روش های تعیین ارتفاع GPS در برنامه های زمین سنجی

داده های ارتفاع دقیق به اندازه موقعیت افقی در بسیاری از پروژه های سنجش و مهندسی مهم است. در حالی که سیستم های GPS و GNSS می توانند مختصات سه بعدی بسیار دقیق را ارائه دهند,تبدیل ارتفاعات مشتق شده از ماهواره به مقادیر ارتفاع قابل استفاده اغلب نیاز به روش های پردازش اضافی دارد.

در کارهای عملی زمین سنجی، چندین روش معمولا برای تعیین ارتفاع از اندازه گیری های GPS استفاده می شود. انتخاب روش بستگی به شرایط زمین، دقت مورد نیاز،داده های مرجع موجود، و مقیاس پروژه.

در زیر برخی از رایج ترین روش ها ذکر شده است.

یکی از روش های سنتی شامل استفاده از نقشه های جدایی ژئود یا نقشه های محدوده ناهنجاری ارتفاع است.

زمین شناسان ابتدا از یک نقشه کنتور برای یک مکان مشخص، مقدار جدایی ژئود یا مقدار ناهنجاری ارتفاع را بدست می آورند. این مقادیر می توانند با ارتفاعهای بیضوی مشتق شده از GPS ترکیب شوند تا یا:

• ارتفاع ارتومتریک
• ارتفاع عادی

اگر چه خود این فرآیند نسبتاً ساده است، اما باید چندین ملاحظه عملی را در نظر داشته باشید.

نقشه کنتور مورد استفاده باید مطابق با همان سیستم مرجع مختصات به عنوان مشاهدات GPS باشد.

اگر مدل ارتفاع و اندازه گیری GNSS بر اساس سیستم های مختصات مختلف باشد، ممکن است خطاهای محاسباتی رخ دهد.

کیفیت ارتفاع نهایی به شدت تحت تاثیر دقت نقشه کنتور خود است.

حتی اگر داده های موقعیت مکانی GNSS بسیار دقیق باشند، اطلاعات کنتور نادرست یا با وضوح پایین می تواند قابلیت اطمینان نتایج نهایی را کاهش دهد.

به همین دلیل، روش نقشه کنتور به طور کلی تنها زمانی مناسب است که داده های مرجع ارتفاع قابل اعتماد در دسترس باشد.

یک مدل ژئوئید می تواند یک نسخه دیجیتال از یک رویکرد مبتنی بر کنتور باشد.

به جای خواندن به صورت دستی مقادیر از نقشه ها، مدل های ریاضی زمین برای برآورد جدایی ژئود در یک منطقه استفاده می شود.

چندین مدل بین المللی ژئوئید از نظر تاریخی مورد استفاده قرار گرفته اند، از جمله:

• OSU91A
• مدل های سری EGM
• مدل های ژئوئید منطقه ای

این مدل ها تبدیل ارتفاع را ساده می کنند و کارایی را در هنگام پردازش داده ها بهبود می بخشند.

با این حال، یکی از چالش های عملی این است که مدل های جهانی همیشه در هر منطقه عملکرد یکسانی ندارند.

شرایط زمین محلی و ویژگی های زمین شناسی اغلب نیاز به مدل های جغرافیایی خاص کشور یا منطقه ای برای دستیابی به نتایج بهتر دارند.

به همین دلیل، بسیاری از کشورها راه حل های جغرافیایی محلی خود را برای کاربردهای دقیق تر حفظ می کنند.

در پروژه های دنیای واقعی، به ویژه برای کار سنجش محلی، نصب ارتفاع اغلب استفاده می شود.

مناسب بودن ارتفاع بر اساس این مشاهده است که در مناطق نسبتا کوچک، ناهنجاری های ارتفاع اغلب الگوهای فضایی قابل پیش بینی را دنبال می کنند.

با استفاده از نقاط مرجع شناخته شده و تکنیک های متناسب ریاضی، سنجها می توانند تخمین بزنند:

• ناهنجاری های ارتفاع
• ارتفاعات ارتومتریک
• ارتفاعهای عادی

این روش اساساً رابطه ریاضی بین ارتفاعهای بیضوی مشتق شده از GPS و مقادیر بلندی شناخته شده را ایجاد می کند.

نصب ارتفاع اساساً یک رویکرد هندسی است.

در نتیجه، به طور کلی در مناطقی که ناهنجاری های ارتفاع به تدریج تغییر می کنند بهتر عمل می کند، مانند:

• زمین مسطح
• دشت ها
• مناطق کم ریلیف

در شرایط مطلوب، دقت قرار دادن اغلب می تواند در عرض چند سانتی متر تا یک دسی متر باقی بماند.

در زمین های کوهستانی یا بسیار متغیر، عملکرد ممکن است به طور قابل توجهی کاهش یابد زیرا تغییرات ارتفاع پیچیده تر و دشوارتر برای مدل سازی می شود.

کیفیت مدل نصب به شدت به نقاط مرجع مورد استفاده بستگی دارد.

مقادیر ناهنجاری بلندی شناخته شده به طور معمول با ترکیب:

• اندازه گیری های دقیق برای ارتفاعات عادی
• مشاهدات GPS برای ارتفاعهای بیضوی

در عملیات عملی میدان، نظرسنجی ها معمولا:

• نقاط GPS را در مکان های مرجع تعیین کنید
• اتصال مشاهدات GNSS با شبکه های سطح بندی

برای عملکرد بهتر، نقاط مرجع باید:

• به طور مساوی توزیع شود
• در صورت امکان کل منطقه بررسی را پوشش دهید
• محاصره شبکه GNSS به جای دسته بندی در یک مکان

توزیع نقطه ای ضعیف می تواند منجر به نتایج ناثبت شود.

تعداد مورد نیاز نقاط شناخته شده بستگی به مدل نصب مورد استفاده دارد.

نمونه های معمول عبارتند از:

برای پروژه های بزرگتر، یک مدل مناسب ممکن است به طور کافی کل منطقه بررسی را نشان ندهد.

در این شرایط، نظرسنجی ها اغلب پروژه را به چندین منطقه کوچک تقسیم می کنند.

هر منطقه به صورت مستقل با استفاده از نقاط کنترل محلی نصب می شود.

نقاط کنترل مرزی را می توان بین مناطق همسایه برای حفظ یکپارچگی به اشتراک گذاشت.

این رویکرد تقسیم اغلب نتایج بهتری را برای شبکه های GPS در مقیاس بزرگ فراهم می کند، به ویژه زمانی که ویژگی های زمین به طور قابل توجهی در منطقه پروژه متفاوت است.

تعیین ارتفاع از طریق اندازه گیری های جی پی اس فقط یک مسئله خواندن مختصات از یک گیرنده نیست.

این فرآیند نیاز به روش های مناسب تبدیل و بررسی دقیق زمین، داده های مرجع و الزامات پروژه دارد.

این که آیا از نقشه های کنتور، مدل های ژئودی یا تکنیک های مناسب استفاده می شود، انتخاب روش مناسب می تواند به طور قابل توجهی دقت ارتفاع و کارایی کلی نظرسنجی را بهبود بخشد.

با پیشرفت تکنولوژی GNSS، ترکیب داده های موقعیت مکانی با کیفیت بالا با مدل های ارتفاع قابل اعتماد همچنان یک عامل کلیدی در دستیابی به نتایج دقیق نظرسنجی است.