نحوه کار با جی پی اس در نقشه برداری

اجرای پروژه‌های عمرانی و تفکیک اراضی، همیشه به تعیین دقیق موقعیت نقاط روی زمین وابسته بوده است. در گذشته، این کار با ابزارهای نوری و روشهای زمان‌بر انجام میشد. اما استفاده از جی‌پی‌اس در نقشه‌برداری، این فرایند را متحول کرده است. حالا میتوان با سرعت و دقت بسیار بالاتری مختصات نقاط را به دست آورد. اگر میخواهید بدانید نحوه کار با جی پی اس در نقشه برداری چگونه است و چطور مهندسان از این فناوری برای نقشه برداری با جی پی اس استفاده میکنند، این مطلب برای شما نوشته شده است.

با ردیاب خودرو از هرجایی وضعیت ماشینت رو ببین.

اصول کار جی‌پی‌اس

برای فهمیدن نحوه کار با جی پی اس در نقشه برداری، ابتدا باید بدانیم این سیستم چطور کار می‌کند. سامانه موقعیت‌یاب جهانی (GPS) بر اساس یک شبکه گسترده از ماهواره‌ها بنا شده است. این سیستم به سه بخش اصلی تقسیم می‌شود:

1. بخش فضایی: شامل بیش از ۳۰ ماهواره فعال که در مداری به ارتفاع حدود ۲۰ هزار کیلومتر به دور زمین در گردش هستند.
2. بخش کنترل زمینی: ایستگاه‌هایی روی زمین که مسئول پایش، کنترل و اصلاح موقعیت ماهواره‌ها هستند.
3. بخش کاربر: همان گیرنده GPS که در دست ما (یا روی سه‌پایه) قرار دارد.

هر ماهواره به صورت مداوم سیگنال‌هایی شامل زمان دقیق ارسال و موقعیت مداری خود را به سمت زمین مخابره می‌کند. گیرنده زمینی این سیگنال‌ها را دریافت می‌کند. از آنجایی که سرعت انتشار سیگنال (نزدیک به سرعت نور) مشخص است، گیرنده می‌تواند با مقایسه زمان ارسال و دریافت، فاصله خود تا آن ماهواره را محاسبه کند.

برای تعیین موقعیت سه‌بعدی (شامل طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی و ارتفاع)، گیرنده باید سیگنال حداقل چهار ماهواره را به صورت همزمان دریافت کند. با داشتن فاصله از چهار نقطه معلوم (ماهواره‌ها)، دستگاه می‌تواند موقعیت دقیق خود را روی زمین محاسبه کند. این، اساس کار جی‌پی‌اس در نقشه‌برداری است.

تفاوت GPS با GNSS چیست؟

شاید اصطلاح GNSS را هم شنیده باشید. GNSS مخفف "سامانه جهانی ناوبری ماهواره‌ای" است. در واقع، GPS (سیستم آمریکایی) تنها یکی از چندین سیستم ناوبری فعال در جهان است.

• GPS: سیستم متعلق به ایالات متحده.
• GLONASS: سیستم متعلق به روسیه.
• Galileo: سیستم متعلق به اتحادیه اروپا.
• BeiDou: سیستم متعلق به چین.

GNSS یک اصطلاح کلی است که همه این سیستم‌ها را در بر می‌گیرد. گیرنده‌های مدرن نقشه‌برداری امروزی، همگی گیرنده‌های GNSS هستند. این به آن معناست که می‌توانند از ماهواره‌های همه این سیستم‌ها به صورت همزمان استفاده کنند. این قابلیت، تعداد ماهواره‌های در دسترس را به شدت افزایش داده و دقت و پایداری نقشه برداری با جی پی اس را، به خصوص در مناطق با دید محدود به آسمان (مانند دره‌های شهری)، بسیار بهتر کرده است.

برای آشنایی با قابلیت‌های سامانه نظارت و مدیریت ناوگان حمل و نقل اینجا کلیک کنید.

آماده‌سازی برای نقشه‌برداری

درک صحیح نحوه کار با جی پی اس در نقشه برداری نیازمند آماده‌سازی دقیق تجهیزات و تنظیمات نرم‌افزاری پیش از شروع هرگونه برداشت میدانی است. یک آماده‌سازی اشتباه می‌تواند تمام داده‌های برداشتی را بی‌ارزش کند. این فرایند به دو بخش تقسیم می‌شود.

تجهیزات مورد نیاز برای نقشه برداری با جی پی اس

برای یک پروژه حرفه‌ای، به چیزی بیشتر از یک GPS دستی نیاز است. تجهیزات اصلی عبارتند از:

• گیرنده GNSS مولتی فرکانس: این دستگاه‌ها قلب عملیات هستند. برخلاف GPS موبایل، این گیرنده‌ها می‌توانند فرکانس‌های مختلف سیگنال ماهواره را دریافت کنند که برای حذف خطاهای جوی و رسیدن به دقت سانتی‌متری ضروری است.
• کنترلر (Controller): یک تبلت یا دستگاه مقاوم میدانی که نرم‌افزار برداشت روی آن نصب است. این دستگاه به گیرنده متصل شده و برای مدیریت پروژه، تنظیمات و ثبت نقاط استفاده می‌شود.
• ژالن (Pole) یا سه‌پایه: برای نگه داشتن دقیق گیرنده روی نقطه مورد نظر. ژالن برای برداشتهای متحرک (مانند RTK) و سه‌پایه برای نصب ایستگاه ثابت (Base یا Static) استفاده می‌شود.
• تجهیزات ارتباطی: در روشهای RTK، به یک وسیله ارتباطی برای ارسال تصحیحات نیاز است. این وسیله می‌تواند یک رادیوی UHF داخلی یا خارجی (برای RTK رادیویی) یا یک مودم اینترنت سیم‌کارتی (برای RTK اینترنتی) باشد.

برای راهنمایی انتخاب ردیتب تلتونیکا همین حالا وارد صفحه مربوط شو.

مراحل آماده سازی پیش از شروع برداشت

آموزش کار با دستگاه جی پی اس نقشه برداری همیشه با این مرحله شروع می‌شود. قبل از رفتن به محل پروژه:

1. شارژ کامل باتری‌ها: مطمئن شوید باتری‌های گیرنده و کنترلر کاملا شارژ دارند.
2. انتخاب سیستم مختصات: این مهمترین بخش است. باید سیستم مختصات پروژه (مثلا UTM) و زون مربوط به منطقه را به درستی در نرم‌افزار کنترلر تعریف کنید.
3. تعریف مدل ژئوئید: GPS ارتفاع را نسبت به سطح بیضوی محاسبه می‌کند، در حالی که ما به ارتفاع از سطح دریا (ارتفاع اورتومتریک) نیاز داریم. بارگذاری فایل مدل ژئوئید صحیح منطقه برای تصحیح ارتفاع الزامی است.
4. بررسی محل ایستگاه مبنا (Base): اگر از روش RTK رادیویی یا استاتیک استفاده می‌کنید، باید محلی را برای ایستگاه مبنا انتخاب کنید که دید کامل به آسمان داشته باشد و از موانع بلند (ساختمان‌ها، درختان) و کابل‌های برق فشار قوی دور باشد.

مزایای جی پی اس در نقشه برداری

یکی از دلایل محبوبیت نحوه کار با جی پی اس در نقشه برداری، مزایای فراوان آن نسبت به روشهای سنتی (مانند دوربین‌های توتال استیشن) است. این فناوری صرفا یک ابزار جدید نیست، بلکه روش انجام کار را دگرگون کرده است.

یکی از بزرگترین برتری‌های جی‌پی‌اس در نقشه‌برداری، حذف نیاز به دید مستقیم بین نقاط است. در نقشه‌برداری سنتی، دستگاه باید بتواند منشور یا شاخص را در نقطه بعدی ببیند. این موضوع در مناطق شهری، جنگلی یا پروژه‌های بسیار بزرگ، عملیات را کند و گاهی ناممکن می‌کرد. اما سیگنال‌های GPS از آسمان می‌آیند، بنابراین تا زمانی که گیرنده دید خوبی به آسمان داشته باشد، نیازی به دید مستقیم به ایستگاه مبنا یا نقاط دیگر نیست.

سایر مزایای مهم عبارتند از:

• سرعت بالا: برداشت نقاط زمین با GPS به روش RTK می‌تواند صدها نقطه را در یک روز با دقت سانتی‌متری ثبت کند، کاری که با روشهای سنتی ممکن است چندین روز طول بکشد.
• دقت بسیار بالا: در روش استاتیک می‌توان به دقت میلی‌متری و در روش RTK به دقت سانتی‌متری رسید که برای اکثر پروژه‌های عمرانی و کاداستر کافی است.
• کاهش هزینه‌ها: اگرچه هزینه اولیه خرید تجهیزات GPS بالاست، اما به دلیل سرعت بالا و نیاز به نیروی انسانی کمتر، هزینه نهایی پروژه‌های بزرگ را به شدت کاهش می‌دهد.
• کار در شرایط مختلف: امکان داده برداری در روز یا شب و در بسیاری از شرایط آب و هوایی وجود دارد.
• خروجی داده یکپارچه: داده‌ها به صورت دیجیتال و در یک سیستم مختصات جهانی (مانند WGS84 یا UTM) ثبت می‌شوند و به راحتی قابل انتقال به نرم‌افزارهای CAD و GIS هستند.

روش های برداشت مختصات نقاط چیست؟

نحوه کار با جی پی اس در نقشه برداری بسته به دقت مورد نیاز و شرایط پروژه، به روشهای مختلفی تقسیم می‌شود. انتخاب روش صحیح، اولین گام برای یک برداشت موفق است.

برداشت به روش استاتیک (Static)

این روش، دقیق‌ترین شیوه نقشه برداری با جی پی اس است و برای ایجاد نقاط کنترل اصلی (بنچ مارک‌ها) یا پایشهای ژئودتیک استفاده می‌شود.

در روش استاتیک، یک گیرنده روی نقطه معلوم (یا نقطه‌ای که میخواهیم مختصات دقیق آن را بیابیم) روی سه‌پایه نصب می‌شود و برای مدت زمان طولانی (از ۳۰ دقیقه تا چندین ساعت) داده‌های ماهواره‌ای را ثبت می‌کند. همزمان، یک گیرنده دیگر (ایستگاه مرجع) نیز در نقطه‌ای با مختصات معلوم، همین کار را انجام می‌دهد.

داده‌های خام این دو گیرنده بعدا به دفتر منتقل شده و در نرم‌افزارهای تخصصی "پس‌پردازش" (Post-Processing) می‌شوند. با تحلیل داده‌های همزمان، نرم‌افزار می‌تواند خطاهای مشترک را حذف کرده و به دقتی در حد میلی‌متر برسد. این روش بسیار زمان‌بر است اما بالاترین دقت ممکن را ارائه می‌دهد.

بیشتر بدانید: دزدگیر بلوتوثی چیست

برداشت به روش RTK (کینماتیک در زمان واقعی)

RTK محبوب‌ترین روش در نحوه کار با جی پی اس در نقشه برداری برای کارهای اجرایی است. دلیل محبوبیت آن، ارائه دقت سانتی‌متری به صورت لحظه‌ای در محل پروژه است.

در این روش، ما به دو گیرنده همزمان نیاز داریم:

1. ایستگاه مبنا (Base): روی یک نقطه ثابت با مختصات معلوم (یا یک نقطه موقت) مستقر می‌شود.
2. گیرنده متحرک (Rover): توسط نقشه‌بردار حمل می‌شود و روی نقاط مورد نظر قرار میگیرد.

ایستگاهمرجع به صورت مداوم خطاهای سیگنال‌های ماهواره‌ای را محاسبه کرده و "تصحیحات" را تولید می‌کند. این تصحیحات از طریق یک کانال ارتباطی برای Rover ارسال می‌شود. Rover با اعمال این تصحیحات، موقعیت دقیق خود را در همان لحظه محاسبه می‌کند. این فرایند به دو شکل انجام می‌شود:

روش RTK رادیویی

در این شیوه، ایستگاه Base تصحیحات را از طریق یک لینک رادیویی (معمولا UHF) برای Rover ارسال می‌کند. این روش بسیار سریع و مستقل است اما محدودیت‌هایی دارد. برد رادیو محدود است (معمولا چند کیلومتر) و موانع فیزیکی مانند تپه‌ها یا ساختمان‌های بزرگ می‌توانند جلوی رسیدن سیگنال رادیویی را بگیرند.

روش RTK اینترنتی (سامانه شمیم)

در این روش که در ایران بسیار رایج است، دیگر نیازی به برپا کردن ایستگاه Base شخصی نیست. نقشه‌بردار با گیرنده Rover خود از طریق اینترنت سیم‌کارت، به یک شبکه از ایستگاه‌های مرجع دائمی متصل می‌شود. در ایران این شبکه‌ها با نام "سامانه شمیم" (متعلق به سازمان ثبت اسناد) یا "سحاب" و "هدی" شناخته می‌شوند.

Rover موقعیت تقریبی خود را به سرور شبکه ارسال می‌کند و سرور، تصحیحات مناسب آن منطقه را از نزدیک‌ترین ایستگاه‌های دائمی محاسبه و برای Rover میفرستد. مزیت بزرگ این روش، عدم نیاز به حمل و نصب Base و پوشش سراسری در اکثر مناطق کشور است. تنها پیش‌نیاز آن، وجود پوشش اینترنت موبایل (3G/4G) در منطقه پروژه است.

روش DGPS (Differential GPS)

این روش دقتی مابین GPS دستی و RTK دارد (معمولا زیر یک متر). در DGPS هم از یک ایستگاه مرجع برای ارسال تصحیحات استفاده می‌شود، اما الگوریتم محاسبه آن ساده‌تر از RTK است. این روش امروزه کمتر در نقشه‌برداری دقیق استفاده می‌شود و بیشتر در سیستم‌های ناوبری دریایی یا GIS که دقت در حد دسی‌متر کافی است، کاربرد دارد.

آموزش کار با دستگاه جی پی اس نقشه برداری در میدان

دانستن تئوری کافی نیست. آموزش کار با دستگاه جی پی اس نقشه برداری در عمل، شامل چند گام اجرایی است. فرض میکنیم از رایج‌ترین روش یعنی RTK اینترنتی (سامانه شمیم) استفاده می‌کنیم:

1. روشن کردن تجهیزات: گیرنده Rover و کنترلر را روشن کنید.
2. ایجاد پروژه: در نرم‌افزار کنترلر، یک پروژه جدید ایجاد کنید.
3. تنظیم سیستم مختصات: مهمترین گام! وارد تنظیمات پروژه شده و سیستم مختصات (مثلا UTM - Zone 39N) و مدل ژئوئید (مثلا GGM_Iran) را دقیقا مطابق نیاز پروژه تنظیم کنید.
4. اتصال به اینترنت: از اتصال کنترلر (یا گیرنده) به اینترنت موبایل مطمئن شوید.
5. اتصال به سامانه شمیم: وارد تنظیمات اتصال RTK شده و اطلاعات اتصال به سرور شمیم (IP، پورت، نام کاربری و رمز عبور) را وارد کنید.
6. دریافت تصحیحات: پس از اتصال، منتظر بمانید تا دستگاه وضعیت "Fix" را نشان دهد. این به معنای دریافت تصحیحات و رسیدن به دقت سانتی‌متری است.
7. شروع برداشت: ژالن را به صورت کاملا عمود (تراز) روی نقطه مورد نظر (مثلا گوشه یک زمین) نگه دارید. پس از پایدار شدن موقعیت، دکمه برداشت (Measure) را فشار دهید. دستگاه مختصات X, Y, Z نقطه را ثبت می‌کند.
8. ثبت کد و توضیحات: برای هر نقطه یک "کد" (مثلا "گوشه ساختمان" یا "درخت") وارد کنید تا بعدا در دفتر کار، ترسیم نقشه راحت‌تر باشد.

جمع بندی

همانطور که دیدیم، نحوه کار با جی پی اس در نقشه برداری فرایندی است که دقت و سرعت را به پروژه‌های مهندسی آورده است. از انتخاب روش درست (استاتیک یا RTK) تا آماده‌سازی دقیق تجهیزات و تنظیم صحیح سیستم مختصات، هر مرحله در رسیدن به نتیجه نهایی مهم است. نقشه برداری با جی پی اس دیگر یک انتخاب نیست، بلکه یک استاندارد در پروژه‌های عمرانی، کاداستر و مدیریت اراضی محسوب میشود.

مجموعه طلوع آرین هوشمند، به عنوان معتبرترین ارائه دهنده سخت افزارهای ردیابی با برند تلتونیکا در ایران، مفتخر است که دانش فنی و تجهیزات روز را در اختیار متخصصان قرار می‌دهد.

از اینکه تا پایان این مقاله همراه طلوع آرین هوشمند بودید، صمیمانه سپاسگزاریم.

سوالات متداول

1. آیا میتوان از GPS موبایل برای نقشه‌برداری استفاده کرد؟

خیر. دقت GPS موبایل در بهترین حالت ۳ تا ۱۰ متر است. در حالی که نحوه کار با جی پی اس در نقشه برداری حرفه‌ای نیازمند دقت سانتی‌متری یا میلی‌متری است که فقط با گیرنده‌های تخصصی GNSS امکان‌پذیر است.

2. تفاوت اصلی GPS و GNSS چیست؟

GPS فقط سیستم موقعیت‌یاب متعلق به آمریکا است. GNSS یک اصطلاح جامع است که شامل GPS (آمریکا)، GLONASS (روسیه)، Galileo (اروپا) و BeiDou (چین) می‌شود. گیرنده‌های مدرن همگی GNSS هستند.

3. روش RTK به زبان ساده چیست؟

RTK روشی است که با استفاده از یک ایستگاه مرجع (Base) و یک گیرنده متحرک (Rover)، امکان دستیابی به دقت سانتی‌متری را به صورت لحظه‌ای و در همان محل پروژه فراهم می‌کند.