بخشی از مقاله
چکیده :
GPS محصول دهه هاي آخر قرن بیستم ابزاري بسیار پیشرفته ، قدرتمند و پرکاربرد براي تعیین موقعیت در تمام سطوح دقت با سرعت بالا و هزینه پایین می باشد. براي رسیدن به دقتهاي بالاي GPS ، تعیین موقعیت به روش نسبی و استاتیک ، با گیرنده هاي دو فرکانسه و مشاهدات همزمان فاز موج حامل براي همه یا اکثر طول مبناهاي مستقل شبکه انجام می شود.
براي بهینه سازي دقت شبکه هاي GPS رسیدن به بالاترین دقت نباید به عنوان معیار تعریف شود بلکه رسیدن به دقت بهینه باید مورد نظر باشد، درنتیجه مشاهده تمام طول مبناها ، در پروسه بهینه سازي به مشاهده کمترین تعداد طول مبنا و بهترین توزیع آنها می انجامد ، به صورتی که دقت هاي خواسته شده به راحتی قابل دستیابی باشد.
روش مورد استفاده در این مقاله براي بهینه سازي ، روش تحلیلی و با استفاده از تحقیق در عملیات و روش برنامه ریزي کوادراتیک است. در این مقاله نشان داده شد که در طرح مشاهدات یک شبکه واقعی GPS با حذف بیش از %30 کل طول مبناها افت قابل ملاحظه اي دردقت شبکه وارد نمی شود. این به معناي حداقل کاهش %30 در هزینه اجراي پروژه می باشد.
مقدمه
تمام سازه هاي مهندسی در اثر نیروهاي ناشی از بارهاي موجود ، دچار جابجایی و تغییر شکل میشوند، این بار ممکن است وزن جسم سازه یا عوامل خارجی مثل پدیده هاي تکتونیکی و زمین لرزه ها ،پدیده جزر ومد ، تغییرات سطح آب زمین ، تغییرات دما ، فشارهاي هیدرولیکی ناشی از آب ذخیره شده پشت سد ، وزن وسایل نقلیه روي پلها و... باشد. میزان جابجایی وتغییر شکل به بزرگی، نوع ونرخ نیروي وارد شده ، بزرگی سازه، جنس سازه ، شکل سازه و... بستگی دارد.
تغییر شکل وجابجایی سازهاي بزرگ به دو روش ژئودتیکی1 و غیر ژئودتیکی - روش ژئوتکنیکالی2 یا ابزار دقیق - 3 قابل تعیین هستند، که روشهاي ژئودتیکی خود به چهار روش کلاسیک، روش ماهواره اي ، روش فتوگرامتري برد کوتاه و روش اسکن لیزري قابل انجام هستند. اساس کار در روش کلاسیک ، ایجاد یک شبکه ژئودتیکی بر روي سازه ومنطقه اطراف آن است ، مشاهدات در اپکهاي مختلف برداشت و پس از آنالیز مشاهدات و سرشکنی آنها، پارامتر هاي تغییر شکل محاسبه می شوند.
اگر مشاهدات نقشه برداري از نوع مشاهدات کلاسیک نقشه برداري - طول، زاویه،اختلافارتفاع و ... - باشد شبکه را کلاسیک ژئودتیک می نامند و اگر از روش تعیین موقعیت GPS استفاده شود ، آن را شبکه تعیین موقعیت ماهواره ايGPS می نامند. براي رسیدن به دقت هاي بالاي تعیین موقعیت ماهواره اي - در حد میلیمتر وبهتر - باید بیشتر طول مبنا4 هاي شبکه ژئودتیکی در مدتهاي طولانی مشاهده شوند - طبق دستورالعمل هاي موجود - یا باید در محل نقاط شبکه ایستگاه دائم با مشاهدات شبانه روزي احداث کرد.
در بحث بهینه سازي شبکه هاي ژئودتیکی رسیدن به دقتهاي بالا ، ایده آل نیست وآنچه ایده آل است رسیدن به دقت بهینه است، این بدان معناست که نیازهاي کیفیتی شبکه از قبیل دقت باید کاملاً طبق نیاز پروژه با کمترین هزینه ممکن تأمین گردد. شبکه هاي ژئودتیک بر اساس چهار معیار دقت5 ، اعتماد پذیري1 ، حساسیت پذیري2 و هزینه3 طراحی و بهینه سازي می شوند. طراحی شبکه هاي ژئودتیک در مراتب طراحی مرتبه صفر ، طراحی مرتبه یک ، طراحی مرتبه دو وطراحی مرتبه سه و ترکیبی صورت می گیرد که با توجه به شرایط خاص شبکه هاي GPS فقط طراحی مرتبه دوم یعنی طراحی طرح مشاهدات GPS انجام می شود.
سرشکنی شبکه4
براي رسیدن به دقت هاي بالاي GPS باید از مشاهدات فاز موج حامل بصورت استاتیک و نسبی در فرکانسهاي مختلف و در بازه هاي زمانی طولانی استفاده شود.
طراحی بهینه شبکه GPS
در این مقاله فرض می شود که ساختار ماهواره ها و ساختار شبکه GPS و نوع دستگاه گیرنده GPS کاملاً مشخص و غیر قابل تغییر است، تا نشان داده شود که تغییر تعداد طول مبناها و تغییر در توزیع طول مبناها در شبکه چگونه بر دقت نهایی نقاط موثر است. طراحی مورد نظر با استفاده از روش تحلیلی و برنامه ریزي غیر خطی1 با تأکید بر مسئله SOD انجام خواهد شد.
پس از تعیین تعداد طول مبناها و نحوه توزیع آنها در شبکه براي اجراي مشاهدات حتماً باید زمان مشاهده براساس دید باز آسمانی2و DOP تعیین گردد. هدف اصلی طراحی وبهینه سازي شبکه هاي ژئودتیک ، تعیین تعداد وتوزیع بهینه نقاط شبکه - بهترین شکل شبکه - ، انتخاب تکنیکهاي مشاهده و انتخاب توزیع بهینه مشاهدات و دقت آنها در شبکه است. طراحی بهینه شبکه هاي GPS نیز همانند شبکه هاي زمینی در مراتب مختلف وتحت معیارهاي گوناگون بررسی می شود که این مراتب شامل ZOD ،FOD ،SOD می باشد.
در طراحی مرتبه دو شبکه هاي کلاسیک زمینی وزن بهینه مشاهدات بررسی می شود در حالی که در شبکه هاي GPS وزن مشاهده معلوم است و به گیرنده استفاده شده و مدت زمان مشاهده بستگی دارد ، بنابراین باید درمورد تعداد طول مبناها و توزیع آنها در شبکه تصمیم گیري شود. خطاهاي اتفاقی در GPS معمولاً کوچک هستند و با توجه به تعداد زیاد مشاهدات روي هر ایستگاه تأثیري جزئی بر پارامتر هاي مجهول شبکه دارند، بنابراین کیفیت نقشه برداري GPS به شدت متأثر از خطاهاي سیستماتیک مدل نشده است - حل ابهام فاز ، خطاي ساعت ، تأخیر یونیسفر و تروپوسفر و ... - هر چه قدر این خطاهاي سیستماتیک بهتر و دقیق تر برآورد شوند دقت تعیین پارامتر هاي مجهول بالاتر خواهد رفت .
مدل گوس مارکوف براي سرشکنی شبکه هاي GPS
بهینه سازي شبکه هاي نقشه برداري همواره به سرشکنی مشاهدات آن شبکه وابستگی دارد. در تعیین موقعیت شبکه هاي GPS مختصات نقاط شبکه و مختصات ماهواره پارامتر هاي مجهول اصلی هستند، همچنین پارامتر هاي اضافی دیگر نظیر خطاهاي ساعت ، تأخیرات اتمسفر ، ابهام فاز و ... - که عامل ناسازگاري بین مشاهدات GPS و مقادیر واقعی آنها هستند - نیز از مجهولات هستند.
براي سرشکنی شبکه هاي GPS ، ابتدا مشاهدات همزمان انجام شده در هر جفت ایستگاه به طول مبنا تبدیل می شود، سپس با ترکیب این طول مبناها ، سرشکنی شبکه انجام می پذیر - . - Wells1986 این مدل بصورت گسترده در عمل مورد استفاده نقشه برداران می باشد، در این حالت ایستگاه هاي زمینی پارامتر هاي مجهولی هستند که باید برآورد شوند.
