الأربعاء، 18 يناير، 2017

مصادر الأخطاء في القياس الإلكتروني

مصادر الأخطاء في القياس الإلكتروني

         هنالك مصادر للأخطاء في قياس المسافة بالجهاز الإلكتروني نذكر منها:
-        عدم انطباق موقع نقطة انطلاق الحزمة الضوئية مع موقع نقطة مركز الجهاز وعدم انطباق مركز العاكس الفعلي (حيث تنعكس الحزمة) مع المركز النظري (التصميمي) للعاكس . وبما أن هذا الخط يكون ثابتاً مهما كان طول المسافة التي يتم قياسها فيسمى الخطأ الثابت للجهاز constant error . وهذا الخطأ يمكن تصحيحه.
-        إن  تغير الظروف الجوية يؤثر على سرعة الحزمة الكهرومغناطيسية  في الهواء.  ولذلك يتم رصد درجة الحرارة والضغط الجوي.  وتوجد مع الجهاز قائمة لتصحيح السرعة وبالتالي تصحيح المسافة المقيسة.
-        عدم انطباق مركز الجهاز الإلكتروني مع مركز جهاز قياس الزاوية (الثيودوليت)  واختلاف ارتفاع العاكس وارتفاع الهدف التي يصوب عليه من جهاز قياس الزوايا ، ولذلك يجب أخذ ذلك بعين الاعتبار عند تحويل المسافة المائلة إلى المسافة الأفقية بين النقطتين.

5.7  مميزات القياس الإلكتروني مقارنة بالقياس بالشريط
                  يتميز القياس بالأجهزة الكهرومغناطيسية على القياس بالشريط أو الجنزير بأمور عديدة ، نذكر منها ما يلي:
1- سهولة استخدامها في قياس المسافات القصيرة والطويلة على حد سواء مهما كان نوع تضاريس الأرض و خاصة عند وجود العوائق التي تشمل الأنهار والبحيرات والأودية والهضاب العالية وغير ذلك.
2- سهولة تكامل الرصد بها مع استخدام الحاسوب في العمليات المساحية المختلفة.
3- السرعة في استخراج المعلومات وإظهارها على شاشة الجهاز.
4- سهولة تخزين البيانات وإجراء الحسابات.
5- التصحيح الذاتي للكثير من مصادر الأخطاء.
6- لا تحتاج لعدد كبير من العاملين في الميدان.

6.7   تمارين
1-  كيف تصنف أجهزة القياس الكهرومغناطيسي للمسافات ؟
2-  أعط مثال لكل نوع من أجهزة القياس الكهرومغناطيسي.
3-  وضح النظرية التي بنيت عليها قياس المسافات بالأجهزة الكهرومغناطيسية.
4-  ما هي مكونات جهاز المحطة الشاملة الإلكتروني؟
5-  ما هي مصادر الأخطاء في قياس المسافات باستخدام الجهاز الكهرومغناطيسي؟ و كيف يمكن تصحيحها؟
6-  أذكر بعض مميزات القياس بالجهاز الكهرومغناطيسي مقارنة بالقياس بالشريط أو الجنزير.










الباب الثامن
نظام التوقيع العالمي  GPS

1.8    مقدمة
         انتهينا في الأبواب السبعة السابقة من استعراض كثير من التقنيات المساحية المستخدمة والتي يحتاج إليها كثير من العاملين في هذا المجال ولكن في الوقت الحاضر ونظراً للتقدم السريع في مجال الحاسبات الآلية والاتصالات فقد أثر ذلك على علم المساحة ونشأ ما يعرف بتقنية نظم المعلومات الجغرافية GIS وكذلك تقنية نظام تحديد المواقع العالمي  GPS . ونظراً لأهمية هذه التقنيات وسرعة انتشارها فإننا رأينا أن نورد في هذا الكتاب مدخلاً يشرح نظام تحديد المواقع العالمي بطريقة مختصرة ومبسطة.

 2.8  مقدمة لنظام التوقيع العالمي

          يعرف نظام التوقيع العالمي بأنه منظومة من عدد من الأقمار الصناعية تدور حول الكرة الأرضية و ترسل إشارات تحمل بيانات خاصة الترقيم يتم استقبالها  و معالجتها بواسطة أجهزة استقبال من أي مكان على سطح الكرة الأرضية و تستطيع أن تحسب إحداثيات موقعها            وسرعتها والزمن وذلك بالاستعانة بأجهزة تحكم مثبتة في أماكن مختلفة على سطح الأرض  [19]-[22] .

  3.8التطور التاريخي لنظام التوقيع العالمي

         لقد قامت البحرية العسكرية الأمريكية بإطلاق أول منظومة من الأقمار الصناعية في عام 1960م  وذلك بهدف استخدامها في عمليات الملاحة العسكرية. و كانت هذه التجربة تشمل خمسة أقمار صناعية فقط. و قد برهنت التجربة على صلاحيتها للاستخدام في تحديد موقع السفينة أو الطائرة في أي ساعة من الزمن.
         وفي العام 1967م تم استخدام ساعات متقدمة و متطورة لحفظ الوقت في الفضاء و هي التقنية التي بنيت عليها نظم التوقيع العالمي. ثم توالى تطوير هذه المنظومة خلال العقود الثلاثة الأخيرة و بلغ عددها أربع و عشرون قمراً في العام 1994م ،  يحمل كل منها أربع ساعات ذرية دقيقة. و قد كانت تعمل المنظومة بإشارتين أحداهما خاصة بالإغراض العسكرية و هي التي تعطي دقة عالية و الأخرى تعطي دقة أقل متاحة للأغراض المدنية. و في مايو من عام 2000م أصبح العمل بنظام الإشارة الخاصة متاحاً حتى للإغراض و الاستعمالات المدنية.
         وفي ابريل من العام 2007م أصبح عدد الأقمار الصناعية الفاعلة في هذه المنظومة ثلاثون قمراً.

 4.8عناصر نظام التوقيع العالمي

يتكون نظام التوقيع العالمي من ثلاثة عناصر رئيسية هي :
1-      قسم الفضاء: وهو عبارة عن منظومة الأقمار الصناعية و التي يزن القمر الواحد منها ما بين ثلاثة آلاف إلي أربعة آلاف رطلاً تعمل بالطاقة الشمسية و تدور فى ست مدارات حول الكرة الأرضية بارتفاع 20200 كيلومتر عن سطح الأرض و بزاوية ميل خمس   وخمسون درجة عن خط الاستواء. وقد صُممت هذه المدارات بحيث يكون من الممكن مشاهدة و رصد ستة أقمار صناعية على الأقل في آن واحد من أي مكان على سطح الكرة الأرضية وبحيث يعمل كل قمر دورتين حول الأرض في كل يوم.  ويحمل كل قمر من هذه الأقمار ست ساعات ذرية عالية الدقة. و يقوم كل قمر بإرسال إشارة راديوية باتجاه الكرة الأرضية تحمل بيانات تستخدم في حساب بعد القمر الصناعي عن الأرض  وإحداثيات القمر الصناعي وزمن الإرسال.
2-      قسم التحكم  : ويتكون هذا القسم من خمس محطات خدمية لمتابعة الأقمار واستقبال إشاراتها و هي موزعة على مناطق مختلفة من سطح الكرة الأرضية و ترسل هذه المحطات البيانات المستقبلة لديها إلي محطة رئيسية تقوم بمعالجة البيانات وحساب التصحيحات اللازمة ثم إرسالها عن طريق ثلاثة هوائيات إلي الأقمار الصناعية مرة أخرى وبذلك تكون البيانات التي يرسلها القمر الصناعي مصححة ودقيقة.
3-      قسم المستخدم : يتكون قسم المستخدم من أجهزة الاستقبال و المستخدمين لهذه التقنية من القطاعات العديدة التي تستخدم بيانات نظام التوقيع العالمي.

          إن مهمة جهاز الاستقبال هي استقبال الإشارة المرسلة من مجموعة الأقمار الصناعية التي يشاهدها من موقعه على سطح الأرض ثم إجراء العمليات الحسابية التي يحدد بها موقعه في نظام الإحداثيات ثلاثي الأبعاد. و يتكون كل جهاز استقبال من هوائي على اتساق مع تردد الإشارة التي يرسلها القمر الصناعي و معالج الإشارة بالإضافة إلي ساعة دقيقة ( لا تصل دقتها إلي دقة الساعة الذرية الموجودة على القمر الصناعي ) تستطيع أن تصحح توقيتها من الإشارات المرسلة من عدد من الأقمار الصناعية بالإضافة إلى شاشات لعرض النتائج من إحداثيات الموقع وسرعة حامل الجهاز والوقت .

 5.8  كيفية عمل نظام التوقيع العالمي

تقوم أجهزة الاستقبال بتحديد موقعها على سطح الأرض اعتماداً على مبدأ التقويم ( الشكل 1.8 )
والذي يتطلب معرفة :
(أ‌)      إحداثيات أكثر من ثلاثة أقمار صناعية .
(ب‌)    البعد بين المستقبل وبين كل قمر من هذه الأقمار المرصودة .






الشكل 1.8:  مبدأ التقويم لتحديد الموقع

         أما إحداثيات القمر الصناعي فيرسلها القمر نفسه كبيانات رقمية ضمن الإشارة المرسلة إلى الأرض. وأما البعد بين محطة الاستقبال والقمر الصناعي فيقوم بحسابها جهاز الاستقبال من خلال معرفة سرعة الإشارة والتي هي عبارة عن موجة راديوية والمعروفة سرعتها ( وهى سرعة الضوء التي تساوى بالتقريب 300000 كم/الثانية ) ومعرفة الفترة الزمنية التي تستغرقها الإشارة في رحلتها من القمر الصناعي إلى المستقبل . ولمعرفة هذه الفترة الزمنية لابد من استخدام ساعات عالية الدقة ( تستخدم ساعات ذرية عالية التكلفة مع كل قمر صناعي وساعات أقل تكلفة على وحدات الاستقبال يمكن ضبطها مع الوقت الذي نحصل عليه من إشارات الأقمار الصناعية التي تحت المشاهدة ) .

6.8  استخدامات نظام التوقيع العالمي

هنالك العديد من الجهات التي تستفيد من بيانات نظام  التوقيع العالمي . بعض هذه الجهات تحتاج إلى دقة
منخفضة مثل الأعمال الملاحية البرية والجوية وتستخدم هذه الجهات أجهزة استقبال قليلة التكلفة ، كما توجد جهات تحتاج لدقة عالية في تطبيقاتها مثل الأعمال المساحية التي تتطلب إيجاد إحداثيات النقاط على سطح الأرض ومن ثم استخدامها في إيجاد المسافات بينها والاتجاهات وإيجاد المساحات المسطحة وغير ذلك من المعلومات . ولا يخفى تطبيق هذه المعلومات في العديد من الأعمال الهندسية والمشاريع ذات الصلة بسطح الكرة الأرضية مثل عمليات تخطيط الأراضي و الطرق و مسح الأراضي الزراعية وتسويتها وحدود ملكياتها و تنفيذ أعمال حفريات قنوات الري و غير ذلك من التطبيقات المساحية .

خلاصة:  ما قدمناه في هذا الباب والباب السابق من هذا الكتاب ما هو إلا مقدمة تعريفية لبعض التقنيات الحديثة التي كان لها دور في تطوير علم و تقنية وهندسة المساحة ومواكبته للتطورات العلمية والتقنية الأخرى مثل نظم الحاسوب والأقمار الصناعية والإلكترونيات  ونظم المعلومات . وذلك مما يؤكد أن هذا العلم في تطور مستمر ولا بد لمن يريد الاستفادة منه في مجال عمله أن يواكب التطورات التي تحدث فيه للاستفادة منها بدرجة عالية .
         و للمزيد من المعلومات عن تقنيات نظم المعلومات الجغرافية و نظام التوقيع العالمي     وتطبيقات كل منهما في مجال المساحة يمكن الرجوع إلى المراجع [15]-[22] .

7.8  تمارين

1-  عرف باختصار نظم المعلومات الجغرافية .
2-  ما هي أهداف و فوائد نظم المعلومات الجغرافية؟
3-  أذكر بعض مجالات استخدام نظم المعلومات الجغرافية .
4-  عرف بإيجاز النظام العالمي لتحديد الموقع .
5-  ما هي العناصر الأساسية التي يتكون منها نظام التوقيع العالمي؟
6-  ما هو المبدأ الذي يستند إليه في قياس المسافة بين نقطة أرضية معينة و قمر صناعي يدور حول الأرض؟
7- أذكر بعض استخدامات نظام التوقيع العالمي .









المصطلحات
المصطلح العربي        المصطلح الإنجليزي
هندسة المساحة Surveying Engineering
معالم طبيعية    Natural features
معالم صناعية (مدنية)  Artificial features
الخريطة المساحية       Survey map
رفع التفاصيل   Detailing
توقيع التفاصيل Setting out details
المساحة الجيودسية      Geodetic surveying
المساحة المستوية        Plane surveying
المساحة التفصيلية       Cadastral surveying
المساحة الطبوغرافية   Topographic surveying
المساحة الهندسية        Engineering surveying
مساحة الأنفاق  Tunnel surveying
المساحة التصويرية     Photogrammetry
المساحة المائية Hydrographic surveying
الاستشعار عن بعد      Remote sensing
القياسات البصرية       Optical measurements
القياسات الإلكترونية    Electronic measurements
الجنزير          Chain
العقلة   Link
الشريط الكتان  Linen tape
الشريط الصلب Steel tape
السهم   Arrow

الشاخص        Pole
الوتد    Peg
الشاقول Plum pup
المثلث المساح  Cross staff
المثلث ذو المرآة         Optical square
المنشور المرئي         Prism square
ميزان ابني      Abney level
استكشاف        Reconnaissance
شبكة نقاط التحكم (الربط)       Control net
خطوط المسح الأساسية Main survey lines
مقياس رسم الخريطة    Map scale
المقياس العددي Numerical scale
المقياس الكسري         Representative fraction scale
المقياس الهندسي        Engineering scale
المقياس التخطيطي      Graphical scale
المقياس البسيط Plane scale
المقياس الشبكي (القطري)       Net (Diagonal) scale
الشمال المغنطيسي      Magnetic north
البوصلة         Compass
البوصلة الرقمية         Digital compass
الحدود المنتظمة         Regular boundaries
الحدود غير المنتظمة   Irregular boundaries
جهاز قياس المساحة (البلانيميتر)        Planimeter
جهاز قياس المساحة القطبي     Polar planimeter

ذراع المتابعة   Tracing arm
الذراع القطبي  Polar arm
عجلة القياس    Measuring wheel
التسوية Leveling
نقطة الارتفاع المرجعية          Bench Mark (BM)
جهاز التسوية   Level
المنظار المساحي        Surveying telescope
منظار التطبيق الخارجي         Exterior focusing telescope
منظار التطبيق الداخلي Interior focusing telescope
خط النظر       Line of sight
المحور البصري         Optical axis
خط الانطباق    Line of collimation
قاعدة جهاز الميزان     Tribrach
الحامل ثلاثي الأرجل   Tripod
إزالة خطأ الوضع       Parallax removal
طريقة فرق الارتفاع و الانخفاض        Rise and Fall method
طريقة منسوب سطح جهاز التسوية      Height of plane of collimation method
خطأ الإغلاق    Closure error
المقاطع  الطولية         Longitudinal sections
المقاطع العرضية        Cross sections
نقطة الدوران   Turning point
التسوية الشبكية Net leveling
طريقة الإشعاع Radiation method
خطوط التسوية Contour lines

قياس المسافات بالأجهزة الكهرومغناطيسية      Electromagnetic distance measurement
طول الموجة    Wavelength
مدى القياس     Measurement range
الأجهزة الكهروضوئية  Electro optical Instruments
الموجات المعدلة         Modulated waves
الموجات الناقلة Carrier waves
موجات الضوء المرئية Visible light waves
الموجات تحت الحمراء Infra red waves
الموجات الدقيقة          Microwaves
الموجات اللاسلكية ( الراديوية )         Radio waves
العاكس Reflector
الموشور العاكس        Reflecting prism
المرسل Transmitter
المستقبل         Receiver
فرق الطور      Phase difference
جهاز القياس الإلكتروني السريع         Electronic tacheometer
المحطة الكاملة Total station
الخطأ الثابت    Constant error
نظم المعلومات الجغرافية        Geographical Information Systems (GIS)
نظام تحديد المواقع العالمي      Global Positioning System (GPS)
الترميز Encoding
الترميز التوجيهي       Vector encoding
الترميز الشبكي Raster encoding
الترقيم  Digitization

إدخال البيانات  Data input
إدارة المعلومات         Information management
العمليات التحليلية       Analytical operations
المنتجات المخرجة      Output products
صور ورقية    Hard copy
خريطة الأساس Base map
قسم الفضاء     Space segment
قسم التحكم      Control segment
قسم المستخدم   User segment



ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق