پژوهش های سنجش از دور و اطلاعات مکانی

دوفصلنامه علمی

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

همکاران دفتر نشریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اطلاعات آماری نشریه

اخبار و اعلانات

آیین نامه ها و مصوبات

کاربردهای ژئودزی ماهواره‌ای در ناوبری و پایش زمین

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسنده

گروه مهندسی نقشه برداری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی- واحد تاکستان، تاکستان، ایران

چکیده

پیشینه و اهداف: اساس و پایه علم مکان‌یابی و نقشه­ برداری زمینی، دانش ژئودزی می­باشد. ریشه یونانی کلمه ژئودزی به معنای تقسیم کردن زمین است که نشان می­دهد ژئودزی از نظر تاریخی با تهیه نقشه، تجزیه و تحلیل وضعیت زمین و داده­های مکانی، ارتباط نزدیکی دارد. امروزه، دانش ژئودزی درباره مجموعه قواعدی که در ارتباط با اندازه‌گیری و نمایش زمین در یک فضای سه بعدی که با زمان تغییر می­کند، بحث می­کند. این دانش، نقش کلیدی در کاربردهای مختلف علمی، مهندسی و مسائل مرتبط با مسائل ناوبری دارد. در این مقاله، مروری بر کاربردهای نوین ژئودزی در حوزه ناوبری و پایش زمین خواهیم داشت و این‌که چگونه این پیشرفت‌ها بر زیرساخت جهانی دانش اطلاعات مکانی و تحقیقات علمی مرتبط تأثیرگذاری دارند.
روش‌ها‌: در سال‌های اخیر، سامانه موقعیت‌یابی ماهواره‌ای جهانی (GNSS) با افزایش دقت و دسترسی عمومی به مکان‌یابی موجب تحولی اساسی در ناوبری دقیق، از جمله ناوبری خودروهای خودران، گردید. تعیین میدان گرانش زمین، یک جنبه اساسی دیگر از ژئودزی است که همگام با توسعه برنامه­های فضایی، پیشرفت‌های قابل ملاحظه‌ای در این عرصه وجود داشته است. مأموریت‌های ماهواره‌ای پیشرفته مانند GRACE-FO توانمندی­ بی‌سابقه‌ای را در افزایش دقت مدل‌های میدان گرانش زمین فراهم کرده‌اند. این مدل‌ها برای درک فرآیندهای پویای زمین، از جمله افزایش سطح دریا، تعادل جرمی لایه‌های یخی و دینامیک داخلی زمین، استفاده می­شوند. در این میان، به‌کارگیری یک چارچوب استاندارد برای اتصال مشاهدات ژئودزی در سراسر جهان یک امر ضروری است که بدین منظور از چارچوب‌های مرجع زمینی (TRFs) استفاده می­شود. توسعه چارچوب مرجع زمینی بین‌المللی (ITRF)  که آخرین نسخه آنITRF2023  است نشانه­ای از تلاش‌های مشترک جهانی برای افزایش دقت و قابلیت اعتماد در تحقق چارچوب­های مبنا برای یکدست کردن مشاهدات ژئودزی است.
یافته‌ها: سامانهGNSS  توانایی موقعیت‌یابی با دقت مکانی خیلی بالا را فراهم کرده است. یافته­ها نشان داد که GNSS می‌تواند با دقت سانتیمتر تعیین موقعیت کند. همچنین، ناوبری با استفاده از فناوریGNSS ، رشد روزافزونی داشته و گیرنده­های GNSS  در صنایع هوانوردی، دریانوردی و حمل و نقل نقش حیاتی بازی می­کنند. این سامانه ناوبری برای خلبانان اطلاعات دقیقی در مورد موقعیت، سرعت و جهت هواپیماها فراهم می‌کند که به کنترل پرواز دقیق‌تر و پاسخ سریع‌تر در مواقع اضطراری کمک می­کند. صنعت دریانوردی نیز از طریق به‌کارگیری GNSS  تغییرات گسترده­ای کرده است. امروزه، کشتی‌های مختلف برای مسیریابی و جلوگیری از خطرات احتمالی برای برخورد به سایر شناورها به گیرندگان GNSS نیاز دارند. همچنین، فناوری GNSS در بخش حمل و نقل برای مدیریت ترافیک شهری و بین شهری، بهینه‌سازی شبکه‌های حمل و نقل، کاهش زمان سفر و بهبود کارایی سامانه حمل و نقل نقش اساسی دارد. علاوه بر این، نقشGNSS  در مدیریت سوانح طبیعی بسیار ارزشمند است. همچنین، اندازه‌گیری‌های میدان گرانش زمین با استفاده از مأموریت‌های ماهواره‌ای مانند GRACE-FO به درک بهتر تغییرات آب و هوایی زمین کمک‌ کرده است. این مأموریت‌ها تغییرات توزیع جرم در سطح زمین را رصد می‌کنند و امکان پایش پدیده‌هایی مانند ذوب یخچال­های قطبی و جابجایی منابع آب زیرزمینی را فراهم می‌کنند. این اطلاعات برای ارزیابی تأثیرات تغییرات اقلیمی بسیار کاربردی هستند. داده‌های دقیق گرانش سنجی ماهواره­ای توانایی پایش تغییرات ارتفاعی سطح دریا را دارند. با پایش تغییرات در جرم اقیانوس، دانشمندان می‌توانند پیش‌بینی‌های دقیق‌تری در مورد تغییرات ارتفاعی سطح دریاها ارائه دهند. این اطلاعات برای مدیریت سکونت­گاه­های ساحلی و سیاست‌گذاری برای مدیریت سواحل ضروری است. در نهایت، این اندازه‌گیری‌ها به دانشمندان کمک می‌کنند تا ساختار داخلی زمین از جمله حرکات تکتونیکی صفحات را بهتر درک کنند. کمی‌کردن حرکت تکتونیکی صفحه برای درک ساختار داخلی و رفتار صفحات تکتونیکی مهم است که شامل روابط این فرآیندها با زلزله و فعالیت‌های آتشفشانی است.
نتیجه‌گیری: سامانه‌های  GNSSبعنوان یکی از پایه­های اصلی ژئودزی ماهواره­ای توانایی ما را در ناوبری و موقعیت‌یابی دقیق بر روی سطح زمین با دقت قابل قبولی افزایش داده­اند. دستیابی به دقت سانتیمتری در ناوبری در صنایع مختلف از جمله حمل و نقل، کشاورزی و مدیریت سوانح طبیعی کاربرد دارد. تعیین میدان گرانش برای پایش تغییرات محیطی حیاتی هستند و اطلاعات مورد نیاز برای درک تغییرات اقلیمی را فراهم می­کنند. وجود چارچوب‌های مرجع زمینی یکی از مبانی اندازه‌گیری‌های ژئودزیک هستند. این چارچوب­ها امکان همکاری­های بین‌المللی در زمینه­هایی که نیاز به اندازه گیری در یک چارچوب واحد جهانی دارد را فراهم می‌کنند. از آن‌جا که ژئودزی نیز مانند سایر علوم اطلاعات مکانی به توسعه فناوری وابسته است، لذا در آینده تغییر روش­های تعیین موقعیت دقیق و ناوبری دور از انتظار نخواهد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Applications of Satellite-based Geodesy in Navigation and Earth Monitoring

نویسنده [English]

  • A. Ghasemi Khalkhali

Department of Surveying Engineering, Faculty of Engineering, Islamic Azad University-Takestan Branch, Takestan, Iran

چکیده [English]

Background and Objectives: Geodesy is the basis of the science of Geomatics and Surveying Engineering. The Greek root of the word geodesy means dividing the earth, which shows that geodesy is historically closely related to the preparation of maps, analysis of the state of the earth, and geo-spatial data. Today, the science of geodesy discusses the set of rules related to the measurement and representation of the earth in a three-dimensional space that changes with time. This knowledge plays a key role in various scientific, engineering and navigational applications. In this paper, we will have an overview of the modern applications of geodesy in the field of navigation and earth monitoring and how these developments affect the global infrastructure of geo-spatial information and related scientific research.
Methods: In recent years, the Global Positioning Satellite System (GNSS) by increasing the accuracy and public access to the location caused a fundamental evolution in precise navigation, including the navigation of self-driving cars. Determining the earth's gravity field is another fundamental aspect of geodesy, which has made significant progress in this field along with the development of space programs. Advanced satellite missions such as GRACE-FO have provided an unprecedented ability to increase the accuracy of Earth's gravity field models. These models are used to understand Earth's dynamic processes, including sea level, mass balance of ice sheets, and Earth's internal dynamics. Moreover, using a standard framework to connect geodetic observations around the world is a necessary thing, for this purpose, Terrestrial Reference Frames (TRFs) are used. The development of the International Terrestrial Reference Frame (ITRF), the latest version of which is ITRF2023, is a sign of global joint efforts to increase the accuracy and reliability in the realization of reference frames for the unification of geodetic observations.
Findings: GNSS has provided the ability of positioning with very high spatial accuracy. The findings showed that GNSS can determine the position with centimeter accuracy. Also, navigation using GNSS technology has grown day by day and GNSS receivers play a vital role in aviation, shipping and transportation industries. This navigation system provides pilots with accurate information about the position, speed and direction of the aircraft, which helps to control the flight more accurately and respond faster in emergency situations. The maritime industry has also made extensive changes through the use of GNSS. Today, various ships need GNSS receivers to navigate and avoid potential risks of collision with other vessels. Also, GNSS technology plays an essential role in the transportation sector for managing urban and intercity traffic, optimizing transportation networks, reducing travel time, and improving the efficiency of the transportation system. In addition, the role of GNSS is very valuable in natural disaster management. Also, measurements of Earth's gravity field using satellite missions such as GRACE-FO have contributed to a better understanding of Earth's climate changes. These missions monitor the changes in mass distribution on the earth's surface and provide the possibility of monitoring phenomena such as the melting of polar glaciers and the displacement of underground water resources. This information is very useful for assessing the effects of climate change. Accurate satellite gravimetric data have the ability to monitor sea level elevation changes. By monitoring changes in ocean mass, scientists can make more accurate predictions about changes in sea level elevation. This information is necessary for the management of coastal settlements and policy making for coastal management. Ultimately, these measurements help scientists better understand Earth's internal structure, including plate tectonic movements. Quantifying plate tectonic motion is important for understanding the internal structure and behavior of plate tectonics, including the relationship of these processes to earthquakes and volcanic activity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Geodesy
  • Global Navigation Satellite System
  • Gravity Field
  • Terrestrial Reference Frames

COPYRIGHTS 
© 2023 The Author(s).  This is an open-access article distributed under the terms and conditions of the Creative Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0) (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/) 

مراجع
[1] Su T, Li Y, Sheng L, Qiang P, Zhao B. Angular position measurement of pulsars based on X-ray intensity correlation. Optik (Stuttg) 2018;161:8–11.
 https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2018.01.119.
[2] An T, Hong X, Zheng W, Ye S, Qian Z, Fu L, et al. Space very long baseline interferometry in China. Advances in Space Research 2020;65:850–5.
 https://doi.org/10.1016/j.asr.2019.03.030.
[3] Qing-bao H, Qing-hui L, Sheng-qi C, Xin Z. A New Try of Connecting Phase and Solving Phase Delay in VLBI. Chinese Astronomy and Astrophysics 2017;41:614–25.
 https://doi.org/10.1016/j.chinastron.2017.11.011.
[4] Singh VV, Biskupek L, Müller J, Zhang M. Earth rotation parameter estimation from LLR. Advances in Space Research 2022;70:2383–98.
https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.07.038.
[5] Steinbrügge G, Schroeder DM, Haynes MS, Hussmann H, Grima C, Blankenship DD. Assessing the potential for measuring Europa’s tidal Love number h2 using radar sounder and topographic imager data. Earth Planet Sci Lett 2018;482:334–41. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2017.11.028.
[6] An T, Salafia OS, Zhang Y, Ghirlanda G, Giovannini G, Giroletti M, et al. East Asia VLBI Network observations of the TeV Gamma-Ray Burst 190114C. Sci Bull (Beijing) 2020;65:267–71.
 https://doi.org/10.1016/j.scib.2019.11.012.
[7] Küreç Nehbit P, Glaser S, Sakic P, Balidakis K, Heinkelmann R, Schuh H, et al. On the improvement of the sensitivity levels of VLBI solutions from a combination with GNSS. Advances in Space Research 2023.
 https://doi.org/10.1016/j.asr.2023.06.021.
[8] Yang W, Cui X, Xu J, Liu Q, Qin M. Estimation of free core nutation parameters and availability of computing options. Geod Geodyn 2023.
 https://doi.org/10.1016/j.geog.2023.05.004.
[9] Sen K, Dubey AK, Tripathi K, Pfänder JA. Composite mesoscopic and magnetic fabrics of the Paleo-Proterozoic Wangtu Gneissic Complex, Himachal Himalaya, India: Implications for ductile deformation and superposed folding of the Himalayan basement rocks. J Geodyn 2012;61:81–93.
 https://doi.org/10.1016/j.jog.2012.07.005.
[10] Dhar S, Glaser S, Heinkelmann R, Schuh H, Balasubramanian N, Dikshit O. Favorable locations for new VGOS antennas in India depending on the assessment of geodetic parameters and environmental factors. Earth, Planets and Space 2023;75. https://doi.org/10.1186/S40623-023-01794-8.
[11] Viti M, Mantovani E, Cenni N, Vannucchi A. Post-seismic relaxation: An example of earthquake triggering in the Apennine belt (1915-1920). J Geodyn 2012;61:57–67.
https://doi.org/10.1016/j.jog.2012.07.002.
[12] Maciej Serda, Becker FG, Cleary M, Team RM, Holtermann H, The D, et al. Synteza i aktywność biologiczna nowych analogów tiosemikarbazonowych chelatorów żelaza. Uniwersytet Śląski 2013;7:343–54.
 https://doi.org/10.2/JQUERY.MIN.JS.
[13] The IVS data input to ITRF2014. International VLBI Service for Geodesy and Astrometry 2015.
https://doi.org/10.5880/GFZ.1.1.2015.002.
[14] Dow JM, Neilan RE, Rizos C. Erratum: The International GNSS Service in a changing landscape of Global Navigation Satellite Systems (Journal of Geodesy (2009) vol. 83 (191-198) (10.1007/s00190-008-0300-3)). J Geod 2009;83:689. https://doi.org/10.1007/S00190-009-0315-4.
[15] Dow JM, Neilan RE, Rizos C. The International GNSS Service in a changing landscape of Global Navigation Satellite Systems. J Geod 2009;83:191–8.
 https://doi.org/10.1007/S00190-008-0300-3/METRICS.
[16] Jia H, Wei B, Liu G, Zhang R, Yu B, Wu S. A semi-automatic method for extracting small ground fissures from loess areas using unmanned aerial vehicle images. Remote Sens (Basel) 2021;13.
 https://doi.org/10.3390/RS13091784.
[17] He Y, Nie G, Wu S, Li H. Analysis and discussion on the optimal noise model of global GNSS long-term coordinate series considering hydrological loading. Remote Sens (Basel) 2021;13.
 https://doi.org/10.3390/RS13030431.
[18] Wu S, Nie G, Meng X, Liu J, He Y, Xue C, et al. Comparative analysis of the effect of the loading series from GFZ and EOST on long-term GPS height time series. Remote Sens (Basel) 2020;12:1–16.
https://doi.org/10.3390/RS12172822.
[19] Ng AHM, Ge L, Chang HC, Du Z. Geodetic Monitoring for Land Deformation. Remote Sensing 2023, Vol 15, Page 283 2023;15:283. https://doi.org/10.3390/RS15010283.
[20] Wang X, Zhang Q, Zhang S. Azimuth selection for sea level measurements using geodetic GPS receivers. Advances in Space Research 2018;61:1546–57.
 https://doi.org/10.1016/j.asr.2018.01.002.
[21] Chen Q, van Dam T, Sneeuw N, Collilieux X, Weigelt M, Rebischung P. Singular spectrum analysis for modeling seasonal signals from GPS time series. J Geodyn 2013;72:25–35.
 https://doi.org/10.1016/j.jog.2013.05.005.
[22] Hackl M, Malservisi R, Hugentobler U, Jiang Y. Velocity covariance in the presence of anisotropic time correlated noise and transient events in GPS time series. J Geodyn 2013;72:36–45.
 https://doi.org/10.1016/j.jog.2013.08.007.
[23] Khan A, Jin S. Gravity wave activities in Tibet observed by COSMIC GPS radio occultation. Geod Geodyn 2018;9:504–11. https://doi.org/10.1016/j.geog.2018.09.009.
[24] Fang Z, Jiang G, Xu C, Wang S. A tectonic geodesy mapping software based on QGIS. Geod Geodyn 2020;11:31–9. https://doi.org/10.1016/j.geog.2019.08.001.
[25] Jordan C, Bateson L, Novellino A. Environmental baseline monitoring for shale-gas development: Insights for monitoring ground motion using InSAR analysis. Science of the Total Environment 2019;696.
 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.134075.
[26] Blewitt G, Kreemer C, Hammond WC, Goldfarb JM. Terrestrial reference frame NA12 for crustal deformation studies in North America. J Geodyn 2013;72:11–24.
 https://doi.org/10.1016/j.jog.2013.08.004.
[27] Sala OE, Meyerson LA, Parmesan C. Biodiversity Change and Human Health: From Ecosystem Services to Spread of Diseases 2009.
[28] Xue Y, Yang Y, Yu L. Mineral composition of the Martian Gale and Nili Fossae regions from Mars Reconnaissance Orbiter CRISM images. Planet Space Sci 2018;163:97–105.
https://doi.org/10.1016/j.pss.2017.12.007.
[29] Dow JM, Neilan RE, Gendt G. The International GPS Service: Celebrating the 10th anniversary and looking to the next decade. Advances in Space Research 2005;36:320–6. https://doi.org/10.1016/j.asr.2005.05.125.
[30] Jin S, van Dam T, Wdowinski S. Observing and understanding the Earth system variations from space geodesy. J Geodyn 2013;72:1–10.
https://doi.org/10.1016/J.JOG.2013.08.001.
[31] Dow JM, Neilan RE, Weber R, Gendt G. Galileo and the IGS: Taking advantage of multiple GNSS constellations. Adv Space Res 2007;39:1545–51.
https://doi.org/10.1016/j.asr.2007.04.064.
[32] Amiraslani F, Dragovich D. Combating Desertification in Iran over the Last 50 Years: An Overview of Changing Approaches. J Environ Manage 2011;92: 1–13.
Https:// DOI: 10.1016/j.jenvman.2010.08.012
[33] Abbasi-Shawazi MJ. Recent Changes and the Future of Fertility in Iran 2002.
پژوهش های سنجش از دور و اطلاعات مکانی
دوره 1، شماره 2 - شماره پیاپی 2
تیر 1402
صفحه 143-151
فایل ها
سابقه مقاله
  • تاریخ دریافت: 03 خرداد 1402
  • تاریخ بازنگری: 21 شهریور 1402
  • تاریخ پذیرش: 09 مهر 1402
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار