در تاریخ سوم و چهارم دیماه جاری دوره مربی گری جی پی اس فدراسیون کوهنوردی (در تهران) برگزار شد. در طول دوره مربی گری جی پی اس سوالات جالبی در مباحث مطرح شده توسط اساتید محترم پیش آمد که پاسخ به این سوالات به عنوان بخشی از پروژه حاضرات در دوره در نظر گرفته شد. با توجه به جالب توجه بودن این سوالات و عدم وجود منابع فارسی زبان ؛ پاسخهایی که در پایان جستجو و مطالعه منابع مختلف به آن دست یافته ام  با هماهنگی سرپرستی محترم گروه جهت بهره برداری عموم علاقه مندان منتشر می کنم.

در صورتی که هر اشکالی در مطالب فوق مشاهده می کنید یا اطلاعات تکمیلی در این خصوص دارید، لطفا در کامنتها اعلام فرمائید.

با تشکر و احترام   جاوید کاظم زاده عطوفی – مربی ناوبری فدراسیون کوهنوردی

۱)  تفاوت امواج ماهواره های Compass) BeiDou) با امواج سایر سامانه های موقعیت یاب جهانی چیست و آیا امکان دریافت اطلاعات و موقعیت یابی با این سیستم توسط گیرنده های GPS وجود دارد؟

پاسخ:  بستگی به نوع گیرنده و امکانات نرم افزاری آن دارد، اما با توجه به تشابهات سخت افزاری مورد نیاز به احتمال زیاد دریافت و پردازش امواج و امکان موقعیت یابی وجود دارد؛ در مورد گیرنده های قدیمی این امکان با به روزرسانی نرم افزاری ممکن به نظر می رسد.

امواج ارسالی از تمامی سیستم های موقعیت یابی ماهواره ای از دو بازه امواج نظامی و غیر نظامی تشکیل شده اند که در اینجا به بررسی امواج قابل دریافت با سیستم غیرنظامی اشاره می شود

همچنین امواج ارسالی از تمامی سیستم های موقعیت یابی ماهواره ای در بازه Upper L-Band بدون کد گذاری و به خوبی مستند شده است

– سیستم های GPS ، BeiDou و Galileo از روش دسترسی چندگانه تقسیم کدی (CDMA) جهت تمایز قائل شدن بین ماهواره های مختلف استفاده می کنند، در حالی که Glonass از روش فرکانس های متعدد تقسیم دسترسی (FDMA) به این منظور بهره می برد.

– سخت افزار پردازش امواج برای تمامی سیستم هایی که از روش CDMA استفاده می کنند مشابه است.

– اکثر گیرنده های GPS موجود از فیلترهای خیلی قوی جهت دریافت امواج استفاده نمی کنند، بنابر این معمولا قادر به دریافت حداقل بخشی از امواج ارسالی توسط سیستم BaiDou خواهند بود.

لازم به ذکر است در  آخرین نسل تلفن های همراه (به خصوص برند چینی Huawei) امکان دریافت همزمان امواج GPS، Glonass و BeiDou به صورت پیش فرض وجود دارد.

منابع :

    www.rohde-schwarz.de/file/1MA203_0e_BeiDouSWReceiver.pdf

   http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4279578/

   http://www.navipedia.net/index.php/BeiDou_Receivers

۲ ) دلیل تفاوت زاویه پوشش در عرض جغرافیایی (در شمال 84 درجه و در جنوب 80 درجه) در نواحی شمالی و جنوبی سیستم UTM چیست؟

پاسخ: در عمل قرار بوده هم در شمال و هم در جنوب مقدار 80 درجه رعایت شود، در جنوب نوار 80 درجه جنوبی دایره ای را می سازد که در جنوبِ تمامی مناطق مسکونی استرالیا، آمریکای جنوبی و آفریقا قرار می گیرد.

اما در شمال با توجه به اینکه نوار 80 درجه شمالی قسمتهایی از روسیه و گرینلند را شامل می شده، برای اینکه این مناطق هم در پوشش UTM قرار بگیرند این مقدار به 84 درجه افزایش یافته و اصلاح شده است.

منابع :

https://www.e-education.psu.edu/geog862/node/1817

۳) تفاوت داده های Almanac و Ephemeris از لحاظ حجم و زمان دریافت چیست؟

پاسخ:

در شرایطی که اطلاعات دریافتی قطع و وصل نشوند در بدترین حالت برای دریافت اطلاعات افمریز هر ماهواره 30 ثانیه زمان مورد نیاز است و اطلاعات آلماناک در سخت ترین شرایط به دوازده و نیم دقیقه زمان جهت دریافت کامل نیاز دارند.

سیگنالهای ارسالی از ماهواره های GPS شامل شامل سیگنالهای اندازه گیری (Ranging) برای اندازه گیری فاصله تا ماهواره و پیغام ناوبری (Navigation message) است. پیغام ناوبری شامل اطلاعات افمریز (Ephemeris که برای محاسبه مکان هر ماهواره در مدار است) و اطلاعات آلماناک (Almanac که مدارات کلیه ماهواره ها را ارسال می کند) می شود.

پیغام ناوبری شامل فریم هایی به طول 1500 بیت است. هر فریم نیز به نوبه خود شامل 5 زیر فریم به طول 300 بیت است که از 1 تا 5 شماره گذاری شده اند. هر زیر فریم شامل 10 عبارت به طول 30 بیت است و با توجه به سرعت انتقال داده (5 بیت بر ثانیه) به 6 ثانیه زمان جهت انتقال نیاز دارد. همه زیر فریم ها زمان GPS را به همراه دارند. زیرفریم 1 تاریخ GPS (شماره هفته) و اطلاعات لازم جهت اصلاح زمان ماهواره به زمان GPS را به همراه وضعیت و سلامت ماهواره را شامل می شود. زیرفریم 2 و 3 به اتفاق اطلاعات افمریز ماهواره را منتقل می کنند. زیر فریم های 4 و 5 قسمتی از اطلاعات آلماناک را شامل می شوند؛ اما مجموعا یک بیست و پنجم اطلاعات آلماناک را به همراه دارند. دستگاه گیرنده بایستی 25 فریم کامل اطلاعات را دریافت نماید تا کلیه 15000 بیت بیغام آلماناک را گرفته باشد. به این ترتیب دوازده و نیم دقیقه زمان لازم است تا از یک ماهواره اطلاعات آلماناک به طور کامل دریافت شود.

منبع:

https://en.wikipedia.org/wiki/GPS_signals

۴) دلیل اختلاف خطای یک و نیم برابری GPS در محاسبه Z به نسبت X و Y  چیست؟

پاسخ:

دقت ارتفاعی همیشه از دقت افقی کمتر است و معمولا این مقدار یک و نیم برابر مقدار دقت افقی در نظر گرفته می شود. بیشتر این مقدار به علت ژئومتریست. به طور مثال اگر در نظر بگیریم که فقط چهار ماهواره در دیدرس ما قرار دارد، یهترین حالت و بالاترین دقت جی پی اس به صورت عمومی در حالتی است که هر چهارتای ماهواره ها 40 تا 55 درجه بالای افق قرار داشته باشند و هر یک در راستای یکی از جهات اصلی جغرافیایی (شمال – جنوب – شرق – غرب) باشند (در صورتی که در این وضعیت ارتفاع هر چهار ماهواره یکسان باشد دقت به شدت پایین خواهد بود که خوشبختانه وقوع چنین حالتی بسیار نادر است). بهترین حالت برای بالاترین دقت ارتفاعی در خالتی اتفاق می افتد که سه تا از ماهواره ها در افق و با زاویه 120 درجه قرار گرفته باشند و یک ماهواره درست در بالای سرمان باشد. این چیدمان ماهواره در عمل بسیار دور از دسترس است، بنابر این در عمل دقت ارتفاعی جی پی اس پائینتر از دقت افقی است. در عمل ارتفاع سنجهای بارومتریک کالیبره شده دقیق تر از سیستم جی پی اس در سنجش ارتفاع عمل می کنند.

از سوی دیگرارتفاع سنجی  جی پی اسی، فاصله  کاربر  را از مرکز مدار ماهواره جی پی اس اندازه می گیرد، در برخی گیرنده ها این اندازه گیری با ارتفاع الیپسوئید یا ارتفاع ژئودتیک تطبیق داده می شود. در گیرنده های گارمین و معمولا گیرنده های سایر شرکتها با استفاده از یک مدل ریاضی در نرم افزار ارتفاع به دست آمده با ارتفاع ژئودتیک مطابقت می یابد. با وجود تمامی مدلهای ریاضی متفاوت، خطاهایی در این انطباق وجود دارد، چرا که در عمل سطح واقعی زمین با مدلهای ساده ریاضی قابل شبیه سازی نیست.

منابع:

http://gpsinformation.net/main/altitude.htm

GPS versus barometric altitude: the definitive answer

http://weather.gladstonefamily.net/gps_elevation.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Dilution_of_precision_(GPS)

۵) ایستگاههای کنترل زمینی سیسنم GLONASS در کجا واقع شده اند؟

پاسخ:

واحدهای کنترل زمینی این سیستم تقریبا تمامی در محدوده شوروی سابق قرار گرفته اند، به غیر از یک مورد که در برازیلیا (واقع در کشور برزیل) قرار دارد.

مکان این ایستگاهها عبارتند از:

مرکز کنترل زمینی و استاندارد ساعتها در مسکو (روسیه)

سایر مراکز در برازیلیا (برزیل)، سنت پترزبورگ (روسیه)، ترنوپیل (اوکراین)، انیسِسیک (روسیه) و کمسملک نا آمور (روسیه) قرار دارند.

منبع:

https://en.wikipedia.org/wiki/GLONASS#Ground_control

۶) فاصله مداری موجود بین مدار ماهواره های GLONASS ، Galileo ، GPS و BeiDou به چه دلیلی است؟

پاسخ:

به موقعیت مداری سامانه های مختلف در تصویر زیر دقت نمائید:

ماهواره های سه سامانه جی پی اس، گلوناس و کامپس (بیدو) در فواصلی نزدیک به یکدیگر قرار دارند، اما ماهواره های گالیله به دو دلیل در مدار بالاتری قرار گرفته اند:

اول: واقع شدن ماهواره ها در مدار بالاتر فضای دید و پوشش بالاتری را برای هر ماهواره به وجود می آورد و شانس قرار گیری کاربر تحت پوشش ماهواره های بیشتر را افزایش می دهد که عملا به دقت بالاتر منتج می شود.

دوم: وجود ارتفاع بیشتر عملا نقاط شمالی اروپا را که در حال حاضر به خوبی توسط سیستم GPS پوشش داده نمی شوند تحت پوشش قرار خواهد داد.

منبع:

http://www.techradar.com/news/car-tech/satnav/galileo-how-europe-s-answer-to-gps-will-revolutionise-your-phone-1198327

۷) طریقه کارکرد سیستم BeiDou در حالی که سه ماهواره داشته و پس از آن چیست؟

پاسخ:

این سیستم از دو قسمت کاملا مجزا تشکیل شده است

فاز اول که به صورت مکان یابی منطقه ای بوده و در سال 2003 به طور کامل عملیاتی شده از 4 ماهواره (3 ماهواره عملیاتی و 1 ماهواره رزرو) در مدار ژئو بهره می برد که محدوده کشور چین را پوشش می دهد.

فاز دوم که جهانیست و تشکیل شده از 35 ماهواره (5 ماهواره ژئو سازگار با فاز اول و 30 ماهواره نسل جدید که 27 تای آنها در مدار مئو و 3 تا ژئو خواهد بود) است سیستمی مشابه سایر سیستم های موقعیت یاب جهانی دارد.

منبع:

https://en.wikipedia.org/wiki/BeiDou_Navigation_Satellite_System

توضیحاتی در خصوص سیستم های موبایل ماهواره ای :

سیستم های موبایل ماهواره ای به دو گروه تقسیم می شوند:

سیستم های مخابراتی که از ماهواره های قرار گرفته در مدارهای LEO استفاده می کنند و تعداد زیادی ماهواره در مدار دارند (مثل سیستم IRIDIUM با 66 ماهواره فعال) که به دلیل ارتفاع کم ماهواره ها و سرعت بالای مداری آنها  وجود تعداد زیاد ماهواره ها در این سیستم اجتناب ناپذیر است.

سیستم های مخابراتی استفاده کننده از مدار ماهواره ای GEO (مثل سیستم موبایل ماهواره ای ثریا) که از خاصیت ثابت بودن نسبی مکان ماهواره بهره می برند و با وجود ارتفاع بسیار بالاتر ماهواره،  با حتی یک ماهواره امکان ایجاد و برقراری تماس را در منطقه پوششی محدود ممکن می کنند.

https://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_phone

https://en.wikipedia.org/wiki/Iridium_satellite_constellation

https://en.wikipedia.org/wiki/Thuraya

چند روز پیش یکی از همنوردان در گروه عکسی رو از کوه صفه منتشر کرد و بین سایر همنوردها بحثی در مورد محلی که عکس ازش گرفته شده درگرفت، بعد از اینکه محل عکس برداری رو روی گوگل ارت اعلام کردم چند نفر از دوستان در مورد نحوه مکانیابی عکس سوال کردن و از اونجایی که حس کردم شاید بتونه مطلب مفیدی باشه، سعی کردم به صورت کوتاه یه توضیحی رو ارائه کنم

تکنیک تلاقی گرا :

در ابتدا لازمه که یه توضیح مختصر در مورد نحوه مکانیابی در نقشه خوانی  با روش برش رو ارائه کنم که البته دوستانی که دوره نقشه خوانی و کار با قطب نما رو سپری کرده باشن به خوبی با این کار آشنا شدن:
در این شیوه مهمترین نکته اینه که چند عارضه مشخص (هر عارضه ای که یه نقظه یا خط راستای شاخص داشته باشه، مثل قله، گردنه، یال، خط الراس، ساخته های دست بشر، پیچ رودخانه یا جاده و …) رو هم در نقشه و هم در محیط پیرامون پیدا کنیم، بعد با امتداد دادن راستای عارضه و تصویرش در نقشه، به راحتی محل برخورد این امتدادها رو به عنوان محل خودمون در نقشه پیدا خواهیم کرد.

همونطور که در تصاویر زیر به عنوان نمونه می‌بینید:

عملا در هنگام یافتن موقعیت محل ثبت عکس هم همین کارو می کنیم؛ یعنی فرض می کنیم ما جای عکاس ایستادیم و داریم به منظره ای که اون دیده نگاه می کنیم، حالا با پیدا کردن چند عارضه شاخص روی منظره (عکس) و پیدا کردن همون عوارض روی نقشه (گوگل ارت) به راحتی مکان یابی به انجام خواهد رسید، البته بعد از اینکه کلیت کار انجام شد میتونیم از نشانه ها و عوارض دیگه برای کنترل صحت کار و بالابردن دقت کارمون بهره ببریم.

توحه به نکات مهم عکس:

در ابتدا باید حواسمون رو به یه نکته خیلی مهم جمع کنیم، اون هم تاریخ عکسبرداری، تاریخ عکسهای گوگل و تغییراتیه که ممکنه در مدتی که سپری شده در محیط اتفاق افتاده باشه؛ مثلا اگه یه عکس 30 سال پیش گرفته شده، نباید انتظار داشته باشیم که ساختمونهای قابل مشاهده در اون عکس رو الان هم عینا ببینیم؛ یا اگه یه عکس همین امروز گرفته شده، باید توجه داشته باشیم که عکسهای گوگل ارت ممکنه مال یکی دو سال پیش باشه و عوارض موجود امروز  در اون موجود نباشه.

برگردیم به مثال خودمون

خب عکسی که ما داشتیم این عکس بوده که از شانس ما عکس بسیار خوب و با عوارض قابل شناسایی عالیه، لطفا خوب به عکس نگاه کنین و در مرحله اول عوارض شاخصی که در دور پیدا هستن رو مشخص کنید:

چیزی که در اولین نگاه مشخصه اینه که عکس از روی یه ارتفاع بلند گرفته شده که پنجره یا پشت بام یه ساختمان به نظر میاد، و محل برداشت عکس تو محدوده شهری مسکونی واقع شده.

عوارض شاخص این مثال

F1 و F2 : دوطرف پیش آمدگی کوه صفه

F3 : برآمدگی پیشانی که تقریبا همتراز با پیش آمدگی صفه است
F4 : مجموعه ساختمانی شاخص در حال ساخت

F5 : باز هم یه مجموعه ساختمانی که البته دقیقا در کنار خیابون قرار داره

خب حالا با مشخص شدن این عوارض میایم سراغ نرم افزار گوگل ارت بعد از اینکه بازش کردیم کوه صفه که از همه شاخص تره رو در ابتدا و بعد هم سایر موارد رو پیدا می کنیم:

خب یادمون باشه که همه این شاخص ها رو توی عکس دیدیم ، پس برعکسش هم صادقه، یعنی از همه این شاخصها محل عکسبرداری قابل مشاهده است. با توجه به زوایای مشخص در عکس و اینکه مشخصه محل برداشت عکس در منطقه مسکونی واقع شده، عملا محدوده ای که میتونه عکس از اونجا برداشته شده باشه محدود میشه.

حالا سعی می کنیم یه مقدار توی عکس بیشتر دقیق بشیم و جزئیات نزدیکتری رو استخراج کنیم:

: دشت خاکی بزرگ و بدون ساخت و ساز و فاقد پوشش گیاهی

F7 : ناحیه دارای پوشش گیاهی دائمی (درختان همیشه سبز) که بین درختان سقف ساختمانهایی که صنعتی به نظر می رسند (سوله) هم بعضا دیده میشه

F8 : ساختمان صنعتی شاخص (سوله)

F9 : اتوبان یا خیابان مشخص

خب با توجه به این نکات محدوده ای که عکاس عزیز ما اونجا قرار داشته خیلی محدودتر میشه، میشه بگیم یه جایی اینجاهاست:

خب، حالا که محل حدودی مکان عکسبرداری مشخص شد، نیاز به جزئیات بیشتری داریم تا بتونیم دقت مکانیابی رو تا حد امکان ببریم بالا، اگه به عکس دقت کنیم، همینطور به تصویر هوایی محدوده ای که پیدا کرده بودیم، شاخص های بسیار خوبی رو میتونیم استخراج کنیم:

F10 : این نکته بسیار حائز اهمیته که ما دو ردیف ساختمانی مسکونی در مقابل می بینیم ، پس محل عکاسی در سومین ردیف ساختمانی واقع شده

F11 و F13 : شکل خاص پشت بام ساختمانهای مقابل

F12 : هر کی مدرسه رفته باشه خوب میدونه این مدل نقاشی دیواری، توی حیاط بزرگ، نشاندهنده حیاط بزگ یه مدرسه است!

و به غیر از اینها، نشانه های بسیار خوبی مثل درختهایی که در این منطقه پراکنده هستن و …

و یه نکته مهم دیگه اینه که محل عکسبرداری به پشت بامهای منازل اطراف مشرفه، پس یعنی نسبت به ساختمانهایی که تو عکس دیده میشن ساختمان بلندتریه

پس با دیدن تمام این موارد میتونیم تقریبا مطمئن باشیم که کارمون رو درست انجام دادیم

در نهایت برای کنترل مضاعف، میتونیم یه بار روی گوگل ارت زاویه دید رو چک کنیم.

نکته دیگه که البته ما تو این مثال ازش استفاده زیادی نکردیم فواصل در عکس و تخمین اونهاست، اگه بتونیم تخمین بزنیم که محل عکسبرداری با سوژه معلوم چقدر فاصله داشته، به خوبی میشه از این آیتم هم در تخمین موقعیت بهره ببریم.

دقیقا از همین شیوه میشه برای مکانی ابی عکسهایی که در طبیعت گرفته شدند هم استفاده کرد.

همینطور تصور کنید با این شیوه میتونین از کسی که تو یه منطقه گم شده ولی ارتباط اینترنتی از طریق گوشی تلفن همراه داره، درخواست کنید که یکی یا چند تا عکس از عوارض شاخص اطرافش برای شما بگیره و ارسال کنه تا سریعتر بتونید بهش کمک کنید ( البته درخواست اینکه جی پی اس گوشیش رو روشن کنه و لوکیشن خودش رو ارسال کنه راحت تره! )، حتی ممکنه امکان ارسال عکس نباشه، میتونید از شخص بخواید که عوارضی که میبینه رو براتون شرح بده… (که در عمل هم استفاده میشه و مستلزم شناخت خیلی خوب روی منطقه و شناخت نقاط قوت و ضعف نرم افزار گوگل ارته)

میشه از عکسهای گرفته شده در یک برنامه (که حتی در اون حضور نداشته ایم)، اطلاعات بسیار خوبی جهت اجرای برنامه های آتی استخراج کرد و…

چه کاربریهای دیگه ای به نظر شما می رسه؟

امیدوارم از این مطلب استفاده کافی برده باشید.

اگه دوستان نظری در این خصوص دارن، اشتباهی جایی می بینن یا برای تکمیل نکته ای به نظرشون میرسه، خوشحال میشم که نظراتتون رو بشنوم.

ارادتمند

جاوید کاظم زاده عطوفی

مطلبی جهت تست..