تعیین موقعیت بوسیله فن آوری IMU و تفاوت آن با تیلتهای مغناطیسی

با آزادسازی محدودیت های نظامی سیستم GPS در پروژه های عمرانی و نقشه برداری ، فناوری تعیین موقعیت GPS به سرعت توسعه یافته است. علاوه بر این ، سیستم های ماهواره ای روسیه GLONASS، چین BDS واتحادیه اروپا GALILEO یکی پس از دیگری مورد استفاده قرار گرفته اند ، گیرنده ها روز به روز همچنین می توانند اطلاعات موقعیت یابی پایدار و قابل اطمینان را برای تعیین موقعیتGNSS فراهم کنند ، بنابراین تعیین موقعیتGNSS می تواند به مشاهدات در تمام شرایط برسد و نیازی به مشاهدات تکراری ندارد ،  که تا حد زیادی کارایی پروژه تعیین موقعیت را بهبود می بخشد.

 

 

به طور قطع ، مهندسین هنوز هم به طور خستگی ناپذیر در عملیات نقشه برداری برای بهبود بهره وری پروژه ها کار می کنند. بسیاری از توابع راحتی عملیات  مانند تعیین موقعیت در حالت تراز نبودن ژالون به تجهیزات تعیین موقعیت GNSS  اضافه شده اند. فناوری تعیین موقعیت بدون نیاز به تراز بودن ژالون نیز توسعه نسل های اول ، دوم و سوم را تجربه کرده است. در حال حاضر ، فناوری تعیین موقعیت در حالت عدم تراز بودن ژالون به صحت و دقت جدیدی رسیده است ، نسل جدیدی از تعیین موقعیت شیبدار که موقعیت   GNSS را با تعیین موقعیت کمکی IMU )واحد تعیین موقعیت از طریق محورهای اینرسی یا اینرشیا( ترکیب می کند. در یک کلام ، در حالی که RTK دارای فناوری ناوبری اینرسی یا همان IMU است ، می توان گفت که این فناوری راحتی زیادی در تعیین موقعیت GNSS ایجاد می کند.

 

 

چرا فن آوری کمکی IMU اینقدر محبوب است؟

اول از همه ، بیایید نگاهی به نسل اول فن آوری تعیین موقعیت  بدون نیاز به  تراز کردن ژالون بیندازیم ، این یک فناوری مبتنی بر نگرش سه بعدی است. به طور عمده نیاز به شتاب سنج )جهت IMU( یا سنسور مغناطیسی )جهت یافتن تیلیت مغناطیسی Tilt-Sensors( در گیرنده است ، و سپس با به دست آوردن اطلاعات مشاهدات خروجی توسط سنسور ، اطلاعات زاویه شیب ژالون نسبت به شاغول را بدست می آورد. فناوری تیلیت مغناطیسی Tilt-Sensors تا حد زیادی تحت تأثیر تغییرات میدان مغناطیسی قرار دارد ، در همین حال ، دقت خروجی زاویه انحراف مغناطیسی از سنسور نسبتاً پایینتر است و عملیات کالیبراسیون آن نیز پیچیده تر است.  

 

 

 

نسل دوم فن آوری تعیین موقعیت لرزشی ، یک فناوری تعیین موقعیت شیب است که بر اساس الگوریتم هسته مرکز ثقل زمین ساخته شده است. با استفاده  از مدل پردازش ترکیبی و تلفیقی داده های RTK و مشاهدات چرخش محورهای اینرسی)اینرشیا( MEMS ، گیرنده می تواند چرخش حول محور ثقلی Z ) Yaw( را بدون استفاده از سنسورهای مغناطیسی محاسبه کند ، به طور اساسی خطاهای تعیین موقعیت ناشی از تداخل مغناطیسی محیط و لرزش مصنوعی را برطرف می کند ، بنابراین از پیچیدگی های کالیبراسیون مغناطیسی آزاد است. اما به دلیل کند بودن خروجی و دقت ناپایدار ، استفاده چندانی از آن نشده است.

 

 

در نسل سوم فناوری تعیین موقعیت شیبدار یا همان IMU ، که در حال حاضر محبوب ترین فناوری تعیین موقعیت در حالت عدم تراز نگهداشتن ژالون است. اصل اساسی این فناوری محاسبه چرخش حول محور ثقلی Yaw( Z( از طریق خروجی سرعت زاویه ای از ژیروسکوپ داخلی ، ترکیب با موقعیت و سرعت خروجی اطلاعات از مادربرد GNSS است و سپس یکپارچه سازی خروجی چرخش حول محور ثقلیRoll( X( و چرخش حول محور ثقلیPitch( Y( توسط شتاب سنج برای محاسبه جبران عدم تراز بودن ژالون در زمان مکایابی و تعیین مختصات می باشد.

 

از آنجائی که اطلاعات Yaw از حسگر مغناطیسی خارج نمی شود ، به جای اینکه به صورت ترکیبی محاسبه شود ، بنابراین از سنسور مغناطیسی در ماژول IMU استفاده نشده است ، به عبارت دیگر ، تعیین موقعیت بوسیله فن آوری کمکی ماژول IMU تحت تأثیر میدان های مغناطیسی نیست ، بنابراین لازم نیست نگران تداخل نویزهای مغناطیسی موجود و  برای دقت در محیط میدان مغناطیسی )خطوط ولتاژ بالا ، سازه های فلزی بزرگ( باشیم. در مقایسه با اولین نسل تعیین موقعیت شیبدار ، می توان فرض کرد که سنسور مغناطیسی بدون نیاز کالیبراسیون را می توان در RTK مبتنی بر IMU تعبیه کرد و با همان سرعت سنسور تیلت مغناطیسی.

علاوه بر این ، عملیات کالیبراسیون ماژول IMU بسیار ساده است که فقط باید دستگاه را چند بار به عقب و جلو بر روی ژالون تکان داد، در حالی که صدای دستگاهی شنیده خواهد شد که “بررسی شیب انجام شد.” ، در این لحظه ، کالیبراسیون ماژول IMU تکمیل شده است ، کل مراحل فقط 5 الی 8 ثانیه طول می کشد. اگر در طول عملیات تعیین موقعیت ، بررسی شیب در دسترس نباشد )برای مدتی طولانی بی حرکت بمانید( ، روش

فعال کردن مجدد ماژول IMU این است که دوباره دستگاه را تکان دهیم یا دستگاه را چند متر دور نگه داریم ، ماژول IMU کاملاً ساده و سریع راه اندازی مجدد می شود.

 

پس از اتمام کالیبراسیون ماژول IMU ، عملکرد بررسی عدم تراز آماده است تا بدون دقیق نگه داشتن ژالون بصورت تراز)شاغولی( ، نقاط را تعیین موقعیت کنیم ، مختصات نقطه را تنها با رسیدن نوک ژالون به نقطه مورد نظرتعیین و ثبت می کنیم ، سپس به نقاط بعدی می رویم ، زیرا ثبات و صحت IMU قابل اطمینان و مختصات با دقت بالارا تضمین می کند.

Because of the advantage of IMU fast collects point only if pole tip

reaches, it brings convenience in some tough measurement environments, such as the point where surveyor is difficult to reach or can’t stand at directly, the point is covered or locates at a dangerous place, as well as some points where the carbon pole can’t strictly

centered if use the conventional instrument.

به دلیل مزیت IMU ، جمع آوری سریع مشاهدات و متصات نقطه فقط در صورت رسیدن نوک ژالون به نقاط کور باعث راحتی می شود ، مانند نقطه ای که دسترسی نقشه برداربه آن دشوار است یا نمی تواند مستقیماً بایستد )کنج دیوار ها(، و یا بوسیله سقف نقطه پوشانده می شود یا در محل قرار می گیرد مکان خطرناک و همچنین برخی از نقاطی که در صورت استفاده از ابزار معمولی ، ژالون نمی تواند به تراز  شود.