مهندسی نقشه برداری یکی از رشته های فنی – مهندسی دانشگاهی است که به روش های مختلف جمع آوری اطلاعات زمینی به منظور تهیه نقشه برای کاربران مختلف از روش های متفاوت می پردازد. نقشه یکی از اولین و ضروری ترین مشخصه هر فعالیت عمرانی نظیر پایدار سازی گود و بهسازی خاک ، احداث راه، خطوط انتقال نیرو و آب، احداث تونل و مترو و … می باشد.

نقشه برداری دو مرحله دارد:

• اندازه گیری: از دستگاه ها و روش های مختلف جهت به دست آوردن اطلاعات مورد نیاز مرحله دوم استفاده می‌شود.
• ارائه نتایج: نتایج کار به صورت های زیر ارائه می گردد:

1. آنالوگ (نقشه، مقاطع طولی و عرضی و …)
2. رقمی (مانند جدول‌ها، مدل‌های رقمی زمین)

تاریخچه نقشه برداری

شاید تاریخچه نقشه برداری به زمان انسان های اولیه برگردد که جهت مشخص کردن حدود مزارع و شکارگاه ها و انتقال به نسل بعدی از نقشه برداری استفاده می کردند. یکی از کاربردهای دیگر نقشه برداری به جنگ ها بر می گردد که بودجه های سنگینی نیز در این راه صرف می گردد.

نشانه هایی وجود دارد که کاربرد نقشه برداری به پیش از میلاد حضرت مسیح (ع) می رسد. در روم باستان برای خروج آب های سطحی ناشی از باران و سیلاب ها از استادیوم مشهور شهر، در مصر برای اجرای دقیق طرح اهرام موسوم به اهرام ثلاثه و … انسان به شکل ابتدایی و بسیار ساده از دانش و فن نقشه برداری استفاده کرده است.

در قرن اخیر هم پیشرفت های زیادی در حرفه نقشه برداری در زمینه های شهرسازی، ساختمان سازی، راهسازی، پایدار سازی گود و بهسازی خاک و … انجام گردیده است. بودجه نظامی جنگ جهانی اول و دوم نیز تأثیر به سزایی در پیشرفت علم نقشه برداری داشته است.

شاخه های مختلف نقشه برداری

۱) نقشه برداری زمینی یا ژئودزی (Geodesy)

این شاخه از نقشه برداری به تعیین شکل، اندازه زمین، مختصات نقاط روی سطح زمین و یا بالای آن و همچنین بررسی تغییرات زمانی در شکل و میدان ثقل زمین می پردازد.

ریشه یونانی کلمه ژئودزی (Geodesy) به معنای تقسیم زمین است اما اسم این دانش همچون اسم هندسه (Geo+metry) تنها ریشه تاریخی این دانش را نشان می دهد و همان طور که از نام این دو علم مشخص است، علم ژئودزی با علم هندسه یک خاستگاه تاریخی داشته اند. ژئودزی هم شاخه ای از ریاضیات کاربردی و هم شاخه ای از علوم زمین محسوب می گردد. تمامی علوم زمین (همچون ژئوفیزیک، جغرافیا، زمین شناسی و …) به بررسی مبدأ پیدایش انسان یعنی زمین می پردازند و هریک فنون و علمی را برای این امر اختیار می نماید، به عنوان مثال ژئوفیزیک، دانش فیزیک را و ژئوشیمی دانش شیمی را، جغرافیا (Geography) فنون کارتوگرافی را و … و در این بین ژئودزی علمی است که از هندسه برای شناخت مبدأ انسان یعنی زمین کمک می گیرد، بهتر است بگوییم ژئودزی دانشی است که با چشمان هندسه به زمین می نگرد.

شاخه ژئودزی به گرایش های مختلفی تقسیم می شود مانند:

• ژئودزی فیزیک (فیزیکال ژئودزی): جهت تعیین پارامترهای میدان ثقل زمین به کار می رود.
• ژئودزی دینامیک: به بررسی تغییرات لحظه ای در شکل و اندازه زمین می پردازد.
• ژئودزی ماهواره ای: به تعیین مختصات با روش های ماهواره ای نظیر LLR – SLR و  GPSمی پردازد.

کاربردهای علم ژئودزی

• تعیین سیستم های مختصات جهانی و تعیین موقعیت و ناوبری دقیق آنها: امروزه یکی از مرسوم ترین روش های تعیین موقعیت جهانی استفاده از سامانه های موقعیت یاب ماهواره ای جهانی مانندGPS می باشد.

• تعیین مدار ماهواره ها و پیش بینی موقعیت آنها: از آن رو که ژئودزی آگاهی بیشتری نسبت به میدان ثقل دارد می تواند امکان تحلیل و بررسی حرکات ماهواره ها در میدان ثقل، برای سایر تخصص های مرتبط به فناوری های ماهواره ای را فراهم آورد.

• نقشه برداری و تهیه نقشه های دقیق از مناطق بسیار وسیع نظیر یک کشور یا یک استان: در این نوع نقشه برداری لازم است زمین مسطح فرض نشده بلکه انحنای آن در نظر گرفته شود به همین جهت محاسبات روی رویه هایی فضایی همچون بیضوی شکلی که به جای شکل زمین انتخاب می گردد، انجام می گیرد.

• بررسی حرکت گسل‎ها، بررسی جا به جایی های تکتونیکی، تحلیل جا به جایی های ناشی از زلزله، بررسی یخچال های طبیعی، آتشفشان ها: ژئودزی در شاخه های دیگر علوم زمین همچون ژئودینامیک نیز کاربرد فراوان دارد به گونه ای که امروزه بسیاری از مباحث زئودینامیک خاص علم زئودزی گردیده است. ژئودزی امکان تهیه و پردازش مشاهدات هندسی و فیزیکی را برای اهداف ژئودینامیکی فراهم می آورد.

• کاربردهای ژئوفیزیکی: میدان ثقل زمین رابطه نزدیکی با موقعیت و جا به جایی در فضای اطراف زمین دارد از این رو است که در ژئودزی از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. در ژئودزی از دیدگاه های مختلف ریاضی به بررسی میدان ثقل زمین پرداخته می شود. لذا یکی از کاربردهای تئوری های ژئودزی در بحث های پردازش مشاهدات میدان ثقل زمین برای اهداف اکتشافی است. مشاهدات ثقل در مطالعات ژئوفیزیکی میدان های نفتی، گازی و معادن کاربرد بسیار فراوان دارد.

• تعریف سطوح مبنای مختصاتی (بیضوی، مسطحاتی و ژئوئید)

• تعیین تغییرات سطح آب های زیرزمینی

• تعیین لایه های اتمسفر (یونسفر، تروپسفر و …)

۲) فتوگرامتری (Photogrammetry)

فتوگرامتری علمی است که هدف از آن تعیین مختصات نقاط با استفاده از اطلاعات به دست آمده از روی عکس می باشد که دارای گرایش های مختلفی می باشد:

• الف – فتوگرامتریهوائی: این روش مناسب حالات زیر است:

• مناطق بزرگ و وسیع

• مناطقی که دسترسی زمینی ندارد و به روش های زمینی نمی توان از آنها نقشه تهیه کرد

• ب – فتوگرامتری برد کوتاه: تعیین مختصات نقاطی که فاصله آنها تا دوربین عکسبرداری خیلی کم باشد این شاخه از فتوگرامتری در فعالیت های صنعتی نیز استفاده می شود

۳) سنجش از راه دور (RS):

در این گرایش از اطلاعات به دست آمده از تصاویر ماهواره ای، جهت تهیه نقشه استفاده می شود.

4) سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS)

GIS یا سیستم اطلاعات جغرافیایی جهت طبقه بندی اطلاعات در لایه های مختلف و ارائه مناسب به کاربر، مورد استفاده قرار می گیرد. در این سیستم همه اطلاعات به صورت مکان مرجع دسته بندی می شوند و به منظور اتخاذ یا پشتیبانی یک تصمیم برای حل یک مسئله به بهترین روش و کمترین هزینه کاربردهای فراوانی دارد از جمله:

• ذخیره

• بازیابی

• به هنگام سازی

• پردازش داده های مکانی

۵) آب نگاری یا هیدروگرافی (Hydrography)

کاربرد ژئودزی در مناطق آبی، هیدروگرافی نام دارد. هیدروگرافی به عنوان یکی از شاخه های مهم ژئودزی امکان تعیین موقعیت و ناوبری در آب ها (اقیانوس ها، دریاها، دریاچه ها و ..) را فراهم می آورد. هیدروگرافی با مطالعه هندسی فیزیکی آب ها به بررسی هندسی سطح و بستر آنها می پردازد و برای صنایع مختلف امکان نقشه برداری در فعالیت های عمرانی مرتبط با آب ها را به وجود می آورد.

۶) مکان نگاری یا توپوگرافی (Topography)

این شاخه از نقشه برداری به برداشت و نمایش شکل زمین و محاسبه مساحت و ارتفاع می پردازد. در واقع هدف اصلی، تهیه نقشه های ارتفاعی است. برای نمایش جزئیات محلی، نمایش گستره گیاهی، عوارض طبیعی و اجسام و ویژگی های ساخته شده توسط انسان و حتی نمایش جزئیات مکان های تاریخی و فرهنگی استفاده می گردد. در توپوگرافی به صورت خاص کارهایی از قبیل ضبط برجستگی های زمین و یا سطح زمین (دشت‌ها) و با تصویربرداری و کیفیت سه بعدی و به صورت خاص برای مطالعه دقیق و دقیق شدن بر شکل زمین (land forms) انجام می شود و به همین علت، مکان نگاری با عنوان جغرافیای اندازه گیری تصویری (geomorphometry)‏ شناخته می شود.

۷) نقشه نگاری یا کارتوگرافی (Cartography)

منظور از نقشه نگاری، مراحل ترسیم نقشه می باشد. در این قسمت از نقشه برداری، هنر بسیار دخیل است. در واقع نقشه نگاری یا کارتوگرافی علم و هنر ترسیم نقشه های زمین است.

۸) کاداستر (Cadastral)

نقشه برداری ثبتی را کاداستر گویند. نقشه برداری ثبتی یعنی نقشه برداری که ارزش حقوقی داشته باشد و بتوان بر اساس مرزهای آن سند مالکیت صادر کرد.

اهداف نقشه برداری

نقشه های تولید شده توسط نقشه برداری به دو صورت می باشند:

• تک منظوره: برای انجام هدف خاصی تهیه می شوند مثلاً نقشه توزیع جمعیت، نقشه آماری، نقشه خاک شناسی و …

• چند منظوره: برای اهداف مختلف و کاربران مختلف ساخته می شوند. مانند نقشه های توپوگرافی و نقشه های داده ها

انواع نقشه ها:

• نقشه خطی: در این نوع نقشه، عوارض به شکل سمبل ‌هایی همراه با نوشته ها جهت بیان خصوصیات آن ها استفاده می گردند. منحنی های میزان نشان دهنده ارتفاعات می باشد.

• نقشه عکسی (عکس نقشه – اورتو فتو): در نقشه عکسی، عکس های خود عوارض تصویر شده اند. یعنی خود کوه یا دره نمایش داده می شود. تولید این نوع نقشه ها سریع تر از نقشه های خطی است. البته تفسیر این نوع نقشه نیاز به تخصص دارد. تشخیص نوع پوشش گیاهی و یا نوع کاربری زمین در این نوع نقشه دارای صعوبت است. مشکل دیگر این نوع نقشه، عدم مشاهده عوارض، در زیر سایه است.

• نقشه با استفاده از تصاویر ماهواره ای