|
نقشهبرداری
مهندسی عمران نقشه
نقشهبرداری (به انگلیسی: Surveying یا Land surveying)، دانشی است که ریاضیات عملی را با فنون اندازهگیری و هنر ترسیم توأم نموده و بهوسیلهی آن قطعاتی از سطح زمین را با کلیه عوارض آن در روی صفحه افقی که نقشه خوانده میشود، نمایش میدهد. نقشه، در واقع تصویر افقی منطقهای با مقیاس کوچک بر روی یک صفحه است.
مهندسی نقشهبرداری (Surveying engineering)، به علم اندازهگیری دقیق و تعیین موقعیت نسبی یا مطلق عوارض روی سطح زمین اطلاق میشود. از این تعریف ساده چنین برداشت میشود که هدف، تعیین مختصات نقاط در سه بعد است. در بعضی موارد، برای تعیین موقعیت، بعد زمان نیز مورد توجه قرار میگیرد (سنجشهای نجومی و نقشهبرداری ماهوارهای). مختصات مطلوب میتواند مختصات دکارتی X Y Z و یا مختصات عرض و طول جغرافیایی باشد.
معمولاً عملیات نقشهبرداری شامل دو مرحله برداشت (اندازهگیری و محاسبه) و ارائه نتایج کار است. در مرحله اندازهگیری، از وسایل و دستگاهها - نظیر توتال استیشنها، تئودولیتها، جیپیاس و ... - و نیز روشهای مختلفی استفاده میشود تا دادههای لازم برای مرحله دوم بهدست آید. نتایج کار به صورتهای آنالوگ (نقشه، مقاطع طولی و عرضی و...) و یا رقومی (مانند جدولها، مدلهای رقمی زمین) ارائه میگردد.
▲ | تعاریف |
سازمان نقشهبرداری و نقشهکشی آمریکا (American Congress on Surveying and Mapping با علامت اختصاری ACSM) که یک انجمن بینالمللی تخصصی در این رشته مهندسی است، نقشهبرداری را بهعنوان علم و هنر اندازهگیری ضروری برای تعیین موقعیت نسبی نقاط یا جزئیات فیزیکی آنها، در فضا، بر روی زمین و یا زیر زمین، و به تصویر کشیدن آنها در یک شکل قابل استفاده، و یا ارائهی موقعیت نقاط و جزئیات آنها، تعریف کرده است.
همچنین این سازمان، نقشهبرداری زمینی (Land surveying) را شاخهای از نقشهبرداری میشناسد که به مطالعه دقیق و انجام مواردی چون: جمعآوری اطلاعات از طریق مشاهدات، اندازهگیری میدانی، تهیهی پرسشنامهها، یا تحقیق در اسناد قانونی، تجزیه و تحلیل دادهها برای برنامهریزی، طراحی، و سازماندهی مشخصات مرزها میپردازد. این شاخه شامل بررسی دوبارهای مواردی مربوط به: نقشهبرداری کاداستر و مرزهای سرزمینی یا املاک براساس اسناد ثبتشده و شواهد تاریخی، و همچنین گواهی مساحی (certifying surveys) بخشبندی نقشهها (مورد نیاز قانون و فرمانداری محلی)، نقشهبرداری زمینهای ثبتشده (registered land surveys)، سروی قضایی (judicial surveys) و تصاویر فضایی (space delineation). نقشهبرداری زمینی میتواند شامل خدماتی مربوط به: نقشهبرداری و جمعآوری دادهها، مساحی طرح ساختوساز، اندازهگیری دقیق طول، زاویه، ارتفاع، مساحت و حجم و همچنین کنترل مساحی افقی و عمودی، تجزیه و تحلیل و کاربرد دادههای مساحی زمین (land survey) باشد.
فدراسیون بینالمللی نقشهبرداران (International Federation of Surveyors با علامت اختصاری FIG)، که یک سازمان به رسمیت شناختهای سازمان ملل متحد است که در حال حاضر ۱٠٦ انجمن نقشهبرداری از ٨٨ کشور جهان عضو آن است، نقشهبرداری کاربردی را چنین تعریف میکند:
نقشهبردار، یک فرد حرفهای با مدارک دانشگاهی و تخصص فنی است که یکی یا چند موارد زیر را مدیریت میکند:
- او به تعیین، اندازهگیری و نمایش زمین، بهصورت سه بعدی، نقاط میدانی و مسیر اقدام میکند؛ به جمعآوری و تفسیر دادههای زمین و اطلاعات جغرافیایی مرتبط به آن میپردازد؛ با استفاده از آن اطلاعات، برای برنامهریزی و مدیریت کارآمد از زمین، دریا و هر گونه سازههایی که بر آن ساخته میشود، اقدام میکند؛ و تحقیقات لازم را برای پیشرفت موارد بالا انجام میدهد.
▲ | پیشینهی تاریخی |
ابتداییترین شکل نقشهبرداری زمانی رخ داد که انسان به ساختن نخستین سازهی بزرگ اقدام کرد. استونهنج (Stonehenge)، که یک اثر باقیمانده از پیشاتاریخی (Prehistory)، از دوران نوسنگی و عصر برنز، است و براساس تاریخگذاری رادیوکربن، قدمت آن بهحدود ٢۵٠٠ پیش از میلاد میرسد، توسط نقشهبرداران ماقبل تاریخ با استفاده از میخ و طناب و اصول علم هندسه، در کشور انگلستان و در شهرستان ویلتشایر که در ۳٫۲ کیلومتری غرب آمسبوری و ۱۳ کیلومتری سالزبری ساخته شد.
جایگاه استونهنج، در شهرستان ویلتشایر، در کشور انگلستان
در مصر باستان، نخستین نقشهبرداران با استفاده از طناب و شاقول، به اندازهگیری و کارهای معماری میپرداختند. آنان با کابرد این ابزار سادهای هندسی، پس از طغیان سالانهی رود نیل، مرزهای زمینهای کشاورزی را بازسازی میکردند. فنآوری طناب و شاقول، از مصر به یونان و هند نیز گسترش یافت، جاهاییکه ریاضی و هندسه در آنها پیشرفت زیاد کرد. برخی بر این نظر هستند که پیشرفت هند تحت تأثیر یونان بود.
ابتداییترین ابزار نقشهبرداری در مصر باستان
از این گذشته، هرم بزرگ جیزه، در مصر، که تنها بازمانده عجایب هفتگانه جهان بهشمار میآید، شکل هندسی آن، با ارتفاع ۱۴۷ متر و ۲۳۰ متر طول هر ضلع قاعده آن که در ساخت آن از حدود ۲٬۳۰۰٬۰۰۰ بلوک به وزن متوسط ۲٫۵ تن استفاده شده است، نقشهبرداری مصریان را در حدود ۲۵۸۹ تا ۲۵۶۹ قبل از میلاد، که به ترتیب، تاریخ شروع ساخت و اتمام این بنای عظیم میباشد، گواهی میکند.
هرم بزرگ جیزه در مصر که بهنامهای هرم خوفو یا هرم خئوپس نیز یاد میشود.
گروما (Groma)، که یک ابزار بسیار کهن نقشهبرداری در روم باستان بود، در حدود اوایل هزارهای اول قبل از میلاد، از بینالنهرین سرچشمه گرفته است.
نقشهبرداری گروما (Groma surveying) در روم باستان
لیو هوی (Liu Hui)، ریاضیدان چینی، در کتاب خود بانام «Haidao Suanjing» یا کتاب راهنمای ریاضی جزیره دریا (The Sea Island Mathematical Manual)، که در سال ٢٦٣ میلادی منتشر شده است، روش اندازهگیری فاصله بین اجسام بسیار دور از هم را بیان داشته است.
از رومیان، در تاریخ بهعنوان نقشهبرداران حرفهای یاد شده است. آنها مساحت سرزمینهایی را که در ٣۰۰ میلادی به امپراتوری رُم خراج میپرداختند، بهدقت اندازهگیری کرده بودند. این نقشهبرداران رومی، بهنام Gromatici خوانده میشدند.
در اروپای قرون اوسطا، نقشهها زیاد در دسترس نبودند، معمولاً کلیساها برای حفاظت از قلمرو خود و تعیین حدود روستای که در قلمرو آنها بود، یک روز خاص - جشن عروج (Ascension Day یا Feast of the Ascension) یا روزهای دعا (Rogation days) - طی مراسم ویژه که Beating the bounds خوانده میشد، با شرکت گروهی از مردان جوان و پیر با پیشاهنگی کشیش، در طول مرزهای روستا، راهپیمایی و دعا میکردند.
در سال ۱۰۸٦ میلادی، ویلیام اول (ویلیام فاتح)، اولین پادشاه نورمن در انگلستان، دستور یک آمارگیری در سطح کشور را صادر کرد تا معلوم شود که هر یک از اربابان زمیندار چه اندازه زمین و چه تعداد دام در اختیار دارند و ارزش آنها چقدر است. نتیجهی این آمارگیری در قالب یک کتاب، بهنام روز رستاخیز (Domesday Book) گردآوری شد. علت انتخاب این نام برای این کتاب آن است که گفته میشود در روز رستاخیز هم این سوالات میشود. به هر حال، این کتاب شامل نقشههای دقیق مکانها نیست.
▲ | کلیات نقشهبرداری |
در کتابهای نقشهبرداری و همچنین در دائرةالمعارفها، تعاریف مختلفی برای نقشه و نقشهبرداری ارائه شده است، اما بهطور خیلی مختصر میتوان گفت: نقشهبرداری عبارت است از فن نشان دادن سطح مشخصی از زمین با تمام یا قسمتی از جزئیات طبیعی و مصنوعی آن بر روی نقشه.
نقشهبرداری را به زبان انگلیسی سروینگ (Surveying)، به آلمانی فرمسونگ (Vermessung) و به زبان فرانسه آخپونتاژه (Arpentage) مینامند. اصطلاح توپوگرافی (Topography)، زمانی بهکار میرود که هدف مطالعه شکل و ویژگیهای سطح زمین یا سایر اجسام قابل مشاهده نجومی (Astronomical object)، مانند: سیارهها (Planets)، اقمار (Moons) و سیارکها (Asteroids) باشد.
اصطلاح دیگری به نام زمینسنجی یا ژئودزی (Geodesy یا Geodetic surveying یا Geodetic engineering) وجود دارد، که شاخهای از ریاضیات کاربردی و علوم زمین است و در مواردی که کرویت زمین در نظر گرفته میشود، به نقشهبرداری اطلاق میشود. غالباً در نقشهبرداری برای مسافتهای کمتر از ٢٠ تا ٣٠ کیلومتر کرویت زمین را بهحساب نمیآورند.
بنابراین، در نقشهبرداری مناطق کوچک، اثر کرویت زمین تقریباً ناچیز است و میتوان زمین را مسطح در نظر گرفت. در مواقعی که زمین مسطح فرض میشود، روش نقشهبرداری، مستوی نامیده میشود. نقشهبرداری مسطح (مستوی) برای کارهای مهندسی، معماری، شهرسازی، باستانشناسی، کارهای ثبت و املاکی، تجاری، و اکتشافی بهکار میرود.
بهطور کلی، نقشهبرداری شامل مراحل برداشت یعنی اجرای عملیات نقشهبرداری بر روی زمین، محاسبه و رسم نقشه میباشد. برای نمایش اطلاعات جمعآوری شده در نقشهبرداری از سیستم تصویری استفاده میگردد. رایجترین سیستم تصویری مورد استفاده در نقشهبرداری، سامانهی مختصات جهانی مرکاتور معکوس (Universal Transverse Mercator coordinate system با علامت اختصاری UTM) میباشد. این سامانه، نوعی سیستم تصویری است که در ترسیم نقشه (Map projection) بهکار میرود و از دستگاه مختصات دکارتی دو بُعدی جهت مشخص نمودن موقعیت بر روی سطح زمین بهره میگیرد.
نقشه (Map)، یک تصویر نمادین (Symbolic depiction) از تمام یا قسمتی از عوارض طبیعی و مصنوعی زمین به نسبتی کوچکتر - با مقیاس معین - بر روی صفحه تصویر (یک سطح افقی) است. اگر نقشه از قطعهزمین کوچکی تهیه شده باشد، به آن پلان (Plan) نامیده میشود.
نقشهها، بهطور عمده، بر دو محور اصلی طبقهبندی میشوند. این طبقهبندی از نظر مقیاس و نحوهی کاربرد نقشهها صورت میگیرد:
نسبت یک فاصله در روی نقشه بهمقدار واقعی آن (فاصلهی افقی) روی زمین را مقیاس (Scale)، میگویند. نقشهها را برحسب مقیاس به پنج گروه تقسیمبندی کردهاند: - پلانها با مقیاسهای یک صدم تا یک پانصدم ۲- نقشههای بزرگ مقیاس با مقیاسهای یک هزارم تا یک پنج هزارم ۳- نقشههای متوسط مقیاس با مقیاسهای یک ده هزارم تا یک پنجاه هزارم ۴- نقشههای کوچک مقیاس با مقیاسهای یکصد هزارم تا یک پانصد هزارم ۵- نقشههای جغرافیایی با مقیاس یک میلیونیوم یا کوچکتر نقشههای کشوری.
طبقهبندی نقشهها از لحاظ نحوهی کاربرد، شامل نقشههای: نقشههای توپوگرافی، نقشههای پلانیمتری، نقشههای جغرافیایی، نقشههای عمومی، نقشههای ثبتی، نقشههای مخصوص و پلان.
▲ | اهمیت و کاربرد |
نقشهبرداری یکی از قدیمیترین تکنیکهای (فنآوری) مورد استفاده بشر بوده و از آن برای تعیین حدود اراضی بهره میبرد. این دانش امروزه در تمامی امور مهندسی رخنه کرده است، که از آن جمله میتوان نقشهبرداری برای: عملیات ساختمانی، ایجاد راهها و شاهراهها و راههای آهن، ساخت پلها، تونلها، نهرها، سدها، تأسیسات و منابع آبی، امور کشتیرانی، کشاورزی، مهندسی معادن، زمینشناسی، جنگلداری و حتی باستانشناسی و حفظ آثار باستانی و تشخیص جرایم در تصادفات رانندگی را نام برد.
▲ | تجهیزات نقشهبرداری |
در حال حاضر، تجهیزات نقشهبرداری (Surveying equipment) به دو دستهی کلی سختافزار و نرمافزار تقسیم میشوند:
◻ سختافزار (Hardware):
تجهیزات عمدهای نقشهبرداری، که در سراسر جهان از آن استفاده میشود، عبارتاند از: تئودولیت (Theodolite)، توتال استیشن (Total station)، جیپیاس (Global Positioning System با علامت اختصاری GPS) یا جیاناساس (Satellite navigation با علامت اختصاری GNSS)، اسکنر سهبعدی (3D scanner)، ترازیاب (Dumpy level)، راد (Philadelphia rod)، ژالون (Jalon یا Range Pole) و متر (Measuring tape). بیشتر این تجهیزات، در زمان استفاده، بر روی یک سه پایه بسته میشوند.
برخی از تجهیزات سختافزاری نقشهبرداری
◻ نرمافزار (Software):
پیشرفت علم و گسترش نرمافزارهای کامپیوتری سبب شد که روشهای سنتی محاسبات، جای خود را به نرمافزارهای فنی تخصصی بدهند. در این میان، نقشهبرداران زمین، متخصصان ساختمان و مهندسان عمران، برای افزایش راندمان (efficiency)، دقت (accuracy) و بهرهوری (productivity)، از نرمافزار نقشهبرداری زمین (Land Surveying Software) استفاده میکنند. این نرمافزار، امروزه، یکی از ابزار اصلی نقشهبرداری زمین بهشمار میآید.
افزون بر این، در سال ۲۰۰۰ میلادی، شرکت اتودسک، که اتودسک اتوکد (Autodesk Auto CAD)، نخستین نرمافزار نقشهکشی جان واکر، پایهگذار این و مبتکر نرمافزار اتوکد، را در سال ۱۹۸۲ وارد بازار کرد، رسماً نرمافزاری را که توانایی زیادی در زمینهی نقشهبرداری، راهسازی و کارتوگرافی بههمراه داشت و نقطهی عطفی در صنعت نرمافزارهای نقشهبرداری گردید (نخستین نگارش آن اتوکد لند دولاپمنت ۲۰۰۰ و آخرین نگارش اتوکد لند دسکتاپ ۲۰۰۹) برای مهندسین نقشهبرداری عرضه نمود. نرمافزار «اتوکد سیویل تریدی» (Autodesk Auto Cad Civil 3D) بعد از نرمافزار «لند» به بازار آمد، که بسیار کاربر پسند است و کارآمدتر از آن میباشد. مهمترین ویژگی و برتری سیویل تریدی نسبت به «لند»، پویا بودن آن میباشد.
▲ | شاخههای نقشهبرداری |
نظر به گستردهبودن دامنهی نقشهبرداری، امروزه، تقسیمات مختلفی برای آن در نظر گرفتهاند:
-
◼ زمینسنجی یا ژئودزی (Geodesy)
نقشهبرداری زمینی (ژئودزی) نوع پایهی نقشهبرداری جهت تعیین و بررسی شکل و ابعاد زمین و عوارض سطحی آن. در واقع، ژئودزی، شاخهای از ریاضیات کاربردی و علوم زمین است که به اندازهگیری و نمایش شکل و ابعاد زمین، تعیین موقعیت دقیق بر روی آن و بررسی میدان ثقل زمین و تغییرات زمانی آن و به مطالعهی پدیدههای ژئودینامیکی مانند حرکات پوستهی زمین، جزر و مد و حرکت قطبی میپردازد.
◼ مکاننگاری یا توپوگرافی (Topography)
به تحقیق بر روی شکل سطح زمین، ویژگیهای سیارات و ... بهوسیله تصویربرداری یا نقشهبرداری صورت میگیرد. همچنین در این روش علمی شرحی برای تحقیق از سطح مورد نظر و ویژگیهای آن سطح همراه با توصیف آن در نقشه بهکار میرود. با این حال، توپوگرافی، برداشت و نمایش شکل زمین و محاسبه مساحت و ارتفاع است و در واقع، هدف اصلی آن تهیهی نقشههای ارتفاعی میباشد.
◼ تصویرسنجی یا فتوگرامتری (Photogrammetry)
فتوگرامتری، فرایند اندازهگیری مختصات هندسی اجسام یا زمین از روی عکسهای هوایی است و عبارت است از دانش و فناوری استخراج اطلاعات مربوط به زمین و محیط پیرامون آن از تصاویر گرفتهشده یا حسگرهای دیگر ازطریق اندازهگیری و پردازش و تحلیل و نمایش آنها (تهیهی نقشه با استفاده از عکسبرداری زمینی، هوایی یا ماهوارهای) است.
◼ نقشهنگاری یا کارتوگرافی (Cartography)
مراحل ترسیم نقشه را کارتوگرافی گویند. بنابراین، کارتوگرافی، علم و هنر ترسیم نقشههای زمین است، که در این رشته، فن نقشهبرداری بسیار دخیل است.
◼ سامانهی اطلاعات جغرافیایی یا جیآیاس (Geographic Information System - GIS)
جیآیاس، یک سامانه اطلاعاتی، معمولاً رایانهای است که به تولید، پردازش، تحلیل، و مدیریت اطلاعات جغرافیایی میپردازد. در این سیستم همه اطلاعات بهصورت مکان مرجع، دستهبندی میشوند و کاربردهای فراوانی دارد، از جمله ذخیره، بازیابی، بههنگامسازی و پردازش دادههای مکانی بهمنظور اتخاذ یا پشتیبانی یک تصمیم برای حل یک مسئله را، به بهترین روش و کمترین هزینه، ممکن میسازد.
◼ سنجش از دور یا آراس (Remote sensing - RS)
سنجش از دور، دانش و فن جمعآوری اطلاعات از عوارض سطح زمین، بدون تماس فیزیکی با آنها است، که بیشترین اتکای آن به تصاویر ماهوارهای میباشد. این دانش، شامل اندازهگیری و ثبت انرژی بازتابی از سطح زمین و جو پیرامون آن از یک نقطهی مناسب بالاتر از سطح زمین است. پرتوهای بازتابی که از نوع امواج الکترومغناطیس هستند، میتوانند دارای منابع گوناگونی همانند پرتوهای خورشیدی، پرتوهای حرارتی اجسام یا حتی پرتوهای مصنوعی باشند.
◼ حدنگاری یا کاداستر (Cadastre)
کاداستر، به نقشهبرداری ثبتی گفته میشود، اغلب اینگونه نقشهبرداری، ارزش حقوقی دارد، تا بر اساس مرزهایی که تعیین میکند، سند مالکیت صادر شود. بهطور کلی، عملیات تهیه نقشههای ثبتی (کاداسترال) را میتوان در مراحل تهیهی نقشه از تمام و یا قسمتی از شهرها، از روستاها، از زمینها و املاک در شهرها و روستاها و یا تهیهی نقشه از مزارع و مراتع خلاصه کرد.
◼ آبنگاری یا هیدروگرافی (Hydrography)
هیدروگرافی، شاخهای از علوم نقشهبرداری است که برای تهیهی نقشه و دادههای مکانی از ژرفای آبها مورد استفاده قرار میگیرد. بنابراین، بهطور ویژه، تمامی فعالیتهای تهیهی نقشه از عمق دریا، اقیانوس، دریاچههای طبیعی و سدها و همچنین رودخانهها در حیطهی تخصصی این دانش است.
▲ | زمینههای فعالیت |
اصول اساسی نقشهبرداری، در طول عمر این رشته، اندکی تغییر کرده است و همچنین تجهیزات نقشهبرداری تکامل یافتهاند و زمینههای فعالیت آن بسیار گسترده شده است. این زمینهها را میتوان چنین خلاصه نمود:
بهطور عمده، از نقشهبرداری در مواردی چون: نقشهبرداری مسیر، برای طراحی و پیادهکردن مسیرها از قبیل راه، راهآهن و کانالکشی، نقشهبرداری ساختمان، برای برداشت موقعیت زمین یا پیادهکردن مختصات ساختمان بر روی زمین، نقشهبرداری زیرزمینی، برای برداشت یا پیادهکردن نقشههای تونلها و معادن، نقشهبرداری هیدروگرافی، بهمنظور داشتن موقعیت عمق دریاها و رودخانهها جهت عبور و مرور کشتیها، زیردریاییها، محل عبور لولههای نفت و گاز در اعماق دریاها، ایجاد اسکلههای جدید و مکانیزه، احیای بنادر و تأسیسات ساحلی متعلق به آنها، همچنین بهرهبرداری صحیح و بهینه از دریاچهها و سدها، نقشهبرداری نظامی، برای تهیه نقشههای نظامی و تعیین نقاط مهم استراتژیکی یک منطقه و برای اهداف نظامی و آرایش و استقرار نیروهای رزمنده و مواضع تعرضی و دفاعی با مقیاس بزرگ، نقشهبرداری ثبتی، با هدف تعیین حدود اراضی و مساحت قطعات ملکی، در حوزه املاک و مستغلات، و نقشهبرداری شهری، برای تهیه و اجرای طرحهای جامع و تفصیلی و عادی شهرها، استفاده میشود.
در هر حال، چنانکه در بالا ملاحظه شد، پروژههای مهندسی، بهویژه مهندسی عمران (Civil engineering)، اغلب به نقشهبرداری نیاز دارند.
[▲] يادداشتها
[▲] پيوستها
...
[▲] پینوشتها
...
[▲] جُستارهای وابسته
□
□
□
[▲] سرچشمهها
□
□
□
□
[▲] پيوند به بیرون
□ [۱ ٢ ٣ ۴ ۵ ٦ ٧ ٨ ٩ ۱٠ ۱۱ ۱٢ ۱٣ ۱۴ ۱۵ ۱٦ ۱٧ ۱٨ ۱۹ ٢٠]
ردهها: │ ...