نقشه توپوگرافی چیست و چگونه خوانده می شود؟ – آنچه باید بدانید به زبان ساده

نقشه، نمایش تصویری المان‌ها، اشیا و نواحی مختلف زمین یا سازه بر روی یک سطح نظیر کاغذ یا صفحه نمایش است. نقشه‌ها انواع مختلفی دارند که هر یک برای مقاصد عمومی و یا اختصاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عنوان مثال، نقشه‌های مرجع عمومی، تصویر ساده‌ای از ویژگی‌های فیزیکی زمین (عوارض طبیعی یا مصنوعی) را به صورت نمای دید از بالا نمایش می‌دهند. سوالی که برای اکثر افراد پیش می‌آید این است که با وجود دو بعدی بودن نقشه‌ها، چگونه می‌توان المان‌های واقعی سه بعدی را در آن‌ها تشخیص داد. نقشه توپوگرافی به عنوان یکی از نقشه‌های مرجع عمومی، با استفاده از منحنی های میزان، درک مناسبی از ویژگی‌های سه بعدی سطح زمین نظیر کوه‌ها، دره‌ها، روده‌ها، ساختمان‌ها، جاده‌ها و دیگر عوارض طبیعی و مصنوعی را فراهم می‌کند. در این مقاله، به معرفی کاربردها، اجزا، روش ترسیم و خواندن نقشه توپوگرافی می‌پردازیم. در انتهای مقاله نیز علاوه بر معرفی نرم افزارهای مورد استفاده برای ترسیم نقشه های توپوگرافی، مراحل رسم نیمرخ توپوگرافی را توضیح می‌دهیم.

توپوگرافی چیست ؟

به مطالعه سطح زمین برای تعیین عوارض طبیعی (کوه، دره، رود) و عوارض مصنوعی (جاده، ساختمان و غیره)، عارضه نگاری یا اصطلاحا «توپوگرافی» (Topography) می‌گویند.

عارضه نگاری توسط روش‌های مختلفی نظیر نقشه برداری (برداشت نقاط زمین توسط دوربین) یا سنجش از دور (عکس‌برداری هوایی، تصویربرداری ماهواره‌ای، فتوگرامتری یا رادارهای ماهواره‌ای) انجام می‌شود. اطلاعات حاصل از توپوگرافی در قالب یک نقشه به نمایش در می‌آیند و برای مقاصد مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

توپوگرافی انواع مختلفی دارد که با توجه به عوارض مورد مطالعه و عوامل به وجود آورنده عوارض به دسته‌های مختلفی نظیر توپوگرافی کارستی، توپوگرافی کوهستانی، توپوگرافی گیاهی، توپوگرافی ارتفاعی و غیره تقسیم می‌شوند.

نقشه توپوگرافی چیست؟

«نقشه توپوگرافی» (Topographic Map)، نقشه‌ای است که به منظور نمایش پستی‌ها، بلندی‌ها و شکل عوارض طبیعی و مصنوعی سطح زمین مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع نقشه، از پرکاربردترین نقشه‌های عمومی و یک ابزار مناسب برای تعیین ارتفاع نقاط و فاصله بین نقاط مختلف به شمار می‌رود.

نقشه های توپوگرافی از منحنی های میزان، علائم و رنگ‌‌های معرف تشیکل می‌شوند. این نقشه‌ها در بسیاری از پروژه‌ها به عنوان نقشه پایه برای ترسیم نقشه‌های بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

خلاصه‌ای از تاریخچه نقشه توپوگرافی

نقشه های توپوگرافی، با استفاده از مجموعه داده‌های حاصل از نقشه برداری و سنجش از دور رسم می‌شوند. با وجود عمر بیش از 5000 ساله روش های نقشه برداری زمین، یکی از اولین آثار استفاده از نقشه های توپوگرافی، به قرن 18 میلادی (قرن 11 شمسی) باز می‌گردد.

در این دوران، ارتش بریتانیا، مجموعه گسترده‌ای از عملیات‌های نقشه‌برداری را به منظور شناسایی دقیق عوارض سطحی زمین انجام داد. اطلاعات به دست آمده از این نقشه‌ها، باعث برتری استراتژیک در عملیات‌های نظامی می‌شد. پس از بریتانیا، ارتش آمریکا از نقشه‌های توپوگرافی به منظور تدوین استراتژی‌های تاکتیکی استفاده کرد. آشنایی کارشناسان حوزه‌های مختلف با داده‌های قابل استخراج از نقشه های توپوگرافی، گسترش کاربرد این نقشه‌ها در پروژه‌های مختلف، مخصوصا پروژه‌های راه‌سازی را در پی داشت.

در قرن 19 میلادی (قرن 12 شمسی)، نقشه های توپوگرافی برای طراحی مسیر اولین راه‌آهن بین قاره‌ای با نام «راه آهن پاسیفیک» (Pacific Railroad) مورد استفاده قرار گرفتند. در قرن 20 میلادی (قرن 13 شمسی)، مهندسان نقشه‌کشی در آمریکا با تهیه نقشه های توپوگرافی گسترده، به جستجوی کشورهای دیگر و گسترش دانش جغرافیایی خود پرداختند. امروزه، نقشه توپوگرافی از ابزار مهم در طراحی و اجرای بسیاری از پروژه‌های عمرانی، معدنی، زمین‌شناسی، آب‌شناسی، جغرافیایی و دیگر پروژه‌های مرتبط با زمین به شمار می‌رود. توسعه ابزارهای پیشرفته نقشه‌برداری و تصویربرداری، تهیه نقشه های توپوگرافی را بسیار ساده‌تر کرد و جزئیات قابل رسم در این نقشه‌ها را به میزان قابل توجهی افزایش داد.

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.

علاوه بر موارد ذکر شده، ورزشکاران، مسافران و تمام افرادی که قصد گذر از مسیرهای دارای پستی و بلندی را دارند می‌توانند از نقشه های توپوگرافی به عنوان یک راهنما استفاده کنند. در مجموع، این نقشه‌ها به عنوان ابزار شناسایی ویژگی‌های زمین (پروژه‌های زمین شناسی) و ابزار برنامه ریزی جهت تعیین فعالیت‌های مورد نیاز برای تغییر زمین (پروژه‌های مهندسی) به کار گرفته می‌شوند. در ادامه به تشریح کاربردهای نقشه توپوگرافی در حوزه های مختلف می‌پردازیم.

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.

عوارض نقشه های توپوگرافی چه هستند؟

نقشه های توپوگرافی جزئیات زیادی را در بر می‌گیرند. به عبارت دیگر، اطلاعات تمام عوارض طبیعی یا مصنوعی سطح زمین، به صورت المان‌های خطی یا گرافیکی در این نقشه‌ها به نمایش در می‌آیند. عوارض قابل نمایش در نقشه توپوگرافی عبارت هستند از:

• پستی و بلندی یا «رلیف» (Relief): نواحی کوهستانی، دره، شیب، گودال و غیره
• پهنه آبی: دریاچه، رود، رودخانه، مرداب، آبشار و غیره
• پوشش گیاهی: جنگل و دیگر نواحی پوشیده شده توسط گیاهان
• مسیر حمل و نقل: جاده، مسیر خاکی، راه آهن، پل، فرودگاه، پایگاه‌های هواپیمایی دریایی و غیره
• عوارض انسانی: ساختمان، توسعه شهری، نیروگاه، خط انتقال، لوله کشی، برج و غیره
• مرز: مرزهای بین المللی، استانی (ایالتی)، منطقه‌ای، اجرایی، استحفاظی، گردشگری، جغرافیایی و غیره
• عنوان: نام مکان‌ها، نام پهنه‌های آبی، نام خصوصیات برجسته فیزیکی، نام مرزها و غیره

در صورت وجود هر یک از موارد بالا در نقشه توپوگرافی، علامت مربوط به آن‌ها در لجند آورده می‌شود.

مقیاس در نقشه توپوگرافی

مقیاس یا اصطلاحا «اِسکِیل» (Scale)، بخشی است که رابطه بین فاصله دو نقطه بر روی نقشه با فاصله آن دو نقطه در واقعیت را نمایش می‌دهد. مقیاس نقشه معمولا به صورت یک نوار یا یک خط مدرج در پایین کادر نقشه یا پایین لجند قرار داده می‌شود. رسم نقشه های توپوگرافی با مقیاس‌های متفاوت صورت می‌گیرد. این مقیاس‌ها معمولا به کاربری و استانداردهای ملی بستگی دارند. به عنوان مثال، استاندارد آمریکا برای مقیاس نقشه های توپوگرافی، 1:24000 است. بر اساس این مقیاس، هر یک سانتی‌متر بر روی نقشه برابر با 24000 سانتی‌متر یا 240 متر خواهد بود. هر چه عدد مقیاس نقشه بزرگ‌تر باشد، نقشه محدوده بیشتری را با جزئیات کمتر پوشش می‌دهد.

با استفاده از خط‌کش و انجام محاسبات ساده می‌توان فاصله دو نقطه بر روی نقشه توپوگرافی را باد دقت خوبی به دست آورد. با این وجود، مقیاس نقشه معمولا به صورت یک نوار مدرج به نمایش در می‌آید. به این ترتیب، در صورت عدم دسترسی به ابزارهای محاسباتی، امکان اندازه‌گیری تقریبی فواصل توسط نخ یا دیگر اشیا ساده فراهم می‌شود.

خط تراز یا منحنی میزان چیست ؟

منحنی میزان یا «خط تراز» (Contour Line)، اصلی‌ترین مولفه در نقشه های توپوگرافی و نقطه تمایز آن‌ها با نقشه‌های دیگر است. محنی میزان از اتصال نقاط هم ارتفاع تشکیل می‌شود و امکان تشخیص شکل و نوع عوارض سطحی زمین را فراهم می‌کند. این منحنی به منظور رسم پروفیل یا نیمرخ زمین نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. پروفیل‌ها، کاربرد گسترده‌ای در پرژه‌های معدنی و عمرانی (تعیین حجم عملیات خاکی) دارند. در مجموع، تفسیر صحیح و خواندن نقشه های توپوگرافی بدون درک ویژگی‌های منحنی های میزان غیر ممکن است. در بخش‌های بعدی به معرفی ویژگی‌های این المان‌ها برای خواندن نقشه های توپوگرافی خواهیم پرداخت.

نقشه توپوگرافی چگونه ترسیم می شود ؟

ترسیم نقشه توپوگرافی با جمع‌آوری داده‌های معرف نقاط مختلف سطح زمین توسط روش‌های نقشه‌برداری یا سنجش از دور و پیاده کردن داده‌های به دست آمده بر روی کاغذ یا نرم افزار صورت می‌گیرد. به طور کلی، ترسیم نقشه های توپوگرافی یک محدوده، فرایند زمان‌بری است که با توجه به دقت برداشت نقاط و ترسیم نقشه می‌تواند تا حدود 5 سال نیز طول بکشید. این فرایند نیازمند افراد باتجربه و ماهر در حوزه‌های نقشه‌برداری، نقشه‌کشی، تفسیر داده‌های فضایی، حکاکی، چاپ و دیگر مهارت‌های مرتبط است.

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 نظیر Surfer 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.

عکس‌برداری

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.

سایه رنگ

نکته مهم دیگر در خواندن نقشه های توپوگرافی، رابطه بین عمق، ارتفاع و چگالی عوارض سطحی با سایه رنگ‌ها است. به عبارت دیگر، شباهت رنگ بین دو عارضه به معنای یکسان بودن ویژگی‌های آن‌ها نخواهد بود. به عنوان مثال، یک دریاچه با رنگ آبی پررنگ، عمق بیشتری نسبت به یک دریاچه با رنگ آبی کم دارد. تعداد درختان در جنگلی با رنگ سبز پررنگ از جنگلی با رنگ سبز کم رنگ بیشتر است. تقریبا در تمام موارد، استفاده از فام‌های مختلف یک رنگ برای نمایش ویژگی‌های سطحی، شدت آن ویژگی‌ها را نمایش می‌دهد. البته در برخی از موارد، امکان استفاده از الگوهای تصویری با همان رنگ‌های مشخص برای نمایش دقیق‌تر ویژگی‌های عوارض وجود دارد.

انواع منحنی میزان

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.

نمایش خطوط تراز به صورت خط چین، بیانگر تقریبی بودن یا قطعی نبودن داده‌های مورد استفاده برای ترسیم آن‌ها است. با پیدا کردن منحنی های تراز شاخص از روی نقشه توپوگرافی می‌توان ارتفاع این خطوط را به راحتی تشخیص داد. با این وجود، تشخیص ارتفاع منحنی های تراز میانی کمی دشوارتر است. این منحنی ها در بازه‌های ارتفاعی مشخص رسم می‌شوند.

بازه خطوط تراز

بازه منحنی تراز، فاصله عمودی یا اختلاف ارتفاع بین منحنی های تراز را نمایش می‌دهد. عدد بازه خطوط معمولا پایین مقیاس نوشته می‌شود. بازه انتخابی برای خطوط تراز به اختلاف ارتفاع کلی در محدوده نقشه بستگی دارد. به طور کی، این بازه باید به گونه‌ای باشد که خواند نقشه و تشخیص عوارض سطحی مهم را برای افراد ساده‌تر کند. تصویر زیر، نمونه‌‌ای از مقیاس و بازه خطوط تراز در یک نقشه توپوگرافی را نمایش می‌دهد. در ابن تصویر، بازه منحنی های تراز برابر با 40 فوت است. به عبارت دیگر، هر دو منحنی تراز مجاور دارای ۴۰ فوت (حدود 12 متر) اختلاف ارتفاع هستند.

توجه داشته باشید که اختلاف ارتفاع بین تمام منحنی های تراز مجاور (منحنی‌های شاخص و میانی یا منحنی‌های میانی و میانی) با یکدیگر برابر است. در نتیجه، در صورت عدم اطلاع از عدد بازه خطوط تراز، کافی است اختلاف بین دو منحنی شاخص مجاور را بر تعداد منحنی‌های میانی آن‌ها به علاوه یک تقسیم کنید. برای تشخیص ارتفاع هر یک از خطوط تراز میانی در نقشه توپوگرافی، ابتدا باید خطوط تراز شاخص بالایی و پایینی آن را پیدا کرده و عدد بازه را به ترتیب از تراز پایین به تراز بالایی اضافه کرد. به عنوان مثال، اگر بازه منحنی تراز برابر با 50 متر و ارتفاع دو منحنی شاخص برابر با 1000 متر و 1300 متر باشد، ارتفاع سومین خط تراز میانی بین دو منحنی شاخص برابر با 1150 متر خواهد بود.

عوارض قابل تشخیص توسط منحنی میزان

منحنی های تراز فقط برای تعیین ارتفاع یا فاصله بین نقاط کاربرد ندارد. این منحنی‌ها به عنوان اصلی‌ترین جز نقشه های توپوگرافی، اطلاعات بسیار زیادی را از شکل عوارض سطح زمین در اختیار ما قرار می‌دهند. در خواندن نقشه های توپوگرافی به کمک خطوط تراز، قواعد مشخصی وجود دارند که در ادامه به معرفی آن‌ها می‌پردازیم.

فاصله بین خطوط تراز، معیاری برای تعیین شیب

چگالی بالا و فاصله کم بین منحنی های میزان، نشان دهنده تغییر زیاد ارتفاع در فواصل کم یا به عبارت دیگر، شیب تند زمین در ناحیه تراکم خطوط است. به عنوان مثال، خطوط تراز در نواحی کوهستانی فاصله کمتری نسبت به خطوط تراز در نواحی مسطح (دشت یا صحرا) دارند. تصویر زیر، تفاوت بین فاصله بین منحنی های میزان در یکی از قله‌ها و بخشی از دامنه یک ناحیه کوهستانی را نمایش می‌دهد.

شعاع منحنی میزان، نشانه‌ای از وجود قله یا گودال

یکی دیگر از معیارهای تشخیص برجستگی‌ها و تورفتگی‌های زمین با استفاده از نقشه های توپوگرافی، نحوه تغییر شعاع خطوط تراز است. به عنوان مثال، کوچک‌تر شدن شعاع منحنی های تراز در یک ناحیه و وجود چندین منحنی هم مرکز نزدیک به هم، قله یا گودال در آن ناحیه را نمایش می‌دهد. در صورت افزایش عدد خطوط شاخص، عارضه زمین یک برجستگی (مانند قله کوه) بوده و در صورت کاهش عدد خطوط شاخص، عارضه زمین یک تورفتگی (مانند پیت معدنی) خواهد بود.

در نقشه های توپوگرافی، تورفتگی‌ها نظیر محدوده دهانه آتشفشان توسط منحنی‌های دارای هاشور نیز نمایش داده می‌شوند. تصویر زیر، بخشی از یک نقشه توپوگرافی را نمایش می‌دهد که در سمت چپ آن سه قله و در سمت پایین-راست آن یک تورفتگی یا گودال وجود دارد.

تشخیص آبراه و جهت جریان آب با یافتن شکل V

منحنی میزان با نزدیک شدن به محل عبور جریان‌های آبی به شکل حرف انگلیسی V یا U در می‌آید. نوک حرف V به منشا جریان آب اشاره دارد. به عنوان مثال، تصویر زیر را در نظر بگیرید. این تصویر، بخشی از یک نقشه توپوگرافی را نمایش می‌دهد. همانطور که مشاهده می‌کنید، در بخش مشخص شده، منحنی‌های تراز به شکل حرف V در آمده‌اند. به دلیل اشاره نوک V به سمت پایین نقشه، جهت جریان آب از پایین نقشه (منشا رود) به سمت اقیانوس (دهانه رود) خواهد بود.

تشخیص دره با یافتن منحنی های U شکل

منحنی‌های معرفی دره معمولا در کنار عوارض مرتفع نظیر کوه‌ها و به شکل حرف انگلیسی U در نقشه های توپوگرافی ظاهر می‌شوند. این منحنی‌ها معمولا موازی با منحنی‌های نشان دهنده جریان آب هستند. به علاوه، بخش قوسی آن‌ها، بالادست جریان آب را نمایش می‌دهد.

ادغام خطوط، نشانه‌ای از وجود پرتگاه

اگر در یک ناحیه، دو یا چند منحنی میزان با یکدیگر ادغام شوند، محل خطوط، بیانگر وجود پرتگاه است. البته گاهی اوقات پرتگاه‌های ناحیه در نقشه توپوگرافی ظاهر نمی‌شوند. به احتمال زیاد در این موارد، عدد بازه خطوط تراز بزرگ‌تر از ارتفاع پرتگاه است. به عنوان مثال، اگر بازه ارتفاعی منحنی های میزان برابر 15 متر و ارتفاع پرتگاه برابر 12 متر باشد، اثری از پرتگاه درون نقشه توپوگرافی دیده نخواهد شد. در برخی از نقشه های توپوگرافی، منحنی معرف پرتگاه برای تشخیص بهتر توسط هاشور نمایش داده می‌شود.

تشخیص خط الراس

در نواحی دارای چند قله، از یک ارتفاع مشخص به بعد، منحنی‌های نشان‌دهنده قله معمولا درون یک منحنی واحد قرار می‌گیرند. راستای طولی این منحنی بیانگر خط راس بلندی‌های ناحیه است.

تشخیص زین در مسیر خط الراس

به ناحیه دارای ارتفاع کم در مسیر خط راس، زین گفته می‌شود. تشخیص زین در نقشه های توپوگرافی به تعیین سریع‌ترین مسیر در نواحی کوهستانی کمک می‌کند.

تشخیص تیغه بلندی‌ها

تیغه‌های روی سطح کوه یا دیگر برجستگی‌ها زمین دارای الگویی مشابه با آبراهه‌ها اما برعکس آن‌ها هستند. تصویر زیر، نمونه‌ای از یک تیغه کوه را نمایش می‌دهد.

به منظور سهولت در خواندن نقشه توپوگرافی، بسیاری از عوارض زمین با استفاده از الگوهای مخصوص نمایش داده می‌شوند. افراد می‌توانند با بررسی لجند نقشه، مفهوم هر یک از این الگوها را پیدا کنند.

نیم‌رخ توپوگرافی چیست؟

رسم نیم‌رخ یا پروفیل توپوگرافی، یکی از کاربردهای مهم نقشه توپوگرافی به شمار می‌رود که به منظور تشخیص شکل و شیب سطح زمین در حوزه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، نیمرخ توپوگرافی از مهم‌ترین ابزارهای طراحی و محاسبه حجم عملیات خاکی در پروژه‌های راه‌سازی محسوب می‌شود. برای انجام این محاسبات، مهندسان پس از رسم چندین نیم‌رخ توپوگرافی در راستای مسیر پیشنهادی، نواحی خاکبرداری و خاکریزی را مشخص می‌کنند. سپس، با استفاده از روش‌های مختلف ریاضی نظیر درونیابی یا با استفاده از نرم افزارهای طراحی مانند اتوکد، حجم نواحی مشخص شده بین مجموعه پروفیل‌ها را به دست می‌آورند.

نیم‌رخ توپوگرافی چگونه رسم می شود ؟

نیمرخ توپوگرافی با استفاده از نقشه های توپوگرافی و به صورت دستی یا کامپیوتری رسم می‌شود. نرم افزار Surfer، ابزار کامپیوتری مناسبی است که امکان رسم سریع و دقیق پروفیل توپوگرافی را فراهم می‌کند. در این بخش، به معرفی اصول روش دستی ایجاد نیمرخ نقشه توپوگرافی می‌‌پردازیم.

مرحله اول: تعیین راستای نیم‌رخ توپوگرافی

به منظور ترسیم نیمرخ توپوگرافی ابتدا باید راستای مورد نظر خود را به صورت یک خط بر روی نقشه رسم کنیم. خط قرمز 'A-A در تصویر زیر، راستایی را نمایش می‌دهد که قصد ترسیم نیمرخ توپوگرافی بر اساس آن را داریم.

مرحله دوم: رسم راستای نیم‌رخ توپوگرافی بر روی کاغذ

در مرحله بعدی، لبه یک کاغذ سفید را بر روی خط 'A-A قرار می‌دهیم و نقطه ابتدایی و انتهایی خط را بر روی آن مشخص می‌کنیم. در صورت استفاده از کاغذ شطرنجی، فرایند ترسیم نیمرخ توپوگرافی بسیار ساده‌تر خواهد بود. البته به کارگیری کاغذ معمولی هیچ مانعی نداشته اما نیاز به دقت بیشتری برای ترسیم دارد. در این حالت، باید نقاط مشخص شده بر روی کاغذ را به هم متصل کرده و به موازات آن، چندین خط با فواصل یکسان رسم کرد.

مرحله سوم: علامت‌گذاری خطوط میزان

در مرحله بعدی به سراغ انتقال خطوط میزان از روی نقشه به کاغذ می‌رویم. به این منظور، محل برخورد منحنی‌ها با کاغذ را علامت‌گذاری کرده و عدد تراز متناظر با آن را در کنار علامت یادداشت می‌کنیم. مشخص کردن محل منحنی های تراز شاخص توسط خطوط پررنگ و علامت‌گذاری محل عبور جریان آب، دقت و کیفیت ترسیم را بهبود می‌بخشد.

نکته: در حین ترسیم، عدد بالاترین و پایین تراز ارتفاعی را به خاطر داشته باشید.

مرحله چهارم: تعیین ترازهای ارتفاعی

در این مرحله باید عدد ترازهای ارتفاعی را بر روی محور عمودی کاغذ یادداشت کنیم. به این منظور، محل برخورد خطوط افقی با خط عمودی را به گونه‌ای علامت‌گذاری می‌کنیم که کمترین و بیشترین تراز ارتفاعی در محدوده ترازهای کاغذ قرار داشته باشند. به عنوان مثال، در مثال مورد بررسی، کمترین و بیشتر ترازها برابر 260 و 420 فوت هستند. بازه فاصله ارتفاعی خطوط تراز نیز برابر 20 فوت است. با توجه به این مقادیر، تراز کف را به عنوان تراز 200 فوت و فاصله بین خطوط بر روی کاغذ را 10 فوت در نظر می‌گیریم. سپس، اعداد ترازهای ارتفاعی را مطابق با بازه منحنی‌ها بر روی کاغذ مشخص می‌کنیم.

نکته: مقیاس عمودی نیم‌رخ توپوگرافی باید مطابق با مقیاس ارتفاعی مشخص شده در استانداردهای تهیه نقشه باشد.

مرحله پنجم: علامت‌گذاری نقاط ارتفاعی

علامت‌گذاری نقاط ارتفاعی را از سمت چپ شروع می‌کنیم. این کار با خواندن عدد تراز در محور افقی و عدد متناظر با آن در محور عمودی انجام می‌شود. به عبارت دیگر، باید تمام نقاط دارای مختصات (x,y) با شرط x=y را بر روی کاغذ پیدا و علامت‌گذاری کنیم. به عنوان مثال در تصویر زیر، اولین نقطه از سمت چپ، مختصات (260,260) را نمایش می‌دهد. این فرایند برای تمام نقاط دیگر تکرار شده است.

مرحله ششم: تکمیل رسم نیم‌رخ توپوگرافی

با به دست آوردن تمام نقاط ارتفاعی، نوبت به ترسیم منحنی گذرنده از آن‌ها می‌رسد. به این منظور، هر دو نقطه مجاور را توسط یک خط با تغییرات ملایم به یکدیگر متصل می‌کنیم.

توجه داشته باشید که خطوط بالا بیانگر تغییرات سطح زمین در فاصله بین نقاط هستند. از این‌رو، باید تا حد ممکن شرایط واقعی را در هنگام ترسیم آن‌ها لحاظ کرد. به عنوان مثال، در اغلب موارد، فاصله بین دو نقطه در نواحی کوهستانی صاف و مستقیم نبوده و دارای پستی و بلندی است. توجه به این نکات، کیفیت نیمرخ توپوگرافی را افزایش می‌دهد.

تصویر زیر، نمایی از خروجی ترسیم خودکار نیم‌رخ توپوگرافی در نرم افزار Surfer است.

نرم افزارهای ترسیم نقشه توپوگرافی

بهترین نرم افزار برای رسم نقشه های توپوگرافی بر اساس داده‌های نقشه برداری، نرم افزار سورفر است. با این حال، نرم افزارهای دیگری نیز وجود دارند که به منظور ترسیم نقشه توپوگرافی بر اساس داده‌های سنجش از دور مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این بخش به معرفی برخی از این نرم افزاها خواهیم پرداخت.

توپوگرافی در گوگل ارث

«گوگل ارث» (Google Earth)، یکی از شناخته شده‌ترین نرم افزارهای عمومی در زمینه کار با داده‌های جغرافیایی و رسم نقشه های توپوگرافی است. قابلیت «Terrain View» در این نرم افزار، امکان مشاهده نمای سه بعدی از عوارض سطحی زمین نظیر کوه‌ها و دره‌ها را فراهم می‌کند.

این نما، منحنی های میزان عوارض زمین را نیز به صورت خطوط خاکستری رنگ نمایش می‌دهد. البته دقت نرم افزار گوگل ارث در نمایش داده‌های ارتفاعی به اندازه‌ای است که آن را به یک گزینه مناسب برای اجرای مطالعات اولیه سطحی تبدیل می‌کند. طبیعتا به منظور ترسیم نقشه‌های دقیق‌تر جهت مطالعات تفصیلی و تکمیلی، استفاده از نرم افزارهای تخصصی پیشنهاد می‌شود.

رسم توپوگرافی در ArcGIS

«ارک جی آی اس» (ArcGIS)، از معروف‌ترین و پرکاربردترین نرم افزارهای سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) است که امکان مدیریت و تحلیل داده‌های جغرافیایی را فراهم می‌کند.

ابزارهای متنوع و کاربردی این نرم افزار، آن را به گزینه اول اکثر سازمان‌ها و دانشگاه‌ها تبدیل کرده است. از ویژگی‌های کاربردی ArcGIS می‌توان به تهیه نقشه‌های توپوگرافی با جزئیات بالا و تبدیل نقشه های توپوگرافی اسکن شده به نسخه‌‌های دیجیتال اشاره کرد.

رسم توپوگرافی در Agisoft

«اجی سافت» (Agisoft) از دیگر ابزارهای شناخته‌شده در زمینه ایجاد مدل‌های سه بعدی حاصل از داده‌های فتوگرامتری است.

این نرم افزار، امکان کار با خروجی‌های تصویربرداری هوایی و ایجاد منحنی میزان بر روی آن‌ها را فراهم می‌کند.