نقشه توپوگرافی چیست؟ | نحوه تهیه و کاربردها آن

در حوزه مهندسی، نقشه‌ها ابزاری حیاتی برای برنامه‌ریزی، طراحی و اجرای پروژه‌ها هستند. یکی از نوع‌های مهم نقشه، نقشه توپوگرافی است که اطلاعات مربوط به زمین‌شناسی و طبیعت ساختار زمین را به صورت دقیق نشان می‌دهد. در این مقاله از پورتال جامع مهندسین ایران، به بررسی نقشه توپوگرافی و نحوه تهیه و کاربردها آن می‌پردازیم.

توپوگرافی چیست؟

توپوگرافی به عنوان تصویری از سطح زمین شناخته می‌شود. این فرایند شامل نقشه‌ برداری یک منطقه برای توصیف سطح زمین، ویژگی‌های طبیعی و ساخته شده توسط انسان است. در واقع، توپوگرافی به مطالعه سطح زمین برای شناسایی عوارض طبیعی و مصنوعی می‌پردازد.

عوارض طبیعی و مصنوعی که در توپوگرافی مورد بررسی قرار می‌گیرند، شامل ارتفاعات سطح زمین، رودخانه‌ها، حوضچه‌ها، دریاچه‌ها، جاده‌ها، مسیرهای پیاده‌رو، بناهای تاریخی و سایر موارد می‌شود. با استفاده از نقشه توپوگرافی، می‌توان اطلاعات دقیقی درباره ترازبندی و توپوگرافی منطقه مورد نظر به دست آورد.

نقشه توپوگرافی چیست؟

نقشه توپوگرافی، یک نقشه است که با استفاده از منحنی‌های میزان، اطلاعات دقیقی از ویژگی‌های سه‌بعدی سطح زمین مانند کوه، دره‌ها، رودخانه‌ها و سایر عوارض طبیعی و مصنوعی را ارائه می‌دهد.

این نوع نقشه برای نمایش ارتفاعات، بلندی‌ها و شکل عوارض سطح زمین استفاده می‌شود. نقشه توپوگرافی، یکی از پرکاربردترین نقشه‌ها و ابزارهایی است که برای تعیین ارتفاع نقاط و فاصله بین نقاط استفاده می‌شود. با استفاده از این نقشه، می‌توان به طور دقیق اطلاعاتی راجع به ترازبندی و توپوگرافی منطقه مورد نظر را به دست آورد.

بدست آوردن نقشه توپوگرافی

نقشه توپوگرافی با استفاده از تکنیک‌های مختلفی از جمله توپوگرافی میدانی، دستگاه‌های GPS، سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی (GIS) و تصاویر ماهواره‌ای ساخته می‌شود. این فرآیند شامل اندازه‌گیری ارتفاعات، خطوط ارتفاعی، منحنی‌های سطح و سایر اطلاعات مرتبط با زمین می‌شود.

اهمیت نقشه توپوگرافی در مهندسی

برنامه‌ریزی ساخت و ساز: نقشه توپوگرافی به مهندسان اطلاعات دقیقی درباره ماهیت زمین، ترازبندی، رودخانه‌ها، تپه‌ها، دره‌ها و سایر عوامل مرتبط با زمین می‌دهد. این اطلاعات امکان برنامه‌ریزی دقیق‌تر در طراحی و اجرای ساختمان‌ها و زیرساخت‌ها را ممکن می‌سازد.

طراحی راه‌ها و جاده‌ها: در طراحی و احداث جاده‌ها و راه‌ها، نقشه توپوگرافی برای تعیین مسیر، ناوگان حمل و نقل، ترازبندی و تعیین ساختارهای پشتیبانی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مدیریت منابع طبیعی: نقشه توپوگرافی در مدیریت منابع طبیعی از اهمیت بالایی برخوردار است. با استفاده از این نقشه، می‌توان مناطق حساس محیط‌ زیست را شناسایی کرده و اقدامات مناسبی برای حفاظت از آن‌ها انجام داد.

برنامه‌ریزی شهری و توسعه شهری: در برنامه‌ ریزی شهری و توسعه شهری، نقشه توپوگرافی برای شناسایی زمین‌های مناسب بازی یکی از عواملی است که در رشد و توسعه کودکان نقش مهمی دارد. بازی با اسباب‌بازی برای کودکان، فرصتی است که آن‌ها می‌توانند مهارت‌های مختلف را تقویت کنند، خلاقیت خود را بیان کنند و در فرآیند یادگیری شرکت کنند. همچنین، اسباب‌بازی می‌تواند به کودکان کمک کند تا درک بهتری از جهان اطراف خود پیدا کنند و تجربه‌های جدید را تجربه کنند.

روش­ های تهیه نقشه توپوگرافی

روش‌های تهیه نقشه توپوگرافی، به طور کلی، از طریق جمع‌آوری داده‌های مربوط به نقاط سطح زمین و تبدیل این داده‌ها به شکل کاغذی یا استفاده از نرم‌افزارها انجام می‌شود. این روش‌ها شامل روش‌های نقشه‌ برداری و سنجش از دور می‌شوند.

ترسیم نقشه توپوگرافی با استفاده از داده­ های نقشه ­برداری

ترسیم نقشه توپوگرافی با استفاده از داده‌های نقشه‌ برداری یک روش بسیار رایج برای تهیه نقشه توپوگرافی در مناطق کوچک است. در این روش، با جمع‌آوری داده‌های ارتفاعی نقاط از طریق عملیات نقشه‌ برداری، اطلاعات لازم جمع‌آوری می‌شود و سپس این داده‌ها وارد نرم‌افزارهای تخصصی می‌شوند تا خروجی به صورت منحنی میزان از آن منطقه به دست آید.

بین نرم‌افزارهای تخصصی برای تبدیل داده‌های ارتفاعی (XYZ) به منحنی تراز، نرم‌افزارهای نقشه‌ برداری Surfer و سنجش از دور ArcGIS وجود دارند. این نرم‌افزارها قادرند داده‌های ارتفاعی ورودی را تبدیل کرده و منحنی‌های تراز مربوطه را ارائه دهند.

ترسیم نقشه توپوگرافی با استفاده از داده ­های عکس­برداری هوایی

ترسیم نقشه توپوگرافی با استفاده از داده‌های عکسبرداری هوایی یک روش سریع‌تر نسبت به روش‌های قبلی برای جمع‌آوری داده‌ها است. این روش با استفاده از هواپیما، بالگرد یا پهپاد انجام می‌شود. برای تهیه نقشه توپوگرافی با استفاده از روش عکسبرداری هوایی، مراحل زیر باید انجام شود:

• تصویربرداری از منطقه مورد نظر
• برداشت مختصات نقاط کنترل تصویربرداری
• اعتبارسنجی عوارض سطح زمین
• تفسیر داده‌ها
• نشانه‌گذاری
• ویرایش و چاپ

در ادامه، هر یک از این مراحل به طور خلاصه توضیح داده می‌شوند.

تصویربرداری از منطقه مورد نظر

برای ترسیم نقشه توپوگرافی با استفاده از روش تصویربرداری هوایی، ابتدا سطح زمین به چندین مقطع تقسیم می‌شود. سپس از هر مقطع، دو عکس با زوایای مختلف تهیه می‌شود. این روش امکان ایجاد تصاویر سه‌بعدی استریوسکوپی را فراهم می‌کند و این تصاویر سپس به منحنی‌های میزان تبدیل می‌شوند. تصویربرداری در این روش با یک ارتفاع ثابت صورت می‌گیرد و مسیر حرکت دوربین از شمال به جنوب تنظیم می‌شود.

داده‌های تصویری که از عملیات عکسبرداری هوایی به دست می‌آیند، با استفاده از نرم‌افزارهای مختلف به نقشه توپوگرافی با کیفیت تبدیل می‌شوند. این نرم‌افزارها قادرند تصاویر هوایی را پردازش کرده و اطلاعات توپوگرافی را استخراج کنند. با تحلیل و تفسیر دقیق داده‌های تصویری، ارتفاع‌ها، خطوط سطح زمین، منحنی‌های میزان و سایر ویژگی‌های توپوگرافی را در نقشه توپوگرافی نهایی نشان می‌دهند. این نرم‌افزارها قادرند به صورت خودکار و دقیق داده‌های تصویری را پردازش کرده و نقشه توپوگرافی با کیفیت و دقت بالا را تولید کنند.

برداشت مختصات نقاط 

برای اطمینان از دقت نقشه توپوگرافی، نیاز به برداشت نقاط کنترلی دقیق است. این نقاط کنترلی با استفاده از عملیات نقشه‌ برداری بررسی می‌شوند.

معمولاً محل تقاطع جاده‌ها و ویژگی‌های برجسته زمین به عنوان نقاط کنترل در نظر گرفته می‌شوند. نقاط کنترل افقی شامل مختصات طول و عرض محل را تعیین می‌کنند، در حالی که نقاط کنترل عمودی ارتفاع محل را تعیین می‌کنند. با برداشت دقیق این نقاط کنترلی، اطمینان حاصل می‌شود که داده‌های توپوگرافی به درستی و با دقت مناسب در نقشه توپوگرافی منعکس شده‌اند. این نقاط کنترلی به عنوان مراجع دقیق برای سایر اجزای نقشه توپوگرافی استفاده می‌شوند و باعث بهبود دقت و قابلیت اطمینان نقشه می‌شوند.

تایید عوارض موجود در نقشه

در مرحله بررسی عوارض در نقشه توپوگرافی، امکان تشخیص دقیق‌تر برخی از عوارض زمین مانند جاده‌ها، رودها، ساختمان‌های جدید یا ساختمان‌های تخریب شده فراهم می‌شود. در این مرحله، تمام عوارض، عناصر مشکوک، عنوان صحیح مکان‌ها و سایر جزئیات مورد بررسی و تأیید توسط کارشناسان حاضر در محل قرار می‌گیرند. این کارشناسان با بررسی دقیق نقشه و اطلاعات موجود در محل، اطمینان حاصل می‌کنند که عوارض به درستی شناسایی و در نقشه توپوگرافی صحیح نشان داده شده‌اند.

این مرحله در تهیه نقشه‌های توپوگرافی رسمی بسیار اهمیت دارد، زیرا دقت و صحت نقشه به طور قابل ملاحظه‌ای به تأیید و بررسی دقیق عوارض و عناصر موجود در آن بستگی دارد. با تأیید صحیح عوارض موجود در نقشه، اعتماد به دقت و صحت نقشه توپوگرافی افزایش می‌یابد و مطمئن می‌شویم که نقشه‌ها منعکس کننده واقعیت‌های زمینی هستند.

تفسیر نقشه

پس از مراحل قبلی تکمیل شده، جفت عکس‌های تهیه شده روی یک پروژکتور استریوسکوپ قرار می‌گیرند. یکی از عکس‌ها در لنز سمت چپ و دیگری در لنز سمت راست قرار می‌گیرد. این روش باعث نمایش سه‌بعدی سطح زمین می‌شود، به این معنی که عمق و فاصله بین اجسام و عوارض زمین در نقشه به خوبی قابل تفسیر است.

سپس، با استفاده از یک سیستم ردیابی نوری، منحنی‌های تراز روی نقشه توپوگرافی ترسیم می‌شوند. این سیستم به وسیله پردازش نورهایی که از منحنی‌های تراز عکس‌ها به دست می‌آیند، موقعیت دقیق این منحنی‌ها را تعیین می‌کند و آنها را بر روی نقشه توپوگرافی رسم می‌کند. این عمل باعث نمایش دقیق ترازهای زمینی و ارتفاعات مختلف در نقشه می‌شود.

در نهایت، پس از تکمیل رسم خطوط تراز و نمایش عوارض زمینی، خروجی نهایی به واحد حکاکی و چاپ تحویل داده می‌شود. در این واحد، نقشه توپوگرافی نهایی با استفاده از فرآیندهای حکاکی و چاپ بر روی مدیا مورد نهایی قرار می‌گیرد.

کاربردها و اهمیت نقشه توپوگرافی

نقشه‌های توپوگرافی در برخی از حوزه‌های علمی و مهندسی بسیار مهم و حیاتی هستند. در زیر به برخی از کاربردها و اهمیت‌های نقشه‌های توپوگرافی اشاره می‌کنم:

۱. علوم زمین: نقشه‌های توپوگرافی در زمینه‌های مختلف علوم زمین مانند زمین‌شناسی، ژئومورفولوژی، خاک‌ شناسی، آب‌شناسی و جغرافیا استفاده می‌شوند. این نقشه‌ها به ما کمک می‌کنند تا جزئیاتی از ساختار زمین، ترازها، پستی‌ها، بلندی‌ها و عوامل دیگر را درک کنیم.

۲. علوم مهندسی: در حوزه‌های مختلف مهندسی مانند عمران، معماری، نقشه‌ برداری و معدن، نقشه‌های توپوگرافی استفاده می‌شوند. این نقشه‌ها به مهندسان کمک می‌کنند تا در طراحی و ساخت پروژه‌های مختلف مانند جاده‌ سازی، ساختمان‌ سازی، فرودگاه و استخراج معادن، از جزئیات زمین و توپوگرافی استفاده کنند.

۳. محیط زیست: در مطالعات محیط زیست، نقشه‌های توپوگرافی اهمیت زیادی دارند. این نقشه‌ها به ما اطلاعاتی راجع به ترازها، ساختار زمین، رودخانه‌ها و مناطق حساس زیست محیطی را می‌دهند و در برنامه‌ریزی و مدیریت منابع طبیعی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۴. علوم نظامی: نقشه‌های توپوگرافی در عملیات نظامی و برنامه‌ریزی نظامی بسیار مهم هستند. این نقشه‌ها به نیروهای نظامی کمک می‌کنند تا اطلاعات جغرافیایی دقیقی از مناطق مختلف را دریافت کنند و براساس آن‌ها برنامه‌ریزی و تصمیم‌گیری کنند.

۵. مدیریت شهری: در برنامه‌ریزی شهری و مدیریت شهری، نقشه‌های توپوگرافی اهمیت بالایی دارند. این نقشه‌ها به ما اطلاعاتی راجع به ترازها، ساختار شهری، خطوط ارتباطی و مناطق مختلف شهری را می‌دهند و در برنامه‌ریزی توسعه شهری، طراحی و ساخت شهری و مدیریت زیرساخت‌های شهری استفاده می‌شوند.

۶. بهره‌برداری جنگل: در برنامه‌ریزی و مدیریت جنگل‌ها و منابع طبیعی، نقشه‌های توپوگرافی اهمیت دارند. این نقشه‌ها به ما اطلاعاتی راجع به جنگل‌ها، ترازها، آب‌ها و مناطق مختلف جنگلی را می‌دهند و در ایجاد برنامه‌های بهره‌برداری جنگل و حفاظت محیط زیست کمک می‌کنند.

۷. حل مشکلات و سهولت در انجام فعالیت‌ها: نقشه‌های توپوگرافی با ارائه اطلاعات دقیق درباره زمین و جزئیات آن، به ما کمک می‌کنند تا مشکلات را حل کنیم و فعالیت‌ها را به سهولت انجام دهیم. برای مثال، در برنامه‌ریزی یک ساختمان، نقشه‌های توپوگرافی به ما کمک می‌کنند تا بتوانیم تراز و بلندی زمین را در نظر بگیریم و طراحی صحیحی را انجام دهیم.

به طور کلی، نقشه‌های توپوگرافی به دلیل دقت و جزئیاتی که ارائه می‌دهند، در بسیاری از حوزه‌های علمی، مهندسی و برنامه‌ریزی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نقشه‌ها به ما امکان می‌دهند تا زمین را بهتر درک کنیم و در برنامه‌ریزی، طراحی و انجام فعالیت‌ها از جزئیات زمین استفاده کنیم.