روش RTK در GPS

تاریخچه: در اواسط دهه 90 سازندگان GPS روش کینماتیک آنی (RTK) را ارائه نمودند که با استفاده از آن می توان به صورت آنی به دقتهای مورد نظر در نقشه برداری دست یافت. در این روش کاربر برای تعیین موقعیت به طور معمول نیاز به یک ایستگاه مرجع در فاصله حداکثر 10 کیلومتری دارد تا بتواند به دقت سانتیمتری در تعیین موقعیت دست یابد.

کاربرد ها: از موارد استفاده از این روش میتوان به تعیین موقعیت با دقت بالا جهت سیستم های ناوبری ، راهنمایی ماشین های اتوماتیک ، هواپیماهای بدون سرنشین ، عملیات دریایی مانند لایروبی و بروزرسانی نقشه های بزرگ مقیاس اشاره کرد.

فرایند RTK: به طور کلی RTK فرایندی است که در آن تصحیحات سیگنال GPS بصورت آنی(real-time )از یک ایستگاه گیرنده مرجع با موقعیت معلوم برای یک یا چند گیرنده متحرک مخابره می شود. بدین معنا که با استفاده از مشاهدات کوتاه مدت امکان تعیین موقعیت دینامک (تعیین موقعیت در حال حرکت بین ایستگاهها) فراهم شده و با استفاده از سیگنالهای فاز حامل (carrier code) فورا موقعیت مکانی ایستگاه سیار باصحت سانتیمتری تعیین می گردد.

در حقیقت در روش RTK با استفاده از یک گیرنده ثابت GPS (به نام Base) که بر روی یک ایستگاه با مختصات معلوم مستقر شده است، خطاهای مشاهدات آشکار سازی شده و از طریق یک آنتن رادیویی به گیرنده های متحرک(Rover) ارسال می شوند و آن گیرنده ها با اعمال تصحیحات به مشاهدات خود موقعیت دقیق محل خود را مشخص می نمایند.

به عبارت دیگر سیستمRTK شبیه تصحیح تفاضلی است با این تفاوت که این متد از یک ایستگاه مرجع محلی (base) استفاده می کند که تصحیحاتی با دقت بسیار زیاد را از طریق ارتباطات رادیویی به گیرنده سیار(rover) مخابره می نماید. بنابراین فاصله و دید مستقیم base نسبت به rover مهمترین پارامتر قابل توجه در این روش می باشد که محدودیتهایی را نیز درهنگام استفاده از آن به وجود می آورد، به این معنا که با افزایش فاصله ایستگاه سیار از ثابت صحت تعیین موقعیت سیر نزولی خواهد داشت و این کاهش به دلیل یکسان نبودن مدل خطاهای یونسفریک و تروپوسفریک در مناطق مختلف و تاثیرات سیستماتیک برافمریدها می باشد.

محدودیت ها: محدودیتهایی چون فاصله بین ایستگاههای ثابت و متحرک، و میرا بودن امواج رادیویی منجر به نامطلوب بودن صحت در فواصل دورتر و افزایش زمان و هزینه انجام عملیات می گردد.

راه حلی که امروزه در بسیاری از کشورها جهت حل این مشکلات مورد استفاده قرار می گیرد استفاده از چندین ایستگاه مرجع و درحقیقت ایجاد یک شبکه ملی یا منطقه ای است که اطلاعات RTK را ارسال می کند و در نتیجه تنها با استفاده از یک گیرنده GPS می توان به دقت سانتیمتری به صورت آنی دست یافت. در این روش که اصطلاحا Network RTK نامیده می شود(در مقابل حالت اول SingleBase خوانده می شود) ایستگاه مجهول برای تعیین موقعیت می تواند از یک یا چند ایستگاه معلوم(مرجع) موجود استفاده کند. افزایش تعداد ایستگاههای مرجع سبب بهبود شرایط سرشکنی خطاهای مشاهداتی و دستیابی به نتایج دقیق تر می گردد. درحقیقت علت تاکید بر روش RTK شبکه ای آن است که می تواند تنها با یک نیروی انسانی به کار گرفته شود و به صحت بهتر از 3 سانتیمتر دست یابد.

از لحاظ زیرساختاری مهمترین بخش در راه اندازی شبکه RTK ایجاد ایستگاه های دائمی GPS است. این ایستگاه ها می بایست دارای GPS دوفرکانسه، کامپیوتر، تجهیزات لینک اطلاعاتی با مرکز کنترل محاسبات و سیستم تامین انرژی باشند. فاصله بین ایستگاههای شبکه نباید از 20 کیلومتر بیشتر باشد و برای برآورده کردن این امر نسبت به شبکه های DGPS تعداد ایستگاههای بسیار بیشتری مورد نیاز است. ضمنا نگهداری از این ایستگاهها یکی از مسائل مهمی است که باید به طور مستمر مورد توجه قرار داشته باشد. بخش مهم دیگر سیستم ارتباطی بسیار قوی برای شبکه است که می بایست به طور دائم میان کاربر و ایستگاه مرکزی از یک سو، و ایستگاه دائمی با مرکزی از سوی دیگر، به صورت دو طرفه وجود داشته باشد که این ارتباط می تواند از طریق امواج رادیویی، تلفن موبایل یا اینترنت انجام گیرد.

اگرچه به نظر می رسد که ایجاد زیرساختار مورد نیاز و راه اندازی شبکه RTK در ابتدای امر مستلزم صرف هزینه نسبتا بالایی می باشد اما در عمل در دراز مدت نه تنها مقرون به صرفه است بلکه صحت و سرعت تعیین موقعیت را نیز افزایش می دهد. به عبارت دیگر ایجاد یک شبکه ملی (یامنطقه ای)در یک کشور (با شهر)از این لحاظ مقرون به صرفه و مفید است که با یکبار صرف هزینه، این شبکه تا مدتها و به دفعات برای کاربردهای مختلف قابل استفاده خواهد بود.