نقشه برداری یا ژئوماتیک یکی از شاخه های پرکاربرد مهندسی است که در کشور ما زیرشاخه رشته عمران است و نقشه برداری زمینی و عمرانی آن بیشتر شناخته شده است.
قریب به 80 درصد فعالیتها و تحلیلهایی که در امور مهندسی شاهد هستیم وابسته به مکان هستند. همچنین در اکثر این موارد علم نقشه برداری مورد استفاده قرار می‌گیرد. نفوذ و گستره نقشه برداری در مرزهای این رشته باقی نمانده و امروزه شاهد کاربردهای متنوعی از دانش نقشه برداری در علوم دیگر نیز هستیم.
در این مقاله قصد داریم به زبان ساده شما را با علم ژئوماتیک و شاخه های مختلف آن آشنا کنیم. امیدواریم مطالعه این مقاله شناخت شما را نسبت به این رشته بیشتر کرده و شما نیز ایده‌های خود را مبتنی بر داده های مکانی توسعه دهید.
نقشه برداری چیست؟ چرا به آن ژئوماتیک می گویند؟
نقشه برداری علمی کاربردی است که با استفاده از ابزار و تکنیک های مختلف اقدام به اندازه گیری، تجزیه و تحلیل، مدیریت و نمایش داده های مکان مرجع می‌کند. علوم مختلفی چون جغرافیا، ریاضیات و هندسه، زمین شناسی، آمار و رایانه در نقشه برداری مورد استفاده قرار می‌گیرند. بطور کلی تمامی رویدادها و پدیده هایی که به نحوی با مکان در ارتباط باشند، در علم نقشه برداری مدلسازی شده و مورد بررسی قرار می‌گیرند.
ژئوماتیک (Geomatic) از ترکیب دو واژه Geo به معنای زمین و Matic که مخفف Mathematics یا ریاضیات است، به دست آمده است. در حقیقت ترکیبی از علوم مرتبط با زمین و جغرافیا و شاخه‌های مختلف ریاضیات، در کنار هم می‌توانند علم ژئوماتیک را تعریف کنند. امروزه در کشور ما به یکی از شاخه‌های ژئوماتیک، که متخصصین تحت عنوان نقشه برداری زمینی می‌شناسند، عنوان کلی نقشه برداری را اطلاق می‌کنند که البته درست نیست. و چه‌بسا عنوان ژئوماتیک مفهوم جامعی از نقشه برداری را شامل شده و نماینده و جایگزین مناسبتری برای این علم گسترده باشد.
شاخه‌های مختلف ژئوماتیک، هرکدام زیرشاخه‌هایی داشته و بسیار گسترده می‌باشند، اما هدف ما در این مقاله معرفی شاخه‌های ژئوماتیک، بصورت مفهومی و به ساده‌ترین بیان است. مسلماً شما مخاطب گرامی می‌توانید با جستجو و مطالعه بیشتر، جزئیات کامل‌تری از هرکدام را به‌دست آورید.
شاخه‌های مختلف نقشه برداری (ژئوماتیک)
1- ژئودزی (زمین سنجی)
در اغلب موارد از مختصات برای نمایش عوارض روی کره‌ی زمین استفاده می‌کنیم. حتی محورهای مختصات و مبدا مختصات را نیز براساس هندسه وابسته به زمین تعریف می‌کنیم. به همین منظور شناخت هندسه و شکل زمین، نحوه گردش وضعی و انتقالی آن و حتی شتاب ثقل در نقاط مختلف آن در نقشه برداری بسیار اهمیت دارد.
ژئودزی علم شناخت زمین و مدلسازی پدیده‌های وابسته به آن است. به‌عبارتی می‌توان گفت علم ژئودزی پایه و اساس تمام نقشه ها و داده های مکانی موجود است.
مباحث مختلفی چون بیضوی مرجع، سیستم های تصویر، ژئوئید یا زمین واره، سامانه‌های تعیین موقعیت جهانی(GPS) و زمین سنجی ماهواره‌ای در ژئودزی مورد بررسی قرار می‌گیرند.
2- نقشه برداری زمینی
کاربردهایی از ژئودزی که در پروژه‌های عمرانی کاربرد دارد تحت عنوان نقشه برداری زمینی شناخته می‌شود. در نقشه برداری زمینی مفاهیم عمیقی که در ژئودزی مورد بحث قرار می‌گیرند، بصورت کاربردی و با استفاده از ابزارهای نقشه برداری مانند متر و زاویه‌یاب و دوربین‌های نقشه برداری در اختیار مهندسان قرار می‌گیرد.
کاربردهای فراوانی چون تهیه نقشه‌های عمرانی و راهسازی، نقشه یو تی ام، جانمایی و تثبیت عرصه، پیاده سازی مختصات نقاط طراحی‌شده، نظارت و کنترل مستمر بر هرگونه ساخت و ساز شهری در حیطه نقشه برداری زمینی است. به‌دلیل همین کاربردهای فراوان و تاثیرگذار، برخی بطور غیرکارشناسانه نقشه برداری زمینی را همان نقشه برداری یا علم ژئوماتیک می‌دانند.
3- فتوگرامتری
یکی از راه‌های تهیه نقشه، عکسبرداری هوایی و تبدیل عکس به نقشه است. فتوگرامتری علم شناخت و مدلسازی هندسه عکسبرداری، با هدف تهیه نقشه است.
روند تهیه نقشه به روش فتوگرامتری بدین صورت است که ابتدا طراحی پرواز انجام گرفته و هواپیماهایی که مجهز به دوربین های فتوگرامتری هستند در مسیر مشخص پرواز می‌کنند. این هواپیماها در ارتفاع معین و به فاصله زمانی مشخصی اقدام به تصویربرداری با پوشش طولی و عرضی مناسب می‌کنند. سپس با استفاده از این عکس‌ها یا تصاویر مدل سه بعدی ایجاد می‌گردد. با استفاده از دید سه بعدی که در دستگاه‌های تبدیل فتوگرامتری ایجاد می‌گردد عوارض مختلف ترسیم شده و بدین ترتیب یک نقشه با دقت بالا تهیه می‌شود.
با استفاده از داده‌های سه بعدی بدست آمده از تصاویر هوایی می‌توان محصولات پرکاربردی مانند مدل رقومی ارتفاع(DEM) ، DSM و تصاویر ارتو یا قائم تهیه کرد.
امروزه با پیشرفتی که در تولید و بکارگیری پرنده‌های بدون سرنشین(پهپادها) اتفاق افتاده، شاهد انقلابی در فتوگرامتری شده‌ایم و علم تصویربرداری و تهیه نقشه توسط پهپاد نقشه برداری هر روز درحال توسعه و پیشرفت است.
در کنار این موارد نمی‌توان از فتوگرامتری برد کوتاه نیز غافل شد. در فتوگرامتری برد کوتاه با استفاده از همان مفاهیم، اما این‌بار در مقیاس کوچکتر اقدام به تهیه مدل سه بعدی می‌کنند. کاربردهای متنوعی، مانند مدلسازی بناهای تاریخی، تهیه نقشه سه بعدی از سازه‌های کوچک و نمای ساختمان‌ها، توسط فتوگرامتری برد کوتاه محقق می‌شوند.
4- سنجش از دور
تصاویری که با استفاده از ماهواره های نقشه برداری گرفته می‌شوند حاوی اطلاعات گرانبهایی هستند که در علم سنجش از دور مورد استفاده قرار می‌گیرند. امواج الکترومغناطیس، چه بصورت فعال، که توسط فرستنده‌های موجود در ماهواره ارسال می‌شوند، و چه بازتاب تشعشعات خورشید باشند، توسط سنجنده‌هایی که روی ماهواره های نقشه برداری وجود دارد دریافت و ثبت می‌گردد. تصاویر ذخیره‌شده پس از بارزسازی و ترکیب و تفسیر می‌توانند حقایق بسیاری را بر ما آشکار کنند.
برای مثال با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای می‌توان سطح زیر کشت یک محصول خاص را با کمترین هزینه و سرعت بالا برآورد نمود. همینطور نقشه‌های کاربری اراضی و پوشش گیاهی نیز می‌تواند با تحلیل داده‌های تصاویر ماهواره‌ای بدست آید. امروزه حتی با افزایش دقت تصاویر دریافتی از ماهواره ها، می‌توان از آنها برای تولید نقشه نیز بهره برد.
5- سیستم های اطلاعات مکانی (GIS)
از یک نقشه کاغذی می‌توانیم اطلاعات بسیاری را استخراج کنیم. این اطلاعات شامل هندسه و ابعاد عوارض و سمبل‌ها یا متونی هستند که روی نقشه قابل تشخیص هستند. اما وقتی می‌خواهیم یک آنالیز مکانی را با استفاده از اطلاعات رو نقشه کاغذی انجام دهیم با مشکل و سختی مواجه خواهیم شد. درحقیقت یک نقشه کاغذی ابزار مناسبی برای تحلیل‌های پیچیده مکانی و توصیفی نیست.
سیستم‌های اطلاعات مکانی با استفاده از داده‌های مکانی که بصورت رقومی ذخیره شده‌اند تحلیل‌های مکانی و توصیفی مختلفی را ارائه می‌دهند.
برای مثال با استفاده از مدلسازی وضع موجود و تکمیل داده‌های مکانی و توصیفی موردنیاز و بهره‌گیری از سامانه های اطلاعات مکانی می‌توان مکان مناسب برای تاسیس یک نیروگاه حرارتی را پیدا کرد. یا اینکه می‌توان بهترین مسیر برای انتقال گاز بین دو شهر را پیدا کرد.
امروزه با گسترش کاربردهای سامانه های اطلاعات مکانی، کاربران به استفاده از داده‌های مکانی به‌جای یک نقشه کاغذی رغبت نموده و عمده تحلیل‌های مکانی خود را در بستر نرم افزارهای کاربردی این حوزه انجام می‌دهند. همچنین پیاده‌سازی سامانه‌های زیرساخت اطلاعات مکانی(SDI) توانسته است دسترسی کاربران به داده‌ها و مراجع تولید داده را تسهیل نماید.
6- هیدروگرافی یا آبنگاری
همان‌طور که برداشت عوارض و توپوگرافی سطح زمین در مناطق خشکی مورد توجه نقشه برداری است، کلیه پهنه‌های آبی مانند دریاها و اقیانوس‌ها نیز نیاز به نقشه برداری دارند. هیدروگرافی شاخه‌ای از علم نقشه برداری است که به تهیه نقشه توپوگرافی و مطالعه‌ی پهنه‌های آبی می‌پردازد.
به نقشه‌های توپوگرافی که از پهنه‌ها آبی تهیه می‌شود چارت دریایی می‌گویند. یکی از اهداف هیدروگرافی تهیه همین چارت‌های دریایی استاندارد است که در ناوبری دریایی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد.
همچنین مطالعه میزان جذر و مد دریاها و محاسبه سطح متوسط آب‌های آزاد توسط کارشناسان هیدروگرافی انجام می‌شود.
6- کارتوگرافی یا نقشه نگاری
کارتوگرافی علم و هنر نمایش اطلاعات مکانی در قالب یک نقشه است. در یک نقشه کارتوگرافی‌شده عوارض مکانی که به اشکال مختلفی اعم از نقطه‌ای، خطی یا سطحی مدلسازی شده‌اند، توسط خطوط زیبا و سمبل‌های گویا و متونی با ابعاد مناسب نشان داده می‌شوند. یک کارتوگراف علاوه بر درک مفاهیم مرتبط با نقشه و نقشه برداری، از علم گرافیک نیز بهره‌مند است. نتیجه به‌کارگیری این دو تخصص نیز محصولی است که علاوه بر رعایت الزامات هندسی و مختصات عوارض، جلوه‌های بصری مناسبی را ارائه می‌دهد.
