دورات هندسية

 

 

الجي بي إس و الجيويد

النتائج 1 إلى 8 من 8
  1. [1]
    د جمعة داود
    د جمعة داود غير متواجد حالياً

    مشرف وإستشاري هندسة المساحة

      وسام مشرف متميز


    تاريخ التسجيل: Dec 2007
    المشاركات: 840
    Thumbs Up
    Received: 180
    Given: 0

    الجي بي إس و الجيويد

    الجي بي إس و الجيويد

    ترجمة لمقال رائع للبروفيسور تشارلز ميري من جامعة كابتون بجنوب أفريقيا نشر في عدد أغسطس 2008م لمجلة المساحة الفنية Surveying Technical ، والمقال يشرح الجيويد وعلاقته بقياسات أو ارتفاعات الجي بي إس.
    __________________________________________________ ______________

    يقدم الجي بي إس (وباقي النظم العالمية الأخرى لتحديد المواقع بالرصد علي الأقمار الصناعية Global Navigation Satellite Systems أو اختصارا GNSS) المواقع أو الإحداثيات ثلاثية الأبعاد: خط الطول و دائرة العرض و الارتفاع. لكن المرجع الذي تنسب له ارتفاعات الجي بي إس هو البسويد WGS84 أي أن القيم تدل علي ارتفاع النقطة أعلي من سطح هذا الالبسويد [الالبسويد أو الشكل البيضاوي هو شكل نظري معلوم المعادلات الرياضية يمثل شكل و حجم كوكب الأرض ، ويستخدم في تنفيذ معادلات حساب الإحداثيات و إسقاط الخرائط] ، ولذلك تسمي ارتفاعات البسويدية أو ارتفاعات جيوديسية Ellipsoidal or Geodetic Heights. ومع أن ارتفاعات الجي بي إس أقل دقة من الإحداثيات الأفقية (خط الطول و دائرة العرض) بمعامل يتراوح بين 1.5 و 3 ، ألا أن هذه الارتفاعات مفيدة جدا في تطبيقات الهندسة المساحية.

    لكن نوع الارتفاعات المطلوب في معظم التطبيقات الهندسية هو الارتفاع المقاس من متوسط منسوب سطح البحر Mean Sea Level أو اختصارا MSL [ وهو الارتفاع الذي يأخذ اسم المنسوب في مصطلحات المساحة ] ويعرف هذا النوع من الارتفاعات باسم الارتفاع الأرثومتري Orthometric Height. ولنكون أكثر تحديدا وأكثر دقة فأن المرجع لهذا النوع من الارتفاعات هو الجيويد Geoid: سطح متساوي الجهد يقترب بنسبة كبيرة جدا من متوسط منسوب سطح البحر [يعد الجيويد هو الشكل الحقيقي للأرض ، لكنه وللأسف الشديد سطح متعرج غير منتظم ليس له معادلات حسابية لوصفه و بالتالي لا يمكن استخدامه في حسابات الإحداثيات و إسقاط الخرائط].

    نتيجة لعدة عوامل – منها عدم تجانس كثافة طبقات الأرض – فأن الجيويد يبتعد عن الالبسويد بمسافات تصل إلي 120 متر ، وهذا الفرق يسمي حيود الجيويد أو ارتفاع الجيويد Geoid Undulation or Geoid Height كما هو موضح في الشكل 1.

    لكي يتم تحويل ارتفاع الجي بي إس (ارتفاع جيوديسي) إلي الارتفاع الأرثومتري (المنسوب) فأننا نحتاج لنموذج دقيق من حيود الجيويد [أي معرفة قيمة حيود الجيويد عن كل نقطة مطلوب تحويل ارتفاعها إلي منسوب]. وهنا تأتي الصعوبة. يعد تطوير نموذج دقيق للجيويد عملية صعبة جدا سنتناولها في الأجزاء التالية.

    نمذجة الجيويد Geoid Modelling

    عامة توجد طريقتين لتطوير نماذج الجيويد : الطريقة الهندسية ، طريقة الجاذبية الأرضية.

    1- الطريقة الهندسية:

    يعد هذا الأسلوب هو الأمثل للمساحة بالجي بي إس وخاصة للمناطق الصغيرة (منطقة تغطي مساحة من 10 إلي 20 كيلومتر مربع). يتم تنفيذ قياسات جي بي إس عند مجموعة من النقاط المعلوم منسوبها [نقاط روبيرات أو BM بلغة المساحة]. فإذا رمزنا للارتفاع الجيوديسي بالرمز h وللمنسوب بالرمز H ولحيود الجيويد بالرمز N فأننا يمكنا كتابة المعادلة التالية (أنظر الشكل 1):

    (1) N = h – H

    في أبسط الصور فيمكن باستخدام نقطة واحدة فقط معرفة الفرق بين سطحي الالبسويد و الجيويد ، إلا أن رصد جي بي إس عند 3 روبيرات يعد وضعا أفضل بالتأكيد. وجود 3 نقاط معلوم لهم كلا من h و H سيمكننا من حساب 3 معاملات ( الميل tilt في اتجاه الشمال ، الميل في اتجاه الشرق ، الفرق ) لوصف الفروق بين كلا السطحين. أي أن الجيويد يتم تمثيله من خلال سطح أو مستوي مائل tilted plane . وبعد ذلك يمكن استخدام هذا النموذج أو هذا المستوي لكي نحول ارتفاع الجي بي إس لأي نقطة جديدة مرصودة إلي منسوبها. وبالطبع يمكن استخدام أكثر من 3 نقاط (معلوم عندها h و H) وذلك للحصول علي مصداقية أكثر more reliability لنتائج المستوي المائل [استخدم 3 نقاط معلومة فقط يعطي 3 معادلات مطلوب حلهم في 3 قيم مجهولة أي – رياضيا و إحصائيا - لا يوجد أي تحقيق check للنتائج. بينما استخدام أكثر من 3 نقاط سيعطي عدد معادلات أكبر من عدد المجاهيل مما سينتج عنه وجود تحقيق ومؤشرات إحصائية لجودة النتائج المحسوبة]. أيضا يمكن استخدام نماذج رياضية أكثر دقة (من نموذج السطح المائل) بفرض وجود عدد أكبر من النقاط المعلومة (معلوم لها h و H) لكنها تحتاج خبرة جيوديسية أكبر لدي المستخدم.

    أهم معوقات الطريقة الهندسية:

    - النموذج الرياضي المستنبط يصلح فقط للمنطقة المحصورة بالنقاط المعلومة (محاولة استنباط extrapolation قيمة N خارج المنطقة لن تكون جيدة علي الإطلاق).

    - نموذج المستوي المائل – نموذج بسيط رياضيا – ويصلح فقط لمناطق صغيرة (شكل وتغير الجيويد أكثر تعقيدا من محاولة وصفه بسطح مائل!).

    - عمليا قد يكون من الصعب إيجاد نقاط معلومة المنسوب (روبيرات أو BM) في المنطقة المطلوب العمل فيها.

    2- طريقة الجاذبية الأرضية:

    يقدم هذا الأسلوب شبكة منتظمة من قياسات حيود الجيويد في مناطق كبيرة أو شاسعة بالمقارنة بمجموعة نقاط متفرقة في منطقة صغيرة كما في الطريقة الهندسية. لكن هذه الطريقة – في المقابل – ليست سهلة رياضيا حيث أنها تتطلب عمل تكامل integration لقيم شذوذ الجاذبية الأرضية Gravity Anomalies ليمكن حساب حيود الجيويد. المعادلة الأساسية في هذه الطريقة معروفة باسم معادلة ستوكس Stokes نسبة للعالم الجيوديسي الذي أبتكرها:

    (2) N = ( R / 4p ) òòDg S(y) ds

    ودون الدخول في التفاصيل الفنية لهذه المعادلة فأن الأرصاد أو القياسات المطلوبة هي ما تعرف باسم شذوذ الجاذبية Dg وهي تمثل الفرق بين القيمة المقاسة للجاذبية الأرضية [نستخدم أجهزة خاصة لقياس قيمة الجاذبية الأرضية تسمي Gravimeter ] و قيمة الجاذبية النظرية [يمكن حسابها رياضيا بمعادلات تعتمد فقط علي نوع الالبسويد المستخدم لتمثيل شكل الأرض]. وكما نري في المعادلة فأن التكامل òò يتم علي كل سطح الأرض ، أي أنه لحساب قيمة حيود الجيويد N عند نقطة واحدة فيلزمنا عشرات الآلاف من قياسات شذوذ الجاذبية. أيضا فأن قياسات شذوذ الجاذبية تحتاج تصحيحا إضافيا يعتمد علي معرفة تضاريس الأرض مما يتوجب معه أننا نحتاج نموذج ارتفاعات رقمي Digital Elevation Model أو DEM [تم استخدام هذه الطريقة في مصر بعد اكتمال رصد الشبكة القومية المصرية للجاذبية الأرضية في عام 1998م] .

    يوجد بديل لتمثيل شكل الجيويد وهو استخدام " نموذج تمثيل كروي متناسق لمجال جهد الأرض " Spherical harmonic expansion of the Earth's geopotential field . غالبا يتم تطوير مثل هذا النموذج العالمي و تحديد قيم معاملاته [ يبلغ عددها ألاف المعاملات وليس فقط 3 معاملات مثل طريقة المستوي المائل] من خلال تحليل مدارات نوعية خاصة من الأقمار الصناعية منخفضة الارتفاع.

    حاليا نطبق النماذج العالمية لتمثيل كروي متناسق لمجال جهد الأرض بأحد أسلوبين:

    أ- استخدام النماذج لحساب التغيرات أو القيم الرئيسية لشكل الجيويد ثم إضافة التغيرات الدقيقة التي يتم حسابها باستخدام المعادلة رقم (2) لقياسات تمت في المنطقة المطلوبة فقط و ليس للأرض كلها ، وبذلك نحصل علي نموذج جيويد.

    ب- استخدام بيانات الأقمار الصناعية و قياسات الجاذبية الأرضية معا (في نفس البرنامج) لحساب نموذج جيويد ، لكن هذا الأسلوب يتطلب أجهزة كمبيوتر بمواصفات تقنية عالية جدا لا تتوافر إلا لدي المؤسسات العالمية الكبرى

    ومع أن طريقة الجاذبية الأرضية تتيح الحصول علي نموذج جيويد تفصيلي لمنطقة شاسعة إلا أن لها بعض المعوقات منها:

    - أنها طريقة معقدة رياضيا وحسابيا أيضا.

    - دقة النتائج تعتمد علي دقة قياسات الجاذبية الأرضية ، كما أن هناك مناطق كثيرة من العالم لا توجد بها قياسات جاذبية أرضية تفصيلية مما ينتج عنه فراغات في قاعدة بيانات الجاذبية الأرضية و تؤدي لفراغات أو عدم دقة الجيويد المحسوب عند هذه المناطق [للأسف الشديد فأن كل الدول العربية تعتبر قياسات الجاذبية الأرضية لديها وكأنها أسرار عسكرية و لا تسمح بنشرها أو المساهمة بها في تطوير النماذج العالمية مما يجعل معظم هذه النماذج غير دقيقة للاستخدام في حساب الجيويد في هذه الدول].

    - يتعرض الجيويد المحسوب من هذه الطريقة لعدد من الأخطاء نتيجة لأخطاء مدارات الأقمار الصناعية وأيضا نتيجة الفراغات في قاعدة بيانات الجاذبية الأرضية.

    الأسلوب التكاملي Combination Approach

    من الممكن الدمج بين الأسلوب الهندسي و أسلوب الجاذبية الأرضية لتطوير نموذج جيويد. أولا يتم استخدام طريقة الجاذبية الأرضية لإنتاج نموذج جيويد أولي ، ثم يتم معايرته عند نقاط مساحية معلوم عندها قيم حيود الجيويد (أي معلوم لها الارتفاع الجيوديسي h و المنسوب H). وهذه المعايرة أو التصحيح من الممكن أن يتم من خلال نموذج رياضي بسيط مثل المستوي المائل ، أو نماذج رياضية أكثر تعقيدا عند حساب الجيويد لمناطق واسعة أو كبيرة. وبعد تطوير نموذج جيويد لدولة – مثلا – يمكن استخدامه في تحويل ارتفاعات الجي بي إس إلي مناسيب.

    نماذج الجيويد العالمية الحالية:

    حتي وقت قريب كان أفضل نماذج الجيويد العالمية هو النموذج المعروف اختصارا باسم EGM96 الذي طورته هيئة المساحة العسكرية الأمريكية وقسم المساحة الجيوديسية في جامعة ولاية أوهايو الأمريكية [لي كل الشرف أن أكون أحد خريجي هذا القسم] في عام 1996م. وكانت كل أجهزة و أيضا برامج حسابات الجي بي إس software تحتوي داخلها علي هذا النموذج لكي تستطيع تحويل ارتفاع الجي بي إس إلي منسوب وبدقة متر أو أكثر قليلا [تم تقدير دقة نموذج EGM96 في مصر – كمثال - بحوالي 1 متر فقط في المتوسط].

    نموذج الجيويد EGM96 وأمثاله يتميزوا بدرجة تمثيل degree تساوي 360 ، أي أنه يمكنه تحديد قيمة الجيويد كل 1 درجة من خطوط الطول ودوائر العرض. وبمعني آخر فأن التغير في قيمة حيود الجيويد فيما هو أقل من درجة (أي حوالي 100 كيلومتر) لن يمكن تحديده بدقة. ونتيجة أخطاء مدارات الأقمار الصناعية و الفراغات في قاعدة بيانات الجاذبية الأرضية فأن دقة نموذج EGM96 في المتوسط وعلي المستوي العالمي تبلغ 40 سنتيمتر تقريبا (مع وجود فروق كبيرة أو مستويات دقة أسوأ للأجزاء كبيرة من قارة أفريقيا و الشرق الأوسط أيضا).

    حديثا – في منتصف عام 2008م – أطلقت وكالة الاستخبارات الأرضية الوطنية الأمريكية [الاسم الجديد لهيئة المساحة العسكرية الأمريكية بعد دمجها مع جهات علمية أمريكية أخري] نموذج جديد للجيويد أسمته EGM2008. أعتمد الجيويد الجديد في تطويره علي قياسات جاذبية أرضية عالمية تمت من خلال نوع جديد من الأقمار الصناعية GRACE بالإضافة لقياسات جاذبية أرضية لأجزاء كبيرة من العالم. وتبلغ درجة تمثيل نموذج EGM2008 2190 (بالمقارنة بدرجة تمثيل = 360 فقط للنموذج القديم EGM96) حيث يبلغ عدد معاملات النموذج الجديد 4.7 مليون قيمة ، مما يدل بصفة عامة علي أن EGM2008 أكثر دقة وأكثر تفصيلا من EGM96. لكن لا يمكننا تحديد دقة الجيويد EGM2008 إلا بعد اختباره أو معايرته لكل دولة علي حدي [قمت مع زميلتين لي بعمل بحث عن هذا الجيويد ووجدت أن دقته في مصر تكاد تساوي 0.23 متر فقط ، وسيتم نشر البحث في العدد القادم من مجلة الهندسة المساحية التي يصدرها الاتحاد الأمريكي للمهندسين المدنيين].

    الخلاصة:

    يمكن لمهندسي المساحة أن يجنوا مميزات البعد الثالث لتقنية الجي بي إس (الارتفاع) عند حصولهم علي نموذج دقيق للجيويد. في المناطق الصغيرة وعند وجود عدد معقول من نقاط الثوابت الأرضية المساحية (معلوم لها ارتفاع الجي بي إس و المنسوب أيضا) يمكن استخدام الطريقة الهندسية والحصول علي نتائج جيدة لتحويل ارتفاعات الجي بي إس إلي مناسيب. وفي حالة عدم وجود – أو قلة عدد – نقاط الثوابت الأرضية المساحية فيكون ضروريا تطوير نموذج جيويد محسوب من أرصاد الجاذبية الأرضية. ومن أن جهودا كبيرة قد بذلت لزيادة دقة نماذج الجيويد العالمية إلا انه مازالت هناك حاجة لإضافة تحسينات جديدة عليها.
    __________________________________________________ ______________
    ملحوظة 1: الإضافات بين القوسين [ ] للمترجم و ليس للمؤلف الأصلي للمقال.

    ملحوظة 2: تم تجاهل الفقرات التي تتحدث عن تطبيقات الجيويد في دولة جنوب أفريقيا (موطن كاتب المقال) لعدم أهميتها للقارئ العربي.

    ملحوظة 3: للقراءة أكثر عن تطوير الجيويد في جمهورية مصر العربية أنظر:
    __________________________________________________ ______________

    تم دمج هذا الملف – العربي – مع المقال الأصلي الانجليزي في ملف واحد (0.7 ميجا) و رفعه علي المكتبة الرقمية المساحية المجانية في الرابط:

    http://cid-0259cb4f889eaeb3.skydrive.live.com/self.aspx/Geodesy%20and%20GPS/GPS%20and%20the%20Geoid%20Ar.pdf

    _________________
    لتحميل أي ملف من المكتبة: أضغط الرابط ثم أضغط أيقونة تنزيل download ثم أختر أمر حفظ save و لا تختر أمر فتح open
    __________________________________________________ ______________

  2. [2]
    دفع الله حمدان هجو
    دفع الله حمدان هجو غير متواجد حالياً
    مشرف مميز
    الصورة الرمزية دفع الله حمدان هجو


    تاريخ التسجيل: Nov 2006
    المشاركات: 2,474

    وسام مشرف متميز

    Thumbs Up
    Received: 192
    Given: 0
    باراك الله فيك
    انت تاتينا دائما بالجديد المفيد
    جزاك الله خيرا

    0 Not allowed!


    هدفنا خدمة مهندس المساحة والطرق

  3. [3]
    civil_gehad
    civil_gehad غير متواجد حالياً
    عضو فعال جداً


    تاريخ التسجيل: Jun 2009
    المشاركات: 188
    Thumbs Up
    Received: 1
    Given: 0
    شكرا جزيلا
    والله الواحد مش عارف يقول ايه بجد
    مجهود جامد
    شكرا ليك ياباشمهندس

    0 Not allowed!



  4. [4]
    السندباد المساحي
    السندباد المساحي غير متواجد حالياً
    مساح عام
    الصورة الرمزية السندباد المساحي


    تاريخ التسجيل: Apr 2008
    المشاركات: 1,150

    وسام الاشراف

    Thumbs Up
    Received: 62
    Given: 7
    بارك الله فيك وفي ذوريتك دكتور جمعة وجعلة الله في ميزان حسناتك ان شاء الله

    0 Not allowed!



  5. [5]
    eng_nezar
    eng_nezar غير متواجد حالياً
    عضو


    تاريخ التسجيل: Jan 2007
    المشاركات: 41
    Thumbs Up
    Received: 0
    Given: 0
    جزاك الله خيرا مع تحياتي وتقديري

    0 Not allowed!



  6. [6]
    علي سليم متولي
    علي سليم متولي غير متواجد حالياً
    عضو متميز


    تاريخ التسجيل: Jul 2007
    المشاركات: 564
    Thumbs Up
    Received: 14
    Given: 5
    شكرا دكتورنا الغالييييييييييييييييييييييييييييييييييييييييييييي ييييي

    0 Not allowed!



  7. [7]
    wisangps
    wisangps غير متواجد حالياً
    عضو


    تاريخ التسجيل: Jul 2007
    المشاركات: 43
    Thumbs Up
    Received: 8
    Given: 0
    دكتور موضوع جميل جدا
    وقد قمت بفحص EGM08 في العراق واعداد بحث حول الموضوع وقد وجدت ان دقته في المناطق الوسطى والجنوبية تصل الى 0.1م ولكنها تصل الى 0.6م في المناطق الشمالية والتي هي مناطق جبلية وقد راسلت هيئة المساحة الامريكية NGA حول الموضوع وارسلت لهم نتائج العمل والمقارنة بين مناسيب شبكة المناسيب للعراق من الدرجة الاولى والمقاسة بواسطة الـ GPS مع استخدام EGM08 1x1 وبعد فحص النتائج من قبلهم بينو ان هناك نقص حاد في بيانات الجاذبية شمال العراق وتم التباحث معهم حول بدا مشروع للقيام برصدات جاذبية وبناء موديل محلي LOCAL GEOID بالاعتماد على النموذج العالمي بعد تحسينه بهذه القراءات.

    بالمناسبة كنت الاسبوع الماضي بمحافظة صلاح الدين واتذكر ان السندباد المساحي يعمل هناك ولكني لا اعرف كيف اتصل به وقمت بنصب محطة رصد مستمرة CORS نوع ترمبل NETR5 GNSS في مركز المحافظة على بناية مديرية الموارد المائية في المحافظة وسوف تدخل العمل بعد فترة قليلة بمجرد استكمال نصب منظومة الانترنت وسوف تكون جزء من الشبكة المرتبطة بمؤسسة المساحة الامريكية NGS
    http://www.ngs.noaa.gov/CORS/GoogleMap/Iraq.html
    اضافة الى انها ستبث بواسطة منظومة الموبايل ويمكن استلام التصحيح الحقلي منها NETWORK RTK
    الى كافة المستخدمين ومنهم مستخدمي نظم المعلومات الجغرافية
    تحياتي

    0 Not allowed!



  8. [8]
    ناصر العلى ناصر
    ناصر العلى ناصر غير متواجد حالياً
    عضو فعال جداً


    تاريخ التسجيل: Aug 2007
    المشاركات: 326
    Thumbs Up
    Received: 12
    Given: 44
    الله يجزيك خير يادكتور وحضرتك بصراحة مكسب كبير للمنتدى

    0 Not allowed!



  
الكلمات الدلالية لهذا الموضوع

عرض سحابة الكلمة الدلالية

RSS RSS 2.0 XML MAP HTML