هل يمكن عمل ميزانيه بالجى بى اس؟

[احمد سيد احمد]

السلام عليكم
سؤالى هل يمكن عمل ميزانيه بالجى بى اس؟
الجى بى اس بقرا الارتفاع منسوبا الى الالبسويد وارتفاعات الميزانية يجب ان تنسب الى الجيويد وهل توجد طريقه لتحويل ارتفاعات الالبسويد الى ارتفاعات منسوبه الى الجيويد؟

[جمعة داود]

بسم الله الرحمن الرحيم

نعم يمكن تحويل الارتفاع الجيوديسي Geodetic Height المقاس من الجي بي اس والمنسوب لسطح الالبسويد (ونرمز له برمز h) الي الارتفاع الارثومتري Orthometric Height أو مانطلق عليه المنسوب والمقاس من مستوي منسوب سطح البحر (ونرمز له برمز H). والفرق بين نظامي الارتفاع هو مايطلق عليه حيود الجيويد أو شذوذ الجيويد Geoid Undulations (ونرمز له برمز N) طبقا للمعادلة الرياضية N = h - H

قيمة حيود الجيويد N ليست ثابته انما تتغير بتغير الموقع الجغرافي وتغير قيمة الجاذبية الارضية وتغير المواد الموجودة تحت سطح الارض. وكمثال في مصر فأن قيمة N تتغير من 9 متر في أقصي الجنوب عند الحدود المصرية السودانية الي 21 متر في أقصي الشمال علي سواحل البحر الابيض المتوسط.

توجد عدة نماذج عالمية لتقدير قيمة حيود الجيويد N علي المستوي العالمي كله وهي مايطلق عليها Global Geoid Models وتعتمد علي أرصاد الاقمار الصناعية مع دمجها بأرصاد الجاذبية الارضية المقاسة علي جميع أنحاء سطح الارض. وتختلف دقة هذه النماذج العالمية من مكان لاخر ، فهي ذات دقة عالية في أوربا و أمريكا حيث توجد أرصاد كثيرة تم دمجها في الحسابات عند تطوير هذه النماذج ، بينما دقة هذه النماذج تكون متوسطة أو قليلة في الدول و المناطق التي لم تساهم بأرصادها عند تطوير هذه النماذج. وكمثال فأن من أشهر نماذج الجيويد العالمية نموذج OSU91A الذي طورته جامعة أوهايو الامريكية و نموذج EGM96 الذي طورته وكالة الفضاء الامريكية ناسا. وفي مصر - علي سبيل المثال - تبلغ دقة نموذج EGM96 حوالي 80 سم في المتوسط ، أي أن قيمة حيود الجيويد المستنتجة من هذا النموذج العالمي تكون + - 80 سم وبالتالي اذا تم استخدامها في تحويل الارتفاع الجيوديسي (من أرصاد GPS) الي منسوب مقاس لسطح البحر فأن هذا المنسوب سيكون أيضا به نفس قيمة الخطأ. وفي كل برنامج من برامج الحسابات Software الخاصة بأرصاد GPS يكون بداخلها أحد نماذج الجيويد العالمية وبالتالي يمكن للبرنامج تحويل قيمة الارتفاع الجيوديسي h الي ارتفاع أرثومتري H. وللاسف فأن العديد من مستخدمي GPS ليسوا علي دراية بهذا الموضوع ويتوهمون أن المنسوب المحسوب من أرصاد GPS يكون دقيق.

البديل هو استخدام نماذج جيويد محلية في كل دولة لانها ستكون ذات دقة أفضل من النماذج العالمية وخاصة في منطقتنا العربية كلها حيث أننا لا نساهم بأية بيانات أو نشاط علمي دولي في تطوير نماذج الجيويد العالمية.

أما اذا كان العمل في منطقة صغيرة نسبيا (أقل من 5 × 5 كيلومتر) فيمكن حساب قيمة N عند 4 نقاط علي الاقل علي أطراف هذه المنطقة (برصد قيمة الارتفاع الجيوديسي h بواسطة أجهزة GPS عند 4 نقاط معلوم عندهم المنسوب H ) ومن هذه القيم الاربع لحيود الجيويد يمكن حساب Interpolation قيمة N عند أي نقطة داخل هذه المنطقة ومن ثم يمكن تحويل h الي H بدقة سنتيمترات قليلة.

أرجو أن يكون هذا التعليق البسيط قد أوضح لك هذه النقطة ويمكن أن نفتح بابا موسعا للنقاش بين أعضاء النادي المتخصصين حول هذا الموضوع حيث أنه من أهم مواضيع تطبيقات تقنية GPS في الحياه العملية

[احمد سيد احمد]

السلام عليكم
اشكرك كثير الشكر على التوضيح والشرح وحقيقة كفيت وشفيت

[محسن عبده]

شكرا دكتور على هذا الموضوع

عندي سؤال : هذا فيما يخص الارتفاعات ماذا عن الانحرافات والزوايا

كيف يمكن تصويبها

شكرا وأكثر الله من أمثالك

[احمد ظاهر]

بسم الله الرحمن الرحيم
اشكر الاخ جمعة داود على هذا الرد الوافي و الشرح الكافي. لكن عندي تساؤل بسيط و ارجو الرد:
اثناء عملي في المساحة كنت استخدم جهاز GPS تفاضلي من شركة Trimble و عندما اريد ان انقل منسوب من نقطة الى اخرى كنت اضع وحدة القاعدة Base Unit على نقطة تسوية وطنية من الدرجة الاولى وهي المعتمدة في اعمال المساحة في بلدنا. امل الجزء المتحرك من الجهاز Rover unit فكنت اضعه عاى النقطة المجهولة و اقيس Static لفترة معينة . هل كان اسلوبي في القياس صحيحا ام لا علما اني قد عملت مضلع في احد المرات و اقفلت على نقطة نقطة تسوية وطنية اخرى و كانت النتيجة ممتازة.

[جمعة داود]

أولا بالنسبة لسؤال الاخ محسن:

سؤالك يا أخي الفاضل يتعلق بموضوع من أهم موضوعات تطبيقات تقنية GPS لكن يمكن اعادة صياغة السؤال بصورة أخري حتي يكون أقرب للفهم: هل الاحداثيات الافقية (خط الطول و خط العرض) المقاسة بأجهزة GPS يمكن توقيعها مباشرة علي الخرائط المعتمدة في كل دولة؟ اعادة الصياغة بهذه الصورة هي أساس المشكلة لان الزوايا و الانحرافات يتم حسابها من الاحداثيات ، فاذا كانت الاحداثيات دقيقة فستكون انحرافات الخطوط و الزوايا الافقية أيضا دقيقة في حالة توقيعها علي الخرائط:

من المعروف أن الاحداثيات الناتجة من نظام GPS يكون المرجع الجيوديسي لها هو النظام العالمي المعروف باسم WGS84 (المرجع الجيوديسي ببساطة هو Ellipsoid الشكل البيضاوي أو الاهليجي أو القطع الناقص الذي يمثل نموذج سطح الارض). بينما في معظم الحالات فأن لكل دولة نظام جيوديسي تم اعتماده كأساس للخرائط المساحية لهذه الدولة ، كمثال المرجع الجيوديسي للخرائط في مصر هو هيلمرت 1906 وأعتقد أن المرجع الجيوديسي لخرائط المملكة العربية السعودية هو عين العبد 1927. من هنا نتجت المشكلة التي ربما لا يعرف الكثيرين من مستخدمي GPS عنها وتسبب لهم العديد من المشكل عن توقيع قياسات GPS علي الخرائط المحلية ويجدون أن هذه الارصاد لا تقع في مكانها الصحيح.

حل هذه المشكلة بسيط ومعروف وهو تحويل الاحداثيات من نظام WGS84 العالمي الي المرجع المحلي لكل دولة قبل توقيع هذه الارصاد علي الخرائط. عملية التحويل هذه لها معادلات رياضية معروفة وتتكون من حساب 7 عناصر للتحويل ولذلك تسمي 7-Transformation Parameters. ويمكن حساب هذه العناصر اذا علمنا الاحداثيات علي المرجع WGS84 والاحداثيات علي المرجع الوطني لعدد 3 نقاط علي الاقل. ولغير المتخصصين توجد قيم تقريبية معلنة لعناصر التحويل من WGS84 الي معظم المراجع الجيوديسية المستخدمة لكل دول العالم تقريبا ، وهذه القيم التقريبية موجودة داخل معظم برامج حسابات GPS وكذلك داخل معظم برامج GIS مثل برنامج ArcGIS الشهير. أما اذا أردنا دقة عالية في حساب عناصر التحويل فيجب أن نقوم بهذه الحسابات بأنفسنا

أيضا يجب الاشارة الي عناصر التحويل هذه ليست ذات قيم كبيرة تؤثر بشدة علي الاحداثيات ، وكمثال في مصر فأن فرق الاحداثيات بين المرجع العالمي WGS84 والمرجع المصري يبلغ تقريبا 0.5 ثانية في دوائر العرض و 6 ثانية في خطوط الطول. أي أن هذه الفروقات لن تكون مؤثرة في التطبيقات التي لا تحتاج دقة عالية مثل أعمال الاستكشاف و الخرائط ذات مقياس الرسم الصغير ، بينما ستكون عملية تحويل الاحداثيات مهمة للتطبيقات المساحية و الجيوديسية التي تتطلب دقة عالية مثل انشاء شبكات الثوابت الارضية والمشروعات الهندسية.

أرجو أن تكون الصورة قد اتضحت قليلا الان !!!

ثانيا بالنسبة لسؤال الاخ أحمد:

نعم أسلوبك في القياس بهذه الطريقة صحيح ولكن له بعض القيود أو المحاذير ، دعنا أولا نري ماذا حدث فعلا في طريقة الرصد التي نفذتها:

عندما وضعت الجهاز الثابت Static فوق نقطة معلومة المنسوب H1 فأن برنامج الحساب الموجود داخل الجهاز استطاع أن يحسب قيمة حيود الجيويد N = الفرق بين الارتفاع الجيوديسي h1 و المنسوب H طبقا للمعادلة المعروفة N = h1 - H1 وعند النقطة الجديدة التي عليها الجهاز المتحرك Rover استطاع البرنامج حساب قيمة منسوب هذه النقطة كالاتي H2 = h2 - N لكن هنا افترض البرنامج أن قيمة حيود الجيويد N واحدة أو ثابتة القيمة عند كلا النقطتين

هذا الافتراض غير صحيح بصفة عامة حيث أن قيمة حيود الجيويد تتغير من مكان لاخر ، لكن هذا التغير يكون بسيط جدا اذا كانت المسافة بين النقطتين صغيرة ، بينما لو زادت هذه المسافة فأن N ستتغير قيمتها وبالتالي لن يكون منسوب النقطة الثانية Rover دقيق جدا. لذلك نقول أننا يمكننا العمل بهذا الفرض (عدم تغير قيم N) في منطقة صغيرة نسبيا ، وهذه هي فعلا الحالة التي تحدثت عنها وكانت النتائج جيدة كما قلت.

[محسن عبده]

شكرا جزيلا على الشرح المفصل دكتور ولكن الحقيقة ان قصدت شيئاً آخر بالسؤال

قصدت تصحيح القيمة المقاسة وليس تعديل الارجاع الجغرافي

يعني عندما يحسب الجهاز
latt = 32 33 4
long = 34 33 2
elev. = 345 ft
فان للارتفاع تصحيح في القيمة هي قيمة الـ N او الحيود الجيودي

عندي سؤال : هذا فيما يخص الارتفاعات ماذا عن الانحرافات والزوايا
ماذا عن الاحداثيات الافقية اي كان المرجع الخاص بها WGS او غيره كيف نضمن انها صحيحة وغير مرحلة
هل نلجأ لاختيار نقاط على اطراف المنطقة محسوبة بالمساحة الارضية وعليه نلجأ الى الـ interpolation لتوليد التصحيح أما أنا هناك عامل آخر أما لايوجد لها تصحيح من اصله

شكرا لسعت صدرك......

[جمعة داود]

أخي الفاضل:

اذا كنت ستعمل استنادا علي مرجع WGS84 فليس هناك أي تصحيح للاحداثيات الافقية ... كمثال أنت ترفع منطقة معينة وستنشأ لها خرائط خاصة بك وستفترض أنك لن تغير مرجع WGS84

أما اذا كنت تريد توقيع أرصادك علي خرائط وطنية (لدولة معينة) فيجب تحويل الاحداثيات الي المرجع الوطني الذي تعتمد عليه هذه الخرائط

اما اذا كان سؤالك يتعلق بدقة الاحداثيات الافقية المستنتجة من GPS فتعتمد علي نوعية الجهاز و أسلوب العمل: فدقة الاجهزة المحمولة يدويا Hand-Held GPS Receivers في حدود 10 متر بينما دقة الاجهزة الجيوديسية تختلف من جهاز لاخر طبقا لمواصفاته وأيضا تعتمد علي عوامل أخري منها أسلوب الرصد (الثابت - المتحرك - التفاضلي - التفاضلي اللحظي 0000 الخ) لكنها في الغالب تكون سنتيمترات وأحيانا ملليمترات.

أما استفسارك عن التأكد من احداثيات GPS عن طريق مقارنتها باحداثيات نقاط مرفوعة بالمساحة الارضية فلا يمكن ذلك حيث أن دقة GPS بصفة عامة (الاجهزة الجيوديسية وليس المحمولة) أكبر بكثير من دقة المساحة الارضية واذا وجدنا فروق بين الاحداثيات الناتجة من كلا الاسلوبين فأن هذه الفروق تكون أخطاء المساحة الارضية و ليست أخطاء GPS فنحن دائما نستخدم GPS لزيادة دقة النقاط الارضية واكتشاف أخطاؤها وليس العكس

اما اذا أردت أن تتحقق من أرصادك بدقة عالية (اذا كنت تريد دقة أقل من 1 سنتيمتر) فيمكن ذلك بعدة طرق متقدمة ومنها ربط أرصادك بالشبكة العالمية لنقاط GPS وهي شبكة دولية تعمل 24 ساعة وتسمح لك بانزال أرصاد من أقرب نقطة (أو مجموعة من النقاط ) للدولة التي أنت بها ثم تستخدم برنامج الحساب المتاح لديك في ضبط أرصادك نسبة لهذه النقطة (أو النقاط) ومن هنا تحدد بكل دقة ماهي جودة أو دقة احداثياتك حيث أن هذه النقاط لها احداثيات معلومة بدقة ملليمترات. وهذه الطرق لا تستخدم الا في حالات معينة تتطلب أقصي درجة من الدقة مثل انشاء شبكات الثوابت الارضية أو مراقبة تحركات القشرة الارضية حيث أن هذه الطرق تتطلب خبرة كبيرة في النظريات الجيوديسية وضبط الشبكات. والشبكة العالمية لنقاط GPS (المسماه International GPS Service) تجدها علي الموقع التالي:

http://igscb.jpl.nasa.gov


أرجو أن أكون فهمت سؤالك صح هذه المرة وجاوبت عليه !!

[محسن عبده]

شكرا جزيلا دكتور على الشرح المفصل

وآسف على الاطالة

جزاك الله خيرا

[احمد ظاهر]

بسم الله الرحمن الرحيم
اشكر الاخ جمعة داود على الرد و الله يجزيك خير الجزاء و يجعل عاقبتك الجنة ان شاء الله

[عبدالبارى منصور]

إلى الدكتور جمعه داود
لكن هذا التغير يكون بسيط جدا اذا كانت المسافة بين النقطتين صغيرة ، بينما لو زادت هذه المسافة فأن N ستتغير قيمتها وبالتالي لن يكون منسوب النقطة الثانية Rover دقيق جدا. لذلك نقول أننا يمكننا العمل بهذا الفرض (عدم تغير قيم N) في منطقة صغيرة نسبيا ، وهذه هي فعلا الحالة التي تحدثت عنها وكانت النتائج جيدة كما قلت.

بعد السلام عليكم عاوز أعرف المسافة بين النقطتين الصغيرة فى حدود كم كيلو متر أو مساحة المنطقة الصغيرة نسبيا أو تغير الطبيعة من حيث الإرتفاعات أو المناطق التى تقع فيها جبال .
وشكرا

[جمعة داود]

تحديد صغر المسافة بين التقطتين Base and Rover يعتمد أساسا علي:

1- موقع المنطقة التي يتم الرصد بها. الفكرة هنا أن معدل تغير قيمة حيود الجيويد N يختلف من مكان لاخر علي سطح الكرة الارضية. في مصر - علي سبيل المثال - فأن القيمة التقريبية لتغير N هي 1 سم لكل 1 كم.

2- أيضا شكل المنطقة له تأثير مهم وكما هو معروف فأن N تتغير في اتجاه شمال-جنوب بصورة أسرع من تغيرها في اتجاه شرق-غرب.

3- تضاريس المنطقة والجبال الموجودة فيها حيث أن تغير كثافة القشرة الارضية والمواد الموجودة تحت سطح الارض من المؤثرات الهامة في تغير قيمة حيود الجيويد N التي تتغير بشدة في المناطق الجبلية وبصورة أقل في المناطق المنبسطة.

4- العامل الثالث الاساسي هو الدقة المطلوبة لحساب قيمة المنسوب H من الارتفاع الجيوديسي h ، فان كنا نريد عمل خريطة كنتورية مثلا بفترة كنتورية 0.25 متر فأن التغير في N لن يكون مؤثر بشدة حتي في منطقه طولها 10 كم ، وعلي العكس فأن هذا التغير سيكون مؤثر جدا ان كنا نريد عمل ميزانية طولية لخط أنابيب في نفس هذه المنطقة.

أرجو أن يكون الرد واضح ومفهوم.


وان كنت تريد التبحر في التفاصيل الفنية الدقيقة لهذا الموضوع فأرجع للرسالة علي الرابط:

http://www.gisclub.net/vb/showthread.php?t=1177