سازمان نقشه­ برداری کشور بر مبنای رسالت خویش و به عنوان نهادی که سیاستگذار در امور تهیۀ نقشه و موقعیت­ یابی می­باشد، اقدام به اجرای طرح ملی سامانۀ بهبود و کنترل دقت ناوبری ماهواره­ ای (سامانۀ ملی هدی) نموده است و مسئولین و متخصصین این سازمان قصد دارند با سرعتی فزاینده در اجرائی کردن تمامی بخش های این طرح گام بردارند. در صورت انجام حمایتهای لازم از این طرح، نه تنها می­ توان در سطح کشور در سه حوزۀ خشکی، دریا و هوا ناوبری و موقعیت­ یابی دقیق انجام داد بلکه می­ توان با بومی­ سازی دانش نرم­ افزاری این فناوری، به عنوان اولین کشور در خاورمیانه ارائه دهندۀ این خدمات مهندسی به سایر کشورهای منطقه نیز بوده و سبب قطع وابستگی خود از بیگانگان در این زمینه شویم.

اهداف پروژۀ ملی هدی بهبود و کنترل دقت موقعیت­ یابی و ناوبری در خشکی، دریا و هوا با استفاده از سیستم­های GNSS می­ باشد. برای اجرای این طرح، گروه  DGPS-RTK سازمان نقشه­ برداری کشور در آذرماه سال ۱۳۸۷ تشکیل گردید و فعالیت خود را در سه حوزۀ زیر آغاز نمود:

   -         سامانۀ ملی هدی در خشکی

   -         سامانۀ ملی هدی در دریا

   -         سامانۀ ملی هدی در هوا


تعیین موقعیت تفاضلی (DGPS)

 

یکی از روش­های بهبود دقت تعیین موقعیت استفاده از تکنیک مشاهدات تفاضلی GPS یا DGPS است.

در حقیقت DGPS  روشی است برای ارتقاء مشاهدات تعیین موقعیت و زمان با استفاده از یک یا چند ایستگاه مرجع در موقعیت­های معلوم. ایستگاه­های مرجع اطلاعات لازم را برای کاربر از طریق یک کانال ارتباطی ارسال می­کنند که این اطلاعات می­تواند دربرگیرنده موارد زیر باشد:

  -  تصحیحات مشاهدات شبه­ فاصله کاربر، تصحیحات به اطلاعات ساعت و مدار ماهواره و یا داده­ های جایگزین برای اطلاعات مداری و ساعت منتشر شده

  - مشاهدات خام ایستگاه­های مرجع (مانند شبه ­فاصله و فاز موج حامل(

  - تائید درستی اطلاعات (مانند ارسال پیغام “استفاده” یا “عدم استفاده” در مورد ماهواره­ های قابل مشاهده و یا شاخص­های آماری مربوط به تصحیحات ارسال شده(

  - داده­ های کمکی دیگر شامل موقعیت، سلامت و وضعیت جوی ایستگاه مرجع

 

روش­های DGPS با چند دیدگاه مختلف می­تواند دسته­ بندی شود:

  - مطلق یا نسبی بودن تعیین موقعیت

  - وسعت محدوده (محلی، منطقه­ ای و یا حتی وسیع­تر(

  - تعیین موقعیت تفاضلی بر مبنای کد یا فاز

تعیین موقعیت تفاضلی مطلق در حقیقت تعیین موقعیت کاربر نسبت به یک سیستم مختصات زمین­ آهنگ با مبداء مرکز زمین (ECEF) است. این نحوه تعیین موقعیت متداول­ ترین کاربرد سیستم­های DGPS است. برای این منظور موقعیت دقیق ایستگاه­های مرجع می­بایست در همان سیستم مختصات زمینی مورد نظر کاربر معلوم باشد. به عنوان مثال از این نوع تعیین موقعیت، هواپیماها برای باقی­ماندن در مسیر دقیق تعیین­ شده پرواز و کشتی­ها برای باقی­ماندن در کانال دسترسی بندرگاه­ ها استفاده می­کنند.

تعیین موقعیت تفاضلی نسبی، تعیین مختصات کاربر نسبت به سیستم مختصات تعریف شده در ایستگاه ­های مرجع است و ممکن است موقعیت مطلق نسبت به یک سیستم مختصات ECEF به طور دقیق معلوم نباشد.

اگر DGPS از نظر محدوده تحت پوشش مورد تقسیم­ بندی قرار گیرد می­توان گفت ساده ­ترین حالت استفاده از سیستم­های DGPS برای بهره­برداری در محدوده بسیار کوچکی به شعاع کمتر از ۱۰ تا ۱۰۰ کیلومتر است. در این حالت تنها از یک ایستگاه مرجع استفاده می­شود. برای پوشش موثر مناطق وسیع­تر نیاز به تعداد ایستگاه ­های مرجع بیشتر و الگوریتم­های مختلف خواهد بود. در واقع پوشش منطقه­ ای می­تواند در برگیرنده محدوده ­هایی تا شعاع ۱۰۰۰ کیلومتر باشد. سیستم­های با پوشش فرامنطقه­ ای می­تواند برای مناطق وسیع­تر در نظر گرفته شود.

در نهایت یکی دیگر از تقسیم­ بندی­هایی که برای سیستم­های DGPS مطرح است تقسیم­ بندی بر اساس جنس مشاهدات است؛ بر این اساس می­توان این سیستم­ها را به دو بخش تقسیم کرد. بخش اول سیستم­های برمبنای مشاهدات کد (Code-Based) یا همان شبه فاصله و دیگری برمبنای مشاهدات فاز (Phase-Based) است. سیستم­های برمبنای مشاهدات فاز موج حامل از دقت بهتری نسبت به مشاهدات کد ارائه می­کند اما برای استفاده از مشاهدات فاز ناچار به حل مسئله­ای به نام ابهام فاز خواهیم بود. برای اینکه برآوردی از دقت این دو نوع سیستم داشته باشیم می­توان گفت سیستم­های کد- مبنا می­توانند تعیین موقعیت را با دقتی در حدود دسی­متر انجام دهند درحالی­که سیستم­های پیشرفته فاز- مبنا می­توانند دقتی در سطح میلیمتر فراهم آورند.

برای حصول به چنین سطوحی از دقت می­بایست منابع مختلف خطاهای موجود که ممکن است در محدوده زمان و مکان تغییر کنند شناسایی و حتی الامکان تصحیح شوند.

سامانه هدی در خشکی


در سال ۱۳۸۹ اولین مرحله از  سامانۀ ملی هدی،  تحت عنوان  سامانۀ ملی هدی در خشکی به بهره برداری رسید. هدف از اجرای این مرحله، تولید تصحیحات آنی برای کاربران GPS در سطح خشکی بوده بطوری­که قادر به موقعیت­ یابی دقیق  لحظه­ ای با دقت تضمین شده باشند.

از مهم­ترین فعالیت­های صورت گرفته در این مرحله عبارت است از:

  - توسعۀ ایستگاه­های دائمی به منظور جمع­ آوری و پایش اطلاعات ماهواره­ های GPS

  -توسعۀ نرم­ افزار مدلسازی خطاهای GPS و تولید اطلاعات لازم به ­منظور بهبود دقت و اعلان هشدار به کاربران

  -توسعۀ نرم­ افزار مدیریت، کنترل و ارسال تصحیحات GPS به کاربران

سامانۀ ملی هدی در خشکی در دو بخش پیاده­ سازی و اجرا گردید که شامل:

  -ایجاد شبکۀ ملی DGPS در سطح کشور برای تأمین دقت در حد متر برای کاربران

  -ایجاد شبکۀ RTK  در سطح استان تهران برای تأمین دقت در حد چند سانتی متر برای کاربران

با توجه به محدودۀ پوشش نشان داده شده در اشکال الف و ب، در این مرحله  امکان تعیین موقعیت دقیق آنی با دقتی معادل با  چند سانتی متر، تا شعاع ۳۰ کیلومتری ایستگاه­های مرجع در سطح کشور فراهم گردیده است. همچنین امکان تعیین موقعیت با دقتی بهتر از یک متر تا شعاع ۱۵۰ کیلومتری از ایستگاه­های مورد نظر نیز امکان­ پذیر می­ باشد. برای تأمین دقت مورد نیاز در کل کشور، توسعه و افزایش تعداد ایستگاه­های دائمی در سطح کشور ضروری می­ باشد.

از مهمترین دستاوردهای این مرحله از طرح می­ توان به موارد زیر اشاره نمود:

1- بومی سازی دانش ایجاد سامانۀ بهبود و افزایش دقت ناوبری در خشکی

2-  توسعه نرم­ افزارهای مورد نیاز در داخل کشور

3- صرفه­ جویی ارزی در خرید نرم­ افزار

4- صرفه جویی ارزی برای کاربران در خرید تجهیزات موقعیت­ یابی و ناوبری

5- صدور خدمات فنی و مهندسی در زمینۀ موقعیت­ یابی و ناوبری دقیق  به سایر کشورهای منطقه و درآمدزایی برای کشور

همچنین با اجرای این مرحله از طرح و توسعه آن در سطح  کشور موارد زیر امکان­ پذیر می­ باشد:

1- موقعیت یابی دقیق در حد چند سانتی­ متر به صورت آنی و صرفه­ جویی زمانی و تسریع در انجام پروژه­ های عمرانی اعم از راه­­سازی، سد سازی، تهیه نقشه و غیره.

2-  پیاده­ سازی و اجرای پروژه­ های نفت و گاز اعم از خطوط لوله  و غیره

3- ناوبری زمینی و ردیابی وسایل نقلیه که استفادۀ عمده آن برای نیروهای امنیتی و پلیس می­ باشد

4- پایش آنی حرکات پوستۀ زمین مانند نشست زمین و لرزه نگاری که استفادۀ عمدۀ آن در مدیریت بحران است

5- تهیه نقشه های شهری و کاداستر بزرگ مقیاس و دقیق

6- به روز رسانی نقشه­ ها و داده­ های مکانی در سیستمهای اطلاعات جغرافیایی  و مدیریت بحران

در شکل ج نمونه ­ای از کاربردهای سامانه ملی هدی در خشکی نمایش داده شده است. در این شکل عملیات پیاده­ سازی و اجرای بک پروژه را­ه­سازی با استفاده از تکنیک RTK (موقعیت یابی آنی در حد چند سانتی­ متر) به تصویر کشیده شده است. تصحیحات لازم برای تأمین دقت مورد نظر که مطلوب پروژه­ های عمرانی است در مرکز پردازش، مستقر در سازمان نقشه­ برداری کشور با استفاده از نرم­ افزارهای توسعه داده شده در این سازمان محاسبه گردیده و برای کاربران ارسال می­ گردد. کاربران تصحیحات لازم را به کمک تکنولوژی GPRS از طریق اینترنت و یا با استفاده از مودم­های رادیویی دریافت نموده و موقعیت لحظه­ ای خود را به طور دقیق تعیین می­ کنند. لازم به ذکر است که کاربران نامحدودی می­ توانند به طور همزمان از خدمات این سامانه بهره­ مند گردند.


شبکه خلیج فارس

در حال حاضر علاوه بر توسعه مرحله اول طرح، مراحل بعدی سامانۀ ملی هدی شامل اجرای این سامانه در حوزه­ های دریا و هوا نیز در دست مطالعه است. در حوزۀ دریا همانطور که در مشاهده می ­شود سامانۀ مشابهی با نام  MENAS در محدودۀ کشورهای عربی ایجاد شده است که  اطلاعات لازم را برای ناوبری دقیق ارسال می­ کند. استفاده ازاین سیستم در پروژه­ های عمرانی  و عملیاتهای  داخلی با توجه به انحصاری بودن  و فاصلۀ زیاد ایستگاههای مرجع آن تا سواحل کشور مناسب نیست. لذا سازمان نقشه­ برداری کشور قصد دارد با  تامین امکانات لازم و افزایش ایستگاه های دائمی GPS در سواحل آبهای نیلگون خلیج همیشه فارس و دریای عمان، سامانۀ ملی هدی را در دریا با نام شبکۀ خلیج فارس اجرا نماید. در حال حاضرعملیات توسعه و تجهیز امکانات مخابراتی این ایستگاه­ها در دست اقدام می باشد.

از جمله کاربردهای این مرحله از سامانۀ ملی هدی می­ توان به موارد زیر اشاره نمود

1-  تهیۀ نقشه­ ها و چارتهای دریائی به منظور ناوبری  و  طراحی پروژه­ ها ی دریائی

2- پیاده سازی پروژه­ های دریائی ازقبیل ایجاد و احداث سکوهای نفت و گاز و لوله­ گذاری

3- ناوبری و موقعیت­ یابی دقیق شناورها در محدودۀ پوشش سامانه، مخصوصاً در بنادر و لنگرگاه­ها