نقشه توپوگرافی چیست؟

نقشه توپوگرافی ، نقشه‌ای است که برای نمایاندن ویژگی‌ های فیزیکی سطح زمین به کار می‌ رود. این نقشه‌ ها در مقیاس‌ های بزرگ و کوچک می‌ باشند و در مطالعات زمین ‌شناسی به دلیل داشتن اطلاعات فواصل افقی یا ارتفاع عمودی بسیار به کار می‌روند.

تاریخچه توپوگرافی :

نخستین مجموعه چند برگ نقشه توپوگرافی از سرتاسر یک کشور Carte géométrique de la France فرانسه بود که در سال ۱۷۸۹ کامل شد. نقشه ‌های توپوگرافی توسط ارتش و با هدف سهولت طرح‌ ریزی برای جنگ و نیز تعیین محل ‌های دفاعی ایجاد شد. بنابراین اطلاعات پیرامون ارتفاع ، از اهمیت به سزایی برخوردار بوده‌است. پس از آن نقشه ‌های توپوگرافی به یکی از منابع پایه ملی کشورهای پیشرفته در طراحی زیرساخت ‌ها و بهره ‌بردای از منابع تبدیل شد. در آمریکا در سال ۱۸۷۹ نقشه توپوگرافی در سرتاسر آمریکا تهیه شد که تا امروز نیز باقی مانده‌است.

منحنی میزان :

منحنی ‌های میزان در نقشه ‌های توپوگرافی خطوطی فرضی هستند که تمام نقاط آن ‌ها دارای یک ارتفاع می‌ باشند. یک نقشه توپوگرافیک ، چیزی نیست جز تعدادی خطوط ساده که گاه به صورت پیچ در پیچ و گاه به صورت صاف کشیده شده ‌اند. به این خطوط ، خطوط حد فاصل یا Contour lines می‌گویند. این خطوط ، نمایشگر مکان هایی بر روی نقشه هستند که نسبت به یک نقطه مرجع دارای ارتفاع ثابتی هستند. یعنی اگر شما یکی از این خطو ط contour را دنبال کنید تمامی نقاطی که با این خط مشخص شده ‌اند ارتفاع یکسانی دارند.

رويكرد و روش شناسی انجام پروژه های توپوگرافي :

براي تهيه نقشه توپوگرافي از يك منطقه در هر مقياسي پس از ابلاغ از طرف كارفرما و تحويل منطقه كاري از طرف مشاور مراحل عمليات زميني به ترتيب زير انجام مي پذيرد :

شناسايي در اين مرحله اكيپ شناسايي به منطقه اعزام شده و منطقه را از لحاظ توپوگرافي و عوارض مصنوعي و طبيعي شناسايي می نمايد و مرحله طراحي ايستگاه ها جهت پيمايشهاي اصلي و فرعي با توجه به دستورالعمل سازمان نقشه برداري و نظر كارفرما از نظر فواصل بين ايستگاهها و نظر كارفرما مشخص مي‌شود. در طراحي پيمايشها بايستي توجه شود كه حداكثر اضلاع يك پيمايش اصلي از پانزده ضلع تجاوز ننمايد و همچنين فواصل اضلاع بين دو ايستگاه متوالي از هزار متر تجاوز نكند و اگر منطقه كاري وسيع باشد و بيش از يك پيمايش اصلي در منطقه نياز باشد براي ايجاد پيمايشهاي بعدي هر پيمايش بايستي با پيمايش مجاور حداقل يك ضلع مشترك داشته باشند. و پيمايشهاي فرعي كه با اتكاء به پيمايشهاي اصلي ايجاد می گردد. حداكثر اضلاع يك پيمايش فرعي نبايد از دوازده ضلع تجاوز کنند و همچنين فواصل اضلاع بين دو ايستگاه متوالي بيش از پانصد متر تجاوز نباشد.

مختصات‌ دار كردن تمامی رئوس پيمايش های اصلی و فرعی :

اين مرحله به دو صورت قابل انجام است :
الف : به روش مستقيم زميني ب : با استفاده از گيرنده های GPS

الف : مختصات‌ دار كردن رئوس پيمايشهای اصلي و فرعی به روش مستقيم زمينی :

در اين روش پيمايشهاي ايجاد شده از طريق قرائت زواياي تمامي رئوس پيمايش و تمامي طولهاي مجاور انجام ميشود. براي مختصات دار كردن ايستگاهها به اين روش در مرحله طراحي بايستي دقت كرد كه هركدام از رئوس پيمايش به راس قبلي و بعدي ديد داشته باشد همچنين زوايا بايستي دو كوپل قابل قبول قرائت شوند و طولها نيز به صورت دو طرفه و از هر طرف پنج بار قرائت شوند و در برگهاي مخصوص طول و زاويه يادداشت شوند.

در حالت كلی پيمايشهای مورد استفاده به دو صورت ايجاد می ‌شود :

1 : پيمايشهاي بسته :

در اين نوع پيمايش از يك نقطه شروع و دوباره به همان نقطه میرسيم در اين نوع پيمايش براي تعريف سيستم مسطحاتي براي پيمايش بايستي پارامترهاي مبدا , جهت و مقياس براي سيستم تعريف شود. به همين جهت اولا نقطه شروع پيمايش بايستي يك نقطه از قبل معلوم باشد تا مبدا سيستم معرفي شود و براي معرفي جهت سيستم بايستي مختصات X يا Y يكي از نقاط مجاور مبدا معلوم باشد تا بتوان جهت (شمال) سيستم را تعريف كرد و براي تعريف مقياس چون در پيمايش طول بين دو نقطه اندازه ‌گيري شده است بنابراين مقياس سيستم از قبل تعريف شده است. يا اينكه براي تعريف جهت و مقياس براي سيستم كافيست علاوه بر مبدا يك نقطه مجاور مبدا نيز معلوم باشد که اين دو نقطه يا از طريق مشاهده توسط گيرنده هاي GPS صورت مي گيرد و يا اينکه دو نقطه شبکه با فرض مبدا و جهت شمال فرضي داراي مختصات مي شوند.

2 : پيمايش های آنتنی بسته :

در اين نوع پيمايش از دو نقطه معلوم شروع و در آخر به دو نقطه معلوم ديگر مي ‌رسيم. در اين روش دو نقطه معلوم اول براي تعريف سيستم و دو نقطه معلوم دومي براي كنترل خطاهاي پيمايش مورد استفاده واقع مي ‌شود. در اين روش نقاط معلوم شروع و انتهاي پيمايش بايستي در يک سيستم مختصات باشند.

ب : مختصات ‌دار كردن رئوس پيمايش های اصلی و فرعی با استفاده از گيرنده های GPS

در اين روش با استفاده از گيرنده هاي سه فركانسه GPS بسته به وسعت منطقه ابتدا چند پيمايش اصلي براي منطقه ايجاد مي ‌شود به اين صورت كه رئوس اين پيمايش حداكثر حدود چند كيلومتر از هم فاصله دارد و زمان قرائت بين ايستگاهها نيز طوري طراحي ميشود كه تمامي نقاط پيمايش اصلي هم از ايستگاه رفرانس و هم هر ايستگاه پيمايش نسبت به ايستگاه قبلي و بعدي پردازش شوند. در اين حالت مختصاتي كه از طريق ايستگاه رفرانس براي رئوس پيمايش بدست مي‌آيد. به روش آنتني و مختصاتي كه هر نقطه نسبت به نقطه قبلي بدست مي ‌دهد روش پيمايش با GPS مي‌گوييم كه در اين حالت براي هر نقطه اصلي پيمايش دو نوع مختصات بدست مي آيد كه با مقايسه اين دو نوع مختصات اولا دقت قابل قبول روش آنتني ثابت مي ‌شود ثانيا يك پيمايش بسته با GPS ايجاد مي شود و خطاي پيمايش نيز مشخص مي‌ شود و دقت بالاي تعيين موقعيت GPS در نقشه برداري ثابت مي‌ گردد. سپس بسته به مقياس نقشه ايستگاههاي نقشه برداري مورد نياز در منطقه طراحي شده و تمامي ايستگاهها به روش پيمايش مثلثي قرائت مي‌ شوند. اگر خواسته باشيم رئوس پيمايشهاي اصلي و فرعي رابا استفاده از گيرنده هاي GPS مختصات دار كنيم نيازي به داشتن ديد مستقيم بين رئوس پيمايش نمي‌ باشد و كافيست هر راس فقط به يكي از رئوس پيمايش ديد مستقيم داشته باشد تا بتوان هنگام برداشت عوارض نسبت به آن صفر صفر كرد.

ترازيابی مستقيم بين تمامی رئوس پيمايشهای اصلي و فرعی :

در اين مرحله با استفاده از ترازياب نيو و NAK2 و شاخص به روش ترازيابي مستقيم تمامي ايستگاهها داراي ارتفاع مي‌ شوند. براي كنترل ارتفاع ايستگاهها اولا فاصله بين دو ايستگاه پيمايش دو بار ترازيابي مي‌شود (رفت و برگشت) ثانيا در انتقال ارتفاع مبنا به منطقه كاري به دو روش عمل مي شود. در روش اول انتقال ارتفاع ترازيابي را از يك نقطه ارتفاعي مبنايي سازمان نقشه برداري يا نقطه ‌اي كه توسط سازمان نقشه برداري تاييد شده باشد و پس از ارتفاع دار كردن تمامي ايستگاهها آن را به نقطه ارتفاعي مبنايي سازمان نقشه برداري يا نقطه ‌اي كه توسط سازمان نقشه برداري تاييد شده ديگر متصل مي‌كنيم و يا اينكه پس از ارتفاع دار كردن تمامي ايستگاههاآن را به همان نقطه ارتفاعي مبنايي اولي متصل مي ‌كنيم. طبق دستورالعمل سازمان نقشه برداري تراز‌يابي بين ايستگاهها درجه سه مي‌ باشد كه خطاي مجاز مسير ترازيابي درجه سه از رابطه e√𝑘 كه در رابطه فوق e=12mm درجه ترازيابي و K طول مسير بر حسب كيلومتر مي‌ باشد. البته در مناطق كوهستاني سخت و مناطقي كه امكان ترازيابي مستقيم وجود نداشته باشد از روش ترازيابي مثلثاتي و يا ترازيابي با GPS استفاده مي شود.

محاسبات و سرشكنی ايستگاههای پيمايش :

در اين مرحله اگر پيمايشهاي اصلي و فرعي به روش مستقيم زميني صورت گرفته باشد بايستي نتايج طولها و زواياي قرائت شده در مرحله سه , در برگهاي مخصوص پيمايش نوشته شود و پس از محاسبه پيمايش چون پيمايش بسته مي ‌باشد محاسبه پيمايش از يك نقطه شروع شده و در آخر يا به همان نقطه و يا به دو نقطه معلوم ديگر مي‌ رسيم. بنابراين براي نقطه شروع دو بار مختصات محاسبه مي‌ شود كه از اين طريق خطاي پيمايش بدست مي آيد. خطاي پيمايش از رابطه EX^2+EY^2)^.5 )E< محاسبه می گردد ، در رابطه فوق EX خطاي پيمايش در جهت X ها و EY خطاي پيمايش در جهت Y ها مي باشد. و خطاي مجاز پيمايش بسته از رابطهEXY<=2.5*AB*da*(n/2)^.5 كه در رابطه فوق AB بزرگترين قطر پيمايش (كه برابر يك چهارم مجموع طولهاي پيمايش ضربدر راديكال دو) و da دقت متوسط اندازه گيري زاويه است كه براي پيمايشهاي اصلي برابر 12 ثانيه گرادي و براي پيمايشهاي فرعي برابر 20 ثانيه گرادي مي باشد و n تعداد رئوس پيمايش مي ‌باشد. و خطاي مجاز پيمايش آنتني بسته از رابطه EXY<=2.5*L*da*(n/3)^.5 كه در رابطه فوق مجموع طولهاي پيمايش و da دقت متوسط اندازه گيري زاويه است كه براي پيمايشهاي اصلي برابر 12 ثانيه گرادي و براي پيمايشهاي فرعي برابر 20 ثانيه گرادي مي باشد و n تعداد رئوس پيمايش مي‌باشد.

برداشت جزئيات :

الف : برداشت به روش استاديمتری

در اين روش نقشه بردار با استفاده از دوربين تئودوليت و شاخص اقدام به برداشت جزئيات مي‌ نمايد. بايستي كليه قرائتها را كه شامل تار پايين و تار بالا و زاويه افقي و زاويه قائم توسط نقشه بردار قرائت و توسط نويسنده در فرمهاي مخصوص يادداشت شود. سپس مشاهدات فوق توسط اپراتور وارد نرم افزار Land Desktop شده و پس از تبديل مشاهدات خام به مختصات توسط نرم افزار ،كارتوگراف شروع به ترسيم عوارض در نرم افزارمي ‌نمايد. ازمعايب اين روش سرعت و دقت پايين و همچنين خطاي فردی بالا مي باشد.

ب : برداشت با ديستومات و تئودوليت

با پيشرفت تكنولوژي در عرصه نقشه ‌برداري و اختراع طوليابهاي ديجيتالي دقيق , روش ديگري براي برداشت جزئيات ابداع شد كه با استفاده از دوربين تئودوليت و يك طولياب كه روي تئودوليت سوار مي ‌شود و در تئودوليتهاي جديد مكان استقرار آن نيز تعبيه شده است , استفاده مي ‌شود. در اين روش بايستي قرائتهاي زاويه افقي و زاويه قائم از تئودوليت و طول مايل از ديستومات توسط نقشه بردار قرائت و توسط نويسنده در فرمهاي مخصوص يادداشت شود. سپس مشاهدات فوق توسط اپراتور وارد نرم افزار Land Desktop شده و پس از تبديل مشاهدات خام به مختصات توسط نرم افزار ، كارتوگراف شروع به ترسيم عوارض در نرم افزار مي‌ نمايد اين روش نسبت به روش قبلی دقيق و سريع مي ‌باشد.

پ : برداشت با توتال استيشن

در اين روش با استفاده از دستگاههاي توتال‌استيشن كه مدلهاي پيشرفته آنها به صورت ديجيتالي تمامي برداشتهاي زميني در حافظه ‌هاي داخلي دستگاه يا در ديسكت ‌هاي مخصوص قابل نصب به دستگاه ذخيره مي ‌شوند و سپس با استفاده از كابلهاي ارتباطي مخصوص به كامپيوتر وصل مي‌ شوند و تمامي برداشتها در نرم افزارهاي مخصوص تخليه مي ‌شوند و سپس توسط نرم‌افزاركارتوگراف شروع به ترسيم عوارض در نرم افزار مي ‌نمايد اين روش نسبت به دو روش بالا دقيقتر و سريعتر مي‌باشد.

ت : برداشت با توتال استيشن لیزر

در اين روش با استفاده از دستگاههاي توتال استيشن الکترونيکي ليزري داراي کمپانساتور دو محوره اندازه گيري با نور ليزر مرئي تا 1000 متر بدون نياز به منشور امکان کد گذاري عوارض به صورت فهرستي و سريع (Q-Code ) يا دستي با قابليت اندازه گيري فاصله با استفاده از تک منشوري تا 1500 متر و با استفاده از رفلکتور برچسبي تا 1200 متر با دقت2 mm+2ppm زمان اندازه گيري يک ثانيه ، با برنامه هاي متنوع نقشه برداري حافظه داخلي دستگاه براي ضبط اطلاعات 10-000 نقطه ، زمان کارکرد با باطري 16 ساعت ، مجهز به شاقول ليرزي و تراز ديجيتـال جهت استقرار و تنظيم دستگـاه قابليت اندازه گيري فاصله در زمان کمتر از 2/0 ثانيه در حالت طوليـابي مداوم مطابق با استاندارد ضد آب و غبـار قابليت انتقال اطلاعات از تـوتـال به كامپيوتر و بـالعکس در کمترين زمان و تمامي برداشتها در نرم افزارهاي مخصوص تخليه مي ‌شوند و سپس توسط نرم‌افزاركارتوگراف شروع به ترسيم عوارض در نرم افزار مي‌ نمايد این روش بیشتر در مناطق کوهستانی کاربرد دارد.

ث : برداشت با اسكن لیزر

در اين روش با استفاده از دستگاههاي اسكن لیزر مي توان تهيه نقشه توپوگرافي از صخره هاي غير قابل دسترس از مستند سازي بناها و اشياي تاريخي ، تهيه نقشه هاي As-built از پالايشگاهها و مراکز صنعتي ، براي مطالعات ساختگاه سدها ، مهندسي معکوس سازه هاي بزرگ و مستند نگاري صحنه تصادفات و جرم بعنوان کاربرد هاي اسکنر فتوليزري نام برد. در مرحله بعد مي توان اين داده ها را در دفتر كار به صورت خودكار به رايانه منتقل كرد. رايانه نيز به نوبه خود پس از انجام محاسبات بر اساس برنامه ، داده ها را به دستگاه رسام براي ترسيم نقشه يا چاپگر براي چاپ نتايج منتقل مي كند.

ج : برداشت با لیزر اسکن (Dynascan) MDL

• امروزه داشتن اطلاعات کافی و به روز از وضعیت جاری ، یک نیاز اساسی برای انجام برنامه ریزی صحیح بسیاری از پروژه های عمرانی و توسعه زیرساختها به شمار می رود. مدیران ، سیاستمداران و کارشناسان فنی همواره برای تصمیم گیریهای مهم ، طراحی و پیاده سازی برنامه های خود کمترین اختلاف و تغییرات را حیاتی می دانند بنابراین فاصله زمانی کوتاه بین جمع آوری ، برداشت اطلاعات از وضع و شرایط موجود منطقه و گذاشتن به موقع آن در اختیار کارفرمایان و مدیران مهمترین امتیازی است که برتری مشاوران را در تحقق اهداف و نظر مدیران مشخص می کند. شرکت مهندسین مشاور تیو کاوان اطلس نیز از این اصل مهم غافل نمانده است و داشتن خلاقیت به همراه تجهیزات پیشرفته را مقدمه رسیدن به این اصل می داند تهیه و خرید دستگاهها و تجهیزات نقشه برداری به روز تائیدی بر ادعای این مشاور است. دستگاه لیزراسکن Dynascan محصول شرکت Mdl جدیدترین سری دستگاههای لیز سیار نقشه برداری دو منظوره برای سطح خشکی و سیستمهای آبی مختلف است. این مشاور در حال حاضر مراحل خرید این دستگاه را طی می کند. سیستم لیزراسکن Dynascan : سیستمهای نقشه برداری سیار که در حال گسترش هستند پدیده نویی نیستند.

• چندین کارخانه صنعتی لیزر سیستمهای نقشه برداری سیار را در طی چند سال معرفی و به متقاضیان خود عرضه کرده اند. تفاوت این سیستمها سازگاری با وسایل نقلیه ای که این سیستمها بر روی آنها سوار و نصب می شود , میباشد. در همه این سیستمها این وسایل بزرگ ، بسیار سنگین ، پیچیده و بسیار بسیار گران هستند. در مورد لیزراسکن Dynascan این مشکل برطرف شده است این سیستم با لیزراسکن پرسرعت ، سیستم موقعیت یاب خیلی دقیق و واحد اندازه گیری اینرسی همگی در یک دستگاه قرار گرفته اند. بدین ترتیب این سیستم نیاز به کالیبراسیون های صحرایی و پیکربندیهای اولیه نرم افزارهای پردازش داده را حذف کرده است داده هایی که توسط همه سنسورها ثبت می گردد همزمان سازی شده استو به صورت یکجا وارد نرم افزارهای پردازش می گردد و این داده ها پس از پردازش داده های خام وارد بسته های نرم افزاری Autocad می گردد. از بزرگترین محاسن این سیستم اندازه کوچک و وزن کم آن است چیزی که در مقایسه با سیستمهای نقشه برداری سیار موجود یک امتیاز انحصاری محسوب می شود. قابلیت حمل این دستگاه بر خلاف سایر لیزر اسکن های سیار حجیم و سنگین هستند آسان و در همه شرایط امکان پذیر است این حسن سبب تسریع در عملیات نقشه برداری بدون نیاز به مجوزها و هماهنگی های مانند پرواز شده است. سیستم Dynascan با بسته نرم افزاری گرافیکی و پردازش سه بعدی داده ها وارد می شود و بدون هیچ محدودیتی قابلیت توسعه بیشتر را فراهم می آورد. نرم افزارهای Dynascan یک رابط انعطاف پذیر را برای هر سنجنده مانند گیرنده GPS ، دوربین و یا سیستم اکوساندر را ارائه می دهد و نرم افزار قابلیت ذخیره و ارسال در قالب های مانند DXF ، BAG ، ASCLL ، GSF ، GEOTIFF در اختیار کاربرانی که با سایر نرم افزارهای صنعتی استاندارد دیگر کار می کنند می گذارد.

• ویژگی های کلیدی نرم افزار Dynascan عبارتند از :

الف : بر روی یک لپ تاپ اجرا می شود
ب : رابط با چندین سنجنده و سیستم در زمان واقعی
پ : همزمان سازی کامل در زمان واقعی برای جمع آوری داده ها
ت : کنترل کیفیت زمان واقعی برای پارامترهای تعریف شده توسط کاربر
ث : دید سه بعدی در زمان واقعی
ج : امکانات کالیبراسیون پیوسته سیستم
چ : پردازش حجم بالای داده های سه بعدی در اين روش ابتدا دستگاه GPS سه فرکانسه Station را بروی ایستگاه GPS، و ترازیابی شده قرار داده و مختصات و ارتفای آن را داده و راه اندازی می کنیم. مرحله دوم دستگاه MDL را روی ماشین یا وسیله مورد نظر سوار کرده و با استفاده از لب تاپ دستگاه را راه اندازی میکنیم. دستگاه مورد نظر مختصات را آنی از Station گرفته و پردازش کرده و با دقت مطلوب شروع به اسکن منطقه به عرض 500 متر از طرفین می نماید که دستگاه با استفاده از دوربین با رزولیشن بالا همراه با اسکن عکس نیز از منطقه میگیرد و آن را رفرنس کرده و به کامپیوتر انتقال داده و بعد از کارتوگرافی آماده چاپ نقشه می گردد. این دستگاه با استفاده از قطعه جانبی حتی زیر آب را تا عمق زیاد اسکن می کند.

ترسيم و كارتوگرافی :

به منظور ترسيم اطلاعات برداشتي ، دوربين ‌ها را در فرمت Mdt و Gsi تخليه نموده و پس از Edit اوليه اطلاعات برداشتي با استفاده از برنامه Gtopo اطلاعات را تبديل به مختصات سه ‌بعدي كارتزين مي‌كنيم. اطلاعات مختصات حاصل را در فرمت مخصوص خود دريك فايل ، AUTOCAD LAND فراخواني مي‌كنيم و پس از كنترل‌هاي لازم مسطحاتي ، با استفاده از كروكي‌ هاي تهيه شده براي هر فايل و همچنين كد نقاط برداشتي ، عمليات ترسيم و لايه بندي ‌هاي اوليه در محيط AUTOCAD LAND انجام مي ‌شود. لازم به ذكر است كه هر فايل در اين عمليات مربوط به يك استقرار دوربين مي‌ باشد. پس از ترسيم اين فايلها لازم است علامت‌ هاي برداشت زميني نيز آنرا تاييد نمايند. سپس كليه اطلاعات كنار هم در يك فايل كلي INSERT مي ‌شود. پس از INSERT اين اطلاعات بايستي Overlap ها در يك مرحله Edit شوند و بعد با استفاده از اين فايل كلي Gap هاي موجود در منطقه و اشكالات ديگر شناسايي شده و عمليات برداشت مربوط به آنها انجام مي‌ شود. براي اين برداشت‌ ها نيز روال سابق تكرار مي ‌شود. زمانيكه فايل از لحاظ عوارض تكميل شد اقدام به شيت ‌بندي آنها در محيط AUTOCAD LAND مي‌كنيم. سپس در مناطق لازم بايستي Hatch مناسب اضافه گردد و با فارسي نويسي‌ هاي لازم نقشه گويا شود. سپس با توجه به اندكس تهيه شده نقشه مجددا شيت‌ بندي مي‌ شود و بر روي نقشه ‌ها Grid و Legend مناسب اضافه مي‌ شود و در نهايت شيت‌ ها از كليه جهات چك مي ‌شود.