بررسی جامع گیرنده های مولتی فرکانس (GNSS)

مقدمه

در سالهای اخیر و با توسعه ی تجهیزات ناوبری، کاربرد سامانه های تعیین موقعیت ماهواره ای جهانی (Global Navigation Satellite System) یا به اختصار GNSS، با شتاب زیادی در جهان رو به افزایش است. از کاربردهای نقشه برداری و عمرانی گرفته تا بهینه سازی کشاورزی، هدایت وسایل نقلیه، کنترل ماشین آلات، ناوبری کشتی ها، مطالعات زمین شناسی و ….

بیشترین استفاده از سامانه های GNSS در پروژه های مهندسی و نقشه برداری است. در یک دهه گذشته، استفاده از گیرنده های ماهواره ای مولتی فرکانس GNSS به یکی از مهمترین و پرمصرف ترین ابزارهای مهندسین نقشه برداری و GIS بدل گشته است. استفاده از این تجهیزات در ایجاد شبکه ایستگاههای نقشه برداری، تهیه نقشه های توپوگرافی، نقشه برداری با پهپادها، پیاده سازی طرح های عمرانی و شهرسازی، برداشت عوارض شهری، پروژه های کاداستر و … به سرعت رو به افزایش است.

برای شناخت کارکرد GNSS ها ابتدا می پردازیم به تعریف ساده ای از سامانه های تعیین موقعیت ماهواره ای.

سامانه های تعیین موقعیت ماهواره ای، مجموعه ای تقریبا 3 قسمتی هستند. قسمت اول ماهواره ها و سخت افزارهای مربوطه که در فضا و در مدار خاصی قرار دارند. قسمت دوم ایستگاههای زمینی هستند که وظیفه ی پایش، کنترل و مدیریت سامانه را به عهده دارند و قسمت سوم کاربران هستند که با استفاده از گیرنده های مختلف، اهداف خود را تعیین موقعیت می کنند.

عملکرد سیستم به این صورت است که ابتدا موقعیت ماهواره ها دقیقا مشخص شده و در سیستم تعریف می شود. ماهواره ها در حال چرخش به دور زمین بوده و پیوسته در حال ارسال سیگنال به سمت زمین هستند. در واقع ماهواره ها نقش بنچ مارک را بازی می کنند که دارای مختصات دقیق سه بعدی لحظه ای هستند.

تمامی کنترل های سخت افزاری و نرم افزاری و به روز رسانی سیستم به عهده واحد زمینی است. محاسبات فنی و موقعیت ماهواره ها همواره توسط واحد زمینی کنترل و به روز می شود و به سیستم معرفی می شود. سیگنال های ارسالی از ماهواره ها در قالب کد دهی مخصوص و به روش مدولاسیون در فرکانس مشخصی گسیل می شود. در نهایت کاربران با استفاده از گیرنده های مخصوص می توانند در هر نقطه ای از سطح زمین و در هر لحظه از شبانه روز، موقعیت یابی کرده و مختصات نقطه مورد نظر خود را مشاهده و ذخیره کنند.

برای تعیین موقعیت، گیرنده زمان‌های دریافت شده سیگنال ها را با زمان خود مقایسه می‌کند. تفاوت این دو معرف فاصله گیرنده از ماهواره متصل به گیرنده است. دقت بدست آمده بستگی به نوع گیرنده داشته که می تواند یک گیرنده ی موبایل باشد با دقت حدود 20 متر و یا گیرنده نقشه برداری باشد با دقت 1 تا 3 متر. گفتنی است که با استفاده از روش های هندسی و نقشه برداری، این دقت می تواند به 1 تا 2 سانتی متر هم برسد. بنابراین عملکرد سیستم کاملا مبتنی بر ارتباط ماهواره ای بوده و مزایا و معایب مختص به خود را نیز خواهد داشت.

در اینجا به صورت خلاصه می توان مهمترین دلایل کاربرد وسیع و روز افزون سامانه های موقعیت یابی را اینچنین عنوان کرد:

• عدم نیاز به دید مستقیم
• سیستم مختصات یکپارچه و جهانی
• امکان تعیین موقعیت آنی اهداف مختلف
• 24 ساعته بودن و همیشه در دسترس بودن سامانه های ناوبری

بنابراین با توجه به روند رو به رشد تولید و تقاضای تجهیزات موقعیت یابی ماهواره ای، مطلبی آماده کردیم برای علاقمندان و کاربران که امیدواریم موثر واقع شود.

مختصری از تاریخچه GNSS ها

با راه اندازی سامانه موقعیت یابی جهانی یا Global positioning system (GPS) توسط وزارت دفاع آمریکا در دهه 1980 میلادی، انقلاب بزرگی در دنیای نقشه برداری شکل گرفته و وارد فاز جدیدی شد. با ایجاد مفاهیم جدید تئوری و پایه ای در علم نقشه برداری، چشم انداز جدیدی پیش روی مهندسان، مدیران و صنایع وابسته به آن باز شد.

لازم به ذکر است که پیش از معرفی سیستم GPS، سامانه های تعیین موقعیت نجومی و ماهواره ای دیگری وجود داشت که به دلایلی از جمله تامین تجهیزات خاص، محدودیت های ارتباطی، عدم پوشش زمانی، سنگینی و گرانی تجهیزات، غیر عمومی بودن و … کاربرد همگانی نداشتند.

از جمله سامانه های SLR، LLR، ,VLBI, DORIS و DOPPLER. با روی کار آمدن سیستم موقعیت یابی جهانی GPS، مشکلات و محدودیت های سامانه های قبلی تا حد زیادی برطرف شد. سیستم GPS ابتدا با اهداف نظامی و به تدریج و البته با همکاری وزارت دفاع آمریکا کاربرد غیر نظامی و عمومی پیدا کرد. به این صورت که کاربران با در اختیار داشتن گیرنده های مخصوص می توانستند کد های غیر نظامی سیستم را که به کد C/A شناخته میشوند دریافت کنند. سامانه GPS به تدریج کامل تر شده و در حال حاضر با حدود 30 الی 40 ماهواره در مدار در حال فعالیت است.

پس از اجرایی شدن و مشاهده ی کاربردهای فراوان سامانه ی GPS، دغدغه مجهز بودن به سامانه تعیین موقعیت، مانند بسیاری از تجهیزات نظامی، دستاوردهای علمی و …، به امری مهم برای کشورهای پیشرفته تبدیل شد. چرا که اهمیت این سامانه ها در مواقع حساس و حیاتی می تواند یک ابزار و سلاح مهم برای کشور تلقی شود. بنابراین در سالهای بعد کشورهای دیگری هم برای ایجاد سامانه های مومقعیت یابی ماهواره ای دست به کار شدند.

از جمله سیستم ناوبری روسی GLONASS که در سال 1993 عملیاتی شد و تا سال 2008 کامل شد. سیستم چینی BeiDou که پس از چند مرحله تکامل، تا سال 2020 به بهره برداری رسید. همچنین سیستم اروپایی Galileo در سال 2016، سیستم ژاپنی QZSS در سال 2018 و سیستم منطقه ای هندی IRNSS که در سال 2016 آغز به کار کرد.

بعضی از این سامانه ها جهانی و بعضی محلی اند. سامانه گلوناس روسیه تشابه زیادی با سیستم آمریکایی جی پی اس دارد و جهانی است. سامانه گالیلئو، پوشش جهانی دارد و توسط اتحادیه اروپا اداره می شود. سامانه های بیدو BeiDou، IRNSS و QZSS مستقل بوده و پوشش محلی و منطقه ای دارند. ضمنا گفتنی است بیشتر این سامانه ها همچنان در حال توسعه هستنند.

GPS یا GNSS؟

با این تفاسیر، نام “GPS” به عنوان اولین و تنها سامانه تعیین موقعیت جهانی شناخته شد و با توجه به تحول عظیمی که در نقشه برداری ایجاد کرد، در سراسر دنیا بر سر زبان ها افتاد. از آنجایی که همیشه اولین ها ماندرگارند، این اصطلاح نیز در ذهن عموم مردم دنیا حک شد و جایگاه محکمی پیدا کرد همچنان که تا امروز هم ادامه دارد و عموم مردم و کاربران گیرنده های موقعیت یاب را با نام GPS می شناسند.

اما، علت این که گیرنده های امروزی به گیرنده های مولتی فرکانس یا GNSS معروفند، اینست که این دستگاهها علاوه بر ارتباط با ماهواره های GPS و دریافت سیگنال های آن سامانه، امواج ارسالی از دیگر سامانه ها را نیز دریافت می کنند. عموما گیرنده های رایج در بازار جهانی و ایران، امواج 4 سامانه GPS، GLONASS، BeiDou و Galileo را دریافت می کنند.

این قابلیت، یک مزیت مهم محسوب می شود به این معنی که گیرنده ای که چندین موج را دریافت و پردازش می کند، سرعت، صحت و دقت تعیین موقعیت بهتری خواهد داشت و همچنین عملکرد گیرنده را در محیط های چالشی بهبود می بخشد. بنابراین فرآیند تعیین موقعیت در هر زمان و هر مکانی و چه به صورت متحرک و چه به صورت ثابت، با کیفیت و اطمینان بهتری قابل انجام است.

مشخصات کلی گیرنده های مولتی فرکانس GNSS

گیرنده های GNSS در یک جمله، همان GPS هستند با این تفاوت که قابلیت دریافت سیگنال های ارسالی از دیگر سامانه های موقعیت یاب و ناوبری را دارند. بنابراین یک گیرنده ی GNSS هم همانند GPS چیزی جز یک برد الکترونیکی شامل مدارات و قطعات مربوطه نیست که بسته به نیاز، در ابعاد و دقت های مختلف از جمله گیرنده های نقشه برداری، گیرنده های پهپاد، گیرنده های موبایل و … قابل طراحی است.

به طور کلی گیرنده های GNSS از نظر دقت انواع مختلفی دارند از جمله گیرنده های ایستگاهی، دستی، موبایلی و … که موضوع این مقاله صرفا گیرنده های ایستگاهی و نقشه برداری است.

غالب گیرنده های مولتی فرکانس GNSS امروزی مجهز به امکانات سخت افزاری و نرم افزاری تقریبا مشابهی هستند. علاوه بر کیفیت ساخت جعبه دستگاه که یک امتیاز محسوب می شود، محتویات داخل جعبه شامل خود گیرنده، کنترولر دستگاه، هولدر یا نگهدارنده کنترولر، شارژر باتری و دستگاه، کابل های ارتباطی، خط کش اندازه گیری ارتفاع و … هستند.در این قسمت می پردازیم به اجزا تشکیل دهنده ی سخت افزاری و نرم افزاری گیرنده های مولتی فرکانس و در ادامه آنها را مورد بررسی قرار خواهیم داد.

شما عزیزان میتوانید برای دیدن آگهی خرید گیرنده مولتی فرکانس وارد صفحه فروشگاه نقشه مارکت شوید.

مهمترین قسمت های گیرنده های مولتی فرکانس

• آنتن و برد اصلی
• نرم افزار
• کنترولر
• رادیو داخلی
• حافظه داخلی
• امکانات ارتباطی
• تیلت سنسور

آنتن و برد اصلی  Antenna & main board

مهمترین جز گیرنده های GNSS بخش برد اصلی دستگاه است. قدرت واقعی دستگاه در دریافت امواج از سامانه های مختلف به طراحی و ساخت برد آن وابسته است. همچنین توانایی قدرت تفکیک امواج و شناسایی و پردازش آنها در این قسمت انجام می گیرد. بنابراین مادربورد GNSS ها، مهمترین فاکتور در تعیین قیمت گیرنده های مولتی فرکانس نیز محسوب می شود.

با کیفیت ترین و دقیق ترین بردهای گیرنده های مولتی فرکانس توسط کمپانی های نواتلNovatel  کانادا، تاپکون Topcon ژاپن، همیسفیر Hemisphere و تریمبل  Trimble آمریکا تولید می شوند. بعضی از برد ها هم تحت لیسانس کمپانی های اصلی تولید و در گیرنده ها مونتاژ می شوند. نقشه و طراحی برد اصلی، کیفیت قطعات الکترونیکی، چیدمان اجزا برد و عواملی از این دست تعیین کننده ی قابلیت و کیفیت برد دستگاه خواهند بود.

نرم افزار  Software

گیرنده های مولتی فرکانس، به همراه دستگاه شامل یک پک نرم افزاری نیز هستند که باید توسط فروشنده ها به مشتریان تحویل شود. نرم افزار مخصوص دستگاه توسط کارخانه سازنده روی ویندوز کنترولر دستگاه نصب شده و به محض آنباکسینگ، قابل استفاده خواهد بود. نرم افزارهای مورد اشاره غالبا اندرویدی هستند و روی گوشی های موبایل  و تبلت ها نیز قابل نصب می باشند. رابط کاربری (UI) و محیط نرم افزاری زیبا و انعطاف پذیر، در انجام پروژه های نقشه برداری بسیار تاثیر گذار بوده و در فرآیند جمع آوری و مدیریت داده ها و البته افزایش سرعت کار نقش مهمی را ایفا می کند.

بعضی از امکاناتی که نرم افزار ها در اختیار کابران قرار می دهند شامل موارد زیر هستند:

• امکان اتصال به دستگاه و سامانه های CORS (ایستگاههای ثابت دارای موقعیت دقیق که تصحیحات مختصات را برای دستگاههای Rover ارسال می کنند مانند سامانه شمیم، سمت و … در ایران).
• امکان تعریف پروژه و مدیریت داده ها
• امکان ترسیم نقطه، خط و … روی نقشه ها
• برنامه های متنوع نقشه بردای
• کنترل وضعیت دستگاه
• امکان انجام محاسبات هندسی روی داده ها
• امکان تخلیه داده ها در قالب های متنوع
• ابزارهای تبدیل واحد و …
• نمایش تراز الکترونیکی دستگاه
• ویرایش و اشتراک داده ها
• تنظیمات محیطی نرم افزار و …

این نرم افزارها امکانات کاملی برای انجام پروژه های زمینی نقشه برداری، راهسازی، GIS و … در اختیار کاربران قرار می دهند. محیط ساده ای دارند و قابلیت کار با دیتاهای سنگین و داده های پرحجم را نیز دارا هستند.

به عنوان نمونه می توان به نرم افزار  شرکت لایکا ژئو سیستمز با نام لایکا کپتیویتLeica captivate، نرم افزار چینی سورپد Surpad، نرم افزار شرکت رایمند با نام رای سوروی Ray survey و یا Hi survey شرکت های تارگت چین اشاره کرد. برخی از شرکت ها از نرم افزار اختصاصی خود استفاده می کنند مثل تریمبل، و برخی از برند ها از جمله استونکس Stonex و E Survey از نرم افزار Surpad به عنوان نرم افزار مدیریت گیرنده های GNSS خود بهره می برند.

کنترلر  Controller

شرکت های سازنده گیرنده های مولتی فرکانس، جهت راه اندازی و کار با دستگاههای GNSS نقشه برداری ، علاوه بر خود گیرنده، معمولا یک کنترلر نیز در باکس دستگاه قرار می دهند. بعضی از کنترلرها شباهت زیادی به گوشی های موبایل دارند با این تفاوت که کنترلرها مخصوص کار نقشه برداری ساخته شده اند. بنابراین با بررسی ظاهرشان در نگاه اول می بینیم که سنگین تر، بزرگتر و مقاوم تر از موبایل ها هستند. کنترلر برخی از کمپانی ها از جمله لایکا و تریمبل طراحی متفاوت تری نسبت به برندهای چینی دارند.

کنترلرها، مجهز به سیستم عامل اندرویدی و نرم افزار مخصوص می باشند. یک نکته جالب، تعبیه یک آنتن GNSS داخلی در آنهاست که می تواند به تنهایی تعیین موقعیت کند، البته با دقت و امکانات محدود. طراحی کنترلرها نیز همچون خود گیرنده، بر مبنای شرایط محیطی پروژه های نقشه برداری انجام شده است و فاکتورهای مورد علاقه نقشه برداران در آن لحاظ شده است.

برخی از ویژگی های کنترلرها:

• مجهیز به آنتن GNSS داخلی
• سیم کارت خور و پشتیبانی از شبکه های موبایل 4G
• دارای دوربین
• صفحه نمایش با کنتراست و خوانایی بالا در مقابل نور مستقیم خورشید
• مقاومت و کیفیت ساخت استاندارد برای کار در شرایط سخت جوی
• باتری قدرتمند و با ظرفیت بالا جهت کار به مدت زیاد
• صفحه کلید آلفانومریک، لمسی و مجهز به مداد
• حافظه داخلی با قابلیت ارتقا جهت ذخیره سازی حجم زیاد داده
• امکانات ارتباطی از جمله Wi-Fi، Bluetooth و …

نکته دیگری که باید اشاره شود اینست که برای کار با گیرنده های مولتی فرکانس، الزامی برای خرید کنترولر نیست و همان طور که اشاره کردیم، نرم افزارهای مدیریت GNSS عموما اندرویدی هستند و روی گوشی ها و تبلت ها نصب می شوند. عملکرد نرم افزار نصب شده روی گوشی، هیچ تفاوتی با کنترلر ندارد، اما در انجام پروژه های نقشه برداری باید مشکلات استفاده از گوشی های موبایل را در نظر گرفت. از جمله قطعی اینترنت حین برقراری تماس، بدنه ضعیف، خطر پرتاب گوشی، باتری ضعیف و ….

رادیو داخلی Internal radio

گیرندهایی که به رادیو داخلی مجهز هستند، امکان ارتباط با دیگر گیرنده ها را دارند. به این صورت که گیرنده ی اول، با استفاده از ماژول رادیویی داخلی اش، تصحیحات مختصات را برای گیرنده دوم یا سوم و … ارسال می کند. به این ترتیب گیرنده دوم که آن هم باید مجهز به رادیو باشد، تصحیحات را دریافت می کند و روی مختصات گیرنده دوم اعمال می کند. بنابراین دقت مختصات گیرنده ی دوم بهبود پیدا کرده و گاها به 1 سانت یا کمتر می رسد.

بنابراین اهمیت رادیو داخلی زمانی است که بخواهید از روش RTK استفاده کنید. دستگاههای قدیمی  برای انجام RTK نیازمند رادیو خارجی بودند که نیازمند ملزومات سخت افزاری و حمل آنها بودند ولی در دستگاههای امروزی، رادیو به داخل دستگاه منتقل شده و حجم و وزن دستگاه را کاهش می دهد. رادیوهای داخلی GNSS ها معمولا با توان 1 تا 4 وات و با برد حدود 2 تا 6 کیومتر ارائه می شوند.

امکانات ارتباطی Communication facilities 

گیرنده های مولتی فرکانس امروزی از تکنولوژی های ارتباطی پیشرفته برای ایجاد ارتباط پایدار، سریع و افزایش راندمان کار بهره می برند. همچنین به کمک این ابزارها اشتراک گذاری داده ها با سرعت، کیفیت و اطمینان بیشتری امکانپذیر است. از جمله این ابزارها می توان به موارد زیر نام برد:

• بلوتوث Bluetooth: ماژول بلوتوث برای اتصال گیرنده به کنترلر و گوشی به کار می رود. بلوتوث یک فناوری بی سیم با برد کوتاه است که برای انتقال هر نوع اطلاعات کاربرد دارد. بلوتوث از امواج رادیویی برای انتقال اطلاعات استفاده می کند. همچنین تکنولوژی بلوتوث به دلیل مصرف کم انرژی، بدون هزینه و بی سیم بودن آن به عنوان محبوبترین فناوری در اتصال دستگاههای مختلف و طبیعتا GNSS ها مورد بهره برداری قرار گرفته است. دستگاههای جدیدتر که به لوتوث نسخه 4 مجهز هستند، سرعت عملکرد بهتری در اتصال دستگاه به کنترلر و گوشی داشته و همچنین مصرف انرژی کمتری دارند که بهره وری را بهبود می دهد.
• وای فای  Wi Fi: تکنولوژی وای فای یا شبکه بی سیم محلی در GNSS ها همچون بلوتوث هم برای ایجاد اتصال بین گیرنده به کنترلر و گوشی به کار می رود و هم برای انتقال و اشتراک گذاری داده ها با لپ تاپ ها، گوشی و  … هم چنین از ماژول وای فای می توان برای اتصال به شبکه اینترنت و سامانه های کورس (CORS شبکه ایستگاههای ثابت اینترنتی) در صورت وجود شبکه استفاده کرد.
• وب یو آی Web UI : رابط کاربری اینترنتی یا Web UI محیطی است که بعضی از امکانات نرم افزاری GNSSها در بستر وب و در یک صفحه اینترنتی قابل اجرا است. یعنی کاربر می تواند بدون داشتن کنترلر و حتی بدون نصب نرم افزار GNSS روی گوشی، و فقط با داشتن یک گوشی و اینترنت، بعضی از برنامه ها و عملیات نقشه برداری را با قابلیت Web UI انجام دهد. کاربرد اصلی Web UI زمانی است که مهندس نقشه بردار دسترسی به کنترلر ندارد و یا کنترلر خاموش شده است و یا اینکه نرم افزار گوشی دچار مشکل شده و یا اصلا نصب نیست. عملکرد Web UI  به این صورت است که کاربر با استفاده از شبکه وای فای، گیرنده Receiver را به گوشی متصل می کند. این قابلیت در هر دو سیستم عامل اندروید و ios کار می کند و مستقل از نوع سیستم عامل است. پس از اتصال، کاربر از طریق مرورگر  گوشی وارد آدرسی می شود که از قبل توسط فروشنده و یا سایت سازنده دستگاه به کاربر معرفی شده است. به عنوان مثال آدرس 192.168.1.2 . این لینک صفحه ای است که شامل منوهایی برای کنترل وضعیت دستگاه، برنامه های مورد نیاز برای انجام عملیات نقشه برداری و … است. این صفحه مانند نرم افزار های GNSS عمل می کند. بنابراین با استفاده از منو های موجود در این صفحه که البته محدود هم هست، می توان در شرایط خاص به ادامه کار پرداخت.
• ماژول سیمکارت: اکثر دستگاههای GNSS امروزی به سیمکارت نیز مجهز هستند. با ایجاد سامانه های کورس در سالهای اخیر در کشورهای مختلف، و یا به عبارتی دیگر راه اندازی سیستم های RTK کشوری، کمپانی های سازنده گیرنده های GNSS اقدام به طراحی و تعبیه ماژول سیمکارت در دستگاه کردند تا کاربران گیرنده های GNSS بتوانند با استفاده از شبکه اینترنت و سیمکارت، به سامانه های کورس متصل شده و تصحیحات را دریافت کنند و به دقت سانتی متر در تعیین موقعیت دست پیدا کنند. بنابراین ضرورت تجهیز به سیمکارت اجتناب ناپذیر بود. البته علاوه بر گیرنده ها، کنترلرها هم به درگاه سیمکارت مجهز هستند. در صورت استفاده از گوشی های موبایل هم که دسترسی به اینترنت به سادگی امکان پذیر است. بنابراین مهندس نقشه بردار یا کاربر گیرنده های GNSS با قرار دادن سیمکارت های جدید که قابلیت پشتیبانی از انواع شبکه های تلفن همراه و اینترنت مانند 4G را دارند، می تواند در هر جایی که شبکه اینترنت موجود باشد، به انجام کار بپردازد.

تیلت سنسور (IMU):  در سالهای اخیر قابلیتی با نام تیلت سنسور (Tilt sensor) یا IMU به گیرنده های مولتی فرکانس اضافه شده است که تاثیر بسزایی در افزایش راندمان پروژه های نقشه برداری داشته است. طراحی این ماژول با هدف برداشت و پیاده سازی نقاطی ست که در حالت تراز، قابل برداشت نیستند.

لازم به توضیح است برای نقشه برداری با دستگاههای GNSS نیاز به ژالن و گیرنده به صورت همزمان است و از آنجایی که عرض گیرنده از ژالن بیشتر است، بنابراین برداشت برخی از عوارض در حالتی که دستگاه تراز است، امکانپذیر نیست. برای مثال هنگام برداشت پای دیوارهایی که آب چکان دارند و روی دیوار سنگ نصب شده است، امکان تراز کردن دستگاه وجود ندارد، و امکان برداشت پای دیوار میسر نیست مگر اینکه نقشه بردار روی دیوار برود! که امری خطرناک و گاها غیر دقیق است.

مثال دیگر زمانی است که نقطه ای مثل جدول خیابان زیر یک خودرو قرار گرفته و برداشت آن در حالت تراز ممکن نیست. در این گونه موارد اگر دستگاه مجهز به تیلت سنسور باشد، می توان در حالت ناتراز و به صورت کج نقاط را برداشت کرد. سنسوری که در گیرنده تعبیه شده قادر است زاویه انحراف از شاقولی را تا 45 و جدیدا تا 60 درجه دقیقا اندازه گیری و مختصات نقطه ی پای ژالن را محاسبه و به کاربر نمایش دهد.

این ویژگی جذاب، سرعت و دقت برداشت و پیاده سازی نقاط را ارتقا می دهد. نکته ای که قابل ذکر است در استفاده از قابلیت تیلت سنسور نیاز است که کاربر قبل از استفاده و گاها حین کار، آن را کالیبره کند که این امر به کمک راهنمای نرم افزار انجام می شود. در دستگاههای جدید کالیبراسیون تیلت سنسور حذف شده و خیلی سریع دستگاه قابل استفاده خواهد بود. نکته ی دیگر دقت تعیین موقعیت حین استفاده از IMU است که معمولا بین 1 تا 3 سانتی متر متغیر است و بایستی این خطا را در پروژه ها در نظر گرفت.

حافظه Storage

برای ذخیره سازی داده های مشاهده شده توسط دستگاه های GNSS بایستی حافظه با ظرفیت مناسبی در طراحی دستگاه در نظر گرفت.

بنابراین دستگاه های جدید هم از حافظه داخلی تا ظرفیت های 4 و 8 گیگ پشتیبانی می کنند و هم از حافظه های خارجی برای ارتقا ظرفیت و ذخیره سازی بیشتر داده ها. نکته قابل ذکر این است که داده های مربوط به برداشت های استاتیک در حافظه داخلی گیرنه ذخیره می شود و داده های سامانه های کورس مثل شمیم و … و همچنین روش RTK روی حافظه گوشی یا کنترلر ذخیره می شود. هنگام استفاده از گوشی های موبایل به عنوان کنترلر، از حافظه گوشی برای ذخیره سازی دیتاها استفاده می شود.

واقعیت افزوده (Augmented reality): این ویژگی در GNSS ها برای افزایش سرعت و سهولت در پیاده سازی نقاط به کار می رود. ویژگی واقعیت افزوده در واقع به ترکیب چند تکنولوژی از جمله GPS، قطب نما و دوربین گیرنده گفته می شود که عملکرد آن به این صورت است که پس از برداشت نقاط و برای پیاده سازی آنها، کاربر گیرنده مولتی فرکانس مجهز به AR می تواند به صورت تصویری و راهنمای گرافیکی نرم افزار، اقدام به پیاده سازی نقاط کند.

به این ترتیب که کاربر با استفاده از علائم گرافیکی روی تصویر و دوربین گیرنده که همانند دوربین موبایل، واقعیت را نمایش می دهد، زاویه قرارگیری نقطه، فاصله و جهت حرکت و چرخش دوربین را می بیند، و به سادگی به سمت نقطه حرکت میکند. این قابلیت زمانی که تعداد نقاط زیاد باشد بسیار کاربردی است. موقعیت دستگاه توسط موقعیت گیرنده و جهت حرکت توسط قطب نما مشخص می شود و واقعیت هم به کمک دوربین مشاهده می شود و به این ترتیب یک تجربه ی جذاب نقشه برداری به کمک سیستم AR همراه می شود.

ویژگی های کمی و کیفی گیرنده های مولتی فرکانس

همان طور که توضیح دادیم تقریبا بیشتر گیرنده های مولتی فرکانس امروزی مجهز به امکانات گفته شده در بالا هستند اما آیا کیفیت دستگاه، عملکرد آن در محیط های چالشی و در نهایت خروجی مختصات سه بعدی نقاط یکی است؟ قطعا خیر!

بنابراین تمایز بین قیمت و کیفیت برندهای مختلف بستگی به عواملی دارد که در زیر به آن اشاره می کنیم. قبل از برررسی نکته ای که بیان آن خالی از لطف نیست این است که اعداد و مشخصاتی که رسما از طرف کمپانی های سازنده گیرنده های مولتی فرکانس در کاتالوگ دستگاهها رسما اعلام می شود، لزوما در واقعیت قابل دستیابی نیست و بنابراین با توجه به نیاز کاربران و عملکرد دستگاه در محیط واقعی می توان به بهترین انتخاب رسید.

کیفیت ساخت

قطعا کیفیت ساخت در هر دستگاهی از جمله گیرنده های مولتی فرکانس فاکتور مهمی است. از جمله شاخص های کیفیت ساخت گیرنده های GNSS، می توان به کیفیت قطعات گیرنده، دقت طراحی و ساخت بردهای الکترونیکی، طراحی و قابلیت های نرم افزاری، کنترلر بادوام و انعطاف پذیر، پایداری در دقت و صحت دستگاه، استانداردهای مقاومت در برابر نفوذ آب، گرد و خاک، ضربه، شوک و … اشاره کرد.

تعداد کانال

گیرنده ای که تعداد کانال بیشتری داشته باشد، تعداد سیگنال های بیشتری را از سامانه های ماهواره ای دریافت میکند. همچنین این ویژگی سرعت فیکس اولیه دستگاه را بهبود می بخشد که در نهایت راندمان پروژه ها را افزایش می دهد. بنابراین گیرنده هایی که تعداد کانال بیشتری را پشتیبانی می کنند، سرعت، حساسیت و انعطاف بهتری در کارها ارائه می دهند. البته قابل ذکر است که در حال حاضر و با توجه به تعداد سامانه های فعال موقعیت یاب ماهواره ای و تعداد ماهواره های آنها، تعداد کانال در حدود 400 تا 600 کانال ایده آل است.

دریافت امواج

گیرنده های مولتی فرکانس امروزی انواع سیگنال های منظومه های موقعیت یابی مختلف را دریافت می کنند. از جمله امواج ارسالی از سامانه های GPS، GLONASS، GALILEO و غیره. بنابراین غالب گیرنده های امروزی قدرت بالایی در دقت تعیین موقعیت و صحت مختصات بدست آمده در مناطق چالشی و دشوار از لحاظ دریافت سیگنال را دارند. گیرنده ای که سیگنال های بیشتری را دریافت کند در محیط های چالشی مانند نقاط مجاور و یا زیر پوشش گیاهی، مناطق شهری با تراکم ساختمان، نقاط با توپوگرافی شدید و … قدرت مانور بهتری داشته و توانایی تعیین موقعیت را دارد خواهد بود.

دقت مسطحاتی و ارتفاعی

دقت تعیین موقعیت گیرنده های GNSS در حالت های مختلف متفاوت است و معمولا در کاتالوگ دستگاهها درج می شود. این حالت شامل تعیین موقعیت استاتیک (Static)، تعیین موقعیت آنی یا اصطلاحا بیس و روور (Base & Rover)، تعیین موقعیت با استفاده از سامانه های اینترنتی، تعیین موقعیت به کمک پردازش های بعدی (Post processing) و تعیین موقعیت در حالت تیلت سنسور بیان می شوند. بالاترین دقت تعیین موقعیت مربوط به حالت Post processing است که معمولا عددی بین 1 تا 4 میلی متر است.

قابلیت حذف خطاها

یکی از فاکتورهای مهم گیرنده های مولتی فرکانس، توانایی تفکیک سیگنالهای کامل و صحیح از سیگنالهای مضر یا همان نویزهاست. کیفیت طراحی مهندسی برد گیرنده و الگوریتم های به کار رفته در آن در تشخیص و تمایز سیگنال های دریافتی نقش مهمی را بازی می کند. یک گیرنده ی خوب هنگام دریافت امواج تاثیر خطاهای موقعیت یابی از جمله خطاهای چند مسیری، خطای جهش فاز و … را به حداقل می رساند و حتی در بعضی دستگاهها درصد اطمینان مختصات بدست آمده را به بیش از 99 درصد می رسانند و صحت کار را تضمین می کنند.

گارانتی و خدمات پس از فروش

فاکتور خدمات پس از فروش همواره اهمیت دارد. بنابراین گیرنده ای که خدمات ضمانت و پشتیبانی دارد، تمایل کاربران بیشتری را به همراه خواهد داشت. برندهای آمریکایی تریمبل و سوئیسی لایکا و برندهای ژاپنی در ایران نمایندگی و پشتیبانی ندارند و تنها برندهای چینی خدمات پشتیبانی ارائه می دهند.

جمع بندی

کاربرد گیرنده های مولتی فرکانس امروزه بسیار گسترده تر از قبل شده و تقریبا برای هر مهندس نقشه برداری لازم است که آشنایی کافی با عملکرد و قابلیت های این سیستم داشته باشد. تعیین موقعیت تارگت ها در نقشه برداری با پهپاد، برداشت های شهری، تعیین موقعیت املاک و المانهای تاسیساتی، پیاده سازی مسیر، مساحی، توپوگرافی، و … از جمله موارد به کارگیری GNSS ها در مهندسی هستند. بنابر توضیحات بالا، انتخاب یک گیرنده ی مولتی فرکانس برای انجام پروژه های نقشه برداری و مهندسی، به بودجه، نیاز و هدف کاربران بستگی دارد و صرفا مشخصات فنی و امکانات دستگاه تعیین کننده نیست.

با آرزوی آگاهی برای همه و دنیایی بهتر

در پایان از اینکه ما را همراهی کردید تشکر کرده و تلاش می کنیم مطالب بهتری در آینده تقدیم حضور شما مخاطبان نقشه مارکت نماییم.

نویسنده: رضا پناهی

نقشه مارکت، سایت تخصصی آگهی های مهندسی نقشه برداری