الاخطاء في نظام الـ Gps

موضوعنا اليوم هو عن الأخطاء في نظام الـ GPS

من المعلوم ان اجهزة الاستقبال تتكون من جهاز استقبال من الاقمار وبرنامج لحساب واعطاء المعلومات اللازمة (الإحداثيات والوقت)
ولقد تطورت أجهزة الاستقبال خلال العشر السنوات الأخيرة، حيث تناقص وزنها
واستهلاكها للطاقة، واصبح بالإمكان تشغيلها باستخدام بطاريات جافة من
القطع الصغير، هذا بالإضافة الى رخص ثمنها.

الاخطاء في نظام الـ Gps 13_1197811187

ولا يفوتنا هنا ان نذكر ان كل نظام مهما بلغت الدقة في بنائه الا ان له
أخطاء ومن مصدر الاخطاء في النظام تحديد الاحداثي الاقمار الصناعية نفسها
وما يتعلق بالغلاف الجوي ولهذا السبب لا يمكن الاعتماد على نظام الـ GPS
في الملاحة الجوية لعدم ثبات دقته واستمرار ارسال الاشارات، وان كانت
هنالك محاولات جادة في التغلب على اي اخطاء في النظام لجعله المصدر الوحيد
لمعرفة الاحداثيات.
من المعلوم ان الطائرات العمودية تستعمل نظام الجيرو وهو نظام يعتمد على الشمال المغناطيسي.

الخطأ المكتشف

اما اهم مسببات الاخطاء فهي العوائق الطبعية مثل الجبال، والمباني الطويلة، ,وان اظيفة خاصية(WAAS : لزيادة الدقة ) وكذالك الاجسام المعدنية، حيث ان اجهزة الاستقبال لا تعمل بشكل جيد وكامل داخل السيارة اذا كان (الاريل)
مشترك مع الجهاز، ولا بداخل المنازل ولا ننس هنا ان نذكر ان نسبة من
الاخطاء تحدث بسبب سوء استخدام جهاز الاستقبال او عدم المعرفة التامة به
وبطريقة استخدامه.

الاخطاء غير المكتشفة

اما مصادر الأخطاء غير المكتشفة من قبل المستخدم في تحديد الاحداثي فهي مرور الاشارات عبر الطبقة الايونية

الاخطاء في نظام الـ Gps 13_1197811559

وهي طبقة مليئة بالجزيئات المشحونة والتي تؤثر على الاشارات عند مرورها بها وكذلك الحال عند مرور الاشارات بالغلاف الجوي الذي يحتوي على نسبة من بخار الماء الذي يسبب بعض الانكسارات المؤثرة ومما يزيد الامور تعقيدا صعوبة قياس هذا الخطأ. وشرح هذه الاخطاء طويل جدا ربما ياخذ اشهرا من الكتابة

الاخطاء في نظام الـ Gps 13_1197811587

بلغت تكلفة نظام الـ gps اكثر من اثني عشر(12) بليون دولار امريكي حتى تاريخ ارسال اخر قمر من اقمار هذا النظام ،

الاخطاء في نظام الـ Gps 13_1197744736

هذا بالاضافة الى تكلفة التشغيل وصيانة النظام والتي تقدر بملايين الدولارات.

ويوجد في كل قمر اربع ساعات ذرية تكلف الواحدة منها مائة الف دولار وتصل دقتها الى جزء من المليون من الثانية (م
ثانية) ولذا فاحد اسباب الخطأ في اجهزة الاستقبال ناتج عن عدم تطابق
الساعة الرقمية الداخلية لجهاز الاستقبال مع الساعة الذرية للقمر الصناعي.

بعض المعلومات العامة عن مواصفات اقمار نظام الـ Gps

الشركة المصنعة روكويل امريكية
الارتفاع 20,000 كيلو متر تقريبا عن الارض
الوزن 4000 كيلو غرام
الطول 6 متر مع اجنحة الطاقة
زمن الدورة الواحدة 12 ساعة حول الارض
مسطح الدورة 55 لمستوى خط الاستواء
العمر 7.5 سنوات تقريبا
الاقمار الموزعة 24 قمر
الاحتياط 3 أقمار

تقرير الاخطاء

مصدر الخطا النموذجي 0 صفر
خطا الساعة الذرية للعمر 1 متر
خطا فلكي 1 متر
اخطاء جهاز الاستقبال 1 متر
الخطا الناتج عن الطبقة الايونية والغلاف الجوي 4 متر
الخطا المقصود المدني اقصى حد 100 متر
الخطا المقصود العسكري غير معروف.

هنالك اخطاء تصدر من اجهزة تحديد الموقع اليدوية نفسها فبعضها دقيق جدا
حيث يعكس القراءة التي تصله من الاقمار الصناعية مباشرة وبعضها يحمل بعض
التاخير مما يجعل القراءة التي يعرضها تحمل خطأ مضاعفا مثل الاجهزة القديمة
(الخطا المقصود والخطا الناتج من الاقمار نفسها والخطا الناتج من جهاز الاستقبال)
ومهما كانت نسبة هذه الاخطاء الا انها في حدود المعقول و المقبول حيث ان
تحديد الاحداثي في الصحراء ليست مسالة دقيقة جدآ في النظام المدني وان
كانت مطلوبة في النظام العسكري فالخطا لو وصل الى هذه الحدود لا يمكن
الاستفادة من الاحداثيات بفاعلية كبيرة حيث ان المطلوب هو الوصول إلى
مواطن الاهتمام مثل الفياض والقرى والصحاري والدحول وموطن الصيد وغيرها
وهي في مجملها واسعة واكبر من نسبة الخطا بكثير.

اما دقة الوقت العالمي الذي يظهره الجهاز فهو دقيق للغاية وتصل دقته الى عشر الثانية.

وقد كتب احد الاخوة يستفسر عن عملية ايجاد مساحة ارض بواسطة جهازgps وقد
اجبرني سؤاله الى كتابة هذا الموضوع والبحث في المراجع الصحيحة حيث يجب
الاشارة هنا الى انه لا يمكن استخدام جهاز تحديد الاحداثيات Gps مثل القارمن والماجلان الصغيرة في رفع المساحات للاغراض المدنية والعقارية داخل المدن لاحتمال وجود الاخطاء المذكورة سابقاً

وهنالك اجهزة اخرى (معدة لهذا الغرض تسمى اجهزة التباين differential Receiver) يمكن اضافتها لاجهزة تحديد الاحداثيات لتصحيح القراءات منها جهاز (االتوتل ستيشن).. وسوف نكتب عنه ان شاء الله

وتختلف اجهزة الاستقبال في تحديد الاحداثيات في عدد الاقمار التي يمكنها
استقبال اشارتها حيث يصل بعضها إلى امكانية الاستقبال من عشرة اقمار

الاخطاء في نظام الـ Gps 13_1197810580

كما تشاهدون في الصورة رقم (8)

في آن واحد ولكن ليست كلها صحيحة حيث ان الجهاز يحدد القمر كامل المعلومات
ويستقبل منه لأن بعضها تكون اشارته ضعيفة او ان زاويته غير جيدة وكل جهاز
يحتوي في ذاكرته على سجل كامل للأماكن يحتوي على مواقع الاقمار في اي وقت
واي مكان.

الاخطاء في نظام الـ Gps 13_1188250036

كما نشاهد في الصورة رقم (1)

من المعلوم ان الاقمار مملوكة لوزارة الدفاع الامريكية وهي في تطور مستمر
وقد يصل التطور في تقنية الاقمار الصناعية وطريقة بثها درجة لا تستطيع
فيها استخدام بعض الاجهزة القديمة ولذا فالعمر الافتراضي لاجهزة التحديد يعد قصير ويجب التاكد عند شراء الجهاز انه حديث الصنع حتى يمكن الاستفادة منه مدة طويلة

ولا يوجد شركة من الشركات الصانعة لأجهزة التحديد قادرة على ضمان سلامة الاجهزة من الاخطاء او عدم الفاعلية نظراً لان وزارة الدفاع الامريكية تعلن للجمهور باستمرار بان الاقمار تخضع للتطوير والتحسين المستمر على طول السنين ولا تلتزم بدقة ما يوجد لدى المستخدمين من اجهزة كما ان شركات صناعة اجهزة تحديد المواقع تؤكد ذلك للمستخدمين بنشره في الصفحات الاولى من ادلة الاستخدام، تؤكد بانها لا تضمن استمرارية اجهزتها في اعطاء القراءات الصحيحة لفترة زمنية طويلة وكذلك في مجلة الـ Gps الامريكية

الموضوع منقول

تقيس الأجهزة الجيوديسية الأرصاد من نوع قوة الإشارة الحاملة Carrier
Phase وهي النوع الدقيق من أرصاد GPS والتي تعتمد بصفة عامة علي قياس قوة
الإشارة المرسلة من الأقمار الصناعية علي كلا الترددين L1 and L2 ولذلك
تسمي الأجهزة ثنائية التردد.

توجد العديد من مصادر الأخطاء في
هذه الأرصاد والتي يجب معالجتها بدقة للوصول إلي إحداثيات دقيقة جدا
للمواقع المرصودة. ومن أمثلة مصادر هذه الأخطاء:
 أخطاء طبقة التروبوسفير من الغلاف الجوي Tropospheric Errors
 أخطاء طبقة الايونيسفير من الغلاف الجوي Ionospheric Errors
 أخطاء مواقع ومسار الأقمار الصناعية ذاتها Broadcasted Orbit Errors
 أخطاء تعدد المسار Multi-path Errors

توجد
حلول معروفة منذ سنوات لأسلوب معالجة بعض مصادر أخطاء الأرصاد ، فتوجد
نماذج رياضية لتصحيح أخطاء طبقة التروبوسفير (مثل Hopfield Model ) كما
توجد معادلات لحذف أخطاء الايونيسفير (مثل Ionospheric-Free Double
Difference Observable) من أرصاد نقطتين GPS يكونان معا ما يطلق عليه خط
القاعدة Base Line وخاصة عند التعامل مع أرصاد آنيا لمجموعة من النقاط
التي تم رصدها في نفس اللحظة Simultaneous Observations in a Network Mode
، كما أن أخطاء تعدد المسار يمكن تلافيها أثناء اختيار مواقع نقاط GPS
بحيث ألا توجد مصادر قريبة ربما تعكس مسار إشارات الأقمار الصناعية مثل
الأجسام المعدنية والمباني. إلا أن أخطاء مسار أقمار GPS لا يمكن معالجتها
بهذه الطرق التقليدية حيث أن موقع كل قمر صناعي – الذي يبثه داخل إشاراته
- لا يكون دقيق جدا مما ينعكس علي وجود خطأ في موقع النقطة المرصودة.

تقوم
اللجنة الدولية للنظام العالمي لتحديد المواقع (International GPS Service
or IGS) بتشغيل حوالي 350 محطة GPS علي مستوي العالم تعمل جميعها 24 ساعة
في اليوم. تقدم هذه اللجنة العديد من الخدمات من خلال شبكة الانترنت
)http://igscb.jpl.nasa.gov) ومنها: (1) حساب أخطاء مسارات الأقمار
الصناعية وتحديد المسار الدقيق Precise Orbit لكل قمر صناعي وذلك في خلال
مدة 15 يوم من تاريخ الرصد ، (2) أرصاد المحطات العاملة كلها بحيث يمكن
ربط أي أرصاد محلية نسبة لهذه النقاط المعلوم إحداثياتها بدقة عالية.
وتشتهر منتجات هذه اللجنة بين المتخصصين في GPS ويتعاملون مع منتجاتها
المجانية عالية الدقة للوصول إلي زيادة دقة إحداثيات النقاط المرصودة
(سنتيمترات قليلة) في المشروعات التي تتطلب دقة عالية. إلا أن هذا الأسلوب
يتطلب خبرة كبيرة متخصصة في علوم جيوديسيا الأقمار الصناعية Satellite
Geodesy وضبط الأرصاد Observations Adjustment.

في السنوات
القليلة الماضية تم إطلاق عدة مواقع علمية علي شبكة الانترنت (On-line GPS
Processing Services) تهدف إلي إجراء حسابات أرصاد GPS في أي مكان من
العالم بطرق دقيقة للغاية وإرسال النتائج للمستخدم دون أية تكلفة. أي أن
المستخدم العادي يرسل ملفات الأرصاد التي قام بتجميعها بأجهزة GPS
الجيوديسية إلي أيا من هذه المواقع التي تقوم بإجراء عمليات الحساب و
الضبط باستخدام منتجات IGS وإرسال الإحداثيات النهائية الدقيقة للمستخدم
عبر بريده الالكتروني وذلك في مدة لا تتجاوز الساعة الواحدة وأحيانا لا
تتجاوز دقائق قليلة فقط من وقت إرسال الأرصاد.

1- خدمة PPP من هيئة المساحة الكندية: http://www.geod.nrcan.gc.ca
2- خدمة AUSPOS من هيئة المساحة الاسترالية: http://www.ga.gov.au
3- خدمة SCOUT من جامعة كاليفورنيا الأمريكية: http://sopac.ucsd.edu
4- خدمة OPUS من هيئة المساحة الجيوديسية الأمريكية: http://www.ngs.noaa.gov/
5- خدمة Auto-GISPY من معهد JPL بوكالة الفضاء الأمريكية: http://milhouse.jpl.nasa.gov/ag/

جميع
هذه الخدمات الحديثة مجانية وتقبل أرصاد GPS من المستخدمين علي مستوي
العالم كله ماعدا الخدمة رقم 3 المخصصة فقط للمستخدمين داخل الولايات
المتحدة الأمريكية فقط. تنقسم طرق تنفيذ الحسابات لهذه الخدمات بين
طريقتين: (1) التحديد الدقيق لموقع كل نقطة في حد ذاتها Precise Point
Positioning or PPP وذلك بحساب إحداثيات كل نقطة لوحدها باستخدام المسار
الدقيق للأقمار الصناعية Precise GPS Orbits من منتجات لحنة IGS وهذا هو
ما تستخدمه الخدمة رقم 1 ، (2) استخدام المسار الدقيق للأقمار الصناعية
بالإضافة لربط النقطة المرصودة علي أقرب 3 نقاط لها من نقاط الشبكة
العالمية IGS Network وهذه الطريقة هي ما تستخدمه الخدمات أرقام 2-3-4-5.

من
تحليل ودراسة هذه المواقع المتاحة لحساب قياسات GPS علي شبكة الانترنت ثبت
أن لها العديد من المميزات مثل: (1) أنها خدمة مجانية بدون أي تكلفة ، (2)
أنها تلغي الحاجة لشراء برنامج متخصص في الحسابات ، (3) أنها مفيدة جدا
لمن ليست لديهم خبرة كبيرة في طرق حسابات أرصاد GPS ونماذجها الرياضية
المختلفة ، (4) أن استخدام المحطات العالمية كمحطات ربط للنقاط الجديدة
يقلل من عدد أجهزة الرصد المطلوبة لإكمال الأعمال الحقلية وبالتالي فأن
تكلفة تجميع البيانات الحقلية ستقل أيضا. وهذه المميزات تساعد في خفض
معقول لتكلفة مشروعات المساحة والخرائط باستخدام تقنية GPS. بذلك يوصي
البحث باستخدام المواقع العالمية لحسابات GPS في مصر وخاصة في مشروعات
التنمية القومية.

____________________________________
من
البحث الفائز بجائزة أفضل بحث في هندسة المساحة في مصر لعام 2007 للدكتورة
هدي فيصل محمد و الدكتورة شيرين شوقي إسماعيل و الدكتور جمعة محمد داود
بعنوان:
Assessment of a cost-effective GPS data processing alternative in Egypt utilizing international on-line processing services

دليل المستخدم NDRIVE GPS

http://ar.diplodocs.com/jim/NDRIVE/GPS-_E

جزاكم الله خيرا

يسلمؤؤؤؤؤ على الطرح هيك