نقشه برداری در ایران
ایرانیانباستان نقش برجسته‌ای در پایه گذاری علمنقشهبرداریداشته اند. اکتشافات دریایی که از زمان گذشته انجام گرفته است موید اینمطلب است . در ایران باستان می‌‌توانستندعرض جغرافیاییرا تعیین کنند ولی تعیینطول جغرافیاییبا دشواری بسیار همراه بودهاست .آنها برای مسافرتهای خود نیاز به نقشه داشتند و نقشه هایی نیز بدون توجه بهفواصل رسم می شده است .تعیین موقعیت در روی زمین و فراهم آوردن هر گونه نقشه درجهان باستان نیز نیاز به در دست داشتن ابزارها و بهره وری ا ز قواعدی داشته است.مصریان روشهایی برای اندازه گیری ارتفاع بین دو نقطه و تعیین فاصله افقی آندوداشته‌اند طناب، ترازو گونیا از ابزارهای نخستین نقشه برداری بوده‌اند و کم کم ترازو خط کش و پرگار به آن افزوده گشت.
دانشمندان ایرانی به کمک استرلاب عرض جغرافیایی و بااستفاده از ساعت آبی طول جغرافیایی را در هر نقطه از مرز اندازه گیری می‌‌کردند. ابوریحان بیرونی دانشمند بزرگ ایرانی در زمینه‌های گوناگون اندازه گیری نجومی ،وفواصل بین شهرها ،مطالعات بسیار ارزنده‌ای انجام داده است نقشه برداران قدیم برایتعیین امتداد، فاصله و زاویه وسایلی ساخته بودند که نخستین آنها ریسمان بود وهمچنین برای تعیین تراز افقی تراز هایی ساخته بودند و این تراز در طول تاریخ فرمهایگوناگونی به خود گرفته است. کهن‌ترین آن تراز آبی بوده است که نوع تکامل یافته ترآن همان شیلنگ تراز است که بناهای امروزی از آن استفاده می‌‌کنند.
دوربین تئودولیت
کرجی دانشمندایرانی مخترع دستگاههای با ارزشی بوده است. وی را میتوان مخترع نخستیندوربین تئودولیتبه شمار آورد. وی صفحه‌ایرا مدرج کرده و لوله‌ای با قابلیت گردش 360 درجه برروی آن سوار کرد و این صفحه توسطزنجیری آویزان میشد و توسط شاقولی بر روی آن عمود میشد که با آن زوایای بین دونقطه را می‌‌خواند و با استفاده از تئوریهای مثلثات ارتفاع کوه ها و اختلاف بلندیها را بدست می‌‌آورد ..اختراع قطب نما را نیزبه ایرانیان نسبت می‌‌دهند.
دانشمندان ایرانی به کمک استرلاب عرض جغرافیایی و با استفاده از ساعت آبی طول جغرافیایی را در هر نقطه از مرز اندازه گیری می‌‌کردند. ابوریحان بیرونی دانشمند بزرگ ایرانی در زمینه‌های گوناگون اندازه گیری نجومی ،و فواصل بین شهرها ،مطالعات بسیار ارزنده‌ای انجام داده است نقشه برداران قدیم برای تعیین امتداد، فاصله و زاویه وسایلی ساخته بودند که نخستین آنها ریسمان بود و همچنین برای تعیین تراز افقی تراز هایی ساخته بودند و این تراز در طول تاریخ فرمهای گوناگونی به خود گرفته است. کهن‌ترین آن تراز آبی بوده است که نوع تکامل یافته تر آن همان شیلنگ تراز است که بناهای امروزی از آن استفاده می‌‌کنند.
مفهومGIS
مخففGeographic Information System به معنی سیستم اطلاعات جغرافیایی می باشد.
سیستم اطلاعاتجغرافیایی(GIS) بستری برای ذخیره ، نگهداری ، مدیریت و تجزیه و تحلیل اطلاعاتجغرافیایی می باشد و جهت کار همزمان با داده هایی که وابستگی مکانی (جغرافیایی) وتوصیفی دارند، طراحی شده است.
برای بهره گیری صحیح از قابلیتهای یکGIS، دردرجه اول نیاز به درک صحیح از سیستمGIS و سپس ساختار اطلاعات در آن میباشد.جهتپیاده سازی یک سیستمGIS ، توجه به ماهیت و ساختار اطلاعات جغرافیایی متشکله آن کهرکن اساسی هر سیستمGIS را تشکیل داده و توانمندیها و پتانسیلهای آن را تعیین میکند،اجتناب ناپذیر است.
سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) یک سیستم کامپیوتر مبنا میباشد که به عنوان یک مجموعه متشکل از سخت افزار، نرم افزار، اطلاعات جغرافیایی،نیروی انسانی و مدلهای پردازش داده، به منظور تولید، ذخیره سازی، نمایش، بازاریابی،پردازش، بهنگام رسانی و... اطلاعات جغرافیایی مربوط به عوارض و پدیده های مختلف،مورد استفاده قرارمی گیرد.
وظایف اصلی یک سیستماطلاعات جغرافیایییک سیستم اطلاعات جغرافیایی( GIS)، اصولاً شش فعالیتاصلی زیر را شامل میشود:
• ورود اطلاعات
• دستکاری و ویرایش اطلاعات
• مدیریت اطلاعات
• پرسش و پاسخ و تجربه و تحلیل اطلاعات
• نمایشاطلاعات
ورود اطلاعات
قبل از آنکه اطلاعاتجغرافیایی بتوانند وارد محیطGIS شده و مورد استفاده قرار گیرند، می بایست ایناطلاعات به فرمت و ساختار رقومی قابل قبول سیستمGIS، تعدیل شوند.
منابع تولیدکننده اطلاعات مورد نیاز یک سیستمGIS :
• تصاویر ماهواره ای و تکنیکهای سنجشاز دور
• عکسهای هوایی و تکنیکهای فتوگرامتری
• نقشه برداری کلاسیک
• سیستم تعیین موقعیت جهانی(GPS)
• اسناد، مدارک و نقشه های موجود
دستکاری اطلاعات
استفاده از انواعداده و اطلاعات مورد نیاز یک پروژه خاصGIS ، نیازمند تبدیل و دستکاری آن اطلاعاتبه منظور قابل استفاده نمودن آنهادر سیستم می باشد
مدیریت اطلاعات
برای پروژه هایکوچکGIS، امکان ذخیره سازی و مدیریت اطلاعات جغرافیایی در قالب فایلها و اطلاعاتساده وجود دارد. ولیکن هنگامیکه حجم اطلاعات زیاد باشد و همچنین تعداد کاربرانسیستم از یک تعداد محدود فراتر می‌رود، بهترین روش برای مدیریت اطلاعات، استفاده ازسیستم مدیریت پایگاه داده(Database Management System) می باشد. DBMS به منظورذخیره سازی، سازماندهی و مدیریت اطلاعات جغرافیایی درGIS مورد استفاده قرار میگیرد.
تکنولوژیهای مرتبط باGIS
سیستمهای تولید نقشه رقومی(CAD)
سیستمهایCAD عموماً به منظور تولید و سازماندهی اطلاعات مکانی در قالبنقشه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. این سیستمها نوعاً از نظر مدیریتپایگاههای اطلاعات جغرافیایی گسترده و حجیم همچنین انجام پردازشها و تجزیه وتحلیلبر روی اطلاعات، ضعیف بوده و درخصوص مدیریت اطلاعاتی توصیفی دارای محدودیتهای میباشند.
سنجش از راه دور(Remote Sensing)
سنجش از دور به عنوان علوم ، هنر وتکنولوژی کسب اطلاعات درخصوص پدیده هایمختلف سطح زمین از طریق سنجنده هایی که هیچگونه ارتباط مستقیمی با خود پدیدهندارند، شناخته می شود. سنجنده های ماهواره ای نسبت به ثبت و جمع آوری اطلاعات درقالب تصاویر ماهواره ای اقدام نموده و با استفاده از نرم افزارها و سیستمهای پردازشتصاویر ، امکان استخراج اطلاعات و تولید نقشه های مختلف فراهم می گرددد:
به علتفقدان ابزار مدیریت و پردازش رقومی جهت تجزیه وتحلیل اطلاعات جغرافیایی، سیستمهایفوق قابل مقایسه باGIS، نمی باشند.
سیستمهای مدیریت پایگاه داده(DBMS)
سیستمهای مدیریت پایگاه داده، به صورت خاص جهت ذخیره سازی و مدیریت انواعمختلف اطلاعات از جمله اطلاعات جغرافیایی، مورد استفاده قرار می گیرند.
امروزهDBMS به منظور ذخیره سازی و بازیابی اطلاعات، بهینه سازی و توسعه یافته اند وGIS نیز از این ابزار، برای اهداف ذخیره سازی و مدیریت اطلاعات جغرافیایی استفاده میکند. DBMS اصولاً فاقد ابزار تجزیه و تحلیل و نمایش گرافیکی اطلاعات، که درسیستمهایGIS مرسوم وجود دارد، می باشد.
دلا‌یل استفاده ازGIS
امروزه وجود اطلاعات به روز‚به منظور شناخت عوامل طبیعی و انسانی با هدفبهره‌گیری از آن در برنامه ریزی توسعه پایدار‚امری بدیهی است. به همین دلیلاستفاده از اطلاعات دربعد سیستمGIS میتواند در موارد زیر موثر باشد:
1 - پاسخگوئی به نیاز کاربران در کلیه زمینه ها.
2 - ساماندهی و افزایش بهره وری ازمنابع موجود.
3 -بهینه سازی سرمایه گذاری ها و برنامه ریزی ها.
4- ابزاریمفید در جهت تصمیم گیری مدیران.
5 - سرعت و دقت کار.
6 - تعیین قابلیت‌ها یتوسعه در مناطق و مکانهای مختلف.
محدودیتهای استفاده از روشهای سنتی
استفاده از داده های جغرافیایی به طور سنتی‚با استفاده از نقشه هایکاغذی معایبی دارد که از جمله این محدودیت ها عبارت‌اند از:
1- مقیاس اندازهگیری
2- حذف اطلاعات
3- هزینه زیاد
4- زمان بر بودن
5- سرعت پائین
6- کمبود عوارض اطلاعاتی و ابزارهای کاری.
ولی آیا امروزه با توجه به حجمعظیم اطلاعاتی‚باز هم به کارگیری روش قدیمی پاسخگو است. (هر چه داده‌ها گسترده‌ترو بیشتر شوند‚آنالیز آنها مشکل‌تر و پیچیده‌تر خواهد شد).
بنابراین مشخصهGIS ‚ سرعت عمل و به روز رسانی اطلاعات‚مطابق با فرمت های استاندارد‚دسترسی سریع وآسان به اطلاعات در حجم وسیع ‚تجزیه و تحلیل اطلاعات و کاهش هزینه هاست.
تعریف علم توپولوژی:
اگر بخواهیمتوپولوژیرا به فارسی ترجمه کنیم به نظر منلغتی بهتر از "مکان شناسی" را نمی توانیم برای آن در نظر بگیریم
تعریف توپولوژی درGIS
هنگامی که شما داده های جغرافیایی را به منظور استفاده درسیستمهایGIS به صورت مدل درمی آورید متوجه می شوید که بعضی از داده های مدل شده میبایست دارای روابط مکانی با دیگر داده های موجود در مدل باشند.
به عنوانمثال در مدل شما ایستگاههای اتوبوس می بایست همواره در سطوح خیابان قرار گرفتهباشند و یا اینکه در هر خیابان ایجاد شده می بایست حداقل چند سطل زباله وجود داشتهباشد.این روابط تعریف شده در قالب قوانین توپولوژی ارائه می شوند.
در واقعتوپولوژی مدلی است که اشتراک هندسی داده های موجود در یک مدل با هم را شرح می دهد وهمچنین مکانیزمی را برای استقرار و نگهداری روابط مکانی بین داده های موجود در مدلایجاد می نماید.
در نرم افزارهایGIS همچونARC GIS توپولوژی شامل مجموعه ای ازقوانین و روابط بین داده ها می باشد که با عنوانRULE شناخته می شوند که اجرای آنهاباعث طراحی هر چه دقیقتر مدل ژئومتریک موجود بین داده های مدل شما را تضمین مینماید.
استفاده ازGIS به عنوان یکی از کاربردی‌ترین دانش‌هااین دانشدر زمینه‌های مختلفی از جمله برنامه‌ریزی شهری و منطقه‌ی، زمین شناسی و معادن،کشاورزی، منابع طبیعی و غیره کاربرد داشته و قادر است امر مدیریت و برنامه ریزی رابهبود بخشد.
همچنین به کارگیریGIS علاوه بر سود آوری میتواند باعث تسریع درروند انجام کارهای برنامه‌ریز‌ها در تشخیص موارد بحرانی و غیره گردد. از طرفیکاربرانGIS در تمام سطوح وجود دارند، به طوری که مدیران، طراحان، برنامه‌ریزان،کارشناسان و حتی شهروندان عادی قادر از مزایای این سیستم سود برند.
کاربرد هایGIS
1 -کاربردهای سیستم اطلاعات جغرافیائی(GIS ) در راه آهن
2 GIS نقش و کاربردموبایل
3 - در صنعت خودرو
4 - بخدمت گیریGIS در مباحث زمینشناسی
5 - تعیین موقعیت ونمایش بلادرنگ وضعیت یک متحرک در شبکه در حالیکه دچارعیب شده ویا بعلت سانحه متوقف گردیده است ومدیریت ترافیک وسانحه به کمک یک سیستمتلفیق یافته ازGIS وGPS
6 - بررسی موضوع حریم و مدیریت زمین وآنالیز پهنه بندیو شناسایی مناطقی که حریم رعایت نگردیده و مباحث حقوقی و کاداستر
7 - موقعیتیابی و شناسایی نقاط کور شبکه مخابراتی راه آهن (رادیویی)
8 - تهیه گراف حرکتقطار و تنظیم برنامه حرکت قطار
9 - مدیریت بر عملکرد فعالیت نیروی انسانی
10 - مدیریت بر تخصیص منابع انسانی(بخصوص در شرایط بحرانی)
11 - اشتغالزایی جهت ایجاد اطلاعات رقومی و توصیفی و به روز نمودن آنها
12 - استفاده بهینهاز فضای فیزیکی و کاهش فضاهای بایگانی و ذخیره نقشه ها
13 - بررسی تغییراتمحیطی و سیاسی در راه آهن ایران در مقیاس جهانی
14 - ایجاد نمودن ضوابطاستاندارد در اطلاعات
15 - یکسان سازی فرمت اطلاعات که لازمه وجود یک سیستماطلاعاتی می باشد
16 - ثبت امکانات و تجهیزات در پایانه های بارگیری کشور
17 - مدیریت ماشین آلات تعمیر و نگهداری خط
18 - بررسی پراکندگی نیرویانسانی( متخصصین و افراد باتجربه ) درشبکه و موقعیت استقرار آنها
19 - موقعیتدفاتر فروش بلیط و سالن ها و مراکز مرتبط با راه آهن
20 - کمک در امربازاریابی، فروش و مکان یابی مشتریان
21 - معماری ساختمانها
22 - مدیریت وکنترل استانداردهای ایمنی
23 - موقعیت جسم سانحه دیده
24 - اخذ و ارائهگزارش سوانح
25 - ارائه و بررسی راهکارهای ممکن در جمع آوری سوانح ، کنترلترافیک ومدیریت خدمات اضطراری پس از وقوع سانحه
26 - ارائه و نمایش اطلاعاتتوصیفی و مکانی هر نقطه دلخواه بصورت آماری، هیستوگرام، جدول، نقشه و تصاویر و..
سیستم موقعیت یابی جهانی چیست؟
GPSیعنی سیستم موقعیت یاب جهانی این سیستم تشکیل شده است از یک شبکه 24ماهواره ای در مدار زمین که توسط وزارت دفاع دولت آمریکا پشتیبانی میشود.
هـدفاصـلی و اولـیـه از طـراحـیGPS ، اهـداف نـظامـی بـوده امـا از ســال 1980 بهبـعــد بـرای اسـتـفاده های غــیر نـــــظامی نیز در دسترس قرار گرفت. GPS در تمامشرایط بصورت 24 ساعت در شبانه روز و در تمام دنیا قابل استفاده می باشد . و هیچگونه بهائی بابت این خدمات اخذ نمی شود.
GPS چطور کارمی کند ؟
ماهواره هایGPS هر روز دوبار در یک مدار دقیق دور زمین میگردند و سیگنال های حاوی اطلاعات رابه زمین می فرستند.
GPS براساس زمان مقایسه زمان ارسال و دریافت سیگنال توسط یکماهواره کار می کند . اختلاف زمان مشخص می کند که گیرندةGPS چقدر از ماهواره دوراست . حال با انداره گیری مسافت از چند ماهواره گیرندةGPS میتواند موقعیت کاربر رامشخص نموده حتی روی نقشه الکترو نیکی نمایش دهد.
یک گیرندةGPS بایستی حداقلسیگنالهای 3 ماهواره را برای تعیین دقیق 2 موقعیت (طول و عرض جغرافیایی ) یک شیءدریافت نماید و سیگنالهای 4 ماهواره یا بیشتر میتواند 3 موقعیت (طول و عرضجغرافیایی و ارتفاع ) را نشان دهد.
هم چنین ازGPS میتوان برای اندازه گیری سرعت، جهت یابی ، جستجو ، مسافرت طولانی ،رفتن به مقصد ، زمان طول و مغرب خورشید وغیره نیز استفاده کرد.
سیستم ماهواره ایGPS:
24 مارهوارهدر بخش های مختلف فضای زمین در مداری خاص با فاصله حدود 12000 مایلی بالای سر ماقرار گرفته است.
آنها با یک سرعت ثابت در حرکتند و در هر 24 ساعت دوبار دورزمین را با سرعتی معادل 7000 مایل در ساعت می گردند.
ماهواره هایGPS توسطانرژی خورشید تغذیه میشوند آنها مجهز به باطریهای قابل شارژ اتوماتیک برای زمانهایبارندگی یا خورشید گرفتگی می باشند.
yocket booster های کوچک روی هر ماهوارهآنها را دریک مسیر پروازی صحیح نگهداری می کنند.
از ماهواره هایGPS بیشتر بدانید:
- اولین ماهوارهGPS در سال 1978 با موفقیت به فضا پرتاب شد.
- درسال 1994 تمامی 24 ماهواره در مدار زمین قرار گرفت.
- هر ماهواره برای 10 سالمأموریت ساخته میشود و پس از طی این زمان حتماً بایستی ماهواره دیگر جایگزین گردد.
- وزن یک ماهوارهGPS حدود 2000 پوند (معادل 907 کیلو گرم ) با 17 فوت عرض(18/5متر).
- قدرت انتقال آنها هم 50 وات یا کمتر می باشد.
کنترل زمینیGPS
در قسمت بالادرباره بخش فضایی سیستمGPS صحبت شد؛حال به سراغ بخش کنترل زمینی این سیستم می رویم: این بخش شامل ایستگاههای کنترل زمینی است که دارای مختصات معلوم هستند و موقعیتآنها از طریق روشهای کلاسیک تعیین موقعیت نظیر روشVLBI (تعیین فواصل بلند توسطکوازارها)و روشSLR (فاصله سنجی ماهواره ای با امواج لیزر ) بدست آمده است. اینایستگاه ها وظیفه تعقیب ومشاهده شبانه روزی ماهواره هایGPS را بر عهده دارند . اینبخش بوسیله محاسبات ریاضی پیچیده از طریق محاسبه معادله پلی نومیال(Polynomials) ریاضی بطریق کمترین مربعات ، پارامترهای مداری (افمریزها)و موقعیت ماهواره ها رانسبت به یک سیستم مختصات ژئودتیک ژئوسنتریک (مبدا سیستم مختصات تقریبا در مرکززمینقرار دارد.) محاسبه می نماید.
تعداد این ایستگاههای زمینی 5 عدد است که ایستگاهاصلی با نام کلرادو اسپرینگ در آمریکا قرار داردو 4 ایستگاه فرعی دیگر در نقاط دیگرکره زمین مستقر هستند. آخرین بخش از سیستمGPS ، قسمتUSER یا کاربران سیستم میباشد که خود شامل دو بخش است:
الف) آنتن دریافت کننده اطلاعات ارسالی ازماهواره هاب ) گیرنده(پردازش کننده اطلاعات دریافتی و تعیین کننده موقعیت محلآنتن)
نرم افزار و میکروپروسسور داخل گیرنده فاصله بین آنتن زمینی تا ماهوارههای مرتبط با گیرنده ه را تعیین می کند سپس با استفاده از حداقل 4 ماهواره موقعیتX وY و ارتفاع محل استقرار آنتن یا همان گیرنده تعیین میشود.
* نکته مهمی که میبایست مورد توجه قرار گیرد اینست که ارتفاعی کهGPS به ما می دهدبا ارتفاع موجود درنقشه ها و اطلس ها فرق میکند.ارتفاعGPS نسبت به سطح مبنایی بنام بیضوی است در حالیکه ارتفاع موجود در نقشه ها ارتفاع اورتومتریک می باشدکه از سطح دریاهای آزادمحاسبه می گردد.مقدار این اختلاف در بیش ترین حالت در حدود 100 متر می باشد.
نمونه ای از کاربردهای سیستمGPS
پیش بینی زلزله ،نقشه برداری ، کاداستر ، کنترل امور مربوط به حمل و نقل وترافیک ، کنترل حرکات تکتونیکی زمین ، کنترل جابجایی سدها و برج های بلند، پیش بینیوضع هوا ، ناوبری (زمینی،هوایی،دریایی) ، هیدروگرافی(آبنگاری) ، تعیین موقعیتسکوهای دریایی نفتی،تعیین موقعیت جزیره های مرجانی، مین یابی ، SCAN کردن دریا ،بروز رسانی سیستم های تعیین موقعیت اینرشیال ، استفاده جهت کنترل ماهواره های سنجشاز دور(Remote Sensing)