تحديد المواقع الحركية باستخدام نظام تحديد المواقع التفاضلي DGPS

نظام تحديد المواقع التفاضلي:

في عام 1995 نشر المجلس القومي للبحوث تقريرًا عن “الجيوفيزياء المحمولة جواً وتحديد المواقع بدقة، حيث تم تلخيص الكثير من المواد المقدمة هنا من هذا التقرير على الرغم من أن هذه المناقشة تركز على تطبيقات GPS التفاضلية حصريًا.

لطالما استخدمت الجيوفيزياء المحمولة جواً في الدراسات الإقليمية للمناطق النائية، والتي يتعذر الوصول إليها، أدت التطورات الأخيرة في تحديد المواقع بدقة للطائرات باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إلى توسيع نطاق المشكلات العلمية المستعصية سابقًا، والتي يمكن معالجتها الآن باستخدام التقنيات المحمولة جواً (مثل Brozena et al  1992). تتضمن تقنيات GPS التفاضلية للدراسات الفيزيائية الجوية الحديثة كلاً من الملاحة في الوقت الفعلي للطائرة واستعادة ما بعد المهمة للمواقع الدقيقة لتقليل البيانات.

تحديد المواقع الحركية بواسطة النظام التفاضلي:

تشمل المشاكل العلمية الرئيسية التي تم تناولها مؤخرًا مع علم الفيزياء الجوية فك رموز ديناميكيات الصفائح الجليدية الرئيسية في العالم وتصوير عمليات النزوح السطحية بسبب الزلازل وفك تشفير بنية الغلاف الصخري القاري، غالبًا ما تستعيد الدراسات المحمولة جواً بيانات ذات دقة أعلى مما يمكن استرجاعه باستخدام تكنولوجيا الأقمار الصناعية، بعد ذلك يملأ النهج القائم على الطائرات مكانة فريدة من نوعها، حيث تكون العمليات البرية والسفن باهظة الثمن أو صعبة أو حتى مستحيلة.

أثبتت الطائرات ذات الطيف الواسع القدرة على متابعة الأسئلة العلمية الموجهة للعملية ومسح المناطق غير المستكشفة، مثال على تطبيق مثل هذه التكنولوجيا المحمولة جواً هو تحديد النشاط البركاني النشط تحت الغطاء الجليدي في غرب أنتاركتيكا (Blankenship et al ، 1992).

حيث إن وجود هذا البركان له تداعيات مهمة على الاستقرار والعمليات الديناميكية التي تحكم الغطاء الجليدي، لم يتم اكتشاف هذه الميزة قبل تطبيق المسوحات المحمولة جواً عالية الدقة، على الرغم من تصوير هذه المنطقة بواسطة الأقمار الصناعية وعبور هذه المنطقة بواسطة المركبات السطحية، سيكون لتوسيع التكنولوجيا عالية الدقة المحمولة جواً لاستعادة إشارات الطول الموجي الأقصر تطبيقات مهمة في صناعات الموارد والبيئة، يعد التنقل الدقيق والموضع الدقيق أمرًا ضروريًا لاستعادة هذه الأطوال الموجية الأقصر.

تُستخدم الفيزياء الجوية اليوم في العديد من استراتيجيات البحث الرئيسية وللدراسات الاستطلاعية ذات الطول الموجي الطويل لمناطق غير معروفة ودراسات عالية الدقة للعمليات التفصيلية ولإجراء دراسات مراقبة دقيقة، يواصل GPS التفاضلي لعب دور رئيسي في تطوير كل استراتيجيات البحث هذه.

 يسمح الموقع الدقيق والملاحة الدقيقة بالحصول على مجموعات بيانات منهجية عالية الدقة خاصة في المناطق التي يتعذر الوصول إليها مثل المناطق التي تتميز بتضاريس وعرة أو نباتات كثيفة أو مخاطر سطحية يمكن أن تتراوح من عدم الاستقرار السياسي إلى الصدوع الجليدية.

التحفيز العلمي لتقنية DGPS:

الدافع العلمي لتعزيز استخدام تقنية (DGPS) في علم الفيزياء الهوائية مدفوع من قبل مجموعة واسعة من الباحثين المهتمين بالتغير العالمي لشركات المعادن التي تحاول تحديد آفاق رئيسية جديدة لعلماء البيئة، والتي تقيد مدى التلوث من مسافة آمنة بعيدة، يوفر علم الفيزياء الجوية وصولاً فريدًا إلى المناطق وينتج عنه مجموعة بيانات منهجية يستحيل الحصول عليها بخلاف ذلك.

يمكن معالجة مشاكل علوم الأرض متعددة التخصصات من خلال استراتيجيات البحث التي تدمج الفيزياء الهوائية ونظام تحديد المواقع العالمي التفاضلي، مثال على قضية التغيير العالمي التي يتم تناولها مع الفيزياء الجوية هو توازن كتلة الصفيحة الجليدية، حيث تكون التقنيات التفاضلية في الوقت الحقيقي ضرورية لتحديد موقع التجربة بدقة، كما أن تحديد المواقع بدقة في ثلاثة أبعاد أمر بالغ الأهمية لتحليل سطح الجليد.

يمكن أيضًا دراسة عمليات التآكل وتطور الأشكال الأرضية باستخدام منصة فيزيائية هوائية دقيقة التنقل تُستخدم لتتبع تغيرات المنطقة في التضاريس، وبالمثل يمكن استخدام الفيزياء الهوائية لتتبع النقاط الساخنة الناشئة في الدراسات الهيدرولوجية، وذلك من خلال تمكين الحصول المتزامن على التصوير الجيولوجي والقياسات لتطوير عمليات اقتحام المياه المالحة.

يمكن دراسة الأخطار الطبيعية، وهي أولوية ناشئة في كل من مجتمعات العلوم الوطنية والدولية باستخدام علم الفيزياء الهوائية جنبًا إلى جنب مع (DGPS)، تشمل الأمثلة المحددة استعادة أحجام الثوران باستخدام أدوات رسم الخرائط الطبوغرافية الدقيقة (Garvin ، 1993) واستعادة التوزيع الإقليمي للحركة من الزلزال باستخدام قياس التداخل (SAR) المحمول جواً (Massonnet et al ، 1993).

تظهر الدوافع التجارية للفيزياء الهوائية عالية الدقة من كل من الصناعات المعدنية والبترولية، تستخدم صناعة المعادن المغناطيسية الجوية عالية الدقة على نطاق واسع لتتبع الهياكل الجيولوجية من أجل تحديد أجسام الخامات المحتملة.

 يستخدم عالم التنقيب عن بترول الفيزياء الجوية الجاذبية والمغناطيسية لفحص الهيكل تحت صفائح الملح السميكة، والتي لا يمكن تصويرها بتقنيات الزلازل لتحديد العيوب التي تربط الأحواض الرسوبية وتصوير التسلسلات الرسوبية الحاملة للنفط، يعد قياس تدرج الجاذبية المحمولة جواً هدفاً ذا أولوية ناشئاً لهذه الصناعات.

يمكن أيضًا استخدام علم الفيزياء الجوية مع دعم (GPS) الدقيق لتوصيف الموقع. يعد توصيف الموقع مفيدًا للتحقق النووي عند استخدامه لرصد التغيرات الصغيرة في تضاريس السطح المرتبطة بانفجار تحت الأرض (Houser ، 1970)، لموقع التوصيف البيئي، (aerogeophysics) يمكن استخدامها لتحديد التربة بالانزعاج (الدمية وآخرون، 1993 وفيليبس، 1993)، وغالبا ما تدل على المواقع الملوثة، فضلا عن الخطوط العريضة للحاويات دفن.

نوع الملاحظات:

يمكن استخدام عدة أنواع من القياسات الجيوفيزيائية لمعالجة هذه الدوافع العلمية، تتضمن مجموعة القياسات الجيوفيزيائية الهوائية التي تتطلب نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التفاضلي عالي الدقة: قياسات حقل الجاذبية وقياس تدرج الجاذبية والقياسات الكهرومغناطيسية وقياسات المجال المغناطيسي للأرض واستعادة التضاريس الدقيقة عبر قياسات النطاق المباشر واستعادة التضاريس الدقيقة من الرادار ذي الفتحة الاصطناعية (SAR) ورادار اختراق الجليد.

استخدامات DGPS العامة:

يتم استخدام اثنين من الاستخدامات الأساسية لنظام تحديد المواقع العالمي التفاضلي في التطبيقات الفيزيائية الهوائية عالية الدقة اليوم، بما في ذلك الملاحة وتحديد المواقع بدقة، يضمن تطبيق الملاحة أن القياسات الأساسية التي تم الحصول عليها أثناء التجربة يتم الحصول عليها في الموقع المناسب.

التطبيق الثاني هو لتحديد المواقع بدقة، والتي تتطلب المعالجة اللاحقة لبيانات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لمرحلة الناقل من الطائرة والمحطة الأساسية الثابتة، بالنسبة للملاحة الجوية الجيوفيزيائية (DGPS) يتم بث التصحيح التفاضلي إلى الطائرة في الوقت الفعلي بمعدل بيانات مرتفع، في المناطق النائية قد تكون هناك حاجة إلى نظام بث مخصص.

في أمريكا الشمالية قد يكون من الممكن الاستفادة من تصحيحات البث الحكومية أو التجارية، لتحديد المواقع بدقة عالية في الفيزياء الهوائية يجب استعادة موقع الطائرة إلى أفضل من 50 سم في معالجة ما بعد المهمة، يتم استرداد هذا الموقع عن طريق التخفيض بعد المهمة لبيانات المرحلة الحاملة، والتي تم الحصول عليها من محطة قاعدة ثابتة ونظام (GPS) مركب على متن الطائرة، يجب تسجيل هذه البيانات بمعدل بيانات 1 هرتز في كل من مستقبلي التردد المزدوج، يمكن أن يكون لتركيب أجهزة استقبال (GPS) أرضية كافية وصيانتها تأثيرًا لوجستيًا كبيرًا على مشروع فيزيائي جوي.