GPS NMEA دقیقاً چیست؟

حتماً “NMEA Data” و یا عباراتی مثل NMEA 0183 و پیغام NMEA به گوشتان خورده است. NMEA مخفف National Marine Electronics Association است. NMEA حتی قبل از اختراع GPS وجود داشته است. به گفته وب سایت NMEA، در سال ۱۹۵۷ میلادی انجمن NMEA توسط گروهی از نمایندگان تجهیزات الکترونیکی به منظور ایجاد ارتباطات بهتر با سازندگان شکل گرفت. امروزه در دنیای سامانه موقعیت یابی جهانی، NMEA یک فرمت داده استاندارد است که توسط تمام سازندگان GPS پشتیبانی می شود. درست مانند ASCII که استانداردی برای کاراکترهای دیجیتال در دنیای رایانه است.

هدف NMEA توانا ساختن کاربر برای تلفیق و مچ کردن سخت افزار و نرم افزار است. دیتاهای GPS به فرمت NMEA کار نوشتن نرم افزار را برای توسعه دهندگان نرم افزار آسان تر کرده و مجبور نیستند برای هر گیرنده ماهواره ای یک رابط سفارشی بنویسند. برای نمونه، نرم افزار VisualGPS (با دانلود رایگان)، دیتای NMEA را از هر گیرنده GPS می پذیرد و به طور گرافیکی نمایش می دهد. بدون یک استاندارد مانند NMEA، زمان و هزینه زیادی برای نوشتن و نگهداری چنین نرم افزاری صرف خواهد شد.

چیزی که باعث می شود NMEA تا حدودی گیج کننده باشد این است که چندین پیغام NMEA وجود دارد، نه فقط یکی. همانطور که گیرنده های GPS از انواع مختلف با قابلیت های متفاوت وجود دارد انواع مختلفی از پیغام های NMEA با قابلیت های مختلف موجود است. داده NMEA را می توان از طریق درگاه های ارتباطی مختلف مانند: RS-232، USB، بلوتوث، وای فای، آنتن رادیویی UHF و … ارسال کرد.

ساختار پیغام NMEA

به منظور فهم ساختار پیغام NMEA، بیاید پیغام GPGGA$ را بررسی کنیم. پیغامی که در اینجا بررسی می کنیم خروجی یک گیرنده RTK است:

GPGGA,181908.00,3404.7041778,N,07044.3966270,W,4,13,1.00,495.144,M,29.200,M,0.10,0000*40 $

تمامی پیغام های NMEA با کاراکتر $ شروع و هر فیلد داده با یک کاما (ویرگول) , جدا می شود.

GP نشان می دهد که این دیتای موقعیت یابی GPS است. (GL مربوط به GLONASS است.)

۱۸۱۹۰۸٫۰۰ زمان UTC از چپ به راست به شکل ساعت، دقیقه و ثانیه است.

۳۴۰۴٫۷۰۴۱۷۷۸ عرض جغرافیایی به فرمت DDMM.MMMMM است. بخش اعشاری متغیر است.

N بیانگر عرض های شمالی (نیمکره شمالی) است.

۰۷۰۴۴٫۳۹۶۶۲۷۰ طول جغرافیایی به فرمت DDMM.MMMMM است. بخش اعشاری متغیر است.

W بیانگر طول های غربی است.

۴ شاخص کیفیت و به شرح زیر است:

۱ = مختصات تصحیح نشده است.
۲ = مختصات تصحیح شده به روش تفاضلی (مانند WAAS و DGPS)
۴ = مختصات RTK Fix (دقت سانتی متر)
۵ = RTK Float (دقت دسی متر)

۱۳ بیانگر تعداد ماهواره های به کار گرفته شده در مختصات است.

۱٫۰ ضریب تعدیل دقت مسطحاتی HDOP است.

۴۹۵٫۱۴۴ ارتفاع آنتن.

M واحد ارتفاع (متر یا فوت).

۲۹٫۲۰۰ نوسان ژئوئید.

M واحد نوسان ژئوئید.

۱٫۰ سن تصحیحات (اگر موجود باشد).

۰۰۰۰ آی دی ایستگاه تصحیح (اگر موجود باشد).

*۴۰ بیانگر checksum است.

GPGGA$ یک پیغام GPS NMEA پایه است. پیغام های از نوع دیگر و مکمل پیغام NMEA وجود دارد که اطلاعات مشابه یا اضافه را ارائه می دهد.

در اینجا یک زوج از پیغام های NMEA رایج مشابه با پیغام GPGGA$ با مختصات GPS در آن ها (که می تواند به عنوان جایگزینی برای پیغام GPGGA$ مورد استفاده قرار گیرد) آمده است:

GPGLL | $GPRMC$

علاوه بر پیغام های NMEA که شامل مختصات GPS است چندین پیغام NMEA دیگر اطلاعات بیشتری را در کنار مختصات GPS ارائه می دهد. در ادامه با برخی از این پیغام های رایج آشنا می شویم:

GPGSA$ – اطلاعات جرئی ردیابی ماهواره (به عنوان مثال شماره ماهواره) و اطلاعات جزئی مربوط به ضرایب تعدیل دقت GPS DOP. پیغام GNGSA$ برای گیرنده های GNSS است.

GPGSV$ – اطلاعات جزئی ماهواه های GPS مانند آزیموت و ارتفاع هر ماهواره ای که ردیابی می شود. پیغام GNGSV$ برای گیرنده های GNSS است.

GPVTG$ – اطلاعات سرعت و آفست های ردیابی ماهواره.

GPGST$ – دقت مسطحاتی و ارتفاعی تخمینی. GNGST$ مخصوص گیرنده های GNSS است.

به ندرت تک پبغامی مانند GPGGA$ دارای اطلاعات کافی در خودش است. برای نمونه، اسکرین شات زیر به پیغام های $GPGGA $GPGSA $GPGSV نیاز دارد.

VisualGPSView

تصویر زیر که بر قابلیت های زمانی GPS تمرکز دارد، نیازمند دسته ای از پیغام های NMEA مختلف است: $GPGGA $GPRMC $GPZDA $GPGSA $GPGSV

مثال های آمده در تصاویر بالا برای عموم کاربرهای GPS سودمند است. برای نقشه برداری دقیق به کمک GPS، پیغام GPGST$ مورد نیاز است. چرا که که متادیتای (داده در خصوص داده) GPS برای کارهای دقیق به عنوان یک روش کمکی در تعیین کیفیت مختصات GPS خیلی مهم است. متادیتای معمول تعیین موقعیت آنی برای ارزیابی کیفیت مختصات شامل PDOP، تعداد ماهواره های ردیابی شده، روش تصحیح و مقادیر انحراف معیار مسطحاتی و ارتفاعی است. اگر کاربر در زمان برداشت دیتا قادر به دیدن چنین اطلاعاتی باشد سطحی از اطمینان در دقت دیتایی که در حال برداشت است برآورده خواهد شد. اگر شما قبلاً RTK استفاده کرده باشید، احتمالاً مقادیر آشنای HRMS و VRMS روی کنترلر دستگاهتان را به یاد می آورید. پیغام GPGST$ این مقادیر را تولید می کند.

پیغام های NMEA به تجهیزات و دستگاه هایی که به گیرنده GNSS متصل هستند، خروجی می دهد.

DD.MMMMMMM ،DDMM.MMMMM یا DDMMSS.SSSSS

یکی از چالش هایی که در مورد داده خام NMEA (یعنی داده ای که با نرم افزارهایی مانند VisualGPS خوانده نشده) با آن مواجه هستیم، فرمت نمایش مختصات است. کاربرپسند نیست. به شکل DDMM.MMMMM؛ درجه، دقیقه و دقیقه اعشاری بیان می شود. برای نمایش مختصات به فرمت های دیگر می توان از فایل اکسل زیر که توسط UK Ordnance Survey منتشر شده است استفاده کرد. برای استفاده از این فایل مختصات را به فرمتی که دارید وارد کنید، فایل اکسل مختصات را به دو فرمت دیگر محاسبه کرده و نمایش می دهد.

برای دریافت فایل تبدیل فرمت و مختصات اینجا کلیک کنید.