Տարածական տվյալների ձեռքբերման մեթոդներ

Բոլոր տարածական տվյալների ձեռքբերման մեթոդներից, գետնի հետազոտությունն ունի ամենաերկար պատմությունը: Ինչպես նշվել է «Քարտեզագրման պատմություն» գլխում, Երկրի առաջին չափումները ներառում էին ոչ այնքան հեռավոր վայրերի միջև հեռավորությունների չափում: Հեղափոխական չափումը կատարել է Կյուրենացի Էրատոսթենեսը մ.թ.ա. 3-րդ դարում: Էրատոսթենեսն օգտագործել է միայն այդ ժամանակ հասանելի պարզունակ գործիքներ՝ գնոմոն և անիվ: Գնոմոնը պարզ սյուն է, որը տեղադրված է Երկրի մակերեսին ուղղահայաց: Չափելով Էրատոսթենեսի սայլի անիվի պտույտները և գնոմոնի կողմից երկու տարբեր վայրերում գցված ստվերի երկարությունը, Էրատոսթենեսը կարողացավ բավականին ճշգրիտ հաշվարկել Երկրի շրջագիծը ավելի քան 2200 տարի առաջ: Նրա մոտեցումը ոգեշնչեց շատ ավելի ուշ չափումներ կատարել 16-րդ դարի Ֆրանսիայում:

Երբ հորինվեցին ավելի լավ և ավելի ճշգրիտ գործիքներ, բարելավվեցին նաև Երկրի չափումները: 18-րդ դարում Յոզեֆ Լիսգանգը օգտագործեց աստղադիտակ՝ դիտարկելի հորիզոնում գտնվող օբյեկտների միջև անկյունները չափելու համար: Նաև մի քանի վայրերում հեռավորությունը չափելով՝ նա կարողացավ կառուցել հայտնի չափերի երևակայական եռանկյունիներ: Այս եռանկյունիների գագաթները լավ նույնականացված վայրեր էին բլուրների կամ շինությունների վրա, ինչպիսին է տաճարի աշտարակը: Սկզբունքորեն, նույն մեթոդը օգտագործվում է մինչև այսօր: Թեոդոլիտ անունով սարքը անկյունները չափելու հիմնական գործիք էր 19-րդ և 20-րդ դարերում և մինչ օրս օգտագործվում է շինարարական աշխատանքների պարզ առաջադրանքների համար: Վերջերս թեոդոլիտները փոխարինվեցին էլեկտրոնային ընդհանուր կայաններով, որոնք միաժամանակ չափում են և՛ անկյունները, և՛ հեռավորությունները: Այսօր ընդհանուր կայանները ռոբոտացված են, ինչը նշանակում է, որ դրանք կարող են պտտվել ցանկալի ուղղությամբ հեռակառավարման վահանակի միջոցով: Դրանք նաև հաճախ համակցվում են GNSS սարքավորումների հետ՝ դաշտում առավել ճշգրիտ արդյունքները հաշվարկելու համար՝ առանց հետագա հետմշակման, ինչը կարևոր է շինհրապարակներում սահուն աշխատանքի համար:

Գլոբալ նավիգացիոն արբանյակային համակարգերը (GNSS) աշխատում են՝ արբանյակային ազդանշանների միջոցով որոշելով Երկրի վրա ընդունիչի ճշգրիտ դիրքը: GNSS-ի հիմնական սկզբունքը հիմնված է ազդանշանի արբանյակից ընդունիչ հասնելու համար անհրաժեշտ ժամանակի չափման վրա: Յուրաքանչյուր GNSS արբանյակ անընդհատ փոխանցում է ազդանշաններ, որոնք ներառում են արբանյակի դիրքը և ազդանշանի ուղարկման ճշգրիտ ժամանակը: Երկրի վրա գտնվող ընդունիչը գրանցում է ազդանշանի ստացման ժամանակը: Հաշվարկելով ազդանշանի արձակման և ստացման ժամանակների միջև ժամանակային տարբերությունը՝ ընդունիչը կարող է որոշել իր հեռավորությունը այդ արբանյակից:

Քանի որ ընդունիչը գիտի միայն իր հեռավորությունը արբանյակից (և ոչ թե ուղղությունը), այն կարող է գտնվել այդ շառավղով գնդի ցանկացած վայրում։ Դրա գտնվելու վայրը ճշգրիտ որոշելու համար ընդունիչին անհրաժեշտ են ազդանշաններ առնվազն չորս արբանյակներից։ Երբ այս արբանյակներից ստացված տվյալները միավորվում են, ընդունիչը հաշվարկում է իր դիրքը եռակողմանի գործընթացի միջոցով։ Մի քանի արբանյակներից ստացված գնդերի հատումը թույլ է տալիս ընդունիչին որոշել իր ճշգրիտ դիրքը երեք չափումներում (լայնություն, երկայնություն և բարձրություն)։ Այս գործընթացը հաշվի է առնում ժամանակային անհամապատասխանությունները՝ լուծելով և՛ ընդունիչի դիրքը, և՛ ընդունիչի ժամացույցի սխալը, ինչը GNSS-ը դարձնում է գլոբալ դիրքորոշման ճշգրիտ և հուսալի մեթոդ։

Առաջին GNSS համակարգը ամերիկյան ռազմական NAVSTAR GPS կամ կարճ՝ պարզապես GPS համակարգն էր։ Դրա դիրքորոշման ճշգրտությունը սկզբում անհասկանալի էր քաղաքացիական օգտագործման համար, իսկ մետրից ցածր ճշգրտությամբ տեղորոշումը հասանելի էր միայն ռազմական կիրառությունների համար։ Քաղաքացիական ընդունիչները կարող էին որոշել դրա տեղորոշումը միայն մի քանի մետրի ճշգրտությամբ։ NAVSTAR GPS-ի այս խճճվածությունը վերացվեց 2000 թվականին։ Հանրային գեոդեզիական օգտատերերի համար նախատեսված GNSS ընդունիչների զարգացման հետ մեկտեղ հնարավոր է դարձել մի քանի սանտիմետրի դիրքորոշման ճշգրտություն։ Սա շնորհիվ GNSS ալիքի փուլային չափումների օգտագործման մոտեցման։ 2024 թվականի դրությամբ ամբողջ աշխարհում լիովին գործում են չորս GNSS համակարգեր։ Ամերիկյան NAVSTAR GPS-ից բացի, դա ռուսական GLONASS համակարգն է, չինական Beidou համակարգը և եվրոպական Galileo համակարգը։ Ճապոնիան կառուցում է GNSS համակարգ, որը հատուկ հարմար է Արևելյան Ասիայի տարածաշրջանի համար։ Այս GNSS համակարգերը տարբերվում են ոչ միայն այն երկրում, որտեղ գտնվում է դրանց շահագործման կենտրոնը և որ կառավարությունն է ֆինանսավորում դրանց գործունեությունը, այլև տեխնիկական ասպեկտներով, ինչպիսիք են՝ ալիքի փոխանցման հաճախականությունը, Երկրի ուղեծրում գտնվող արբանյակների քանակը, բարձրությունը և անկյունը (թեքությունը), արբանյակների Երկրի շուրջ պտտման արագությունը, նրանց կողմից փոխանցվող ալիքների քանակը և այլն։

Այն դեպքերում, երբ NAVSTAR GPS ազդանշանը իդեալական չէր կամ պահանջվում էր ավելի մեծ ճշգրտություն, մշակվեցին GPS-ի տեղական կատարելագործման համակարգեր, որոնք կոչվում էին SBAS համակարգեր: Այս համակարգերից նշանավոր է եվրոպական EGNOS-ը՝ որպես ԵՄ սեփական Galileo համակարգի նախորդը:

Ընդհանուր առմամբ, տարածական տեղեկատվության հեռվից ստացումը՝ առանց դիտարկվող տարածքի հետ ֆիզիկական շփման, կոչվում է հեռազգացում: Տարածական տվյալների հեռակա հավաքագրումը ներառում է օդային լուսանկարչություն, արբանյակային պատկերներ կամ LiDAR (լույսի հայտնաբերում և հեռահար չափում) տեխնիկաներ:

Օդանավերից լուսանկարելը պատկանում է հեռազգացման ավելի հին մեթոդներին: Ճշգրիտ հետազոտական լուսանկարների ձեռքբերման գործընթացը կոչվում է ֆոտոգրամետրիա: Օդային լուսանկարչությունը կարող է ապահովել բարձր լուծաչափով պատկերներ, սակայն մեծ տարածքի համար տվյալների հավաքագրումը դանդաղ և թանկ է: Արբանյակային պատկերները սովորաբար ապահովում են ավելի վատ լուծաչափ, սակայն կարելի է ծածկել ավելի լայն տարածք: Այսօր արբանյակային պատկերները ծածկում են ամբողջ աշխարհը և հաճախ օգտագործվում են որպես հիմքեր Google Maps-ի նման հայտնի առցանց քարտեզներում: Վերջերս անօդաչու թռչող սարքերը (ԱԹՍ) թույլ են տվել շատ մանրամասն լուսանկարներ անել փոքր տարածքից՝ միաժամանակ էժան լինելով: Այս տեխնիկայի միջոցով ստացված լուսանկարները կարող են մշակվել օրթոֆոտոների, օրթոֆոտո քարտեզների և նույնիսկ տեղանքի եռաչափ մոդելների մեջ:

Օդային, արբանյակային և անօդաչու թռչող սարքերի ֆոտոգրամետրիայից ստացված պատկերները պարտադիր չէ, որ արտացոլեն լույսի տեսանելի սպեկտրը, ինչպես դա անում են սովորական տեսախցիկները: Ինֆրակարմիրին մոտ, ինֆրակարմիր և սպեկտրի այլ մասերից ստացված տեղեկատվությունը օգտակար է անտառտնտեսության, գյուղատնտեսության և այլ ոլորտներում կիրառությունների համար:

LiDAR տեխնիկան հիմնված է լազերով օբյեկտի կամ մակերեսի թիրախավորման վրա: Անդրադարձված լույսի կողմից ընդունիչին վերադառնալու ժամանակը հաշվարկվում է հեռավորության համար: Քանի որ լազերը կարող է լույսի փունջը մեկ վայրկյանում արձակել հազարավոր կետեր, LiDAR-ի ելքը սովորաբար լազերային սարքի և դիտարկվող օբյեկտի կամ տեղանքի միջև հեռավորությունների մեծ հավաքածու է: Հետևաբար, հեռավորությունները վերածվում են կետերի այն վայրերում, որտեղ լազերային փունջը անդրադարձել է: Այս կետերի հավաքածուն կոչվում է կետային ամպ: Լազերային տվյալների հավաքագրման գործընթացը կոչվում է լազերային սկանավորում: