نقشه توپوگرافی

نقشه توپوگرافیک نقشه‌ای است که برای نمایاندن ویژگی‌های فیزیکی سطح زمین به کار میرود این نقشه‌ها در مقیاس‌های بزرگ و کوچک می‌باشند و در مطالعات زمین شناختی به دلیل داشتن اطلاعات فواصل افقی یا ارتفاع عمودی به کار می‌روند.که سطح ایستابی از آن تبعیت میکند.

در نقشه های توپوگرافی اصطلاحاتی وجود دارند که برای درک بهتر این نقشه ها، می بایست با آنها آشنا باشید. در ادامه با برخی از این اصطلاحات و معانی آشنا خواهید شد.

کاربرد نقشه توپوگرافی چیست؟

نقشه توپوگرافی ابزار پرکاربردی است که در حوزه‌های مختلفی نظیر علوم زمین (زمین شناسی، ژئومورفولوژی، خاک شناسی، جغرافیا، آب شناسی)، علوم مهندسی (مهندسی عمران، معدن، معماری، نقشه برداری)، محیط زیست، علوم نظامی، مدیریت شهری، بهره برداری جنگل و دیگر حوزه‌های مرتبط با زمین مورد استفاده قرار می‌گیرد. نقشه های توپوگرافی به عنوان مبنای بسیاری از نقشه های زمین شناسی و مهندسی در نظر گرفته می‌شوند.

کاربرد نقشه توپوگرافی در زمین‌ شناسی

شکل فعلی عوارض سطح زمین حاصل فرایندهای مختلفی نظیر فرسایش، رسوب‌گذاری و فرایندهای درونی زمین است. زمین شناسان با مطالعه اشکال سطح زمین از روی نقشه های توپوگرافی، به ماهیت فرایندهای تشکیل‌دهنده آن‌ها در نواحی مشخص نظیر محل رخ دادن زمین‌لغزش، نواحی تحت تاثیر فرسایش و محل تجمع مواد رسوبی پی می‌برند. علاوه بر این، نقشه های توپوگرافی امکان تشخیص ساختار زمین شناسی لایه‌های پایینی زمین و تاریخچه زمین شناسی منطقه را فراهم می‌کنند.

کاربرد نقشه توپوگرافی در مهندسی عمران

مهندسی عمران از شاخه‌های گسترده‌ای نظیر مهندسی سازه، آب، نقشه برداری، راه، ژئوتکنیک، زلزله، شهرسازی، محیط زیست و غیره تشکیل می‌شود. نقشه های توپوگرافی در تمام این حوزه‌ها کاربرد دارند. برخی از این کاربردها عبارت هستند از:

• ساختمان‌سازی: بررسی محل ساختمان از نظر آسیب‌پذیری در برابر جریان سیل و امکان بهره‌مندی از سیستم زهکشی مناسب
• سدسازی: یافتن و انتخاب محل مناسب برای احداث سد (مانند دره) در مسیر جریان‌های آب رودخانه
• راهسازی
• جاده: انتخاب مسیر مناسب برای احداث جاده از نظر دسترسی، راستا، طول و حجم عملیات خاکی
• راه آهن: علاوه بر موارد مربوط به جاده، توجه ویژه به شیب و زهکشی
• فرودگاه: تشخیص محدوده‌های مسطح و وسیع برای احداث محوطه فرودگاه

پل‌سازی: تعیین محل مناسب برای جانمایی پایه های پل و انتخاب بهترین مکان از نظر مستقیم بودن راستا، عدم تداخل با جریان‌های آبی و دیگر عوارض زمین

• تونل‌سازی: مطالعه جغرافیای طبیعی منطقه نظیر دره‌ها، تپه‌ها، شیب‌ها و غیره به منظور یافتن بهترین مکان برای احداث تونل با راستای مستقیم یا نسبتا مستقیم
• هیدروژئولوژی: ارزیابی حوزه های آبریز

کاربرد نقشه توپوگرافی در مهندسی معدن

نقشه های توپوگرافی در عملیات‌های مربوط به اکتشاف مواد معدنی و استخراج آن‌ها کاربرد دارند. این کاربردها به نوعی ترکیبی از کاربردهای زمین شناسی و عمرانی این نقشه‌ها هستند. کاربردهای زمین‌شناسی نقشه توپوگرافی به مهندسان کمک می‌کند تا مناطق مستعد تشکیل توده‌های معدنی را تشخیص دهند. با تایید وجود ماده معدنی در ناحیه، احداث مسیرهای دسترسی، حفر تونل، محاسبه حجم عملیات‌های استخراج روباز (ماده معدنی و باطله)، بررسی جریان آب‌های منطقه برای برنامه‌ریزی در مورد سیستم‌های زهکشی و بسیاری از عملیات‌های دیگر به کمک نقشه های توپوگرافی انجام می‌گیرند.

کاربرد نقشه توپوگرافی در علوم نظامی

در اوایل معرفی نقشه های توپوگرافی، این نقشه‌ها به عنوان ابزار تدوین استراتژی‌های نظامی مورد استفاده قرار می‌گرفت. این نقشه‌ها امروزه نیز در تعیین دقیق جزئیات نواحی شهری و غیر شهری برای استفاده در علوم نظامی و پدافند غیر عامل کاربرد دارند. در برخی از نواحی، نقشه های توپوگرافی به طور اختصاصی برای کاربردهای نظامی تهیه می‌شوند. این نقشه‌ها تمام المان‌های مهم را با جزئیات کامل نمایش می‌دهند.

اجزای نقشه توپوگرافی چه هستند؟

نقشه های توپوگرافی از بخش‌هایی نظیر عنوان، لجند، مقیاس، علامت شمال و از همه مهم‌تر، منحنی های تراز تشکیل می‌شوند. در ادامه به معرفی برخی از این بخش‌ها می‌پردازیم.

لجند نقشه

«لجند» (Legend) یا راهنما، یکی از بخش‌های ثابت در اکثر نقشه‌ها است که به منظور نمایش مفهوم علائم و جزئیات دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از یک لجند مناسب با اطلاعات واضح می‌تواند خواندن نقشه های توپوگرافی را ساده‌تر کند. مقیاس و علامت شمال به عنوان المان‌های راهنمای نقشه در نظر گرفته می‌شوند. لجند یا راهنما با عنوان کلید نقشه نیز شناخته می‌شود. تصویر زیر نمونه‌ای از یک لجند نقشه توپوگرافی را نمایش می‌دهد

منحنی میزان

منحنی‌های میزان در نقشه‌های توپوگرافی خطوطی فرضی هستند که تمام نقاط آن‌ها دارای یک ارتفاع می‌باشند.

یک نقشه توپوگرافیک، چیزی نیست جز تعدادی خطوط ساده که گاه به صورت پیچ در پیچ و گاه به صورت صاف کشیده شده‌اند. به این خطوط، خطوط حد فاصل یا Contour lines می‌گویند. این خطوط، نمایشگر مکانهایی بر روی نقشه هستند که نسبت به یک نقطه مرجع دارای ارتفاع ثابتی هستند. یعنی اگر شما یکی از این خطوط contour را دنبال کنید تمامی نقاطی که با این خط مشخص شده‌اند ارتفاع یکسانی دارند.

خطوط تراز به سه دسته اصلی خطوط شاخص، خطوط میانی و خطوط مکمل تقسیم می‌شوند:

• منحنی تراز شاخص: خط ضخیمی که به همراه یک عدد، ارتفاع زمین از سطح دریا را به نمایش می‌گذارد.
• منحنی تراز میانی: مجموعه‌ای از خطوط نازک و معمولا بدون عدد که ترازهای میانی در فاصله بین دو خط تراز شاخص را نشان می‌دهند. در اغلب موارد، چهار خط تراز میانی بین دو خط تراز شاخص رسم می‌شود.
• خطوط تراز مکمل: نقطه‌چنین‌ها یا خطوط کم‌رنگی هستند که به منظور نمایش اطلاعات اضافی در مورد تغییر تراز بین خطوط دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

رلیف

رلیف همان پستی ها و بلندی ها در نقشه های توپوگرافی می باشد. این پستی ها و بلندی ها اختلاف ارتفاع بین دو نقطه را نشان می دهند.

توسط رلیف فاصله عمودی بین منحنی های میزان روی نقشه تعیین می شوند.

مقیاس نقشه

مقیاس نقشه ارتباط بین مسافت (سطح) روی نقشه نسبت به مسافت (سطح) روی زمین را نشان می دهد و به صورت ۱/۲۰۰۰۰ و یا به صورت ۱:۲۰۰۰۰ نمایش داده می شود که به این معنی است که یک واحد روی نقشه برابر است با ۲۰۰۰۰ برابر همان یک واحد بر روی سطح زمین.

 رنگ ها و علائم در نقشه‌های توپوگرافی

در نقشه های توپوگرافی رنگ آبی نشان دهنده ی آب ها، رنگ سیاه نشان دهنده سازه هایی مانند مساجد، پمپ بنزین، خانه، جاده و… که به دست انسان ساخته شده اند، رنگ قهوه ای نشان دهنده خطوط میزان و رنگ قرمز نشان دهنده جاده های مهم، نواحی شهری و خطوط تقسیم زمین های عمومی است.

این رنگ ها توسط سازمان زمین شناسی آمریکا تعیین شده است.

علائم نیز در نقشه های توپوگرافی شبیه به همان سازه های اصلی نمایش داده می شوند.

تهیه مقاطع توپوگرافی

  برای تهیه مقاطع توپوگرافی کافی است نقشه ای براساس منحنی های میزان از پستی ها و بلندی ها تهیه کرده، به صورتی که انگار در حال مشاهده این پستی و بلندی ها از کنار آنها می باشید.

از مقاطع توپوگرافی جهت درک کامل حالت طبیعی پستی و بلندی های موجود برروی زمین استفاده می شود.

ویژگی های نقشه های توپوگرافی

از ویژگی های مهم نقشه های توپوگرافی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

در این نوع از نقشه ها تمام پدیده های طبیعی زمین مانند کوه ها، دریاها و… مشخص شده اند. (البته نقشه های توپوگرافی برای نمایش مشخصات زمینی مورد استفاده قرار می گیرند اما برای نمایش مشخصات دریاها از نقشه های ژرفاسنجی استفاده می شود)

مقیاس ها در این نقشه ها مشخص اند.

تمامی قسمت های نقشه با استفاده از علائم و رنگ ها بر روی نقشه مشخص شده اند.

نمایش ارتفاعات و تشخیص آنها بر روی نقشه

ترسیم نقشه توپوگرافی با استفاده از داده های نقشه برداری

یکی از روش‌های متداول برای رسم نقشه توپوگرافی، مخصوصا پروژه‌هایی با محدوده نسبتا کوچک، اجرای عملیات نقشه برداری، جمع آوری داده های ارتفاعی، ورود داده‌ها به نرم افزارهای تخصصی و گرفتن خروجی به صورت منحنی میزان است. نرم افزارهای تخصصی نقشه برداری نظیرSURFER  و نرم افزارهای سنجش از دور مانند «آرک جی آی اس» (ArcGIS)، «اجی سافت» (Agisoft) و «کیو جی آی اس» (QGIS) از ابزارهای شناخته شده در زمینه تبدیل داده‌های ارتفاعی یا اصطلاحا داده‌های XYZ به منحنی های تراز هستند.

ترسیم نقشه توپوگرافی با استفاده از داده های عکس برداری هوایی

عکس برداری هوایی، از روش‌های سریع برداشت ویژگی‌ها و عوارض سطحی زمین است که توسط هواپیما، بالگرد و انواع مختلف پهپاد انجام می‌گیرد. تصویربرداری از ناحیه مورد نظر، برداشت مختصات نقاط کنترلی توسط تجهیزات نقشه‌برداری، اعتبارسنجی عوارض، تفسیر داده‌ها، نشانه‌گذاری، ویرایش و چاپ از مراحل ترسیم نقشه توپوگرافی با استفاده از روش عکس برداری هوایی هستند.

برای ترسیم نقشه توپوگرافی به روش تصویر برداری هوایی، سطح زمین به چندین مقطع تقسیم شده و دو عکس با زوایای مختلف از هر مقطع تهیه می‌شود (تصویر زیر). این رویکرد، امکان ایجاد تصاویر سه بعدی استریوسکوپی و تبدیل آن‌های به منحنی‌های میزان را فراهم می‌کند. وسیله هوایی طی تصویربرداری در یک ارتفاع ثابت با مسیر حرکت شمال به جنوب قرار می‌گیرد. شرایط جوی و وجود درخت از عوامل موثر بر کیفیت داده‌های به دست آمده از مرحله هستند.

داده‌های تصویری حاصل از عملیات عکس برداری هوایی با استفاده از نرم افزارهای فتوگرامتری نظیر «آرک جی آی اس» (ArcGIS)، «اجی سافت» (Agisoft) و غیره به نقشه‌های توپوگرافی با کیفیت تبدیل می‌شوند

 برداشت نقاط کنترلی

به منظور اطمینان از دقت نقشه توپوگرافی، محل دقیق چندین نقطه کنترلی توسط عملیات نقشه برداری مورد بررسی قرار می‌گیرد. محل تقاطع جاده‌ها و ویژگی‌های برجسته زمین معمولا به عنوان نقاط کنترلی در نظر گرفته می‌شوند. نقاط کنترل افقی، طول و عرض محل و نقاط کنترلی عمودی، ارتفاع محل را تعیین می‌کنند. محل قرارگیری این نقاط و ارتفاع آن‌ها، از اهمیت بالایی در جانمایی صحیح تصاویر هوایی و اختصاص مقادیر به خطوط کنتور (منحنی های میزان) برخوردارند.

تایید عوارض موجود در نقشه

در این مرحله، امکان بررسی‌های بیشتر برای تشخیص دقیق‌تر برخی از عوارض زمین نظیر جاده‌ها، رودها، ساختمان‌های جدید یا ساختمان‌های تخریب شده فراهم می‌شود. تمام عوارض، المان‌های مشکوک، عنوان صحیح محل‌ها و غیره باید توسط کارشناسان حاضر در محل مورد بررسی قرار گیرند. دقت این مرحله، در تهیه نقشه های توپوگرافی رسمی اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند.

تفسیر نقشه

پس از تکمیل مراحل قبلی، جفت عکس‌های تهیه شده در یک پروژکتور استریوسکوپ قرار داده می‌شوند. یکی از عکس‌ها در لنز سمت چپ و دیگری در لنز سمت راست قرار می‌گیرد. به این ترتیب، نمای سه بعدی سطح زمین به نمایش در می‌آید. سپس، ترسیم منحنی های تراز توسط یک سیستم ردیابی نوری صورت می‌گیرد. پس از تکمیل رسم خطوط تراز و عوارض زمین، خروجی به دست آمده به واحد حکاکی و چاپ تحویل داده می‌شود.

خواندن نقشه توپوگرافی چگونه انجام می‌شود؟

خواندن نقشه های توپوگرافی مهارتی است که با شناخت مفاهیم رنگ‌ها، تفسیر شکل منحنی های تراز و استفاده از لنجد انجام می‌شود. در این بخش، نحوه خواندن نقشه توپوگرافی را تشریح می‌کنیم.

رنگ ها در نقشه های توپوگرافی

یکی از مولفه‌های مهم در خواندن نقشه توپوگرافی، رنگ بخش‌های مختلف و میزان اشباع رنگ‌ها است. به طور کلی، اغلب نقشه های توپوگرافی از سه رنگ اصلی قهوه‌ای، سبز و آبی تشکیل می‌شوند. البته با توجه به عوارض برداشت شده، امکان استفاده از رنگ‌های دیگری نظیر قرمز، سیاه، سفید و بنفش نیز وجود دارد. مفهوم هر یک از این رنگ‌ها عبارت است از:

• رنگ قهوه ای: خطوط تراز و اعداد ارتفاعی
• رنگ سبز: پوشش گیاهی
• رنگ آبی: پهنه آبی
• رنگ سیاه: عوارض مصنوعی ساخت دست بشر
• رنگ قرمز: جاده‌های اصلی و فرعی مهم و مرزهای سیاسی
• رنگ سفید: نواحی غیر آبی و بدون پوشش گیاهیی نظیر صحرا، ماسه، سنگ و غیره
• رنگ بنفش: اصلاحات صورت گرفته با استفاده از تصاویر هوایی و در انتظار تایید (رنگ بنفش دیگر در نقشه‌های توپوگرافی جدید مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.)

توجه داشته باشید که در برخی از ارتفاعات، احتمال پوشیده شدن قله توسط برف یا یخچال‌های طبیعی وجود دارد. این موارد نیز با استفاده از رنگ آبی نمایش داده می‌شوند.

منبع وبسایت فرادرس!«حسین زبرجدی دانا»، کارشناس ارشد مهندسی استخراج معدن