تعیین موقعیت نقطه‌ای با دقت بالا یکی از موارد حیاتی در حوزه نقشه‌برداری و مکان‌یابی است. یکی از روش‌های مدرن و موثر برای انجام این کار، روش تعیین موقعیت نقطه به وسیله تکنولوژی PPP است. با توجه به اهمیت تعیین موقعیت نقطه‌ای دقیق و نیاز روزافزون به اطلاعات مکانی دقیق، استفاده از روش PPP به عنوان ابزار مؤثر در صنایع نقشه‌برداری، مهندسی مکانیک، مهندسی معدن، مهندسی عمران و سایر زمینه‌های مرتبط، از اهمیت بسزایی برخوردار است.
در این مقاله، ما به بررسی چگونگی استفاده از روش PPP برای تعیین موقعیت نقطه‌ای با دقت بالا و اطلاعات دقیق در زمینه‌های نقشه برداری، مکان‌یابی جغرافیایی و مسائل مرتبط به آن می‌پردازیم.
تعیین موقعیت نقطه ای به روش PPP
تعیین موقعیت دقیق نقطه ای (PPP) تکنیک پیشرفته در حوزه نقشه برداری هوایی مبتنی بر ماهواره (GNSS) است که به کاربران این امکان را می‌دهد تا موقعیت جغرافیایی خود را با دقت بسیار بالا بدون نیاز به ایستگاه مبنا محلی تعیین کنند.
در این روش، PPP از یک گیرنده GNSS منفرد برای دریافت اطلاعات ماهواره‌ها استفاده می‌کند و از اصلاحات دقیق ساعت و مدار ماهواره‌ها بر اساس یک شبکه از ایستگاه‌های مرجع جهانی بهره می‌گیرد.
با استفاده از PPP، خطاهای سیستم GNSS، مانند خطای سقوط ساعت ماهواره‌ها و تاخیرهای جوی، حذف یا مدل‌سازی می‌شوند تا موقعیت نقطه مورد نظر با دقت بسیار بالا تعیین شود.
این اصلاحات سپس توسط گیرنده GNSS دریافت می‌شوند و تا زمانی که به ازای هر دو ماهواره GPS و GLONASS یک راهنمای مدل محاسبه‌ای و یا اطلاعات تصحیح جانبی برای بهبود عملکرد PPP ارائه دهند، مشخص می‌شود. به این ترتیب، PPP قادر است موقعیت نقطه آنلاین را با دقت سانتیمتری یا حتی بهتر تعیین کند.
دقت PPP چیست؟
PPP (تعیین موقعیت دقیق نقطه‌ای) قادر است موقعیت یک نقطه را با دقت تا سطح سانتیمتری تعیین کند. این تکنیک برای حذف خطاهای سیستم GNSS و تعیین موقعیت دقیق نقطه بدون نیاز به ایستگاه مبنا محلی استفاده می‌شود.
بر اساس ویژگی‌های مختلف محیطی و هندسی هر منطقه، PPP ممکن است نیاز به یک دوره زمانی برای همگرایی داشته باشد، اما به طور کلی دقت آن به سطح سانتیمتر خود را بدون نیاز به ایستگاه مبنا محلی و فقط با استفاده از اطلاعات ماهواره‌ها و یا اینترنت فراهم می‌کند.
مقایسه PPP با ساختار سامانه SBAS نشان می‌دهد که PPP قادر است به دقت بالاتری برسد، اما همراه با بالاتر شدن دقت، هزینه دسترسی به تصحیحات نیز افزایش می‌یابد. PPP امکان ایجاد جریان تصحیحی منحصر به فرد در سطح جهانی را فراهم می‌کند، در حالی که سامانه‌های SBAS محدود به مناطق خاص هستند. به طور کلی، PPP به کاربران این امکان را می‌دهد که با دقت بسیار بالا و بدون نیاز به ایستگاه مبنا محلی، موقعیت‌یابی دقیق انجام دهند.
مهمترین روش‌های کاهش منابع خطای PPP
عملکرد دوفرکانسه
در سیستم‌های موقعیت‌یابی ماهواره‌ای GNSS، استفاده از دو فرکانس متمایز (به عنوان مثال L1 و L2 برای GPS) به عنوان فرکانسهای حامل، امکان ردیابی موثر‌تری را فراهم می‌کند و این امر می‌تواند به بهبود دقت و کارایی سیستم کمک کند.
یکی از مزایای اصلی استفاده از دو فرکانس در GNSS، حذف یا کاهش خطاهای یونسفری مرتبه اول است. خطای یونسفری مرتبه اول ناشی از تأثیر جذب و پراکندگی سیگنال‌ها در جو زمین است که به طور مستقیم به فرکانس موج حامل وابسته است. به عبارت دیگر، این خطا با تغییر فرکانس، اختلافات محاسبه شده برای موقعیت ممکن است متفاوت باشد، زیرا اندازه این خطا متناسب با فرکانس موج حامل است.
استفاده از دو فرکانس GNSS به جای یک فرکانس می‌تواند این امکان را فراهم کند که این خطای یونسفری مرتبه اول از طریق مقایسه اندازه‌گیری‌های بدست آمده از دو فرکانس، حداکثر اندازه گیری شود و بطور کامل حذف شود. این روش باعث افزایش دقت در تعیین موقعیت‌های GNSS می‌شود و عملکرد بهتر سیستم در شرایط دشوار مانند محیط‌های شهری یا مناطق با افت نظری GPS مانند مناطق نزدیک به خط استوا می‌شود.
داده‌های تصحیح خطای خارجی
داده‌های تصحیح خطای خارجی در سیستم‌های GNSS شامل اصلاحاتی است که برای ساعت و مدار ماهواره‌ها اعمال می‌شوند. این تصحیحات معمولاً به‌روز رسانی‌های دقیق در خصوص موقعیت و سرعت ماهواره‌ها و همچنین اطلاعات زمانی آن‌ها است که برای دقت و عملکرد سیستم GNSS لازم است.
در مورد سرویس TerraStar، تصحیحاتی که لازم است برای کاربران نهایی فراهم آورند، توسط ماهواره‌های ارتباط مخابراتی Inmarsat ایجاد و انتقال داده می‌شوند.
این ماهواره‌ها اطلاعات تصحیحی از منابع معتبر به دست می‌آورند و این اطلاعات را به سیستم TerraStar و بعداً به گیرنده‌های GNSS در دسترس کاربران نهایی منتقل می‌کنند. این تصحیحات که شامل تصحیحات مربوط به ساعت و مدار ماهواره‌ها می‌شود، به کاربران این امکان را می‌دهد که دقت و قابلیت مکان‌یابی خود را افزایش دهند.
مدل‌سازی
در سیستم‌های GNSS، تاخیر تروپسفری که ناشی از تأثیر جذب و پراکندگی سیگنال‌ها در جو زمین است، می‌تواند دقت موقعیت‌یابی را تحت تأثیر قرار دهد. برای اصلاح این تاخیر، از مدل UNB که توسط دانشگاه نیوبرانزویک توسعه یافته است، استفاده می‌شود.
با این حال، بخش تاخیر تروپسفری بسیار پویا و تغییر پذیر است که با دقت کافی نمی‌توان آن را به‌طور کامل مدل کرد. بنابراین، تاخیر تروپسفری باقیمانده به‌همراه تعیین موقعیت و عوامل دیگر به‌طور تخمینی برآورد می‌شود.
برای بهبود دقت در تعیین موقعیت، مدل سازی در سیستم PPP از استفاده از مدل‌هایی برای اصلاح اثرات جذب و تغییرات زمین جامد استفاده می‌کند. این مدل‌ها به‌صورت محاسباتی اثرات چون تروپسفری را بر روی سیگنال‌های GNSS تخمین می‌زنند و اصلاحات لازم را اعمال می‌کنند. این اقدامات باعث دقت موقعیت‌یابی و افزایش کارایی سیستم GNSS می‌شود.
الگوریتم‌های فیلتر PPP
در الگوریتم‌های فیلتر PPP، از فیلتر کالمن گسترش یافته (EKF) برای برآورد موقعیت نقطه به نقطه (PPP) استفاده می‌شود. این الگوریتم با استفاده از مراحل تکراری EKF، موقعیت مکانی، خطای ساعت گیرنده، تاخیر تروپسفری و ابهامات فاز موج حامل را تخمین می‌زند.
EKF با کاهش نویز سیستم، امکان برآورد موقعیت با دقت تا سطح سانتیمتر را فراهم می‌کند. برآوردهای مراحل تکراری EKF با ترکیب اندازه‌گیری‌های متوالی GNSS، تقویت می‌یابند و به مقادیر دقیق و پایداری همگرا می‌شوند.
زمان همگرایی معمولی در PPP برای دستیابی به دقت زیر ۱۰ سانتیمتر حدود ۲۰ تا ۴۰ دقیقه است، اگرچه این زمان به عواملی مانند تعداد ماهواره‌های موجود، هندسه آن‌ها، کیفیت محصولات اصلاحی، خطای چند مسیری محیطی گیرنده و شرایط اتمسفری وابسته است.
خدمات مهندسی گروه مهندس
گروه مجموعه مهندس به عنوان یک تیم تخصصی در زمینه نقشه برداری، خدمات گسترده‌ای را ارائه می‌دهد. این خدمات شامل نقشه‌برداری هوایی، نقشه برداری utm و نقشه برداری زیرزمینی می‌شود. این گروه مهندسی با تجربه در انجام تمام کارهای اجرایی مرتبط با نقشه‌برداری، اطمینان می‌دهد که مشتریان خود از خدمات حرفه‌ای و کیفیت بالا بهره‌مند می‌شوند.
گروه مهندس با تیمی متخصص و مجرب در زمینه نقشه‌برداری، امکان ارائه خدمات حرفه‌ای و با کیفیت در زمینه تهیه نقشه‌های دقیق و استاندارد را فراهم می‌کند.
سخن پایانی
روش PPP به عنوان ابزاری پیشرفته و قدرتمند در تعیین موقعیت نقطه‌ای با دقت بالا، ارزش بسزایی دارد. این روش امکان فراهم کردن اطلاعات لازم برای انجام پروژه‌های نقشه‌برداری، مهندسی، مکان‌یابی و سایر زمینه‌های مرتبط را به صورت دقیق و قابل اعتماد فراهم می‌کند.
استفاده از PPP منجر به افزایش دقت، کارایی و اعتمادپذیری اطلاعات مکانی می‌شود و این امر در انجام پروژه‌های زمینه‌های مختلف از اهمیت بالایی برخوردار است. با اعتماد به این روش پیشرفته و با استفاده از تیم‌های متخصص، می‌توان تضمین کرد که تعیین موقعیت نقطه‌ای با دقت بالا و با کیفیت عالی انجام می‌شود.
