نقشه برداری

نقشه برداری

دانش پژوهان نقشه برداری و ژئوماتیک
نقشه برداری

نقشه برداری

دانش پژوهان نقشه برداری و ژئوماتیک

ورنال

 

 

Bas-relief in Persepolis - a symbol Iranian/Persian Nowruz - on the day of an equinox, the power of an eternally fighting bull (personifying the Earth) and that of a lion (personifying the Sun) are equal (http://en.wikipedia.org/wiki/Equinox).

 

در مورد اعتدال بهاری برخی افراد به نقطه ی ورنال، نقطه ی گاما می گویند که صحیح نیست. 

Ver در لاتین به معنای بهار است و علامت آن ♈ است که شبیه علامت گاماست ولی در واقع نشانگر صورت فلکی  بره (حمل) است. حدود 2000 سال پیش نقطه ی ورنال در این صورت فلکی قرار داشت که به دلیل حرکت تقدیمی نقطه اعتدال بهاری  (حرکت به سمت غرب) دیگر در این صورت قرار ندارد ولی علامت آن را با خود به زمان ما آورده است!  

 

برگرفته از وبلاگ دکر عسکری

سایت نظارت سازمان نقشه برداری

سایت نظارت سازمان نقشه برداری کشور چندی است که راه اندازی شده است و مطالب بسیار مفیدی شامل دستورالعملهای مختلف و نکات اجرایی مفید در آن قرار داده شده است. آدرس این سایت http://tc.ncc.org.ir  می باشد و برای علاقه مندان دانلود انواع دستورالعملها رایگان است.

یکی از مهمترین دستورالعملهایی که در این سایت قرار داده شده است  دستورالعمل اجرائی نقشه های  1:500- 1:1000- 1:2000  می باشد. این دستورالعمل در خرداد ماه 1390 تدوین و ابلاغ شده است. برای افراد فنی - اجرایی و آکادمیک مطالب مفید بسیاری دارد. این فایل را می توانید از آدرس زیر دانلود کنید. 

 

http://www.ncc.org.ir/_DouranPortal/documents/Standard.pdf


 

برگرفته از وبلاگ دکتر فاطمی

طوفان خورشیدی

کم کم به زمان اوج طوفانهای خورشیدی (پریود 11.3 ساله) نزدیک می شویم. این هم یک نمونه: 

 

http://www.msnbc.msn.com/id/46118390/ns/technology_and_science-space/ 

 

http://www.begadistrictnews.com.au/news/national/national/general/sun-storm-could-  affect-gps-signals/2431487.aspx 

 

 

برگرفته از وبلاگ دکتر عسگری

سایت IERS

خبر leap Second را از سایت IERS می توانید بخوانید:

http://hpiers.obspm.fr/eop-pc/index.php?index=mission&lang=en 

 

بحث هایی بین دانشمندان در مورد لزوم اعمال این یک ثانیه اختلاف بین UTC و UT1 وجود دارد که هنوز به نتیجه نرسیده است. 

برخی معتقدند  اعمال ثانیه ی جهشی لزومی ندارد: 

 

http://en.wikipedia.org/wiki/Leap_second 

 

 برگرفته از وبلاگ دکتر عسگری

تسلیت

تسلیت میگم شهادت آقا امام حسن عسکری (ع) را به آقا امام زمان(ع) و تمامی بچه مسلمون های شیعه دوستدار اهل بیت. 

 

شهادت آقا امام رضا را تسلیت میگم

سلام 

 شهادت آقا امام رضا را به همتون تسلیت میگم. 

 

سلام

سلام 

بلاخره امتحانات پایان ترم دانش پژوهان اصفهان هم تموم شد.خدا رو شکر برای ما  که از ساعت ۵ صبح تا ۱ شب میخوندیم بدک نبود.اما وقتی وضعیت بقیه دوستان نقشه بردار مونو دیدیم ...یه سوال برامون پیش اومد چرا سطح امتحانات برخی از دانشگاهها اینقدر باید پایین باشه که معدل های اونها بی دلیل به این صورت بالا بره...شاید بگین عوض اون شما یه چیزی یاد گرفتین اما باید بگم معدل در خیلی از امور اثر داره. 

امیدوارم فرق علمی ما رو بدونن!چون ما خیلی داریم زحمت میکشیم.  

لیزر اسکنر = Laser scanner

هر چند وقت یک بار ورود یک تکنولوژی جدید انقلابی در رشته نقشه برداری ایجاد می کند که باعث می شود انجام کارهای غیر ممکن یا سخت به کارهای روز مره و عادی تبدیل شود مانند GPS ، توتال استیشن ، تزاریاب های رقومی ، تیوپ های لیزر و....  . حال چند سالی است که جامعه نقشه برداری با تکنولوژی اسکنر های سه بعدی آشنا شده است.
همانگونه که در اولایل ظهور  سیستم های تعیین موقعیت GPS ، توتال استیشن ها و نرم افزار های فتوگرامتری رقومی  یک قابلیت لوکس و گران قیمت بودند در حال حاضر نیز به دلیل قیمت بالا ، این سیستم ها هنوز نه تنها در کشور ما بلکه حتی در سطح جهانی استفاده از این ابزار هنوز رایج و متداول نشده است ولی مطمئنا این تکنولوژی نیز به دلیل کاربردهای زیاد و قابلیت های بیشمار مانند سایر ابزار جدید جای خود را در بین جامعه نقشه برداری پیدا خواهد کرد.
تقریبا تمام نقشه بردار ها با سیستم کار دستگاه توتال استیشن آشنایی دارند ، ابزاری که با ثبت زاویه بین امتداد ها ، و اندازه گیری طول تا یک منشور امکان محاسبه مختصات نقاط نسبت به محل استقرار دستگاه را به کاربران آن می دهد.

 

با توسعه دانش استفاده از لیزر امکان جدید دیگری به سیستم های توتال استیشن اضافه شد، دیگر برای اندازه گیری طول از ابزار تا نقاط دلخواه نیاز به استفاده از منشور برای برگرداندن موج ارسال شده از ابزار نبود ، با اضافه شدن این قابلیت در خیلی از زمینه ها مانند جاهای که به راحتی در دسترس نبودند (مانند دیواره ها ، دره های پرشیب و یا نقاط موردنیاز بر روی سازه های بلند و ...) امکان اندازه گیری و ثبت مختصات نقاط بسیار ساده تر وسریع تر شد.


 

 

هر چند وقت یک بار ورود یک تکنولوژی جدید انقلابی در رشته نقشه برداری ایجاد می کند که باعث می شود انجام کارهای غیر ممکن یا سخت به کارهای روز مره و عادی تبدیل شود مانند GPS ، توتال استیشن ، تزاریاب های رقومی ، تیوپ های لیزر و....  . حال چند سالی است که جامعه نقشه برداری با تکنولوژی اسکنر های سه بعدی آشنا شده است.
همانگونه که در اولایل ظهور  سیستم های تعیین موقعیت GPS ، توتال استیشن ها و نرم افزار های فتوگرامتری رقومی  یک قابلیت لوکس و گران قیمت بودند در حال حاضر نیز به دلیل قیمت بالا ، این سیستم ها هنوز نه تنها در کشور ما بلکه حتی در سطح جهانی استفاده از این ابزار هنوز رایج و متداول نشده است ولی مطمئنا این تکنولوژی نیز به دلیل کاربردهای زیاد و قابلیت های بیشمار مانند سایر ابزار جدید جای خود را در بین جامعه نقشه برداری پیدا خواهد کرد.
تقریبا تمام نقشه بردار ها با سیستم کار دستگاه توتال استیشن آشنایی دارند ، ابزاری که با ثبت زاویه بین امتداد ها ، و اندازه گیری طول تا یک منشور امکان محاسبه مختصات نقاط نسبت به محل استقرار دستگاه را به کاربران آن می دهد.

 

با توسعه دانش استفاده از لیزر امکان جدید دیگری به سیستم های توتال استیشن اضافه شد، دیگر برای اندازه گیری طول از ابزار تا نقاط دلخواه نیاز به استفاده از منشور برای برگرداندن موج ارسال شده از ابزار نبود ، با اضافه شدن این قابلیت در خیلی از زمینه ها مانند جاهای که به راحتی در دسترس نبودند (مانند دیواره ها ، دره های پرشیب و یا نقاط موردنیاز بر روی سازه های بلند و ...) امکان اندازه گیری و ثبت مختصات نقاط بسیار ساده تر وسریع تر شد.

بر مبنای همین روش و عمل کرد ، خیلی زود ایده تولید اسکنر های سه بعدی در بین سازنده های ابزارهای نقشه برداری و تولید کنندگان ابزار های لیزری جا افتاد و سیستمی را تولید نمودند که به صورت منظم کلیه نقاطی را که در میدان دید دستگاه قرار داشت را اسکن می نماید و برای تمام نقاط مختصات تولید می کند و اصطلاحا ابری از نقاط ایجاد می کند. حال هر یک از سازندگان این سیستم ها به دنبال تولید ابزاری با برد بلند تر و دقت اندازه گیری طول و زاویه دقیق تر می باشند .


البته باید یاد آور شوم که این ابزار مانند سایر ابزارهای نقشه برداری دارای محدودیت ها و قابلیت های خاص خود می باشد که به طبع نمی تواند جای گزین ابزار های موجود شود و فقط در زمینه های خاص می تواند قابل استفاده باشد از مزایا این ابزار می توان به برداشت نقاط با سرعت زیاد (در برخی از مدل ها به 500 هزار نقطه در ثانیه هم رسیده است  )  قابل استفاده بودن در تاریکی مطلق ( چون عامل استفاده کننده عملا کار خاصی نیاز نیست انجام دهد و نیازی به دیدن محل مورد اندازه گیری ندارد ) ،امکان ادغام اطلاعات با تصاویر و ایجاد سیستم منو پلاتینگ(برای کاربرد های معماری ، باستان شناسی و.... )

این سیستم ها دارای محدودیت های نیز هستند مثلا از انجا که فقط نقاط قابل مشاهده مستقیم قابل اندازه گیری است عملا ابزار اندازه گیری مناسبی برای برداشت محل های که دارای پستی و بلندی های زیادی است نمی باشند و نمی تواند جای گزین ابزار توتال استیشن در زمینه برداشت توپوگرافی ساده در زمینه های تپه ماهوری شود ( یا حداقل با توجه به قیمت بالای ابزار، اقتصادی نیست ) و یا این ابزار فقط به درد برداشت اطلاعات می خورد و برای پیاده سازی و یا
تهیه شبکه مبنای ابزار مناسبی نیست .

و حال کاربرد لیزر در مدل رقومی زمین
نمایش بعد سوم یا مولفه سوم مختصات برای بسیاری از کاربرد ها اهمیت اساسی دارد .اما نمایش بعد سوم سطح زمین یعنی Z بر روی سطح مسطح کاغذ یا صفحه نمایش دشوار است . به همین دلیل نقشه برداران از دیر باز تلاش کرده اند روش هایی را برای نمایش ارتفاعات روی نقشه ارائه نمایند . استفاده از هاشور ، سایه روشن ، گامهای رنگی ، اعداد ارتفاعی و منحنی های میزان از جمله این روش ها محسوب می شوند .
یکی از کاربردهای عمده لیزر در مهندسی عمران استفاده از آن در تهیه مدل رقومی زمین است . با استفاده از روش اسکن سه بعدی با لیزر که در واقع روش برداشت مستقیم نقاط است ، می توان به مدل سه بعدی رقومی از زمین دست یافت ، روش کار به این صورت است که پرتو لیزر تحت زاویه خاصی به سمت منطقه مورد نظر فرستاده می شود و پرتو های برگشتی از نقاط به طور منظم و به تعداد زیاد ثبت می شود . تعداد این پرتو های برگشتی و در واقع تعداد نقاط ثبت شده آنقدر زیاد است که در محیطی مثل CAD نمایش داده می شوند ، به نظر می رسد که سطح بازسازی شده است . این داده در اصطلاح ابر نقطه ای (point cloud) نامیده می شود .



 
دستگاه های لیزر اسکن دارای دو نوع هوایی و زمینی هستند یک لیزر اسکن هوایی سه عنصر اصلی دارد : GPS ، IMU و Laser Scanner . GPS دستگاهی است که موقعیت نقطه محل هواپیما را ثبت می کند ، IMU زاویه حرکت هواپیما با نقطه زمینی را می دهد و مسافت یاب Laser فاصله ی بین هواپیما و نقطه زمینی را مشخص می کند . برداشت نقاط بر اساس سه الگوی مختلف انجام می شود . بیضی ، دایره و زیگزاگ و همپوشانی عرضی بین الگوها بستگی به دقت مورد نظر و طراحی پرواز دارد . در لیزر اسکن زمینی دستگاه بر روی سه پایه سوار می شود و می تواند دور تا دور خود را به صورت استوانه ای برداشت نماید .

پس برخورد لیزر به منطقه مورد نظر ضریب انعکاس جسم تعیین می کند که چه مقدار از سیگنال منتشر شده به لیزر بر می گردد . مقدار این انعکاس به طول موج لیزر بستگی دارد و خصوصا برای سطوح سیاه و سفید متفاوت است . پرتو لیزر پس از انتشار ممکن است به موانعی برخورد کند، مثلا در لیزر اسکن هوایی در مناطق جنگلی ، پرتو لیزر قبل از رسیدن به زمین به یک یا چند شاخه برخورد می کند ، این مسئله باعث می شود دو یا چند انعکاس به مسافت یاب لیزری برگردد . اغلب سیستم ها قادرند تمام پالس های برگشتی را ثبت کنند . کاربرد ها و استفاده های مختلفی از آنها بر اساس این اندازه گیری ها امکان پذیر است . البته تهیه مدل از سطح زمین بر اساس اندازه گیری آخرین پالس است . اگر چندین پالس برگشتی وجود داشته باشد فقط آخرین پالس می تواند به نقطه ای روی زمین تعلق داشته باشد . زیرا فاصله زمین از فاصله یاب از بقیه نقاط بیشتر است.برای کاربرد های دیگر مثل تهیه مدل های سه بعدی شهر ، اولین پالس اهمیت بیشتری دارد و همچنین اولین و آخرین انعکاس ها برای تهیه تراکم زیستی مورد نیاز است .

همانطور که ذکر شد انعکاس به جنس مواد بستگی دارد . سطوح طبیعی مثل گیاهان مقدار انعکاس بیشتری نسبت به مواد ساخت بشر مانند آسفالت و بتون دارند . بنابراین به طور کلی ، تشخیص گیاهان و ساختمانها امکان پذیر است . به کمک روش های filtering می توان نقاط مورد نظر را در موارد خاص استخراج کرد و تعداد نقاط جمع آوری شده را برای هر کاربرد کاهش داد .لیزر اسکن در حقیقت فنی است که مختصات نقاط را به طور مستقیم و به همراه زوایا و offset ها برداشت می کند .

لیزر در سیستم های قدیمی تنها مختصات نقاط را اندازه گیری می کرد ، اما اطلاعات دیگری نیز از عوارض برای پی بردن به نوع عارضه برداشت می کند . روش های دیگر جمع آوری داده ها در مناطق کم عارضه مثل ساحل دریا دچار مشکل می شوند ، اما لیزر اسکن توانایی برداشت در این مناطق را نیز دارد . همچنین از آنجا که لیزر از عوارضی مثل برگ درختان نیز عبور می کند ، در مناطق جنگلی نیز کاربرد دارد .
سرعت برداشت لیزر اسکن به حدود 28000 نقطه در ثانیه می رسد و طی 4 دقیقه ، 360درجه (یک دور کامل ) را برداشت می کند .دقت دستگاهها بر اساس فاصله نقاط برداشت شده سنجیده می شود ، که معمولا حدود 2 سانتی متر الی 2 میلی متر است و قیمت آنها بستگی به قدرت تفکیک و دقت آنها دارد .

کاربرد لیزر در ایجاد واقعیت مجازی
laser scanning می تواند داده های لازم برای تولید مدل های دقیق سه بعدی را به صورت بسیار سریع ، راحت ، کارامد و مقرون به صرفه ای جمع آوری کند . در واقع ، داده های حاصل از Laser Scanning در تهیه Virtual Reality بسیار مورد استفاده قرار می گیرند . در مورد برداشت اطلاعات توسط دستگاههای Laser Scanner در قسمت قبل توضیح داده شد ، داده های سه بعدی جمع آوری شده در رایانه ذخیره می شوند و نرم افزارهای مناستب قادرند آنها را برای مقاصد مختلف مورد بررسی و تفسیر قرار بدهند .
مراحل مدل سازی سه بعدی با این روش را می توان در شش مرحله اساسی خلاصه کرد :
1 .نشانه روی بر منطقه یا سازه مورد نظر
2 . اسکن (جاروب) منطقه یا سازه مورد نظر و تولید ابر نقطه ای (point cloud)
3 .دسته بندی نقاط تشکیل دهنده اجزا و اشکال مختلف و اجزای مختلف منطقه یا سازه مورد نظر
4 .تشکیل سطوح و مشخص نمودن اجزا در زمینه برداشت شده
5 .ثبت و ترکیب اشکال حاصله با یکدیگر و خلق مجموعه دادههای مصنوعی
6 .تشکیل مدل سه بعدی با جزئیات

از آنجا که تعداد نقاط ثبت شده بسیار زیاد است ، مدل سه بعدی تشکیل دارای جزئیات بسیاری است . از این رو برای اندازه گیری ها و مطالعات بسیار دقیق و سریع بسیار مناسب است . از کاربرد های مهم این روش در مهندسی عمران طراحی سازه های مختلف مثل پل ها و ساختمانها و همچنین طراحی مسیر راه ها و بزرگراههاست . با استفاده از این فن می توان از زوایا و دیدگاه های مختلف سازه یا موضوع مورد نظر را مورد بررسی قرار داد و در تعیین نوع مصالح قابل استفاده و هزینه ها قبل از انجام طرح از آن بهره گرفت . در زمینه طراحی بزرگراهها با در دسترس بودن دید سه بعدی حاصل از منطقه می توان در ساعات پر ترافیک بدون حضور در منطقه و بستن جاده ، بازدید و بررسی های لازم را انجام داد .

در برخی موارد با استفاده از این روش می توان با لیزر اسکن نمودن ساختمانها و شبیه سازی موقعیت فعلی بناها و ساختمان ها در یک منطقه ، در زمینه ایجاد و ساخت بناهای جدید و بررسی محدودیت ها و امکانات موجود و آینده مطالعات لازم را انجام داد. این فناوری این امکان را به وجود می آورد که بتوان هر سازه را در جاهای مختلف قرار داد. و مشکلات آن را بررسی کرد . همچنین طراح می تواند با استفاده از وسایل مخصوص مثل عینک و دستکش های خاص ، در قسمت های مختلف قرار گرفته و حرکت نماید و از زوایای مختلف سازه های تشکیل دهنده منطقه را مورد بازدید قبل از ساخت قرار دهد . این فناوری همچنین قابلیت شبیه سازی موقعیت های مختلف مثل هوای طوفانی ، سیل و امکان بررسی مقاومت سازه هایی مانند پل و کانال های فاضلاب در هنگام بروز چنین وقایعی را نیز دارد .

در موقعیت های خطرناک و پیچیده و در مکانهای غیر قابل دسترس که در آنها امکان انجام نقشه برداری زمینی جود ندارد ، با استفاده از این روش می توان به خوبی و با دقت بالا مدلی مناسب از منطقه تهیه نمود .
یکی دیگر از کاربردهای این روش استفاده از آن در بررسی یا ترمیم آثار باستانی است . با این روش مجموعه نقاطی به صورت ابر نقطه ای از مکانهای قدیمی و تاریخی برداشت می شود و پس از پردازش این نقاط در رایانه ، مدل بنا تشکیل شده و امکان بازسازی یا ترمیم آن سنجیده می شود . همچنین نرم افزار امکان آنرا فراهم می آورد که بتوان موقعیت و شکل بنا را قبل از تخریب یا تغییر شبیه سازی نمود.

بکارگیری لیزر در ماهواره ها
یکی از کاربرد های عمده لیزر در مهندسی نقشه برداری استفاده از آن برای فاصله یابی از طریق ماهواره هاست . این سیستم ها در تعیین موقعیت ماهواره ها به عنوان فاصله یاب های لیزری (Satellite Laser Ranging –SLR) استفاده می شود . در SLR از لیزر استفاده می شود ، منتها لیزرهایی که توان و برد بالا دارند و می توان از فاصله ای حدود 20000 کیلومتر پالسهایی را از ایستگاه زمینی به ماهواره فرستاده و از طریق منشور های تعبیه شده در ماهواره به ایستگاه زمینی برگشت داده شوند.

در اوایل ایجاد SLR از یاقوت استفاده می شد ، ولی در نسل های بعدی از نئودیوم استفاده شده است . در SLR دقت فاصله یابی طول های بلند از ایستگاه به ماهواره در نسل اول حدود 10 متر بوده که در نسل های بعدی (نسل چهارم) به حدود 2 میلیمتر رسیده است .

کاربرد لیزر در مسافت یابی الکترونیکی
دسته ای از مسافت یابهای الکترونیکی ( Electronic Distance Measuring Instrument) که اختصارا به آنها EDM می گویند ، با استفاده از اشعه لیزر کار می کنند. در این دستگاهها از لیزر های با منبع جامد نظیر یاقوت یا نئودیوم استفاده نمی شود ، بلکه منبع آنها نیمه هادی است . نمونه این نمونه هادی را می توان دیود گالیم آرسناید نام برد . این نیمه هادی پرتو تک رنگی ایجاد می کند که خود برانگیخته است و ایجاد لیزری می کند که برای تعیین موقیتهای دقیق و برای جاهایی که دقت امتدادی مدنظر است ، مورد استفاده قرار می گیرد . اساس کار مسافت یابهای الکترونیکی سنجش غیر مستقیم زمانی است که یک پرتو نور فاصله بین دو نقطه را طی می کند .

گرچه اولین نسل مسافت یابهای الکترونیکی برای فواصل زیاد بسیار دقیق بودند ، ولی اندازه آنها بزرگ ، وزن آنها سنگین و قیمت آنها گران بود. بنابراین در کارهای روزمره نقشه برداری وارد نشدند ،در حالی که مهندسان به دستگاههای سبک ،کوچک ارزان و دقیق برای سنجش طول های کوتاه ، از چند متر تا دو الی سه کیلومتر نیاز داشتند . در واقع ، دستگاههای EDM استفاده کننده از نور لیزر نسل سوم این دستگاهها هستند . مزایای این مسافت یابها عبارتند از:مصرف کم ، سبکی و قابلیت حمل و نقل آسان ، برد زیاد (حداکثر برد 15 تا 60کیلومتر) و دقت بالا در حدود میلیمتر .

با کوچک شدن این دستگاهها و قابلیت ترکیب آنها با دستگاههای دیگر دستگاههایی به نام توتال استیشن به بازار عرضه شد که توسط آنها می توان تمام کارهای برداشت و پیاده کردن را با دقت و سرعت بسیار زیاد انجام داد. علاوه بر این می توان همزمان اطلاعات برداشت را در قسمت ذخیره کننده داده انباشته کرد . در مرحله بعد می توان این داده ها را در دفتر کار به صورت خودکار به رایانه منتقل کرد . رایانه نیز به نوبه خود پس از انجام محاسبات ب اساس برنامه ، داده را به دستگاه رسام برای ترسیم نقشه یا چابگر برای چاپ منتقل می کند

کتاب راهنمای نرم افزار CIVIL 3D ۲۰۱۲ ۲۰۱۲

حجم آن حدود 90 مگابایت است و در فرمت EPUB می باشد که نرم افزارهای مختلفی برای قرائت آن در اینترنت وجود دارد. 

 

 

دانلود کتاب

جزوات و لیست پایان نامه های نقشه برداری

لازم به ذکر است که این جزوات از سایت دیگری لینک شده و کاملا رایگان میباشد و فقط برای دریافت فایلها باید عضو سایت شوید که بسیار آسان و سریع میباشد.

کارگاه سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی ارائه شده در دانشگاه MIT ـ پاییز 2005
(پروفسور ژوزف فری‌یرا ترجمه از دکتر پرویز ضیائیان)


    • > سرشکنی
    • > ژئودزی



جزوه خلاصه درس فیزیکال ژئودزی - کلاس کنکور کارشناسی ارشد مهندس فروتن - دانشگاه تهران پاییز 86 - در 2 بخش:


  • >ژئودزی ماهواره ای (GPS)


  • >فتوگرامتری
    • >کاداستر

- جزوه مربوط به مباحث مختلف درس کاداستر (36 صفحه جزوه فارسی)

  • >نجوم

جزوه نجوم ژئودتیک مهندس محمد کریم (انتشار جزوه تایپی برای اولین بار بر روی نت) دانلود pdf ، حجم 3.04 مگابایت

    • >نقشه برداری زمینی و مسیر


برگرفته از وبلاگ  zanjangeomatic.blogfa

مختصری بر سیستم مختصات

کره سماوی

 

ستارگان در فواصل بسیار دوری از زمین قرار دارند، فاصله نزدیک ترین ستاره خارج از منظومه شمسی تا زمین در حدود 109 برابر شعاع زمین است که این فاصله تقریباً 4 سال نوری است، همچنین ستاره Vega در حدود 30 سال نوری و ستاره قطبی (Polaris) در حدود 50 سال نوری با زمین فاصله دارند.        

این فواصل نسبت به فواصل اجرام سماوی در منظومه شمسی بخصوص فاصله زمین تا خورشید که در حدود 8 دقیقه نوری است بسیار طولانی ‌تر می‌باشند، بنابراین می ‌توان نتیجه‌گیری کرد که فواصل در نجوم  قابل اندازه‌گیری نیستند، همچنین ابعاد خورشید، ‌زمین و فاصله بین زمین و خورشید قابل اغماض هستند و ما قادر هستیم مجموعه زمین و خورشید را بصورت یک نقطه در نظر بگیریم.

کره سماوی: کره‌ای است به شعاع واحد که مرکز آن منطبق است بر مرکز ثقل خورشید بطوریکه تمامی ستارگان روی سطح آن تصویر شده ‌باشند.

شکل 1 – کره سماوی

محور دورانی لحظه‌ای زمین کره سماوی[1] را در دو قطب شمال[2] و جنوب سماوی[3] قطع می ‌کند.

اگر صفحه استوای زمین را از طرفین گسترش دهیم، سطح کره سماوی را در طول یک دایره عظیم قطع خواهد کرد که به آن استوایی سماوی می‌گویند.

امتداد قائم مکان (راستای شاقولی در نقطه مشاهداتی) کره سماوی را در دو نقطه قطع می ‌کند، نقطه‌ای که در بالای سر ناظر قرار دارد، سمت‌الرأس و نقطه دیگر سمت‌القعر نامیده می‌شود.

صفحه‌ای که از قطبین سماوی عبور می ‌کند و بر صفحه استوای سماوی عمود باشد، صفحه نصف‌النهار سماوی نامیده می ‌شود.

صفحه نصف‌النهار سماوی گذرنده از سمت‌الرأس ناظر، صفحه نصف‌النهار سماوی ناظر نامیده می‌شود.

صفحه نصف‌النهار سماوی گذرنده از ستاره، دایره ساعتی نامیده می ‌شود.

صفحه عمود بر قائم محل و گذرنده از مرکز کره سماوی، صفحه افق سماوی نام دارد.

صفحه عمود بر افق سماوی و گذرنده از سمت‌الرأس ناظر، صفحه قائم نامیده می‌شود.

صفحه قائمی که عمود بر صفحه نصف‌النهار سماوی ناظر باشد، صفحه قائم اولیه نامیده می‌شود، و فصل مشترک آن با افق سماوی، به ترتیب شرق و غرب نامیده می ‌شوند.

مکان‌های برخورد نصف‌النهار سماوی ناظر با افق سماوی، شمال و جنوب نامیده می ‌شوند.

مسیر ظاهری حرکت خورشید به دور زمین، صفحه اکلپتیک[4] است. این صفحه استوای سماوی را در دو نقطه که طول روز و شب در آنها یکی است به نام نقاط اعتدالین قطع می‌کند.

نقطه‌ای که خورشید در مسیر ظاهری ‌اش از جنوب به شمال، استوای سماوی را قطع کند، اعتدال بهاری[5] و نقطه مقابل آن اعتدال پاییزی[6] نام دارد.

زاویه بین صفحات اکلپتیک با استوای سماوی تقریباً ثابت و در حال حاضر در حدود  می‌باشد.

نقاطی که به فاصله 90 درجه از هر یک از نقاط اعتدال واقع‌اند و در آنها خورشید در حداکثر فاصله زاویه‌ای مثبت و منفی خود از استوای سماوی قرار دارد، به نقاط انقلاب تابستانی[7] و زمستانی[8] موسوم هستند.

به منظور تعیین مختصات ستارگان روی کره سماوی سیستم‌های مختصات سماوی به شرح زیر تعریف می‌شوند :

سیستم مختصات افقی[9] :

  مشخصات سیستم:

1.  مبدا : مرکز ثقل خورشید

2.  قطب اولیه یا محورZ :درراستای قائم مکان و گذرنده از نقطه سمت‌الرأس

3.  صفحه اولیه : صفحه افق سماوی

4.  صفحه ثانویه:  نصف‌النهار سماوی ناظر

5.  محور x : فصل مشترک صفحات اولیه و ثانویه و گذرنده از نقطه شمال نجومی

6.  محور y : به شکلی که سیستم دست‌چپی باشد.

                         

شکل 2 – سمستم مختصات افقی

در این سیستم مختصات، مختصات یک ستاره را با دو پارامتر ارتفاع ستاره ( ) و آزیموت (A) نشان می ‌دهیم.

ارتفاع ستاره :

زاویه بین صفحه افق سماوی و امتداد ستاره که در دایره قائم گذرنده از ستاره در خلاف جهت حرکت عقربه‌های ساعت بین 0 تا 90 درجه اندازه‌گیری می ‌شود.

 

آزیموت ستاره :

زاویه بین نصف‌النهار سماوی ناظر و دایره قائم ستاره که در صفحه افق سماوی در جهت حرکت عقربه‌های ساعت بین 0 تا 360 درجه اندازه‌گیری می ‌شود.

بردار پایه در این سیستم به صورت زیر است :

 

شکل 3 – ارتفاع و آزیموت ستاره

سیستم زاویه ساعتی (Hour Angle) :

  مشخصات سیستم:

1.  مبدا : مرکز ثقل خورشید

2. قطب اولیه یا محورZ : در راستای محور دوران لحظه‌ای زمین و گذرنده از قطب شمال سماوی

3.  صفحه اولیه : صفحه استوای سماوی

4.  صفحه ثانویه: نصف‌النهار سماوی ناظر

5.  محور x : فصل مشترک بین صفحات اولیه و ثانویه

6.  محور y : به شکلی که سیستم دست‌چپی باشد.

 

 

 

                          

شکل 4 – سیستم زاویه ساعتی

 مختصات یک ستاره در این سیستم با دو پارامتر مشخص می ‌شود:میل ستاره[10] و زاویه ساعتی[11] ستاره. 

میل یک ستاره( ) :

زاویه بین صفحه استوای سماوی و امتداد ستاره است که در صفحه دایره ساعتی و در خلاف جهت حرکت عقربه‌های ساعت بین 0 تا 90 درجه اندازه‌گیری می ‌شود.

زاویه ساعتی ستاره (h) :

زاویه بین نصف‌النهار سماوی ناظر و دایره ساعتی ستاره که در صفحه استوای سماوی و در جهت حرکت عقربه‌های ساعت بین 0 تا 360 درجه یا 0 تا 24 ساعت اندازه‌گیری می‌شود.

بردار پایه در این سیستم به صورت زیر است :

 

  

 

            شکل 5 – میل ستاره و زاویه ساعتی ستاره

سیستم مختصات بعدی (Right Ascension) :

     مشخصات سیستم:

1.  مبدا : مرکز ثقل خورشید

2. قطب اولیه یامحورZ : در راستای محور دوران لحظه‌ای زمین و گذرنده از قطب شمال سماوی

3.  صفحه اولیه : صفحه استوای سماوی

4.  صفحه ثانویه : دایره ساعتی گذرنده از نقطه  (ورنال)

5.  محور x : فصل مشترک صفحات اولیه و ثانویه و گذرنده از نقطه ورنال

6.  محور y : طوری است که سیستم دست‌راستی باشد.

   مختصات هر ستاره در این سیستم با دو پارامتر بعد                   ( ) و ) ( میل ستاره نشان داده می‌شود.

 

                                      

شکل 6 – سیستم مختصات بعدی

بعد ستاره[12] :

زاویه بین دایره ساعتی نقطه  و دایره ساعتی ستاره که در صفحه استوای سماوی و در خلاف جهت حرکت عقربه‌های ساعت بین 0 تا 24 ساعت اندازه‌گیری می ‌شود.

اگر اثر هر دو حرکت پرسشن و نوتیشن را بر روی نقطه  در نظر بگیریم نقطه  حقیقی است و به این سیستم True R.A گفته می ‌شود.

نقطه ائی که فقط تحت تأثیر پرسشن است نقطه  متوسط نامیده می ‌شود. به این سیستم Mean R.A گفته می‌شود.

بردار پایه در این سیستم به صورت زیر است :

شکل 7 – بعد ستاره

 

سیستم مختصات اکلپتیک :

1.  مبدا‌ : مرکز ثقل خورشید

2.  قطب اولیه : در راستای محور اکلپتیک و گذرنده از قطب شمال اکلپتیکی

3.  صفحه اولیه : صفحه اکلپتیک

4.  صفحه ثانویه : نصف‌النهار اکلپتیکی گذرنده از نقطه ورنال

5.  محور x : فصل مشترک صفحات اولیه و ثانویه و گذرنده از نقطه ورنال

6.  محور y : طوری که سیستم دست‌راستی باشد.

 

شکل 8 - سیستم مختصات اکلپتیک

مختصات هر ستاره در این سیستم مختصات با دو پارامتر عرض و طول اکلپتیک مشخص می‌شود.

عرض اکلپتیک ( ) :

زاویه بین صفحه اکلپتیک وامتداد ستاره که در صفحه  نصف‌النهار اکلپتیکی گذرنده از ستاره ودر جهت خلاف حرکت عقربه‌های ساعت بین 0 تا90درجه اندازه‌گیری میشود.

طول اکلپتیک ( ) :

زاویه بین نصف‌النهار اکلپتیکی نقطه  و نصف‌النهار اکلپتیکی ستاره در صفحه اکلپتیک و در خلاف جهت حرکت عقربه‌های ساعت بین 0 تا 360 درجه اندازه‌گیری می ‌شود.

بردار پایه در این سیستم مختصات به صورت زیر است :

 

شکل 9 – طول و عرض اکلپتیک

ارتباط بین سیستم‌های مختصات سماوی

1-      رابطه بین سیستم‌های افقی و زاویه ساعتی:    

                         

شکل 10 – ارتباط بین سیستم مختصات بعدی و اکلپتیک

 

 

مطابق شکل و براساس خواص ماتریس‌های دوران می ‌توان نوشت:

رابطه معکوس بین این سیستم‌ها بصورت زیر خواهد شد.

 

 

2-      رابطه بین سیستم‌های زاویه ساعتی و بعدی:

 

شکل 11 – ارتباط بین سیستم زاویه ساعتی و بعدی

مطابق شکل و با توجه به ماتریس‌های دوران می ‌توان نوشت:

P2 : ماتریس انعکاسی است.      

LST : زاویه ساعتی نقطه ورنال است.

 

رابطه معکوس بین این سیستم‌ها بصورت زیر خواهد شد.

 

3- ارتباط بین سیستم‌های بعدی و الکلپتیک :

مطابق شکل و براساس روابط ماتریس‌های دوران می ‌توان نوشت:

شکل 12 – ارتباط بین سیستم های بعدی و اکلپتیک

 

ε زاویه میل اکلپتیک

رابطه معکوس بین این سیستم‌ها بصورت زیر است:

 

- سیستم‌های مختصات زمینی

جهت تعیین مختصات نقاط در سطح زمین از این دسته از سیستم‌های مختصات استفاده می ‌شود، این دسته از سیستم‌های مختصات نسبت به زمین ثابت هستند[13] یعنی در حرکات روزانه و سالیانه زمین شرکت دارند، این سیستم‌ها به دو دسته کلی ژئوسنتریک و توپوسنتریک تقسیم می‌شوند، دسته اول سیستم‌هایی هستند که مرکز آنها بر مرکز ثقل زمین منطبق است و دسته دوم سیستم‌هایی هستند که مرکز آنها روی سطح زمین است. در زیر مشخصات کلی این سیستم‌ها را بیان می ‌کنیم.

1- سیستم مختصات زمینی ژئوسنتریک لحظه‌ای (IT) [14] :

الف) مبدأ: مرکز ثقل زمین

ب) قطب اولیه یا محور z : در راستای محور دورانی لحظه‌ای زمین و گذرنده از قطب لحظه‌ای

ج) صفحه اولیه: صفحه استوایی لحظه‌ای زمین

د) صفحه ثانویه: صفحه نصف‌النهار گرینویچ لحظه‌ای زمین این نصف‌النهار نسبت به حرکت قطبی تصحیح نشده است ولی نسبت به تغییرات فصلی سرعت زاویه‌ای دورانی زمین تصحیح شده است.

ه‍ ( محور x : فصل مشترک صفحات اولیه و ثانویه.

و) محور y : طوری انتخاب می ‌شود که سیستم دست راستی باشد.

 

شکل 13- سیستم مختصات زمینی لحظه ای

 

بردار پایه در این سیستم به صورت زیر خواهد شد.

 

2- سیستم مختصات زمینی ژئوسنتریک متوسط (قراردادی) 15C.T

الف) مبدأ: مرکز ثقل زمین

ب ) قطب اولیه یا محور z : در راستای محور دورانی متوسط زمین و گذرنده از نقطه C. I. O

ج ) صفحه اولیه : صفحه استوای متوسط زمین

د‍ ) صفحه ثانویه: صفحه نصف‌النهار گرینویچ متوسط  (نسبت به حرکت قطبی و تغییرات فصلی سرعت زاویه‌ای دوران زمین تصحیح شده است)

ه )‍ محور‍ x : فصل مشترک صفحات اولیه و ثانویه

و ) محور y : طوری انتخاب می‌شود که سیستم دست راستی باشد.

شکل 14- سیستم مختصات متوسط زمین

15- Conventional Terrestrial Coordinate System

بردار پایه در این سیستم به صورت زیر خواهد شد.

 

 

 

 

3-      سیستم مختصات مکان ظاهری (AP) :

 

الف) مبدأ: مرکز ثقل زمین

ب ) قطب اولیه یا محور Z : منطبق بر محور دورانی لحظه‌ای زمین و گذرنده از قطب شمال لحظه‌ای

ج ) صفحه اولیه : صفحه استوای لحظه‌ای زمین

د ) صفحه ثانویه: صفحه نصف‌النهار لحظه‌ای گذرانده از                نقطه ورنال

ه‍ ( محور x : فصل مشترک صفحات اولیه و ثانویه

و ) محور y : طوری انتخاب می ‌شود که سیستم دست راستی باشد.

شکل 15- سیستم مختصات مکان ظاهری

بردار پایه در این سیستم بصورت زیر است.

4- سیستم مختصات ژئودتیکی (G) :

الف) مبدأ: مرکز بیضوی

ب) قطب اولیه یا محور Z : منطبق بر محور کوچک بیضوی و گذرنده از قطب شمال ژئودتیکی

ج) صفحه اولیه: صفحه استوای ژئودتیکی

د) صفحه ثانویه: صفحه نصف‌النهار ژئودتیکی گرینویچ

ه‍ ( محور x : فصل مشترک صفحات اولیه و ثانویه

د) محور y : طوری انتخاب می ‌شود که سیستم دست راستی باشد.

شکل 16- سیستم مختصات ژئودتیکی

بردار پایه در این سیستم به صورت زیر است:

 

 

5- سیستم مختصات زمین توپوسنتریک محلی (L.A)

این سیستم طبیعی ‌ترین سیستم مختصات در ژئودزی است و تمامی مشاهداتمان را در این سیستم انجام می ‌دهیم، مشخصات این سیستم عبارتند از:

الف) مبدأ روی سطح زمین (نقطه مشاهداتی)

ب) قطب اولیه یا محور z در راستای بردار شتاب ثقل واقعی و در خلاف جهت آن

ج) صفحه اولیه، صفحه افق در نقطه مشاهداتی

د) صفحه ثانویه: صفحه نصف‌النهار ناظر

ه‍ ( محور x : فصل مشترک صفحات اولیه و ثانویه و گذرنده از نقطه شمال نجومی

و) محور y طوری انتخاب می ‌شود که سیستم دست چپی باشد.

شکل 17- سیستم مختصات زمینی توپوسنتریک محلی

بردار پایه در این سیستم به صورت زیر تعریف می‌شود:

 

V : زاویه ‌شیب زاویه بین صفحه افق و امتداد مورد نظر که در صفحه قائم و در خلاف جهت حرکت عقربه‌های ساعت اندازه‌گیری می ‌شود.

Z : زاویه ‌زنیتی، متمم زاویه شیب است.

A : زاویه بین راستای شمال نجومی و امتداد مورد نظر که در صفحه افق و در جهت عقربه‌های ساعت بین  اندازه‌گیری می ‌شود.

شکل 18-زاویه شیب و زاویه زنیتی و آزیموت در سیستم LA

6- سیستم مختصات زمینی ژئودتیکی محلی (L.G) :

الف) مبدأ : روی سطح زمین (نقطه مشاهداتی)

ب) قطب اولیه یا محور Z : در راستای بردار شتاب ثقل نرمال (عمود بر سطح بیضوی) و در خلاف جهت آن

ج) صفحه اولیه : عمود بر قطب اولیه در نقطه مشاهداتی (مماس بر سطح بیضوی)

د) صفحه ثانویه: صفحه نصف‌النهار ژئودتیکی گذرنده از نقطه مشاهداتی

ه‍ ( محور x : فصل مشترک صفحات اولیه و ثانویه و گذرنده از نقطه شمال ژئودتیکی

ی) محور y : طوری انتخاب می ‌شود که سیستم دست‌چپی باشد.

شکل 19 – سیستم مختصات ژئودتیکی محلی

بردار پایه در این سیستم به صورت زیر تعریف می ‌شود.

 

 : آزیموت ژئودتیکی:

 : زاویه قائم ژئودتیکی             

 : زاویه زنیتی ژئودتیکی

شکل 20- آزیموت و زاویه قائم و زاویه زنیتی ژئودتیکی

- ارتباط بین سیستم‌های مختصات زمینی :

1- رابطه بین سیستم‌های مختصات CT و IT

مطابق شکل و براساس روابط ماتریس‌های دوران می‌توان نوشت:

 

شکل 21- رابطه بین سیستم مختصات IT , CT

(xp,yp) مختصات قطب لحظه‌ای هستند.

 

که در نهایت پس از ساده کردن روابط داریم:

البته رابطه معکوس بین این دو سیستم به صورت زیر خواهد شد.

2-  رابطه بین سیستم‌های مختصات IT و AP

 

 

شکل 21 - ارتباط بین سیستمهای IT,AP

 

GAST : زمان نجومی حقیقی گرینویچ

رابطه معکوس بین این دو سیستم به صورت زیر خواهد شد:

 

 

 

3-  رابطه بین سیستم‌های ژئودتیکی و زمینی متوسط (CT)

شکل 22- ارتباط بین سیستمهای G , CT

 

برای این ارتباط باید مختصات مرکز بیضوی نسبت به

 مرکز ثقل زمین مشخص باشند . همچنین دورانهای محورهای

بیضوی نسبت به محورهای سیستم زمینی جزء معلومات است:

 

 

                     

4-  رابطه بین سیستمهای زمینی متوسط (CT) و زمینی محلی (L.A)

 

شکل 23- ارتباط بین سیستمهای LA , CT

 برای این ارتباط باید مختصات زمینی متوسط  در نقطه مشاهداتی مشخص باشند. همچنین از ماتریس انعکاسی جهت تبدیل سیستم دست چپی به دست راستی استفاده شود.

 

رابطه معکوس بین این دو سیستم عبارتست از:

5-  رابطه بین سیستم‌های ژئودتیکی (G) و ژئودتیکی محلی (L.G)

شکل 24- ارتباط بین سیستمهای G , LG

 برای این ارتباط باید مختصات ژئودتیکی نقطه مشاهداتی مشخص باشد  ماتریس انعکاسی برای تبدیل سیستم دست‌چپی به دست راستی استفاده می ‌شود.

رابطه معکوس بین این دو سیستم عبارت است از:

6-  رابطه بین سیستم‌های ژئودتیکی محلی و نجومی محلی

شکل 25- ارتباط بین سیستم های LA , LG

برای این ارتباط باید مؤلفه‌های زاویه انحراف قائم  در نقطه مشاهداتی مشخص باشند، همچنین  اختلاف بین آزیموت نجومی و ژئودتیکی نیز باید مشخص باشد.

رابطه معکوس بین این دو سیستم عبارت است از:

از مقایسه این دو سیستم می‌توان به روابط زیر رسید:

روابط زیر نیز از ارتباط بین سیستم‌های مختصات زمینی نتیجه شده‌اند:

درحالتیکه محورهای سیستم ژئودتیکی و زمین با یکدیگر موازی باشند،  داریم:

 

اشکال مختلف زمین

1- شکل طبیعی زمین:16 شکل طبیعی زمین، دارای پیچیدگی ‌های زیاد و غیر منظم است و برای آن نمی ‌توان یک رابطه ریاضی بیان کرد. این شکل شامل سطح زمین در خشکی ‌ها و ناهمواری های بستر دریاها و اقیانوسها می ‌باشد. اکثر مشاهدات در نقشه‌برداری و ژئودزی روی این سطح انجام می ‌شود.

2- ژئوئید:17 سطح هم پتانسیلی که تقریباً منطبق بر سطح متوسط آبهای آزاد دریاها می ‌باشد، این شکل از زمین بعنوان سطح مقایسه در تعیین ارتفاعات استفاده می‌شود. اگر چه ناهمواری ها و پیچیدگیهای این سطح در مقایسه با شکل طبیعی زمین بسیار کمتر می‌باشد، با این حال ژئوئید دارای یک رابطه ریاضی نیست.

 

شکل 26 و 27  --ژئوئید

3- بیضوی دو محوری:18 با کمی اغماض می ‌توان مناسبترین شکل هندسی برای زمین را بیضوی دو محوری (دورانی) در نظر گرفت. این شکل، به عنوان سطح محاسباتی در ژئودزی مورد استفاده قرار می ‌گیرد.

 

شکل28- بیضوی

 

a : نصف قطر بزرگ

b : نصف قطر کوچک

f : فشردگی بیضوی

(a ,f) دو پارامتر مهم در تعریف بیضوی هستند.

معادله ریاضی برای بیضوی دورانی بصورت  می‌باشد.

جدایی بین ژئوئید و بیضوی "ارتفاع ژئوئید" و یا "نوسانات ژئوئید" نامیده می‌شود،که این مقدار حداکثر در سطح زمین حدود 100- متر در جنوب شبه قاره هند می ‌باشد.

زاویه فضایی بین راستای شتاب ثقل واقعی در یک نقطه و راستای شتاب ثقل نرمال "زاویه انحراف قائم" نامیده می‌شود که حداکثر در سطح زمین در حدود 1 دقیقه می‌باشد، زاویه انحراف قائم را می‌توان بردو مؤلفه عمود بر هم در راستای نصف‌النهار و صفحه قائم‌اولیه تجزیه نمود که به آنها به ترتیب مؤلفه شمالی ـ جنوبی  و شرقی ـ غربی  می‌گویند.

شکل 29 - ارتفاع از ژئوئید

 

پارامترهای بیضوی های مقایسه در ژئودزی طوری انتخاب می‌شوند که بهترین انطباق را در جهان و یا در یک منطقه نسبت به ژئوئید داشته باشند. با استفاده از یکی از روابط زیر می‌توان این شرط را برقرار ساخت.

 

  و یا 

در بیضوی‌هایی که بعنوان سطح مقایسه در تمامی جهان استفاده می‌شوند لازم است تا از اطلاعات ارتفاع ژئوئید در سرتاسر جهان استفاده کنیم، اصطلاحاً به این نوع از بیضوی ‌ها، بیضوی ‌های جهانی یا متوسط گفته می‌شود، و در حالتی که از اطلاعات ژئوئید تنها در یک منطقه استفاده شود، بیضوی محلی تعریف می‌شود.

 

شکل0 3 - بیضوی محلی و جهانی

با توجه به تعاریف فوق تا کنون بیضویهای مختلفی تعریف شده‌اند که در جدول زیر نمونه‌هایی از آنها را بیان می‌کنیم.

 

جهت تعیین مختصات نقاط نسبت به بیضوی علاوه بر دانستن ابعاد بیضوی (a ,f) باید وضعیت بیضوی را نسبت به سطح زمین بدانیم، یعنی باید مشخص کنیم محورهای بیضوی نسبت به محورهای زمین چه وضعیتی دارند.

در این حالت باید 8 پارامتر مشخص باشند، این پارامترها عبارتند از:

به این پارامترها اصطلاحاً، پارامترهای ژئوسنتریک19 جهت تعریف سطح مقایسه20 می‌‌گویند.

 مختصات مرکز بیضوی نسبت به مرکز ثقل زمین است،

   دوران‌های محورهای بیضوی را نسبت به محورهای سیستم مختصات طبیعی زمین نشان می‌دهد.

 

شکل 31- محورهای بیضوی و زمین

 

تعریف مختصات منحنی الخط ژئودتیکی

در یک سیستم مختصات بر مبنای بیضوی که در ژئودزی به آن سیستم مختصات ژئودتیکی می ‌گویند، مطابق شکل زیر مختصات منحنی ‌الخط یک نقطه را می ‌توان با سه پارامتر عرض ژئودزی21، طول ژئودزی22، و ارتفاع هندسی23 (ژئودزی) تعریف نمود.

 

شکل 32-  مختصات منحی الخط

عرض ژئودزی  : زاویه بین صفحه استوای ژئودتیکی و خط عمود بر سطح بیضوی در نقطه مورد نظر که در صفحه نصف‌النهار ژئودتیکی نقطه مورد نظر و در خلاف جهت حرکت عقربه‌های ساعت بین o90-0 اندازه‌گیری می ‌شود.

(در نیمکره جنوبی عرض‌های ژئودزی منفی هستند)

- طول ژئودزی  : زاویه بین صفحه نصف‌النهار ژئودتیکی گرینویچ و نصف‌النهار ژئودتیکی نقطه مورد نظر که در صفحه استوای ژئودتیکی و در خلاف حرکت عقربه‌های ساعت بین o360-0 یا h24-0 اندازه‌گیری می ‌شود.

ارتفاع ژئودزی (h) : فاصله بین یک نقطه روی سطح زمین تا تصویر آن نقطه روی بیضوی که در راستای خط عمود بر سطح بیضوی در نقطه مورد نظر، می‌باشد ارتفاع ژئودزی می‌گویند.

-       تبدیل مختصات منحنی الخط به کارتزین و بالعکس.

 

    ,  

برای تبدیل معکوس، یعنی از کارتزین به منحنی ‌الخط از روابط زیر استفاده می ‌شود.

برای تعیین عرض ژئودتیکی از رابطه بسته زیر استفاده می‌کنیم.

پس از تعیین عرض ژئودتیکی ارتفاع نقطه با استفاده از رابطه زیر بدست می‌آید.

- تبدیل مختصات ژئودتیکی از یک سطح مبنای محلی به سطح مبنای جهانی :

برای تبدیل مختصات منحنی‌الخط از یک سطح مبنای محلی به سطح مبنای جهانی جهت استفاده در فعالیت‌های نقشه‌برداری ژئودزی و ناوبری می‌توان از روابط زیر استفاده نمود.

 با استفاده از روابط مالدنسکی تعیین شده‌اند.

 

 مختصات ژئودتیکی مقطع مورد نظر در سطح مبنای اول   

اختلاف بین مختصات مبدأ در دو سطح مبناء    

اختلاف بین پارامترهای دو سطح مبناء     

   شعاع دایره قائم اولیه

  شعاع دایره نصف‌النهاریM:

 

در ایران سطح مبنای ژئودتکی محلی که در بعضی از موارداز آن استفاده شده است. EUROPEAN 1950  است که بیضوی رفرانس آن، بیضوی بین‌المللی 1924 است.

موسسه آموزش عالی دانش پژوهان

آغاز سال تحصیلی 90-91 را به تمامی دانشجویان موسسه آموزش عالی دانش پژوهان  تبریک میگوییم.


شبکه چندمنظوره فیزیکال ژئودزی ایران

 

)شبکه چندمنظوره فیزیکال ژئودزی با تراکم 55 کیلومتر

بطور کلی برای مطالعه میدان ثقل زمین، یکی از مهمترین کمیت‌های قابل اندازه گیری، مقدار ثقل می‌باشد، که در علوم مهندسی مختلف مرتبط با زمین مخصوصا در ژئودزی و ژئوفیزیک و زمین شناسی نقشی اساسی ایفا می‌کند. در ژئودزی، شبکه‌های ثقل اهمیت بسزائی در بررسی های فیزیکال ژئودزی دارند. به منظور مدلسازی میدان ثقل زمین، محاسبه ژئوئید دقیق بعنوان سطح مبنای ارتفاعی، محاسبه تصحیحات مربوط به اثر میدان ثقل زمین بر ارتفاع‌های خام ترازیابی دقیق، محاسبه زاویه‌های انحراف‌های قائم و انحناهای راستاهای شاقولی، محاسبه دانسیته‌های داخل زمین، ...، نیازمند اطلاعات ثقل سرتاسر دنیا می باشیم. شبکه‌های ثقل از ابعاد جهانی گرفته تا منطقه‌ای و ملی و محلی، چارچوبی برای یک کاسه کردن کلیه اطلاعات ثقل اندازه گیری شده است. این شبکه‌ها همچنین برای تعیین تغییرات زمانی ثقل مورد استفاده قرار می‌گیرند.  

 

شبکه‌های گراویتی دارای تراکم های مختلف هستند. فاصله ایستگاه ها در شبکه درجه صفر چند صد کیلومتر، در شبکه درجه1 چند ده کیلومتر، در شبکه درجه2 در حدود 20 کیلومتر و در شبکه درجه 3 چند کیلومتر است. شبکه درجه 3 گراویتی که از طریق گراویمتری هوایی انجام می شود و دارای دقت در حد 5/0 میلی گال است و هنگامی که با مشاهدات زمینی به هنگام محاسبات یک کاسه شود این دقت افزایش می‌یابد. در محاسبات مربوط به تعیین ژئوئید دقیق، دقت 10 میکرو گال و در محاسبات مربوط به تعیین ارتفاعات ارتومتریک دقیق، دقت 5/0-1 میلی گال مورد نیاز است.

شبکه درجه یک چند منظوره ایران در سال 1382 طراحی گردید. این شبکه دارای تراکم 55 کیلومتر (45-65 کیلومتر) و برای ایران شامل 700 ایستگاه است که بطور منظم در سطح ایران پراکنده شده‌اند. هدف اول در این شبکه، انجام مشاهدات ثقل می‌باشد که به صورت شبکه درجه ١ ثقل خواهد بود. هدف دوم، انجام مشاهدات ترازیابی دقیق است و ضمن اینکه برای مشاهدات ثقل مورد نیاز می باشد، یک شبکه ماندگار از ایستگاه‌های ترازیابی دقیق هم بوجود می آید. هدف سوم انجام مشاهدات GPS دقیق است که برای مشاهدات ثقل لازم است. هدف چهارم، اندازه گیری‌های نجومی است که برای تعیین امتداد بردار شتاب ثقل استفاده می شود. برای محاسبه امتداد بردار شتاب ثقل، همچنین به موقعیت دقیق GPS نیاز است.

 برای احداث ایستگاه‌های شبکه چند منظوره و نیز ایستگاه‌های میانی (ایستگاه‌های بین نزدیکترین BM ترازیابی درجه 1 یا 2 و ایستگاه چندمنظوره) دستورالعمل‌هایی تهیه شده است. بمنظور دسترسی سریع، نقاط مبنای گراویتی بایستی در فرودگاه‌ها و یا در محدوده نزدیک آنها انتخاب شوند. در انتخاب مکان این نقاط باید معیارهای ذیل در نظر گرفته شوند:

• محل ایستگاه در منطقه آرام از نظر لرزش‌های موردی زمینی مانند لرزش‌های ناشی از عوامل مصنوعی نظیر ترافیک بزرگراه‌ها، راه آهن و فعالیت‌های کارخانجات سنگین.

• محل ایستگاه در زمین‌های سفت انتخاب شود. از انتخاب زمین‌های سست نظیر باتلاق‌ها، نیزارها، شن‌زارها یخچال‌ها و نزدیک ریشه درختان اجتناب شود.

• محل ایستگاه دور از نقل و انتقال‌های مصنوعی یا طبیعی توده داخل زمین (از قبیل حفاری‌های مربوط به معادن مختلف نظیر نفت، آهن و موارد دیگر) انتخاب شود.

• محل ایستگاه دور از خطوط انتقال نیرو (فشار قوی) و ایستگاه‌های رادیویی انتخاب شود.

• محل ایستگاه در زمین‌های مسطح انتخاب شود. از نزدیکی به تغییر شیب‌های ناگهانی توپوگرافی و بریدگی‌های زمینی اجتناب شود.

• محل ایستگاه در زمین‌های آبرفتی، مسیل و زمین‌هایی که در معرض فرسایش شدید قرار دارد انتخاب نشود.

• دستیابی به محل ایستگاه در عملیات بعدی گسترش شبکه مبنا به شبکه‌های دیگر آسان باشد.

 در شکل‌های ذیل می‌توان نمایی از نحوه احداث ایستگاه‌ها و یک ایستگاه احداث شده را مشاهده کرد.

در شکل‌های ذیل می‌توان نمایی از نحوه احداث ایستگاه‌ها و یک ایستگاه احداث شده را مشاهده کرد. 

 

ایستگاه چند منظوره احداث شده 

 

 ایستگاه چند منظوره در حال احداث 

 

قرائت ثقل خطوط ایستگاههای شبکه چند منظوره ایران توسط ثقل سنج های نسبی انجام میگیرد. سازمان نقشه برداری کشور در حال حاضر 6 دستگاه گراویمتر نسبی در اختیار دارد. سه دستگاه گراویمتر نسبی CG-3M و سه دستگاه گراویمتر نسبی CG-5 هستند. این گراویمترها ساخت کارخانه Scintrex کانادا هستند.  

 

گراویمترهای CG-3M و CG-5 

 

پیشرفت شبکه فیزیکال ژئودزی 

2) طرح اندازه گیری ثقل دقیق و ارتفاع دقیق بر روی قله دماوند و گسترش خط کالیبراسیون ملی ثقل ایران

اندازه گیری ثقل و ارتفاع بر روی قله دماوند حائز اهمیت فراوان است. تعیین کمترین مقدارثقل درایران، گسترش خط کالیبراسیون ملی ثقل، بهبود مدلهای ملی و محلی پیش بینی ثقل، مطالعه وضعیت ایزوستازی مرتفع ترین کوه ایران، بهبود و کنترل مدل عددی دانسیته، ارتقای کیفی ژئوئید، ژئودینامیک ثقل،...، را میتوان در این رابطه ذکرنمود. ازطرف دیگر، دانستن ثقل یک ایستگاه بدون ارتفاع آن ( با دقت یکسان و معادل) کاربرد زیادی نخواهد داشت. درحقیقت تغییرات ثقل به دلایل تغییرات ارتفاع، عرض جغرافیائی و آرایش دانسیته داخل زمین رخ می دهد و از بین این عوامل، عامل ارتفاع بصورت محلی مهمترین عامل در تغییر ثقل است. بنابراین، بدیهی است که مشاهدات ثقل و ارتفاع بطوردقیق و با هم در بحث مدلسازی میدان ثقل زمین مطرح شود.

ارتفاع دماوند طبق اندازه گیری ها و محاسبات به عمل آمده 5609.2 متر بدست آمد.

 

 منبع:

سازمان نقشه برداری کشور

بیشتر بدانید:

فایل1 (pdf)

فایل 2 (pdf)

فایل3 (pdf)


تصاویر: