول 2). البته دقت مربوط به هر سطح از سرویس، تنها پس از طی یک زمان همگرایی قابل دستیابی است، که بسته به سرویس انتخاب‌شده می‌تواند تا حدود 30 دقیقه باشد. تصویر 2) محدودۀ پوشش سامانه Atlas، منبع [II]     جدول 2) دقت تعیین موقعیت سامانه Atlas، منبع [II] و [III] با این حال، همه گیرنده‌های GNSS قابلیت بکارگیری سیگنال‌های سرویس‌های تجاری مذکور را ندارند زیرا دریافت این سرویس‌ها مستلزم داشتن سخت‌افزار خاص و نیز خرید اشتراک مربوطه است. اما اتحادیه اروپا در حال ایجاد یک سرویس باز[5]، بر همان اساس تصحیحات تعیین موقعیت مطلق دقیق، برای منظومه ماهواره‌ای گالیله، موسوم به سرویس دقت بالا (High Accuracy Service - HAS) است، تا بتواند دقت آنی کمتر از 20 و 40 سانتی‌متر (در سطح اطمینان 95٪) را به ترتیب برای مؤلفه‌های افقی و عمودی، در مدت زمان همگرایی کوتاهتر از 300 ثانیه برای سرویس جهانی و 100 ثانیه در منطقه اروپا ارائه کند. در این سرویس، تصحیحات به طور مستقیم توسط ماهواره‌های GNSS با استفاده از باند E6b گالیله یا از طریق اینترنت، بدون استفاده از ماهواره‌های زمین‌آهنگ، برای کاربران ارسال می‌شوند. این سرویس پس از سال 2025 به طور کامل عملیاتی می‌گردد. همچنین، سامانه ماهواره‌ای بیدو (متعلق به چین) در حال پیاده‌سازی یک سرویس ارائه‌ی تصحیحات دقیق بر مبنای تعیین موقعیت مطلق در سامانه تقویت ماهواره‌ای خود یعنی BDSBAS است، تا بتواند دقت افقی 30 سانتی‌متر و دقت عمودی 60 سانتی‌متر (در سطح اطمینان 95٪) را در زمان همگرایی کوتاه‌تر از 30 دقیقه ارائه نماید. همه این سرویس‌های تصحیحاتی، اصول عملکردی تقریباً مشابه‌ای دارند. از نظر دقت، کمی متفاوت هستند و پوشش‌های مکانی مختلف منطقه‌ای یا جهانی را ارائه می‌کنند. در همین رابطه، مطالعه‌ای تحت عنوان "اجرای سرویس تصحیح جهانی GNSS اطلس برای تعیین موقعیت‌ دقیق" در شهر مونتزای ایتالیا و با استفاده از گیرنده S900A Stonex انجام گردید و نتایج آن در نوامبر 2021 در نشریه Journal of Surveying Engineering (شماره 4، پیاپی 147) منتشر شد. عملیات نقشه‌برداری زمینی این مطالعه با استفاده از نقاط مبنائی واقع در امتداد ساحل آدریاتیک انجام گردید. هدف این مطالعه، تجزیه و تحلیل سرویس تصحیحات جهانی اطلس و ارزیابی عملکرد آن در شرایط بهینۀ عملیاتی بود. منظور از شرایط بهینه، عدم وجود موانع برای دید آسمان بوده است. در این بررسی، این موضوع که آیا فناوری اطلس واقعاً می‌تواند جایگزینی مؤثر برای تکنیک تعیین موقعیت آنی کینماتیک[6] (RTK) باشد، مورد آزمون قرار گرفت. نتایج مطالعه نشان داد که در بیشتر موارد می‌توان این سامانه را جایگزینی مناسب برای دیگر تکنیک‌های GNSS و نقشه‌برداری زمینی منظور کرد، البته مشروط به این که هیچ مانعی روی دید آسمان تأثیر نگذارد. از نقطه نظر عملی‌، تعیین موقعیت با استفاده از سرویس‌ تصحیحات اطلس به شدت تحت تأثیر موانع دید آسمان است، به ویژه در جهت ماهوارۀ زمین‌آهنگ که تصحیحات را به زمین ارسال می‌کند. از سوی دیگر، تعیین موقعیت با سرویس تصحیحات اطلس در مقایسه با سایر تکنیک‌های GNSS به برقراری اتصال اینترنتی پایدار وابسته نیست و دقت آن نیز فقط کمی پائین‌تر از تکنیک RTK کلاسیک است. البته زمان رسیدن به بالاترین دقت تعیین موقعیت در سرویس اطلس هنوز نسبت به شبکه کلاسیک RTK به مراتب بیشتر است. بنابراین‌، با استفاده از سرویس تصحیحات باند L اطلس می‌توان عملیات تعیین موقعیت را با یک گیرندۀ واحد و بدون نیاز به اتصال اینترنت، با کیفیتی همگن و یکنواخت انجام داد. این فناوری، برای نقشه‌برداری زمینی در جاهائی که کمترین موانع دید آسمان را دارند و نیازی به راه‌اندازی مکرر سیستم نیست، کاربردی مناسب و مؤثر دارد.     منبع: I. مقاله تعیین موقعیت مطلق از وبگاه مجموعه دانش‌بنیان هیرو II. مقاله تکنولوژی L-BANDاز بخش مقالات وبگاه شرکت مکان‌ پرداز رایمند (دانش‌‌بنیان) III. https://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/%28ASCE%29SU.1943-5428.0000372       [1] Real time [2] Navigation messages [3] Satellite-based Augmentation Systems [4] Precise Point Positioning  [5] open service [6] Real Time Kinematic