سرعت رشد علم و تکنولوژی موجب گردیده تا تمام صنایع در حال تغییر باشند. صنعت GPS نیز امروزه روز از پیشرفت های بسیار زیادی بهره مند شده است. تمامی هدف این صنعت بر پایه دستیابی به دقت بیشتر در برداشت اطلاعات، سرعت برداشت بیشتر و راحتی کاربر استوار می باشد. از جمله فن آوری های نو در این صنعت می توان به موارد زیر اشاره نمود: قابلیت GNSS، قابلیت تراز الکترونیکی یا E-Bobble قابلیت Tilt Compensation.

قابلیت GNSS

سامانه های ناوبری ماهواره ای جهانی امروزه فقط شامل ماهواره های GPS نمی شوند. افزایش سامانه های ناوبری، افزایش ماهواره ها و افزایش فرکانس های ارسالی از جانب ماهواره به سمت گیرنده از جمله راهبرد های موجود در این صنعت برای افزایش کاربری های این سیستم ها و همچنین بهبود کیفیت و عملکرد آن هاست. گیرنده های نقشه برداری ماهواره ای دیگر با نام GPS شناخته نمی شوند و آن ها را به نام گیرنده های GNSS می شناسند. لغت GNSS به معنی سامانه های ناوبری ماهواره ای جهانی است و مخفف Global Navigation Satellite Systems می باشد. GNSS به این معناست که ماهواره های موجود در این سامانه در فضا تنها متعلق به یک کشور نبوده و سایر کشورها نیز هرکدام بسته به اهداف بلند مدت خود تعدادی ماهواره به این ناوگان افزوده و یا خواهند افزود. در ادامه به شرح کامل این ناوگان و وضعیت ماهواره های موجو در آن پرداخته خواهد شد.

پیش از معرفی سری ماهواره های جدید سامانه ناوبری جهانی، ابتدا به معرفی کامل ماهواره های GPS پرداخته می شود. GPS در لغت به معنی سیستم تعیین موقعیت جهانی بوده و مخفف Global Positioning System می باشد. متولی راه اندازی این سیستم کشور ایالات متحده آمریکاست. تعداد کل ماهواره های موجود در فضا برای این سیستم 32 عدد بوده که تنها 31 عدد از آن ها فعال هستند. فاز های حامل این ماهواره ها L1,L2,L5 هستند. کشور روسیه از جمله کشورهایی است که در این صنعت قدم برداشته و ماهواره های GLONASS را در سری ماهواره های این ناوگان در فضا قرار داده است. GLONASS در لغت به معنی سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای جهانی است و مخفف Global Navigation Satellite System می باشد. این سامانه شامل 24 عدد ماهواره فعال از 25 عدد ماهواره بوده و فاز های حامل آن با نام های G1,G2,G3 شناخته می شوند. ماهواره های BDS نیز توسط کشور چین راه اندازی شده اند. BDS در لغت به معنی سیستم ناوبری ماهواره ای بیدو بوده و مخفف BeiDou Navigation Satellite System می باشد. فاز های حامل این سیستم با نام های B1,B2,B3 شناخته می شوند و از 23 عدد ماهواره تنها 15عدد از آن ها در حال خدمات رسانی می باشند. Galileo توسط اروپا راه اندازی شده و شامل 15 عدد ماهواره فعال از 18 عدد ماهواره است. فازهای حامل آن به نام های E1,E6,E5 هستند.

قابلیت تراز الکترونیکی یا E-Bobble

تراز الکتورنیکی این امکان را فراهم می آورد تا کاربر در حین برداشت در حال نگاه به کنترلر وضعیت تراز بودن دستگاه را بررسی کند. وجود تراز فیزیکی در کنار ژالون ابزاری بسیار دقیق و مهم است. اما کاربر در تراز کردن دستگاه با استفاده از حباب فیزیکی در کنار ژآلون و تصمیم گیری برای فرماندهی جهت برداشت نقاط با مشکل مواجه خواهد شد. چرا که فرمان برداشت نقطه از طریق کنترلر صادر می شود و این درحالی است که بررسی تراز بودن ژالون مستلزم نگاه مداوم به حباب فیزیکی ژالون خواهد بود. تراز الکترونیکی این امکان را فراهم می آورد که کاربر در هر صورت با نگاه به کنترلر وضعیت استقرار و تراز بودن ژالون را بررسی و در نهایت از طریق کنترلر فرمان برداشت نقطه را صادر نماید.

قابلیت Tilt Compensation

از دیگر فن آوری های نوین در صنعت گیرنده های نقشه برداری ماهواره ای می توان به تصحیح ناشی از خطای تراز نبودن ژالون اشاره نمود که به آن Tilt Compensation می گویند. این تصحیح توسط یک سنسور اعمال می گردد. این سنسور برای یافتن میزان خطای ناشی از کجی ژالون نیاز به سنجش دوران در سه جهت (دو جهت نسبت به صفحه افق و یک جهت نسبت به شمال) دارد. اندازه گیری دوران نسبت به صفحه افق در قیاس با اندازه گیری دوران نسبت به شمال آسان تر است. سنسور ها بر اساس اندازه گیری دوران نسبت به شمال به دو دسته تقسیم می شوند، سنسور های مبتنی بر مغناطیس (Magnetometer) و سنسورهای مبتنی بر اندازه گیری اینرشیا (Inertia Measurement Unit). برداشت نقطه با استفاده از این ابزار زمانی امکان پذیر است که گیرنده به هر دلیل شاقول نباشد.

سنسورهای تیلت مبتنی بر مغناطیس (Magnetometer):

در این گونه سنسورها امکان برداشت نقطه امن در صورتی که گیرنده تا 15 درجه مایل نسبت به نقطه پای ژالون باشد، فراهم خواهد بود. در این روش از شمال مغناطیسی برای یافتن جهت انحراف استفاده می شود که کشف شمال مغناطیسی توسط یک قطب نما یا Magnetometer رخ خواهد داد. برداشت نقطه امن با شرط در نظر گرفتن شرایط محیطی امکان پذیر است؛ چرا که قطب نما یا شمال سنج موجود در سنسور می تواند تحت اثر امواج مغناطیسی قرار گرفته و اندازه گیری های سنسور با خطا همراه شوند. در برداشت نقطه امن با این سنسور، محیط باید خالی از امواج فرو مغناطیس و اجرام فلزی (خصوصا آهنی) باشد. تیرهای آهنی برق، حضور تعداد زیاد اتوموبیل در نزدیکی محل برداشت، دکل های فشار قوی برق و اسکلت های فلزی ساختمانی در عملیات برداشت با این سنسور ها مشکل ساز خواهند شد. وجود میدان های مغناطیس متفاوت در مکان های مختلف موجب می گردد تا گیرنده در فضای های مختلف نیاز به کالیبراسیون داشته باشد. کالیبراسیون سنسور در گیرنده روندی است که حدود ده تا پانزده دقیقه قبل از شروع برداشت زمان می برد. این روند شامل چرخش گیرنده در جهت های مختلف و توجیه سنجنده مغناطیسی سنسور می باشد.

سنسورهای تیلت مبتنی بر اندازه گیری اینرشیا (Inertia Measurment Unit):

این سنسورها وابسته به محیط و امواج فرومغناطیس نیستند. همانطور که پیش تر گفته شد سنسورهای مبتنی بر مغناطیس تحت تاثیر عوارض فلزی می باشند. سنسورهای مبتنی بر اندازه گیری های اینرشیا، داده های GNSS را با داده های جهتی IMU تلفیق کرده و به صورت آنی مختصات را محاسبه می کنند. این سنسورها متشکل از 3 شتاب سنج به همراه 3 دوران سنج (Gyro) هستند که این مهم موجب می گردد تا این سنسورها نیاز به کالیبراسیون نداشته باشند و اصطلاحا به آن ها Free Calibration می گویند.

دقت اندازه گیری های IMU به عوامل مختلفی وابسته است. دقت اندازه گیری های با انحراف، وابسته به دقت انحراف و دقت جهت انحراف می باشد. عموما دقت انحراف در حدود 12 دقیقه و دقت جهت انحراف در حدود 1 درجه است. این جمله به این معناست که در ارتفاع 1.8 متری ژالون، دقت کلی انحراف در حدود 20 میلیمتر در 30 درجه انحراف ژالون خواهد بود. در صورت انحراف ژالون با زاویه ای بیشتر از 30 درجه، دقت مشاهدات منحرف به دو دلیل کاهش می یابد: 1- دقت انحراف در قیاس با افزایش انحراف کاهش می یابد، این در حالی است که اثر گذاری جهت انحراف بر روی دقت انحراف بیشتر خواهد بود. 2- با افزایش زاویه انحراف، ردیابی یکسری از ماهواره ها توسط گیرنده از دست خواهد رفت که این خود موجب کاهش دقت مکانی GNSS خواهد شد.

از مزایایی سنسورهای تیلت مبتنی بر اندازه گیری اینرشیا می توان به عدم نیاز به کالیبراسیون سنسور و وابسته نبودن سنسور به محیط برداشت، افزایش سرعت برداشت اطلاعات مکانی تا 40 درصد، عدم اثر گذاری امواج فرومغناطیس برا اندازه گیری های سنسور و امکان برداشت نقاط غیر قابل دسترس از جمله عوارضی که زیر خودرو های پارک شده قرار گرفتند، نقاط در محیط های چالشی (زیر درختان، کنار دیوار و …) اشاره نمود. جهت استفاده از سنسورهای مبتنی بر اندازه گیری اینرشیا و راه اندازی آن ابتدا باید در نظر داشت که گیرنده روی ژالون در جهت مناسب قرار گرفته باشد (پنل گیرنده به سمت کاربر قرار گیرد) و سپس گیرنده در وضعیت Fix و به صورت RTK باشد و نیاز به حرکت در محیط است.