بررسی الگوریتم های VRS و MAC

در دنیای امروز، نقشه برداری دقیق و موقعیت‌یابی نقشی حیاتی در طیف گسترده‌ای از صنایع ایفا می‌کند. از کشاورزی و ساخت و ساز گرفته تا هواپیمایی و نقشه‌برداری دریایی، اتکا به سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای مانند GPS  و GLONASS، Galileo به طور روزافزون در حال افزایش است.

با این حال، دقت این سیستم‌ها به طور قابل توجهی تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند خطای مداری ماهواره‌ها، تأخیرهای اتمسفری و نویز قرار می‌گیرد. در این مقاله قصد داریم، شما را با الگوریتم‌های VRS (ایستگاه مرجع مجازی) و MAC (مفهوم اصلی-کمکی) به عنوان راه‌حل‌های قدرتمند برای افزایش دقت موقعیت‌یابی و افزایش عملکرد سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای آشنا کنیم.

آشنایی با ایستگاه مرجع مجازی (VRS)

VRS مخفف Virtual Reference Station به معنای ایستگاه مرجع مجازی است که یکی از پرکاربردترین الگوریتم‌های RTK (Real-Time Kinematic)  برای تعیین موقعیت دقیق با استفاده از سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای GNSS (Global Navigation Satellite System) مانند GPS، GLONASS، Galileo و BeiDou است. هدف اصلی VRS، کاهش فاصله بین ایستگاه مرجع و گیرنده Rover به منظور افزایش دقت موقعیت‌یابی و رفع خطاهای ناشی از عوامل مختلف مانند:

• خطای مداری ماهواره‌ها: ماهواره‌های GNSS دائماً در حال حرکت هستند و مدار آنها ممکن است به دلیل عوامل مختلفی مانند جاذبه زمین و فشار تابش خورشیدی دچار انحراف شود. این انحرافات بر دقت اندازه‌گیری‌های GNSS تأثیر می‌گذارند.
• تأخیرات اتمسفری: سیگنال‌های GNSS هنگام عبور از اتمسفر زمین دچار شکست و تأخیر می‌شوند. مقدار این تأخیر به زاویه و ارتفاع ماهواره و همچنین شرایط جوی مانند رطوبت و دمای هوا بستگی دارد.
• نویز: نویزهای مختلف الکتریکی و محیطی بر دقت اندازه‌گیری‌های GNSS و توپوگرافی تأثیر می‌گذارند.

نحوه عملکرد VRS

 مشاهدات شبه فاصله و فاز موج حامل حداقل سه ایستگاه دائمی مرجع CORS که در مجاورت Rover قرار دارند، توسط مرکز پردازش به طور پیوسته جمع‌آوری و پردازش می‌شود. برای تعیین موقعیت ایستگاه مرجع مجازی، یک ارتباط دو طرفه بین گیرنده Rover و مرکز پردازش برقرار می‌شود. کاربر در محل Rover، مختصات تقریبی خود را با استفاده از فرمت NMEA به مرکز پردازش ارسال می‌کند.

مرکز پردازش با استفاده از این مختصات تقریبی، ایستگاه مرجع مجازی VRS در محل مذکور ایجاد می‌کند. با استفاده از مشاهدات ایستگاه‌های دائمی مرجع و روش‌های درونیابی خطی، غیرخطی و یا برازش صفحه‌ای، مجموعه‌ای از مشاهدات و تصحیحات GNSS برای ایستگاه مرجع مجازی محاسبه می‌شود.

پس از تعیین موقعیت ایستگاه مرجع مجازی و محاسبه تصحیحات، این اطلاعات با فرمت RTCM و از طریق پروتکل NTRIP به گیرنده Rover ارسال می‌شود. گیرنده Rover با استفاده از تصحیحات دریافتی از ایستگاه مرجع مجازی، نقشه برداری خود را با دقت سانتی‌متر تعیین می‌کند.

مزایای استفاده از الگوریتم VRS

• دقت بالا: VRS می‌تواند دقت موقعیت‌یابی فتوگرامتری را تا سطح سانتی‌متر و حتی میلی‌متر ارتقا دهد.
• پوشش گسترده: VRS در مناطقی که دسترسی به ایستگاه مرجع فیزیکی دشوار یا غیرممکن است، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• هزینه کم: VRS به طور قابل توجهی هزینه‌های مربوط به استقرار و نگهداری ایستگاه‌های مرجع فیزیکی را کاهش می‌دهد.
• قابلیت اطمینان بالا: VRS از شبکه‌ای از ایستگاه‌های مرجع دائمی استفاده می‌کند که پایداری و دقت بالایی را ارائه می‌دهد.

روش مفهوم اصلی-کمکی (MAC)

این روش بعد از VRSایجاد شده و شامل ایستگاه اصلی (Base Station) و تعدادی ایستگاه دائمی مرجع CORSاست. به منظور کاهش حجم اطلاعاتی که در شبکه ارسال می‌شود، تمام تصحیحات و اطلاعات مربوط به موقعیت، تنها توسط ایستگاه مرجع به نام ایستگاه اصلی فرستاده شده و سایر ایستگاه‌های CORSبه عنوان ایستگاه کمکی (Auxiliary Staion) مورد استفاده قرار گرفته و اختلاف تصحیحات و اختلاف موقعیت هر یک از آنها نسبت به ایستگاه اصلی محاسبه می‌شود.

ایستگاه اصلی لزوماً نزدیک‌ترین ایستگاه به گیرنده Rover نیست و اگر به هر دلیلی اطلاعات این ایستگاه فراهم نبود، یکی از ایستگاه‌های کمکی به عنوان ایستگاه اصلی در نظر گرفته می‌شود. در روشMAC، شبکه بر اساس خوشه (Cluster) و سلول (Cell) طراحی می‌شود. هر شبکه شامل چند خوشه است (که ممکن است با هم همپوشانی داشته باشند).

مزایای استفاده از الگوریتم MAC

• کاهش حجم اطلاعات: در مقایسه با VRS، MAC حجم اطلاعات ارسالی در شبکه را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. این امر به ویژه در شبکه‌های گسترده با تعداد زیادی گیرنده Rover حائز اهمیت است.
• کارایی: با کاهش حجم اطلاعات، MAC به طور قابل توجهی کارایی سیستم RTK را ارتقا می‌دهد. این امر منجر به کاهش زمان لازم برای تعیین موقعیت و افزایش پایداری سیستم می‌شود.
• قابلیت اطمینان بالا: در صورت عدم دسترسی به ایستگاه اصلی، یکی از ایستگاه‌های کمکی به عنوان ایستگاه اصلی عمل می‌کند و از بروز وقفه در عملیات جلوگیری می‌کند.

کاربردهای الگوریتم MAC

• نقشه‌برداری: MAC به طور گسترده در نقشه‌برداری‌های زمینی، هوایی و دریایی استفاده می‌شود.
• کشاورزی: MAC برای هدایت دقیق ماشین‌های کشاورزی و سیستم‌های آبیاری به کار می‌رود.
• ساخت و ساز: MAC در کنترل کیفیت و نظارت بر پروژه‌های ساختمانی کاربرد دارد.
• زمان‌سنجی: MAC برای همگام‌سازی دقیق ساعت‌ها و سیستم‌های زمانی استفاده می‌شود.

انتخاب بین الگوریتم‌های MAC و VRS

انتخاب بین MAC و VRS به عوامل مختلفی مانند:

• حجم شبکه: در شبکه‌های گسترده با تعداد زیادی گیرنده Rover، MAC به دلیل حجم کم اطلاعات ارسالی، گزینه مناسب‌تری است.
• دقت مورد نیاز: اگر به دقت بسیار بالایی نیاز دارید، هر دو روش MAC و VRS دقت مورد نظر را ارائه می‌دهند.
• هزینه: MAC به دلیل نیاز به زیرساخت پیچیده‌تر، ممکن است هزینه بیشتری نسبت به VRS داشته باشد.
• مهارت کاربر: VRS از نظر پیاده‌سازی و پیکربندی ساده‌تر است و ممکن است برای کاربرانی که تجربه کافی ندارند، مناسب‌تر باشد.

در نهایت، انتخاب روش مناسب به نیازها و شرایط خاص هر پروژه بستگی دارد. مهندسین باتجربه ما در گروه مهندسی خاک با استفاده از بهترین روش‌ها کارهای نقشه برداری یو تی ام شما را انجام می‌دهند برای کسب اطلاعات بیشتر با همکاران ما تماس بگیرید.

سخن پایانی

الگوریتم‌های VRS و MAC دو روش قدرتمند برای افزایش دقت موقعیت‌یابی و افزایش عملکرد سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای هستند. انتخاب بین این دو روش به عوامل مختلفی مانند حجم شبکه، دقت مورد نیاز، هزینه و مهارت کاربر بستگی دارد.

VRS به دلیل سادگی و کارایی، انتخابی مناسب برای شبکه‌های کوچک و کاربران کم‌تجربه است.

MAC به دلیل کاهش حجم اطلاعات و افزایش کارایی، در شبکه‌های گسترده با تعداد زیادی گیرنده Rover گزینه مناسب‌تری است. در نهایت، انتخاب روش مناسب به شرایط خاص هر پروژه بستگی دارد. امیدواریم این مقاله به شما در درک بهتر الگوریتم‌های VRS و MAC و انتخاب روش مناسب برای نیازهای خود کمک کرده باشد.