انواع دقت در تعیین موقعیت با گیرنده‌های نقشه برداری (GPS/GNSS)

شاید برای شما هم اتفاق افتاده باشد که در اندازه گیری موقعیت یک نقطه با استفاده از گیرنده جی ان اس اس در چند اندازه‌گیری متفاوت در روزها و ساعات (شرایط) مختلف، موقعیت های مختلفی برای همان نقطه مورد نظر شما محاسبه شده باشد.

در این مقاله قصد داریم در مورد دقت تعیین موقعیت نقاط به وسیله ی گیرنده های نقشه برداری و عوامل موثر روی دقت نمایش داده شده، صحبت کنیم.

کلید واژه: دقت تعیین موقعیت، خطای سیستماتیک، خطای تصادفی، صحت، دقت گیرنده GPS/GNSS، انواع دقت در نقشه برداری، DOP، دقت مسطحاتی، دقت ارتفاعی، خطای چند مسیری، تاخیر اتمسفری، انواع خطا در تعیین موقعیت

مقدمه

یک گیرنده GNSS موقعیت نقطه ی مورد نظر را بر اساس داده های دریافتی از ماهواره های جی ان اس اس که شامل شبه کد فاصله یابی و فاز اندازه گیری هاست، محاسبه می کند. با این حال، منابع خطای بسیاری وجود دارد که در صورت عدم تصحیح، باعث می شود محاسبه موقعیت نادرست باشد.

  • انواع خطا ها در تعیین موقعیت با استفاده از گیرنده های نقشه برداری GPS/GNSS

بطور کلی خطا ها در نقشه برداری به دو نوع سیستماتیک و تصادفی تقسیم بندی می شوند. برای درک درست تر از دقت و صحت اندازه گیری، شناخت خطاهای سیستماتیک و تصادفی بسیار مهم می نمایند.

  • خطای سیستماتیک

از آنجا که خطاهای سیستماتیک یک اثر مشخص روی اندازه گیری ها دارند، معمولا قابل مدل سازی و تعدیل هستند. در واقع خطاهای سیستماتیک را میتوان با استفاده از همان مدل ها و روابط استفاده شده برای تعیین موقعیت نقطه تعدیل نمود. (مثل خطاهای تروپسفری و یونسفری که می توان آن ها را با استفاده از مدل های جهانی تعدیل نمود، از انواع مدل های سیستماتیک هستند.)

  • خطای تصادفی

خطاهای تصادفی، در واقع روی مشاهدات اثر مشخصی ندارند که بتوان آن ها مدل سازی و تعدیل نمود. در واقع این نوع از خطاها غیر قابل مدل سازی هستند و مقادیر آن ها در یک جهت نیست و حتی می توانند یکدیگر را خنثی کنند. این نوع از خطا ها حتی با تعدیل یا حذف خطاهای سیستماتیک به مشاهدات نیز باقی می مانند و به عنوان باقی مانده ی اندازه گیری ها روی آن ها شناخته می شوند.

این خطاها به طور مستقیم روی دقت مختصات های اندازه گیری شده توسط گیرنده جی پی اس/جی ان اس اس تاثیر خواهند گذاشت. بنابراین آشنایی با عوامل موثر روی دقت اندازه گیری های GPS و نحوه ی محاسبه دقت اندازه گیری ها در برداشت موقعیت نقاط با استفاده از گیرنده های جی پی اس، بسیار مهم خواهد بود.

تفاوت بین دقت و صحت در اندازه گیری ها

برای درک درست تر از اندازه گیری های GPS و مقایسه دقت در اندازه گیری های جی پی اس، آنچه از اهمیت بالایی برخوردار است، این است که ابتدا با مبانی دقت و صحت در اندازه گیری ها آشنا شویم. تا بتوانیم بین دقت و صحت اندازه گیری ها تمایز قائل شویم.

اگر نقاط برداشت شده توسط یک گیرنده که موقعیت آن روی یک نقطه به مدت 24 ساعت ثابت بوده را در یک نمودار رسم نماییم، نمودار پراکندگی این اندازه گیری ها به صورت زیر خواهد بود:

نمایش موقعیت های اندازه گیری شده و دقت و صحت آنها

نمایش موقعیت های اندازه گیری شده و دقت و صحت آنها

شکل1) نمایش موقعیت های اندازه گیری شده و دقت و صحت آنها

در این نمودار، دایره CEP به معنای فاصله ی اطمینان 50 درصدی و دایره سبز رنگ، به آن معناست که  95 تا 98 درصد اندازه گیری ها در حلقه 2DRMS (مربع میانگین ریشه در دو بعد) قرار دارد.

2-1- صحت اندازه گیری ها

صحت اندازه گیری ها بدان معناست که میانگین نتایج در دفعات مختلف، به مقدار واقعی نزدیک باشد. پس برای محاسبه صحت، ابتدا اندازه گیری های مختلف اندازه گیری و بررسی می شوند و میانگین آنها با مقدار واقعی محاسبه می شود. هر چه اختلاف مقدار میانگین دفعات متفاوت اندازه گیری با مقدار واقعی کمتر باشد، یعنی این نتایج صحت بیشتری دارند. (پس اندازه گیری ها صحیح تر هستند.)

صحت؛ مربوط به روش ها و مدل هایی است که برای تعیین موقعیت و تعدیل خطاهای موجود روی آن استفاده می شود.

در واقع صحت به شعاع دایره فرضی حول یک نقطه واقعی اشاره دارد. هرچه شعاع این دایره کمتر باشد، صحت اندازه گیری ها نیز بالاتر است. یک گیرنده با صحت زیر متر می تواند موقعیتی را در شعاع زیر متر از نقطه واقعی ترسیم کند. هر دو تصویر (2و3) صحت زیر متر را نشان می دهند.

2-2- دقت اندازه گیری ها

دقت این مجموعه از اندازه گیری ها به معنای نزدیک بودن نتایج این اندازه گیری در دفعات متفاوت به یکدیگر تعریف می شود. این یعنی اگر اندازه گیری ها با فاصله کمتری نسبت به هم قرار داشته باشند، دقت آن گیرنده بیشتر است. بنابراین دقت تابعی از انحراف معیار داده ها خواهد بود و هرچه انحراف معیار داده ها کمتر باشد، گیرنده دقیق تر است.

پس در واقع می توان گفت که دقت به معنای تکرار پذیری اندازه گیری ها در بازه ی زمانی طولانی خواهدبود. (یعنی هرچه در طول مدت اندازه گیری، داده های اندازه گیری شده بهم نزدیک تر باشند، دقت بیشتر است.)

بنابراین دقت یک گیرنده GPS/GNSS به تکرارپذیری یا اینکه چند بار گیرنده می تواند یک نقطه را در داخل دایره صحت ترسیم کند و اینکه آیا آن دایره روی نقطه واقعی متمرکز است یا نه، اشاره دارد.

پس به طور کلی، دقت اندازه گیری ها، پارامتری است که به طور ذاتی داخل صحت اندازه گیری قرار میگیرد. در واقع هرچه بتوان صحت داده ها را با استفاده از مدل های دقیق تر بهبود داد، هنوز هم نمی توان گفت که داده به طور کامل دقیق است. اما می توان گفت که هرچه اندازه گیری ها صحیح تر باشند، دقیق تر خواهند شد.

پس آنچه اهمیت دارد این است که قبل از بیان دقت گیرنده، باید از صحت داده های آن مطمئن بود.

در واقع پس از شناسایی و اعمال روش های مناسب برای رسیدن به نتایج (بطور مثال استفاده از تصحیحات برای مشاهدات جی پی اس)، صحت اندازه گیری مشخص شده و نتایج حاصل از الگوریتم ها و این که الگوریتم به چه جواب هایی با استفاده از چه راه حل هایی می رسد (مثلا استفاده از روش کمترین مربعات وزندار با دقت های مناسب)، مربوط به دقت اندازه گیری هاست.

اندازه گیری ها با صحت زیر متر و دقت 50 درصد

اندازه گیری ها با صحت زیر متر و دقت 50 درصد

با توجه به آنچه آموختیم، صحت ابزار معمولاً کالیبره شدنی است اما دقت آن، بخشی از ماهیت ابزار است.

مقایسه دقت و صحت اندازه گیری ها در یک تصویر

فناوری های جدید مورد استفاده در گیرنده های جی ان اس اس در اصلاح خطاها پیشرفت زیادی کرده اند (صحت داده ها). اما هنوز هم دقت اندازه گیری آن ها بصورت آنی، به توانایی پردازش و تصحیح این خطاها وابسته است.

اگر چه این دو مفهوم به طور کامل باهم متفاوت هستند، اما در نقشه برداری گاهی به اشتباه باهم یکسان درنظر گرفته شده و یا بجای هم نیز استفاده می شوند.

  • صحت اندازه گیری های GPS/GNSS

صحت افقی در گیرنده های نقشه برداری جی پی اس/جی ان اس اس معمولاً بر حسب متر اندازه گیری می شود و شعاع حاشیه خطای اندازه گیری موقعیت را نشان می دهد، (ممکن است حاشیه ی صحت یک نقطه را در برنامه های مربوط به نقشه های شهری به صورت آنچه در شکل 6 هست، دیده باشید). دایره کوچکتر آبی تیره نشان دهنده عرض و طول جغرافیایی است که توسط دستگاه اندازه گیری می شود. دایره آبی روشن تر نشان دهنده صحت افقی است. به زبان ساده، گیرنده باور دارد نقطه واقعی همان جایی است که در دایره تیره قرار گرفته است. اما ممکن است نقطه دقیقاً آنجا نباشد، بلکه در دایره آبی روشن تر قرار گرفته باشد. هرچه دایره آبی روشن بزرگتر باشد و اندازه صحت افقی بیشتر باشد، اطمینان دستگاه در طول و عرض جغرافیایی اعلام شده کمتر است.

 صحت اندازه گیری های GPS/GNSS روی ابزارهای نمایش نقشه

صحت اندازه گیری های GPS/GNSS روی ابزارهای نمایش نقشه

  • دقت اندازه گیری های GPS/GNSS

گیرنده های جی پی اس بدون اعمال تصحیحات (اطمینان از صحت بالای گیرنده)، در بهترین حالت می توانند دقتی در حد 3 متر یا بهتر در افق داشته باشند و در اندازه گیری های قائم، می توان با استفاده از گیرنده های GNSS به دقتی در حد 5 متر یا بهتر در 95 درصد مواقع رسید. (خطاهای موقعیت GPS همیشه از نظر ارتفاعی تقریباً 1.5 تا 2 برابر اندازه گیری های افقی هستند.)

اما چنین دقت هایی هنوز هم برای تعیین موقعیت به وسیله ی سامانه های تعیین موقعیت جهانی (GNSS)  مناسب نبود و نمی توانستیم با آنها به تعیین موقعیت نقطه اعتماد داشته باشیم، بنابراین لازم شد تا باقیمانده عوامل خطا در اندازه گیری های GPS را شناخته و آنها را رفع نمود.

دقت اندازه گیری در سیستم های مختلف اندازه گیری ماهواره ای متفاوت است. حتی در یک سیستم واحد هم کمیت های مختلفی برای اندازه گیری وجود دارند، که با دقت های مختلفی قابل اندازه گیری هستند. مثلا در GPS هم فاز و هم کد به عنوان مشاهده، اندازه گیری شده و موقعیت نقطه محاسبه می شود که دقت اندازه گیری فاز به مراتب از دقت اندازه گیری کد بسیار بیشتر است.

دقت تعیین موقعیت با استفاده از GPS به طور مختصر به دو عامل بستگی دارد: هندسه پیکربندی ماهواره ها و دقت اندازه گیری مشخص شده برای گیرنده.

که در آن: σ = DOP.σ0

σ دقت تعیین موقعیت توسط گیرنده (انحراف استاندارد)

σ0 دقت اندازه گیری گیرنده (بعنوان مثال انحراف استاندارد در یکی از جهت های محور مختصات)

DOP مخفف Dilution Of Precision بوده و یک معنای هندسی مرتبط با موقعیت ماهواره هاست. در واقع یک مقیاس است که سهم هندسه پیکربندی ماهواره ها را در دقت موقعیت یابی گیرنده جی پی اس/جی ان اس اس نشان می دهد.

انواع مختلفی از DOP وجود دارد که وابسته به مختصه خاص یا ترکیب مختصات هایی که میخواهیم دقت تعیین موقعیت را در راستای آن محاسبه نماییم، تعریف می شوند و زمانی که در انحراف استاندارد اندازه گیری ها ضرب شوند، معانی زیر را شامل می شوند.

4-1- انواع مختلف دقت و معانی آن:

انحراف استاندارد در ارتفاع (قائم): VDOP.σ0

دقت در تعیین موقعیت دو بعدی (افقی): HDOP.σ0

دقت در تعیین موقعیت 3 بعدی: PDOP.σ0

انحراف استاندارد در زمان: TDOP.σ0

دقت در تعیین موقعیت افقی و زمان: VDOP.σ0

دقت در تعیین موقعیت 3بعدی و زمان (هندسی): VDOP.σ0

همانطور که گفته شد DOP معیاری برای اندازه گیری قدرت هندسی پیکربندی ماهواره های سامانه GNSS است. این مقدار با گذشت زمان تغییر می کند، زیرا ماهواره ها در مدار خود و از مکانی به مکان دیگر به طور مداوم در حرکت هستند و پیکربندی ماهواره ها وابسته به موقعیت قرارگیری ماهواره ها در مدار است. برای درک هندسی این موضوع به تفاوت هندسه ی ماهواره ها و مقدار DOP در شکل زیر اشاره شده است

شکل7) تفاوت بین موقعیت ماهواره ها و GDOP محاسبه شده

با توجه به شکل بالا، زمانی که ماهواره ها به هم نزدیک باشند، GDOP کمتر بوده و زمانی که ماهواره ها در حالتی قرار داشته باشند که 120 درجه باهم زاویه داشته باشند، GDOP بهتر خواهد بود و بنابراین دقت هندسی بهتر خواهد شد.

در تعریف انواع مختلف دقت، دو دقت مسطحاتی و ارتفاعی برای کاربری های عادی (برداشت و پیاده سازی) گیرنده های تعیین موقعیت GPS/GNSS از اهمیت بالایی برخوردار هستند.

تعیین موقعیت افقی با استفاده از گیرنده های جی پی اس/جی ان اس اس به علت هندسه خاص ماهواره های جی ان اس اس در فضا و افق محلی ایجاد شده توسط گیرنده جی پی اس در نقطه ای که روی زمین مستقر شده است، چندین برابر دقیق تر از تعیین موقعیت قائم است. به همین دلیل در گیرنده های جی ان اس اس ترجیح بر این است تا دقت در دو بعد افقی و قائم به طور مجزا محاسبه و ارائه شود.

این دو دقت به ترتیب بیانگر دقت تعیین موقعیت در صفحه افق گیرنده و دقت تعیین موقعیت در صفحه قائم آن است.

4-2- دقت مسطحاتی

دقت مسطحاتی گیرنده های جی پی اس /جی ان اس اس با استفاده از رابطه ی زیر محاسبه شده و به معنای دقت اندازه گیری مختصات های 2بعدی در صفحه افقی است. این دقت که آن را با پارامتر HRMS نیز نمایش می دهند، به معنای دقت اندازه گیری گیرنده GNSS در صفحه افقی بوده و مربوط به مختصات های XوY هر نقطه مورد اندازه گیری روی صفحه افق است.

σ(X ، Y) = HDOP.σ0

4-3- دقت ارتفاعی

دقت ارتفاعی گیرنده های جی پی اس /جی ان اس اس با استفاده از رابطه ی زیر محاسبه شده و به معنای دقت مختصات در صفحه قائم است. این دقت که آن را با پارامتر VRMS نیز نمایش می دهند، به معنای دقت اندازه گیری گیرنده GNSS در صفحه قائم بوده و مربوط به مولفه Z هر نقطه مورد اندازه گیری روی صفحه قائم است.

σZ = VDOP.σ0

همانطور که گفته شد، معمولا به دلیل هندسه ی قرار گیری ماهواره های GNSS و این که گیرنده ی جی ان اس اس معمولا یک صفحه افق در موقعیت نقطه موردنظر در نظر میگیرد؛ دقت مسطحاتی گیرنده های GNSS، 1.7 برابر دقت ارتفاعی آنهاست.

در فرمول محاسبه دقت تعیین موقعیت با استفاده از پیکربندی ماهواره ها و دقت اندازه گیری دستگاه، دقت اندازه گیری جی پی اس، به طور معمول، معادل خطای اندازه گیری فاصله ی بین گیرنده تا ماهواره است. که نشان دهنده اثر ترکیبی عوامل مختلفی است که در زیر به آن اشاره خواهد شد.

4-4- عوامل موثر روی دقت اندازه گیری گیرنده های جی پی اس/جی ان اس اس

گیرنده های جی ان اس اس در واقع با استفاده از اندازه گیری فاصله بین گیرنده تا ماهواره های جی ان اس اس و دانستن موقعیت ماهواره های موجود روی مدارات مختلف با استفاده از اطلاعات دقیقی که ماهواره ها منتشر میکنند (مانند افمریزهای دقیق)، موقعیت گیرنده های زمینی را محاسبه می کنند.

در محاسبه ی این فاصله هندسی، عوامل مختلفی موثر هستند که هرکدام می توانند به نوبه خود باعث ایجاد یکسری خطاها در محاسبه موقعیت گیرنده شوند. به همین علت در این بخش به عوامل موثر در دقت تعیین موقعیت توسط گیرنده های جی پی اس / جی ان اس اس پرداخته شده است

4-3-1- هندسه پیکربندی ماهواره های سامانه GNSS در فضا (GDOP/PDOP-Geometric/Position Dilution of Precision)

مقادیر GDOP (مرتبط با دقت هندسی) و PDOP (مرتبط با دقت موقعیت) در واقع ناشی از موقعیت نسبی ماهواره های سامانه تعیین موقعیت و ناوبری ماهواره ای (GNSS) موجود در راستای دید گیرنده جی ان اس اس هستند. بطور کلی هرچه تعداد سیگنال بیشتری توسط گیرنده ی GNSS مشاهده شود (ماهواره ها در محدوده ای وسیع تر باشند)، دقت تعیین موقعیت به وسیله ی این گیرنده بیشتر خواهد شد.

از نظر ناظر (گیرنده جی پی اس) هرچقدر ماهواره ها در فضا پراکنده تر باشند، GDOP بهتر خواهد بود. اما اگر ماهواره ها به هم نزدیک تر باشند، GDOP ضعیف تر شده و بطور حتم دقت تعیین موقعیت با گیرنده GNSS کاهش خواهد یافت.

هندسه ماهواره ها پراکندگی مناسبی دارد، بنابراین دقت موقعیت بیشتر خواهد بود.

هندسه ماهواره ها پراکندگی مناسبی دارد، بنابراین دقت موقعیت بیشتر خواهد بود.

هندسه ماهواره ها پراکندگی نا مناسبی دارد، بنابراین دقت موقعیت کمتر خواهد بود.

هندسه ماهواره ها پراکندگی نا مناسبی دارد، بنابراین دقت موقعیت کمتر خواهد بود.

این خطا منحصرا مربوط به هندسه ماهواره ها بوده و برای کاهش آن می توان شرایط قرارگیری ماهواره ها را با استفاده از انجام عملیات پیش پردازش، متناسب با زمان عملیات، بررسی نموده و بهترین زمان جهت برداشت را انتخاب کرد. (زمانی که هندسه ماهواره ها در آن بهترین دقت را فراهم خواهد نمود.) انتخاب زمان مناسب برای برداشت تا حد زیادی می تواند از ایجاد خطاهای هندسی و اتمسفری جلوگیری کند.

4-4-2- اختلالات اتمسفری

تروپوسفر و یونوسفر می توانند سرعت انتشار سیگنال ماهواره های GNSS را تغییر دهند. با توجه به شرایط جوی، لایه لایه بودن اتمسفر می تواند باعث شکست سیگنال های ماهواره هنگام عبور از جو به سمت زمین شود.

برای رفع این مشکل، گیرنده GNSS می تواند از دو فرکانس جداگانه برای به حداقل رساندن خطای سرعت انتشار استفاده کند. و یا با استفاده از مدل های تهیه شده برای انواع تاثیرات اتمسفر (تروپسفر و یونسفر) بسته به شرایط، این نوع خطای موجود روی سیگنال ماهواره ها را جبران نماید. این خطا می تواند تا 5 متر روی موقعیت هر نقطه تحت اندازه گیری، تاثیر گذار باشد.

تاثیر اتمسفر روی سیگنال ارسالی از سمت ماهواره ها به زمین

تاثیر اتمسفر روی سیگنال ارسالی از سمت ماهواره ها به زمین

4-4-3 تاثیرات چندمسیری

یکی از منابع خطای احتمالی در محاسبات GPS، اثر چند مسیری است. این خطا به علت برخورد سیگنال با موانع موجود در محدوده قرار گیری گیرنده بوجود خواهد آمد. در واقع سیگنال به جای اینکه مستقیما از ماهواره ارسال شده و توسط گیرنده دریافت شود، پس از یک یا چند شکست به گیرنده می رسد و همین باعث تاخیر در زمان رسیدن سیگنال به گیرنده شده و باعث یک خطای احتمالا بزرگ در تعیین موقعیت به وسیله GPS خواهد شد. برای جلوگیری از ایجاد این نوع از خطاها استفاده از گیرنده هایی با آنتن هایی با کیفیت بالا و یا مجهز به چوک رینگ بسیار حائز اهمیت است.

شمای کلی اثرات مربوط به چند مسیری در اندازه گیری های GPS

شمای کلی اثرات مربوط به چند مسیری در اندازه گیری های GPS

دریافتیم که HDOP/PDOP ، اثرات چند راهی و جوی برخی از منابع رایج خطای اندازه گیری در GPS هستند. همه این انواع خطاهای GPS می توانند دقت جی پی اس را کاهش دهند. اما کاربر می تواند با استفاده از تکنیک هایی مانند جی ان اس اس تفاضلی (DGNSS) و سیستم های کمکی ماهواره ای (SBAS) ، موقعیت ها می توانند به دقت زیر متر بهبود یابند.

4-4-4 موقعیت و ساعت ماهواره ها

از آن جا که فاصله بین گیرنده تا ماهواره با محاسبه زمان سیر موج محاسبه می شود، دقت ساعت ماهواره های جی ان اس اس روی دقت موقعیت یابی، بسیار اثر گذار خواهد بود.

ساعت های موجود در ماهواره های GNSS، از نوع اتمی هستند و دقت ساعت اتمی ماهواره های جی ان اس اس برای هر تیک ساعت، یک نانو ثانیه است. این مقدار در اندازه گیری های GPS که با ضرب در سرعت نور محاسبه می شوند، بسیار چشمگیر است.

به دلیل همگام نبودن ساعت اتمی ماهواره ها، این مقدار از خطا در ساعت ماهواره می تواند اندازه گیری موقعیت را تا 2 متر یا بیشتر دچار خطا کند.

از طرفی چون فاصله بین ماهواره ها و گیرنده ی GNSS برای تعیین موقعیت گیرنده مورد استفاده قرار میگیرد، اطلاعات افمریز ارسالی از سمت ماهواره های GNSS، شامل جزئیات دقیق مربوط به موقعیت آن ماهواره خاص است. اما اگر نتوان در یک زمان خاص، موقعیت ماهواره ها را به طور دقیق دانسته و در اندازه گیری ها اعمال نمود، دچار خطای بسیار بزرگی در تعیین موقعیت نقطه خواهیم شد.

شمای کلی تعیین موقعیت یک نقطه روی زمین با استفاده از دانستن موقعیت دقیق چند ماهواره

شمای کلی تعیین موقعیت یک نقطه روی زمین با استفاده از دانستن موقعیت دقیق چند ماهواره

گیرنده های GPS/GNSS امکان اندازه گیری مکان مورد نظر دستگاه را فراهم می کنند اما دقت اندازه گیری در این گیرنده ها ثابت نیست. دقت اندازه گیری موقعیت در این گیرنده ها، علاوه بر دقت وسایل اندازه گیری درونی جی پی اس، به عواملی که در بالا به آن ها اشاره شد نیز وابسته است.

با وجود انواع خطاهای احتمالی که می توانند دقت GPS را کاهش دهند، راه هایی برای افزایش دقت وجود دارد (مثل تعیین موقعیت تفاضلی، استفاده از مدل های مختلف و …) بنابراین الگوریتم پردازش داده ها روی تعیین موقعیت به وسیله ی گیرنده های جی ان اس اس بسیار تاثیر گذار خواهد بود.

بطور کلی امروزه تفاوت عمده در میزان دقت به دست آمده در گیرنده، مربوط به تکنیک های پردازش داده است.

در شکل زیر، نمودار سطوح دقت در الگوریتم های اندازه گیری مختلف  نشان داده شده است. محور عمودی میزان دقت یا خطای مورد انتظار در هر تکنیک پردازشی است که هم بر حسب سانتی متر و هم بر حسب متر نشان داده می شود. محور افقی فاصله طولی زمینی بین ایستگاه مرجع و کاربر روور است. اگر ایستگاه مرجع وجود نداشته باشد، خطا تا 10 کیلومتر، در سراسر زمین افزوده می شود.

تکنیک های مختلف پردازش داده و دقت های مورد انتظار از آنها

تکنیک های مختلف پردازش داده و دقت های مورد انتظار از آنها

پس بطور کلی با توجه به تمام آنچه در مورد دقت تعیین موقعیت گیرنده های جی پی اس / جی ان اس اس گفته شد، دقت تعیین موقعیت با گیرنده های GNSS به 4 عامل کلی وابسته است:

  • دقت داده های مورد استفاده

دقت داده های مورد استفاده در گیرنده های جی پی اس/ جی ان اس اس به 3عامل زیر وابسته است:

  • نوع داده (شبه فاصله یا فاز)؛ مثلا داده های فاز، نویز و چند مسیری کمتری را نسبت به داده های کد تجربه می کنند.
  • کیفیت اندازه گیری گیرنده؛ گیرنده هایی که کیفیت اندازه گیری بهتری دارند، نویز ها را فیلتر کرده و داده های بهتری را مورد استفاده قرار می دهند.
  • میزان خطا و سوگیری که بر داده های مشاهده شده تأثیرگذار است.
  • هندسه مشاهدات (آرایش هندسی ماهواره ها)

هندسه ماهواره ها وابسته به تعداد ماهواره ها، موقعیت و توزیع ماهواره های دریافتی توسط گیرنده است. به لحاظ نظری، هرچه ماهواره های بیشتری دریافت شود هندسه ماهواره ای بهتر است. به همین علت است که گیرنده های جی ان اس اسی که قابلیت دریافت ماهواره های بیشتری را دارند، دقت بهتری در تعیین موقعیت نقاط خواهند داشت.

  • متد اندازه گیری استفاده شده برای محاسبه فاصله

مثلا استفاده از مشاهدات ترکیبی از ماهواره های GNSS مختلف مثل گلوناس، بیدو، گالیله و… باعث خواهد شد تا دقت اندازه گیری ها بالاتر برود. با استفاده از ماهواره های بیشتر، داده های بیشتری به دست می آید که انتظار می رود دقت تعیین موقعیت گیرنده های GNSS را افزایش دهد.

  • متد پردازش داده ها (استفاده از الگوریتم های پردازش داده متفاوت)

در نتیجه ی خطاهای موجود در بخش های مختلف معادلات مورد استفاده در اندازه گیری، گیرنده GPS هرگز نمی تواند با اطمینان 100٪ بگوید که موقعیت دقیقی را ارائه داده است و فقط می تواند یک فاصله اطمینان را بیان کند که موقعیت اندازه گیری شده در این شعاع قرار خواهد داشت. این فاصله معمولاً به صورت درصد بیان می شود و به معنای نسبت اندازه گیری هایی است که در فاصله معینی از مقدار واقعی قرار دارند.

به طور کلی مبانی مرتبط با دقت و صحت هر وسیله ی اندازه گیری، با استفاده از تجزیه و تحلیل های آماری استانداردی محاسبه می شود که در جدول زیر به آن ها اشاره شده است:

معیار های آماری مربوط به دقت و صحت وسایل اندازه گیری

معیار های آماری مربوط به دقت و صحت وسایل اندازه گیری

در این معیار ها، σxو σy به ترتیب نماینده انحراف استاندارد خطای موقعیت در امتداد محورهای X و Y است.

CEP = 0.6σy+0.5σx

شعاع دایره ای است که موقعیت واقعی درون آن می افتد. و شامل برآورد موقعیت با احتمال 50 درصد است.

در مورد ارزیابی خطاهای موقعیت افقی می توان از رابطه زیر استفاده نمود که به معنای میانگین ریشه فاصله از مقدار واقعی است. و شامل برآورد موقعیت با احتمالی بین 63 تا 68 درصد است.

DRMS = √ (σx^2+σy^2)

با دوبرابر کردن همین مقدار می توان به دایره براورد موقعیت با احتمالی بین 95-98 درصد رسید که به آن 2DRMS گفته می شود.

برای بیان CEP 95 درصد، از R95 استفاده میشود و به معنای شعاع حلقه احتمال 95 درصد است.

R95 = R (0.62σy+0.56σx)

سایر مقالات را می توانید در این قسمت ببینید.

موضوع مقاله: انواع دقت در تعیین موقعیت با گیرنده‌های نقشه برداری (GPS/GNSS)
تهیه و تنظیم: ثمین نصر، کارشناس ارشد ژئودزی

منابع:

GUIDE TO GPS POSITIONING

http://www2.unb.ca/gge/Pubs/LN58S.pdf

https://web.archive.org/web/20140222000521/http://www.crowtracker.com/hdop-gps-position-errors/

https://freegeographytools.com/2007/determining-local-gps-satellite-geometry-effects-on-position-accuracy

Encoder Resolution, Accuracy and Precision

https://www.usdigital.com/news/posts/encoder-resolution-accuracy-and-precision?gclid=CjwKCAjw0qOIBhBhEiwAyvVcf2zMEWt-ZPzN-ofxnC-2t0BXTc9tBlk85Hd0SlnUCUQ-EDntu8w2ixoCusQQAvD_BwE

https://lembergsolutions.com/blog/gps-accuracy-complete-guide-dummies

https://blog.oplopanax.ca/2012/11/your-gps-is-lying/

https://gisgeography.com/gps-accuracy-hdop-pdop-gdop-multipath/

https://kb.narrative.io/what-is-gps-horizontal-accuracy

https://junipersys.com/support/article/6614

https://www.gps.gov/systems/gps/performance/accuracy/

ACCURACY ANALYSIS OF GNSS (GPS, GLONASS AND BEIDOU) OBSEVATION FOR POSITIONING

https://www.e3s-conferences.org/articles/e3sconf/pdf/2019/20/e3sconf_isgnss2018_01019.pdf

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بیست + بیست =