วิธีการกําหนดความสูงของ GPS ในการใช้งานการสํารวจ

ข้อมูลระดับความสูงที่แม่นยำมีความสำคัญพอๆ กับการวางตำแหน่งแนวนอนในโครงการสำรวจและวิศวกรรมจำนวนมาก แม้ว่าระบบ GPS และ GNSS จะให้พิกัดสามมิติที่มีความแม่นยำสูง แต่การแปลงความสูงที่ได้จากดาวเทียมเป็นค่าระดับความสูงที่ใช้งานได้มักจะต้องใช้วิธีการประมวลผลเพิ่มเติม

ในงานสำรวจเชิงปฏิบัติ มักใช้หลายวิธีในการกำหนดระดับความสูงจากการวัดด้วย GPS การเลือกวิธีการขึ้นอยู่กับสภาพภูมิประเทศ ความแม่นยำที่ต้องการ ข้อมูลอ้างอิงที่มีอยู่ และขนาดของโครงการ

ด้านล่างนี้คือวิธีการบางส่วนที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

วิธีดั้งเดิมวิธีหนึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้แผนที่การแยก geoid หรือแผนที่รูปร่างที่มีความสูงผิดปกติ

ก่อนอื่น ผู้สำรวจจะได้รับค่าการแยก geoid หรือความสูงที่ผิดปกติสำหรับตำแหน่งที่กำหนดจากแผนที่รูปร่าง ค่าเหล่านี้สามารถนำมารวมกับความสูงทรงรีที่ได้จาก GPS เพื่อคำนวณอย่างใดอย่างหนึ่ง:

• ความสูงออร์โธเมตริก
• ความสูงปกติ

แม้ว่ากระบวนการจะค่อนข้างตรงไปตรงมา แต่ควรคำนึงถึงข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติหลายประการด้วย

แผนที่รูปร่างที่ใช้ต้องสอดคล้องกับระบบอ้างอิงพิกัดเดียวกันกับการสังเกตด้วย GPS

หากแบบจำลองระดับความสูงและการวัด GNSS อิงตามระบบพิกัดที่แตกต่างกัน อาจเกิดข้อผิดพลาดในการคำนวณได้

คุณภาพระดับความสูงสุดท้ายได้รับอิทธิพลอย่างมากจากความแม่นยำของแผนที่เส้นขอบนั่นเอง

แม้ว่าข้อมูลการกำหนดตำแหน่ง GNSS จะมีความแม่นยำสูง แต่ข้อมูลรูปร่างที่ไม่ถูกต้องหรือมีความละเอียดต่ำสามารถลดความน่าเชื่อถือของผลลัพธ์สุดท้ายได้

ด้วยเหตุผลนี้ โดยทั่วไปวิธีการทำแผนที่รูปร่างจึงเหมาะสมเฉพาะเมื่อมีข้อมูลอ้างอิงระดับความสูงที่เชื่อถือได้เท่านั้น

แบบจำลอง geoid ถือได้ว่าเป็นแบบจำลองดิจิทัลของแนวทางที่ใช้รูปทรง

แทนที่จะอ่านค่าจากแผนที่ด้วยตนเอง แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ Earth จะถูกนำมาใช้เพื่อประมาณการแยก geoid ทั่วทั้งภูมิภาค

ในอดีตมีการใช้แบบจำลอง geoid ระหว่างประเทศหลายแบบ ได้แก่:

• OSU91A
• รุ่นซีรีส์ EGM
• แบบจำลองทางภูมิศาสตร์ระดับภูมิภาค

โมเดลเหล่านี้ช่วยลดความยุ่งยากในการแปลงระดับความสูงและปรับปรุงประสิทธิภาพในระหว่างการประมวลผลข้อมูล

อย่างไรก็ตาม ความท้าทายเชิงปฏิบัติประการหนึ่งก็คือ โมเดลระดับโลกอาจมีประสิทธิภาพไม่เท่ากันในทุกภูมิภาค

สภาพภูมิประเทศในท้องถิ่นและคุณลักษณะทางภูมิศาสตร์มักต้องใช้แบบจำลองทางภูมิศาสตร์เฉพาะประเทศหรือภูมิภาคเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า

ด้วยเหตุนี้ หลายประเทศจึงมีโซลูชัน geoid ที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นของตนเองสำหรับการใช้งานที่มีความแม่นยำสูงกว่า

ในโครงการในโลกแห่งความเป็นจริง โดยเฉพาะสำหรับงานสำรวจในท้องถิ่น มักใช้การปรับระดับความสูง

การปรับระดับความสูงขึ้นอยู่กับการสังเกตว่าภายในพื้นที่ที่ค่อนข้างเล็ก ความผิดปกติของความสูงมักจะเป็นไปตามรูปแบบเชิงพื้นที่ที่คาดเดาได้

การใช้จุดอ้างอิงที่ทราบและเทคนิคการปรับทางคณิตศาสตร์ นักสำรวจสามารถประมาณ:

• ความสูงผิดปกติ
• ความสูงออร์โธเมตริก
• ความสูงปกติ

วิธีการนี้จะสร้างความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างความสูงของทรงรีที่ได้จาก GPS และค่าระดับความสูงที่ทราบ

การปรับระดับความสูงเป็นวิธีพื้นฐานทางเรขาคณิต

ด้วยเหตุนี้ โดยทั่วไปแล้วจะทำงานได้ดีที่สุดในพื้นที่ที่ความสูงผิดปกติค่อยๆ เปลี่ยนไป เช่น:

• ภูมิประเทศที่ราบเรียบ
• ที่ราบ
• ภูมิภาคโล่งอก

ภายใต้สภาวะที่เอื้ออำนวย ความแม่นยำในการติดตั้งมักจะอยู่ภายในไม่กี่เซนติเมตรถึงหนึ่งเดซิเมตร

ในภูมิประเทศที่เป็นภูเขาหรือภูมิประเทศที่มีความแปรปรวนสูง ประสิทธิภาพอาจลดลงอย่างมากเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงระดับความสูงมีความซับซ้อนมากขึ้นและยากต่อการสร้างแบบจำลอง

คุณภาพของแบบจำลองข้อต่อจะขึ้นอยู่กับจุดอ้างอิงที่ใช้เป็นอย่างมาก

โดยทั่วไปค่าความผิดปกติของความสูงที่ทราบได้มาจากการรวม:

• การวัดระดับที่แม่นยำสำหรับความสูงปกติ
• การสังเกตด้วย GPS สำหรับความสูงทรงรี

ในการปฏิบัติการภาคสนาม นักสำรวจโดยทั่วไป:

• กำหนดจุด GPS ในตำแหน่งมาตรฐาน
• เชื่อมต่อการสังเกต GNSS กับเครือข่ายการปรับระดับ

เพื่อประสิทธิภาพในการติดตั้งที่ดีขึ้น จุดอ้างอิงควร:

• ให้กระจายอย่างเท่าเทียมกัน
• ครอบคลุมพื้นที่สำรวจทั้งหมดทุกครั้งที่เป็นไปได้
• ล้อมเครือข่าย GNSS แทนที่จะรวมกลุ่มไว้ในที่เดียว

การกระจายจุดที่ไม่ดีอาจทำให้ผลลัพธ์ในการติดตั้งไม่เสถียร

จำนวนจุดที่ทราบที่ต้องการขึ้นอยู่กับรุ่นฟิตติ้งที่ใช้

ตัวอย่างทั่วไปได้แก่:

สำหรับโครงการขนาดใหญ่ แบบจำลองที่เหมาะสมเพียงตัวเดียวอาจไม่เพียงพอสำหรับเป็นตัวแทนของพื้นที่สำรวจทั้งหมด

ในสถานการณ์เหล่านี้ ผู้สำรวจมักจะแบ่งโครงการออกเป็นโซนเล็กๆ หลายโซน

แต่ละภูมิภาคได้รับการติดตั้งอย่างเป็นอิสระโดยใช้จุดควบคุมในพื้นที่

จุดควบคุมขอบเขตสามารถแชร์ระหว่างภูมิภาคใกล้เคียงเพื่อรักษาความสม่ำเสมอ

วิธีการแบ่งพาร์ติชันนี้มักจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าสำหรับเครือข่าย GPS ขนาดใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อลักษณะภูมิประเทศแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญทั่วทั้งพื้นที่โครงการ

การกำหนดระดับความสูงจากการวัดด้วย GPS ไม่ใช่แค่เรื่องของการอ่านพิกัดจากเครื่องรับเท่านั้น

กระบวนการนี้ต้องใช้วิธีการเปลี่ยนแปลงที่เหมาะสมและการพิจารณาภูมิประเทศ ข้อมูลอ้างอิง และข้อกำหนดของโครงการอย่างรอบคอบ

ไม่ว่าจะใช้แผนที่รูปร่าง แบบจำลอง geoid หรือเทคนิคการปรับ การเลือกวิธีการที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงความแม่นยำในการยกระดับและประสิทธิภาพการสำรวจโดยรวมได้อย่างมาก

เนื่องจากเทคโนโลยี GNSS มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง การรวมข้อมูลตำแหน่งคุณภาพสูงเข้ากับแบบจำลองระดับความสูงที่เชื่อถือได้ยังคงเป็นปัจจัยสำคัญในการบรรลุผลการสำรวจที่แม่นยำ