1. تعيين ارتفاع توسط جی پی اس يا بارومتر ؛ پاسخ نھايی
ترجمه و تاليف : شرنگ جدی
sharang@gmail.com
٩/٩/٠٩
يکی از مشکالت استفاده از ادوات پروازی ، ترجمه غلط اطالعات اخذ شده از ابزارھای دقيق و اشتباھات
مربوط به درک ناصحيح اطالعات ضبط شده توسط آنھاست . تعيين ارتفاع توسط جی پی اس يا بارومتر
چگونه است ؟ تفاوتش چيست ؟ و آيا اين تفاوت مھم است ؟ اين نوشتار تمامی آنچه شما نياز به دانستنش
داريد را تشريح ميکند.
اين مقاله برای اولين بار در شماره ٣٢١ مجله کراس کانتری بتاريخ می ٩٠٠٢ منتشر گرديد و حاصل
تالشی چند ماھه در فصل پروازھای فرامنطقه ای استراليا ، توسط نويسندگان مجله و مارک گراھام ،
مھندسی انگليسی با سابقه طوالنی در پرواز با پاراگاليدر ، بود. نتايج اين مقاله مھم ، در توضيح اصول
تعيين ارتفاع توسط جی پی اس و يا روش بارومتريک ) توسط فشارسنج ( مورد استفاده ھر دو سازمان
PWCو FAIقرار گرفته و بروشنی نشان داد که چرا ما ميبايست مجددا در اصول محاسبه سقف ارتفاع در
مسابقات پاراگاليدر و کايت ، که با استفاده از جی پی اس صورت ميپذيرفت ، تجديد نظر نمائيم .
ھدف ما در اينجا ، بررسی اختالف بين ارتفاع اعالم شده توسط جی پی اس و ارتفاع سنج ھای بارومتريک
ميباشد . ھنگاميکه اين نکات بدرستی درک شدند ، با شناخت صحيح از اين اختالفات محدوده ھای پروازی با
دقت و روشنی تعريف شده و خلبان ھا قادر خواھند بود اطالعات دريافتی از ادوات پروازی را بدرستی درک
و رعايت نمايند .
2. جی پی اس ھا و تعيين ارتفاع جغرافيايی
در سال ٣٧٩١ اياالت متحده آمريکا تصميم به توسعه ابزاری گرفت که اينک بنام جی پی اس ميشناسيم . به
اين منظور ۴٢ ماھواره بايد بطور کامل عملياتی شده و در ارتباط با ھم کار ميکردند . اين سيستم رسما در
سال ۵٩٩١ فعاليت خود را آغاز نمود . ھر ماھواره در مداری با ارتفاع ٠٠٢٠٢ کيلومتری از سطح زمين
قرار گرفته و با سرعت ٠٠٩٣ متر بر ثانيه در حال گردشند .
يک گيرنده جی پی اس که توسط ما حمل ميشود ، برای تعيين نقاط دو بعدی حداقل به سه ماھواره و برای
اضافه کردن بعد سوم به اطالعات آن نقطه نياز به دريافت سيگنال توسط چھارمين ماھواره دارد . در ھنگام
پرواز ھای ما کامال طبيعيست که دستگاه قادر به ديدن ماھواره ھای بيشتر و نتيجتا دريافت اطالعات دقيقتری
باشد .
در ھر ماھواره يک ساعت اتمی تعبيه شده که مختصات موقعيتی خود را بھمراه زمان ساعت درون خويش به
زمين ارسال ميکند . ارسال اين اطالعات ٠٧ ميلی ثانيه طول ميکشد . دستگاه جی پی اس شما با دريافت اين
اطالعات از ماھواره ھای مختلف و اعمال روش مثلث بندی و در نظر گرفتن اخالف بين زمان ھای دريافتی
از ھر ماھواره اقدام به تعيين مختصات محل خود مينمايد . بدين گونه ، دستگاه جی پی اس شما در ھر لحظه
با اطالع از مکان ماھوارھا در فضا ، قادر به تعيين محل خود بنا به مدل ھای مختصاتی تعيين شده ميباشد .
ھر دستگاه جی پی اس در درون خود چندين مدل مختصاتی متفاوت ) (datumsرا موجود دارد . مورد
استفاده ترين و شناخته شده ترين مدل مختصاتی مورد استفاده در سال ۴٨٩١ معرفی شد که بنام 48WGS
شناخته ميشود . انواع ديگری از مدل ھای مختصات ھم وجود دارند که بعلت دقت بيشتر ھر کدام در مورد
کشورھای خاصی بکار ميروند اما در پروازھای پاراگاليدر و کايت ما تمايل به استفاده از 48 WGSداريم .
3. در مدل 48 WGSکره زمين بصورت کره ای بيضوی تعريف شده ک ه در م ورد تعي ين ارتف اع نق اط جغرافي ايی
مختلف ، بخوبی با ارتفاع آب ھای آزاد در اطراف کره زم ين ک ار ميکن د . مي زان ارتف اع ھ ر نقط ه فرض ی در
اين مدل ، از دقتی حدود -٠٠١ و +٠٧ متر ، بسته به محل قرار گيری جغرافيايی خود برخوردار است .
عکس ١ بيانگر چگونگی دقت ارتفاع اعالم شده توسط جی پی اس ھا ، ھنگام استفاده از مدل 48، WGS
ميباشد . در جنوب ھند امکان دارد جی پی اس شما ٠٠١ متر ارتفاع محل قرارگيری شما را کمتر و يا در
آيسلند ٠٧ متر بيشتر ، اعالم کند .
البته ، حتی اگر ما از مدل 48 WGSاستفاده کنيم بعضی از جی پی اس ھا تصحيحات جغرافيايی محل دستگاه
را در خود ذخيره دارند و بعضی ھا ھم خير . برای برطرف کردن اشکاالت متعددی که بدين خاطر ممکنست
دچار آن بشويد ميتوانيد با مراجعه به آدرس http://sps.unavco.org/geoidارتفاع دقيق محل خود را
استخراج و در دستگاھتان اعمال کنيد .
خطاھای جی پی اس ھا
خطاھای ديگری نيز بشرح زير بر محاسبه موقعيت توسط جی پی اس تاثير ميگذارند.
خطاھای مورد اشاره در جدول فوق تنھا
بر محورھای ) X/Yطول و عرض
جغرافيايی( تاثير ميگذارند ولی بايد توجه
کرد که اين مقدار خطا در ھنگام محاسبه
ارتفاع ضربدر ٣ ميشوند . بدين منوال
۵١ متر خطا در حرکت افقی تبديل به ۵۴
متر خطا در محور عمودی ميشود . البته
ضعف و تداخل در ميزان گيرندگی سيگنال
ماھواره منجر به افزايش ميزان خطا
ميگردد که خوشبختانه در ھنگام پرواز
معموال ميزان گيرندگی معموال خوب است
. استفاده از مدل ھای تعيين مختصات
متفاوت منجر به دريافت اطالعات متفاوتی
ميگردد که بدين سبب ضروريست در
ھنگام مسابقات ھمه شرکت کنندگان از
يک مدل مختصات يگانه استفاده نمايند .
4. بعنوان مثال در يکی از مسابقات سال ٨٠٠٢ ، ھنگاميکه نرم افزار تعيين امتيازات ستاد مديريت مسابقه محل
خلبان را ٣ متر خارج از سيلندری به شعاع ٣ کيلومتر تعيين کرد جی پی اس شخصی خلبان محل وی را ۵.۴
متر داخل سيلندر ثبت کرده بود . برای برطرف کردن معضالت اينچنينی ، توصيه ھای اصالحی مبنی بر
محاسبه ۵.٠٪ تلورانس در محاسبه مسافت ، توسط FAIو CIVLاعالم و در نرم افزارھای محاسباتی اعمال
گرديد .
عالوه بر اينھا ، در عمل خطاھای ديگری نيز بروز ميکنند . بعنوان مثال ، عدد ارتفاع مشاھده شده توسط
جی پی اس معموال حاصل ميانگين استخراج شده از ارتفاع ھای مختلف در چند ثانيه ميباشد . در ھنگام
سکون اين ارتفاع دقيق ميباشد ولی در ھنگام صعود و نزول در ھنگام پرواز قابل اعتماد نميباشد .
ارتفاع بارومتريک
صنايع ھوايی ھمواره از فشارسنج ھا برای محاسبه ارتفاع استفاده ميکنند . ارتفاع سنج ھا با اندازه گيری
فشار ھوا و تبديل اين فشار به ارتفاع معادلش ارتفاع محل را
به متر يا فوت بيان ميکنند . در اين روش فشار ھوا بطور
استاندارد به ازای افزايش ارتفاع کاھش ميابد . در اين مقوله
ما با ارتفاع از سطح زمين ) ، (AGLارتفاع از سطح درياھای
آزاد ) (AMSLو ارتفاع بر مبنای (PA) 1013.25 hPaسرو
کار داريم . متاسفانه تا کنون شواھدی مبنی بر تمايل استفاده از
جی پی اس برای محاسبه ارتفاع در صنايع ھوايی بچشم
نميخورد .
در ھر روز متفاوت ، بنابه داليل مختلف ھواشناسی فشار ھوا
در سطح درياھای آزاد ) (MSLمتفاوت ميباشد . فشار ھوا با
ھکتوپاسکال ) (hPaيا ميلی بار ) (mbاعالم ميشود که ھر دو
بلحاظ محاسبه اساسا يکسان ھستند . با افزايش ارتفاع از سطح
دريا ، فشار ھوا ، به ازای ھر ٧٢ فوت يک ھکتوپاسکال و
سپس بميزان ٠٣ فوت در ازای يک ھکتوپاسکال تا ارتفاع
٠٠٠۴ پايی )٠٢٢١ متر(، و آنگاه تا ارتفاع ٠٠٠۵١ پايی
)٠٧۵۴ متر( بميزان ٠۴ فوت در ھر ھکتوپاسکال ، کاھش می
يابد . عدد ٠٣ فوت به ازای ھر ھکتوپاسکال بطور کلی
محدوده ارتفاعيست ما معموال در آن پرواز ميکنيم .
ايکائو مدلی را برای ارتفاع ، فشار و دما بشرح فوق فرموله
5. کرده . در اين فرمول فشار استاندارد 1013.25 hPaو دما ۵١ درجه سانتيگراد در سطح دريا در نظر گرفته
شده . تمام ارتفاع سنج ھای شرکت Flytecبر مبنای اين فرمول تنظيم و کاليبره ميشوند .
نکته مھمی که نبايد فراموش شود اينستکه ارتفاع اعالم شده توسط اين ارتفاع سنج ھای بارومتريک از
دمای ھوا مستقل ھستند . برای ھر ميزان فشار فرض گرفته شده ، ارتفاع خاصی مستقل از ميزان دمای ھوا
در آن ارتفاع تعيين شده است . از ھمينجاست که اختالف معنی داری بين ارتفاع اعالم شده توسط جی پی اس
ھا و فشارسنج ھای بارومتريک مشاھده ميشود .
حريم ھوايی
برای اينکه پروازھای ما ايمن و قانونی باقی بماند ، طبق قوانين پروازی ، ملزم به اجتناب از ورود به حريم
ھای ھوايی تحت کنترل ھستيم . بطور معمول برای ھر منطقه ای ، حريم ھوايی مشخص مشتمل بر اليه ھای
عبوری مختلف و در ارتفاع ھای معين تعريف شده اند که ارتفاع اين اليه ھا ) (ALTاز سطح درياھای آزاد
) (AMSLمحاسبه ميشود .
بطور مثال در استراليا اليه ھای عبور ھوايی از ٠٠٠٠١ پايی شروع ميشوند .در نيوزيلند و اغلب کشورھای
آسيايی از ٠٠٠٠١١ پايی . در آمريکا و کانادا از ٠٠٠٨١ پايی و در اروپا ، خاورميانه ، روسيه و چين
حتی تا ٠٠٠٣ پا از سطح زمين نيز پايين می آيند .
ھنگام پرواز در زير اليه ھای عبوری ، ارتفاع سنج بايد بر فشار سطح دريای محاسبه شده برای آن محل
تنظيم شود. و ھنگام پرواز در باالی اليه ھای عبوری ، ارتفاع سنج بايد بر مبنای فشار استاندارد سطح دريا
) (1013.25 hPaتنظيم گردد.
شناخت حريم ھوايی در محدوده پروازی ما بسيار مھم بوده و ارتفاع سقف پروازھای ما ميبايست با تلفيق و
درنظر گرفتن حريم و محدوده ھای پروازی رسمی تعيين گردند .
تفاوت ھای بين ارتفاع محاسبه شده توسط فشارسنج و جی پی اس
در نظر بگيريد يک جی پی اس ، ارتفاع مشخصی را بر باالی يک نقطه جغرافيايی فرضی را نشان داده و
ميزان دريافت سيگنال آن جی پی اس ھم مناسب باشد ، در اين حالت ارتفاعی که جی پی اس نشان ميدھد
±۵۴ متر از سطح درياھای آزاد ميباشد . در اين حال ، ارتفاع نمايش داده شده توسط ارتفاع سنج
بارومتريک برای ھمان نقطه جغرافيايی ، وابسته به وضعيت آب و ھوای آنروز دارد . مشکل ارتفاعی که
ارتفاع سنج ھای بارومتريک نشان ميدھند ناشی از اينست که تنظيم اين بارومترھا بر مبنای شرايط استاندارد
6. آب و ھوايی اعمال شده و بعالوه ميزان کاھش ھوا به نسبت افزايش ارتفاع نيز با نرخ استاندارد کاھش می
يابد .
اين پيشفرض ھا بدو دليل اصلی ، خيلی دقيق نيستند . اول اينکه در بسياری از اوقات ، دمای ھوا در سطح
دريا ۵١ درجه سانتيگراد نبوده و به تبع نرخ کاھش فشار به ازای افزايش ارتفاع ھم متفاوت خواھد بود .
دوم اينکه معموال در اتمسفر اليه ھای گرم و سرد موجود باعث نرخ ھای متفاوت افزايش يا کاھش فشار – و
در نتيجه ارتفاع اعالم شده توسط دستگاه - ميگردند .
تشريح نمودار ٣ : روز اول : در اين روز فشار ھوا برابر با فشار و دمای استاندارد و ۵١ درجه سانتيگراد
ميباشد . در اين مورد سطح پروازی 001 FLبدرستی در ارتفاع ده ھزار پايی از سطح دريا قرار دارد چون
. QNH = QNE = 1013.25 hPaجی پی اس ھم ارتفاع ده ھزار پايی را نشان خواھد داد و ھمه چيز ميزان
است . روز دوم : ورود يک جبھه پرفشار ، فشار ھوا را تا ٠٣٠١ ھکتوپاسکال افزايش داده اما درجه ھوا
کماکان ۵١ درجه سانتيگراد است . ارتفاع سنج سبز رنگ از نوع بارومتريک ، ارتفاع سطح پروازی
001 FLرا ھمچنان ده ھزار پا نشان ميدھد . در فشار ٠٣٠١ھکتوپاسکال ارتفاع سنج زرد ھر ارتفاعی را
۴۵۴ پا بيش از ارتفاع سنج سبز اعالم ميکند . بنابراين ارتفاع 001 FLبواقع در ارتفاع ۴۵۴٠١ پايی از
سطح دريا اعالم ميگردد . ھمچنين ارتفاع اعالم شده در 001 FLتوسط جی پی اس ٠٢۴٠١پا ميباشد . اين
7. ارتفاع تقريبا نزديک ارتفاع ۴۵۴٠١ پايی اعالم شده توسط فشارسنج بارومتريک ميباشد . تا اينجای نمودار
ارتفاع جئومتريک ده ھزار پايی اعالم شده توسط ارتفاع سنج زرد رنگ درواقه ارتفاع ١٣٠١ پايی از سطح
آبھای آزاد در فشار ٨٠٧ ھکتوپاسکال ميباشد . روز سوم : سيستم پرفشار ، کماکان فشار ھوا را در
٠٣٠١ھکتوپاسکال نگه داشته اما ھم اکنون دمای ھوا به ٠۴ درجه سانتيگراد در سطح دريا افزايش يافته
است . ارتفاع سنج ھای سبز و زرد اعدادی ھمانند روز دوم را نشان ميدھند چون ھردو متاثر از دمای
يکسانی ھستند . اما در سطح پروازی 001 FLبا فشار ٧٩۶ ھکتوپاسکال ارتفاع جئومتريک ) جی پی اس (
برابر با ۵٢٣١١ پا نشان داده ميشود . اين اختالف عددی ديگر به ۴۵۴٠١ پای نشانداده شده توسط ارتفاع
سنج ھای بارومتريک نزديک نيست و ١٧٨ پا )٨٪( بيشتر است . به ھمين نسبت ارتفاع واقعی ده ھزار پايی
٠٣٢٩ پا باالتر از سطح اب اعالم خواھد شد .
نمودار ٣ : نشاندھنده اينست که چگونه تعيين ارتفاع پروازی متاثر از شرايط آب و ھوايی روزھای مختلف
ميباشد . ارتفاع پروازی ده ھزار متری )001 ( FLطبق تعريف ھمواره در فشار ھوای ٧٩۶ ھکتوپاسکال
واقع شده . بنابراين ميبينيم که چگونه تغييرات در فشار ھوا بتنھايی منجر به اختالف معنی داری در تعيين
ارتفاع به ھر دو روش نمی گردد . اما تغيير در دمای ارتفاع صفر ) سطح آب ( باعث ايجاد اختالف مھمی در
ارتفاع اعالم شده توسط بارومتر و جی پی اس ميگردد . اختالف حاصله بدليل تغييرات دما برابرست با
٧۴٣.٠٪ به ازای ھر درجه سانتيگراد بيش از ۵١ درجه و ٧۴٣.٠٪- به ازای ھر درجه سانتيگراد کاھش از
دمای ۵١ درجه ميباشد . به اين دليل است که فرمول سازمان ICAOبر مبنای چگالی بخش ھای متفاوت ھوا
بعنوان يک استاندارد پذيرفته شده اما در واقع چگالی ھوا با درجه حرارت تغيير می کند .
آيا اين تئوری در عمل کار خواھد کرد ؟ نمودار ۴ در بخش ھای اول ، دوم و سوم خود سه پرواز با
پاراگاليدر را گه توسط مرديت مالوکسی در استراليا و در سال ٩٠٠٢ انجام شده را نشان ميدھد . در ھمه
پروازھا از دستگاه فاليتک ٠٣٠۶ استفاده شده . ھمچنان که در زير توضيح خواھيم داد ، اين پروازھا نتيجتا
اختالف بين ارتفاع اعالم شده توسط جی پی اس ھا و بارومترھا را ثابت خواھند کرد و ھمچنين نشان ميدھند
که ، برخالف پيشبينی ھای تئوريک ، اين اختالف ميتواند وابسته به شرايط آب و ھوايی روزھای مختلف
باشد .
8. نمودار ۴ :نمودارھای فشار به ارتفاع مقابل در سه پرواز با پاراگاليدر در استراليا و با استفاده از دستگاه
فاليتک ٠٣٠۶ تھيه شده اند .
نمودار اول يک پرواز چھارساعته ، دومی پروازی سه ساعته و سومی نيز يک پرواز سه ساعته ديگر را به
تصوير ميکشند . دمای ھوا در ھر سه نمودار تقريبا مشابه بوده است .
نمودار ۴ : پرواز اول
10. تحليل فنی :
ارتفاع اعالم شده توسط جی پی اس ) محور ( Yدر مقايسه با مقدار فشار ھوا در آن ارتفاع ) محور ( X
رسم شده است . خطی که بصورت قطری ) ترند الين ( در ميانه ی نمودار ترسيم شده ، از فرمول عمومی
y=mx+cاستخراج شده که تغييرات ثابت فشار به ارتفاع را برحسب متر در آن روز بخصوص بيان ميدارد .
مقدار ضريب mمحاسبه شده توسط اين نمودار ، شيب خط مقدار ارتفاع بر مبنای جی پی اس در مقايسه با
مقدار ارتفاع بر مبنای بارومتر را تعيين می کند . ھرچند اين فرمول جوابگوی شرايط استاندارد و در دنيای
استاندارد خواھد بود اما در واقع انتظار داريم که افزايش مقدار ، mبھنگام کاھش دمای ھوا ، نشانگر
ضريب خطای محاسباتی ما باشد .
در پرواز اول ، الزم شد تا اجبارا به عدد cمقدار ٠۴- متر را بخاطر فشار ھوای آنروز ، که ٨٠٠١
ھکتوپاسکال بود ، اعمال کنيم . در حينی که در روزھای دوم و سوم بدليل فشار ھوای ٣١٠١ ھکتوپاسکال
عدد cرا ميبايست صفر در نظر ميگرفتيم . مقدار ضريب mبرای ما بسيار جالبتر بود . در پرواز اول مقدار
mبرابر با ٧۶٠.١ شد که به يعنی ارتفاع اعالم شده توسط جی پی اس ٧.۶٪ باالتر از ارتفاع اعالم شده
توسط بارومتر بود . در پرواز دوم جی پی اس ٨.٧٪ و در پرواز سوم ھم ۵.۵٪ ارتفاع اعالم شده توسط جی
پی اس بيشتر از ارتفاعی بود که بارومتر نشان ميداد .
تئوری :
بر مبنای اصول تئوری ، به ازای ۵١ درجه سانتيگراد افزايش دما نسبت به دمای استاندارد ، ميبايست ٢.۵٪
ارتفاع اعالم شده توسط جی پی اس را بيشتر از ارتفاعی که توسط بارومتر نشان داده ميشود درنظر بگيريم .
اما در اين آزمون عملی واقعيت خالف پيشبينی ھا شد . يک توضيح در اين باره ميزان تاثير اليه ھای متفاوت
اتمسفر ميباشد . تقريبا ھمواره اتمسفری که با آن سر و کار داريم در حالت استاندارد نيست . توجه کنيد که
نمودار دارای توزيعی در اطراف خط ترند ميباشد . اين بدليل تغييرات دما و فشار ھوا در طی زمان پرواز بود
. ھمچنين بدليل تاخير در انجام محاسبه ارتفاع در جی پی اس ، افزايش ارتفاع ھای زياد منجر به ترسيم
نقاطی در سمت راست خط ترند و افت ارتفاع ھای زياد منجر به ترسيم نقاطی در سمت چپ اين خط ميشد که
نھايتا محدوده کلفت تری را حول خط ترند تشکيل داده .
نتيجه گيری :
درمجموع اين پروازھا وجود درصدی تفاوت بين ارتفاع جی پی اس ھا و بارومترھا را اثبات کرد که اين
اختالف بسيار وابسته به شرايط آب و ھوايی آنروز خاص دارد و ميتواند منجر به بروز اشتباه پيشبينی ھای
تئوريک گردد .
