Fa:Accuracy of GPS data

From OpenStreetMap Wiki
Jump to: navigation, search
زبان‌های موجود — Accuracy of GPS data
· Afrikaans · Alemannisch · aragonés · asturianu · azərbaycanca · Bahasa Indonesia · Bahasa Melayu · Bân-lâm-gú · Basa Jawa · Baso Minangkabau · bosanski · brezhoneg · català · čeština · corsu · dansk · Deutsch · eesti · English · español · Esperanto · estremeñu · euskara · français · Frysk · Gaeilge · Gàidhlig · galego · Hausa · hrvatski · Igbo · interlingua · Interlingue · isiXhosa · isiZulu · íslenska · italiano · Kiswahili · Kreyòl ayisyen · kréyòl gwadloupéyen · Kurdî · latviešu · Lëtzebuergesch · lietuvių · magyar · Malagasy · Malti · Nederlands · Nedersaksies · norsk bokmål · norsk nynorsk · occitan · Oromoo · oʻzbekcha/ўзбекча · Plattdüütsch · polski · português · română · shqip · slovenčina · slovenščina · Soomaaliga · suomi · svenska · Tiếng Việt · Türkçe · Vahcuengh · vèneto · Wolof · Yorùbá · Zazaki · српски / srpski · беларуская · български · қазақша · македонски · монгол · русский · тоҷикӣ · українська · Ελληνικά · Հայերեն · ქართული · नेपाली · मराठी · हिन्दी · অসমীয়া · বাংলা · ਪੰਜਾਬੀ · ગુજરાતી · ଓଡ଼ିଆ · தமிழ் · తెలుగు · ಕನ್ನಡ · മലയാളം · සිංහල · ไทย · မြန်မာဘာသာ · ລາວ · ភាសាខ្មែរ · ⵜⴰⵎⴰⵣⵉⵖⵜ · አማርኛ · 한국어 · 日本語 · 中文(简体)‎ · 吴语 · 粵語 · 中文(繁體)‎ · ייִדיש · עברית · اردو · العربية · پښتو · سنڌي · فارسی · ދިވެހިބަސް

یک روش مناسب برای درگیر شدن در پروژه OpenStreetMap آپلود مسیر ردیابی شده توسط سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GPS, گالیلئو یا GLONASS) است که به وسیله گیرنده ماهواره‌ای یا دستگاه موبایل انجام می‌شود. یک دستگاه معمولی در هر ثانیه یا در هر متر موقعیت شما را ذخیره می‌کند ("مسیرردیابی شده"). در صورتی که به صورت خودکار انجام نشده آنرا به قالب GPX تبدیل کنید. داده‌های گردآوری شده به صورت خطوط نازک و یا نقاط ریزی در پس‌زمینه نقشه ویرایشگر دیده می‌شوند. این خطوط و نقاط به عنوان یک راهنما برای اضافه کردن عوارض نقشه (مانند جاده‌ها یا مسیرهای پیاده‌رو) همانند روشی که در تصاویر ماهواره‌ای ترسیم میکنید، به کار می‌روند. GPS Satellite NASA art-iif.jpg
  ضبط   تبدیل   اصلاح مسیرردیابی شده   آپلود   دقت   بررسی دستگاه‌های GPS  

دقت داده GPS به عوامل زیادی بستگی دارد. برای مثال، کیفیت گیرنده GPS، محل قرارگیری ماهواره GPS زمانی که ضبط انجام شده است، خصوصیات محیطی اطراف (ساختمان‌ها، پوشش درختی، دره و غیره) و حتی شرایط آب و هوایی در این موضوع دخیل هستند. این صفحه به معرفی مفاهیم اولیه چگونگی عملکرد GPS و توصیف برخی عوامل اصلی مرتبط در دقت آن می‌پردازد.

GPS چگونه کار می‌کند

سیستم موقعیت‌یاب جهانی (GPS) یک سیستم ناوبری ماهواره‌ای است که موقعیت‌تان را در هرکجای سطح کره زمین باشید نشان می‌دهد. این سیستم از چندین ماهواره در مدار زمین تشکیل شده است. هر ماهواره مرتباً پیامهایی درخصوص زمان و موقعیت خودش ساطع می‌کند. دستگاه‌های گیرنده GPS روی زمین، این پیامها را دریافت و زمانی که پیام را دریافت کرده (که توسط ساعت داخلی خودش مشخخص است) را با زمانی که آن پیام ارسال گردیده است مقایسه نموده و متوجه میشود که چقدر از هر ماهواره فاصله دارد.

دستگاه GPS برای محاسبه موقعیت بایستی پیامها (سیگنالها) را از حداقل چهار ماهواره دریافت کند. به ذیل دقت کنیذ:

Sphere2-intersect.svg یک دستگاه گیرنده GPS سیگنالها را از چند ماهواره دریافت می‌کند. ما در اینجا به آنها ماهواره سبز و قرمز و صورتی می‌گوییم. با دریافت هر سیگنال دستگاه فاصله‌اش را از هر ماهواره محاسبه می‌کند.

زمانی که دستگاه GPS سیگنال را فقط از ماهواره سیز دریافت می‌کند، می‌تواند تعیین کند که موقعیت‌اش بر روی سطح کره‌ای قرار دارد که فاصله همه نقاط آن به اندازه فاصله ماهواره سبز است (همانگونه که در کره سبز رنگ دیاگرام نشان داده شده است).

حالا فرض کنید که دستگاه GPS سیگنالهایی از ماهواره‌های سبز و قرمز با هم دریافت می‌کند. همانند قبل دوباره موقعیت‌اش را از هر دو ماهواره تعیین می‌کند. از آنجا که دو سیگنال دریافت کرده، می‌توانیم موقعیت آن را به نمام نقاطی که این دو کره با هم تلاقی دارند محدود کنیم. این به آن معنی است که موقعیت بایستی جایی بر روی دایره آبی رنگ دیاگرام باشد.

Sphere3-intersect.svg با پیوستن سومین ماهواره می‌توانیم موقعیت را دقیق‌تر و نتها در دو نقطه مشخص کنیم (نقطه‌های زرد رنگ). فقط یکی از اینها روی سطح کره زمین است و بنابراین نقطه دوم حذف می‌شود. با تنها سه ماهواره ما توانسته‌ایم تثلیث موقعیت‌مان را پیدا کنیم. در عمل ماهواره چهارمی هم برای بهبود دقت (مشخصاً دقت ارتفاعی مکان) نیز لازم است تا خطاهای اندازه‌گیری زمان دقیق دریافت سیگنال را کاهش دهد.
برای اطلاعات بیشتر این ویدیو یا انیمیشن را ببینید.

عوامل دخیل در دقت

حالا که اساس کار GPS را یاد گرفتید، در این بخش موارد اصلی که بر روی دقت GPS تأثیر میگذارند را شرح می‌دهیم.این موارد شامل:

  • خود (کیفیت) دستگاه گیرنده GPS؛
  • محل ماهواره در زمان ضبط مسیر؛ و
  • خصوصیات محیط پیرامون هستند.

گیرنده GPS

دستگاه‌های GPS زیادی هستند که می‌توانید از آنها استفاده کنید تا مسیرها را ضبط کنید. اینها شامل ثبات‌های اختصاصی GPS، گوشی‌های هوشمند دارای GPS داخلی، و هر چیزی که در این بین قرار می‌گیر میباشد. همانطور که انتظار دارید، کیفیت گیرنده GPS می‌تواند تأثیر بسزایی در دقت مسیر ضبط شده شما داشته باشد موارد ذیل اهمیت ویژه‌ای دارند.

  1. آنتن
    بیشترین تأثیر را دارد، یک آنتن خوب (also known as aerial) برای تشخیص سیگنال پیامی که از ماهواره GPS می‌آید نیاز است. قدرت سیگنال GPS عموماً به صورت دسی‌بل در میلی‌وات (dBm) نشان داده می‌شود. در حال حاضر سیگنالها ۲۲۲۰۰ کیل.متر از ماهواره تا سطح زمین را \وشش می‌دهند عموماْ سیگنالها نوعاْ حتی در هوای صاف و بدون ابر قدرتی به ضعیفی -۱۲۵dBm تا -۱۳۰dBm دارند. در محیط شهری که ساختمانها قد علم کرده‌اند و در زیر درختها سیگنال به حد -۱۵۰dBm هم کاهش می‌یابند. (هرچه مقدار منفی بیشتر باشد، سیگنال ضعیف‌تر است). در این حد برخی دستگاههای GPS برای دریافت سیگنال تلاش فراوانی می‌کنند (اما اگر سیگنال اولیه در هوای آزاد گرفته شده شاید هنوز قادر باشند تا ادامه مسیر را ضبط کنند). یک گیرنده GPS خوب با حساسیت بالا می‌تواند سیگنالهای به ضعیفی -۱۵۵ dBm را نیز دریافت کرده و تا حد -۱۶۵ dBm هم به کار خود ادامه دهند.
  2. تعداد کانال
    که در بخش GPS چگونه کار می‌کند در بالا توضیح داده شد. یک سیستم ۳ ماهواره‌ای، در تئوری برای فراهم نمودن داده لازم برای محاسبه دقیق موقعیت قابل قبول کافیست. گرچه عدم دقت ساعت بدین معنی ست که این تئوری فقط بر روی کاغذ کار می‌کند. در عمل بایستی سیگنال از یک ماهواره حداقل چهارم نیز دریافت شود تا خطاها تصحیح شوند. هرچه ماهواره بیشتر باشد بهتر است. گرچه گیرنده‌های اولیه GPS محدود به تعداد مشخصی ماهواره در هر لحظه برای ردیابی بودند اما گیرنده‌های GPS جدید دارای کانالهای ردیابی کافی برای تعقیب ماهواره‌های درمحدوده دید خود هستند. کانال بیشتر برای کاهش زمان فیکس شدن اولیه (شروع سرد) و کاهش مصرف انرژی نیز مفید است. برای مظالعه بیشتر اینجا را بخوانید.
  3. الگوریتم‌های مکانی
    برای محاسبه فاصله گیرنده GPS از هر ماهواره بکار میروند، گیرنده ابتدا زمانی که طول کشیده تا سیگنال به خودش برسد را محاسبه می‌کند. دستگاه اینکار را با گرفتن اختلاف زمان ساطع شدن سیگنال (این زمان در سیگنال وجود دارد) و زمانی که سیگنال دریافت شده (که با استفاده از ساعت داخلی به دست می‌آید) محاسبه می‌کند. از آنجا که سیگنال با سرعت نور حرکت می‌کند، حتی ۰/۰۰۱ ثانیه اشتباه معادل ۳۰۰ کیلومتر خطا در مسافت محاسبه شده خواهد بود! برای کم کردن این خطا در حد متر به یک ساعت اتمی نیاز است. با این وجود، هرچند این برای دستگاه‌های GPS دردست مصرف‌کننده‌ها عملی نیست، بلکه ساعت خود ماهواره‌های GPS هم در حدود ۱۰ نانوثانیه دقیت دارند (که سیگنال در این مدت ۳ متر حرکت می‌کند). دقیفاً به همین علت است که حداقل چهار ماهواره برای موقعیت‌یابی مورد نیاز است. ماهواره‌های بیشتر به رفع این حطا کمک می‌کنند. گرچه به ندرت رایج شده، به همین علت است که گیرنده GPSتان الگوریتم‌های تصحیح خطای بهتری داشته باشد.

قرارگیری ماهواره‌ها

سیگنال‌های ماهواره‌های مختلف در دید برای اندازه‌گیری موفعیت‌تان بر روی زمین

همانطور که در بالا ذکر شد، بطور کلی هرچه تعداد ماهواره بیشتری در محاسبه موقعیت شما بکار برود طزح دقت بیشتر خواهد بود. با چرخش ماهواره ‌های GPS در مدار زمین، تعداد ماهواره در دید (در بهترین شرایط) به طور طبیعی نوسان می‌کند. این حالت در انیمیشن طرف راست دیده می‌شود. پر واضح است که موقعیت ماهواره‌ها کاملاً خارج از کنترل ماست، با این وجود دانستن این موضوع به عنوان یک عامل اثرگذار در دقت، خالی از لطف نیست. برای مثال، این یکی از دلایل بسیار زیادی است که چرا مسیرهای GPS ضبط شده در روزهای مختلف با هم فرق دارند. اگر فرصت داشتید، ارزش دارد که یک مسیر را دوبار (یا بیشتر) ضبط کنید و معدل آنها را بگیرید.

بعضی گیرنده‌های GPS می‌توانند تعداد ماهواره‌های جاری در دید را به صورت دیاگرام شبیه رادار نشان دهند. در برخی از گیرنده‌ها این حالت در منوی استاندارد آنها مشهود است، گرچه برخی دیگر در منوی دیباگ یا مخفی وجود دارد. متاسفانه با وجود صدها گیرنده موجود GPS، غیرممکن است که بتوان تمامی برای انها مستندات ارائه کرد - لطفاً به کتابچه راهنمای همراه دستگاه خود مراجعه کنید یا در اینترنت جستجو کنید. نرم‌افزارهای تلفن‌های هوشمند همراهی که این حالت نمای ماهواره راد دارند در جدول ویژگی‌های مونیتورینگ براساس سیستم عامل iOS و آندرویید نشان داده شده‌اند.

همچنین بخش فضاهای سرپوشیده در زیر راببینید.

موقعیت شما

بازتاب‌های ضعیف‌کننده سیگنال

خطای بوجود آمده در اثر بازتاب‌ها و سایه‌های زیر پوشش درختان.

GPS نیاز به یک خط مستقیم دید بین گیرنده و ماهواره دارد. زمانی که شئ در بین این مسیر قرار گیرد، دقت به خاطر بازتاب‌ها و ضعیف شدن سیگنال تحت تأثیر قرار می‌گیرد. این مسئله بخصوص در محیط‌های شهری، درون دره‌ها و دامنه کوه‌ها مسئله‌ساز است. در همه این موقعیت‌ها، اشیاء (ساختمان‌ها و خود زمین) برای بلوک کردن سیگنال GPS به قدر کافی هستند. سیگنال ضعیف دریافت شده نیز، ممکن است از ساحتمانها و چشم‌انداز اطراف بازتاب یافته باشند. بازتابها سیگنال‌های چندمسیرهای را تولید می‌کنند که با کمی تأخیر به دستگاه گیرنده می‌سند و این منجر به عدم دقت در محاسبه موقعیت می‌شود.

بازتاب‌ها و تضعیف سیگنال حتی در صورتی که آن شی خیلی بزرگ هم نباشد (پوشش گیاهی، سقف خودرو و حتی بدن شما) نیز بوجود میآیند . این حالت زمانی که مسیر GPS خود را بر روی تصاویر ماهواره ای قرار دهید، مشاهده میشود. در تصویر سمت راست، محل صحیح مسیر پیادهروی منطبق بر ناحیه سایه دار جنگل است. با این وجود، وقتی که گیرنده GPS وارد جنگل میشود (در مسیر پیاده روی از شرق به غرب)، مشاهده میشود که بازتابها موجب ضبط ناصحیح و جابجایی آن به سمت جنوب شده اند.

وقتی که دستگاه GPSی را حمل میکنید، هرچقدر که آنتن بالاتر فیکس شود، گیرندگی بهتر است. بهترین محل قرارگیری دستگاه؛ بند شانه لباس، بالای کوله پشتی، بالای کلاهخود دوچرخه سواری یا آنتن سقفی خودروست.

فضاهای بسته

Highly clustered satellites can give large errors.
A disperse set of satellites improve accuracy.

زمانی که در فضای بسته ای مثل دره ای با شیب دو طرفه یا محیط شهری با ساختمانهای بلند قرار بگیرید آسمان قابل دید برای گیرنده GPS کاسته میشود. این مسئله باعث ۲ مشکل میشود. اولاً، تعداد ماهواره های در دید مستقیم محل گیرنده کاهش مییابد. بنابراین قانون هرچه بیشتر، بهتر که در بالا گفته شد نقض میشود. ثانباً، از دریافت سیگنال مجموعه پراکنده ای از ماهواره ها توسط دستگاه GPS ممانعت میشود - یعنی ماهواره های که برای محاسبه موقعیت شما بکار میروند در وسعت کمی از آسمان جمع میشوند.

این تجمغ ماهواره ها در میتواند منجر به خطاهای مکانی بزرگی تا حد چند صد متر گردد. اگرچه کار زیادی برای بهبود این حالت در فضاهای بسته نمیتوان کرد، ارزش این را دارد که به دستگاه GPSتان باشد تا بتوانید بفهمید کی کیفیت سیگنال کاهش مییابد. به دیاگرام نمای ماهواره دستگاه خود نگاه کنید (همانطور که در عکس طرف چپ نشان داده میشود).

برای اطلاعات بیشتر، و اگر دستگاهتان مقدار DOP را نشان میدهد شاید بخواهید wikipedia:PDOP را بخوانید.

عیب‌یابی گیرندگی GPS

درون خودرو

اگر میخواهید درون یک وسیله نقلیه مسیری را ضیط کنید، قبل از اینکه وارد آن شوید ثبات خوبی بگیرید. این حالت برای قطارهای جدیدتر که شاید هیچگاه نتوانید در حال حرکت قیکس بگیرید بسیار صادق است.

از کجا بفهمید که گیرندگی خوب است؟

یک فیکس ۳ بعدی معیار کافی برای کیفیت خوب نیست: PDOP شاخص دقت اندازه گیری GPS است (Position Dilution of Precision). اگر از ۶ بالاتر باشد میتوانید در نظر داشته باشید که فیکس خیلی خوبی نداشته اید. مفدار کمتر از ۴ برای ضبط مسیر برای OSM کافی است. کمتر از ۲ به معنی فیکس خیلی خوب است. کیفیت DOP بستگی به ظرفیت GPS برای تصحیح سیگنال ماهواره دارد. با فیکس ۲ بعدی هم میتوانید DOP خوبی داشته باشید.

همچنین ببینید

پیوندهای بیرونی