نقشه برداری و تفکیک

تاریخچه نقشه برداری

تاریخچه این علم به 3000 سال قبل از میلاد در مصر باستان باز میگردد. در لوح های گلی سومری ها مشاهداتی از اندازه گیری زمین و نقشه شهرها و مناطق کشاورزی مجاور وجود دارد که در آن سنگ ها، مرز زمین های کشاورزی را مشخص کرده اند.

در قرن 18 میلادی، در اروپا یکی از انواع نقشه برداری با نام مثلث بندی که بر اندازه گیری زوایا متکی بود برای ایجاد شبکه های متوالی جهت تعیین موقعیت نقاط کشور استفاده میشد. اما کم کم با پیشرفت تکنولوژی وسایل اندازه گیری پیشرفت کرده و امروزه به راحتی میتوان با داشتن یک گیرنده GNSS و بدون احتیاج به هیچ وسیله اضافه ای موقعیت نقاط را تعیین نموده و نقشه ها را در هر مقیاسی تولید نمود. در تمام این ادوار، اندازه‌گیری ‌های اقوام مختلف نمایش دهنده شواهدی است که نشان می دهد «مرز زمین قرار بود چه چیزی باشد و در کجا قرار بود قرار داشته باشد».

نقشه برداری چیست؟

نقشه برداری علم و هنر تهیه نقشه با استفاده از تعیین موقعیت نقاط و اندازه گیری فواصل و زوایای بین آنهاست. به عبارت دیگر برداشت عوارض و تصویر آن ها بر سطوح نقشه هدف اصلی شاخه آن است. فعالیت در این رشته مهندسی را می توان به سه بخش اصلی تقسیم کرد:

• عملیات زمینی : برداشت نقاط موجود بر سطح زمین با یکی از روش های موجود و با استفاده از ابزارهایی مانند دوربین های نقشه برداری، GPS یا GNSS نقشه برداری، پهپاد یا عملیات نقشه برداری کلاسیک در فضای باز بعنوان اولین قدم در تهیه نقشه شناخته می شود.
• عملیات دفتری : محاسبات و پردازش های لازم برای حذف و یا تعدیل خطاهای موجود در برداشت و آماده سازی داده ها با استفاده از روابط و نرم افزارهای موجود برای ترسیم نقشه بخشی از فعالیت نقشه برداری است که در محیط دفتر انجام می شود.
• ترسیم نقشه : نقشه به عنوان خروجی نهایی تمام مراحل طی شده توسط نقشه بردار و بعنوان محصول این فرایند شناخته میشود در این مرحله نقشه بردار با توجه به قوانین و ضوابط موجود، به ترسیم نقشه می پردازد.

 

انواع نقشه برداری

وابسته به هدف از انجام پروژه نقشه برداری و همچنین مفروضاتی که برای انجام پروژه درنظر گرفته می شود، نقشه برداری را می توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد:

1. مسطحاتی : نقشه برداری مسطحاتی در مناطق کوچک روی سطح زمین و با فرض مسطح بودن زمین سروکار دارد. بنابراین انحنای زمین نادیده گرفته می شود و هیچ تصحیحی برای انحنای زمین به اندازه گیری ها اعمال نخواهد شد.
2. ژئودتیک یا مثلثاتی : برای تشخیص و محاسبه اندازه و شکل زمین استفاده می شود و یک چارچوب دقیق برای کنترل هایی با درجه پایین تر است. برای این نوع از نقشه برداری استانداردهای بسیار دقیقی نیاز است و مساحت های نسبتا بزرگی را پوشش می دهد (مثلا یک کشور) در این نوع نقشه برداری در نظر گرفتن انحنای زمین بسیار مهم است.

روش های مختلف نقشه برداری

نقشه‌ برداری مسطحاتی را می توان به روش های زیر تقسیم کرد:

نقشه برداری زنجیره ای (سه پهلوبندی)

• منطقه مورد برداشت به تعدادی مثلث تقسیم می شود.
• طول اضلاع اندازه گیری شده و جزئیات زوایای داخلی مثلث‌ ها ثبت می شود.
• سپس کل اضلاع و زوایای داخلی روی یک برگه طراحی در مقیاسی مناسب برای تهیه نقشه رسم می شود.

نقشه‌ برداری مسیر (پیمایش)

• کل طرح پلان توسط یک سری خطوط مستقیم که با یکدیگر زوایایی ایجاد می کنند، محصور می شوند.
• طول خطوط و زوایا، اندازه گیری شده و با جزئیات بر روی کاغذ طراحی در مقیاس مناسب برای تهیه نقشه ترسیم می شود.

ترازیابی معمولی

• ارتفاع نقاط مختلف روی سطح زمین تعیین می شود.
• تمام داده های ارتفاعی مورد نیاز برای فعالیت های ساخت و ساز توسط این نوع از انواع نقشه برداری ارائه می شود.

نقشه برداری ژئودتیک را می توان به روش های زیر تقسیم بندی کرد:

مثلث بندی

• شبکه ای از مثلث های کاملاً مشخص در قطعه زمینی که قرار است بررسی شود تشکیل می شود.
• یکی از اضلاع مثلث ها به عنوان خط مبنا در نظر گرفته می شود، سپس تمام خطوط و زاویه های دیگر بر اساس آن اندازه گیری می شوند.

ترازیابی دو طرفه

• در تسطیح رودخانه ها، خندق ها و سایر موانع برای حذف خطاهای ابزاری از این روش استفاده می شود.
• در این روش اندازه گیری سطح تراز از دو طرف و در دو نقطه مختلف انجام می شود. بطوری که دو طرف در یک نقطه از سطح تراز تلاقی کنند.
• تفاوت سطوح اندازه گیری شده بین دو ایستگاه دارای تقاطع، از طریق این اندازه گیری ها تعیین می شود.

نقشه برداری تاکئومتری یا استادیمتری

• در این روش برای اندازه گیری فواصل از تلسکوپ چشمی استفاده می شود.
• این روش شامل یک تئودولیت که توسط یک اپراتور کنترل می شود و یک شاخص که توسط نقشه بردار دیگری در فاصله دور نگه داشته می شود، است.
• هر دو فواصل عمودی و افقی بین تئودولیت و شاخص، از طریق قرائت های Stadia (دو علامت افقی موازی هم روی عدسی تئودولیت) محاسبه می شوند.

نقشه برداری نجومی

در این نوع از نقشه برداری نصف النهار، آزیموت، عرض جغرافیایی، طول جغرافیایی و غیره برای هر نقطه مورد بررسی با کمک اجرام سماوی تعیین می شود.

نقشه برداری فتوگرامتری

• نقشه ها از عکس های اخذ شده از ایستگاه های مختلف توسط دوربین های عکاسی مناسب تهیه می شوند. محل قرار گیری این دوربین ها حتی می توانند داخل یک هواپیما باشد.
• خروجی این روش یک نقشه از محل، یا یک مدل سه بعدی از یک شیء واقعی است.

جدای از دو دسته اصلی، می‌ توانیم شاخه ‌های مختلف و رشته‌ هایی که مستقیماً با این علم مرتبط هستند را نیز بصورت زیر طبقه ‌بندی کنیم:

نقشه برداری توپوگرافی

پروژه ‌های توپوگرافی با اندازه ‌گیری ویژگی ‌های فیزیکی زمین سروکار دارند، این ویژگی ها شامل همه عوارض طبیعی و ساخته دست بشر روی سطح زمین هستند. نقشه ‌های توپوگرافی که تپه ‌ها، رودخانه‌ ها، شهرها، روستا ها، جنگل‌ ها و غیره را نشان می‌ دهند با استفاده از روش های نقشه برداری توپوگرافی تهیه می‌شوند.

نقشه برداری عمرانی

پروژه ‌های مهندسی قسمتی را شامل می شود که به عنوان بخشی از آماده ‌سازی و برنامه ریزی برای برآورد پروژه های مهندسی جدید از جمله جاده ‌ها، راه‌آهن‌ ها، خطوط لوله، زهکشی و غیره انجام می ‌شود. مانند طرح های تامین آب و آبیاری، معادن، راه آهن، پل ها، خطوط انتقال، ساختمان ها و غیره که در پروژه های عمرانی لازم است.

نقشه برداری کاداستر

پروژه های کاداستر با اندازه گیری، تعریف و ثبت حدود املاک سروکار دارد. نقشه کاداستر حدود املاک را نشان می دهد و با استفاده از روش های نقشه برداری تهیه می گردد.

نقشه بردرای هیدروگرافی

پروژه های هیدروگرافی اندازه گیری هایی هستند که برای تعیین شکل کف دریاچه ها، رودخانه ها، بنادر و اقیانوس ها انجام می شوند و شامل سنجش جریان آب در نهرها و برآورد منابع آبی است. برای برنامه ریزی مسیرهای ناوبری و بنادر از نقشه برداری دریایی و هیدروگرافیک استفاده می شود.

نقشه برداری با پهپاد

این نوع یا با اصطلاح درست تر نقشه برداری هوایی، از اندازه گیری های یک پلت فرم مانند هواپیما یا پهپاد و به منظور تهیه نقشه از زمین استفاده می کند، کنترل چنین نقشه ای از بررسی های زمینی به دست می آید، اما جزئیات از عکس های هوایی به دست می آید. تهیه این نوع از نقشه ها شامل اندازه گیری و تفسیر از عکس های هوایی است.

اولین نقشه برداری هوایی

وقتی صحبت از ابزار و روش های نوینی مثل  پهپاد و نقشه برداری هوایی می شود شاید اولین چیزی که برای ما جالب است بدانیم خواستگاه این روش ها و اولین هایی است که از این روش استفاده کردند. اولین استفاده از عکس ‌های هوایی در تولید نقشه ها به روش فعلی به جنگ جهانی اول بر میگردد اما بعد از جنگ جهانی دوم استفاده از این عکس ها بطور وسیع و برای کاربردهای غیر نظامی نیز رواج پیدا کرد. در ایران اولین عکس های هوایی با مقیاس یک پنجاه هزارم و در سال 1335 توسط یک شرکت آمریکایی تولید شدند اما عملیات مرحله دوم تولید این عکس ها توسط سازمان نقشه برداری کشور با مقیاس یک بیست هزارم و از اوایل سال 1344 آغاز شد.

نقشه برداری معدنی

پروژه های معدنی، آن دسته از پروژه هایی هستند که برای تعیین و کنترل توسعه معادن سطحی و زیرزمینی در صنعت و تعیین حجم در تولید معادن انجام می‌ شوند. برای اکتشافات معدنی، بررسی معادن با استفاده از روش های نقشه برداری ضروری است.

مشاوره و طراحی

مشاوره یکی دیگر از حوزه های تخصصی این علم است که در آن نقشه برداران متخصص برای مدت کوتاهی برای انجام مشاوره در مورد الزامات یک کار خاص یا انجام کار خاص استخدام می شوند.

در ادامه معرفی انواع نقشه برداری، ذکر این نکته حائز اهمیت است که حتی برای کمک به برنامه ریزی های استراتژیک نظامی نیز نقشه های نظامی با استفاده از ابزار های نقشه برداری تهیه می شوند.

نحوه نقشه برداری

نقشه برداری، فرآیند تعیین موقعیت نسبی ویژگی های طبیعی یا دست ساز بشر روی سطح، بالا یا زیر سطح زمین و ارائه این اطلاعات به صورت گرافیکی در قالب پلان و یا به صورت عددی در قالب جداول آماری و عددی و تنظیم این اندازه گیری ها بر روی زمین است.

تعیین ارتفاع و فواصل روی سطح زمین در پروژه ها، تعیین موقعیت ساختمان ها، پل ها و جاده ها، تعیین مساحت ها و حجم ها و ترسیم پلان ها در مقیاس های از پیش تعیین شده از وظایف نقشه برداران است. این علم اساسا بر مبنای اندازه گیری فاصله و آزیموت استوار است و تمام نقاط موجود در یک پروژه چه بسیار عظیم باشد و چه بسیار کوچک، بر مبنای فواصل و آزیموت اما با بهره گیری از روش ها و ابزار های مختلف پیاده سازی می شوند.

محاسبه آزیموت در نقشه برداری

کی از محاسباتی که در جریان یک پروژه نقشه برداری انجام می شود، محاسبه آزیموت امتداد است. با محاسبه این زاویه می توان موقعیت و محل دقیق نقاط نسبت به شمال را یافته و با استفاده از دانستن موقعیت همه نقاط نسبت به شمال (که با آزیموت هر امتداد محاسبه می شود.) می توان یک پروژه عظیم را با دقتی فوق العاده پیاده سازی کرد.

آزیموت که در واقع زاویه امتداد موردنظر با شمال در جهت عقربه های ساعت است برای تعیین سمت و راستا مورد استفاده قرار می گیرد و در تعیین حدود یک پروژه مؤثر است. این زاویه به کمک تئودولیت یا توتال استیشن ها قابل محاسبه است.

محاسبه طول در نقشه برداری

طول، پارامتر مهم دیگری در نقشه برداری است که با استفاده از ابزارهای مختلفی سنجیده می شود. از مترهای زنجیری تا توتال استیشن ها و حتی قدم های انسانی در فرآیند محاسبه طول استفاده می شوند و یکی از ستون های اصلی در محاسبات نقشه برداری را تشکیل می دهد. با داشتن طول بین نقاط و زاویه استقرار آنها نسبت به شمال (و نسبت به هم) به راحتی می توان یک پروژه را پیاده سازی کرد.

کاربرد نقشه برداری

کاربرد نقشه برداری در ایجاد یا یافتن نقاط به وسیله اندازه گیری های زاویه ای و خطی از پیش تعیین شده است. از مقاطع و نقشه های تهیه شده با استفاده از این تکنیک ها می توان مساحت و حجم یک قطعه زمین خاص را محاسبه کرد. یک نقشه نمایانگر تصویر افقی منطقه مورد بررسی است و نه منطقه واقعی.

برای نمایش فواصل عمودی، می توان از ترسیم مقاطع ایجاد شده در زمین به طور صحیح استفاده کرد.

 این دانش در بسیاری از مراحل مهندسی سودمند است و در هر پروژه مهندسی اهمیت حیاتی داشته و بعنوان اولین گام در هر امر عمرانی بشمار می رود. اولین ضرورت هر پروژه عمرانی تهیه نقشه و مقطعی از منطقه تحت پوشش پروژه است که با استفاده از این نقشه ها و مقاطع تهیه شده می توان بهترین تراز ممکن، میزان عملیات خاکی و سایر جزئیات لازم را بسته به ماهیت پروژه محاسبه کرد.

برنامه ریزی و طراحی کلیه پروژه های عمرانی مانند راه آهن، بزرگراه، تونل، آبیاری، سدها، مخازن، آبرسانی، فاضلاب، فرودگاه ها، بنادر، ساختمان های عظیم و غیره بر اساس تکنیک های موجود در انواع نقشه برداری انجام می شود. بنابراین اندازه گیری روی سطح زمین و تعیین حدود این اندازه گیری ها بدون این علم، ممکن نیست.

معرفی ابزار نقشه برداری

برای انجام یک نقشه برداری صحیح با سرعت مطلوب، به ابزارهای مخصوصی نیاز است. تجهیزات نقشه‌ برداری بعنوان ابزار کار یک نقشه بردار وابسته به هدف و دقت انجام پروژه می توانند حیطه وسیعی از یک متر ساده نواری تا یک گیرنده مولتی فرکانس هوشمند را در بر بگیرند.

معمولا استفاده از یک ابزار خاص برای انجام تمام فعالیت های نقشه برداری ممکن نیست و نقشه بردار با بهره گیری از چند ابزار متفاوت بسته به نیاز و هدف پروژه، کار می کند.

نقشه بردار کیست؟

قشه بردار وظیفه اندازه گیری عوارض و ثبت داده های اندازه گیری شده بر رو، زیر و بالای سطح زمین را در فرمت های مختلف مثل نقشه، تصویر، جداول اطلاعات مکانی و … برعهده دارد. نقشه برداران در واقع اولین و آخرین مهندسانی هستند که در یک پروژه عمرانی یا ساختمانی فعالیت می کنند.

محاسبات قبل از ایجاد هر پروژه عمرانی، مانند محاسبه شیب زمین، شرایط عملیات، گودبرداری، خاکریزی و تدقیق محل عوارض را مهندس نقشه بردار انجام می دهد، همچنین کنترل نهایی هر پروژه از جهت محل درست عوارض، صحت انجام عملیات و… نیز با مهندس نقشه بردار است.

اولین نقشه بردار ایرانی

شاید برای همه نقشه برداران جالب باشد که بدانند چه کسی برای اولین بار در ایران لقب نقشه بردار را تصاحب کرد. اگر در تاریخ نقشه برداری ایران ، به دنبال اسمی بعنوان اولین نقشه بردار ایرانی بگردیم، قطعا به نام پرفسور سید محمود حسابی برخواهیم خورد، دکتر حسابی با نقشه برداری راه بندر لنگه به بوشهر بعنوان پدر علم نقشه برداری ایران شناخته می‌شوند. همچنین ایشان به عنوان اولین راهساز مدرن و علمی ایران (مسیر تهران به شمشک) نیز معروف هستند.

وظایف نقشه بردار

بعد از اینکه فهمیدیم که به چه کسی نقشه بردار گفته می شود شاید بد نباشد تا با وظایف یک نقشه بردار بیشتر آشنا شویم، نقشه برداران در انواع حوزه های نقشه برداری می توانند اهداف زیر را دنبال کنند:

• تعیین موقعیت نسبی هر جسم یا نقطه ای از زمین
• تعیین فاصله و زاویه بین اجسام و موقعیت های مختلف.
• تهیه نقشه یا تصویر برای نشان دادن یک منطقه در یک پلان افقی.
• توسعه روش های مختلف از طریق دانش و فناوری روز و استفاده از آنها در اندازه گیری ها
• حل مسائل مربوط به زمین مانند عملیات های خاک برداری و خاکریزی و… به روش های بهینه

با توجه به همه آنچه در این مقاله به آن اشاره شد، این علم شاخه های گسترده و متنوعی را پوشش می دهد که وابسته به حوزه مورد علاقه نقشه برداران می تواند ابزار و روش های مختلفی را در بر بگیرد.

در مقالات بعدی در مورد انواع روش های نقشه برداری و همچنین کاربرد هر یک از حوزه های آن بیشتر صحبت خواهیم کرد، پس پیشنهاد می کنیم از این به بعد با دقت و پیگیری بشتری مطالب منتشر شده از رایمند را دنبال کنید.

ترازیابی دو طرفه چیست و در چه مناطقی استفاده می شود؟

در تسطیح رودخانه ها، خندق ها و سایر موانع برای حذف خطاهای ابزاری از این روش استفاده می شود. این روش با اندازه گیری سطح تراز از دو طرف و در دو نقطه مختلف به نحوی که دو طرف در یک نقطه از سطح تراز تلاقی کنند، انجام می شود.

عملیات زمینی نقشه برداری شامل چه مواردی است؟

عملیات زمینی در نقشه برداری شامل برداشت نقاط موجود بر سطح زمین با یکی از روش های موجود و با استفاده از ابزارهایی مانند دوربین های نقشه برداری، GPS یا GNSS نقشه برداری، پهپاد یا عملیات نقشه برداری کلاسیک در فضای باز است.

وظایف اصلی نقشه بردار چیست؟

بطور کلی نقشه بردار وظیفه اندازه گیری عوارض و ثبت داده های اندازه گیری شده بر رو، زیر و بالای سطح زمین را در فرمت های مختلف مثل نقشه، تصویر، جداول اطلاعات مکانی و … برعهده دارد.