پشگفتار:
در گذشته، زمانی که تکنولوژی پیشرفته امروزی وجود نداشت، مردم وبخصوص اشخاصی مانند سیاحان، جهانگردان و …گاهی اوقات در یک گستره جغرافیایی و بخصوص شهرها و کشورهای بیگانه، از مکان دقیق خود با خبر نبودند وحتی گاهی نیز در بیابانها ودریاها مسیر خود را گم می کردند، از سوی دیگر در دنیای قدیم، استفاده از ستارگان، قطب نما وسایر عوامل طبیعی تا اندازه ای راهگشای بشر بوده، ضمن اینکه همه این موارد،بطور کلی انسان عصر گذشته را مورد هدایت و راهنمایی قرار می داد، در حالیکه امروزه پیچیدگی های

جغرافیایی، اعم از بافت شهر، خیابان، و… اصولا زمینه استفاده از اینگونه روشها را تا حد زیادی منتفی و بی معنا کرده است. به هر صورت در شرایط فعلی، با گسترش فناوری های گوناگون، این مشکل توسط یک سیستم ماهواره ای مدرن وپیشرفته، با نام و عبارت(GPS(Global Position Systemکه به معنای سیستم موقعیت یاب جغرافیایی می باشد، رفع شده است. در حقیقت دنیای امروز، دنیایی است که هیچ فردی در آن گم نخواهد شد و همه چیز بر روی تمام نقاط زمین قابل شناسایی است واین قدرت دستیابی به سیستم های شناسایی را ماهواره ها ودر اساس کامپیوترها، در اختیار بشر قرار داده اند.

در این پژوهش ابتدا پس از معرفی این سیستم و سپس بطور اجمالی طرز کار و نحوه استفاده از آن را مورد بررسی قرار می دهیم و در نهایت به گوشه هایی از کاربردهای وسیع این سیستم اشاره می کنیم.
تاريخچه GPS:
GPS داراي تاريخچه و سير تکاملي جالبي مي‌باشد و اخيرا استفاده از آن موجب اکتشافات قابل توجهي شده است. اما قبل از اين که بيشتر راجع به GPS بدانيم، لازم است مختصری در مورد ناوبري(Navigation) بدانيم.

از زمان ماقبل تاريخ مردم سعي مي کردند يک راه قابل اطمينان پيدا کنند که به آنها بگويد کجا هستند و حتي آنها را به جاييکه مي روند راهنمايي کرده و سپس به خانه بازگرداند.
مردمان غارنشين وقتي که براي تهيه غذا به شکار مي رفتند، احتمالا از سنگ‌ها و شاخه هاي کوچک براي علامت‌گذاري مسير خود استفاده مي کردند. ملوانان نيز ابتدا سواحل را به دقت دنبال مي کردند تا از گم شدنشان جلوگيري کنند.

وقتی دریا نوردان اوليه در درياهاي باز(اقيانوس ها) کشتيراني کردند، دريافتند که مي‌توانند مسير خود را با دنبال کردن ستاره‌ها ترسيم کنند. فنيقيهاي باستان از ستاره شمالي براي سفر به مصر و جزيره کرت استفاده مي‌کردند. بر طبق گفته هومر الهه آتنا به اوديسه گفته است که هنگام سفر کردن در جزيره کاليپسو ” دب اکبر را سمت راست خود قرار بده”.
متأسفانه براي اوديسه و ديگر دريانوردان ستاره ها فقط در شب و تنها در شب‌هاي صاف قابل رؤيت هستند.
پيشرفت مهم بعدي در امر ناوبري کشف قطب نماي مغناطيسي و دستگاه زاويه ياب(sextant) بود.
عقربه قطب نما هميشه نقطه شمالي را نمايش مي دهد، بنابراين هميشه دانستن جهت مسيري که در آن حرکت مي‌کنيم را ممکن مي سازد.

GPS چیست؟
سيستم مكان يابي جهاني ( Global Positioning System ) يك سيستم هدايت ( ناوبري ) ماهواره اي اســت و تنها سيستمي مي باشد که امروزه قادر است، موقعيت دقيق شما را بر روي زمين در هر زمان، درهر مکان و در هر هوايي مشخص کند. . این ماهواره ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار قرار داده شده اند. اولین ماهواره GPS در سال ۱۹۷۸ یعنی حدود ۳۵ سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.

این سیستم در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال ۱۹۸۰ استفاده عمومی آن آزاد و آغاز شدوسرانجام در سال ۱۹۹۴ شبکه ای شامل۲۴ ماهواره تشکیل گردیدکه امروزه تعداد آنها به عدد ۲۸ رسیده است.
خدمات این مجموعه در هر شرایط آب و هوایی و در هر نقطه از کره زمین در تمام ساعت شبانه روز در دسترس است. پدید آوردنگان این سیستم، هیچ حق اشتراکی برای کاربران در نظر نگرفته اند و استفاده از آن رایگان است.

دقت بالاي اين سيستم و جهاني بودن آن دليلي بر استفاده از اين سيستم در علوم مختلف مي باشد. اين سيستم از سال ۱۹۸۳ با پرتاب نخستين ماهواره GPS آغاز بکار نمود. با روي کار آمدن سيستم GPS تمام سيستم های قبلي تعيين موقعيت ماهواره اي از قبيل دور بين های بالستيک،داپلر،N.N.S.S ، SLR ،LLR ،LONG-C ،SECOR، به تدريج از دور خارج شدند.GPS يک سيستم عملياتي و هميشه در حال آماده باش است که در تمامي شرايط آب و هوايي دارای کارآيي مي باشد؛ زيرا فرکانس امواجي که توسط ماهواره هاي GPS ارسال مي شوند در حد گيگا هرتز است و شرايط آب و هوايي (مه وباران و نزولات جوي ) اثري روي اين امواج ندارند. اين سيستم در طول ۲۴ ساعت شبانه روز فعال است ودر هر زمان ودر هر مکان که لازم باشد مي توان توسط آن تعيين موقعيت کرد.

روسها نيز سيستمي مشابه GPS با نام GLONASS دارند که البته ازنظر کارآيي و توان عملياتي در حال حاضر به پاي سيستم GPS نمي رسد.البته گيرنده هاي مشترک GPS-GLONASS در حال حاضر در بازار ايران يافت مي شونددرضمن اتحاديه اروپا نيز در حال ساخت يک سيستم تعيين موقعيت ماهواره ای با نام گاليله ميباشد که طبق پيش بيني ها تا سال ۲۰۰۸ آماده بهره برداری و استفاده عموم خواهد شد. طبق ادعای اتحاديه اروپا محدوديت هاي موجود در سيستم GPS در گاليله وجود نخواهد داشت.

ماهواره های GPS :
در حال حاضر سيستم GPS شامل ۲۸ ماهواره فعال است که در مداري به طول ۱۱۰۰۰ مايل دريايي بالاي زمين در حرکت بوده و پيوسته بوسيله ايستگاه‌هاي زميني در سراسر جهان نظارت مي‌شوند.
هرکدام ازاین ماهواره ها که NAVSTAR نیز نامیده میشوند ۲۰۰۰پوند وزن داشته ،دارای صفحات آفتابی به پهنای f=17 هستندوباسرعتي درحدود ۱۰۸ مايل درثانيه به دورزمین میگردند.
این ماهواره ها که کل سطح کره زمين را بطور همزمان پوشش می دهند ، در ۶ مدار بيضي شکل با زاويه ميل ۵۵ درجه نسبت به صفحه استواي زمين به دور زمين می چرخند و در ارتفاع ۲۰۸۰۰ کيلومتری از سطح زمين قرار دارند.زمان يکبار چرخش ماهواره هاي GPS به دور زمين در حدود ۱۲ ساعت نجومي است. به عبارتي در هر ۲۴ ساعت خورشيدي در طول شبانه روز ماهواره دوبار از افق يک محل مي گذرد.همان طور که مي دانيم شبانه روز خورشيدي ۴ دقيقه از شبانه روز نجومي بيشتر است لذا در هر روز نسبت به روز قبل ماهواره ۴ دقيقه زودتر در افق يک محل ثابت طلوع مي کند.

هر ماهواره حدوداً ۱۰ سال فعال مي ماند وجايگزيني ماهواره ها بموقع انجام گشته و ماهواره هاي جايگزين به فضا پرتاب مي گردند . برنامه شبكه GPS هم اكنون تا سال ۲۰۰۶ تنظيم وجايگزيني هاي لازمه ترتيب داده شده اند . مسير گردش ماهواره ها آنها را بين عرض جغرافيايي ۶۰ درجه شمالي و۶۰ درجه جنوبي قرارمي دهد . اين امر به معني آن است كه درهرنقطه از زمين ودرهرزمان مي توان سيگنال هاي ماهواره أي را دريافت نمود. وهرچه به قطبهاي شمال – جنوب نزديك شويم نيز همچنان ماهواره هاي GPS را خواهيم ديد . هرچند دقيقاً در بالاي سرما نخواهند بود واين در دقت وصحت عمل آنها در اين نقاط تاثيرمي گذارد .

انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از ۵۰ وات است. این ماهواره ها نیروی خود راتوسط باتریهای خورشیدی که طولش هرکدامشان ۵٫۵ متر است از خورشید تامین می کنند. همچنین باتری هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می کنند بهمراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهواره ها را در مسیر صحیح نگاه می دارد.
سیستمGPS چگونه کار میکند؟

به وسيله گيرنده های سيستم GPS مي توان هم به روش مطلق و هم به روش نسبي تعيين موقعيت کرد و براي تعيين موقعيت در هر يک از دو روش فوق می توان از روش هاي ايستا (Static) ، متحرک(Kinematics) و نيمه متحرک (Semi-Kinematics) استفاده کرد.
در روش مطلق ، موقعيت نسبي نقطه نسبت به يک نقطه مختصات دار معلوم ((DELTA(X),DELTA(Y),DELTA(Z)) بدست مي آيد. روش تعيين موقعيت نسبي به علت حذف خطاهاي سيستماتيک موجود در اندازه گيري هاي GPS از اهميت خاصي برخوردار است و براي انجام آن نياز به حداقل دو گيرنده GPS مي باشدکه بطور همزمان ماهواره هاي مشترک را مشاهده و اندازه گيري نمايند. منظور از همزماني ، بدين معنی است که شرايط اندازه گيري براي هر دو گيرنده مستقر در ايستگاه های استقرار، يکي با مختصات معلوم و ديگري با

مختصات مجهول،يکسان باشد. از روش تعيين موقعيت نسبي با GPS اکثرا در کارهاي نقشه برداري و گسترش شبکه هاي ژئودزی استفاده مي شود.دقت تعيين مختصات مطلق با سيستم GPS در حال حاضر در بهترين حالت ۳ ± متر مي باشد و دقت تعيين مختصات نسبي با اين سيستم در حد ميليمتر مي باشد.
هر ماهواره GPS بطور مستقل اطلاعات زير را توسط آنتنهای تعبيه شده بر روی بدنه اش به زمين ارسال می نمايد:

۱) امواج حامل
الف) موج حامل (L1) با فرکانس f1=1500 MHZ
ب) موج حامل (L2) با فرکانس f2=1200 MHZ
2)کدهای اطلاعاتي(بصورت دودويي)
الف) کدغير نظامي(کد C/A ) ؛ f=1.023 MHZ
ب) کد دقيق (کد P ) ؛ f=10.23 MHZ
ج) کد سري (کد Y) ؛ f=10.23 MHZ

براي رسيدن به حداکثر دقت و کارآيي GPS توسط يک گيرنده بايد از گيرنده اي استفاده کرد که هر دو موج حامل L1 و L2 و کدهاي فوق را دريافت نموده وقابليت آنتي اسپوفينگ (AS) داشته باشد؛ يعني بتواند کد سري Y را به يک کد P وبالعکس تبديل کند.
۳) پيام ماهواره(Message) با فرکانس f=1500 MHZ که حامل اطلاعات زير مي باشد:
الف) اطلاعات مدار ماهواره که مربوط به موقعيت ماهواره مي شود.

ب) اطلاعات مربوط به زمان
ج) اطلاعات شماره ماهواره
د) اطلاعات مربوط به ضريب دقت آرايش هندسي ماهواره ها (لازم به ذکر است که چنانچه ماهواره ها در افق منطقه مورد نظر باشند نه در بالای سر و يا اگرزاويه هر دو ماهواره با هم ۱۲۰ درجه باشد تعيين موقعيت محل دارای دقت بيشتري خواهد بود.)

مجموعه اطلاعات فوق يعني امواج حامل،کدهاي اطلاعاتي و پيام ماهواره ، همراه يکديگر توسط مدولاسيون فاز بسمت زمين مخابره شده و گيرنده های زميني که قابليت ها و انواع متفاوتي دارند ضمن دريافت مجموعه فوق پس از عمل De Modulation هر بخش را براي منظور خاص خود مورد استفاده قرار می دهد.لازم به ذکر است که بهترين و دقيق ترين گيرنده ، گيرنده ايست که قابليت در يافت کليه اطلاعات ذکر شده در موارد سه گانه بالا را داشته باشد و بتواند هر يک را به طرقي جداگانه دريافت کند و ارزان ترين گيرنده هم گيرنده ايست که تنها قابليت دريافت موج حامل L1 ،کدC/A و پيام ماهواره را دارد.لازم بذکر است که کد C/A فقط بر روی موج L1 مدوله ميشود ولي کد P بر روي هر دو موج وجود دارد.
اما اگربخواهیم عملکرد این ماهواره ها بطور ساده تر را بررسی کنیم به نتایج زیر می رسیم:

سيگنـال هایی که هرماهوارهی GPSارسال میکند شـــــامــل يـــك كد شبه تصادفي Pseudo Random Code ، داده اي بنام ephemeris ويك داده تقويــــمي بنام almanac مي باشد. كد شبه تصادفي مشخص كننده ماهواره ارسال كننده اطلاعات ( كد شتاسايي ماهواره ) مي باشد.

هرماهواره باكدي مخصوص شناسايي مي شود : RPN Random Code Pseudo اين عددي است بين ۱و ۳۲ . اين عدد درگيرنده هر GPS نمايش داده ميشود .دليل اينكه تعداد اين شناسه ها بيش از ۲۸ مي باشد امكان تسهيل درنگهداري شبكه GPS باشد . زيرا ممكن است يك ماهواره پرتاب شود و شروع بكار نمايد قبل از اينكه ماهواره قبلي از رده خارج شده باشد . به اين دليل ازيك عدد ديگر بين ۱و ۳۲ براي شناسايي اين ماهواره جديد استفاده مي شود .

داده Ephemeris دائماً بوسيله ماهوارها ارسال ميگردد وحاوي اطلاعاتي درمورد : وضعيت خود ماهواره ( سالم يا ناسالم ) و تاريخ وزمان فعلي مي باشد . گيرنده GPS بدون وجود اين بخش از پيام درمورد زمان وتاريخ فعلي دركي ندارد . اين بخش پيام نكته اساسي براي تعين مكان مي باشد.
Almanac داده أي را انتقال مي دهد كه نشان دهنده اطلاعات مداري براي هرماهواره وتمام ماهوارهاي ديگر سيستم مي باشد .
حال ميتوان شيوه كار GPS را بهتر بررسي كرد . هرماهواره پيامي را ارسال مي كند كه بــطور ســــــاده مي گويد :

من ماهواره شماره X هستم ، موقعيت فعلي من Y است ، و اين پيام در زمان Z ارسال شده است.
هر چند كه اين شكل ساده شده پيام ارسالي است ولي مي تواند كل طرز كار سيستم را بيان نمايد . گيرنده GPS پيام را مي خواند و داده هاي almanac و ephemeris را جهت استفاده بعدي ذخيــره مي نمايد . اين اطـلاعـات مي توانند براي تصحيح و يا تنظيم ساعت دروني GPS نيز به كار روند .
با تبادل با چهار ماهواره و يا بيشتر يك GPS مي تواند موقعيت سه بعدي مكان خود را تعيين نمايد كه شامل طول و عرض جغرافيايي و ارتفاع مي باشد . با انجام پشت سر هم اين محاسبات ، GPS مي تواند سرعت و جهت حركت خود را نيز به دقت مشخص نمایید

امروزه در بعضی مکان های ايران قادر به دريافت اطلاعات تا ۱۰ ماهواره می باشيم و حداقل به ۴ تا ۵ ماهواره در هر زمان از شبانه روز و در هر مکان دسترسي داريم.هر قدر تعداد ماهواره های قابل مشاهده بيشتر شود معادلات اساسی تعيين موقعيت بيشتر خواهند شد و بنابراين زمان لازم براي تعيين موقعيت يک نقطه کاهش يافته و دقت تعيين موقعيت نيز افزايش خواهد يافت.

نکته مهمي که مي بايست مورد توجه قرار گيرد اينست که ارتفاعي که GPS به ما مي دهدبا ارتفاع موجود در نقشه ها و اطلس ها فرق ميکند.ارتفاع GPS نسبت به سطح مبنايي بنام بيضوي مقایسه یا سطح ژئوئید است در حالي که ارتفاع موجود در نقشه ها ارتفاع اورتومتريک مي باشدکه از سطح درياهای آزاد محاسبه مي گردد.مقدار اختلاف این دو مقیاس در بیشترین حالت حدود ۱۰۰ متر است.

يكي از عواملي كه بر روي دقت عمل يك GPS اثــر مي گذارد . شكل قرار گرفتن ماهواره ها نسبت به يكديگر مي باشد . (از نقطه نظر GPS )
اگر يك GPS با چهار ماهواره تبادل نمايد و هر چهار ماهواره در شمال و شرق GPS باشند طرح و هندسه اين ماهوارها براي اين GPS بسيار ضعيف ميباشد و شايد GPS قادر نباشد مكان يابي نمايد. زيرا تمام اندازه گيريهاي فاصله در يك جهت عمومي قرار دارند. مثلث سازي ضعيف است وناحيه مشترك بدست آمده ازاشتراك اين مسافت سنجي ها وسيع مي باشد ( مكاني كه GPS براي مكان خود تصورمي كند بسيار وسيع مي باشد ودر نتيجه تعيين دقيق محل آن ممكن نيست ) دراين موقعيتها حتي اگر GPS مكان يابي را انجام دهد

وموقعيتي راگزارش نمايد دقت آن نمي تواند زياد خوب باشـــــــد ( كمتر از۵۰۰-۳۰۰ فيت ). اگر همين چهارماهواره درچهارجهت ( شمال ، جنوب ، شرق ، غرب ) وبا زواياي ۹۰ درجه قرارداشته باشند طرح اين چهار ماهواره براي GPS مزبور بهترين حالت مي باشد چراكه جهات مسافت سنجي چهار جهت متفاوت و نقطه اشتراك اين مسافت سنجي ها بسيار كوچك مي باشد وهرچه اين نقطه اشتراك كوچكتر باشد به معني آن است كه بيشتر به نقطه واقعي حضورخود نزديك شده ايم . دراين موقعيت دقت عمل كمتر از۱۰۰فيت مي باشد .

طرح وهندسه قرارگرفتن ماهواره ها هنگاميكه GPS نزديكي ساختمانهاي بلند، قلل كوهها ، دره هاي عميق ويا در وسايل نقليه قرارگرفته باشد به مساله مهمتري تبديـل مي گردد.اگر مانعي در رسيدن سيگنالهاي بعضي از ماهواره ها وجود داشته باشد GPS مي تواند از بقيه ماهواره ها بـــراي مكان يابي خود استفاده نمايد. هرچه اين موانع بيشتر و شديدتر شوند مكان يابي نيز مشكل تر مي گردد .

يك گيرنده GPS نه تنها ماهواره هاي قابل استفاده را تشخيص مي دهد بلكه مكان آنها را درآسمان نيز تعيین مي كند . ( ارتفاع و زاويه ) منبع ديگرايجاد خطا ” چند مسيري ” مي باشد .” چند مسيري” نتيجه انعكاس سيگنال راديويي به وسيله يك شي مي باشد . اين پديده باعث ايجاد تصاوير سايه دار در تلويزيونها مي گردد هر چند در آنتنهاي جديد اين شكل به وجود نمي آيد ، اين پديده در آنتنهاي رو تلويزيوني قديمي به وجود مي آمد.

بروز اين اختلال براي GPS ها به اين شكل است كه امواج بعد از انعكاس به وسيله اشياء ( مانند ساختمانها يا زمين ) به آنتن GPS برسند . در اين صورت سيگنال مسير بيشتري را تا رسيدن به آنتن GPS طي مي كند و اين باعث مي شود كه GPS فاصله ماهواره را بيشتر از آنچه هست محاسبه نمايد. كه باعث ايجاد خطا در مكان يابي نهايي مي گردد. در صورت بروز اين اختلال تقريباً ۱۵ فيت بر خطاي نهايي افزوده مي شود .منبع ديگري نيز براي ايجاد خطا ممكن است وجود داشته باشند . افزايش تاخير ( delay ) به دليل اثرات جوي نيز مي تواند برروي دقت كار اثر بگذارد . همچنين خطاهاي ساعت داخلي GPS . در هر دو اين موارد گيرنده GPS طوري طراحي شده است كه اين اثرات را جبران نمايد . ولي خطاهاي كوچكي بر اساس همين اثرات همچنان بروز خواهند كرد .

در عمل ، دقت كار يك GPS غير نظامي معمولي ، با توجه به تعداد ماهواره هاي تبادلي و طرح قرار گرفتن آنها بين ۶۰ تا ۲۲۵ فيت مي باشد. GPS هاي پيچيده تر و گرانتر مي توانند با دقتهايي در حد سانتيمتر كاركنند . ولي دقت يك GPS معمولي نيزمي تواند به كـــمك پـــردازشي بـــه نـــام DGPS Differential GPS به حدود ۱۴ فيت يا كمتر برسد .سرويسهاي DGPS با هزينه كمي قابل اشتراك مي باشند . سيگنال تصحيحات DGPS توسط سازمان Army Corps Of Engineers و از ايستگاههاي مخصوص ارسال مي گردد . اين ايستگاهها در فركانس KHZ .325- 283.5 كار مي كنند تنها هزينه استفاده از اين سرويس خريدن يك دامنه از اين سيگنالها مي باشد . با اين كار يك گيرنده ديگر به GPS ما متصل مي شود ( از طريق يك كابل سه رشته اي ) و عمل تصحيح را طبق يك روش استاندارد به نام ( RTCM SC-104 ) انجام مي دهد . اشتراك سرويسهاي DGPS از طريق امواج راديويي FM نيز ممكن مي باشد .
ایستگاههای زمینی سیستم GPS :

در قسمت بالا درباره بخش فضايي سيستم GPS صحبت شد؛حال به سراغ بخش کنترل زميني اين سيستم مي رويم : اين بخش شامل ايستگاههاي کنترل زميني است که داراي مختصات معلوم هستند و موقعيت آنها از طريق روشهاي کلاسيک تعيين موقعيت نظير روش VLBI (تعيين فواصل بلند توسط کوازارها)و روش SLR (فاصله سنجي ماهواره اي با امواج ليزر ) بدست آمده است. اين ايستگاه ها وظيفه تعقيب ومشاهده شبانه روزي ماهواره های GPS را بر عهده دارند . اين بخش بوسيله محاسبات رياضي پيچيده از طريق محاسبه معادله پلي نوميال (Polynomials) رياضی بطريق کمترين مربعات ، پارامترهاي مداري (افمريزها)و موقعيت ماهواره ها را نسبت به يک سيستم مختصات ژئودتيک ژئوسنتريک (مبدا سيستم مختصات تقريبا در مرکززمين قرار دارد.) محاسبه مي نمايد.

تعداد اين ايستگاههای زميني ۵ عدد است که ايستگاه اصلي با نام کلرادو اسپرینگ در آمريکا قرار داردو ۴ ايستگاه فرعی ديگر در نقاط ديگر کره زمين مستقر هستند. آخرين بخش از سيستم GPS ، قسمت USER يا کاربران سيستم مي باشد که خود شامل دو بخش است:

الف) آنتن دريافت کننده اطلاعات ارسالي از ماهواره ها
ب ) گيرنده(پردازش کننده اطلاعات دريافتي و تعيين کننده موقعيت محل آنتن)
نرم افزار و ميکروپروسسور داخل گيرنده فاصله بين آنتن زميني تا ماهواره هاي مرتبط با گيرنده ه را تعيين مي کند سپس با استفاده از حداقل ۴ ماهواره موقعيت X وY و ارتفاع محل استقرار آنتن يا همان گيرنده تعيين ميشود.
گيرنده های GPS به دو دسته اصلي تقسيم مي شوند :
الف) گيرنده های نظامي
ب ) گيرنده های غير نظامي

گيرنده هاي غير نظامي فقط مي توانند افمريزهاي ارسالي روی کد C/A را از ماهواره دريافت کنند ،لذا تعيين موقعيت مطلق توسط اين دسته از گيرنده ها ضعيف مي باشد.(در حدود ۳ تا ۵ متر).اما گيرنده های نظامي که اکثرا در اختيار ارتش آمريکا و کشورهاي عضو پيمان ناتو مي باشد قادر هستند که پارامترهاي ارسال شده بوسيله کد P (پارامترهاي دقيق) را نيز علاوه بر کد C/A استفاده کنند. دقت تعيين موقعيت با چنين گيرنده هايي بسيار بالاست و در حال حاضر استفاده از کد P وکد Y که مشکل تر از کد P است صرفا در اختيار نظاميان

آمريکايي مي باشد.البته از سال ۲۰۰۰ دقت سيستم GPS غير نظامي با توجه به حذف خطاي SA که وزارت دفاع آمريکا آن را عمدا همراه ساير موج ها از ماهواره هاي GPS به سمت گيرنده هاي غير نظامي ميفرستاد ، دقت تعيين موقعيت با گيرنده های دستي معمولي به ۳ تا ۵ متر رسيده است.البته براي کارهاي دقيق ژئودزي و نقشه برداري با استفاده از گيرنده هاي دو فرکانسه(تفاضلي) به شيوه تعيين موقعيت نسبي ميتوان به دقت در حد ميليمتر دست پيدا کرد. البته همين دقت ۳ تا ۵ متر گيرنده هاي دستي عادي هم نيازهاي عمومي ناوبری(کوهنوردي و….) را بخوبي تامين ميکند.

کاربردهای GPS
GPS ها داراي كاربردهاي متنوعي در زمين ، دريا و هوا مي باشند ، اساساً GPS هر جايي قابل استفاده است مگر در نقاطي كه امكان وصول امواج ماهواره درآنها نباشد مانند داخل ساختمانها ، غارها ونقاط زيرزميني ديگر و يا زير دريا ، كاربردهاي هوايي GPS در رهيابي براي هوانوردي تجاري ميباشد . در دريا نيز ماهيگيران ، قايقهاي تجاري ، ودريا نوردان حرفه أي از GPS براي رهيابي استفاده ميكنند .

استفاده هاي زميني GPS بسيار گسترده تر مي باشد . مراكز علمي از GPS براي استفاده از قابليت و دقت زمان سنجي اش واطلاعات مكاني اش استفاده مي كنند . نقشه برداران از GPS براي توسعه منطقه كاري خود بــــهره مي گيرند . سايتهاي گرانقيمت نقشه برداري دقتهايي تا يك متر را فراهم مي آورند . GPS ها علاوه بر صرفه جويي دقتهاي بهتري را براي اين سايتها به ارمغان مي آورند . استفاده هاي تفريحي از GPS نيز به تعداد تمام ورزشهاي تفريحي متنوع است . به عـنوان مثال براي شكارچيان ، برف نوردان ، كوهنوردان وسياحان و…
در نهايت بايد گفت هركسي كه مي خواهد بداند كه دركجا قراردارد ، راهش به چه سمتي است ، ويا با چه سرعتي درحركت است مي تواند از يك GPS استفاده كند .

در خودروها نيز وجود GPS به امري عادي بدل خواهد شد.سيستم هايي درحال تهيه است تا دركنار هر جاده اي با فشار دادن يك كليد موقعيت به يك مركز اورژانس انتقال يابد . ( بوسيله انتقال موقعيت فعلي به يك مركز توزيع ) سيستم هاي پيچيده ديگري موقعيت هر خودرو را دريك خيابان ترسيم مي كنند اين سيستمها به راننده بهترين مسير براي رسيدن به يك هدف خاص را پيشنهاد مي كنند . در کشورهای توسعه یافته از این سیستم جهت کمک به راهبری خودرو، کشتی و انواع وسایل نقلیه بهره گیری می شود.
می توان از GPS مسیر نزدیکنرین پمپ بنزین، تعمیرگاه و یا ایستگاه قطار را سوال نمود و مسیر پیشنهادی را دنبال کرد. دقت مکانیابی این سیستم در حد چند متر می باشد، که بسته به کیفیت گیرنده تغییر می کند

پيش بيني زلزله ازدیگرکاربردهایGPS است. (در حال حاضر براي پيش بيني زلزله بيش از ۱۲۰۰ GPS در ژاپن نصب شده و همچنين فقط در اطراف شهر لس آنجلس آمريکا ،۲۵۰ GPS در حل اندازه گيري و فعاليت ۲۴ ساعته هستند.)
از دیگر کاربردهای این سیستم بطور فهرست وار میتوان به موارد زیر اشاره کرد:کاداستر ، کنترل امور مربوط به حمل و نقل و ترافيک ، کنترل حرکات تکتونيکي زمين ، کنترل جابجايي سدها و برج هاي بلند، پيش بيني وضع هوا (از طريق اندازه گيري ميزان انرژی موج فرستاده شده از سوي GPS پس از عبور از لايه هاي جو و ابرهاي موجود در منطقه مورد نظر) ، هيدروگرافي(آبنگاري) ، تعيين موقعيت سکوهاي دريايي نفتي،تعيين موقعيت جزيره هاي مرجاني، مين يابي ، SCAN کردن دريا ، بروز رساني سيستم هاي تعيين موقعيت اينرشيال ، استفاده جهت کنترل ماهواره هاي سنجش از دور(Remote Sensing) وکاربردهای وسیع نظامی و…

(یک نکته که باید هنگام استفاده از این سیتم حتما مورد توجه قرار گیرد این است که در زمان هايي که احتمال ارسال امواج پارازيت برروي گيرنده هاي GPS مي رود به هيچ عنوان نمی توان روی داده های ارائه شده توسط گيرنده هاي غير نظامي حساب باز کرد.)
در نهایت این نکته قابل ذکر است که با توجه به نزول شدید بهای گیرنده های این سیستم، و افزایش امکانات آنها، این تکنولوژی در آینده نزدیک بیش از پیش در اختیار همگان قرار خواهد گرفت.
چندنمونه از تصاویر حاصل از سیستم GPS

گزارش تکثیر نقاط GPS :
• این دانشجو در برداشت وتکثیر نقاط مختصات دار در حوالی روستای آرادان دراستان سمنان برای ایجاد ایستگاه های نقشه برداری به منظور برداشت مسیر ایجاد کرده نحوهً این تکثیر به این روش می باشد که سه عددGPS تک فرکانسه رابرای تعیین موقعیت رابرروی نقاطی که با بتن علامت گذاری نموده را مستقر کرده که باید یکی از این سه ایستگاه دارای مختصات معلوم باشد تا به روش تفاضلی نقاط مختصات دار شوند سپس طبق طرحی که از قبل درکارگاه تنظیم شده یکی از دستگاهها(GPS) ثابت بوده ودودستگاه را به نقاط بدون مختصات منتقل میکنیم این عملیات تا ۳۵ نقطه انجام گرفت وادامۀ آن برای وقت دیگری موکول گردید سپس با استفاده از برنامۀ LGO که مخصوص دستگاه های لایکا بوده ونیز توانایی دریافت فرمت عمومی نیز میباشد که با استفاده از این برنامه مشاهدات انجام گرفته تخلیه و محاسبه شده تا برای استقرار دوربین برروی این نقاط اماده بوده تا بتوانیم این نقاط رابرروی سطح بیضوی داشته باشیم واز انجایی که این اندازهگیری ومشاهده برروی سطح بیضوی است انها بااندازه گیری برروی سطح زمین دارای اختلاف در X,Y می باشد که این اختلاف کاملا قابل اندازه گیری وسرشکنی می باشد.
مسئلۀ اصلی دراندازه گیری باGPS نحوه کار با نرم فزار حذف خطاها میباشد.این پروژبرای بررسی برطرح داده شده ازطرف راه وترابری برای ایجاد یک مسیر(اتوبان) از سمنان به اصفهان میِ باشد مسافت ان ۲۰۰Km است.
بخش دوم کاداستر
فصل اول
در اين جزوه تعاريف اوليه و رسمي از زمين ، محدوده ، قطعه زمين ، ثبت و كاداستر و همچنين تعاريف توابع مديريت زمين ، سيستم اطلاعات زميني ، انواع سيستم هاي ثبتي و انواع سيستم هاي كاداستري از اهداف پيش بيني شده در اين فصل مي باشد.
با توجه به اينكه هدف بررسي ساختار يك نظام كاداستر بوده است لذا مطالبي راجع به مزاياي ثبت قطعه زمين و كاداستر ، بستر سازي براي ايجاد يك نظام كاداستر ، عمليات نقشه برداري و بررسي خطا و دقت در روش هاي مختلف تهيه نقشه ارائه گرديده است
– تعريف كاداستر
بنا به تعريف مجمع علوم رياضيات وفيزيك وابسته به شوراي تحقيقات ملي آمريكا ، كاداستر را مي توان بعنوان اطلاعات مربوط به منافعي كه از زمين حاصل ميشود تعريف كرد كه دراين حالت ماهيت ، شدت و دامنه آن منافع مد نظرميباشد.
بنا به تعريف سازمان بين المللي نقشه برداري ((FIG ، كاداستر را مي توان فهرست مرتب شده اي از اطلاعات قطعات زمين ، در داخل مرز جغرافيائي يك كشور يا يك منطقه دانست كه با نقشه برداري از حدود قطعات شروع مي گردد. سپس ساير مشخصات مورد نياز مانند حقوق ملكي ، كاربري ، اندازه و ارزش به نقشه بزرگ مقياس قطعات ضميمه شده و به طور رسمي به ثبت مي رسد. به بيان ديگر كاداستر در وحله اول پاسخي به سوالات كجا و چه قدر در سيستم ثبت قطعات مي باشد.
بنا به تعريف واحد تحقيقات امور فتوگرامتري طرح كاداستر ، در ارتباط با قطعه زمين، كاداستر به معني مشخص كردن هر نوع حد و حصر در چهار چوب قانون اساسي هر كشوري بوده و بنابراين با توجه به بافت اقليمي، فرهنگي، اجتماعي ، اقتصادي و صنعتي هركشوري به روشهاي متفاوتي قابل تعريف و اجرا خواهد بود.

تعاریف اصطلاحات در كاداستر
۱- زمين :
زمين يا ارض (Earth ) براي انسان برحسب نظر و منافع او و در هر زمانـــي مفاهيم متعددي را مجسم مي سازد. بنا به تعريف پرفسورهنسن – استاد دانشگاه هانوفر: زمين ( Land) بعنوان ناحيه اي ازسطح كره زمين به همراه آب ، خاك ، صخره ها، معادن ، هيدروكربنها، وهواي بالاي آن گفته مي شود. همچنين اين ناحيه سطوح پوشيده ازآب و درياها را نيز در برمي گيرد.
۲-محدوده :
محدوده ، سطح پيوسته اي از كره زمين ميباشد كه بنا به قوانين عرفي جامعه به كاربرد خاصي اختصاص يافته و بشر در قالب يكسري مقررات و قوانين درآن زندگي يا كار ميكند. ازنقطه نظر نظام مالكيتي اين محدوده به قطعه زمين ( parcel) معروف است.
۳- قطعه زمين( parcel) :
قطعه زمين از نقطه نظر حقوقي سهم معين وپيوسته اي ازسطح زمين است كه در آن حقوق ملكي و علاقه واحد و يكنواختي وجود داشته باشد. مرز بين قطعات در روي زمين بوسيله تعاريف توصيفي و عمليات نقشه برداري معين مي شود.
بنا به تعريف پروفسور هنسن يك قطعه زمين (Parcel) محدوده اي پيوسته ازسطح كره زمين است كه داراي حقوق بهره گيري ملكي منحصر به فردي
مي باشد. يك قطعه زمين بر روي نقشه، توسط خطوطي شكل مي گيرد كه محدوده اي را احاطه كرده و از نقطه نظر هندسي داراي هويت منحصر به فرد باشد .
بنا به تعريف كارشناسان كاداستري سازمان ملل ، قطعه زمين بعنوان يك واحد مكاني پايه شناخته شده و ناحيه اي از زمين است كه هويت كاملاً مجزايش توسط حدود قانوني، پرداخت ماليات مربوطه و يا كاربرد آن تعريف ميشود.

۴- لزوم مديريت بر روي زمين :
زمين بعنوان زيستگاه ومحل فعاليت ومنبع تمام نيازهاي بشري داراي بالاترين اهميت در زندگي انسان ميباشد. هرگونه برنامه ريزي درخصوص زمين مستلزم داشتن اطلاعات راجع به پديده ها، مظاهر و متعلقات زميني ميباشد . جمع آوري اين اطلاعات مقوله اي است كه درنهايت به مديريت دريك سيستم اطلاعات زميني منتهي خواهد گشت . ساماندهي اين اطلاعات وبهره برداري و دستيابي به آن نياز به سيستمي جامع و منسجم خواهد داشت كه در دنيا به سيستم اطلاعات زميني معروف مي باشد.

۵- سيستم اطلاعات زميني :
سيستم اطلاعات زميني يا (Land Information System) LIS زيرمجموعه اي از فناوري GIS بوده كه بر طبق تعريف فدراسيون بين المللي نقشه برداري ( F I G ) ، ابزاري براي تصميم گيري هاي قانوني ، مديريتي ، اقتصادي و اجتماعي بوده و عنصر اصلي در برنامه ريزي و توسعه مي باشد . اين سيستم ازيك سوي شامل يك پايگاه داده مي باشد كه حاوي اطلاعات توضيحي و فضائي زمين مرجع بوده و از سوي ديگر شامل روال ها و تكنيكهاي جمع آوري ، به هنگام سازي ، پردازش و توزيع داده ها مي باشد.
مبناي سيستم اطلاعات زميني وجود يك سيستم مختصات همگن مكان مرجع و نيز توابع مديريت مربوط به زمين مي باشد كه ارتباط داده هاي مربوط به زمين را آسان مي كند ۰
۶- توابع مديريت زمين:
توابع مديريت زمين دريك سيستم اطلاعات زميني بنا به تعريف ، كليه فعاليتهائي است كه جهت جمع آوري ، آماده سازي ، سازماندهي ، ذخيره سازي ، بازيابي و نگهداري اطلاعات مربوط به زمين صورت مي پذيرد. اين فعاليت ها بطوركلي به اصل تصدي وتصرف زمين ، تخصيص منابع ، بهره برداري و نظارت بر محيط زيست مي پردازند. در يك تقسيم بندي كلي توابع مديريت زمين به چهار رده ذيل تقسيم مي گردد.
۱-۶) توابع مديريت حقوقي : توابعي هستند كه در امرحقوق رسمي تصدي زمين و املاك و نيز سازماندهي برنامه هاي اصلاحات زمين و ثبت آن فعاليت مي نمايند.
۲-۶) توابع مديريت مالي : توابعي با دامنه اقتصادي و بهرده برداري مالي از زمين بوده و هدف اصلي فعاليت آنها ارزش و بهاء زمين مي باشد.
۳-۶) توابع مديريت كاربري : توابعي با دامنه فعاليت كلان درخصوص تعديل و توسعه كاربري زمين و مسائل محيط زيست بوده و به توابع مديريت تعديلي نيزمعروف مي باشد.
۴-۶)توابع مديريت اطلاعاتي : توابع كلي كه درخصوص تامين اطلاعات مكان مرجع براي فعاليت هاي مرتبط با اداره زمين عمل كرده و يك جزء مكمل براي سه مولفه فوق محسوب مي شود.
اين نوع اطلاعات جامع مكان مرجع كه باعث تعريف دقيق رياضي قطعات
مي شود در نظامي به نام كاداستر تعريف خواهند شد.
به بيان ديگر كاداستر به معني ثبت جزئي ترين تا كلي ترين اطلاعات گوناگون درباره قطعه زمين و بررسي همزمان اطلاعات مرتبط در سريعترين زمان ممكن ، براي اخذ بهترين تصميم گيري و اجراي منطقي ترين عمل در ارتباط با گذشته ، حال و آينده مي باشد.
انواع كاداستر
ازآنجاكه كاداستر به نظامي اطلاق ميشود كه هدف آن تعيين محدوده هاي تعريف شده به همراه اطلاعات توصيفي محدوده ها مي باشده و با توجه وجود انواع محدودها مانند: محدوده قطعات زمين ، محدوده جغرافيائي ، محدوده طبيعي و محدوده مرزهاي سياسي ، لذا كاداستر نيز به انواع مختلفي به شرح ذيل تقسيم خواهد شد.
۱) كاداسترملكي ياحقوقي (Legal Cadastre)
بنا به تحقيق كميته علمي طرح كاداستر كشور، كاداستر ملكي به نظامي اطلاق ميشود كه با بهره گيري از خدمات فني ( نقشه برداري و درحال حاضركامپيوتر) و همچنين خدمات ثبتي و حقوقي تشكيل گرديده و اين نظام بر كليه مسائل هندسي و حقوقي املاك به منظور تثبيت و تحكيم مالكيت اشراف و حاكميت پيدا مي كند. لذا با توجه به ماهيت املاك به دو دسته كاداستر ملكي شهري و كاداستر ملكي زراعي به ترتيب زير تقسيم ميگردد۰
۱-۱) كاداستر ملكي شهري
دراين نوع كاداسترهدف تعيين موقعيت و ثبت مستقلات ، مستحدثات و معابر موجود در محدوده شهرها بوده و نظر به ارزش ، اهميت و تراكم اراضي شهري ، روش هاي دقيقي براي تهيه نقشه قطعات در آن به كار مي رود.