گزارش کار آموزی اصول نقشه برداری

مقدمه
به طور کلی نقشه برداری را می¬توان علم تهیه و پیاده کردن نقشه دانست . اما به دلیل گستردگی زیاد این علم در دنیای امروز تعریف بالا را نمی توان جامع دانست . کنترل کارهای اجرایی و تعیین میزان نشست ساختمانهادر عملیات ساختمانی و مونتاژ واحدهای تولیدی و صنعتی ، طرحهای مربوط به تسطیح اراضی در شهرسازی و کشاورزی ، و کنترل دایمی انحراف سدها از نظر فشار آب در تاسیسات آبی انتقال نقاط و امتدادها در معادن و راههای زیرزمینی ، بررسی تغییرات پوسته زمین در زمین شناسی وژئو فیزیک ، تعیین میزان عمق آب و تهیه نقشه های دریانوردی در

کشتیرانی و بندر سازی ، تهیه نقشه های دریا نوردی در کشتیرانی و بندر سازی ، تهیه نقشه ابنیه و آثار تاریخی در باستان شناسی پیکره های دیگری از دامنه فعالیتهای علم نقشه برداری

را تشکیل می دهد .
به طور کلی نقشه برداری را می¬توان علم تهیه و پیاده کردن نقشه دانست . اما به دلیل گستردگی زیاد این علم در دنیای امروز تعریف بالا را نمی توان جامع دانست . کنترل کارهای اجرایی و تعیین میزان نشست ساختمانهادر عملیات ساختمانی و مونتاژ واحدهای تولیدی و صنعتی ، طرحهای مربوط به تسطیح اراضی در شهرسازی و کشاورزی ، و کنترل دایمی انحراف سدها از نظر فشار آب در تاسیسات آبی انتقال نقاط و امتدادها در معادن و راههای زیرزمینی ، بررسی تغییرات پوسته زمین در زمین شناسی وژئو فیزیک ، تعیین میزان عمق آب و تهیه نقشه های دریانوردی در کشتیرانی و بندر سازی ، تهیه نقشه های دریا نوردی در کشتیرانی و بندر سازی ، تهیه نقشه ابنیه و آثار تاریخی در باستان شناسی پیکره های دیگری از دامنه فعالیتهای علم نقشه برداری را تشکیل می دهد .

مقدمه وتاريخچه نقشه برداري
۱ – مقدمه :
اندازه گيري طول وزاويه اساس اكثر عمليات نقشه برداري را تشكيل مي دهد اندازه گيري مستقيم فاصله يكي از دشوارترين عمليات از نقطه نظر اجرايي است خصوصا اينكه دقت بالايي هم مورد نياز باشد در نتيجه روشهاي مختلفي براي اندازه گيري غير مستقيم طول ابداع شده است كه يكي از آنها بكارگيري طولابهاي الكترونيكي است .
امروزه عملا نوارهاي متر كشي و روشهاي ديگر اندازه گيري غير مستقيم طول مانند سير بارلاكتيك وغيره در غالب عمليات نقشه برداري جاي خودرا به طوليا بهاي الكترونيكي داده اند همان گونه كه با ساخت نوارهاي فلزي متر كشي زنجيرهاي مساحتي و واحدهاي مربوطه وقواعد استفاده از آنها رفته رفته منسوخ شدند با پيدايش طوليا بهاي الكترونيكي نيز سر نوشتي مشابه براي نوارهاي متركشي رقم خورد.

با پيشرفت علوم الكترونيكي تجهيزات نقشه برداري نيز چهره كاملا جديدي پيدا كردند اما ارمغان تكنولوژي نوين بيش از آنكه بر اندازه گيري زاويه اثر بگذارد بطور فاحشي نحوه اندازه گيري طول را دگرگون كرد.
روند پيشرفت فني تجهيزات نقشه برداري با ساخت طوليابهاي الكترونيكي پايان نيافت بلكه با ساخت طوليابهاي نسبتا كوچك امكان الحاق آنها به تئودوليتهاي اپتيكس و الكترونيكي فراهم

آمد.محصول جديد را كه توتال استيشن مي نامند بتدريج در حال جايگزيني طوليابهاي منفرد است با روند موجود يعني با عرضه روبه تزايد سيستمهاي تعيين موقيت جغرافيايي (جي پي اس) از يك سو و ساخت توتال استيشن ها از سوي ديگر خط توليد اكثر طوليابهاي مستقل ومنفرد روبه تعطيلي دارد.
تكنولوژي ساخت طوليابهاي الكترونيكي در انحصار كشورهاي پيشرفته صنعتي قرار دارد واز اينرو بنابه علل اقتصادي وفني توليد اينگونه تجهيزات در اكثر كشورهاي ديگر مقرون به صرفه نيست در حال حاضر كشورهاي ايالات متحده آمريكا ژاپن سوئد سوئيس آلمان فرانسه بريتاليا وآفريقاي جنوبي وروسيه عمده ترين سازندگان طوليابهاي الكترونيك هستند با افزايش لوح رقابتهاي تجاري چندي است شركتهاي مشهور اقدام به انتقال كارخانجات خود به چين كرده اند به اين ترتيب چين نيز به جرگه توليد كنندگان طوليابهاي الكترونيكي پيوسته است .

۲- طبقه بندي طوليابها :
طوليابها را مي توان به روشهاي مختلف طبقه بندي كرد يكي از اين راها ميتوانند براساس طول موجي باشد كه آنها ارسال ودريافت ميكنند به اين ترتيب اين طوليابها دردو دسته بزرگ قرار مي گيرند :
الف- طوليابهاي الكترواپتيكي :به آندسته از دستگاههاي اطلاق مي شود كه نور با محدوده مادون قرمز مجاور نور مرئي ويا ليزر استفاده ميكنند .
ب- طوليابهاي ميكروويو (وراديويي):به آندسته از دستگاهها اطلاق مي شود كه از امواج راديويي و مايكرو وويو (با فركانسهاي بمراتب پائينتر نسبت به دسته اول ) استفاده ميكنند .راه ديگر دسته بندي طوليابها برپايه برد موثر آنهاست براين اساس ميتوان آنها را در دو گروه بزرگ طبقه بندي كرد.
الف) كوتاه برد : دستگاههاي اين دسته بردي حداكثر ۵كيلومتر دارند وعموما اندازه آنها در

حدي است كه مي توان آنها برروي يك تئووليت نصب كرد محدوده فركانسي آنها در محدوده مادون قرمز و نور مرئي قرار مي گيرد اكثر كاربرد اين دستگاه ها در كارهاي نقشه برداري موضعي است .
ب ) متوسط / دوريرد : حداكثر برد اين دستگاه ها قريب به ۱۰۰ كيلومتر مي رسد ولي برد عملياتي آنها در حد ۴۰-۵۰ كيلومتر قراردارد معمولا حجيم و سنگين هستند وبيشتر براي عمليات ژنودري آبنكاري و اقيانوس نگاري ويا ناويري دريايي هوائي استفاده مي شود سيستم هاي كه از ليزر استفاده مي كنند اگرچه در طبقه بندي قبل در ميان سيستم هاي الكترو اپتيكي قرار گرفتند لي

كن نظر به برد آنها دراين نوع طبقه بندي در كنار سيستم هاي ميكروويو قرار مي گيرند .
۳- تاريخچه :
تسلادر سال ۱۸۸۹ استفاده از بازتاب امواج ميكروويو را جهت اندازه گيري طول پيش بيني كرده بود نخستين ثبت اختراع در طولياب با كاربرد امواج الكترو مغناطيسي در سال ۱۹۲۳ توسط نوري انجام گرفت نخستين طولياب مايكروويو كه براساس اصول تداخل كار مي كرد در سال ۱۹۲۶ 
فاصله يابي الكترونيكي غير نقشه برداري در اوايل دهه ۱۹۳۰ميلادي ابداع وبطور عملي براي نخستين بار در طول جنگ جهاني دوم توسط نيروهاي نظامي آلمان و بريتانيا با كمك امواج رادار انجام مي گرفت نحوه اندازه گيري فاصله به اين ترتيب بود كه امواج راديويي پس از برخورد با بدنه فلزي هواپيما به فرستنده باز مي گشت وبرمبناي جهت آنتن وزمان رفت وبرگشت موج امكان تعيين فاصله جهت حركت و سرعت تقريبي هواپيماي مورد نظر ميسر مي شد دقت حاصله اگر چه براي رهگيري هوايي وامور نظامي كفايت مي كرد اما درحد دقتهاي مورد عمليات نقشه برداري نبود .
همانطور كه درقسمت عنوان شد دستگاهاي طولياب الكترونيكي دردو دسته بزرگ دستگاههاي الكترواپتيكي و مايكروويو / راديويي طبقه بندي مي شوند لذا از نقطه نظر تاريخي نيز تحولات انجام گرفته در اين دودسته بطور جداگانه بررسي مي شود با توجه به تقدم و تاخر زماني ابتدا تاريخچه سيستم هاي الكترواپتيكي ذكر مي شوند.
در زمينه طوليابهاي با كاربرد نقشه برداري در سال ۱۹۳۶سه دانشمند روسي بنامهاي لبديف، بالا كوف و وافيادي از انسستيتو اپتيك اتحاد جماهير شوروي مدعي ساخت نخستين طولياب الكترواپتيكي دنيا شدند در پي آن در سال ۱۹۴۰هوتل آلماني مقاله اي را منتشر كرد كه در آن ازيك سلول كر دوبخش ارسال و يك فوتولوله دربخش دريافت استفاده شده بود اين مقاله موجب ش

د تا دانشمند سوئدي اريك برگشترند برانگيخته شود تا براساس اين مقاله آزمايشي رادر زمينه اندازه گيري سرعت نور انجام دهد دستگاه ساخته اودر سال ۱۹۴۳ تكميل شد و ژئوديمتر نام گرفت.
درآن زمان تعيين دقيق سرعت نور مورد توجه بسياري از دانشمندان بود ودر وهله اول تصور نمي شد اين وسيله كاربردي در نقشه برداري اما در سال ۱۹۳۷ برگ اشترند به كمك شركت آگا ساخته اش را بصورت يك محصول تجاري بعنوان نخستين طولياب تجاري جهان با نام ان اس ام ۲ به بازار فروش ارائه كرد اين دستگاه با استفاده از نور مرئي قادر بود فواصل تا۴۰كيلومتر را (فقط در شب ها ) اندازه گيري كند از آن به بعد شركت آگا – ژئوديمتر همواره با ساخت دستگاههاي

جديدتر در رديف شركتهاي معتبر سازنده تجهيزات الكترونيكي نقشه برداری قرار داشته است.
رخداد مهم ديگر در زمينه دستگاههاي الكترواپتيكي در سال ۱۹۵۴ اتفاق افتاد وآن كشف تكنيك هترودين بود كه امكان تعيين اختلاف زاويه فاز را تحت فركانسهاي پائينتر مممكن ساخت نخستين دستگاهي كه از اين روش استفاده كرد دستگاه ژئوديمتر مدل ۱۶بود سيستمهاي ليزري ازسال ۱۹۶۸ اندك اندك در ميان طوليابهاي الكترواپتيكي ظاهر شدند و نخستين آنها ژئوديمتر مدل ۸بابرد ۶۰كيلومتر بود.
اما نخستين طولياب ساخته شده براساس استفاده از امواج مايكروويو و اندازه گيري اخت

لاف فاز توسط دكتر وادلي در سال ۱۹۵۴ساخته شد .
تا آن زمان براي حصول دقت وبرد بالاي سيستمهاي الكترواپتيكي اندازه گيري طول مي بايست الزاما در شب انجام مي گرفت كه با استفاده از امواج مايكروويو اين اشكال مرتفع شد. در سال ۱۹۵۷ دكتر وادلي ساخته اش رادر آفريقاي جنوبي بصورت تجاري با نام تئورومتر عرضه كرد كه بلافاصله جهت شبكه درجه يك ژئودزي استراليا بكار گرفته شد اين ساخته با استفاده از امواج نامرئي مايكروويو به بردي معادل ۸۰كيلومتر دست يافته شرايط محيطي از قبيل شب وروز وحتي به تاثير اندك و يا حداقل اثر قابل محاسبه اي داشت تئورومترها كاربردي وسيع در عمليات ژئودزي

يافتند وبعد از مدتي به همين سبب به هر طولياب الكترونيكي كه از امواج مايكروويو استفاده مي كرد به اشتباه تئورومتر نام مي دادند حتي اگر ساخت شركت ديگري مانند زيمنس بود بايد توجه داشت كه تئورومتر تنها يك نام تجاري است.
در اواخر دهه ۱۹۶۰استفاده از ليزر در محدوده امواج مايكروويو نيز عملي شد وبا پيشرفت فنون الكترونيكي امكان ساخت طوليابهاي جمع و جورتري مانند سي اي ۱۰۰۰ ساخت شركت تلورومتر فراهم شد .
شوق نقشه بردارها در نتيجه امكان اندازه گيري مستقيم فواصل طولاني و رهائي از كار توانفرساي كشيدن نوارهاي متركشي و تمهيدات دست و پاگير حصول دقتهاي مورد نياز بسيار زياد بود لذا اين امر باعث شد تا در روزهاي اوليه طوليابهاي الكترونيكي به خستگي ناشي از محاسبات عديده براي استخراج مقدار طول از ميان انبوهي از اعداد مشاهداتي توجه چنداني نشود اما بزودي نياز به افزايش دقت و فزوني سرعت اندازه گيري و حذف روشهاي مطول محاسبه طول به امري اجتناب ناپذير جلوه گر شد و كار تا آنجا پيش رفت كه امروزه اغلب دستگاهها تنها با زدن يك كليد طول تصحيح شده را به دست مي دهند .

در اواسط دهه ۱۹۶۰ ميلادي تكنولوژي ساخت نيمه هاديها ودر پي ساخت آن ساخت مدارهاي مجتمع يا (آي سي )ها باعث شد تا شركتها موفق به توليد انبوه طوليابهاي كوچك الكترونيك شوند. به اين ترتيب دستگاههائي كه تنها كاربردي محدود در زمينه ژئودزي داشتند وفقط توسط كاربران ماهر قابل استفاده بودند كاربردي وسيع وعام تر يافتند ديگر نتيجه موج نوين الكترونيك اين بود كه تعداد سازندگان طوليابهاي الكترونيك كه زماني از تعداد انگشتان يك دست فراتر نميرفت به يكباره به بيش از دهها شركت افزايش يابد در فصول بعد ضمن آشنايي با تعداد بيشتري از دستگاههاي طولياب الكترونيكي تاريخچه هريك به تفصيل ذكر خواهد شد .

 

۴ ـ اصول اوليه كار طوليابها :
گرچه براي درك اصولي و عميق كاركرد يك طولياب بايد اطلاعاتي در زمينه فيزيـــــــك الكترونيك، مخابرات و… داشت ليكن آگاهي از اصول كار دستگاههاي طولياب بشكـــلي كلي حتي با دانش علم و دروس دبيرستاني ميسر است لذا قبل از آنكه اساس اصلي ترين روش هاي اندازه گيري طول يعني روش اندازه گيري اختلاف فاز و روش پالس ميان جزئيات مبهم بماند در قدم اول اين روشها مورد توجه قرار مي گيرند طبيعي است با آشنائي بيشتر با مباحث فصول بعدي ايده هاي خام اوليه كامل و كاملتر شده و علت وجودي هر جزء طولياب بهتر دانست همانطور كه در دروس اوليه نقشه برداري گفته شده طولياب موجي را ارسال مي كند و پس از بازتاب آنرا دريافت مي كند در برخي از دستگاهها اين موج توسط دستگاهي مشابه دريافت و پس از تقويت باز پس فرستاده مي شود (دستگاههاي تلورومتر ) به عبارت ديگر براي اندازه گيري نياز به دو دستگاه وجود دارد در دسته ديگر موج ارسالي توسط يك مانع مانند آينه بازتاب كننده يا رفلكتور (در دستگاههاي مادون قرمز ) ويا سطح يك جسم (برخي از دستگاههاي ليزري ) به دستگاه باز مي گردد با نخستين فرمول دانش فيزيك در زمينه سرعت يكنواخت با در دست داشتن سرعت امواج وزمان طي مسير ميتوان طول را بدست آورد البته بايد توجه داشت چون موج مسير مورد نياز اندازه گيري را يكبار هنگام ارسال و يكبار هنگام بازگشت پيمود طول بدست آمده رابايد بر۲تقسيم كرد.

گرچه در كل اين تغيير ميتواند قابل قبول باشد ليكن در بررسي جزئيات امر در مي يابيم كه اين گونه برداشت تنها در مورد بخش كوچكي از طوليابها يعني طوليابهاي مبتني ير روش پالس صحيح است و تعميم آن اشتباهي بزرگ است زيرا اصولا در اكثر طوليابها بهيچ وجه اندازه گي

ري زمان رفت وبرگشت بطور مستقيم انجام نمي گيرد علت اصلي اين كار وابستگي شديد اندازه گيري زمان است براي وقوف كامل ازاين واقعيت مثال زيرا مورد بررسي قرار مي دهيم .
مثال ۱- سرعت امواج مادون قرمز در يك دستگاه طولياب ۳×۱۰۸ متر برثانيه است:
الف- مطلوب است خطاي طول اگر دقت اندازه گيري زمان ۱۰ثانيه باشد .
پاسخ الف) x=nt
dx=ndt
dx=3310310=33102m!!

پاسخ ب) dt = dx/ n =1/3310≈۱۰-۸ sec

جالب است بدانيم تنها ساعتهاي اتمي با ابعاد قابل توجه داراي دقتهاي چنين هستند در عمل نيز آندسته از طوليابهاكه از اندازه گيري زمان استفاده مي كنند بطورغير مستقيم زمان واز طريق شمارش پالس زمان را بدست مي آورند اين روش را روشي پالسي تعيين فاصله مي نامند روش ديگر روش اختلاف فاز است كه اكثر طوليابهاي امروزي از اين روش استفاده مي كنند ودر ادامه به آن پرداخته مي شود.
بطور كلي با توجه به رابطه طول موج وفاصله مورد اندازه گيري ميتوان نوشت: D=nl+Pλ
كه در آن D طول مورد نظر اندازه گيري X طول موج n مضارب صحيح طول موجود در D وP جزء كسري طول موج است در عمل طوليابها با استفاده ازمدارات الكترونيكي خود قادر به اندازه گيري مقدار P هستند ولي مقدار n بصورت مبهم باقي مي ماند لذا تنها بكمك يك موج نمي توان هدو مجهول Dوn را بدست آورد دستگاههاي طولياب راههاي مختلفي را براي بدست آوردن طول و حصول مجازي مقدار مبهم n (به تعبيري رفع ابهام) اتخاذ مي كنند يكي از اين معمول ترين راهها استفاده از چند موج (۲-۶فركانس ) است .
اصطلاحا مقدار P را اختلاف زاويه فاز موج مي گويند ومقدار آن بستگي به اختلاف زاويه فاز موج ارسالي وبرگشتي دارد مفهوم فيزيكي و توضيحات بيشتر درمورد مفهوم زاويه فاز در فصل بعد خواهد آمد در عمل رابطه اساسي طوليابي را بصورت زير مورد استفاده قرار مي دهند .
معادله ۱-۱ S= ½(nl+φλ/۳۶۰)

 

مثال ۲- يكي از طوليابهاي ساخته شركت هيولت پاكارد از ۴فركانس استفاده مي كنند با توجه به جدول زير فاصله اندازه گيري شده بدست آمده است .

فرکانس اختلاف فازφ طول موج(متر) ۱/۲(φl/360)
14.989625MHz 257° ۲۰ ۷٫۱۳۹
۱٫۴۹۸۹۶۲۵MHz 62° ۲۰۰ ۱۷
۱۴۹٫۸۹۶۲۵KHz 150° ۲۰۰۰ ۴۱۶

۱۴٫۹۸۹۶۲۵KHz 123° ۲۰,۰۰۰ ۳۴۱۶

طول نهایی:۱۳۹ر۳۴۱۷

مروری بر نقشه برداری زیر زمینی
نقشه برداری زیر زمینی که در غرب آن را با کلمه لاتین UNDER ground surveying می‌شناسند، شاخه ای از رشته مهندسی نقشه برداری است که شامل طراحی تونل، عملیاتهای اجرا و هدایت حفاری و بلاخره برداشت فضاهای موجود طبیعی و مصنوعی زیر زمین به منظور تهیه نقشه از آنها با توجه به شرایط خاص نقشه برداری در زیر زمین می باشد.
نقشه برداری زیر زمینی:
نقشه برداری زیر زمینی که در غرب آن را با کلمه لاتین UNDER ground surveying می‌شناسند، شاخه ای از رشته مهندسی نقشه برداری است که شامل طراحی تونل، عملیاتهای اجرا و هدایت حفاری و بلاخره برداشت فضاهای موجود طبیعی و مصنوعی زیر زمین به منظور تهیه نقشه از آنها با توجه به شرایط خاص نقشه برداری در زیر زمین می باشد. در اهمیت نقشه برداری و پیشرفتهای آن می توان به ایجاد تونل زمینی در زیر دریایی دانش که ارتباط بین پاریس و لندن را بر قرار کند اشاره کرد.
کلا نقشه برداری زیر زمینی شامل موارد زیر می باشد:
۱ طراحی (deign) در مرحله شروع پروژه
۲ اجرای عملیات حفاری (unearth control) هدایت تونل را بر عهده دارد.
۳ تهیه نقشه از زیر زمین
اصطلاحات نقشه برداری زیر زمینی:

۱ زیر زمین (UNDER ground): در اصطلاح عام به عوارض قابل دسترسی و یا طبیعی در داخل زمین می گویند.
۲ معدن (MINE): مجموعه تاسیسات زمینی و دانالهای زیر زمین که به منظور هدف خاصی احداث شده را معدن گویند. اصطلاحا به محل تجمع مواد معدنی نیز معدن می گویند.
۳ گالری( Gallery ): به دانالهای افقی زیر زمینی که از یک طرف به منظور خاصی مسدود است و خود یکی از راههای ورود به زیر زمین به شمار می رود گالری می گویند که به س

ه نوع (اکتشافی، آماده سازی، اصلی و فرعی )وجود دارد.
۴ تونل (tunnel ): دالان عبوری عریضی است که از دو طرف باز می شود و به انواع (افقی، مایل، مارپیچ، موجود می باشد.
۵ چاه (shaft): گالری قائمی که از راههای ورود به زیر زمین به شمار می رود و مقطع آن ممکن است دایره که در اروپا و آسیا مرسوم است )و یا مستطیل که در آمریکا مرسوم است باشد.
۶ رمپ (Ramp):رمپ یا شیب گذر، تونل شیب داری است که برای اتصال بین طبقات مختلف معدن به کار می رود اصطلاحا به آن بالارو یا پایین رو (دوبل ) نیز می گویند.
۷ گمانه (soundage): عبارت است از چاه کم قطر و عمیقی که برای نمونه برداری از لایه های زمین و جهت دادن به امتداد حفاری از آن استفاده می شود و در نوع (اکتشافی، و راهنما) موجود می باشد.