نقشه برداری توپوگرافی
به طور کلی نقشه برداری را می توان علم تهیه و پیاده کردن نقشه دانست. ولی به دلیل گستردگی زیاد این علم در دنیا تعریف بالا را نمی توان جامع و کامل دانست.کنترل کارهای اجرایی و تعیین میزان نشست ساختمان ها در عملیات ساختمانی و مونتاژ واحدهای تولیدی و صنعتی، طرح های مربوط به تسطیح اراضی در شهرسازی و کشاورزی، کنترل دائمی انحراف سدها از نظر فشار آب در تاسیسات آبی، انتقال نقاط و امتداد ها در معادن و راههای زیر زمینی، بررسی تغییرات پوسته ی زمین در زمین شناسی، تعیین میزان عمق آب و تهیه نقشه های دریانوردی در کشتیرانی و بندرسازی، تهیه نقشه ابنیه و آثار تاریخی در باستان شناسی پیکره های دیگری از دامنه فعالیتهای نقشه برداری را تشکیل می دهند.
اجرای طرح های عمرانی مستلزم وجود اطلاعات دقیق مهندسی (ارتفاعی، مسطحاتی و چگونگی) و ارائه ی آنها به صورت نقشه های گوناگون (ترسیمی، رقومی) از منطقه مورد نظر میباشد که وظیفه اصلی مهندس نقشه بردار پاسخگویی به این نیازها به صورت هماهنگ با گرایش های دیگر عمران است.
رشد سریع جمعیت کره زمین و نیاز روز افزون به شناخت منابع طبیعی و غیر طبیعی موجب شده است که انسان محیط طبیعی و اجتماعی خود را به طور دقیق مورد مطالعه قرار دهد این بررسی بسیار متنوع بوده و شامل موضوعاتی نظیر وضع راه ها، ناهمواری های منطقه، شبکه آب، پوشش گیاهی و ... می شود. یکی از راه های دسترسی به چنین اطلاعاتی تهیه نقشه از منطقه مورد نظر است. تهیه نقشه با موضوعات مختلف از منطقه مورد نظر می تواند زمینه های اشاره شده را به طور نسبی نمایش داده و به علاوه اطلاعات موجود بر روی زمین را به صورت یک مدرک ثبت نماید تا گرو ه های بعدی بتوانند با مراجعه به آن در هر فرصت مقتضی تحقیقات خود را انجام دهند.
نقشه برداری دارای شاخه های متنوعی می باشد که در تعریف خاص نقشه برداری می گنجد . این شاخه ها عبارتند از : نقشه برداری مسطحاتی یا پلانیمتری، نقشه برداری ارتفاعی یا آلتیمتری، نقشه برداری توپوگرافی، نقشه برداری ساختمانی، نقشه برداری دریاها، نقشه برداری ثبت املاکی، نقشه برداری مسیر و نقشه برداری معدنی یا زیر زمینی که در رشته ها و کاربردهای مختلف مهندسی، نقشه های مسطحاتی و توپوگرافی بیشتر از سایر نقشه ها کاربرد دارند.
اصول علمی کار
همان طور که ذکر شد مفهوم خاص نقشه برداری عبارت از یک سلسله اندازه گیری های زمینی و انجام محاسباتی روی این اندازه گیری ها و بالاخره ترسیم نتایج حاصله بر صفحه تصویر(نقشه) است. در این راستا در تهیه نقشه توپوگرافی منطقه از نقشه برداری مسطحاتی در برداشت عوارض سطحی و نقشه برداری ارتفاعی در برداشت عوارض ارتفاعی و تهیه پروفیل های طولی و عرضی استفاده می شود.
نقشه تصویری افقی منطقه ای با مقیاس کوچک بر روی یک صفحه می باشد . تهیه ی نقشه شامل مراحلی به ترتیب زیر می باشد :
1- عملیات زمینی : شناسایی و بازدید اولیه از منطقه، تعیین رئوس چندضلعی پیمایش و ایستگاه ها و اندازه گیری زوایا و طول های مستقیم.
2- محاسبات : انجام محاسبات بر روی اندازه گیری های طول و زاویه در عملیات زمینی.
3- تهیه نقشه خروجی : با در نظر گرفتن مقیاس و انتقال اندازه گیری ها به نرم افزار می توان نقشه توپوگرافی منطقه را ترسیم نمود . در نقشه های توپوگرافی ارتفاعات توسط منحنی میزان های ارتفاعی که خطوطی فرضی برای نمایش سطح زمین هستند نمایش داده می شوند که وضعیت پستی و بلندی منطقه و شیب واقعی آن را نیز آشکار می سازند.
قابل ذکر است که پیش از انجام محاسبه و نیز قبل از عملیات ترسیم بایستی از صحت اندازه گیری ها و درجه اطمینان به آنها مطلع باشیم. با در نظر گرفتن دقت مطلوب و به کار بردن روش های مناسب از به کار بردن وسایل گران قیمت و صرف وقت و هزینه بی مورد جلوگیری کنیم و به طور خلاصه روش هایی را در عمل به کار بندیم که با حداقل کار و هزینه به دقتی دست یابیم که برای آن اندازه گیری خاص نیاز است.
روش کار در عملیات :
- مراحل نقشه برداری توپوگرافی در قسمت اول شامل ترازیابی و قرائت زوایا و اضلاع پیمایش می باشد.
- شناسایی منطقه و ایجاد شبکه اصلی پیمایش
- پیمایش
مقصود از پیمایش تعیین موقعیت مسطحاتی و ارتفاعی مجموعه ای از نقاط یا ایستگاه های متوالی است که با اندازه گیری های طولی و زاویه ای پی در پی، مختصاتشان تعیین می شود و مجموعاً یک شبکه از نقاط کانوای مسطحاتی را تشکیل می دهند.
هدف اصلی از انجام پیمایش، تثبیت نقاط مشخصی است که به کمک آنها بتوان نقاط تفضیلی را که در مراحل بعدی برداشت می شوند به هم ربط داد. دقت برداشت نقاط پیمایشی بایستی به مراتب بالاتر از دقت برداشت نقاط تفصیلی باشد. با ورود و کاربرد دستگاههای فاصله یاب الکترونیکی پیمایش به عنوان یک روش اصلی در تهیه نقشه مطرح شده است.
اصول کلی در پیمایش
1 – پیمایش بایستی از یک نقطه معلوم شروع شود و به نقطه معلوم دیگری (که می تواند همان نقطه اولیه نیز باشد) پایان یابد.
2 – آزیموت های خطوط اول و آخر پیمایش باید معلوم باشند و دقت این عناصر معلوم باید بیش از دقت لازم در جریان پیمایش باشد.
در عملیات نقشه برداری از دو نوع پیمایش استفاده می شود پیمایش باز و پیمایش بسته.
نقاط شروع و پایان این نوع پیمایش دو نقطه مجزا از هم هستند.
نقاط آغاز و پایان این نوع پیمایش بر هم منطبق اند، نقاط کنترل آغاز و پایان پیمایش باید تا حد امکان به شبکه ای که از نظر درجه بندی حداقل یک رده بالاتر است متصل باشند. اگر دسترسی به نقاط مزبور میسر نباشد می توان با انتخاب مختصات قراردادی (محلی) برای نقطه شروع پیمایش، موقعیت سایر نقاط را تعیین کرد. (این کار منحصراً در نقشه های محلی امکان پذیر است).
در مورد آزیموت ها یا ژیزمانهای خطوط کنترل ابتدا و انتها، در صورت امکان بایستی این ژیزمانها از مختصات نقاط کانوای رده بالاتر استخراج شوند. در غیر این صورت می توان آزیموت این امتدادها را با یکی از روش های نجومی یا ژیروسکوپی تعیین کرد. چنانکه وسایل و امکانات مزبور در اختیار نباشد آزیموت مغناطیسی یک امتداد را با استفاده از زاویه یاب مغناطیسی اندازه می گیرند و با دخالت انحراف مغناطیسی به آن، آزیموت جغرافیایی آن را تعیین می کنند. پس از تعیین آزیموت جغرافیایی، امتداد شمال شبکه در مرکز منطقه منطبق بر شمال جغرافیایی اختیار و ژیزمان سایر امتدادها از روی آن محاسبه می شود.
در هر پیمایش لازم است دو کمیت طول و زاویه (یا آزیموت) اندازه گیری شود. از روش های پیمایش موجود می توان به پیمایش آزیموتی و مغناطیسی هم اشاره کرد که در روش آزیموتی، آزیموت هر امتداد به طور جداگانه و به طور مستقیم با یکی از روش های ژیروسکوپی یا مغناطیسی تعیین و در محاسبه دخالت داده می شود و در روش مغناطیسی، آزیموت مغناطیسی هر ضلع در اول و آخر آن ضلع اندازه گیری می شود.
حداقل اضلاع پیمایش 5 و حداکثر 12 ضلع می باشد.
3 ترازیابی
در نقشه برداری، برای بدست آوردن نقاط از ترازیابی استفاده می شود. برا ی انجام این کار، ابتدا در ایستگاه، دستگاه ترازیاب(نیوو) را مستقر می کنیم. سپس شاخص رادر نقاطی به فواصل تقریبا یکسان قرار داده و ارتفاع را می خوانیم. البته با حرکت دوربین و شاخص، قرائت های جلو و عقب را انجام می دهیم.
ترازیابی در نقشه برداری به سه صورت انجام می گیرد :
1. ترازیابی هندسی یا ترازیابی مستقیم
2. ترازیابی مثلثاتی یا تاکئومتری
3. ترازیابی بارو متری یا فشارسنجی
در ترازیابی دو قرائت انجام می شود :قرائت جلو و قرائت عقب. برای بدست آوردن ارتفاع نهایی نقطه ی مورد نظر از رابطه ی زیر استفاه می شود :
قرائت جلو – قرائت عقب = ارتفاع نقطه
ممکن است گاه قرائت وسط هم داشته باشیم، یعنی دوربین ترازیاب در یک ایستگاه ثابت باشدوشاخص بطور متوالی در دو یا چند نقطه حرکت کند و بعد دوربین حرکت کند. در این صورت قرائت وسط داشته ایم که در این مورد محاسبه ارتفاع نقطه ها مانند رابطه ی فوق است با این تفاوت که قرائت وسط را از قرائت عقب کم می کنیم.
قرائت وسط – قرائت عقب = ارتفاع نقطه
با توجه به نقاطی که می خواهیم ارتفاع آنها را بدست آوریم به دو روش ترازیابی مستقیم انجام می گیرد :
ترازیابی شعاعی و ترازیابی پیمایشی و نیز ترکیبی از دو روش.
گاه در عملیات ترازیابی ممکن است به علت فاصله ی بسیار زیاد دو نقطه نتوان با یک مرتبه ایستگاه گذاری ارتفاع بین دو نقطه را بدست آورد. در این صورت به جای یک ایستگاه از چندین ایستگاه برای استقرار دوربین، استفاده می کنیم و نیز به غیر از نقاط اصلی، از نقاط دیگر برای بعنوان نقطه ی کمکی برای استقرار شاخص استفاده می شود.
ابتدا در ایستگاه یک دروبین را مستقر می کنیم و به نقاطA و M نشانه روی می کنیم و ارتفاع شاخص این دو نقطه را قرائت می کنیم. سپس شاخص نقطه ی M را حرکت نمی دهیم، بلکه دوربین را در ایستگاه بعدی مستقر می کنیم. به همین ترتیب تا نقطه ی پایانی این کار را تکرار می کنیم. اختلاف ارتفاع بین دو نقطه در هر ایستگاه از تفاضل قرائت های عقب و جلوی آن ایستگاه به دست می آید
در ترازیابی شعاعی از یک ایستگاه می توان به چند نقطه با ارتفاع مجهول نشانه روی کرد و اختلاف ارتفاع آنها را بدست آورد. در این روش، دوربین حرکت نمی کند اما شاخص در نقاط مختلف قرار می گیرد.
شیوه ی ترکیبی در حقیقت ترکیبی از دو روش فوق است و از این شیوه برای ترازیابی های با دقت متوسط مخصوصاً در تهیه ی نیمرخ های طولی استفاده می شود .
4 ژیزمان
برای تعریف ژیزمان، ابتدا باید چند تعریف دیگر بیان شود :
شمال حقیقی(شمال جغرافیایی): نقاط مفروض A و B واقع بر سطح فرضی بیضوی را در نظر می گیریم. بر حسب تعریف قوس نصف النهاری را که از نقطه ی A شروع و به قطب شمال منتهی می شود امتداد شمال حقیقی(یا شمال جغرافیایی) نقطه ی A می گویند.
شمال مغناطیسی: زمین به علت حرکت دورانی دائم خود به دور محورش یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند که باعث انحراف عقربه ی مغناطیسی قطب نما می شود. در نتیجه ی انحراف، سمت جنوبی عقربه ی مغناطیسی به طرف شمال زمین قرار می گیرد. (به دلیل جذب قطبهای غیر همنام در آهن ربا). با این ترتیب امتدادی را که نوک جنوبی عقربه ی مغناطیسی نشان می دهد شمال مغناطیسی می گویند.
زاویه ی حامل کوچکترین زاویه ای که با شمال جغرافیایی تشکیل می دهیم و مثبت و منفی برای حصل ژیزمان مطرح است و این زاویه جهت و مبدا ندارد
ساده ترین روش برای تعیین ژیزمان یک امتداداز رابطه ی آن با زاویه ی حامل استفاده می کنیم .
5 برداشت عوارض و محدوده منطقه
برای تهیه نقشه ی توپوگرافی با مقیاس 1/500 و تهیه منحنی میزان های 0.5 متری برداشت هایی به فواصل 7/5 متر در منطقه انجام گرفته است تا تمام عوارض طبیعی و مصنوعی در منطقه برداشت شود. این عوارض می تواند شامل بلوک های ساختمانی، خیابان ها، درختان، تیر های برق و ... باشد. در استفاده از دوربین توتال استیشن Trimble ابتدا تنظیمات دستگاه را برای دما، فشار، زاویه، طول، سیستم مختصات، واحدهای طول و زاویه و فرمت خروجی داده ها انجام می دهیم. prism را برای منشور ها به طور قراردادی 35 – میلیمتر قرار می دهیم و مقیاس را با ضریب 1 وارد می کنیم. بعد از استقرار دوربین در ایستگاهی که مختصات آن را از GPS داریم و به توتال معرفی کرده ایم، ارتفاع دستگاه و تارگت را نیز معرفی می کنیم و با روش Polar اقدام به برداشت می کنیم و برای عوارض نیز کد خاصی را در نظر می گیریم. رئوس پیمایش از قبل سرشکن شده و از دو ایستگاه معلوم به مختصات ایستگاه های دیگر دست می یابیم
پس از تخلیه نقاط باید این مختصات را در نرم افزاری بنام Civil Cad پیاده کنیم