نقشه برداری هیدروگرافی

نقشه هیدروگرافی چیست؟

عملیات هیدروگرافی به کلیه عملیاتی گفته می شود که برای بدست آوردن عمق سطح آبی و توپوگرافی کف منطقه انجام می شود که در گذشته توسط یک قایق و دستگاه عمقیاب انجام می شد ولی در حال حاضر با پیشرفت علوم مختلف تجهیزات لازم این کار تغییر کرده و خطای تعیین موقعیت قایق حل شده به این صورت که در حین عملیات هیدروگرافی با استفاده از سیستم GPS و نرم افزارهای مخصوصی محل ثانیه به ثانیه قایق مشخص بوده مشکل گپ در منطقه از بین رفته است که در زیر به کلیه عملیات به اختصار توضیح داده شده است.

هیدروگرافی (Hydrography) که در فارسی آن را آبنگاری ترجمه کرده اند نه تنها به موضوع تهیه نقشه بستر آبها اعم از دریاها و اقیانوسها، مخازن آب و رودخانه ها می پردازد؛ بلکه در زمینه مطالعات جریانات آبی، تغییرات سطح آبها، خواص فیزیکی آب مانند حرارت و شوری و ... نیز می­پردازد. به این ترتیب ارتباط تنگاتنگی بین مهندسین هیدروگراف و دانشمندان اقیانوس شناسی و آب شناسی (هیدرولوژی) وجود دارد. تجهیزات متنوع مانند اکوساندر (Echo sounder) ، سونار و سیستم­های تعیین موقعیت در سطح و در زیر آب از ابزارهای هیدروگرافی محسوب می شوند. اندازه گیری های ماهواره ای متنوع مانند ارتفاع سنجی راداری هم در جهت مطالعه آبهای سطحی زمین در اختیار پژوهشگران و مهندسین هستند. به همین دلیل هیدروگرافی از گرایش های بسیار جذاب و در عین حال کاربردی و ضروری مهندسی نقشه برداری محسوب می شود. سازمان های مختلف مانند سازمان نقشه برداری، بنادر و کشتیرانی، صنایع و معادن، شیلات و شرکت های ملی نفت و گاز از مهمترین متولیان و متقاضیان خدمات هیدروگرافی محسوب می شوند.

لیست تجهيزات :

1- گيرنده ماهواره ای GPSسه فرکانسه
EPOCH 2- دستگاه های موقعیت یاب ماهواره ای GPSدو فرکانسه و تک فرکانسه
3- دوربين توتال استيشن TCR 805 (با دقت 2 ثانيه)
4- ترازياب نیوو
5- دستگاه هاي سايد اسکن سونار
6- نرم افزار سايد اسكن سونار
Scanline 7- انواع نرم افزارهاي جمع آوري و پردازش داده ها عمق سنجي و هيدروگرافي و تهيه و تدوين چارتهاي دريايي رقومي و الکترونيکي
8- دستگاه اندازه گيري تکانه هاي شناور
9- انواع شناورهاي مورد استفاده در عمليات هيدروگرافي
10- انواع عمق يابهاي تک پرتوئي (تک و دو فرکانسه)
11- دستگاه عمق ياب چند پرتويي
12- دستگاه هاي سرعت سنج صوت در آب

روش های رقومی و اتوماتیک :

با پیشرفت فن آوری های جدید در عملیات هیدروگرافی روش های قدیمی دستخوش تغییرات شگرفی شده اند. بی تردید نقش این فن آوری های جدید در تغییر متدولوژی انجام کارهای هیدروگرافی انگار ناپذیر می باشد بطوری که روش های متعارف و سنتی عملیات هیدروگرافی جای خود را به تعداد محدودی از متودولوژی های جدید داده اند. در یک سیستم جمع آوری اتوماتیک، داده های هیدروگرافی شامل اطلاعات عمق، زمان و موقعیت در یک شناور آبنگاری به صورت آنی در یک کامپیوتر نوت بوک ذخیره می شوند. در صورت تامین سیستم ثبت اتوماتیک داده های کشندی و ارسال داده های کشندی از ایستگاه اندازه گیری توسط ارتباط رادیویی به شناور هیدروگرافی می توان اطلاعات سه بعدی X،Y، Z و تمامی اطلاعات لازم مسیر حرکت قایق را بصورت آنی در فایل های کامپیوتری جمع آوری کرد. اطلاعات دریافتی پس از پایان کار بصورت کامپیوتری پردازش شده و آماده ترسیم در محیط های گرافیکی CAD خواهند شد. برتری روش اتوماتیک بر روش های متعارف و دستی را می توان در سرعت، دقت و دستیابی به حجم زیادی از داده های آبنگاری برشمرد. در حال حاضر با پیشرفت های فن آوری در امور کامپیوتر و اتوماسیون، استفاده از روش های رقومی بسیار متداول می باشد. با ظهور سامانه های تعیین موقعیت ماهواره ای و عمق یابهای الکترواکوستیکی رقومی به همراه نرم افزارهای هیدروگرافی را می توان با تعداد نفرات کمتر، سریع تر، اقتصادی تر و با دقت بیشتر انجام داد.

اکوساندر (Echo Sounder) :

یک دستگاه الکترونیکی است که با تبدیل پالس های الکتریکی به پالس های صوتی و ارسال آن به درون آب و اندازه گیری زمان رفت و برگشت قادر به تعیین عمق می باشد. انواع اکوساندر Singel beam echo –Sounder Multi beam echo –sounder Side scan and oblique sonar اجزای اصلی اکوساندر Transmitter: که تولید کننده موج است. تبدیلT\R: که تغییر حالت بین ارسال و دریافت موج را انجام می دهد. Transducer: که وظیفه تبدیل سیگنال الکتریکی به سیگنال صوتی و ارسال موج صوتی به داخل آب و دریافت موج انعکاسی از کف دریا یا هر جای دیگر و نیز تبدیل مجدد آن به سیگنال الکتریکی را به عهده دارد. Reciver: سیگنال منعکس شده را تقویت کرده و به سیستم ثبت کننده می دهد. Recording: مدت زمان رفت و برگشت موج را اندازه گیری کرده و ان را به عمق تبدیل کرده و ثبت می کند. اکوساندرها وسایلی بوده که از طریق امواج اکوستیکی(صوتی) کار می کنند و از طریق این امواج عمق بستر کف دریا تعیین می گردد. در این روش بر اساس زمان رفت و برگشت امواج صوتی طبق فرمول زیر می توان عمق بستر دریا را به دست آورد و نقشه توپوگرافی را تهیه نمود. X=v.t =v سرعت امواج صوتی ارسال شده =t زمان رفت و برگشت امواج صوتی ارسال شده =X عمق بستر دریا Transmitter: امواج الکتدیکی تولید میکند. Switch: امواج الکتریکی را به Transducer وارد میکند. Transducer: امواج الکتریکی را به امواج صوتی تبدیل کرده و به کف دریا ارسال می کند. Recorder : وسیله ای برای ثبت زمان رفت و برگشت امواج صوتی است. معایب عمق یابی به روش اکوساندر پارامترv که به دلیل شور بودن و املاح موجود درآب سرعت تغییر میکند که باید میزان آن را اندازه گیری نمود و پارامتر آن را تصحیح کرده تا به صورت دقیق عمق تهیه شود. ارتفاع Transducer که این پارامتر به مکان قرارگیری آن بر روی قایق بستگی دارد و با کوچکترین تغییر میزان عمق تغییر می¬کند . Transducer باید شامل رولوپیچ باشد . رولوپیچ از سه پیچ در جهاتxyz ، ( κφω ) تشکیل می شود. (محور y باید در امتداد محور قائم باشد). برای تعیین x , y در قدیم یک پیمایش در ساحل ایجاد می¬کردند و دو تئودولیت بر روی نقاط پیمایش(ساحل) سوار شده و به صورت تقاطع به نقطه مجهول (قایق) مختصات می دادند.

هیدروگرافی با استفاده از GPSو اکوساندر :

در سیستم جدیدتر GPS دو فرکانسه را به سر اکوساندر می بندند. امواج رادیویی روی GPS های دو فرکانسه سوار می شوند که این امواج رادیویی برای ارتباط بین گیرنده ها می باشد . امواج رادیویی فقط روی گیرنده های دو فرکانسه سوار می شود و به صورت RTKو Real time به نقطه، مختصات نسبت داده میشود و باید اکوساندر و GPS به یک Lab top وصل شود وبه وسیله نرم افزار Hypack پردازش اطلاعات صورت می گیرد . نقاط برداشت شده را در SDR یاLand وارد کرده ونقشه توپوگرافی، تهیه می شود. محدودیت روش GPS با اکوساندر این است که نیاز به یک lab top صنعتی است که پورت سریال (رابط مستقیم پورت)را داشته باشد و حداقل یک پورت سریال داشته باشد. چون اگر اکوساندر و GPS با هم به USB وصل شود،lab top هنگ می کند.

هیدروگرافی با استفاده از GPSو اکوساندر :

در این روش اکوساندر به صورت نقطه ای برداشت می کند، که برای تهیه چارت های دریایی استفاده می شود. عرض پرتو این نوع اکوساندرهای متداول در حدود 30 درجه بود ولی از اوایل دهه 1980 اکوساندرهایی با عرض کمتر از 5 درجه در دسترس قرار گرفتند برای نتیجه گیری بهتر از این اکوساندرها باید ترانسدیوسر را در مقابل دورانهای ناشی از حرکت (roll,pitch) ثبت کرد. اکوساندری با عرض پرتو کم برای منظورهای زیر استفاده می شوند: به دست آوردن عمق درست در زیر شناور که در نتیجه آن از اثر خطای ناشی از شیب بستر در پرتوهای با عرض زیاد جلوگیری می¬شود که این عمق برای ناوبری مطمئن و نیز تهیه نقشه از کف رودخانه استفاده می شود. بهبود کیفیت داده ها از نظر صحت و دقت (فاصله نمونه برداری) برای تولید پرتو باریک ,ترانسدیوسرها با اندازه بزرگ مورد نیاز است. در نتیجه اندازه وسایل بزرگتر و گرانتر می گردد. این اکوساندرها با سیستم های با پرتو پهن به طور همزمان برای تهیه داده های تکمیلی استفاده می شوند.

هیدروگرافی با اکوساندر Multi Beam

در این روش با یک سری دسته اشعه سر و کار است که این اشعه ها به کف دریا فرستاده شده و پس از برخورد به کف دریا همان اشعه ها بر میگردد. این روش کمی پیچیده است، چون اکوساندر باید بتواند تشخیص دهد، که کدام اشعه را گرفته است. تعیین موقیت با اکوساندرMulti Beam دید بیشتری از توپوگرافی به ما می دهد ولی از لحاظ دقت شاید از تک بیم کمتر باشد. مزیت این روش جلوگیری از افتادن گپ می باشد و یکی از معایب آن گران بودنش می باشد. این سیستم ها برای افزایش سطح پوشش کف و در نتیجه افزایش بازده استفاده می شود. هر یک از پرتوهای باریک یک قسمت از سطح کف را پوشش می دهند. صحت اندازه گیری ها بهتر از اکوساندرهای تک پرتو نمی باشد و صحت اندازه گیری ها با افزایش نوار کاهش می یابد.

هیدروگرافی با (Side Scan Sonar S.S.S) :

این دستگاه به صورت مایل به قایق نصب شده، عکس می گیرد و این عکس با درجات خاکستری مشخص می شود و مزیت این روش این است که به صورت On-Line میتوان عکس کف رودخانه را مشاهده کرد و برای تعیین موانع هم از این روش استفاده می شود. این عکس می تواند بر روی نقشه توپوگرافی Geo Refrence شده و یک DTM یا DEM را از سطح رودخانه تهیه نمود.

ترسيم و كارتوگرافي :

به منظور ترسيم اطلاعات برداشتي، دوربين‌ها را در فرمتهای XYZ یا طول زاویه تخلیه نموده و اطلاعات مختصات حاصل را در فرمت مخصوص خود در يك فايل، AUTOCAD LAND فراخواني مي‌كنيم و پس از كنترل‌هاي لازم مسطحاتي، با استفاده از كروكي‌هاي تهيه شده براي هر فايل و همچنين كد نقاط برداشتي، عمليات ترسيم و لايه بندي‌هاي اوليه در محيط AUTOCAD LAND انجام مي‌شود. لازم به ذكر است كه هر فايل در اين عمليات مربوط به يك استقرار دوربين مي‌باشد. پس از ترسيم اين فايل ها لازم است علامت‌ هاي برداشت زميني نيز آنرا تاييد نمايند .سپس كليه اطلاعات كنار هم در يك فايل كلي Insert مي‌شود. پس از Insert اين اطلاعات بايستي Overlap ها در يك مرحله Edit شوند و بعد با استفاده از اين فايل كلي Gap هاي موجود در منطقه و اشكالات ديگر شناسايي شده و عمليات برداشت مربوط به آنها انجام مي‌شود. براي اين برداشت‌ها نيز روال سابق تكرار مي‌شود. زمانيكه فايل از لحاظ عوارض تكميل شد اقدام به شيت ‌بندي آنها در محيط AutoCAD Land مي‌كنيم. سپس در مناطق لازم بايستي Hatch مناسب اضافه گردد و با نوشته ‌هاي لازم نقشه گويا شود. سپس با توجه به اندكس تهيه شده نقشه مجددا شيت‌بندي مي‌شود و بر روي نقشه‌ها Grid و Legend مناسب اضافه مي‌شود و در نهايت شيت‌ها از كليه جهات چك مي‌شود.

مراحل ترسیم نقشه های هیدروگرافی به صورت اتوماتیک :

اولین مرحله از ترسیم نقشه های هیدروگرافی اتوماتیک انتخاب نرم افزار جمع آوری و پردازش داده های هیدروگرافی می باشد. معمولا این نرم افزار ها در سطوح مختلفی از توانایی، تعریف و طبقه بندی می شوند. طراحی خطوط عمق یابی، ناوبری و جمع آوری اطلاعات و ارتباط الکترونیکی با تجهیزات مورد نیاز در عملیات نقشه برداری حداقل توانایی های یک نرم افزار هیدروگرافی است. توانایی اعمال تصحیحات لازم به داده های هیدروگرافی، پردازش و سایر امکانات فنی می تواند بر حسب نیاز کاربران به نرم افزارها اضافه شود. اغلب این نرم افزارها می توانند تجهیزات هیدروگرافی متعارف را پشتیبانی و اطلاعات جمع آوری شده را تا نتیجه نهایی شامل فایل XYZ و در نهایت تهیه نقشه ها در سیستم تصویر مورد نظر، فراهم کنند.

بنابراین برای انجام یک کار هیدروگرافی اتوماتیک نیاز به انجام مراحل زیر می باشد :

-پیکربندی نرم افزاری (Configuration) تنظیمات ژئودتیک (Geodetic parametrs) پیش زمینه (Background) طراحی (Line Planning) تنظیمات الکترونیکی (Hardware) -ناوبری (Survey and Navigation) -جمع آوری اطلاعات عمق یابی (Data Logging) -پردازش داده ها و اعمال تصحیحات (Singel beam Editor) -استخراج داده ها (Exporting and Sorting) -تهیه نقشه نهایی (Fair Sheet)

خروجي عمليات به صورت رقومي و پلات :

در واقع محصول مراحل فوق مي‌باشد كه براي استفاده كاربر به صورت نقشه‌ در شيتهاي استاندارد و فايل رقومي قابل استفاده در كامپيوتر به كارفرما ارسال مي‌شود.