سیستم های تعیین موقعیت در هیدروگرافی

مفهموم خط موقعیت:

یک هیدروگراف اندازه گیری‌هایی را که در دریا برای تعیین موقعیت افقی کشتی یا قایق‌های هیدروگرافی انجام می‌دهد به طور کلی همان کارهای است که ما در نقشه برداری زمینی نیز انجام می‌شود به عنوان مثال زاویه، سمت و فاصله. روشی که عموماً از آن در هیدروگرافی استفاده می‌شود اندازه گیری اختلاف فاصله است که معمولاً در عملیات نقشه برداری زمینی کاربرد ندارد.

خط موقیت:

خط موقعیت سمت در هیدروگرافی

DIRECTION

A_IU=ARCTAN(ΔX_IU/Y_IU)

ΔX_IU=X_U-X_I , ΔY_IU=Y_U-Y_I

با اندازه گیری حداقل دو سمت از دو نقطه ساحلی،  می توان موقعیت نقطه u را با عمل تقاطع تعیین کرد.

خط موقعیت فاصله در هیدورگافی

SIU=√ΔXIU2+ΔYIU2
ΔXIU=XU-XI , ΔYIU=YU-YI

با اندازه گیری حداقل دو فاصله از دو ایستگاه ثابت ساحلی (B,A) می توان موقعیت شناور هیدروگرافی را تعییت کرد.

خط موقعیت زاویه محاطی در هیدروگرافی

SUBTANCE ANGLE

یکی دیگر سیستم های تعیین موقعیت در هیدروگرافی مکان هندسی تمام نقاطی است که از یک یا دو نقطه معلوم ساحلی زاویای مساوی دارند و دایره های مختلف المرکز نیز خوانده می شود.

لازم به ذکر است در اندازه گیری زاویه با سکستانت از دریا کاربرد دارد و مدل ریاضی آن چنین است.

COS_AIUJ=(S_IU²+S_JU²-S_iJ²)/2S_IU S_JU

S_iJ=SQRT(ΔX_iU²+ΔY_iJ²) , S_iu=SQRT(Δx_iu²+Δy_iu²) , S_JU=SQRT(ΔX_JU²+ΔY_JU²)

ΔX_IU=X_U-X_I , ΔY_IU=Y_U-Y_I , ΔX_Ij=X_J-X_I , ΔY_Ij=Y_J-Y_I

نقطه معلوم I و J نشانه های ساحلی قابل دید از دریا هستند و با اندازه گیری دو زاویه محاطی از یک شناور هیدروگرافی (با دو قرائت همزمان سکستانت) می توان نقطه ی U را تعیین موقعیت کرد.

خط موقعیت در هیدروگرافی

خط موقعیت تفاوت فاصله نیز یکی دیگر از سیستم های تعیین موقعیت در هیدروگرافی است.

مکان هندسی تمام نقاطی است که از دو نقطه ساحلی تفاوت فاصله مساوی دارند.

دسته هذلولی در اندازه‌گیری تفاوت فاصله از زمین یا دریا کاربرد دارد فاصله نقاط ثابت ساحلی I و J را خط مبنا می‌نامند.

با اندازه‌گیری دو دسته تفاوت فاصله از سه نقطه ساحلی می توان مختصات نقطه U در دریا را (از طریق تقاطع دسته منحنی منحنی های هذلولی تعیین کرد.

معمولاً ایستگاه میانی را MASTER و دو ایستگاه دو طرف را SLAVC گویند.

سه ایستگاه معمولا به شکل v به طرف منطقه مورد نقشه برداری آرایش داده می شوند.

مدل ریاضی خط موقعیت به صورت زیر است:

C_IUJ=S_IU-S_JU

(S_IU=SQRT(ΔX_IU²+ΔY_IU²) , S_JU=SQRT(ΔX_JU²+ΔY_JU²

ΔX_IU=X_U-X_I , ΔY_IU=Y_U-Y_I

در مباحث قبلی توضیح دادیم به طور کلی موقعیت هرنقطه از ترکیب حداقل دو خط موقع به دست می آید.

در صورتی که از تعداد بیشتری خط موقعیت برای تعیین موقعیت استفاده شود باید این روش کمترین مربعات برای تعیین موقعیت یکه (واحد) را به کاربرد.

با استفاده از این روش ، می ‌توان یک تحلیل آماری خوب در مورد کیفیت نقاط تعیین موقعیت شده ارائه داد.

برای مثال ما می توانیم به بیضی خطا ها اشاره کنیم که تخمینی از مقادیر دقت به دست می دهد.

ترکیب خط موقعیتها، در عملیات تعیین موقعیت در دریا روی چارت دریایی کاربرد فراوان دارد.

در هر حال روش های مختلفی برای تعیین موقعیت شناور هیدروگرافی (به ‌عنوان سکوی اندازه گیری در هنگام عمق یابی) متداول است.

این سیستم‌ها را می‌توان به شکل کلی به صورت اپتیکی ، الکترواپتیکی ، الکترونیک ، و ماهواره‌ای دسته‌بندی کرد.

سیستم اپتیکی و الکترواپتیکی در هیدروگرافی

روش مستقیم (ترانزیت)

مورد استفاده این روش در کارهایی است که ناحیه مورد هیدروگرافی بین دو کرانه محدود است هر خط عمق یابی را می توان با علامت گذاری در دو طرف ساحل (مثلاً رودخانه) به صورت خطی مستقیم فرض کرد.

در این روش، قایق هیدروگرافی از یک سوی کرانه به طرف دیگر حرکت می‌کند.

در طول پیشرفت عمق یابی، تا نقطه کرانه اندازه گیری می شود.

این روش هم چنین برای فواصل به طور نسبی کوتاه در محیط های دریایی (با این فرض که می‌توان از طریق نشانه‌های ساحلی در یک خط مستقیم حرکت کرد) نیز کاربرد دارد.

در این روش فرض بر این است که قایق هیدروگرافی همواره در امتداد خط واصل بین دو نقطه ساحلی حرکت میکند.

روش اندازه گیری زاویه و مسیر مستقیم در هیدروگرافی

ما در این روش اندازه گیری فاصله از یک نقطه ساحلی به قایق، می‌توان از داخل قایق هیدروگرافی با یک دستگاه سکستانت یک زاویه محاطی را اندازه گرفت.

در این روش های قایق هیدروگرافی در مسیر خط عمق یابی در فواصل زمانی مختلف باید یک زاویه محاطی به دو ایستگاه ساحلی را اندازه‌گیری کند.

یکی از نقاط ساجلی که زاویه نسبت به آن اندازه گیری می شود در روی مسیر حرکت قایق قرار دارد.

مختصات این نقطه از پیش مشخص شده است.

نقطه دیگر باید در چنان فاصله ای قرار گیرد که زاویه قرائت شده آلفا از 30 درجه کمتر نشود.

به طور معمول این روش برای فواصل تا 200 متر مناسب است.

یک دیگر از روش‌های متداول این است که در مسیر ترانزیت ، یک زاویه قائم از داخل قایق نسبت به اشل مدرج مستقر در ساحل اندازه گیری شود.

عملیات اندازه گیری زاویه از داخل قایق در مراحل متوالی است.

این روش برای فواصل کوتاه تر از ۵۰۰ متر کاربرد دارد.

روش ترانزیت اندازه گیری زاویه از ساحل

در این روش به جای اندازه گیری زاویه محاطی از داخل قایق، می توان با اندازه گیری یک زاویه از ساحل، قایق هیدروگرافی را تعیین موقعیت کرد.

این روش یک دستگاه تئودولیت از ایستگاه ساحلی به قایق هیدروگرافی قراول روی می کند و زاویهa1 و a2 و a3 و a4 وغیره را در فواصل زمانی مختلف اندازه گیری می کنند.

این روش فرض بر این است که قایق هیدروگرافی در مسیر خط عمق یابی که با امتداد دو نقطه ساحلی ایجاد شده حرکت می کند.

به این نکته باید توجه داشت که مقدار زاویه تقاطع مسیر خط هیدروگرافی و شعاع زاویه اندازه گیری (زاویه برخورد دو خط موقعیت ترانزیت و زاویه a) از 30 درجه کمتر نباشد.

روش ترفیع در هیدروگرافی

در این روش ترفیع، مشاهده کننده زاویه با دو دستگاه سکستانت از داخل قایق هیدروگرافی به سه نقطه ثابت در ساحل (که به نحو مقتضی مختصات دارند) قراولروی می‌کنند و همزمان دو زاویه محاطی را اندازه می گیرند.
دو زاویه آلفا، بتا داخل قایق به طور همزمان اندازه‌گیری می شوند.
برای ناوبری قایق هیدروگرافی بر روی مسیر از پیش تعیین شده خطوط عمق یابی، می توان از دو علامت ساحلی I و H استفاده کرد. در این روش ، امتداد دو علامت I و H نشان دهنده مسیر حرکت قایق اند.

دسته خطوط عمق یابی

مسیرهای عمق یابی به صورت کمان های از دایره محاطی اند.

با ثابت نگه داشتن یک زاویه اندازه گیری شده می‌توان قایق را در این مسیر هدایت کرد. دسته خطوطی که استفاده می شوند به صورت دوایر مختلف المرکز نشان داده می‌شوند، دست خطوط عمق یابی نام دارند.

افزایش دقت در اندازه گیری زاویه محاطی

ما برای افزایش دقت به طور معمول در اندازه گیری دو زاویه محاطی از داخل قایقی هیدروگرافی برای عمل ترفیع، زوایا از 30 درجه کمتر و 120 درجه بیشتر نباشد.

نحوه ثبت داده ها عمق و زاویه در یک عملیات هیدروگرافی به روش ترفیع نشان می دهد.

روش تقاطع در هیدروگرافی

روش تقاطع، به جای اندازه گیری زوایای محاطی از داخل قایق هیدروگرافی، اندازه گیری ها با تئودولیت هایی از ایستگاه ثابت ساحلی انجام می‌شود.

این روش به طور معمول مرسوم نیست چرا که نبود هم زمانی اندازه‌گیری‌های زوایا در ایستگاه ساحلی و گاهی نبود تقاطع مناسب به خطوط موقعیت در مسیر عمق یابی ، از مشکلات تعیین موقعیت دقیق این در این روش است.

ولی همزمان بودن اندازه گیری حداقل دو زاویه از دو ایستگاه ساحلی (با ترجیح سه زاویه از سه ایستگاه ساحلی) و عملیات عمق یابی از مفروضات این روش است.

انتخاب مناسب ایستگاه های ساحلی برای داشتن زوایای های تقاطع بیشتر از ۳۰ درجه خطوط موقعیت و ارتباطات رادیویی بین عوامل ساحلی و قایق از ضروریات این نوع عملیات نقشه برداری هیدروگرافی است.

دقت تعیین موقعیت

دقت سیستم های تعیین موقعیت به چند عامل ، نظیر روشهای اندازه گیری ، دقت تجهیزات، استحکام شکل هندسی نقاط و محاسبات مربوط بستگی دارد.

مسلم است که برای افزایش دقت در تعیین موقعیت باید تعداد اندازه‌گیری‌ها را افزایش داد تا با استفاده از روش کمترین مربعات به توان به دقت قابل قبول در هر کار نقشه برداری دست یافت.

از آنجا که تکرار اندازه گیری ها در عملیات هیدروگرافی ناممکن است لذا افزایش خطوط موقعیت یکی از روش‌های افزایش دقت است.

با افزایش تعداد خطوط موقعیت می‌توان حل موقعیت را با تحلیل آماری مختصات به ‌دست‌ آمده داشت.

دقت نهایی هر موقعیت به دست آمده از محاسبات و کمترین مربعات از طریق ماتریس-واریانس کوواریانس دقت ها به دست می‌آید.

بیضی خطا نیز برای بیان مقدار خطای محتمل مختصات محاسبه شده مفید است.