عکسبرداري هوايي

عکسبرداري هوايي (Aerial Photography)

عکسبرداري هوايي داراي دو کاربرد است: کارتوگراف‌ها و نقشه کش‌ها، اندازه گيري‌هاي جزئيات را براي تهيه نقشه روي عکس هوايي انجام ميدهند. مفسرين عکس‌هاي هوايي از آنها براي تعيين شرايط محيطي و کاربري زمين استفاده ميکنند. اگر چه هم نقشه و هم عکس‌هاي هوايي ديدي مثل چشم پرنده، از زمين را نمايش ميدهند ولي با اين وجود عکس‌هاي هوايي نقشه نيستند. نقشه‌ها نمايش افقي سطح زمين بوده و از نظر جهات و هندسه(حداقل در محدوده‌هايي که يک جسم سه بعدي بصورت دوبعدي ديده مي‌شود) دقيق مي‌باشند. به عبارت ديگر عکس‌هاي هوايي نشانگر ميزان بالايي از انحراف شعاعي مي‌باشند. اين انحراف، انحراف توپوگرافي بوده و تا زماني که تصحيحات انجام نگيرد، اندازه‌گيري با عکس‌ها دقيق نخواهد بود. با اين وجود عکس‌ها ابزاري قوي براي مطالعه پيرامون زمين هستند. چون بيشتر سيستم‌هاي اطلاعات جغرافيايي مي‌توانند اين انحراف شعاعي را تصحيح کنند، عکس‌هاي هوايي عاليترين منبع اطلاعاتي براي بيشتر پروژه‌ها مي‌باشند، خصوصا آنهايي که به داده‌هاي مکاني از يک منطقه در فواصل متناوب، در يک دوره طولاني نياز دارند. همچنين کاربردهاي خاص آنها شامل بررسي‌هاي کاربري زمين و تحليل‌هاي بومي است.

تهيه نقشه از يک عکس هوايي:

عناصر اصلي در تفسير عکس‌هاي هوايي:

مفسران تازه کار اغلب در مواجه با اولين عکس هوايي با اشکال مواجه مي‌شوند. بطور كلي عکس‌هاي هوايي داراي سه تفاوت عمده با ديگر عکس‌ها مي‌باشند:

1 ) عکس‌ها از يک موقعيت هوايي (و ناآشنا) به تصوير کشيده شده‌اند.

2 ) بيشتر مواقع، طول موج‌هاي مادون قرمز ثبت مي‌شوند.

3 ) عکس‌ها با مقياسي گرفته مي‌شوند که براي بيشتر مردم غير عادي است.

عناصر پايه‌اي که به تشخيص اشياء روي عکس‌هاي هوايي مي‌توانند کمک نمايند، عبارتند از :

1) تن(Tone)  :

تن عکس که ظاهر يا رنگ نيز ناميده مي‌شود، اشاره به درخشندگي نسبي يا رنگ عناصر روي عکس دارد. شايد اين مهمترين قسمت تفسير عناصر موجود روي يک عکس باشد زيرا بدون تفاوت در تن ها هيچ عنصري قابل تشخيص نيست. اندازه(Size): 2) اندازه اشياء بايد در مقياس عکس در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، مقياس به ما کمک مي کند تا يک تالاب ذخيره آب با يک درياچه روي عکس متمايز شود. شکل(Shape): 3) اشاره به نماي ظاهري و عمومي اشياء دارد. اشکال با شکل هندسي منظم معمولا نشانگر حضور و استفاده انسان مي‌باشند. بعضي از اشياء تقريبا فقط بر اساس شکل آنها قابل شناسايي هستند. مثل ساختمان پنتاگون، ميدا‌ن‌هاي فوتبال.

2 ) بافت(Texture)  :

درک همواري يا ناهمواري سيماي تصاوير بعلت فراواني تغيير در تن عکس‌ها است که بوسيله يکسري اشکال ريز که قابل تفکيک نيستند، ايجاد مي‌شوند. علف‌ها، سيمان‌ها و آب معمولا بصورت هموار، در حالي که پوشش جنگلي بصورت ناهموار ظاهر مي‌شوند. الگو(Pattern) : الگو يا آرايش مکاني بوسيله اشياء در عکس‌ها قابل تشخيص هستند. مثلا: الگوي تصادفي که توسط قرار گرفتن نامنظم درختان در يک ناحيه بوجود آمده يا باغي که در آن درختان در فواصل منظم در رديف‌هاي مختلف قرار گرفته‌اند

3 ) سايه(Shadow)  :

سايه‌ها در زمينه تعيين ارتفاع اشياء در عکس‌هاي هوايي به مفسران کمک مي کنند، هر‌ چند که اشياء تيره در تصاوير فريب‌دهنده هستند. جايگاه(Site) : اشاره به موقعيت توپوگرافي و جغرافيايي دارد. اين خصوصيت در عکس‌ها اهميت ويژه‌اي در تشخيص انواع پوشش گياهي و ريخت زمين دارد. به عنوان مثال، فرورفتگي‌هاي بزرگ دايره‌اي در زمين به آساني بصورت يک گودال مثلا در مرکز فلوريدا، جاييکه سنگ بستر آن ماسه سنگي است در نظر گرفته مي‌شود. هرچند در جاهاييکه پوشش زمين گرانيتي است تشخيص مشکل مي‌شود.

4) تجمع (Association)

بعضي از اشياء در اجتماع با ديگر اشياء يافت مي‌شوند. زمينه يک شيء بيانگر آن است که آن شيء چيست. مثلا معمولا تاسيسات انرژي هسته‌اي در کنار يا در ميان محوطه‌هاي مسکوني قرار ندارد

مزاياي عکس‌هاي هوايي در مشاهدات زميني:

عکسهاي هوايي نکات اصلاح شده بهتري را پيشنهاد مي کند. عکسهاي هوايي داراي توانايي توقف فعاليت‌ها مي‌باشند (در بررسي پروژه‌هاي بزرگ اعم از اکتشافي، ساختماني  ) آنها يک سند پايدار را ثبت ميکنند(عکس به عنوان سندي است وضعيت محل عکسبرداري را در زمان عکسبرداري نشان ميدهد)  آنها داراي حساسيت طيفي وسيعتري نسبت به چشم انسان هستند. آنها داراي قدرت تفکيک مکاني و صحت هندسي بهتري نسبت به روش‌هاي سنجش زميني هستند

 انواع عکس‌هاي هوايي:

1) سياه و سفيد

 2)رنگي

 3) مادون قرمز رنگي

 در سال 1903 يا 1904 اولين فيلم مادون قرمز سياه و سفيد و قابل اطمينان در آلمان ساخته شد. اين فيلم معمولي حساس به طول موج‌هايي از انرژي بود که کمي بلندتر از طول موج نور قرمز و فقط ماوراي محدوده رنگي چشم انسان بودند. در دهه 1930، فيلم‌هاي مادون قرمز سياه و سفيد براي مطالعات ريخت زمين بکار گرفته شد و از سال 1930 تا 1932 انجمن ملي جغرافيا، مسئول دريافت عکس‌هاي برداشت شده توسط بالونهاي هوايي شده است. در سراسر دهه 1930 و 1940، ارتش در زمينه توسعه فيلم‌هاي مادون قرمز رنگي بسختي کار کرد و اشتياق به استفاده از آنها براي مقاصد تجسسي بيشتر شد. در اوايل دهه 1940 ارتش موفق شد فيلم‌هايي را تهيه کند که قابليت تشخيص ابزارهاي استتار شده با پوشش گياهي اطراف خود را داشتند. فيلم‌هاي مادون قرمز رنگي اغلب فيلم‌هاي False-color ناميده مي‌شوند. اشيايي که معمولا قرمز هستند به رنگ سبز، اشياء سبز (بجز براي پوشش گياهي) به رنگ آبي و اشياء مادون قرمز که بطور طبيعي به هيچ وجه قابل رويت نيستند به رنگ قرمز بنظر مي‌آيند. استفاده اوليه عکس‌هاي مادون قرمز رنگي در مطالعه پوشش گياهي بوده است. به اين دليل که پوشش گياهي سالم سبز رنگ، بازتاب دهنده‌اي بسيار قوي براي تابش مادون قرمز بوده و در عکس‌هاي مادون قرمز رنگي، بصورت قرمز روشن ديده مي‌شود

فتوگرامتري(Photogrammetry):

تاريخچه:

پايه گذار علم فتوگرامتري يک سرگرد فرانسوي به نام لوسدا(A. Laussedat) بوده است. او در سال 1859 به کميسيون آکادمي علوم پاريس نشان داد که انسان چگونه مي‌تواند با استفاده از زوج عکس، مختصات نقاط را محاسبه کند. در همين زمان در آلمان شخصي به نام مايدن باور(A. Meydenbaver) اولين آزمايش موفق خود را تحت عنوان فتوگرامتري ساختمان پشت سر گذاشت. اين علم در اتريش از تاريخ 1887 تاکنون مورد استفاده قرار گرفته است. دو مهندس اتريشي به نام‌هاي هافرل(Hefferl) و ماورر(Maurer) اولين طرح دستگاه فتوگرامتري را جهت استفاده در راه‌سازي و آبرساني به انجام رساندند. بعد از اينکه در سال 1901 پالفريش (Pulfrich ) مقدمات علم ستريوفتوگرامتري را ارائه کرد، راه را براي مخترع با ذوقي به نام اورلز (Orels) که دستگاه استريواتوگراف را در سال 1909 اختراع کرد، هموار ساخت .

فتوگرامتري چيست؟

 فتوگرامتري به معناي عمليات اندازه گيري روي عكس مي‌باشد كه شامل عكسبرداري از اشيا، اندازه گيري تصاوير اشيا روي عكس ظاهر شده و تبديل اين اندازه‌ها به شكلي قابل استفاده(مثلا نقشه‌هاي توپوگرافي) مي‌شود. امروزه فتوگرامتري به دو شكل استفاده مي‌شود .

1 )  شكل كلاسيك آن عبارت است از اندازه گيري‌هاي كمي روي عكس كه حاصل آن تعيين موقعيت مسطحاتي و ارتفاعي نقاط، مساحات و احجام بوده و در نتيجه آن، نقشه‌هاي مسطحاتي و توپوگرافي به دست مي‌آيد.  

2) دومين شكل استفاده از فتوگرامتري، تفسير عكس است كه در آن عكس‌ها به صورت كيفي بررسي و از آن‌ها به عنوان مثال در زمين‌شناسي، خاك‌شناسي، تخمين سطح زير كشت در كشاورزي، تشخيص آلودگي آب و بسياري موارد ديگر استفاده مي‌شود. در عمليات فتوگرامتري و تفسير عكس‌هاي هوايي، عكس مناسب چه از نظر مقياس و چه از نظر ساير مشخصات اهميت ويژه‌اي دارد. در واقع عكس‌هاي هوايي اساس كليه عمليات اجرايي است و به همين دليل براي انجام عكسبرداري هوايي، مطالعه كامل براي تعيين مشخصات عكس، از هر نظر لازم است. بعلاوه چون بيشتر اوقات علاوه بر تهيه نقشه‌هاي توپوگرافي، از عکس‌ها به منظورهاي مطالعاتي نيز استفاده مي شود، در تعيين مشخصات عكسبرداري هوايي علاوه بر ملاحظات فني نقشه برداري، ضوابط مربوط به تفسير عكس‌هاي هوايي نيز مدنظر قرار مي گيرد.

 اين عوامل عبارتند از :

 الف )  محدوده يا مسير عكسبرداري

ب)  مقياس عكس يا نقشه مورد تقاضا

ج ) مقدار پوشش طولي و عرضي هنگام تنظيم زاويه عدسي دوربين

 د ) نوع فيلم

ر ) تاريخ، فصل و يا ساعت عكسبرداري

درحال حاضر سازمان نقشه برداري كشور با در اختيار داشتن يك فروند هواپيماي جت فالكن(Falcon) و چهار فروند هواپيماي دورنير(Dornier)، توانايي تهيه عكس‌هاي هوايي را در هر نقطه از كشور دارد. اين هواپيماها با برد پروازي 5/6 ساعت و ارتفاع پرواز بين 500 الي 42000 پا، عكسبرداري از هر نقطه و با هر مقياس لازم را ممكن مي‌سازند.

سازمان نقشه برداري كشور علاوه بر تهيه عكس‌هاي پوششي(در مقياس 1:40000) براي توليد نقشه‌هاي بنيادي كشور و عكس‌هاي مطالعاتي و اجراي بسياري از پروژه هاي بزرگ عمراني بطور قائم در مقياس‌هاي متفاوت، تهيه عكس‌هاي مايل رنگي و سياه و سفيد از مكان‌هاي مقدس و مذهبي، بناهاي تاريخي، پروژه هاي عمراني، كارخانجات صنعتي و مراكز اقتصادي و بازرگاني در مقياس‌هاي بزرگ توانايي لازم را دارد.

فرآيندهاي فتوگرامتري :

نقشه برداري فتوگرامتري بواسطه 4 فرآيند کلي انجام ميشود. اين 4 فرآيند شامل

1) ثبت تصوير

2 ) ثبت اطلاعات ايستگاه هاي زميني

3 ) تطبيق دقيق تصوير با زمين

4) مجموعه عوارض حاصل از مراحل فوق عموما هر پروژه فتوگرامتري يک کار واحد است.

هر پروژه بوسيله مجموعه‌اي از داده‌هاي مکاني توصيف مي‌شود که اين داده‌ها مربوط به بخش واحدي از زمين، با نيازمندي‌هاي مجموعه عوارض ويژه مي‌باشند. نيازمندي‌هاي مجموعه تصاوير شامل انواع دقت‌ها و عوارض مي‌باشد. هر قسمت از فرايندهاي فوق شامل تعدادي زير مرحله پردازشي است که بر اساس نيازمندي‌هاي مجموعه عوارض براي هر پروژه مخصوص ميباشد

 ثبت تصاوير:

تصاويري که براي نقشه‌برداري فتوگرامتري استفاده مي‌شود مي‌تواند به دو سطح کلي تقسيم شود .

1) تصاوير مربوط به موقعيت افقي و عمودي عوارض و جزئيات اشکال که با استفاده از عکس‌هاي هوايي نزديک به عمود با رنگ طبيعي يا تک رنگ(سياه و سفيد) يا از تصاوير رقومي ماهواره‌اي بدست مي آيند.

2) ديگر انواع تصاوير از قبيل عکس‌هاي هوايي مادون قرمز، تصوير اسکنر حرارتي، تصاوير ريز موج‌ها، تصاوير ماهواره‌اي چند طيفي و فراطيفي عموما براي تعيين داده‌هاي عوارض تکي به غير از موقعيت و جزئيات تصوير استفاده مي‌شوند. اين نوع از تصاوير مي‌تواند وارد يک سيستم اطلاعات جغرافيايي شده و با ديگر اطلاعات زمين مرجع به كار رود .

 عکس‌هاي هوايي عمودي:

عکسبرداري هوايي نزديک به عمود که براي نقشه برداري پلانيمتري و توپوگرافي استفاده ميشود، عموما بصورت جفت عکس‌هاي برجسته نمايي(Stereo pair) جمع آوري ميشود. هر عکسي با عکس بعدي که در همان مسير پرواز برداشت ميشود، همپوشاني دارد. برداشتن عکس‌ها بصورتي است که هر عکس با عکس جلويي خود 60 درصد و با عکس پاييني خود 30 درصد همپوشاني داشته و اين پارامتر کمک مي‌کند که بتوان عکس‌ها را بصورت برجسته مشاهده کرد.

 عموما عوارض پلانيمتري(ساختمان‌ها، جاده‌ها و ...) و توپوگرافي(نقاط جرمي، خطوط شکسته و کانتورها) از عکسبرداري هوايي نزديک به عمود با رنگ طبيعي يا سياه و سفيد جمع آوري مي‌شوند. نقشه‌برداري پلانيمتري و توپوگرافي عموما دسته داده‌هاي نقشه‌اي پايه، براي يک سيستم GIS يا دسته داده‌هاي مهندسي مي‌باشد، زيرا درستي محاسبات و استعلامات بر اساس درستي و کامل بودن اين داده‌هاي پايه مي‌باشد.

تصوير طبقه بندي عوارض( Feature Classification Imagery )  :

تصوير طبقه بندي عوارض شامل عکسبرداري هوايي مادون قرمز، تصاوير ماهواره اي(چند طيفي و فرا طيفي) و اسکنرهاي رقومي(حرارتي، ريزموج‌ها و ...) مي‌باشد. اين نوع تصاوير ميتواند با ديگر تصاوير پايه يا مبنا تصحيح شده و در تحليل‌هاي GIS مورد استفاده قرار گيرد. استفاده اوليه از تصاوير مادون قرمز در تحليل سلامتي گياهان و تعيين استتار بوده است. اين تصاوير ميتوانند رنگي و يا سياه و سفيد بوده و نمي توانند تغييرات حرارتي را مشخص کنند. تصاوير مادون قرمز سياه و سفيد در مقايسه با مادون قرمز رنگي داراي تصاويري با توان تفکيک درشت هستند، بنابراين بطور مستمر مورد استفاده قرار نمي گيرند.

کنترل زميني :

کنترل زميني در فتوگرامتري جهت تصحيح تصاوير با زمين ضروري بنظر مي‌رسد. دقت‌هاي کنترل زميني بايد عموما خيلي بيشتر از دقت مورد نياز در نقشه برداري فتوگرامتري باشد. کنترل زميني بايد بر اساس روش اصلاح تصاوير که براي پروژه مورد استفاده قرار مي‌گيرد، برنامه‌ريزي شود. يک تيم ماهر مشتمل بر فتوگرامترها با ابزارهاي نقشه برداري و مهندسين مساح بايد بر اين برنامه نظارت داشته باشند. کنترل زميني بايد در اطراف منطقه مورد نقشه برداري باشد. نقاط کنترلي نيز در بخشهايي از عوارض زميني موجود که در عکس‌ها ديده خواهد شد، مستقر مي شوند و بقيه نقاط هم بر اساس نياز در مجاورت عوارض زميني موجود قرار مي‌گيرند. پيشرفت‌هاي امروز در زمينه فن آوري GPS هوابرد باعث شده که جمع آوري موقعيت‌هاي افقي و عمودي مرکز هر عکس که در حين عمليات عکسبرداري برداشت شده، ميسر شود. تعداد ايستگاه هاي زميني بر اساس روش‌هاي اصلاح تصاوير تعيين مي‌شوند. در پروژه‌هاي مناطق بسيار کوچک از روش‌هاي قراردادي براي اصلاحات استفاده مي‌شود. اين روش نياز به حداقل 3 نقطه کنترلي افقي و 4 نقطه کنترلي عمودي در هر جفت عکس برجسته نما(Stereo pair) دارد. مثلث‌بندي هوايي يک روش پردازش رياضي است.

تطبيق تصوير با زمين:

فرآيند تطبيق عکس هوايي با زمين براي دقت نقشه نهايي حياتي است. امروزه بيشتر پروژه ها با استفاده از روش مثلث‌بندي هوايي تطبيق داده مي‌شوند. اين روش به نقاط کنترل زميني کمتري نسبت به روش‌هاي تطبيق قراردادي نياز دارد. در روش مثلث بندي از نرم افزارهاي کامپيوتري براي کنترل کيفيت نقاط انتخاب شده در تمام طول پروژه استفاده مي‌شود. اين روش نيازمند آن است که تصاوير گرفته شده ابتدا بلوک بندي شوند، بنابراين براي اجراي پروژه در مناطق بزرگ، مي تواند مورد بررسي قرار گيرد. سرعت و کيفيت کنترلي بالاي اين روش باعث شده که براي پروژه هاي مناطق کوچک هم مورد استفاده قرار گيرد.

جمع آوري عوارض:

عوارض در نقشه برداري فتوگرامتري عموما شامل 4 دسته مي‌باشند:

 1) عوارض توپوگرافيکي

2)  عوارض پلانيمتري

3)  ارتوفتوگرافي

4) کاربري زمين اين نوع عوارض مي‌توانند با دقت از روي جفت تصاوير برجسته نما(Stereo pair) جمع آوري شوند

1) عوارض توپوگرافيک:

اين عوارض شامل دو دسته اند:

الف) نقاط جرمي Mass point: که شامل موقعيت افقي و عمودي نقاط ويژه روي زمين است.

ب) خطوط شکسته Breaklines: خطوطي هستند که بيانگر تغيير شديد در ارتفاع هستند مثل عوارض آبراهه‌اي و يا لبه جاده‌ها.

دو عارضه فوق در چندين نوع مدل ارتفاعي مورد استفاده قرار مي‌گيرند و بصورت مدل عوارض زمين رقومي(Digital Terrain Model) يا (DTM) براي ساختن مدل ارتفاعي رقومي که تنها به نقاط جرمي براي ساختن آن نياز است به كار مي‌روند. مدل TIN بصورت يک مدل سطحي ايجاد مي‌شود و توسط کامپيوتر مورد پردازش قرار گرفته و خطوط کانتور را ايجاد مي‌کند. همچنين از اين مدل براي طراحي و ايجاد داده‌هاي مقاطع عرضي در منطقه مورد مطالعه‌(مثل مسير رودخانه ها براي تحليل‌هاي هيدوليکي) استفاده مي‌شود

2) عوارض پلانيمتري:

عوارض پلانيمتري ساختمان‌ها، جاده ها، راه آهن و ... را شامل مي‌شود. اين عوارض معمولا بصورت چندضلعي‌هايي مبتي بر پيرامون عوارض، جمع آوري مي‌شوند. اين عوارض بايد در عکسبرداري هوايي ديده شوند. عوارض زيرزميني بطور فتوگرامتريکي جمع آوري نمي‌شوند. ميزان جزئيات پلانيمتري عموما توسط مقياس عکسبرداري جمع آوري ميشود، مثلا نقشه برداري با مقياس 1:600 عموما مسير پياده روها، تيرهاي چراغ برق، پرچينها، جاده ها، جدول‌ها، مسيرهاي فاضلاب، آبگيرها و شکل ساختارهاي مجزا را در اختيار قرار مي‌دهد. ولي در نقشه‌اي با مقياس 1:16800 موارد ذکر شده فوق ديده نخواهند شد و ساختمان‌ها با سمبول‌هاي خاص نشان داده مي‌شوند. هر چه مقياس نقشه‌برداري فتوگرامتري بزرگ‌تر باشد به عکس‌هاي هوايي بيشتري با مقياس بزرگتر نياز است. زيرا جزئيات بيشتري از عوارض پلانيمتري که قابل ديد و چاپ هستند بايد جمع آوري شود

3) ارتوفتوگرافي:
جمع آوري عوارض پلانيمتري زمان‌بر و پرهزينه است. ارتو فتوگرافي يک بستر اقتصادي را براي بيشتر پروژه ها فراهم مي‌کند. ارتوفتوگرافي فرآيندي است که توسط آن انحراف‌هاي حاصل در سيستم دوربين و انحراف‌هاي حاصل از تغييرات ارتفاع را در عکس‌هاي هوايي اوليه از بين مي‌رود. مقياس عکس‌هاي هوايي بايد با مقياس افقي ارتوفتو نهايي و دقت و قدرت تفکيک پيکسل زميني نهايي متناسب باشد. بنابراين اسکن عکس‌هاي هوايي بايد با قدرت تفکيک بسيار بالا انجام شود. مدل ارتفاعي رقومي بدست آمده از عکس‌هاي هوايي نيز بايد اسکن شود. اين مدل براي ايجاد خطوط کانتور يا مدل‌سازي سطح زمين مورد استفاده قرار مي‌گيرد. نرم‌افزارهاي کامپيوتري، DEM و تصاوير اسکن شده را ادغام نموده و فايل‌هايي با تصاوير ارتوفتو را ايجاد مي‌کنند. اين فايل‌هاي تصويري دوباره مورد بازبيني قرار گرفته و تصحيحات مربوط به ناهنجاريهاي راديومتريک روي آن‌ها انجام مي‌شود. از ديگر تصحيحات انجام شده، مي‌توان به تصحيح مربوط به تغييرات ارتفاع پل‌ها و روگذرها با زمين اشاره کرد. تغييرات ارتفاعي مربوط به ساختمان‌هاي بلند معمولا انجام نمي‌شود مگر اينکه بطور ويژه در پروژه مطرح شده باشد .

هواپيماهاي عكسبرداري هوايي و انواع فيلم هاي عكسبرداري هوايي

هواپيماهاي عكسبرداري هوايي و انواع فيلم هاي عكسبرداري هوايي

(آموزش فتوگرامتری)

هواپيماهاي عكسبرداري هوايي

هواپيماها يکي از ارکان اصلي سنجش تصويري است.هر نوع هواپیمایی که دارای پاره ای استاندارد های لازم باشد می تواند برای مصارف عکس برداری هوایی به کار گرفته شود . از جمله اینکه : هواپیما دارای پنجره های مناسب و در نتیجه دید کافی برای خلبان و ناوبر و خدمه باشد . ضمناً باید فضای کافی برای نصب دوربین و ابزار مربوطه بوده به طوری که عکاس و خلبان جای راحت و مناسبی داشته باشند . از نظر سوخت نیز هواپیما باید لااقل برای شش ساعت پرواز بتواند با خود بنزین حمل نماید و بالاخره هواپیما دارای ثبات کافی در هوا بوده و کمترین لرزش را داشته باشد تا تصویر حاصله دارای حداقل خطای عکس گردد . این هواپیما برای امور مهندسی عمومی می تواند دارای سقف پروازی تا حدود 25000 پا(  8000 متر ) باشد . ضمناً کابین هواپیما باید دارای تجهیزات اکسیژن ( برای 10000 پا به بالا ) بوده و هوای درون آن بتواند به خوبی سرد و یا گرم شود . بنابراین می توان نتیجه گرفت که امکان تغییرات لازم در اغلب هواپیماها به منظور آماده کردن آنها برای عکس برداری موجود است ، مضافاً به اینکه اگر هواپیما برای عکس برداری آماده بوده و دارای شرایط لازم نیز باشد می توان با ایجاد سوراخی در کف هواپیما و نصب درب کشویی آن را برای عکس برداری مهیا نمود .

 

استريوسکوپ ها

چون برای دیدن اجسام با چشم و به صورت عادی ، شعاع های دید در نقطه مورد نظر یکدیگر را قطع می نمایند ، لذا برای جدا کردن عمل دید هر چشم از دیگری از استریوسکوپ استفاده می شود . به عبارت دیگر ، خاصیت استریوسکوپ موازی نگه داشتن دید هر چشم و در نتیجه ، ایجاد دو تصویر جداگانه و مستقل در چشم ها می باشد که پس از رسیدن این تصاویر به مرکز بینایی مغز ، با هم ترکیب شده و ایجاد تصویر برجسته را خواهد نمود . استریوسکوپ ها تحت دو عنوان استریوسکوپ جیبی و آیینه ای بررسی می شوند .

 

- استریوسکوپ جیبی( Pocket Stereoscopes )  :

استریوسکوپ جیبی از دو عدسی بر روی یک پایه تشکیل شده که فاصله مرکز دو عدسی از یکدیگر 75 – 55 میلی متر ، یعنی معادل فاصله بین مردمک دو چشم ، قابل تغییر است . در بعضی از انواع ، این فاصله ثابت و معادل با فاصله متوسط بین دو چشم ، یعنی 65 میلی متر می باشد .بزرگ نمایی این استریوسکوپ ها بین 3 – 2 برابر ، بر حسب کارخانه سازنده می باشد . در موقع کار با این دستگاه ، در هر مرتبه ، یک سوم پوشش مشترک یک جفت عکس هوایی می تواند برجسته دیده شده و مورد تفسیر و اندازه گیری قرار گیرد . ضمناً برای دیدن یک سوم دیگر ، می توان جای عکس رو و عکس زیر را عوض نمود و برای بقیه که ظاهراً غیر قابل دید است ، باید لبه عکس رویی را برای برجسته بینی با انگشت کمی بالا گرفت . استريوسکوپها براي برجسته بيني عکسهاي هوايي بکار ميروند.

- استریوسکوپ آیینه دار ( Mirror Stereoscopes )  :

اساس این دستگاه مشابه استریوسکوپ جیبی است . این دستگاه کامل تر و بهتر از استریوسکوپ جیبی بوده و علاوه بر عدسی چشمی برای دید عالی ، یعنی حدود 1 – 8/0 برابر ، دارای عدسی های چشمی اضافی برای بزرگ نمایی 3 و 8 و 6 برابر نیز می باشد . وجود آیینه و منشور باعث زیاد شدن فاصله بین دو عکس در موقع دید سه بعدی می گردد و عکس ها روی هم قرار نگرفته و در نتیجه یک مرتبه ، تمام پوشش مشترک طولی 70% - 60 می تواند مورد مطالعه و تفسیر قرار گیرد .

 

دوربينهاي عکس برداري هوايي

دوربينها به فراواني در سنجش تصويري مورد استفاده قرار مي گيرنددر طرح و عمل ، یک دروبین عکس برداری معمولی بی شباهت به چشم انسان نمی باشد . هر یک از آنها شامل یک محفظه یا اطاقک بوده که یک طرف آن عدسی قرار گرفته و در جهت دیگر قشر حساس به نور ( در چشم شبکیه و در دوربین فیلم ) واقع است . عدسی شعاع های نورانی حاصل از انعکاس اجسام را جمع آوری و به قشرهای حساس منتقل می نماید . قسمت پلک یا دیافراگم در دوربین مقدار و مدت نور را تنظیم می کند . زمانی که عدسی یک دوربین روی بی نهایت تنظیم می شود ، فاصله عدسی تا فیلم را به نام « فاصله کانونی » گویند و سطحی را که فیلم به صورت مسطح و صاف قرار می گیرد « سطح کانونی » نامیده اند . پلک دوربین ممکن است پشت عدسی و یا بین عوامل تشکیل دهنده عدسی و یا بلافاصله در صفحه و سطح کانونی ، جلو فیلم قرار بگیرد . شدت نور و زمان عکس گیری ممکن است با تغییراتی در عرض پرده یا قطر شکاف دیافراگم تغییر داده شود . پلک های بین عدسی متشکل از تعدادی صفحات فلزی با پوشش های مشترک بوده که به وسیله یک دنده به سرعت باز و بسته می شود . از نظر کلی دوربین های عکس برداری هوایی نیز شبیه به دوربین های معمولی بوده با این تفاوت که از لحاظ ساختمانی ، طوری ساخته شده اند که می توان آنها را در هواپیما و جای ثابت نصب نمود و قادرند پاره ای از مراحل عکس برداری هوایی را به طور اتوماتیک انجام دهند .

هر دوربین عکس برداری هوایی از چند قسمت به شرح زیر تشکیل شده است :

- بدنه به اضافه قسمت محرکه – ممکن است با دست کار کند یا به وسیله موتور کوچک الکتریکی که قدرت خود را از نیروی برق هواپیما می گیرد ، عمل نماید .

- عدسی به اضافه فیلتر – معمولاً ، عدسی در دوربین های عکس برداری هوایی از چند قطعه متصل به هم تشکیل شده است .

- تشکیلات پلک ( Shutter ) و دیافراگم – که کار آن تنظیم مقدار و زمان نور لازم به فیلم در دوربین می باشد . عمدتاً تشکیلات پلک در دوربین های عکس برداری هوایی بین قطعات عدسی قرار گرفته اند .

- مخزن فیلم که دارای دو قرقره ، یکی خالی و دیگری حامل فیلم خام بوده و به تدریج که عکس برداری ادامه پیدا می کند ، فیلم از حلقه خام بر روی حلقه دوم انتقال می یابد . مقدار فیلمی که در یک حلقه وجود دارد کاملاً متفاوت و بر حسب نیاز و مارک کارخانه متفاوت است .در کنار روش سنتی عکس برداری هوایی ، روش پیشرفته تری نیز وجود دارد که آن استفاده از روش عکس برداری الکتریکی است . در این روش به جای استفاده از دوربین های عکس برداری هوایی که با فیلم کار می کنند از دوربین های عکس برداری دیجیتالی استفاده می شود . که به جای فیلم از دو قطبی های حساس به نور استفاده می کند ، البته تصاویر حاصله مانند عکس های حاصل از ظهور عکس های هوایی دو بعدی است و به جز کیفیت ، تفاوتی دیگر در عکس ها نیست . دوربین های دیجیتالی به دلیل مجهز شدن به سیستم کامپیوتری و کارکرد کامپیوتری آنها نسبت به دوربین های فیلمی عملکرد بهتری دارند . برای نمونه چون در این سری دوربین ها همزمان با عکس برداری در همان پرواز عکس ها قابل مشاهده هستند می توان به سرعت به اطلاعات مورد دلخواه دست یافت ولی در مورد دوربین های فیلمی زمان زیادی تا به مرحله ظهور رساندن فیلم ها نیاز است . از آنجایی که دوربین های دیجیتالی از یک بسترقابل استفاده مجدد بهره می برد می توان اطلاعات روی ممری ( حافظه ) را پاک و دوباره پر کرد . به علاوه عکس های دیجیتالی را می توان بارها و بارها کپی گرفته بدون آنکه از کیفیت آنها کاسته شود . به دلیل تمام این امکانات است که با اینکه این دوربین ها جدید هستند و هنوز مدل های متفاوتی از دوربین های عکس برداری هوایی دیجیتالی وجود ندارد ولی بسیار مورد توجه قرار گرفته اند

 

فيلم هاي عكسبرداري هوايي

در کار عکس برداری هوایی انواع فیلم ها مورد مصرف دارند . اصولاً هر فیلم عکاسی عبارت است از ورقه ای از جنس پولیستر است که یک طرف آن به قشر حساس به نور آغشته شده و اصطلاحاً آن را امولسیون می نامند . در سمت دیگر فیلم ، برای جذب انعکاسات نابجای نور و به عنوان ضد هاله ، مواد شیمیایی لازم قرار می دهند . در موقعی که پلک دوربین حتی برای چند صدم ثانیه یا کمتر باز می شود ، نور وارد دوربین شده و تصویر ناپیدایی بر روی فیلم می سازد . که پس از عملیات ظهور و چاپ ، این تصویر به راحتی می تواند با چشم دیده شود .

فیلم های مورد استفاده در عکس های هوایی به ترتیب پانکروماتیک ( سیاه و سفید ) ، رنگی و رنگی مادون قرمز هستند .

- فیلم های پانکروماتیک یا سیاه و سفید ( Panchromatic ) :

این فیلم ها که در مصرف عمومیت دارند ، همان فیلم های سفید و سیاه منفی معمولی می باشند و میزان حساسیت آنها به نور به اندازه چشم انسان است . فیلم های پانکروماتیک چنانچه دارای « سرعت » استاندارد باشد ، ایجاد « تن » ها و سایه روشن های خوب نموده و قدرت نقش گیری و وضوح خوبی دارد . این فیلم ها که معمولا ً « Pan » نیز خوانده می شوند دارای حساسیت بیشتری نسبت به نور قرمز هستند و در نتیجه ترکیب آن با فیلترهای مخصوص تیرگی هوا می تواند ایجاد تصویر بهنری نماید . تصاویر بر روی فیلم های پانکروماتیک ایجاد سایه هایی به رنگ خاکستری نموده که در مقایسه با طبیعت اجسام و رنگ های گوناگون می توان تفاوت عوارض را با توجه به رنگ هایشان تشخیص داد . این فیلم برای تشخیص تفاوت رنگ ها ارجحیت لازم را دارد ولی از آنجا که از نظر نور سبز کمبود حساسیت دارد ، لذا تشخیص گونه های نباتی را مشکل می سازد . معمولاً با این قبیل فیلترها ، فیلتر زرد نیز به کار برده می شود .

- فیلم های رنگی :

همان طور که اشاره شد فیلم های سیاه و سفید فقط تن خاکستری دارند ولی فیلم های رنگی علاوه بر تن ، دارای فام و رنگ نیز می باشند و چشم انسان قادر است بین پنجاه تا صد برابر بیشتر از خاکستری ترکیب رنگ ها را تشخیص دهد . عموماً کار با کارهای رنگی و تشخیص و تفسیر پدیده ها بسیار راحت تر و بهتر از فیلم های دیگر است . فیلم های رنگی به سه رنگ اصلی آبی و سبز و قرمز حساسند . پس از عکس گیری و ظهور ، روی آنها ایجاد تصاویر با رنگ هایی تقریباً طبیعی و به صورت مثبت همانند آنچه در طبیعت با چشم می توان دید ، می شود . در مقایسه با فیلم های سیاه و سفید ، می توان گفت که فیلم های رنگی دارای محدودیت های عکس برداری بیشتر بوده ، از جمله اینکه باید در هوای آفتابی و نور خورشید درخشان عکس گرفت .اطلاعات زميني بر روي فيلمها ثبت مي گردد.

فیلم رنگی مادون قرمز:

فیلم رنگی مادون قرمز فیلمی است با رنگ کاذب و دگرگون شده که طرز قرار گرفتن لایه های حساس آن با فیلم رنگی معمولی مغایرت دارد . این نوع فیلم در واقع ، برای تشخیص انعکاسات گیاهان سبز و سالم از عوارضی که برای استتار به رنگ سبز رنگ آمیزی شده ، طرح گردیده و در قشر حساس نسبت به سبز ، قرمز و مادون قرمز حساسیت نشان می دهد . با این فیلم ها فیلتر زرد جهت جذب طیف آبی به کار می رود . فیلم های رنگی مادون قرمز قابلیت بسیار خوبی در گرفتن تشعشعات ، پس از عبور از مواد تیره کننده هوا را دارد . بعد از ظهور و چاپ ، این فیلم ها با مقایسه با رنگ های طبیعی ، دارای رنگ های غیر طبیعی می باشند ، بنابراین کاربرد آنها در کشف عوارض مستقر در متن طبیعت حتمی است . در این فیلم ها ، پوشش و برگ نباتات خزاندار به رنگ آجری یا قرمز بوده در حالیکه پوشش های رنگ آمیزی شده غیرزنده سبز ، به رنگ آبی یا ارغوانی ظاهر می شوند ، چنانچه عوارض استتار شده با فیلم های رنگی معمولی مقایسه شوند ، به سادگی قابل تشخیص هستند .

 

موقعيت ياب جغرافيايي

   در هنگام عکس برداری ، این وسایل ، عکاسی هوایی یا ناوبر هواپیما را قادر می سازد ، موقعیت لحظه به لحظه هواپیما و دوربین را نسبت به نقاط زمینی زیر هواپیما کنترل کنند . این وسایل در هدایت هواپیما بر روی خط پرواز استفاده می شوند . وسایل این بخش تحت عنوان کلی GPS ها معروفند Global Positioning System ))که می توانند به راحتی مکان و موقعیت شما یا هواپیمای شما را تعیین و هماهنگ کنند . اين وسائل مکان يابهاي جغرافيايي هستند

مقیاس نقشه ها

مثال و نكاتي چند در مورد مقیاس نقشه ها

همانطور که می دانید نقشه هایی مفید است که دارای مقیاس باشند . زیرا در این نقشه ها امکان محاسبه های فاصله های واقعی بر روی زمین و اندازه گیری از روی نقشه وجود خواهد داشت . بنابراین در هر نقشه باید مقیاس آن به طور واضح مشخص گردد. 

 مقیاس نقشه را می توان به سه صورت نشان داد :  

1)   مقیاس توضیحی (جمله ای): که در یک عبارت به صورت جمله بیان می شود . مثل عبارت " یک سانتیمتر برابر یک کیلومتر است .

2)     مقیاس خطی

3)     مقیاس کسری

به علت کاربرد بیشتر مقیاس کسری در کتب درسی با مثال هایی به توضیح بیشتر این مقیاس می پردازیم :این روش از طریق بیان کردن ارتباط بین مقیاس نقشه و مقدار واقعی آن در روی زمین صورت می گیرد . این ارتباط به صورت یک کسر نشان داده می شود . اگر چه این مقیاس به نام مقیاس کسری معروف شده است اما معمولا به شکل یک نسبت نوشته می شود . برای مثال نمایش کسری 1:100000 به صورت نوشت . اگر طول و عرض نقشه در عدد 100000 ضرب شود اندازه های واقعی آن به دست می آید . در این نقشه ، یک سانتیمتر از نقشه برابر 100000 سانتیمتر بر روی زمین یا 1000 متر و یا یک کیلومتر است .

مثال 1 ) اگر 4 سانتی متر از نقشه ای ، 400 متر در روی زمین را نشان دهد ، نمایش کسری آن چقدر است ؟

4 سانتی متر ، 400 متر را روی زمین نمایش می دهد . ( واحد های اندازه گیری باید همجنس شود . یعنی تغییر متر به سانتیمتر لازم است  ) بنابراین 4 سانتی متر ، 4000 سانتی متر را نشان می دهد . و یک سانتی متر 1000 سانتی متر را نشان می دهد ، پس نمایش کسری برابر 1000 : 1 خواهد بود.

مثال 2 ) اگر 50 سانتی متر بر روی نقشه 10 کیلومتر بر روی زمین را نشان دهد ، نمایش کسری آن چقدر خواهد بود ؟

50 سانتی متر 10 کیلومتر را نشان می دهد ( واحد ها باید یکی شود) . 50 سانتی متر نقشه 1000000 سانتی متر را روی زمین نمایش می دهد . یک سانتی متر نقشه ، 20000 سانتی متر روی زمین را نشان می دهد . پس نمایش کسری برابر 20000 : 1 خواهد بود.

مثال 3) اگر مقیاس نقشه ای 1:50000 باشد ، یک فاصله 2 سانتی متری روی نقشه ، مقدار واقعی آن در روی زمین چند متر خواهد بود ؟

در این مثال مقیاس نقشه داده شده است و فاصله روی نقشه نیز آورده شده پس باید فاصله حقیقی یا روی زمین را بدست آوریم . یک سانتی متر روی نقشه برابر است با 50000 سانتی متر روی زمین پس 2 سانتی متر روی نقشه چقدر روی زمین است ؟ از طریق تناسب جواب به دست آمده می شود یعنی 2 در 50000 ضرب می شود.100000سانتی متر یا 1000 متر و یا 1 کیلومتر است

 

مثال 4) در نقشه ای با مقیاس 1:25000 ، چند سانتی متر از نقشه معادل یک کیلومتر بر روی زمین خواهد بود ؟

در این مثال 1 سانتی متر در روی نقشه برابر با 25000 سانتی متر بروی زمین است پس 1 کیلومتر روی زمین چند سانتی متر روی نقشه است . باید واحدها همجنس شود یعنی کیلومتر به سانتی متر تبدیل شود که یک کیلومتر برابر با 1000 متر و 100000 سانتی متر است ( برای این کار 1کیلومتر را در 1000 ضرب می کنیم که متر به دست می آید و سپس در 100 ضرب می کنیم که به سانتی متر به دست می آید ).100000 سانتی متر را بر 25000 تقسیم می کنیم جواب بدست آمده برابر است با 4 سانتی متر

برخی مشخصات و عناصر اصلي در تفسير عکس‌هاي هوايي

برخی مشخصات و عناصر اصلي در تفسير عکس‌هاي هوايي 

مفسران تازه کار اغلب در مواجه با اولين عکس هوايي با اشکال مواجه مي‌شوند. بطور كلي عکس‌هاي هوايي داراي سه تفاوت عمده با ديگر عکس‌ها مي‌باشند:

1 ) عکس‌ها از يک موقعيت هوايي (و ناآشنا) به تصوير کشيده شده‌اند.

2 ) بيشتر مواقع، طول موج‌هاي مادون قرمز ثبت مي‌شوند.

3 ) عکس‌ها با مقياسي گرفته مي‌شوند که براي بيشتر مردم غير عادي است.

مشخصات موجود در روی هرعکس هوایی:

1 )نقطه مرکزی هرعکس که با اتصال مثاث های هر گوشه عکس بدست می آید

2) فاصله کانونی دوربین

3)تاریخ عکسبرداری

4)ارتفاع پرواز هواپیما از سطح دریا

5) ساعت دقیق پرواز

6) شماره های تسلسل

7) شماره خط پرواز

8) شماره پروژه

9) اسم مناطق

میدان دید در دوربین های عکاسی :

1) عدسی های کوچک زاویه ،راس مخروط نوری کمتر از 60 درجه – فاصله کانونی بیش از 210 میلیمتر

2) عدسی های با زاویه معمولی ،راس مخروط نوری کمتر از 60 درجه – فاصله کانونی 210 میلیمتر

3) عدسی های بزرگ زاویه ،راس مخروط نوری کمتر از 90 درجه – فاصله کانونی بیش از 150 میلیمتر

4) عدسی های کوچک زاویه ،راس مخروط نوری کمتر از 120 درجه – فاصله کانونی بیش از88 میلیمتر

بسته شدن دیافراگم :

از زاویه 01/0 تا 001/0 می باشد . فیلم های استفاده شده به طول مج های زیر حساس است . که همان حوضه دید انسان که از 750 تا400 میکرون می باشد .

حساسیت فیلم ها به قرار زیر است :

ASP	50	80	100	125	200
DIN (اروپا )	18	20	21	22	24

همپوشانی عکس ها :

هر عکس نسبت به عکس مجاور 60 درصد مشترک دارد .در نوار پرواز 30 درصد همپوشانی وجود دارد.

Gap :انحراف ایجاد شده از مسیر پرواز به وسیله وزش باد یا کم دقتی خلبان و.... می با شد .

پیدا کردن شمال جغرافیایی در روی عکس هوایی:

در روی عکس سایه عوارض زمین در قبل از ظهر به سمت شمال غربی است و بعد از ظهر سمت سایه شمال شرقی را نشان می دهد.(همیشه سمت پرواز شرقی – غربی و بالعکس می با شد .)

پیدا کردن شمال جغرافیایی در روی زمین اگر کمپاس همراهمان نبود :

1) با استفاده از ساعت : عقربه کوچک ساعت را به سمت خورشید بگیرید در این حالت نیمساز زاویه بین عقربه ساعت شمار و عقربه دقیقه شمار سمت جنوب را نشان می دهد .

2)با استفاده از ستاره قطبی در شب :ستاره قطبی همیشه از دب اکبر (7 ستاره ) به اندازه پنج برابر فاصله بین دو ستاره آخری دب اکبر که ته کف گیر هستند فاصله دارد. مانند شکل زیر :

پیدا کردن زاویه بین دو نقطه در صورتی که یکی روی نصف النهار ثابت باشد (برای پیدا کردن قبله در هر شهری):

طول و عرض جغرافیایی دو نقطه لازم است و بعد انها را داخل فرمول می گذاریم به این ترتیب که :طول و عرض جغرافیایی دو نقطه را از هم کم می کنیک و سپس نتیجه طول جغرافیایی دو نقطه را بر نتیجه عر ض جغرافیایی دونقطه تقسیم می کنیم و از نیجه آن آرک تانژانت می گیریم . به این ترتیب زاویه مورد نظر بدست می آید .

اصول تغییر مسیر پارالاکس:

جابجایی نسبت به یک مبنا می باشد و نقاط واقعی روی عکس را معین می کند ،هر چه ارتفاع بیشتر باشد اثر پارالاکس بیشتر می شود.پارالاکس یک نقطه روی عکس به روش زیر بدست می آید:

احتیاج به دو عکس متوالی می باشد در هر دو عکس فاصله تصویر نقطه مورد نظر بر روی خط متصل کننده مرکز دو عکس بر روی هر عکس از مر کز هر عکس را بدست آورده و آنها را با هم جمع می کنیم که همان پارالاکس نقطه مورد نظر است.

اغراق قائم در عکس های هوایی:

عبارت از افزایش ظاهری در فاصله قائم نسبت به فاصله افقی می باشد .عارضه ها برجسته تر از آنچه در طبیعت دیده می شود می باشند و برای زمین شناسان نقطه مثبتی است . فاکتور اغراق بین 2 تا 4 درجه است و با استفاده از منحنی های اغراق که نومنه ای از آن در کتاب (عکس های هوایی ،چاپ نشر دانشگاهی ،دکتر وامقی ،صفحه 81)موجود است .

عوامل موثر در فاکتور اغراق:

1)باز فضایی (فاصله بین دو ایستگاه عکسبردار هوایی است .

2) فاصله دید استریوسکوپی

3) فاصله بین دو عکس در هنگام مشاهده روی استریوسکوپ

4) ارتفاع دوربین از سطح زمین

5) فاصله بین دو چشم افراد که معمولا 3/6 میلیمتر می باشد .

6) فاصله کانونی دوربین عکاسی

باز فضایی از فرمول روبرو بدست می آید :

(p1 p2) = فاصله بین مراکز دو عکس در داخل یک عکس است.

n = فاصله بین مراکز عکسها در محدوده بین دوعکس است.

بدست آوردن اختلاف ارتفاع بین دو نقطه در روی زمین با استفاده از عکس هوایی :

با استفاده از فرمول روبرو بدست می آید:

f =فاصله کانونی دوربین

دلتا P = اختلاف پارالاکس دو نقطه رو عکس

b = باز فضایی

S= مقیاس عکس

بدست آوردن زاویه شیب واقعی روی زمین از روی عکس هوایی:

از فرمول روبرو بدست می آید :

C =فاصله طولی بین دونقطه روی عکس

اختلاف پارالاکس دونقطه :

(a+b) = میزان پارالاکس نقطه A

(c+d) =میزان پارالاکس نقطه B

گرایش آب شناسی ( hydrology) و کاربرد های آن

گرایش آب شناسی ( hydrology ) و کاربرد های آن

گرایش آب شناسی (hydrology) و کاربرد های آن:

هیدرولوژی یا آب شناسی از دو کلمه Hydro به معنی آب و Logos به معنی شناسایی گرفته شده است.هیدروژئولوژی دانشی است که از آب های زیرزمینی بحث می کند و به عنوان شعبه ای از زمین شناسی ، منشأ ، ترکیب ، خواص ، کیفیت ، گسترش و حرکت آب را در داخل قشرهای زمین مورد مطالعه قرار می دهد. هیدرولوژی علمی است که در مورد پیدایش خصوصیات و نحوه توزیع آب در طبیعت بحث می‌کند ولی عملا واژه هیدرولوژی به شاخه‌ای از جغرافیای فیزیکی اطلاق می‌شود که گردش آب در طبیعت را مورد بررسی قرار می‌دهد.انجمن علوم و فنون ایالات متحده تعریف زیر را برای هیدرولوژی برگزیده است:

«هیدرولوژی علم مطالعه آب کره زمین است و در مورد پیدایش ، چرخش و توزیع آب در طبیعت خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب ، واکنش‌های آب در محیط و ارتباط آن با موجودات زنده بحث می‌کند بنابراین ملاحظه می‌شود که هیدرولوژی در برگیرنده تمامی داستان آب است. »

توجه نوع بشر به مسائل مربوط به آب های زیرزمینی سابقه قدیمی و تاریخی دارد . در بسیاری از تمدن های قدیمی حفر چاه معمول بوده و مسلماً برای انتخاب محل چاه اطلاعات ابتدایی در مورد نحوه تشکیل و پیدایش سفره های زیرزمینی آب در دسترس انسان قرار داشته است .به موازات پیشرفت عمومی دانش بشر نحوه استفاده از آب های زیرزمینی دستخوش تحول و دگرگونی عمیقی می گردد . به استناد مدارکی که از قرون 8 تا 10 میلادی در دست است در آن عصر مجاری عمیق و باز که شکل ابتدایی قنات بوده و برای استخراج و بهره برداری از آب های زیرزمینی مورد استفاده قرار می گرفته است . فن حفر قنات و چشمه در کشور ایران بیش از تمام ممالک دیگر پیشرفت داشته و امروزه نیز علیرغم تحولات و پیشرفت های تکنیک استفاده از آب چشمه ها از نظر کیفیت و غالباً از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است .

تا جایی که تاریخ نشان می‌دهد اولین تجارب آب شناسی مربوط به سومریها و مصریها در منطقه خاورمیانه است بطوری که قدمت سد سازی روی رودخانه نیل به 4000 سال قبل از میلاد مسیح می‌رسد در همین زمان فعالیتهای مشابهی در چین نیز وجود داشته است. از بدو تاریخ تا حدود 1400 سال بعد ازمیلاد مسیح فلاسفه و دانشمندان مختلفی از جمله هومر طالس ، افلاطون ، ارسطو و پلنی در مورد سیکل هیدرولوژی اندیشه‌های گوناگونی ارائه کرده‌اند و کم کم مفاهیم فلسفی هیدرولوژی جای خود را به مشاهدات علمی دادند.

شاید بتوان گفت هیدرولوژی جدید از قرن 17 با اندازه گیریهای مختلف آغاز شد در این دوره پرالت ترانست مقدار بارندگی تبخیر و صعود موئینه‌ای را در حوضه آبریز رودخانه سن اندازه گیری کند ماریوت با اندازه گیری سرعت و سطح مقطع جریان دبی رودخانه سن را در پاریس اندازه گیری کرد.
در قرن 18 مطالعات تجربی در زمینه‌های هیدرولوژی شکوفایی خاصی را پیدا کرد. بر اساس این مطالعات بود که بسیاری از اصول هیدرولیکی پایه گذاری گردید. از آن جمله می‌توان وسایلی مانند پیزو ستروبرنولی ، لوله پیتر ، جریان سنج ولت من ، لوله بوردا ، و نظریه‌هایی مانند نظریه برنولی ، (فرمول شزی و قوانین دالامبرت را نام برد. از آن زمان به بعد هیدرولوژی از جنبه کیفی به کمی سوق داده شده و اندازه گیری بسیاری از پدیده‌های هیدرولوژی امکان پذیر گردید.  قرن 19 را می‌توان دوره طلایی هیدرولوژی دانست در این زمان زمین شناسی نیز به عنوان یک علم تکمیل کننده در آبهای زیرزمینی وارد گردید. قانون دارسی و فرمولهای دو پوئی- تیم (Dmpmit-Thiem) نمونه‌ای از پیشرفت‌های آبهای زیرزمینی همراه با هیدرولوژی می‌باشد. در زمینه هیدرولوژی آبهای سطحی نیز بخصوص به هیدرومتری توجه فراوانی مبذول گردید. فرمولهای فرانسیس در مورد سرریزها ، گانگیه (Gangmillet) کوته (kmtter) و مانینگ (Manning) درباره جریان آب در کانالهای روباز از جمله این مواردند.

فعالیتهای دالتون در زمینه تبخیر نیز بسیار حائز نیز بسیار حائز اهمیت بود. گرچه قسمت اعظم هیدرولوژی جدید در قرن 19 پایه گذاری شد. ولی تا امروز هنوز هیدرولوژی علمی از تکامل زیادی برخوردار نبود.در اواخر قرن 19 و بخصوص در 30 سال اول قرن 20 صدها فرمول تجربی پیشنهاد گردید که می‌بایست ضرایب و پارامترهای آنها بر اساس قضاوت و تجربه بدست می‌آمده و برای حل این مشکل در بسیاری از کشورها موسسات و انیستیتو‌های تحقیقی در زمینه هیدرولوژی تاسیس گردید. در این دوره دانشمندان زیادی ظهور کردند از جمله می‌توان در سال 1932 شرمن (Sherman) نظریه روش هیدروگراف واحد برای تخمین رواناب پیشنهاد کرد.

نظریه تیس (Thies) در حل مسائل مربوط به هیدرولوژی چاهها و روش پیشنهادی گامبل (Gammble) در سال 1941 برای تجزیه و تحلیل آماری داده‌ها و روشهای انیشتین (Einstein) را در مطالعات رسوب رودخانه‌ها نام برد. و از سال 1650 به بعد روشهای نظری در هیدرولوژی بسیار معمولی گردید بطوری که اکثر فرمولها و روشهای تجربی در قالب ریاضی در رد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

 

کاربردهای هیدرولوژی

امروزه این علم در طراحی و طرز عمل سازه‌های هیدرولیکی نظیر سدهای ذخیره‌ای و انحرافی ، کانالهای آبیاری و زهکشی و پل ، مهندسی رودخانه و کنترل سیلاب ، آبخیزداری ، جاده سازی ، طراحی تفرجگاه مسائل بهداشتی و فاضلاب شهری و صنعتی و زمینه‌های زیست محیطی بطور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. هر سال به سطح خشکیهای کره زمین حدود 110000 کیلومتر مکعب آب بصورت نزولات جوی فرو می‌ریزد در عوض 70000 کیلومتر مکعب آن بصورت تبخیر خارج می‌شود. تفاوت این دو رقم 40000 کیلومتر مکعب است که منابع تجدید شونده آب را تشکیل می‌دهند. مقدار سرانه آب تجدید شونده در سطح دنیا رقمی حدود 7400 متر مکعب در سال برای هر نفر است. اما این مقدار بطور یکنواخت تقسیم نشده است.

متخصصان هیدرولوژی رقم 1000 متر مکعب در سال برای هر نفر را مرز کم آبی یک کشور تعیین کرده‌اند. این رقم در مصر 30 در قطر 40 در لیبی 160 در عربستان 140 متر مکعب در سال برای هر نفر برآورد شده است. همگی جز کشورهای کم آب محسوب می‌شوند. در ایران این سرانه 1500 متر مکعب در سال تخمین زده شده است. با این حساب نمی‌توان ایران را یک کشور کم آب تلقی کرد. یکی از راههای سازگاری با خشکی استفاده بهینه از منابع آب است. باید سعی کرد که تا حد امکان از ریزشهای جوی ، جریان آبهای سطحی و منابع زیرزمینی به نحو مطلوب استفاده شود و این کار عملی نخواهد بود مگر با شناخت پدیده‌های هیدرولیکی.

کره زمین از نظر آنکه دمای سطحی آن به قدری است که وجود آب را در هر سه حالت مایع ، جامد و گاز امکان‌پذیر می‌کند، در میان سیارات منظومه شمسی ، سیاره‌ای غیر عادی است. از این گذشته ، تا آنجا که می‌دانیم، کره زمین تنها جرم منظومه شمسی است که در آن اقیانوس‌هایی وجود دارد. در واقع ، بهتر این بود که گفته شود اقیانوس ، زیرا اقیانوس‌های آرام ، اطلس ، هند ، منجمد شمالی و منجمد جنوبی اقیانوس یکپارچه‌ای هستند پر از آب شور ، و می‌توان قاره‌های اروپا ، آسیا ، آفریقا و آمریکا و خشکیهای کوچکتری مانند قطب جنوب و استرالیا را جزیره‌های این اقیانوس یکپارچه پنداشت.
واقعیت‌های مربوط به این اقیانوس یکپارچه بسیار جالب‌توجه است. مساحت کل این اقیانوس 363 میلیون کیلومتر مربع است و بیشتر از 70 در صد سطح کره زمین را پوشانیده است. حجم این اقیانوس با توجه به اینکه عمق متوسط اقیانوسها 7/3 کیلومتر است، در حدود 1340 میلیون کیلومتر مکعب است. یعنی برابر با 15/0 حجم کل سیاره زمین است. این اقیانوس در برگیرنده 2/97 درصد H2O زمین است و چون در هر سال 3300000 کیلومترمکعب از آب اقیانوس تبخیر می‌شود و سپس به صورت باران یا برف بر زمین می‌بارد، در نتیجه چنین بارشهایی در حدود 8250000 کیلومترمکعب آب شیرین در زیر قاره‌ها و در حدود 1250000 کیلومتر آب شیرین در دریاچه‌ها و رودخانه‌ها گرد آمده است.

 

زیرشاخه‌های هیدرولوژی

آب-هواشناسی (Hydrometeorology): کاربرد هواشناسی را در مسائل هیدرولوژی مورد بررسی قرار می‌دهد. به عبارت دیگر هیدرومتئورولوژی را می‌توان علمی دانست که درباره مسائل مشترک بین هواشناسی و هیدرولوژی بحث می‌کند.

درياچه شناسي (Limnology) : علم مطالعه آبهای داخل خشکی (دریاچه‌ها و برکه‌ها و ...) است در این رابطه خصوصیات فیزیکی ، شیمیایی ، و بیولوژیکی آب توده‌های آب موجود در داخل خشکیها مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

يخ شناسي (Cryology) : یخ شناسی علمی است که در آن خصوصیات مختلف آب در حالت جامد (برف یا یخ) بررسی می‌شود. به زبان دیگر کرایولوژی علم یخ شناسی و بررسی یخچالهاست هرچند یخچال شناسی نیز امروزه خود علم جداگانه‌ای را تشکیل می‌دهد.

آب شناسي آبهاي زير زميني (geohydrology) : علم مطالعه آبها در زیر زمین است که در مقابل آن علم مطالعه آب در سطح زمین که هیدرولوژی آبهای سطحی گفته می‌شود قرار دارد. غالبا دو واژه ژئوهیدرولوژی و هیدروژئولوژی باهم اشتباه می‌شوند. اما در اولی تکیه بر هیدرولوژی و در دومی تکیه بر زمین شناسی می‌باشد. در فارسی برای مطالعه آب در زیر زمین از واژه هیدروژئولوژی استفاده می‌شود.

رودخانه شناسي (Potamology) :  مسائل مربوط به جریان آب در رودخانه را مورد بررسی قرار می‌دهد در این رابطه تاکید بر جنبه‌های فیزیکی موضوع است تا بیولوژیکی آن.

آب نگاري  (Hydrography): علم مطالعه وضعیت و خصوصیات فیزیکی آب بخصوص در رابطه با مسائل کشتیرانی . مطالعه جزر و مد در دریاهای آزاد و نوسانات سطح آب و نیز موج شناسی در قلمرو این علم قرار دارد.

آب سنجی (Hydrometry) : علم اندازه گیری آب و مسائل مربوط به آن می‌باشد، در واقع این علم سنجشهای مختلف مرکز آب ، مقادیر جریان و موارد مشابه به آن را در برمی‌گیرد.

اقیانوس سنجی (Oceanolography) : در علم اقیانوس سنجی  خصوصیات فیزیکی ، شیمیایی ، بیولوژیکی و دیگر ویژگیهای اقیانوس و دریاهای آزاد مورد مطالعه قرار می‌گیرد. این علم خود بخشی از دانش وسیع اقیانوس شناسی (Oceanology) به شمار می‌آید.

انواع روشهای حفر

انواع روشهای حفر

مقدمه

امروزه روشهای مختلفی جهت حفر انواع تونل وجود دارد.برحسب شرایط اعم اززمین شناسی، نوع کاربری تونل، سطح مقطع تونل، میزان پیشروی، میزان سرمایه مورد نیاز، مدت انجام پروژه و مهمتر ازهمه نوع سنگ در انتخاب روش موثر است.انوااع روش حفر تونل عبارتند از:

(BLASTING) --حفر تونل به روش سنتی یا آتشباری

(TBM)--حفر تونل به کمک ماشینهای تمام مقطع

)ROAD HEADER--حفر تونل به کمک ماشینهای بازویی(

(SHIELD TUNNELING)--حفر تونل به کمک سپر

(CUT and COVER)--حفر تونل به کمک کند وپوش

1-حفرتونل به روش سنتی(آتشباری)

برای اینکه راندمان حفر تونل را بالا ببرند، در قسمت های میانی جبهه کار تعدادی چال نزدیک بهم وبا زوایای مخصوص حفر می- کنند ونقشه انفجار را طوری در نظر می گیرند که ابتدا این چالها منفجر شود و یک جبهه کار آزاد برای سایر چالها فراهم سازد.

مجموعه این قبیل چالها به نام برش نامیده می شود، این برشها انواع مختلفی دارند که درزیر به شرح آنها می پردازیم.

حفرتونل به روش موازی

برش های موازی اغلب برای تونل های کوچک مقطع به کار می رونداما می توان برای حفر تونل های بزگ مقطع نیزاستفاده کرد.دربرش موازی یک یاچندچال خالی به صورت افقی وبا قطرزیاد(65تا175میلی متر)موازی یکدیگروعمود برسینه کارحفرکرده ودراطراف آنهاوبه فاصله10تا20سانتی متری چالهایی باقطرکم ونزدیک به یکدیگرو باخرج گذاری مناسب به وجود می آورند.چال های قطور که خرج گذاری نمی شوند، نقش سطح آزادرابرای چال های کوچک دارندوچال های کوچک باتاخیرهای 20تا30میلی .[1] ثانیه آتش می شوند

برش های موازی به اشکال مختلفی تحت نام های متفاوت صورت می گیرند که دارای ویژگی های مشترکی به شرح زیرمی باشند:

چال ها باهم موازی، افقی وعمود برسینه کارهستند -چال هابه نوبت منفجرمی شوند. -

برخی ازچال هاخرج گذاری نمی شوند -

هنگام کاربابرش موازی نکات زیر دقیقا بایدرعایت شوند:

-آرایش، امتدادوخرج گذاری چال ها مطابق آنچه که مقرراست اجراگردد.

-هرگونه تعدیل نظیرازدیادفاصله چال هاومیزان خرج،پیشروی راکم میکند.

-آتش کردن چال های هربرش مطابق طرح مربوطه صورت گیرد.

-در6یا8چال نزدیک به چال خالی نبایدخرج فشرده درته چال بکاربرد.

. [1] انواع برش های موازی برحسب آرایش وابعاد چال هابه شرح زیرمعرفی می گردد

1-برش شماره یک یا برش دواسپیرال: بیشترین پیشروی بااین نوع برش مقدوراست.

):TABY CUT2-برش شماره دو(

حالت خاص ازروش قبلی بوده ومیزان پیشروی اش ازآن کمتراست، چال زنی و مکانیزاسیون حفرچال راحت تراست.

3-برش شماره سه(سه مقطعی،چهارمقطعی): بسیارزیاد استعمال می شوند و پیشروی آنهابیش ازبرش شماره دواست.

)Fagersta cut4-برش شماره چهار (

چال های این برش باپرفراتوردستی حفرمی شوند.

:(coromant cut)-برش شماره پنج 5

شبیه برش دواسپیرال است.

(Burn cut)6-برش کانادایی

این برش به اشکال مختلفی دیده می شود، درمتداول ترین آنها قطرچال خالی وقطرچال انفجاری برابرهستند.

(Creater cut)7-برش شماره هفت

دراین برش تغییرات ابعاد چال خطی است اگرقطر،عمق وطول خرج دوبرابرشود،حفره ای باعمق دوبرابربوجودمی آید.

(Benching cut)8-برش شماره هشت

حفرتونل به روش غیرموازی(زاویه ای)

دربرش غیرموازی حفره ای که درابتدای انفجارو مرکزتونل بوجودمی آید شکل مخروط دارد و نتیجه انفجارچال هایی است که افقی اند، باامتدادتونل موازی نیستندو برسینه کارتونل عمود نمی باشند. این برش رادرجایی بکارمی برندکه سطح مقطع تونل

.[1] زیادباشدزیراحفرچال درامتدادی غیرموازی بامحورتونل مستلزم وجودفضای کافی برای استقراردستگاه چالزنی می باشد

(V cut)1-برش گوه ای

برای سنگهای متورق و شکاف دارمناسب است.چال هاافقی ومایل با محورتونل حفرمی شون و دراثرانفجارشکل گوه ای مانند ایجادمی شود

(Fan cut)2-برش بادبزنی

برای سنگ های متورق مانندشیل مناسب بوده و بیشترین موارداستعمال این روش درحفظ تاسیسات مثل چوب بست ازاصابت سنگ درنزدیک سینه کاراست.

Pyramid cut,cernter cut,diamond cut 3-برش هرمی(مرکزی)

این نوع برش برای حفر تونل درسنگ های سخت بکار می رود.

ازمعایب این روش می توان به مصرف زیاد ماده منفجره، لرزش زیادهواوگردوخاک ونیازداشتن به مهارت بالا جهت حفر چاه نام برد.

مزایاومعایب برش موازی وزاویه ای درحفرتونل:

-- حفرچال موازی ساده ترازچال غیرموازی است. -- میزان خردشدن سنگ درچال موازی بیش اززاویه ای است.

-- درموازی،چال های برش حتمابایدموازی یکدیگروعمودبرسینه کارباشد(درغیراین صورت پیشروی کم وطول ته چال زیاد خواهدبود).

--دربرش زاویه ای بایدانتهای چال بهم نزدیک باشد(درغیراین صورت پیشروی کم است).

:(TBM) حفر تونل به کمک ماشینهای تمام مقطع

با توجه به تنوع شرایط زمین شناسی و ترکیبات خاک و سنگ موجود در مسیر یک توتل بسته به شرایط انواع مختلفی از ماشین حفار تمام مقطع ساخته شده است.

:[2]در سال1980 (ISRM) تعریف انجمن بین المللی مکانیک سنک

در مورد سنگ سخت، مقاومت بیش از 50تا 100 مگا پاسکال و در مورد سنگ های نرم کمتر از 50 مگا پاسکال

: [3] ماشین های حفر تونل در سه گروه عمده زیر دسته بندی می شوند

الف) دستگاههای حفر تمام مقطع باز ب) دستگاههای حفر تمام مقطع تک سپری ج) دستگاههای حفر تمام مقطع سپر تلسکوپی

(Open TBM) الف) دستگاههای حفر تمام مقطع باز

ماشین های مقطع باز در مواردی که توده سنگ درون گیر تونل از مقاومت کافی جهت تحمل ریزشی نداشته باشد، بهترین گزینه هستند.

این ماشین ها طراحی متفاوتی دارند ولی در کل دو سیستم دوکفشکه و تک کفشکه، دارای عمومیت بیشتری در میان سازندگان این نوع ماشین ها می باشد.

(Single Shield TBM) ب) دستگاههای حفر تمام مقطع تک سپری

این ماشین ها در شرایطی به کار می روند که توسط سنگ درون گیر تونل به قدری سست باشد که امکان استفاده از کفشک برای تامین نیروی پیشروی وجود نداشته باشد. نصب قطعات بتنی در داخل سپر از ریزش دیواره ها جلوگیری کرده ومحیط مناسب برای فعالیت کارگران فراهم می نماید. سرعت پیشروی این ماشین ها در زمین های سست و احیاناً ریزشی، محدود به سرعت نصب قطعات بتنی می باشد. ماشین های تک سپری به صورت استوانه دارای پوشش بوده که در قسمت جلوی آن کله حفاری و در

.[3] قسمت عقب دستگاه نصب سگمنت و جکهای پیشران قرار گرفته اند

(Double Shield TBM) ج) دستگاههای حفر تمام مقطع سپر تلسکوپی

برای اولین بار این نوع ماشین با هدف کار در زمین های با شرایط مناسب به عرصه مهندسی تونل معرفی گردید.

این ماشین علاوه بر دو سر جلو و عقب مجهز به جک های پیشران همانند ماشین تک سپری و کفشک، همانند ماشینهای

باز می باشد. بنابراین این ماشین توانایی کار در زمین های با مقاومت مناسب و همچنین شرایط ضعیف را دارا می باشد.

در حالتی که زمین مقاومت مناسب برای حفاری به کمک کفشک را دارد. ماشین می تواند به حفاری و سگمنت گذاری

مستقل از هم و همزمان با هم بپردازد و به همین دلیل سرعت حفاری ماشین های سپر تلسکوپی به طورتئوریک دو برابر

. [3] ماشین هایتک سپری و در عمل 30-40 درصدبیشتر از آن است

)shield tunneling حفرتونل به کمک سپرها (

حفرتونل درزمینهای سست وریزشی، معمولابااستفاده ازسپرهای فولادی انجام میگیرد.این سپرها غالبا مقطع دایره ای دارندوفضای تونلد ممکن است طی شرایط هوای آزادیاتحت تاثیر هوای فشرده باشد .وجودسپرسبب می شودکه بتوان حفاری رادرشرایط ایمن .[4] انجام دادوسیستم نگهداری اولیه رابرپاساخت ونشست زمین راکنترل کرد

شرایط استفاده ازسیستم سپر:

1-خاکهای ضعیف وغیرچسبنده 2-خاکهای رسی ضعیف وخمیری 3-خاکهایی که تحت فشارآب قراردارند

انواع سپر

1-سپرهای بازکه از سه قسمت بدنه،دنباله ولبه حفار تشکیل شده است.ازاین سپردرزمینهایی بکار می برندکه به اندازه کافی سفت ومحکم هستندکه درجلوسپر ریزش نکنند.

2-سپر بسته که درمورد زمینهای خیلی سست مثل بعضی ازرسهاوسیلتهاونیز ماسه های ریز روان استفاده می شود.

3-نیم سپرهاکه به هنگام حفرتونل درزمینهای خشک یاآبکشی شده،ازسپرهای بامقطع نیم دایره یانیم بیضی برای نگهداری سقف تونل استفاده می شودکه به آنهانیم سپر می گوینداین شیوه درموردتونلهایی که درعمق کم حفر می شوند نیز بکار می رود.

حفرتونل به وسیله ماشینهای بازویی

درماشینهای بازویی،یک یا چندبازوی حفاروجودداردکه سطح مقطع آن به مراتب کمترازسطح مقطع تونل است وباجابجاکردن آن .[4] درنقاط مختلف مقطع،تونل راحفاری می کنند

شیوه حفاری به وسیله ماشین بازویی

. [4] حفرسنگ به وسیله ماشین بازویی طی یکی ازدومکانیسم پودرکردن و وتراشه کردن انجام می گیرد

1-حفاری به روش پودرکردن:دراین شیوه، محوردوران سرمته درامتدادمحوربازوی دستگاه است.سرمته نیزحالت مخروطی داردوبتدریج بانفوذ سرمته به داخل سنگ ، تعدادبیشتری از ناخنها درحفر درگیر می شوند و برین ترتیب، سنگ تا عمق مورد نظر حفر می شودوبا تغییر موقییت سرمته، این عمل در نقاط مختلف مقطع تونل انجام می شود.این شیوه حفر سبب می شود که دستگاه برای حفرسنگهای محکم ونیز حفاری در شرایط دشوار زمین شناختی، مناسب باشد.

2-حفاری به روش تراشه کردن: این شیوه حفاری عمدتا درماشینهای حفار پیوسته وبرای حفر سنگهای نرم وضعیف بکار می رود ویکی از موارد کاربرد آن ، حفر لایه های زغال وسنگهای رسوبی اطراف آن است.

مزایاومعایب دستگاه های بازویی

الف-مزایا

*ازآنجا که در این دستگاهها عملیات حفاری، بارگیری مواد حفرشده وتخلیه آنها همزمان انجام میگیرد لذا درمقایسه با روشهای سنتی،باصرفه ترند.

*درزمینهای نرم ونیمه سخت، سرعت پیشروی زیاد است. *پرسنل مورد نیاز محدود است.

*با هدایت صحیح بازو می توان مقطع تونل را مطابق شکل از قبل تعیین شده حفرکرد و بدین ترتیب،ازاضافه حفاری جلوگیری کرد.

ب-معایب

*هزینه های سرمایه گذاری اولیه زیاد است. *پرسنل موجود باید مهارت های ویژه ای داشته باشد.

*ماشین به هنگام حفر،گردوغبار زیادی تولید میکند. *هزینه حمل قطعات وسوارکدن ماشین نسبتا زیاد است.

احداث تونل به روش کند و پوش

این روش در مواردی امکان پذیر است که در محل مرد نظر، سازه های سطحی وجود نداشته باشد ویا تخریب آنها امکان پذیر باشد :[5] مهمترین موارد کاربرد روش کندن وپوش به شرح زیراست

الف- در تونلهای زیر سطح ایستابی به منظور احداث ناحیه حد واسط بین ترانشه اولیه وتونل اصلی

ب-دهانه تونل هایی که در نواحی کوهستانی احداث می شوند. ج-مناطق شهری

روشهای اجرا

بسته وضعیت زمین وشرایط موجود در محل، از روشهای مختلفی استفاده می شود که مهمترین آنها عبارتند از:

--روش گود برداری با دیواره شیروانی،که دراین روش دیوارهای ترانشه به صودرت شیروانی یعنی با دیواره های کم شیب احداث می شود ونیازی به سیستم نگهداری ندارد.

-- روش میخ کوبی دیواره که درآن دیواره پر شیب ترانشه را بوسیله میله های فولادی به طول چندین متر، میخ کوبی می کنند

-- روش نگهداری دیواره با سپر فولادی -- روش استفاده از پایه های فولادی

-- روش دیوار سازی بتنی که در این روش،قبل از عملیات گود برداری، دیوار قائمی به ضخامت 50 تا80 سانتی متر در دو طرف دیواره ترانشه مورد نظر احداث می شود که نقش دیواره حائل وپرده آب بندی را بر عهده دارد.

-- روش استفاده از دیوار پیش ساخته که در این روش نیز عملیات مقدماتی یعنی حفر گودال، به همان روشهای قبلی انجام می- .[5]گیرد وپس از آنکه گودال تا عمق مورد نظر حفاری شد، قطعات پیش ساخته بتنی رادر داخل آن قرار می دهند

درانتها درجدول1-1 مقایساتی بین روشهایی که بیشتر متداول هستند صورت گرفته است

جدول 1-1 مقایسه بین روشها

Roadhear

TBM

سنتی(کلاسیک یا روش آتشباری)

عوامل

گاهی مواقع مهم

بسبار مهم

اهمیتی ندارد

شناسایی گمانه ها

30 فوت در روز

100 فوت در روز

30 فوت در روز

نرخ پیشروی(متوسط)

برای سنگ های بیش از مقاومت 40کاربرد ندارد Ksi بیش از

برای سنگ های بیش از مقاومت

40کاربرد ندارد Ksiس

برای همه نوع سنگ قابل استفاده است

مقاومت فشار سنگ

نسبتاَ زیاد است

زیاد است

در مرحله چالزنی و انفجار زیاد است

گرد و غبار

می توان در قوس های تندتر نیز استفاده کرد

شعاع انحنا نباید از75 فوت کمتر باشد

شعاع انحنا نباید از 100 فوت کمتر باشد

قوس یا انحنای تونل

برای زاویه 6 درجه مناسب نیست

برای شیب های افقی نه بیش از 6 درجه

هر شیبی ولی نه بیشتر از 18 درجه

شیب تونل

متناوب

بسیار صلب

بسیار بالا

انعطاف پذیری

می توان برای بیش از 10000 فوت استفاده کرد

طول های بیش از 10000 فوت

هم طول و هم بیش از 1000 فوت

طول تونل

پیوسته

پیوسته

چرخه ای ،متناوب غیر پیوسته

پیوستگی عملیات

میزان سر و صدا متوسط

نه چندان زیاد

بسیار زیاد(در آتشباری)

سر و صدا

4 ساعت

می توان کنترل کرد

حداقل 3 ساعت

زمان خود نگه داری

برای کلیه مقادیر RQD

غیر از 25 الی 45 مناسب است

برای کلیه مقادیر RQD

RQD

دایره ای، نعل اسبی، اصلاح شده

فقط دایره ای

هر شکل

شکل حفاری

توصیفی اجمالی در مورد آب های زیر زمینی

توصیفی اجمالی در مورد آب های زیر زمینی

در ادامه مطلب موارد زیر شرح داده می شود:

» سفره آب زیرزمینی (groundwater Table)

» تقسیم بندی سفره‌های آب زیرزمینی

» تئوري هاي مربوط به منشأ آب هاي زيرزميني

» حالت هاي مختلف آب ها در قشر جامد زمين

» خواص فيزيكي آب هاي زيرزميني

» ساختمان شيميايي آب هاي زيرزميني

» مشکلات و آلودگی آبهای زیرزمینی

 

آب های  زیرزمینی (groundwaters)

آب زیرزمینی آبی است که در زیر سطح زمین ، درزه‌ها و فضاهای حفره‌ای را در صخره‌ها و رسوبات پر می‌کند. اکثر آبهای زیرزمینی بطور طبیعی خالص هستند. اکثر اوقات ، آبهای زیرزمینی سالها حتی قرنها قبل از مصرف دست نخورده باقی می‌مانند. بیش از 90% آب آشامیدنی کل جهان از آب زیرزمینی است. مردم ما هر روز 1700 میلیارد لیتر آب مصرف می کنند. 97% آبهای کره زمین درون اقیانوسها است و 2% آن یخ زده است. ما آب مورد نیاز خود را از 1% باقیمانده تهیه می‌کنیم که از یکی از دو منبع زیر بدست می آید: سطح زمین (رودخانه‌ها ، دریاچه‌ها و نهرها) و یا از آبهای زیرزمینی. امروز حدود 117 میلیون نفر ، یعنی بیش از نیمی از جمعیت آمریکا متکی به آبهای زیرزمینی به عنوان منبع آب آشامیدنی هستند. جای تعجب نیست که کشف آلودگی آبهای زیرزمینی در تمام دنیا موجب بروز نگرانیهای شدیدی شده است.

 

سفره آب زیرزمینی (groundwater Table)

سفره آب به لایه یا منطقه قابل نفوذی در زیر سطح زمین گفته می‌شود که آب در آن می‌تواند جریان یابد. سفره آب همچنین باید قابلیت آبدهی خوبی داشته‌ باشد. سطح فوقانی سفره آب ، یا سطح ایستایی همواره افقی نیست و به‌طور طبیعی از منطقه تغذیه آن ، یعنی محل و منطقه‌ای که آب زیرزمینی را تامین می‌کند، به طرف محل تخلیه دارای شیب است. بطور کلی شکل سطح استیابی غالبا از شکل سطح زمین پیروی می‌کند. ولی برآمدگیهای آن هموارتر است. بنابراین ایستایی در نواحی پست در نزدیک سطح زمین و در تپه‌ها و کوه‌ها در عمق زیادتر قرار دارد.

بطور معمول در مناطق پرباران و در دشتها سطح ایستایی بالا و در مناطق خشک و کوهستانی پایین است. در مناطق مرطوب سطح ایستایی ممکن است تا نزدیک سطح زمین بالا بیاید. در گودیهای چنین نقاطی ، ممکن است «آبگیر» و در صورت وجود پوشش گیاهی ، «باتلاق» بوجود آید. تغییرات ارتفاع سطح ایستایی را بر حسب زمان به صورت نمودارهایی به نام هیدروگراف نشان می‌دهند.سفره‌های دارای بازدهی قابل توجه اغلب در رسوبات ناپیوسته شنی و ماسه‌ای تشکیل می‌شوند.

آبرفتها ، یعنی رسوباتی که توسط رودها در دره‌ها و دشتها برجای گذارده می‌شوند، معمولا سفره‌های آب زیرزمینی خوبی تشکیل می‌دهند. رسوبات رسی گرچه از تخلخل زیادی برخوردارند، ولی چون قابلیت نفوذ کمی دارند، با وجود حجم آب زیادی که ممکن است در خود ذخیره کرده‌باشند، سفره آب زیرزمینی تشکیل نمی‌دهند و به عنوان مواد غیر قابل نفوذ در نظر گرفته می‌شوند. در سنگهای متراکم نیز آب معمولا در نمونه‌هایی ایجاد می‌شود که از تخلخل ثانوی قابل توجه برخوردار باشند. در این میان بهترین سفره آبها معمولا در سنگهای آهکی درز و شکافدار ایجاد می‌شود.

 

تقسیم بندی سفره‌های آب زیرزمینی

سفره‌های آزاد

در سفره‌های آزاد سطح ایستایی ، همان سطح فوقانی منطقه اشباع است. مقدار فشار در سطح ایستایی سفره‌های آزاد برابر فشار اتمسفر است. سطح ایستایی بسته به‌مقدار تغذیه یا تخلیه آن ، آزادانه نوسان می‌کند، زیرا لایه غیر قابل نفوذی در بالای ان قرار ندارد. حالت خاصی از سفره‌های آزاد «سفره‌های معلق» هستند. این سفره‌ها معمولا در داخل منطقه تهویه یا منطقه اشباع نشده خاک و در روی لایه‌های نفوذ ناپذیری که گسترش محدودی دارند، مثلا عدسیهای رسی ، تشکیل می‌شوند. از این سفره‌های مقدار کمی آب و آن هم بطور موقت می‌توان بدست آورد.

سفره‌های تحت فشار

سفره‌های تحت فشار یا محصور یا آرتزین در محلی تشکیل می‌شود که آب زیرزمینی بوسیله لایه‌ای نسبتا نفوذناپذیر از بالا محدود شود و در نتیجه تحت فشاری بیش از اتمسفر است. علت آنکه در سفره‌های تحت فشار آب از محل خود بالاتر می‌آید آن است که محل تغذیه سفره ، یعنی منطقه‌ای که از طریق آن آب سفره تامین می‌شود، در ارتفاعی بالاتر از سطح فوقانی منطقه اشباع در محل حفر چاه قرار دارد.در سفره‌های تحت فشار به‌جای سطح ایستایی سطح پیرومتریک را در نظر می‌گیرند و آن عبارت از سطحی فرضی است که در هر منطقه با ارتفاع فشار هیدروستاتیک آب در سفره تحت فشار مطابقت دارد. به زبان ساده‌تر منظور سطحی است که اگر چاهی در هر نقطه از سفره تحت فشار حفر کنیم ارتفاع صعود یا فوران آب چاه را در آن نقطه نشان می‌دهد.

 

تئوري هاي مربوط به منشأ آب هاي زيرزميني

برای منشأ آب های زیرزمینی تئوری های متعددی بیان گردیده است که از همه مهمتر تئوری نفوذ آب در زمین است . قسمت بزرگی از آبی که به صورت برف و باران به زمین می رسد در زمین نفوذ کرده و پس از برخورد با سنگ ها و طبقات غیر قابل نفوذ مخازن آب های زیرزمینی را می سازند . این تئوری اولین بار در قرن 18 میلادی توسط یک نفر فیزیکدان فرانسوی به نام ماریوت عنوان گردیده و بعد توسط لومونوسوف مورد تأیید واقع شد . با این توصیف که ترکیب شیمیایی این آب ها پس از نفوذ در زمین ثابت نمی ماندو بر حسب سنگی که در آن جریان یافته است تغییر می یابد .

تئوری فوق مدتی مورد قبول واقع شد ولی در مورد آب هایی که در مناطق مختلف زیرزمینی محبوس بودند بدون این که در آنجا نزولات آسمانی قابل توجهی دیده شده باشد ، صادق نبود . لذا در اواخر قرن 20 تئوری جدیدی توسط ولگر ارائه گردید . این تئوری منشأ آب های زیرزمینی را از طریق آب های نفوذی قابل قبول نمی داند بلکه تشکیل آن ها را از تراکم بخار آب موجود در هوا که در بین ذرات و خلل و فرج سنگ ها نفوذ می کند استنباط می نماید . بنابراین تئوری جدیدی به نام تئوری تراکم آب به وجود می آید .

این تئوری به شدت از طرف اکثر دانشمندان انتقاد می شود و آن را غیر واقعی اعلام می دادند زیرا که بخار آب موجود در فضا به اندازه کافی نیست که بتواند مستقلاً منابع عظیمی از آب های زیرزمینی را تشکیل دهند .

در اوایل قرن 20 تئوری دیگری به نام تئوری آب های ابتدایی توسط یک نفر دانشمند اتریشی به نام E-  Suess ارائه داده می شود که از طرف بسیاری از آبشناسان استقبال می گردد . طبق این تئوری بخارها و گازهایی که از ماگما در اعماق زمین برمی خیزد با نزدیک شدن به سطح زمین متراکم شده و به صورت آب ابتدایی ظاهر می گردند . تجربیات کافی امروزه این نظریه را نیز رد می کند .

بالاخره تئوری آب های فسیل مطرح می شود . تئوری مذبور آب های زیرزمینی نواحی عمیق را به باقی مانده آب های حوضه های قدیمی که در زیر رسوبات مدفون شده اند ربط می دهد . پس از اظهار نظر آبشناسان ممالک مختلف و بررسی تئوری های فوق ، قریب به اتفاق متخصصین تئوری اول یعنی تئوری آب های نفوذی را در مورد آب های زیرزمینی قابل قبول می دانند .

نفوذ آب در زمین تا برخورد به قشرهای نفوذ ناپذیر ادامه می یابد . به محض این که آب ها به این قبیل لایه ها رسیدند و جریان آنها از هر طرف متوقف گردید در خلال حفره های سنگ ها جمع شده و سفره های آبدار و یا مخازن زیرزمینی آب را تشکیل می دهند .

چون غالباً در اعماق زمین طبقات نفوذ پذیر و غیر قابل نفوذ متناوباً قرار دارند ، لذا ممکن است در ناحیه ای از زیرزمین چندین سفره آبدار بر روی یکدیگر وجود داشته باشند . بالاترین سفره های آبدار زمین را که نزدیک به سطح زمین است و چاه های معمولی به آن می رسد سفره های آب سطحی و یا مخزن چاه ها می نامند و سفره های زیرین را آب های عمیق و مخصوصاً آن هایی که در اعماق زیادتر قرار دارند آب های محصور و یا سفره های محاط می خوانند . مخازن سطحی آب های زیرزمینی با تغییر نزولات و درجه گرمای بیرون بسیار تغییر می کند . به همین جهت مقدار آب چاه هایی که از این مخازن تغذیه می نمایند سریعاً کم و زیاد می شود .

در صورتیکه چاه های عمیق که از مخازنعمیق تر زمین ( منطقه اشباعی دائم ) آب می گیرند مقدار آبشان چندان تغییر نمی نماید . به علاوه از نظر بهداشت هم آب چاه های عمیق ( مخصوصاً در نواحی مسکونی ) پاک تر از آب چاه هایی است که به مخازن سطحی مربوط می شوند .عوارض خارجی سطح زمین باعث می شود که سطح ایستایی آب های زیرزمینی افقی نباشد . آنانکه در مجاورت دره ها که نیروی جذب سنگ های مخزن کمتر است و از مقاومت در مقابل مسیر جریان آب در داخل زمین کسر می شود سطح ایستایی پایین تر قرار می گیرد ، بدین ترتیب سطح ایستایی آب های زیرزمینی عموماً در کنار دره ها انحنا پیدا می کند و تحدب سطح مزبور به سمت بالا می رود .همانطوريكه برجستگي هاي سطح زمين باعث تقسيم آب هاي سطحي از يكديگر است ، چين خوردگي لايه هاي غير قابل نفوذ در اعماق زمين هم وسيله جدا بودن حوضه هايي از سفره هاي آبدار زيرزمين مي گردد و باعث مي شود تغييرات آب يك مخزن در مخزن مجاور مؤثر نباشد .

 

حالت هاي مختلف آب ها در قشر جامد زمين

قسمت عمده از آبی که بصورت برف و باران به زمین می رسد پس از نفوذ در زمین و رسیدن به طبقات زیرین کلیه درزها و شکاف ها و خلل و فرج بین ذرات سنگ ها را اشغال می نماید و پس از برخورد به سنگ های غیر قابل نفوذ مخازن آب های زیرزمینی را می سازد. آب های زیرزمینی به صورت زیر دیده می شوند :

1) آب محبوس ، 2) آب ثقلی یا آب آزاد  ، 3) آب اشباع

1) آب محبوس : آبی است که به وسیله نیروی چسبندگی مولکول ها در حجم سنگ نگاهداری می شود و این نیرو همیشه بزرگتر از نیروی ثقل است .

2) آب آزاد : عبارت از مقدار آبی است که در داخل خلل و فرج و یا فضاهای آزاد سنگ ها تحت تأثیر نیروی ثقل جریان می یابد مشروط بر اینکه سنگ مزبور از آب اشباع شده باشد .

3) آب اشباع : حداکثر مقدار آبی است که سنگ قابل نفوذ می تواند در خود نگاهدارد . آب های محبوس از نظر کانی شناسی و سنگ شناسی بسیار حائز اهمیت می باشند . در صورتیکه آب های آزاد چون در داخل سنگ ها جریان می یابند و یا ذخیره می شوند از نقطه نظر آب های زیرزمینی قابل توجه هستند .

پیشرفت اقتصاد و صنعت هر کشوری با مقدار آب های زیرزمینی رابطه مستقیم دارد بطوریکه آب مصرفی اکثر کارگاه های صنعتی بوسیله این آب ها تأمین می گردد.آب های زیرزمینی به علت داشتن عناصر مفید در فعل و انفعالات شیمیایی وارد می شوند . به علت خاصیت انحلال بعضی از مواد موجود در داخل سنگ ها از قبیل سنگ طعام و آهک و غیره را به حالت محلول در می آورند و بدین نحو تغییراتی در ترکیب و ساختمان سنگ روی می دهد.با داشتن قدرت حمل و رسوب گذاری تشکیلاتی از کانی های مفید را در زمین ایجاد می نمایند مانند معادن مس ، منگنز ، کربنات ژیپس و غیره .

آب های زیرزمینی در تشکیل گازهای کانی ساز مخصوصاً مخازن آب های گرم و معدنی در عمل دگرگونی سنگ ها بسیار مؤثر هستند .

 

خواص فيزيكي آب هاي زيرزميني

خواص فيزيكي آب هاي زيرزميني شامل زلاليت ، رنگ ، بو ،‌طعم و درجه حرارت است كه در ذيل به طور خلاصه به هر يك مي پردازيم :

زلاليت :  آب هاي طبيعي به دو حالت صاف ( زلال ) و در ( تيره ) يافت مي شوند . آب موقعي كدر است كه مقدار مواد معدني و يا ساير مواد معلق در آن وجود داشته باشند . بنابراين كم و يا زياد بودن مواد فوق در شدت تيرگي آب بسيار مؤثر است.

رنگ : آب آشاميدني معمولاً بي رنگ است ولي در محيط هاي وسيع به رنگ آبي ديده مي شود . رنگ آب هاي زيرزميني به علت وجود مواد خارجي تغيير مي كند . املاح آهن و يا هيدروژن سولفوره آب را به ترتيب به رنگ هاي قرمز و آبي درمي آورند . آب هايي كه داراي تركيبات منگنز هستند سياه رنگ است در صورتي كه آب باتلاق ها به علت زياد بودن اسيد هوميك زرد رنگ است .

بو:  به طور كلي آب هاي زيرزميني بدون بو هستند . وجود بوي مخصوص در آب نماينده اين است كه آب مزبور به وسيله چاه هاي مختلف تغذيه مي شود و يا اينكه در آن بعضي از مواد شيميايي داخل گرديده است .مثلاً بوي گنديده بعضي از آنها مربوط به اسيد هوميك است

طعم يا مزه:طعم آب بسته به تركيب مواد مختلفي است كه در آن محلول هستند . اگر مقدار كلرورها ( نمك طعام و غيره ) آن حدود 300 ميلي گرم در ليتر باشد مزه شور دارد . چنانكه مقدار سولفات هاي محلول در آن از 400 تا 450 ميلي گرم در ليتر برسد مزه كاملاً تلخ مي دهد . اگر ازمناطقي كه ژيزمان هاي سولفوره دارند عبور كند مزه اسيد به خود مي گيرد . بنابراين مقدار مواد محلول و نوع بستري كه آب در آن جريان مي يابد و يا ذخيره مي شود در طعم آن مؤثر است .

حرارت:  درجه حرارت آب هاي زيرزميني با عمق سفره ، وجود كانون آتشفشاني و موقعيت جغرافيايي محل فرق مي كند . لذا از روي درجه حرارت مي توان آنها را به چند دسته به شرح زير تقسيم كرد :

- آب خيلي سرد ( حداكثر تا 5 درجه سانتي گراد(

- آب سرد ( 10 درجه سانتي گراد (

- آب نسبتاً ملايم ( 18 درجه سانتي گراد(

- آب ملايم ( 25 درجه سانتي گراد (

- آب ولرم ( 37 درجه سانتي گراد)

- آب گرم ( بالاتر از 40 درجه سانتي گراد)

درجه حرارت آب در اثر نمك يا گازهاي محلول در آن تغيير مي نمايد .

 

ساختمان شيميايي آب هاي زيرزميني

بطوريكه مي دانيم آب از يون هاي هيدروژن H+ و هيدروكسيل OH- تركيب يافته و مقدار يون هاي مزبور در آب معمولي در درجه حرارت معين ثابت است . چنانكه مقدار هر يك از اين يون ها تغيير يابد آب حالت اسيدي ( يون هيدروژن زيادتر ) و يا حالت قليايي ( هيدروكسيل بيشتر ) به خود مي گيرد.از نظر PH آب را مي توان به سه دسته تقسيم كرد:

 

- آب هاي خنثي كه PH آنها در حدود 7 است

- آب هاي اسيدي كه PH آنها كمتر از 7 است .

- آب هاي قليايي كه PH آنها بيشتر از 7 است .

 

به طوركلي ساختمان شيميايي آب هاي زيرزميني بر حسب مصارف مختلف فرق مي كند.ساختمان شيميايي آب آشاميدني غير از ساختمان شيميايي آب است كه در صنعت از آن استفاده مي شود . بنابراين در استخراج و بهره برداري از آب هاي زيرزميني مي بايست شرايط زمين شناسي و هيدرولوژيكي محل مورد نظر كاملاً بررسي و مطالعه گردد.اگر از آب هاي زيرزميني براي تأمين مصارف شهري مخصوصاً آشاميدن بهره برداري نمايد بايد دقت شود كه آب مزبور به وسيله مواد آلي و يا ساير مواد زيان آور آلوده نگردد . اصطلاح سنگيني آب هم در مقوله ساختمان شيميايي آب مطرح مي شود . آب موقعي سنگين است كه داراي كلسيم ( Ca ) و منيزيم ( Mg ) باشد . معمولاً هر 5 ميلي گرم كربنات كلسيم محلول در يك ليتر آب را يك درجه سختي مي نمايد.سنگيني تمام آب هاي طبيعي ممكن است منوط به وجود بيكربنات ها ، سولفات ها ،‌كلرورها يا نيترات هاي كلسيم و منيزيم و آهن و يا عناصر معدني ديگر باشد . ايجاد فلس هاي نامحلول روي ديواره مخازن و قشر سفيد ابري در ليوان مربوط به سنگيني آب است .

 

مشکلات و آلودگی آبهای زیرزمینی

به دلیل عدم شناخت صحیح و یا عدم درک میزان آسیب پذیری سریع آبهای زیرزمینی ، سهل‌انگاری های زیادی صورت گرفته است. اجازه داده‌ایم که بنزین و سایر مایعات مضر از مخازی زیرزمینی به درون سفره‌های آبهای زیرزمینی نفوذ کند. آلاینده‌ها ، از محل‌های دفن زباله یا سیستم های فاضلاب که بطور غلطی ساخته شده‌اند، به داخل آن تراوش می‌‌کنند. آبهای زیرزمینی از طریق زهاب حاصله از مزارع کشاورزی کود داده شده و مناطق صنعتی ، آلوده می‌شوند. صاحبان خانه‌ها با ریختن مواد شیمیایی به داخل فاضلاب یا روی زمین ، آبهای زیرزمینی را آلوده می‌کنند

ژئوفیزیک

ژئوفیزیک

بطور كلي ژئوفيزيك به مطالعه خصوصيات فيزيكي زمين و محيط اطراف آن مي‌پردازد. در عمل اين مطالعه به دو صورت محض و كاربردي دنبال مي‌شود. مطالعات ژئوفيزيکي به كشف گيلبرت (1600) كه مي‌گفت زمين مانند يك مغناطيس غول‌پيكر عمل مي‌كند، برمي‌گردد. اما اولين قدم در كاربرد اين علم براي اكتشاف مواد معدني به سال 1843 مي‌رسد و زمانيكه فون‌ورده از تئودوليت مغناطيسي براي اندازه‌گيري تغييرات ميدان مغناطيسي زمين به منظور اكتشاف توده‌هاي آهن استفاده نمود. بدنبال آن در سال 1879 پروفسور رابرت تالن با تاليف كتاب كشف ذخاير آهن بوسيله روشهاي مغناطيسي قدم موثري در جهت كاربردي نمودن ژئوفيزيك اكتشافي برداشت.

  پس از آن تقاضاي روز افزون بازار به فلزات و افزايش بي‌سابقه استفاده از نفت، گاز و مشتقات آنها در ابتداي قرن بيستم منجر به توسعه بسياري از روشهاي ژئوفيزيكي شد. و در زمينه ابداع و توسعه دستگاههاي ژئوفيزيكي نيز از زمان جنگ جهاني دوم پيشرفتهاي بسياري حاصل شد.

  از آغاز دهه 1960 با استفاده گسترده از رايانه در پردازش و تفسير داده‌هاي ژئوفيزيكي، تحول عظيمي در اين شاخه از دانش ايجاد شد.

  از آنجا كه اكثر ذخاير معدني مدفون در زير سطح زمين، بوسيله يك روباره پوشيده شده‌اند، كشف اين ذخاير به خواصي كه آنها را از محيط اطراف متمايز مي‌نمايد بستگي دارد. در صورتيكه تفاوت خواص فيزيكي بين ماده معدني و سنگ درون‌گير آن وجود داشته باشد؛ مي‌توان از ژئوفيزيك سطحي براي كشف ماده معدني مربوطه استفاده كرد.

ساخت های موجود در سنگهای آذرین

ساخت های موجود در سنگهای آذرین

ساخت های موجود در سنگهای آذرین به دو بخش تقسیم می شود:

 

1) ساخت های اولیه سنگهای آذرین خروجی

الف ) گدازه ( مشخصات گدازه ها و ساخت گدازه ها )

ب ) آتشفشان ها ( 1. مخروط آتشفشانی  2. دهانه )

 

2) ساخت های اولیه سنگهای آذرین نفوذی

الف ) انواع توده های نفوذی هم شیب

ب ) انواع توده های نفوذی ناهم شیب

 

 

ساخت های اولیه سنگهای آذرین خروجی

الف ) گدازه

هنگامی که ماگما به سطح زمین راه می یابد ، در سطح زمین جریان یافته و پس از سرد شدن ، گدازه ها را بوجود می اورد .

گدازه ها ، توده های آذرین لایه شکلی هستند که ضخامتشان در مقایسه با گسترش عرضی آنها ناچیز است . حالت گدازه تابع مشخصات زمینی است که در ان جریان می یابد . مثلا در مواردی که زمین تقریبا مسطح باشد ، گدازه نیز قشر کم و بیش افقی خواهد بود ، در صورتی که در دامنه آتشفشانها ، گدازه ها به حالت شیب دار مشاهده می شود .

مشخصات گدازه ها :  ضخامت گدازه ها معمولا در حدود چند متر است و گدازه های باضخامت بیش از 100 متر ، فوق العاده نادر است . گسترش عرضی گدازه ها تا حد زیادی به جنس آنها بستگی دارد . گرانروی گدازه های بازی و متوسط کم است ، بنابراین ، این دسته از گدازه ها ، به اسانی جریان افتاده و سطح وسیعی را در بر می گیرند . ضخامت این دسته از گدازه کم و بیش در سرتاسر آن یکسان است . گدازه های اسیدی ، لزج ترند و بنابراین ، گسترش چندانی ندارند و غالبا به صورت توده های عدسی شکل اند .

ساخت گدازه ها  : الف) ساخت منشوری  ب) ساخت بالشی  ج) تغییرات داخلی قشر گدازه

ب ) آتشفشان ها

آتشفشان ها نیز اشکال دیگری از ساخت های اولیه سنگهای آذرین خروجی اند که در اثر خروج ماگما ، بوجود می آیند .مهم ترین قسمت های یک آتشفشان از نظر زمین شناسی ساختمانی ، مخروط و دهانه آتشفشان است که اینک به بررسی آنها می پردازم .

 

1. مخروط آتشفشانی ، مخروط آتشفشانی در اثر سرد شدن و تجمع مواد خروجی آتشفشان به وجود می آید این گونه ساختمآنها را از نظر های مختلف می توان تقسیم بندی کرد . مثلا اساس تقسیم بندی سنگ شناسی ، جنس سنگهای تشکیل دهنده مخروط و اساس طبقه بندی فیزیوگرافی ، مرحله فرسایش ان است اما در زمین شناسی ساختمانی ، مخروط ها را از نظر ساختمان داخلی طبقه بندی می کنند . در این تقسیم بندی ، می توان انواع مخروط های زیر را تشخیص داد :

الف ) مخروط گدازه ای ، این مخروط ها از گدازه های خیلی سیال تشکیل شده و به همین جهت دارای دامنه های کم شیب اند . این مخروط ها تماما از جنس گدازه اند . و در مورد آنها قسمت اعظم ماگما از درون دهانه اصلی آتشفشان ، خارج شده است .در مواردی که ماگماهنگام خروج از آتشفشان سرد و لزج باشد ، در فاصله کمی پس از خروج از دهانه ، منجمد می شود و مخروط پر شیبی را به وجود می اورد که بنام هورنیتو موسوم است .

ب ) مخروط های آذر آواری ، این مخروط ها در نتیجه تجمع مواد اذر اواری که از آتشفشان خارج می شود تشکیل شده و در بعضی موارد ممکن است دارای دامنه های پر شیب باشد .

ج ) مخروط مرکب ، این مخروط ها از قشر های متناوب گدازه و مواد اذر اواری تشکیل می شود . در این گونه مخروط ها ، قسمت اعظم ماگما از دهانه های فرعی آتشفشان خارج می شود .

2. دهانه ، قسمت بالایی مخروط آتشفشان ، بنام دهانه خوانده می شود بسته به وضعیت دهانه ، حالات زیر را می توان تشخیص داد :

الف ) کرارتر  : کرارتر فرورفتگی موجود در انتهای مخروط آتشفشان است که در حالت کلی ، به صورت یک مخروط ناقص در بالای ان قرار دارد . قطر قسمت پائین کرارتر معمولا کم است و ندرتا از 300 متر تجاوز می کند اما قطر قسمت بالای ان ، در اثر ریزش دیواره ، ممکن است خیلی زیاد باشد .کرارتر معمولا در اثر انفجار در قسمت های بالایی دود کش آتشفشان ، بوجود می آید .

ب ) کالدرا  : کالدرا فرورفتگی بسیار بزرگی است که در قسمت های بالایی آتشفشان به وجود می آید . مقطع این فرورفتگی ، معمولا دایره و در بعضی موارد نامنظم است . قطر کالدرا ممکن است به جندین کیلومتر برسد .کالدرا در نتیجه تخریب دیواره دهانه آتشفشان به وجود می آید .

^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

 

ساخت های اولیه سنگهای آذرین نفوذی

 

در زمین شناسی ساختمانی ، توده های نفوذی را بسته به وضعیت آنها نسبت به سنگهای مجاور ، به دو دسته توده های هم شیب و ناهم شیب تقسیم می کنند . هر یک از این گروه ها ، بسته به شکل و ابعاد توده خود به گروه های کوچک تر تقسیم می کنند .

معمولا در مجاورت توده نفوذی ، طبقات رسوبی یا سنگهای دگرگونی حاوی شیستوزیته وجود دارد . اگر توده نفوذی با سطح لایه بندی طبقات رسوبی یا شیستوزیته سنگهای دگرگونی مجاور موازی باشد ، ان را توده نفوذی هم شیب و در غیر این صورت ، ناهم شیب می گویند .

الف ) توده های نفوذی هم شیب

1. سیل ها ، سیل ها ، که بنام ورقه نیز خوانده می شوند ، توده های نفوذی لایه ای شکلی اند که به موازات لایه بندی یا شیستوزیته طبقات مجاور ، تشکیل می شوند . گسترش سیل ها در بعضی موارد فوق العاده زیاد و ممکن است به چندین هزار کیلومتر مربع برسد . نکته جالب ان است که در بسیاری حالات ، ضخامت سیل نیز تقریبا ثابت باقی می ماند . بدیهی است سن سیل همواره از سن سنگهای درون گیر خود ، کمتر است .از نظر وضعیت ، سیل ممکن است به حالت افقی ، قائم و یا مایل دیده می شود . و بدیهی است در هر حالت ، تابع مشخصات لایه های اطراف خود باشد . ضخامت سیل از چند سانتیمتر تا چند صد متر ممکن است تغییر نمآید .

2. لاکولیت ها ، لاکولیت ها توده های نفوذی عدسی مانندی هستند که در فصل مشترک لایه ها نفوذ کرده و طبقات رویی را به صورت گنبد در می اورند . باتوجه به این تعریف ،در می یابیم که لاکولیت مشابه سیل ها هستند با این تفاوت که گسترش عرضی لاکولیت ها فقط چند برابر ضخامت آنها ست در صورتی که در مورد سیل ها ، ممکن است به چندین برابر برسد . سنگهای آذرین تشکیل دهنده لاکولیت معمولا از نوع متوسط و بازی ( مثل آندزیت نفلین سنییت) می باشد .

3. لوپولیت ها ، لوپولیت ها توده های نفوذی وسیعی اند که در نتیجه نفوذ ماگما در ساختمان های تشتکی شکل به وجود می ایند . ماگما تشکیل دهنده لوپولیت معمولا از نوع بازی می باشد .

4. فاکولیت ها ، فاکولیت ها توده های نفوذی کوچکی هستند که به شکل عدسی ، در خط الراس تاقدیس ها و یا در خط القعر ناودیس ها ، تشکیل می شوند . بایستی توجه داشت که تنها در حالاتی فاکولیت ها جزو ساختمآنهای اولیه سنگهای آذرین به شمار می ایند که سنگها ، قبلا به صورت تاقدیس یا ناودیس چین خورده باشند و در حالتی که یک توده نفوذی مثل سیل ، همراه با طبقات درون گیر خود چین بخورد ، ساختمان حاصله را بایستی در گروه ساخت های ثانوی ، طبقه بندی کرد .

ب ) توده های نفوذی ناهم شیب

1. دایک ها ، دایک ها توده های نفوذی لایه ای شکلی اند که طبقات اطراف خود را قطع می کنند . دایک ها غالبا در نتیجه تزریق ماگما در داخل شکستگی سنگها به وجود می ایند . در حقیقت فرق دایک و سیل ، تنها در نحوه قرار گرفتن این توده ها نسبت به طبقات اطراف است و در مورد آنها نیز همانند سیل ها ، می توان انواع ساده مکرر ، مرکب و تفریق شده راتشخیص داد .
ضخامت دایک ها معمولا چند سانتی متر تا چند متر است ولی در بعضی موارد می توان دایکهای خیلی نازک یا خیلی ضخیم را نیز مشاهده کرد . گسترش دایک ها نیز متفاوت است و در بعضی موارد می توان تا چندین کیلومتر یک دایک راتعقیب کرد .

2. دودکش های آتشفشانی ، قسمت هایی از ماگما را که در داخل دود کش آتشفشانی منجمد می شود ، بایستی جزو توده های نفوذی نا هم شیب منظور کرد . بدیهی است این گونه توده ها را ، تنها پی از فرسایش قسمت های رویی ، می توان مشاهده کرد . فصل مشترک دود کش های آتشفشانی با سنگهای اطراف ، اغلب به حالت قائم و یا با شیب زیاد است . مقطع آنها نیز غالبا دایره ای و گاهی نیز به حالت غیر مشخص است . قطر دود کش های آتشفشانی متفاوت است و از چندین ده متر تا 1.5 کیلومتر تغییر می کنند .

3. باتولیت ها ، باتولیت ها توده های نفوذی بزرگی اند که قسمت بالایی شان به شکل گنبد است . بر اساس مطالعات انجام شده ، گسترش باتولیت ها با عمق زیاد می شود . به عبارت دیگر ، فصل مشترک این توده های نفوذی با سنگهای اطراف ، به طرف خارج توده شیب دارد . گسترش باتولیت ها زیاد و عموما بیش از 100 کلیومتر مربع است . عمق باتولیت ها دقیقا مشخص نشده است و بنابر بعضی از عقآید ، این توده های نفوذی با منبع ماگما اولیه مرتبط می باشند .

4. استوک ها ، استوک ها نیز توده های نفوذی مشابه باتولیت ها اند ولی وسعت آنها از 100 کلیومتر مربع کمتر است . شکل کلی استوک ها نامنظم است و در بعضی موارد ، به حالت کم و بیش استوانه ای دیده می شوند .ماگمای تشکیل دهنده استوک ها معمولا از نوع متوسط تا بازی است .

فتوگرامی چیست؟

فتوگرامی چیست؟

فتوگرامتری به معنای عملیات اندازه گیری تصاویر روی عكس میباشد كه شامل عكسبرداری از اشیاء، اندازه گیری تصاویر اشیاء، روی عكس ظاهر شده و تبدیل این اندازه گیریها به شكلی قابل استفاده (مثلاً نقشه های توپوگرافی) می شود.

امروزه فتوگرامتری به دو شكل استفاده می شود:

1- شكل كلاسیك آن عبارت است از اندازه گیریهای كمی روی عكس، كه حاصل آن تعیین موقعیت مسطحاتی و ارتفاعی نقاط، مساحات و احجام بوده كه در نتیجه آن، نقشه های مسطحاتی و توپوگرافی به دست می آید.

2- دومین شكل استفاده از فتوگرامتری، تفسیر عكس است كه در آن عكسها به صورت كیفی بررسی و از آن به عنوان مثال در زمین شناسی، خاك شناسی، تخمین سطح زیر كشت در كشاورزی، تشخیص آلودگی آب و بسیاری از موارد دیگر استفاده می شود.

در عملیات فتوگرامتری و تفسیر عكسهای هوایی، عكس مناسب چه از نظر مقیاس و چه از نظر سایر مشخصات، اهمیت ویژه ای دارد. در واقع عكسهای هوایی اساس كلیه عملیات اجرایی است و به همین دلیل برای انجام عكسبرداری هوایی، مطالعه كامل برای تعیین مشخصات عكس، از هر نظر لازم است. بعلاوه چون بیشتر اوقات علاوه بر تهیه نقشه های توپوگرافی، از عکسها به منظورهای مطالعاتی نیز استفاده می شود، در تعیین مشخصات عكسبرداری هوایی علاوه بر ملاحظات فنی نقشه برداری، ضوابط مربوط به تفسیر عكسهای هوایی نیز مورد نظر قرار می گیرد.

این عوامل عبارتند از:

1- محدوده یا مسیر عكسبرداری

2- مقیاس عكس یا نقشه مورد تقاضا

3- مقدار پوشش طولی و عرضی هنگام تنظیم زاویه عدسی دوربین

4- نوع فیلم

5- تاریخ، فصل و یا ساعت عكسبرداری

در حال حاضر سازمان نقشه برداری كشور با در اختیار داشتن یك فروند هواپیمای جت فالكن (Falcon) و چهار فروند هواپیمای دورنیر (Dornier)، توانایی تهیه عكسهای هوایی را در هر نقطه از كشور دارد. این هواپیماها با برد پروازی 5/6 ساعت و ارتفاع پرواز بین 500 الی 42000 پا، عكسبرداری از هر نقطه و با هر مقیاس لازم را ممكن می سازند. سازمان نقشه برداری كشور علاوه بر تهیه عكسهای پوششی (در مقیاس 1:40000) برای تولید نقشه های بنیادی كشور و عكسهای مطالعاتی و اجرای بسیاری از پروژه های بزرگ عمرانی بطور قائم در مقیاسهای متفاوت، توانایی تهیه عكسهای مایل رنگی و سیاه و سفید از مكانهای مقدس و مذهبی، بناهای تاریخی، پروژه های عمرانی، كارخانجات صنعتی و مراكز اقتصادی و بازرگانی را در مقیاسهای بزرگ دارد

فتوگرامتری فرآیند اندازه گیری مختصات هندسی اجسام از روی عکسهای هوایی است. به‌عبارت دقیق تر فتوگرامتری عبارتست از هنر، دانش و فن‌ تهیه اطلاعات درست عوارض از طریق اندازه گیری، ثبت و تفسیر بر روی عکس و یا سایر مدارکی که در بر دارنده اثری از انرژی الکترومغناطیس بازتابیده شده باشد.

عکس مهم‌ترین منبع اطلاعاتی در این علم می باشد و اصول کار در فتوگرامتری بر روی عکسهای هوایی است.

عموماً فتوگرامتری را به دو شاخه فتوگرامتری متریک و فتوگرامتری تفسیری تقسیم بندی می کنند.

در فتوگرامتری متریکی، اندازه گیریهای کمی مطرح است، یعنی با استفاده از اندازه گیریهای دقیق نقاط از طریق عکس می توان فواصل حجم، ارتفاع و شکل زمین را تعیین کرد، که معمولترین کاربردهای این شاخه از فتوگرامتری تهیه نقشه های مسطحاتی و توپوگرافی از روی عکسهاست. اما فتوگرامتری تفسیری خود به دو شاخه تفسیر عکس و سنجش‌از‌‌دور تقسیم می‌شود.

در قسمت تفسیر عکس بیشتر مطالعات کیفی بر روی عکس انجام می گیرد، به‌عنوان مثال وضعیت پوشش گیاهی یک منطقه و یا میزان جمعیت یک شهر را از طریق عکس مورد مطالعه و تحقیق قرار می دهند.

عکسهای هوایی امروزه حداقل در دو رشته بزرگ علمی یعنی فتوگرامتری به معنی کلی تهیه نقشه از عکسهای هوایی و دیگری تفسیر به معنی شناسایی و تشخیص عوارض و اشیاء از روی تصویر به کار می روند و دارای شروع و تاریخ هم‌زمانی می باشند که بتدریج و با پیشرفتهای تکنولوژی، این دو رشته توسعه یافته و در نتیجه، استفاده و ابزار برای دو گروه کم کم از هم فاصله گرفته و در هر یک، تخصص های جداگانه ای به وجود آمده و بتدریج نیز اضافه خواهد شد.

عکسبرداری هوایی برای هر دو مصارف فوق دارای قدمت چندان زیادی نیست، بلکه تاریخ آن کم و بیش مقارن با پیدایش هنر و علم عکاسی و همچنین، صنعت هوانوردی است. اولین گزارش کتبی اختراع عکسبرداری به علوم آکادمی علوم و هنرهای فرانسه به سال ۱۸۳۹ باز می گردد. این عکسبرداری توسط دو فرانسوی به نامهای داگر و نیپس انجام گرفت. اولین گزارش قطعی پرواز هواپیما نیز مربوط به ۱۷ دسامبر ۱۹۰۳ به‌وسیله برادران آمریکایی رایت می باشد، بنابراین باید توجه نمود که تاریخ عکسبرداری هوایی به زمان بینابین دو تاریخ فوق برمی گردد. اولین عکسبرداری هوایی از اروپا (فرانسه) به وسیله G.S.Tournachon که بعداً Nadar نامیده شد، در ۱۸۵۸ در پاریس انجام گردید و مقارن با او، یعنی مجدداً در همان سال شخص دیگری به نام Laussedat با دوربین عکاسی و فیلمهای شیشه ای که با خود در بالن داشت، از دهکده ای نزدیک عکسبرداری نمود. او توانست از عکسها نقشه توپوگرافیک تهیه نماید و دومی موفق به تجزیه و تحلیل ریاضی برای برگردان تصویر پرسپکتیو به تصویر ارتوفتو شد. در آمریکا، اولین عکس هوایی که با بالن گرفته شد، به تاریخ ۱۳ اکتبر ۱۸۶۰ ثبت گردید. این عکس از ارتفاع ۱۲۰۰ پایی (۳۶۵ متری) از بندر بوستون گرفته شده و در اتحاد جماهیر شوروی سابق، تاریخ اولین عکسبرداری هوایی به سال ۱۸۸۶ بر می گردد.

اولین فیلمبرداری هوایی به‌وسیله ویلبر رایت در ۱۹۰۹ با هواپیما از چنتوچیلی ایتالیا انجام شد. ولی استفاده عظیم از عکسهای هوایی، در ارتش و از جنگ جهانی اول بود، در حالی که برای مصارف غیر نظامی، از جنگ جهانی دوم به طور وسیع آغاز گردید. با پیشرفت در صنایع شیمیایی و تهیه فیلم بهتر و همچنین تکنولوژی هوایی، در مجموع، این شاخه از علوم توسعه پیدا نمود. دوربینهای عکسبرداری هوایی با پیشرفتهای شگرف در صنعت و هنر ساختمان عدسیها به حد بسیار مرغوب رسید. ساختمان انواع فیلمهای سفید و سیاه بصورت پانکروماتیک و مادون قرمز توسعه یافت و فیلم رنگی نیز از ۱۹۳۵ بصورت کداکرم عرضه گردید. فیلمهای رنگی کاذب نیز کاربردی عظیم در تفسیر پیدا نمود.

تاریخچه مختصر فتوگرامتری

1480 بررسی های اولیه اصول پرسپکتیو توسط لئوناردو داوینچی

1837 ابداع روش Daguerrotypie توسط Daguerre and Niepce

1851 ابداع اولین روش های فتوگرامتری توسط Aime Laussedat که اولین فتوتئودولیت ( 1867 ) را اختراع نمود و می توان وی را پدر فتوگرامتری نامید. وی تلاش های برای تهیه عکس هوایی توسط بالن و کایت نیز داشته است.

1858 تاسیس اولین انیسیتو فتوگرامتری توسط یک معمار آلمانی به نام Meydenbauer.

1885 اولین ثبت آثار باستانی به روش فتوگرامتری

( جالب است که این بنا ، تخت جمشید خودمان است )

1889 انتشار اولین کتاب جامعه فتوگرامتری به زبان آلمانی

1896 اختراع اولین دستگاه تبدیل تصاویر به نقشه (stereoscopical )

توسط Eduard Gaston و Daniel Deville

1901 اختراع اولین Stereokomparator توسط Pulfrich

1903 اختراع Perspektograph توسط Theodor Scheimpflug

1910 تاسیس ISP (International Society for Photogrammetry)

که حالا تحت عنوان ISPRS شناخته می شود

1911 اختراع اولین دستگاه ترمیم تصاویر توسط Th. Scheimpflug. وی اولین کسی بود که اصول فتوگرامتری را بر تصاویر هوایی اعمال کرد.

1913 اولین کنفرانس فتوگرامتری در وین که توسط ISP تشکیل شد.

1957 اختراع استروپلاتر توسط Helava

1964 استفاده از دوربین های استرومتریک در تهیه نقشه های معماری توسط Carl Zeiss, Oberkochen and Hans Foramitti

1968 اولین کنفرانس بین المللی در مورد فتوگرامتری کاربرد در باستانشناسی در پاریس

1970 تاسیس CIPA (Comité International de la Photogrammétrie Architecturale)

دهه 1970 توسعه سریع دانش فتوگرامتری در زمینه های مختلف

دهه 1980 شروع عصر فتوگرامتری تحلیلی وسپس فتوگرامتری رقومی

پایه گذار علم فتوگرامتری یک سرگرد فرانسوی به نام لوسدا (A. Laussedat)، بود. او در سال 1859 برای کمیسیون آکادمی علوم پاریس نشان داد که انسان چطور میتواند با استفاده از زوج عکس، مختصات نقاط را محاسبه کند. در همین زمان در آلمان شخصی به نام مایدن باور (A. Meydenbaver)، اولین آزمایش موفق خود را تحت عنوان فتوگرامتری ساختمان پشت سر گذاشت. این علم در اتریش از تاریخ 1887 تاکنون مورد استفاده قرار گرفته و همچنین دو مهندس اتریشی به نامهای هافرل (Hefferl) و ماورر (Maurer) اولین طرح دستگاه فتوگرامتری را جهت استفاده در راهسازی و آبرسانی به انجام رساندند.

بعد از اینکه در سال 1901 پالفریش (Pulfrich) مقدمات علم استریوفتوگرامتری را ارائه کرد، راه را برای مخترع با ذوقی به نام اورلز (Orels) در سال 1909 که دستگاه استریواتوگراف را اختراع کرد، هموار ساخت.

كارتوگرافی ، اساساً تكنیكی است كه با كوچك كردن خصوصیات فضایی ( ابعاد ) انواع مختلف اجسام و سطوح بزرگ ، مثل زمین هاى وسیع ، قسمتی و یا تمام كره زمین و یا یك كره آسمانی سر و كار دارد  این تكنیك پهنه های وسیع را كوچك می كند تا قابل مشاهده شود .

برای كارتوگرافی چند تعریف علمی وجود دارد . علت تعدد تعریفات و نظریات مختلف در این باره ناشی از وضع نقشه و نقشه برداری در ممالك مختلف جهان است . برخی از كشورها عملیات ژئودزی و مثلث بندی هاى مختلف و نقشه هاى توپوگرافی پوششی در مقیاس های گوناگون را كامل كرده و مرتب آن را مورد تجدید نظر قرار می دهند . چنین كشورهایی به عملیات دقیق نقشه برداری پرداخته و بیشتر در زمینه های مختلف نقشه هاى تماتیك مشغول به كارند . بعضی از این ممالك حتی عملیات احداث شبكه ژئودزی را شروع نكرده و یا شبكه بسیار ضعیفی ساخته اند كه نتیجه آن تهیه نقشه هاى بسیار ناقص است . بین این دو دسته ممالك ، علم كارتوگرافی و فنون مربوط به آن مفهوم واحدی ندارند .

علاوه بر دلایل ذكر شده ، مواردی نظیر شرایط فنی ، سوابق كار ، شرایط محلی و همچنین سلیقه متخصصین مختلف توام با سوابق تاریخی ، موجب ایجاد ناهماهنگی در مفهوم كلمه كارتوگرافی شده است . موضوع میدان عمل كارتوگرافی و محیط فعالیت آن هنوز از نظر لغوی مطرح است و تصمیم كمسیون هاى فنی بین المللی در مورد تعریف كارتوگرافی مورد قبول تمام كشورها واقع نشده است.
عموماً یكی از معایب تعریف كارتوگرافی در این است كه نمی تواند تمام ابعاد و معانی مختلف یك واژه را در بر داشته باشد و جای چنین تعاریفی غالباً در فرهنگ لغات و اصطلاحات است . گذشته از آن ، امروزه با توسعه و گسترش دامنه علوم ، مفاهیمی نظیر كارتوگرافی ابعاد جدیدی به خود می گیرند و معانی وسیعتری را شامل می شوند كه لازم است اینگونه تعاریف و تصمیمات كنفرانس های بین المللی دوباره مورد تجدید نظر قرار گیرد.

با وجود تمام اختلاف نظرها در تعریف كارتوگرافی ، به طور كلی دو معنا از كارتوگرافی مستفاد می گردد :

1- كارتوگرافی عام ؛ علم ، هنر و فن ساختن نقشه است كه كلیه مراحل تهیه نقشه ، یعنی ژئودزی ، عملیات زمینی ، فتوگرامتری ، ترسیم و چاپ را شامل می شود . این تعریف در كنفرانس هاى بین المللی كارتوگرافی مورد تایید بسیاری از كشورها قرار گرفته و از طرف سازمان ملل متحد هم پذیرفته شده است .

2- كارتوگرافی خاص ؛ مراحی بعد از برداشت زمینی ، فتوگرامتری و یا كلاً اطلاعات اولیه برای تهیه نقشه را شامل می شود و در حقیقت ، قسمت اعظم كار تهیه نقشه محسوب می گردد . كارهایی از قبیل تنظیم پیش نویس ، تركیب اطلاعات و استفاده از نقشه ها و مدارك مربوطه ، انتخاب شبكه ، تعیین علایم و نوشته ها ، هماهنگی اطلاعات موجود در نقشه ، طراحی اطلاعات حاشیه نقشه ، انتخاب روش ترسیم و چاپ و تكثیر ، مراحل مختلف كارتوگرافی خاص را تشكیل می دهد.

نقشه برداری سیاره ای

بیش از هفتاد و دو هزار خط تراز از ماه، شانزده میلیون خط تراز از سیارک اِروس 1 و بیش از ششصد میلیون خط تراز از مریخ، به عنوان داده های ارزشمند نقشهب رداری، راه را برای اكتشافات آینده بشر هموار كرده است. در مورد مریخ، دقت موقعیت سنجی در نقشه هایی كه توسط فضاپیمای نقشهب ردار سراسری مریخ و با بهره گیری از ابزار ارتفاع سنج لیزری مدارگرد مریخ 2 آن تهیه شد، حدود یك متر شعاعی و صد متر افقی بود. این در حالی است كه تصاویر ارسالی ابزار مسافتی اب لیزری پروژه نیِر 3 در كاوش سیارک ها از سیارک اروس، دقتی معادل ده متر در داشته است. از نزدیكترین همسایه زمین، ماه، به z و y ،x سه راستای دلیل چگالی كم و مشكلات فنی نقشهب رداری، به مراتب كم دقت ترین اندازه گیری های توپوگرافی انجام شده است كه حدود یك متر شعاعی و بیش از یك كیلومتر افقی خطای تخمینی دارد. در مورد زمین هم، اگرچه محاسبات در مورد پستی و بلندی سطوح با به كارگیری تجهیزات گوناگون با دقت های مختلف به طور دقیق صورت می گیرد، نقشه برداری از بستر اقیانوس ها با دقت بسیار كمی امكان پذیر است.

در این مطالعه، پیشرفت هایی كه در فهم و تحلیل مقاطع ارتفاع سنجی (آلتیمتری) مریخ و سیارک اروس به دست آمده است، بررسی می شود. در زمان پرتاب نقشه بردار سراسری مریخ ( 1996 )، دانش نشانه روی فضاپیما محدودیت اساسی به شمار می رفت، در صورتی كه در مورد پروژه نیِر -كه برای كاوش سیارک های نزدیك به زمین پس از نقشه بردار سراسری مریخ آغاز شد.

توپوگرافی كره خاكی ما

تصاویری كه اینجا نشان داده شده ا ند، به طور تقریبی توپوگرافی كره زمین را نشان می دهند. شاید زمین به دلیل اینكه برخلاف اجرام سماوی دیگر از آب پوشیده شده است، یكی از مرموزترین اجرام از نظر توپوگرافی باشد. در این رابطه باید اذعان كرد كه عمق سنجی در برخی نواحی اقیانوس آرام به واقع دقیق نیست. در بسیاری از موارد، عمق سنجی ها در این نواحی بر اساس میدان های گرانشی ماهوارها ی با دقت ترازی حدود ده كیلومتر در افق و دقت عمودی بین صد تا هزار متر تخمین زده شدها ند. ماموریت آبِس 4 مجهز به ارتفاع سنج راداری پیشرفته، اطلاعات ما در رابطه با پستی و بلندی های كف اقیانوس ها را به طور قابل ملاحظه ای بهبود خواهد بخشید.

مسافت یاب لیزری كلمنتاین 5 طی دو ماه عملیات، بیش از 72000 خط تراز از سطح ماه ارسال كرد. این خطوط تراز با دقتی معادل صد متر، اولین نقشهب رداری سراسری از ماه را در چارچوب مركز حجم هدف در اختیار دانشمندان قرار دادند. در آن زمان، تجهیزات نشانه روی از چند دهم درجه كارآتر نبودند كه این امر، موجب ایجاد خطاهای اساسی در محاسبات می شد. افزون بر این، امكان پوشش كافی برای ارسال تصاویر بدون سایه هم وجود نداشت و در عوض، از تصاویری كه دوربین های مدارگرد آپولو فرستاده به دست آمده بود، برای ایجاد رنگ زمینه استفاده شد.

استفاده از یك سامانه ردیاب نور، مانند تجهیزات LVIS(که در هواپیماها استفاده می شود) یا ارتفاع سنج های ردیاب تك فوتون ها، توانست طی یك سال عملیات نقشه برداری، نقشه ای با وضوح 5 تا25 متر و دقت عمودی در حد سانتیمتر تولید كند. در این میان، امكان ردیابی و پهنای باند دورسنجی چالش های بزرگتری نسبت به قدرت لیزر و دیرپایی آن ایجاد می كند.

ارتفاع سنجی لیزری یا راداری؟

با آنكه سیاره زهره هرگز با یك ارتفاع سنج لیزری اندازه گیری نشده، شكل كلی آن به طور مناسبی توسط ارتفاع سنج راداری ماژلان 6 به دست آمده است. در این مورد، حد توپوگرافی حدود 14 كیلومتر بوده كه در مقایسه با موارد مشابه در سیارک اروس ( 15 كیلومتر)، ماه ( 16 كیلومتر)، زمین (19كیلومتر)، مریخ (29.5کیلومتر)نسبتاً قابل قبول است. سیاره عطارد تقریباً ناشناخته است، اما نیمكره شمالی آن به زودی با ارتفاع سنج راداری فضاپیمای مسنجر ترازیابی خواهد شد.

توپوگرافی سطحی كره زمین هم با استفاده از رادار و هم لیزر امكانپذیر است، اما اندازه گیری دقیق سراسری زمین در مقیاس دسی متر توسط ارتفاع سنج لیزری علوم زمین شناسی 7 در حال انجام است. این مأموریت یك چارچوب مرجع كارتوگرافی جهانی دقیق در اختیار دانشمندان قرار می دهد.

مدل کارتوگرافی IAU2000 برای مریخ

توپوگرافی مریخ توسط ارتفاع سنج لیزری مدارگرد مریخ، با دقتی حدود یك متر و صد متر افقی، با محدودیت دقت خطوط تراز0.4 و پوشش 150 متری لیزر به دست آمده است. تحلیل های ویژها ی برای تعیین خطا در نواحی نزدیك قطب ها به كارگرفته شد. پس از همسازی، نقطه گذاری به اندازه كافی برای تصویر عوارض قطب ها با مقیاس حدود 150 متر در هر پیكسل دقیق می شود.

مدل كارتوگرافی روی مریخ باIAU2000 قطبی و مدل حركت وضعی تعیین می شود. این مدل با ردیابی سطحن شین های وایكینگ و پت فاندر،ارتفاع سنج لیزری مدارگرد مریخ و تصاویر تهیه شده از دهانه Airy-0 مریخ توسط دوربین مدارگرد مریخ محدود شده است. مقدار خطا در موقعیت كلی دهانهAiry-0 در مریخ، حدود 55 متر در مختصات بدنه است...

آموزشگاه مجازی و درس های رایگان زبان بصورت آنلاین

آموزشگاه مجازی و درس های رایگان زبان بصورت آنلاین

درس های رایگان

آموزشگاه مجازی