نقشه برداران دانشکده سازمان نقشه برداری کشور

وب سایت تخصصی مهندسین نقشه بردار دانشکده سازمان نقشه برداری کشور

عضو شوید

عضویت سریع

ترازیابی
مقصود از ترازیابی :

مقصود از ترازیابی یا نیولمان تعیین اختلاف ارتفاع بین دو یا چند نقطه ( نسبت به هم یا نسبت به یک سطح مبنای معین ) است که با استفاده از دستگاههای مختلف و با روشهای گوناگون صورت می گیرد .

ارتفاع نقطه ای مثل A عبارت از فاصلة قائم این نقطه از سطح ارتفاعی مبدأ ( ژنوئید ) است . ضمناً به مجموعه نقاطی که ارتفاع آنها یکسان باشد سطح تراز می گویند . فاصله بین دو سطح تراز تعیین کنندة اختلاف ارتفاع بین نقاط واقع بر روی آن دو سطح است .

روش تعیین مبدأ ارتفاعی :

چون اندازه گیری ارتفاع هر نقطه مستقیماً از سطح مبنا میسر نیست لذا در نقشه برداری سعی می کنند که موقعیت هر نقطه را از نظر ارتفاعی نسبت به نقطه مشخص دیگری که ارتفاع آن نسبت به مبدأ معلوم است تعیین کنند و یا آنکه کلاً ارتفاع را به طور نسبی ( با مبدأفرضی ) معین کنند .

برای تعیین مبدأ ارتفاعی به ترتیب زیر عمل می کنند .

در کنار دریا در نقطه ای که از برخورد امواج تا اندازه ای در امان باشد یک شاخص جذر و مد سنج نصب می کنند و هر روز در ساعات مختلف برای چندین ماه متوالی ارتفاع سطح آب را نسبت به این شاخص مدرج تعیین می کنند . متوسط این اعداد ارتفاع سطح متوسط دریا یا به عبارت دیگر مبدأ ارتفاعی را مشخص می کند . سپس در ساحل دریا نقطه ای را گود می کنند و در این نقطه یک سکوی بتونی که داخل آن میله فلزی یا آرماتور قرارداده شده نصب و با انجام یک ترازیابی دقیق اختلاف ارتفاع بین نوک میله و مبدأ ارتفاعی را تعیین می کنند . این سکو را علامت ارتفاعی یا بنچ مارک می نامند .

به همین ترتیب بنچ مارکهای دیگری در نقاط مختلف کشور داخل زمین و یا در کنار دیوارها و در نقاط معین نصب می کنند و با انجام ترازیابیهای پیاپی اختلاف ارتفاع هر یک از این علائم را نسبت به نزدیکترین بنچ مارک که ارتفاع آن معلوم است تعیین می کنند . با این ترتیب تراکم نقاط ارتفاعی زیاد می شود . تا جایی که می توان ارتفاه هر نقطه دلخواه را پس از انجام یک ترازیابی ساده به کمک یکی از این بنچ مارکها تعیین کرد .

با توجه به آنچه گفته شد به طور کلی عملیات تعیین ارتفاع ، در ترازیابی بین دو نقطه خلاصه می شود .

روشهای ترازیابی :

روشهای ترازیابی به ترتیب دقت عبارتند از :

1-ترازیابی مستقیم یا هندسی

2-ترازیابی مثلثاتی

3-ترازیابی استادیمتری

4-ترازیابی فشارسنجی

اصول ترازیابی مستقیم :

اصول کلی در این روش ایجاد یک سطح افقی است که بین دو خط قائم گذرنده بر نقاط مفروض A و B انجام می شود .

به طور ساده برای ایجاد یک سطح افقی می توان از یک شمشه بنایی و یک خط کش بلند استفاده کرد . در وسط شمشه یک تراز بنایی قرار می گیرد تا افقی بودن شمشه را تأمین کند . خط افقی که امتداد شمشة بنایی را تشکیل می دهد شاخصهای مدرجی را که به طور قائم ( شاغولی ) در نقاط A و B مستقر شده اند به ترتیب در نقاط و قطع می کند .

ساختمان دستگاه ترازیاب ( نیو) :

ساختمان کلی این گونه دستگاهها شامل قسمتهای زیر است :

1-تلسکوب

از نوع دوربینهای نجومی است و از یک لوله ، یک عدسی با فاصلة کانونی زیاد به نام عدسی شیئی ، یک عدسی چشمی ( با فاصله کانونی کم ) و یک صفحه شیشه ای که روی آن دو تار سیاه رنگ عمود بر هم حک شده تشکیل یافته است . صفحه شیشه ای را صفحه رتیکول و خط فرضی که مرکز رتیکول را به مرکز نوری عدسی شیئی وصل می کند خط قراولروی می گویند . این مجموعه حول محور قائمی که محور اصلی دستگاه خوانده می شود گردش می کند . این گردش در بعضی از دستگاهها با استفاده از دو پیچ حرکتی سریع و خفیف صورت می گیرد . لیکن در سایر دستگاهها با شیوه ترمز اصطکاکی انجام می شود .

2-ترازها

ترازها در دستگاههای نقشه برداری وسیلة اصلی افقی ساختن تکیه گاه دستگاه و یا قائم ساختن محور اصلی آن هستند . ساختمان کلی تراز عبارت است از یک محفظة فلزی یا شیشه ای که داخل آن را یک مایع فرار مثل الکل یا اتر ریخته اند . حجم مایع اندکی کمتر از حجم تمام محفظه است و بنابراین قسمت کوچکی از حجم محفظه به جای خود مایع توسط بخار آن اشغال می شود و همین بخار است که به صورت حباب در روی محفظه ظاهر می شود . با توجه به کم بودن چگالی حباب تراز نسبت به خود مایع ، حباب همیشه در بالاترین قسمت محفظه قرار می گیرد .

به طور کلی 4 نوع تراز در دستگاههای نقشه برداری استفاده می شوند .

الف ـ ترازکروی ( یادایره ای )

محفظة این نوع تراز فلزی و قسمت بالای آن شیشه ای و شکل آن از نظر هندسی شبیه به عرقچین کروی است که در قسمت بالای آن در وسط حباب یک یا چند دایره سیاه رنگ با اختلاف شعاع تقریبی 2 میلیمتر حک شده است تا بتوان محل تشکیل حباب و نیز میزان جا به جایی آن را تشخیص داد . خط مماس بر عرقچین کروی در راستای محور دیدگانی تلسکوپ را خط هادی تراز می گویند . در تنظیم این نوع تراز در دستگاههای نقشه برداری سعی شده است هنگامی که حباب در داخل دایرة وسطی قرار می گیرد تکیه گاهش افقی شود ، برای در وسط قرار دادن حباب از سه یا چهار پیچ تراز کننده که در زیر تکیه گاه دستگاه قرار دارد استفاده می شود .

ب ـ تراز استوانه ای ( یا لوله ای )

محفظة این نوع تراز شیشه ای و شکل آن از نظر هندسی قسمتی از یک استوانه خم شده است . لولة آن را در خارج محفظه تقسیم بندی کرده اند به قسمی که فاصلة بین هر دو قسمت متوالی تقریباً2 میلیمتر است . با این ترتیب می توان در هر زمان وضعیت حباب را نسبت به درجات تقسیمی تشخیص داد . خط مماس بر استوانة خم شده را در نقطه وسط آن و در امتداد محور دوربین خط هادی تراز می گویند . در تنظیم این تراز سعی شده است که هنگامی که مرکز حباب در وسط فاصلة بین تقسیمات قرار می گیرد محرو دستگاه به طور کامل در راستای شاغول قرار گیرد ، برای در وسط آوردن حباب در این نوع تراز نیز از پیچهای تراز کننده و به ترتیب زیر استفاده می شود . ابتدا لولة تراز را موازی خط واصل بین دو پیچ تراز کننده قرار می دهند سپس با حرکت این دو پیچ ( هر دو به طرف داخل و یا هر دو به طرف خارج ) حباب تراز را به وسط می آورند ، پس از این کار دستگاه را 90 درجه می چرخانند . به نحوی که لولة تراز مقابل پیچ سوم قرار گیرد . سپس با استفاده از پیچ سوم حباب را دوباره به وسط هدایت می کنند . برای اطمینان از نتیجة کار ، دستگاه را حول محور قائم می چرخانند اگر حباب از محل خود خارج گردید عملیات قبلی را یکباردیگر تکرار می کنند تا قرار گرفتن حباب در وسط حالت پایدار به خود بگیرد . نقش تراز استوانه ای در دستگاههای ترازیابی ، قائم ساختن کامل محور اصلی دستگاه است .

ج ـ تراز انطباقی ( یا لوبیایی )

در برخی از دستگاهها به جای تراز استوانه ای از تراز لوبیایی استفاده می شود . به این ترتیب که با استفاده از یک سیستم نوری که در روی تراز استوانه ای وجود دارد تصویر حباب تراز استوانه ای به دو قسمت جداگانه و در کنار یکدیگر تشکیل می شود و هنگامی که دستگاه تراز می شود دو نیمة حباب بر یکدیگر منطبق می شود و در داخل دوربین کوچکی که در کنار عدسی چشمی قرار دارد به شکل یک U یا یک نیمة لوبیا ظاهر می شود ، عمل انطباق دو نیمة حباب این تراز توسط پیچ جداگانه ای که معمولاً در زیر لولة دوربین قرار دارد صورت می گیرد .

د ـ تراز خودکار

در این نوع ترازها با استفاده از یک سیستم منشوری به نام کمپانساتور شعاعهای نوری افقی که به مرکز عدسی شیئی می رسد مستقیماً به محل تلاقی تارهای رتیکول متصل می گردد و در نتیجه محور دیگانی دستگاه افقی می شود ، در برخی از انواع تراز اتوماتیک از خاصیت پاندول برای تراز کردن دستگاه استفاده می شود . در این نوع از دستگاههای اتوماتیک پاندول پس از چند نوسان به حالت تعادل در می آید و در نتیجه محور دستگاه حالت افقی به خود می گیرد ، در برخی از دستگاههای مجهز به تراز اتوماتیک در صورت خارج شدن تراز از حالت تمرکز ، علامتی در داخل تلسکوپ ظاهر می شود که تراز دوبارة دستگاه را هشدار می دهد .

در دستگاههای ترازیابی معمولاً علاوه بر ترازکروی از یکی از سه نوع تراز دیگر برای قائم ساختن محور اصلی دستگاه ( و در نتیجه افقی ساختن محور دیدگانی آن ) استفاده می شود .

حساسیت تراز :

حساسیت تراز عبارت از مقدار زاویه ای است که در اثر انحراف دستگاه به اندازة آن زاویة حباب تراز به اندازة یکی از تقسیمات تغییر مکان دهد .

درجة تنظیمی تراز :

نقطه ای از لولة تراز که با واقع شدن وسط حباب در آن نقطه تکیه گاهش افقی می شود را درجة تنظیمی تراز می گویند . به تعبیر دیگر به نقطه ای از لولة تراز که خط مماس بر آن موازی محور دیدگانی دستگاه است درجة تنظیمی گفته می شود . در دستگاههای نقشه برداری کوشش می شود که درجة تنظیمی تراز در مرکز دایرة وسطی ( در مورد ترازهای کروی ) و یا در وسط فاصلة بین تقسیمات لولة شیشه ای ( در مورد ترازهای استوانه ای ) باشد لیکن در مواردی ممکن است این تنظیم به هم بخورد . بنابراین هرچند گاه یکبار باید درجة تنظیم تراز کنترل شود .

دایرة مدرج افقی :

برای کارایی بیشتر دستگاههای ترازیابی در صحرا برخی از این دستگاهها به سیستم قرائت زاویة افقی ( دایرة مدرج افقی ) با دقت کم ( حدود 5 دقیقه ) مجهز هستند . دایره های مذکور از صفر تا 360 درجه ( یا 400 گراد ) مدرج شده اند و وضعیت محور دیدگانی دستگاه به وسیله یک اندکس روی آنها مشخص می شود با این ترتیب می توان زاویة افقی بین دو امتداد SA و SB را تعیین کرد .

مشخصات ویژه دستگاههای ترازیابی :

ترازیابها بر حسب میزان دقت اندازه گیری و نیز برحسب چگونگی ساختمانشان تقسیم بندی می شوند . دقت هر دستگاه ترازیاب تابع حساسیت تراز استوانه ای و درشت نمایی تلسکوپ آن است . روی این اصل دستگاههای ترازیابی را بر حسب میزان دقت اندازه گیری و مورد کاربردشان به 3 دسته تقسیم می کنند .

بعضی از ترازیابهای مهندسی جزء اضافی که یک تیغه متوازی السطوح همراه با میکرومتر قابل نصب است دارند که به دستگاه این امکان را می دهد تا مثل یک دستگاه ترازیاب دقیق از آن استفاده شود .

شاخص ترازیابی ( میر) :

شاخصهای مدرجی که در نقشه برداری و مخصوصاً در ترازیابی به کار برده می شود اکثراً از چوب و بعضاً از آلومینیوم یا فلزات دیگر ساخته شده اند ، طول آنها از 1 تا 4 متر است که سانتیمتر به سانتیمتر مدرج شده اند . نوعی از آنها که در کارهای بسیار دقیق استفاده می شوند خود شاخص یا نوار درجه بندی روی آن از آلیاژ انوار است . چون این شاخصها باید از داخل دوربینها خوانده شوند شماره های آنها به دو صورت مستقیم و معکوس دیده می شوند . بدین ترتیب که برای کار با دستگاههایی که تصویر نهایی آن معکوس است از میر معکوس و همراه با دستگاههایی که تصویر اشیاء در آنها به طور مستقیم است از میر مستقیم استفاده می شود .

در نوعی از این شاخصها سیستم درجه بندی مضاعف به کاربرد شده است . به این نحو که نقطة شروع درجه بندی میر را در یک ستون عدد صفر و در ستون دیگر عددی غیر از صفر تشکیل می دهد . در برخی از این شاخصها درجه بندی در دو روی آن انجام گرفته است . یک رو بر حسب متر و اعشار آن ( دسیمتر ـ سانتیمتر ) و روی دیگر بر حسب فوت و اعشار آن مدرج است .

در موقع ترازیابی و مخصوصاً در کارهای دقیق باید تکیه گاه شاخص کاملاً‌سفت و محکم باشد . بنابراین هنگامی که مجبور می شویم در زمینهای سست و یا خاکی ترازیابی کنیم باید از پاشنة ترازیابی استفاده کنیم . برخی از شاخصها مجهز به پاشنة ترازیابی و سه پایه مخصوص استقرارند .

در موقع استقرار ، شاخص باید کاملاً قائم قرار گیرد ، به همین دلیل در لحظه قرائت ، میر نگهدار با استفاده از یک تراز کروی که متصل به شاخص یا جدای از آن است سعی می کند که میر را کاملاً قائم در روی نقطه قرار دهد .

علائم ارتفاعی ( بنچ مارکها ) :

علائم ارتفاعی معمولاً در نزدیکی نقاط معلوم و مشخص مثل پلها ، ـ میدانهای شهر ـ ایستگاه راه آهن ـ پمپ بنزین ها و غیره در داخل و یا خارج شهرها نصب می شوند . پاره ای از این علائم به صورت میله های آلومینیومی به وضعیت افقی داخل دیوارکار گذاشته می شوند . برای هر یک از این بنچ مارکها یک کارت مشخصات تهیه می شود که در آن نوع بنچ مارک و ارتفاع آن و نیز کروکی محل در آن ثبت یم شود . در بین این علائم ارتفاعی دائمی علائم دیگری به صورت موقت نصب یم کنند که به آنها بنچ مارک موقتی می گویند . بنچ مارکهای دائمی معمولاً توسط سازمانهای رسمی نقشه برداری تهیه ، نصب و ترازیابی می شوند در حالی که علائم موقتی می تواند توسط مؤسسات دیگر نیز تهیه ، نصب و تعیین ارتفاع شود .

روش انجام ترازیابی مستقیم :

دو نقطه A و B را در نظر می گیریم . می خواهیم با معلوم بودن ارتفاع نقطه A ارتفاع نقطه B را به دست آوریم .نحوة انجام عمل به شرح زیر است .

ابتدا بر روی هر یک از دو نقطه A و B یک شاخص مدرج به طور قائم قرار می دهیم . سپس دستگاه را در محلی که تقریباً به یک فاصله از دو شاخص باشدمستقر و تراز می کنیم . در این حال صفحه قراولروی C امتداد شاخص مستقر در A را در نقطة ای مثل و شاخص مستقر در B را در نقطه ای مثل قطع می کند .

شیوه های ترازیابی مستقیم :

با توجه به وضعیت نقاط ارتفاعی نسبت به هم مستقیم به دو شیوة شعاعی و پیمایشی یا به صورت ترکیبی از این دو شیوه انجام می شود .

شیوه پیمایشی یا خطی :

دو نقطه ای را که لازم است اختلاف ارتفاعشان تعیین شود ممکن است به علت فاصلة زیادشان از هم نتوان با یک مرتبه ایستگاه گذاری ترازیابی کرد یا ممکن است اختلاف ارتفاعشان بیشتر از طول شاخص ترازیابی باشد . در این صورت لازم می شود به جای یک ایستگاه از ایستگاههای بیشتری برای استقرار دوربین استفاده شود . همچنین به غیر از نقاط اصلی از نقاط دیگری به عنوان نقطه کمکی یا نقطة تعویضی برای استقرار شاخص استفاده شود .

فرض می کنیم هدف تعیین اختلاف ارتفاع بین دو A و B باشد و به دلائل فوق نتوانیم با یک مرتبه ایستگاه گذاری به مقصود فوق برسیم . در این حالت از نقاط واسطة M و N و P برای استقرار شاخص و از ایستگاههای 1 ، 2 ، 3 و 4 برای استقرار دستگاه استفاده می کنیم .

شیوة شعاعی :

در بعضی از عملیات ترازیابی می توان با یک ایستگاه به چندین نقطة مجهول نشانه روی کرد و اختلاف ارتفاع آنها را نسبت به نقطة معلوم به دست آورد . برای این کار در محل مناسب ترازیاب را مستقر می کنیم و پس از تراز کردن آن ابتدا شاخص مستقر در نقطة معلوم سپس شاخصهای مستقر در سایر نقاط را می خوانیم . هر جفت قرائتی که روی دو نقطه متوالی انجام میشود به ترتیب به منزله قرائت عقب و قرائت جلو در محاسبة اختلاف ارتفاع به حساب می آید ، لیکن در موقع تنظیم جدول برای جلوگیری از اشتباهات احتمالی قرائتهای مربوط به نقاط میانی در ستون جدید و با نام قرائت میانی (IS) وارد می شود .

شیوة ترکیبی :

این شیوه در حقیقت ترکیبی از دو شیوه قبلنی است . در این روش اولین قرائت هر ایستگاه در ستون BS و آخرین قرائت آن در ستون FS و سایر قرائتها در ستون IS ثبت می شود .

برای محاسبة ارتفاع نقاط در این شیوة نیز می توان هم از جدول اختلاف ارتفاع و هم از جدول ارتفاع خط قراولروی استفاده کرد .

از شیوة ترکیبی برای ترازیابیهای با دقت متوسط مخصوصاً در تهیة نیمرخهای طولی می توان استفاده کرد .

بررسی خطاها در ترازیابی مستقیم :

در ترازیابی همچون سایر اندازه گیریها همواره با خطاها و اشتباهاتی مواجه هستیم که باعث عدم تساوی بین نتایج حاصل از اندازه گیری و مقادیر واقعی ارتفاع می شود . بنابراین لازم است با شناخت این خطاها و همچنین با به کارگیری روشهای کنترلی اشتباهات را برطرف نماییم و خطاها را به حداقل برسانیم .

به طور کلی عوامل اصلی خطا در ترازیابی در سه دسته خلاصه می شوند .

الف ـ عوامل طبیعی شامل کرویت زمین ، انکسار نور در هوا ، تشعشع خورشید ، وزش باد و تغییر ناگهانی دمای هوا

ب ـ عوامل دستگاهی شامل میزان نبودن تراز دستگاه ، افقی نشدن محور دیدگانی دستگاه پس از تنظیم تراز ، صحیح نبودن طول شاخص و یا درجه بندی آن ، ناپایدار بودن سه پایه و غیره .

ج ـ عوامل انسانی شامل تراز نکردن کامل دستگاه ، عدم پایداری تکیه گاه شاخص ، قائم نگرفتن شاخص ، از بین نرفتن کامل پارالاکس و خطا در قرائت شاخص .

برای مقابله با عوامل جوی باید زمان مناسبی را برای کار ترازیابی انتخاب کرد تا اثرات تغییر دما و تشعشع خورشید در آن کمتر دخالت داشته باشد . ( بهترین زمان صبح زود از ابتدای روشناینی هوا تا یک ساعت قبل از ظهر و بعدا زظهر از ساعت 3 بعدازظهر تا رسیدن تاریکی است . ) در هنگام باد شدید نباید ترازیابی مستقیم انجام شود ( مخصوصاً در کارهای دقیق )‌. در مورد اثر کرویت و انکسار نور چون این عوامل باعث به وجود آمدن خطای سیستماتیک می شوند بایستی اثرات آنها در اندازه گیری محاسبه و در نتایج کار دخالت داده شوند .

در مورد عوامل دستگاهی باید حتی المقدور دستگاهها آزمایش و تنظیم شوند و چنانکه رفع عیب آنها به آسانی میسر نباشد اثرات خطای آنها تعیین و در نتایج کار دخالت داده شوند .

در مورد خطاهای انسانی باید سعی شود با به کارگیری روشهای صحیح اندازه گیری ، این خطاها به حداقل برسند و همچنین با استفاده از عملیات کنترلی ، اشتباهات احتمالی کشف و برطرف گردند . در صورت وجود خطاهای سیستماتیک مقادیر آنها محاسبه شود و با تعیین بهترین مقدار از میان نتایح حاصله ، خطاهای تصادفی به حداقل ممکن تقلیل یابد .