منذ أن بدأ الإنسان البدائي في التجول والترحال محاولاً اكتشاف أرجاء الكرة الأرضية، وھو یبحث عن وسیلة تساعده في إمكانية موقعھ من جھة، وتحدید اتجاھھ.
فكان یعتمد على تعیین مساره ودروبھ بواسطة علامات من أكوام صغيرة من الحجارة، إلاّ أن ھذه الوسیلة یمكن أن تنجح في نطاق صغير، إضافة إلى أنھا یمكن أن تُزال حینما یتساقط الجلید أو تھطل الأمطار . وازدادت المشكلة سوءاً حینما بدأ الإنسان في اكتشاف المحبطات، حیث أنھ لا یوجد مكان لوضع العلامات الحجرية، ولا علامات أرضية یسترشد بھا
وكانت النجوم ھي وسیلتھ الوحیدة التي یعتمد علیھا، لكنھا بعیدة جداً، إضافة إلى اختلاف درجة وضوحھا من موقع إلى آخر، ومن ثم فإن الطریقة الوحیدة للاستفادة منھا ھو استحداث طرق دقیقة للقیاس، وبالطبع فإن أجراء مثل ھذه القیاسات لا یتم إلاّ في اللیل، وفي اللیالي الصافیة الخالیة من السحب فقط، وباستخدام أدق أجھزة القیاس، وعلى الرغم من ذلك فإن ھذه الأجھزة تعطي نتائج تقريبية بفارق قد یصل إلى المیل بالزیادة أو النقصان .
وحاول الإنسان في العصر الحدیث بكل إمكانیاتھ التقنیة والتكنولوجیة الاعتماد على نُظم متقدمة إلاّ أنھ هناك صعوبات تواجھھا.
فھناك نظامان ھما لورانLORAN ، ودكا DECCA یستخدمان في الملاحة البحریة، ویعملان على أساس نظم الرادیو التي تعتبر جیدة الاستخدام في النطاقات الساحلیة حیث تتوافر شبكات الاتصال بین النظامین، إلاّ أنھا لا تغطي مساحات كبیرة من الیابس؛ فضلاً عن أنھا تتسم بتفاوت دقتھا حسب الاختلافات المكانیة .
وھناك نظام جدید یعتمد على الأقمار الصناعیة على نمط نظام تحدید المواقع GPS یُعرف بنظام الانتقال System Transit ، أو بنظام الملاحة باستخدام الأقمار الصناعیة Sat-Nav ،لكن الأقمار الصناعیة التي یستخدمھا تدور في مدارات منخفضة، فضلاً عن أنھ لا یوجد عدد كبیر منھا وبالتالي لا یمكن الحصول على نتائج محددة بصفة دائمة بسبب ترددات أجھزتھا الصغیرة، كما أن أي تحرك بسیط لجھاز الاستقبال یسبب أخطاء فادحة في تحدید الموقع .
نظام تحدید المواقع GPS
في عام ١٩٧٣م بدأ العمل في وزارة الدفاع الأمریكیة لتصمیم نظام تحدید المواقع، وذلك لاستبدال نظام الملاحة بالأقمار الصناعية المعروف باسم System Transit أوNav - Sat، وذلك لتفادي عیوبھ الممثلة في تغطیتھ غیر الكافیة للأقمار الصناعیة، وعملیاتھ الملاحیة غیر الدقیقة. لذا أُستحدث النظام الجدید لیوفر تغطیة كاملة وبدقة عالیة تغطي الاحتیاجات العسكریة. ویتم التحكم في النظام عن طریق القوات الجویة العسكریة، فضلاً عن أن ھذا النظام یتوافر للاستخدامات المدنیة ویتغلغل في مختلف أوجھ الحیاة، حیث أن لھ العدید من التطبیقات الأرضیة والبحریة والجویة، كما سیتضح فیما بعد . وقد تم إطلاق أول قمر صناعي من ھذا النوع عام1978 م، ویعتمد ھذا النظام على شبكة مكونة من ٢٤ قمراً صناعیاً تدور في مدارات على ارتفاع شاھق حول الكرة الأرضیة، وتبدو كأنھا نجوم صناعیة Stars Made - Man تحاول أن تحل محل النجوم الطبیعیة التي كان یعتمد علیھا في الملاحة كما ھو فى الصورة التالیة
وتتوزع ھذه الأقمار الصناعیة في مداراتھا المخصصة لھا بزوایا ومسارات وزمن محدد لكل منھا، بحیث یمكن الاتصال مع أربعة أقمار صناعیة على الأقل في أي مكان من العالم .
واستحق ھذا النظام ما أُنفق علیھ، فھذه الأقمار الصناعیة تدور على ارتفاعات شاھقة مما یجعلھا تتفادى المشاكل والمصاعب التي كانت تواجھ محطات التوجیھ الأرضي، فضلاً عن أنھا تعطي نتائج عالیة الدقة في تحدید المواقع على سطح الأرض على مدار ٢٤ ساعة یومیاً، إذ أنھا یمكن أن تعطي قیاسات دقیقة للغایة، حیث یمكـن للمساحیین Surveyors باستخدام أجھزة تحدید المواقع GPSالحصول على قیاسات تصل دقتھا إلى أقل من السنتیمتر الواحد وھو ما تفتقده الأجھزة المساحیة التقلیدیة . وأفضل ما تتیحھ ھذه التقنیة الحدیثة ھو إمكانیاتھا، ورخص سعرھا، وصغر حجمھا، وسھولة الحصول علیھا، ویمكن القول إنھ تم إنجاز إحدى احتیاجات الإنسان، حث ستصبح ھذه الخدمة من الأساسیات كالھاتف مثلاً، حیث إنھا تُمكن المُستخدم من معرفة موقعھ في أي مكان وفي كل وقت، إضافة إلى أن ھذه الخدمة الجدیدة سوف تساعد سیارات الطوارئ من تأدیة عملھا بسرعة أعلى وبدقة أكبر، حیث إنھا ستزود بخرائط إلكترونیة Maps Electrons توضح لھا مسارھا نحو الھدف .
مكونات نظام تحديد المواقع
یتكون نظام تحدید المواقع GPS من ثلاث وحدات رئیسیة ھي :
1-الأقمار الصناعية. GPS Satellites
2-محطات التحكم الأرضية GPS Ground Control Segment .
٣ .جھاز الاستقبال Receiver
١.الأقمار الصناعية
تتسم الأقمار الصناعية في نظام GPSبعدة خصائص أھمھا:
أ. یبلغ وزنھا حوالي ٨٤٥ كیلوجرام.
ب. یصل عمرھا الافتراضي إلى سبع سنوات ونصف.
ج. یتمثل مصدر طاقتھا في بطاریات تُشحن بالطاقة الشمسیة، تبلغ مساحتھا ٢٥, ٧ متراً مربعاً.
د. تدور حول الأرض في كل ١٢ ساعة.
ھـ. یبعد القمر الصناعي عن سطح الأرض بمسافة تصل إلى ٢٠٢٠٠ كیلومتر.
ویتمثل دور القمر الصناعي في تحدید المواقع من خلال الوظائف التالیة:
أ. استقبال وتخزین البیانات المُرسلة من محطة التحكم.
ب. الحصول على التوقیت الدقیق عن طریق ساعات الروبیدیوم والسینیزیوم.
ج. إرسال المعلومات للمُستخدم عن طریق إشارات مختلفة.
د. المناورة لتعدیل المدار عن طریق التحكم الأرضي
٢.نظام التحكم الأرضي
يتكون نظام التحكم الأرضي من خمس مراكز موزعه على أنحاء الكرة الأرضية وهي من الغرب إلى الشرق
هاواي Hawai وإحداثياتها ٤٦ َ١٩ ْشمالاً، ٣٠ َ١٥٥ ْغرباً
ومحطة كولوراو اسبرنجزColorado Springs 51 َ38 ْشمالاً، 49 َ104 ْغرباً
ومحطة اسينيشن Ascension وإحداثياتها 0 َ8 ْجنوباً، ٠ َ13 ْغرباً
ومحطة دييجـو جارسيا 20 َ٧ ْجنوباً، 72َ 20 ْ شرقا
ومحطة نواجوالين 54 َ00 ْجنوباً، 136َ 05 ْ شرقا
٣ .جھاز الاستقبال
یعد جھاز الاستقبال الآلة الوحيدة التي تُمكن مُستخدم ھذا النظام من الحصول على المعلومات سواء معلومات عن تحديد الموقع أو معلومات عن الأقمار الصناعية، ویتكون جھاز الاستقبال من وحدتین رئیسیتین ھما معدات الاستقبال Hardware ، وبرامج المعالجة Software.
قطاع اجهزه الاستقبال الأرضية
جهاز الاستقبال هو الجهاز الذي يستقبل الاشارات المصححه القادمة من الاقمار الصناعية طوال الوقت لإظهار احداثيات النقاط التي يقف عليها الجهاز والمعلومات الخاصة بتحديد الاتجاه وشكل وتوزيع الاقمار الصناعية في الفضاء وحالتها واسماء الاقمار الظاهرة في وقت الرصد والتي ترسل اشارتها
وتختلف مواصفات الأجهزة وكفاءتها تبعا للغرض التي ستقوم به وهي
اجهزه الاستقبال لأغراض المراقبة التعقب ويستخدم هذا النوع فى اغراض المراقبه والتعقب للسيارات والمركبات وتتم بوضع جهاز استقبال مزود ب دائره الكترونيه خاصه داخل المركبه المراد تعقبها ويقوم جهاز الاستقبال بتحديد موقعها ومن ثم ارسال احداثيات الموقع الى مركز المراقبة الذي يقوم برسم مسار هذه المركبة على الخرطة وقد تزود الدائره الالكترونيه بوسيله للتحكم في حركه المركبة
اجهزه الاستقبال لاغراض الملاحه والتوجيه ويستخدم هذا النوع من الأجهزة في اغراض توجيه الطائرات والسفن الى مساراتها الصحيحة وذلك عن طريق وضع جهاز استقبال داخل الطائره او السفينه وهو يقوم بتحديد الموقع ومن ثم يرسم الحاسب الالي مسار هذه الطائره او السفينه على الخريطه بحيث يمكن تصحيح المسار اذا خرجت عن مسارها الصحيح ام الاجهزه المستخدمه في الملاحه البريه فتستخدم لتحديد موقع المستخدم على سطح الارض و معظم اجهزه الملاحه الارضيه والتي تستخدم تردد واحد تعطي خطا في حدود من 30 ل 100م لذا فهي لا تستخدم في الاعمال المساحية
اجهزه الاستقبال لأعمال الرفع المساحي يستخدم هذا النوع من الأجهزة في الاعمال المساحية ويعتمد طريقه خاصه لتصحيح الاخطاء والتقليل منها للحصول على دقه عالية و معظم اجهزه هذا النوع تستقبل نوعين من الترددات و تستخدم تقنيه خاصه لتعطي خطا في حدود من نص الى 20 مللي متر تبعا لطول الخط المرصود
الحالات الرئيسة لتحديد الموقع بواسطة نظامGPS
ھناك حالتان رئیسیان لتحدید الموقع باستخدام نظام تحدید المواقع GPS ھما :
التحدید المطلق للموقعPositioning Point Absolute
تُعرف عملیة تحدید الموقع لنقطة ما دون الاعتماد على نقطة أو نقاط أخرى بالتحدید المطلق ویتطلب الأمر في ھذه الحالة جھازاً واحداً فقط، إضافة إلى بعض البیانات الأولیة للموقع. ویمكن في ھذه الحالة الحصول على إحداثیات الموقع الجغرافیة (خطوط الطول ودوائر العرض) في المیدان مباشرة بدون أي عملیات تحلیل أو معالجة. وھناك العدید من الأجھزة التي تُستخدم في ھذه الحالة، مثل أجھزة الملاحة التي تحدد المواقع بدقة أفقیة تصل إلى ثلاثین متراً، كما ھو الحال بالنسبة لجھاز ماجلان Magellan ، وجھاز ترمباك Trimpak.
التحدید النسبي للموقعPositioning Relative
تُعرف عملیة تحدید الموقع لنقطة ما بالاعتماد على نقطة أو نقاط أخرى بالتحدید النسبي، وتتطلب ھذه الحالة وجود جھازین على الأقل، إحداھما ثابت في نقطة معلوم إحداثیاتھا، والآخر على النقطة المطلوب حساب إحداثیاتھا بدقة، وتعرف ھذه الحالة باسم تحدید المواقع من وضع الثبات . Positioning Static ویتطلب ھذا النوع من القیاس عملیات
تحلیل ومعالجة للبیانات التي تم جمعھا في المیدان للحصول على الدقة العالیة المطلوبة والتي تصل إلى مللیمترات . وتجدر الإشارة إلى أنھ یمكن تحدید الموقع حركیاً Positioning Kinemeticحیث یتم تحدید المواقع للجھاز المتحرك وبدقة أعلى من دقة التحدید المطلق. وھذا النوع مھم في أغراض الملاحة البحرية
فكره عمل اجهزه تحديد المواقع GPS
تقوم فكره عمل اجهزه تحديد المواقع على ثلاث مبادئ مساحيه اساسيه هي
مبدا التقاطع العكسي ريسكشن
مبدا قياس المسافه بين القمر الصناعي وجهاز الاستقبال
مبدا التصحيح النسبي للأرصاد لزياده دقه الاحداثيات الناتجة
وتطبق هذه المبادئ باستخدام تكنولوجيا متقدمة ومتطورة
1- مبدا التقاطع العكسي او الخلفي ريسكشن في حاله معرفه احداثيات ثلاث نقاط او اكثر فانه يمكن حساب احداثيات اي نقطه مجهولة الاحداثيات وذلك بالوقوف عليها و قياس المسافة بينها وبين تلك النقاط فاذا كانت احداثيات الاقمار الصناعية معلومة في كل لحظه اثناء سيرها في مداراتها امكن اختيار ثلاثة منها او اكثر لنطبق عليه مبدا التقاطع العكسي لتحديد احداثيات نقطه الرصد التي يقف عليها جهاز تحديد المواقع وهنا تظهر مشكله كيفيه قياس المسافات بين النقطة وكل قمر من الاقمار المرصوده
2-مبدا قياس المسافة بين القمر الصناعي وجهاز الاستقبال وتقاس هذه المسافة عن طريق قياس الزمن اللازم لسفر الموجات الكهرومغناطيسية من القمر الصناعي الى جهاز الاستقبال الريسيفر على الارض و بمعلومية سرعه الموجه في الفراغ يمكن حساب المسافة بين القمر والجهاز بالمعادلة
المسافه = سرعه الموجه*الزمن المار ومن المعروف ان سرعه الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ تساوي سرعه الضوء
3- مبدا التصحيح النسبي للأرصاد لزياده دقه الاحداثيات الناتجة من المعروف في الاعمال المساحية استخدام طريقه خاصه لمعالجه الارصاد للحصول على دقة عالية تسمي طريقه التصحيح النسبي للأرصاد وتقوم هذه الطريقة على العمل ب جهازين او اكثر في نفس الوقت يبقي الجهاز الاول على نقطه ثابته معلومة الاحداثيات و يوضع الجهاز الثاني على النقطة مجهولة الاحداثيات وبحيث يستقبل الجهازان الإشارة من القمر الصناعي في نفس اللحظة ويتم حساب احداثيات النقطة المجهولة منسوب الى احداثيات النقطة المعلومة و تسمى هذه الطريقة بالنظام النسبي او بالنظام التفاضلي وفي حاله استخدام جهاز الواحد فقط تتم معالجه الارصاد بشكل منفصل ولكن الدقة في هذه الحالة تكون منخفضه ويسمي هذا النظام بالنظام المطلق او بنظام التحديد المفرد ويستخدم في الاعمال التي لا تطلب بدقه عالية
الاحتياطات الواجب مراعاتها عند استخدام اجهزه تحديد المواقع gps في الرفع المساحي
يجب على اخصائي المساحة مرعات الاحتياطات التالية عند الرصد للحصول على دقه عالية في اعمال الرفع المساحي
1-لابد من وجود جهازين على الاقل بحيث يوضع الجهاز الاول فوق النقطة معلومة الاحداثيات وتعرف باسم المرجع رفرنس ويوضع الجهاز الثاني فوق النقطة المطلوب ايجاد احداثياتها وتعرف باسم المتحرك روفر
2-يجب التأكد من عدم وجود عوائق تعوق الرؤية بين جهاز الاستقبال والقمر الصناعي مباني عالية اشجار كثيفه حتى لا يتطلب الانتظار فتره زمنيه اطول على النقطة المرصودة
3- يجب ان يشترك الجهازان في الرصد على اربعه اقمار على الاقل في نفس الوقت والا يحدث انقطاع اشارة القمر اثناء عمليه الرصد
4-يجب ضبط الجهازان على نفس الفاصل الزمني
5-يجب التأكد من التوزيع الهندسي الجيد للأقمار بالنسبة لكلا نقطتي الرصد
6- يجب ان تكون احداثيات نقطه المرجع الاولى معلومة بدقه بالنسبة للنظام العالمي 84wgs حيث ستكون كل النقط المرصود منسوبه لذلك النظام
7-للتحويل الى النظام المحلي المستخدم في مصر والمعروف باسم نقطه الزهراء لابد من وجود 4 نقاط على الاقل معلومة الاحداثيات في النظام العالمي 84wgs وفي النظام المحلي نقطه الزهراء لإيجاد معادله التحويل بين النظامين
8- يجب مراعات مواصفات النقاط المرصوة بجهاز تحديد المواقع جي بي اس عند اختيار مواقع النقاط
طرق الرصد بأجهزة تحديد المواقع gps
يقصد بطريقه الرصد هي الطريقة التي يتبعها المساح في استخدامه للجهاز وهو الذي يقرر الطريقة التي يتبعها في الرصد تبعا للعوامل الأتية
1- امكانيات الجهاز المستخدم و عدد الأجهزة والوقت اللازم لإنجاز المشروع
2-الدقة المطلوبة في العمل
3- البرنامج الحساب المستخدم في معالجه الارصاد
ويمكن تقسيم طرق الرصد الى
1- الرصد الثابت وفي هذه الطريقة يتم وضع الهوائي فوق النقطة المرصود المراد رصدها دون تحريك الجهاز فتره زمنيه قد تكون بضعه ساعات وتختلف هذه فتره باختلاف المسافة بين وحده المرجع ريفرنس و وحده الرصد المتحرك روفر وهذه الطريقة تعطي دقه عالية جدا و تستخدم في ارصاد الشبكات الجيوديسيه وشبكات المثلثات من الدرجة الاولى ورصد الخطوط الطويلة
2-الرصد الثابت السريع
وتختلف هذه الطريقة عن الطريقة السابقة في الفترة الزمنية اللازمة للرصد وفيها يتم وضع هوائي الاستقبال فوق النقطة المراد رصدها دون تحريك جهاز الرصد لفتره زمنيه اكثر عاده ما تكون اقل من ساعه و ايضا تختلف هذه الفترة باختلاف المسافة بين وحدتي الرصد وفي وهذه الطريقة تعطي دقة عالية وتستخدم في تكثيف شبكه المثلثات الجيودسيه وقياس خطوط القواعد ولكن بشرط الا تزيد المسافة بين وحدتي الرصد عن 20 كيلومتر
3-الرصد المتحرك وفي هذه الطريقة يتم وضع جهاز واحد المرجع رفرنس فوق النقطة المعلومة احداثياتها ويتم التحرك على النقاط المراد رصدها بالوحدة الثانية روفر بعد وضع هوائي الاستقبال على حامل خفيف او عصي ويوجد نوعان لهذه الطريقة
1- الثبات والحركة وفيها يحتل الواحد النقطة المجهولة بالجهاز روفر ويشغل الجهاز لفتره زمنيه قصيره تتراوح بين 20:8 وتختلف هذه الفترة باختلاف المسافة بين وحداتي الرصد الثابت و وحده الرصد المتحرك ثم يغلق الجهاز وينقل الى النقطة التأليه اي ان الجهاز خلال الحركة من نقطه الى اخرى يكون الجهاز مغلقا وتسجل ارصاد كل نقطه تحت رقم معين و تتم المعالجة الارصاد للحصول على احداثيات النقاط المرصودة باستخدام البرنامج الحساب الخاص بالجهاز
2-الرصد المستمر وفيها ينتقل الراصد من نقطه الى اخرى دون اغلاق الجهاز بمعنى ان الجهاز مستمر في الرصد على الاقمار الصناعية ويسجل ارصاده اثناء حركة الجهاز في مساره و تتم معالجه الارصاد للحصول على احداثيات النقاط باستخدام البرنامج الحساب الخاص بالجهاز ممكن بهذه الطريقة انشاء خريطه كنتورية لمنطقه عن طريق تثبيت هوائي على سطح سيارة مثلا والتحرك في منطقه العمل وهذا النوع من الرصد المتحرك اقل دقه من الرصد الثابت الا انه يعطي نتائج جيده جدا اذا ما قورن ب اعمال الرفع العاديه و تستخدم هذه الطريقة في رصد المضلعات (الترافيرسات) وعمل نقاط الربط الارضي لأعمال المسح الجوي وفي رفع التفاصيل و ايجاد مساحه الاراضي
4-الرصد المتحرك باللاسلكي تشبه الى حد بعيد الطريقة السابقة الا ان الوحدتين في هذه الطريقة يتم تزويدهم بوحدتي ارسال لاسلكي حيث تقوم الوحدة الاولى المرجع باستقبال اشارات الاقمار الصناعية ومعالجتها لاستخلاص قيمه الخطأ في احداثيات النقاط ثم ارسال هذه البيانات الى الوحدة المتحرك الروفر ومن خلال البرنامج الحساب بجهاز الوحدة المتحرك يتم حساب احداثيات النقاط المرصودة تبعا لنفس المسقط الموجود عليه الوحدة المرجعيه مما يمكن المساح من ايجاد احداثيات النقاط المرفوعة فور انتهاء عمل الرصد وفي هذه الطريقة مناسبه جدا لأعمال الرفع الا انها يعيبها تأثير موجات اللاسلكي بين الوحدتين بإشارات البث اللاسلكي الاخرى وفي هذه الطريقة يوجد نوعان هما الثبات والحركه والرصد المستمر
5-اعمال الملاحة والتوجيه يمكن استخدام الجهاز في اعمال الملاحة البريه وذلك بوضعها هوائي استقبال فوق السيارة و ادخال احداثيات النقطه المطلوب الوصول اليها للجهاز و يقوم البرنامج بحساب المسافة الى الهدف وكذلك الاتجاه كما تستخدم هذه الطريقة في الملاحة البحرية السفن والملاحة الجوية الطائرات و في تحديد اتجاه الشمال او تحديد اتجاه القبلة مثلا
للدخول علي شرح جهاز الجي بي اس المساحي سوكيا جي ار اكس او GRX2 انقر هناااااااااااااااا