احداثيات نظام الرصد العالمي
من اجل وصف حركة القمر الصناعي وتشكيل معادلات القياس وتفسير النتائج فان ايجاد جمل احداثيات مناسبة بشكل جيد له اهمية جوهرية .
وان ازدياد دقة طرق القياس المستخدمة يستلزم زيادة في دقة جمل الاحداثيات المرجعية
منذ ان اصبح استخدام النظام العالمي للرصد GPS كجهاز ملاحي ومساحي واسع المجال فقد تزايد طلب المتخصصين في علم المساحة لمحاولة فهم اساسيات كيفية انتساب المواقع المحددة بواسطة النظام العالمي للرصد GPS الي انظمة الخرائط المعتادة الشائعة الاستخدام .
ان تحديد او تعيين موقع ما باستخدام النظام العالمي للرصد وتحديد المواقع يحقق هدفا اساسيا للمساحة الجيوديسية الا وهو تعيين الموقع المطلق بنفس الدقة لجميع النقاط علي سطح الارض
اما عند استخدام الوسائل التقليدية الجيوديسية والمساحية فأن تعيين احداثيات المواقع يكون دائما منسوبا الي نقطة بداية العمل , وتعتمد الدقة الناتجة الحداثيات المواقع علي المسافة بين هذه المواقع ونقطة بداية العمل . لذلك فأن نظام الرصد العالمي GPS يتيح مميزات هامة من حيث الدقة بالمقارنة بالوسائل المساحية التقليدية
ان علم المساحة الجيوديسية يعتبر اساسا لنظام الرصد العالمي GPS وبالتالي فقد اصبح النظام العالمي للرصد اداة عظمي لتطبيقات المساحة الجيوديسية وهذا يبدو واضحا اذا نظرنا الي اهداف المساحة الجيوديسية
اهداف المساحة الجيوديسية :
1- انشاء وصيانة الشبكات الاساسية الجيوديسية المحلية والعالمية ثلاثية الابعاد علي سطح الارض , مع الاخذ في الاعتبار طبيعة التغيير الزمني لهذه الشبكات زالذي ينشأ نتيجة لحركة الارض .
2- قياس وتمثيل الظواهر الدياميكية الارضية مثل الحركة القطبية وظاهرة المد والجزر وحركة القشرة الارضية ودوران الارض
3- تعيين مجال الجاذبية الارضية متضمنا التغييرات المؤقتة
وعلي الرغم من ان معظم مستخدمي الانظمة المساحية من الممكن الا يقومو ابدا بتنفيذ اي م الاعمال المذكورة سابقا فأنه من الضروري لمستخدمي اجهزة ومعدات نظام الرصد العالمي GPS ان يكون لديهم فهم عام لعلم المساحة الجيوديسية
نظم الاحداثيات :
1- نظم الاحداثيات الجغرافية :
تعرف النقطة بثلاث احداثيات الاولي : تمثل خط العرض المار بالنقطة والثانية : تمثل خط الطول المار بالنقطة والثالثة : تمثل ارتفاع النقطة عن مستوي سطح البحر
:زاوية خطوط العرض للنقاط علي سطح الارض وتبدأ من خط الاستواء 0ْ - 90ْ
: زاوية خطوط الطول للنقاط علي سطح الارض وتبدأ من خط جرينتش 0ْ - 360 ْ
: ارتفاع النقطة عن مستوي سطح البحر
نظام الاحداثيات الفراغية :
تعرف النقطة بثلاث احداثيات الاولي : تمثل اسقاط القطة علي المحور السيني والثانية تمثل اسقاط النقطة علي المحور الصادي والثالثة تمثل اسقاط النقطة علي المحور العمودي .
س : خط واصل بين مركز الارض زنقطة تقاطع مستزي خط الطول الرئيس جرينتش مع مستوي خط الاستواء .
ص: محور عمودي علي محور س وفي نفس المستوي الافقي
ع : محور عمودي علي المستوي الافقي الذي يحتوي محوري س , ص ويصل هذا المحور بين مركز الارض والقطبين الشمالي والجنوبي
مواصفات نظامي الاحداثيات الفراغية العالمية WGS75 و WGS84
علاقات التحويل بين نظم الاحداثيات الجغرافية والفراغية :
1- علاقات التحويل من نظام الاحداثيات الجغرافية الي نظام الاحداثيات الفراغية :
نظام الاحداثيات المستخدم في نظام الرصد العالمي GPS :
كوكب الارض يبدو في مجمل شكله عند رؤيته من الفضاء الخارجي علي شكل كرة منتظمة الشكل ولكن في الحقيقة الامر فأن شكل كوكب الارض الحقيقي اقرب الي الشكل البيضاوي غير المنتظم
كما ذكر سابقا فأن معطيات نظام الرصد العالمي GPS يجب ان تكو علي شكل احداثيات مكانية للنقاط الارضية لتحديد موقعها ومن المنطلق ونتيجة لهذه الحقيقة فان نظام الرصد العالمي GPS يستخدم نظام احداثيات جيوديسية مبني علي اساس ان شكل الارض عبارة عن قطع ناقص بيضاوي (البسويد ELLIPSID) وهو مايعرف باسم الاسفرويد SPHERID وهو :
الاسفرويد :
مجسم ينشأ عن دوران الالبسويد حول محور الاصغر ( المحور الاصغر يصل بين القطبين الشمالي والجنوبي ) وهو عبارة عن كرة مفلطحة الشكل عند القطبين
ويوجد العديد من اشكال الالبسويد او العديد من التعريفات الرياضية لسطح الارض وهذه الاشكال ناتجة عن دراسات متعددة سطح الارض من قبل العديد من علماء الجيوديسيا الفيزيقة ومحاولة كل منهم الوصول الي اقرب شكل البسويد يماثل شكل الارض الحقيقي وهذا الالبسويد ليس جسما ماديا ولكن يتم تحديد خصائصه وشكله رياضيا
ان الالبسويد المستخدم في النظام العالمي لتحديد المواقع GPS يعرف باسم النظام الجيوديسي العالمي والذي تمت دراسته وتحديد معادلته وخصائصه الرياضية من قبل العلماء الامريكين عام 1984 (WGS 84)
تحديد النقاط علي سطح الارض :
اي نقطة علي سطح الارض يمكن تعيين موقعها باستخدام دائرة خط العرض الجغرافي ودائرة خط الطول الجغرافي المارين بهذه النقطة وكذلك ارتفاعها عن مستوي سطح الالبسويد .
ومع ظهور نظام الرصد العالمي وتطور نظام الاحداثيات اصبح من الممكن تعيين موقع اي نقطة علي سطح الارض بواسطة نظام الاحداثيات المتعامدة ( النظام الكارتيزي) حيث تستخدم هذه الطريقة مسافات في اتجاه المحاور المتعامدة (X-Y-Z) تبدأ من نقطة الاصل او مركز الالبسويد ( مركز الارض) وهذه هي الطريقة المستخدمة اساسا في نظام الرصد العالمي GPS لتعيين موقع اي نقطة علي سطح الارض او في الفضاء
انظمة الاحداثيات المحلية :
كما في حالة الاحداثيات المعينة بواسطة نظام الرصد العالمي لتحديد المواقع GPS فأن الاحداثيات المحلية او الاحداثيات المستخدمة في نظام خرائط اي دولة تكون مبنية ومؤسسة علي شكل الالبسويد المحلي او الاحداثيات المستخدمة في نظام خرائط اي دولة تكون مبنية ومؤسسة علي شكل الالبسويد المحلي المختار لهذه الدولة والذي يتم تصميمه رياضيا ليتماشي مع شكل الجيويد في هذه المنطقة , وعادة فان هذه الاحداثيات يتم اسقاطها علي سطح مستوي لتعطي شبكة خطوط الاحداثيات المتعامدة ان اشكال الالبسويد المستخدمة في معظم انظمة الاحداثيات المحلية في جميع انحاء العالم تم تحديدها وتعريفها الالبسويد المستخدمة في معظم انظمة الاحداثيات المحلية في جميع انحاء العالم تم تحديدها وتعريفها منذ سنوات عديدة قبل اتراع الاساليب الفضائية ,
وعلي الرغم من ان اشكال الالبسويد المستخدمة تبدو ملائمة ومناسبة للمناطق ذات الاهمية بدرجة جيدة الا انه لا يمكن تطبيقها في مناطق اخري من سطح الارض . لذلك قامت كل دولة بتحدبد نظام خرائطها وتحديد اطار مرجعي لشكل الالبسويد المحلي للدولة .
عندما يتم استخدام نظام الرصد العالمي لتحديد المواقع GPS فأن حساب احداثيات المواقع يكون مؤسسا عليشكل الالبسويد العالمي (WGS84) اما الاحداثيات الموجودة فعلا فتكون محسوبة عادة في نام الاحداثيات المحلي ولذلك فان الاحداثيات المستنتجة بواسطة نظام الرصد العالمي لتحديد المواقع GPS يجب ان يتم تحويلها من نظام الالبسويد العالمي الي النظام المحلي
الارتفاعات الرأسية :
طبيعة نظام الرصد العالمي لتحديد المواقع GPS تؤثر في قياسات الارتفاع . كل الارتفاعات التي تقاس بواسطة نظام الرد العالمي GPS تعطي بالنسبة الي سطح الالبسويد العالمي (WGS 84) حيث تسمي هذه الارتفاعات بالارتفاعات الالبسودية . اما الارتفاعات الموجودة فعلا فأنها عادة ما تكون ارتفاعات رأسية تم قياسها بالنسبة الي متوسط سطح البحر ( المنسوب الصغري)
ان الجسم المحدد بمتوسط سطح المياه للبحار والمحيطات يعرف باسم الجيويد , والجيويد كما سبق تعريفه هو عبارة عن شكل غير منتظم نظرا لاختلاف توزيع الكتل والكثافات علي سطح وفي باطن الارض .
ويعرف ان معظم الخرائط الموجودة تظهر عليها الارتفاعات المنسوبة الي سطح البحر فأن معظم مستخدمي نظام الرصد العالمي لتحديد المواقع GPS يرغبون في الحصول علي الارتفاعات التي تنتج من النظام الكوني لتحديد المواقع بحيث تكون منسوبة الي سطح البحر وليس الي سطح الالبسويد
وقد تم حل هذه المشكلة وذلك باستخدام نماذج من الجيويد لتحويل الارتفاعات المنسوبة الي سطح الالبسويد الي ارتفاعات منسوبة الي سطح البحر
في المناطق المسطحة نسبيا يمكن اعتبار سطح الجيويد ثابتا , وفي مثل هذه المساحات فأن استخدام وسائل تحويل معينة يمكن ان ينتج نموذج ارتفاعات وبذلك فأن الارتفاعات المنسوبة الي سطح الجيويد يمكن استنتاجها بوسائل رياضية من البيانات الموجودة .
التحويلات بين نظم الاحداثيات المختلفة :
ان الهدف من التحويلات هو تحويل احداثيات النقاط من نظام احداثي الي نظام احداثي اخر وتوجد عة طرق لتحويل الاحداثيات ويتوقف اختيار طريقة التحويل علي النتائج المطلوبة
ان اسلوب العمل لتعيين معاملات التحويل لا يختلف من طريقة الي اخري . ويجري طبقا لخطوات محددة تبدأ بوجود علي الاقل ثلاث نقاط مشتركة معلومة الاحداثيات في كل م نظامي الاحداثيات المحول منه والمحول اليه ( مثل النظام العالمي للأحداثيات والنظام المحلي للأحداثيات ) ويفضل توفر اربع نقاط مشتركة او اكثر بدلا من ثلاث , حيث انه كلما زاد عدد النقط المشتركة المستخدمة في تعيين معاملات التحويل كلما كانت الاحداثيات المحسوبة من التحويل اكثر دقة .
يمكن الحصول علي القط المشتركة بقياس احداثيات النقط المشتركة بواسطة النظام العالمي للرصد وتحديد المواقع GPS وهذه النقط معلوم احداثياتاتها وارتفاعاتها عن سطح البحر في النظام المحلي (نقاط ربط ارضية ) حينئذ يمكن حساب معاملات التحويل مستخدما احدي طرق تحويل الاحداثيات عملية تحويل الاحداثيات سوف تطبق فقط علي النقاط الواقعة والمحصورة داخل نطاق النقاط المشتركة اما النقاط
التي تقع خارج المنطقة المححدة المشتركة فلا يتم حسابها مستخدما معاملات التحويل السابقة بل يجب ا يتم ادخالها داخل نطاق منطقة تحويلات جديدة .
