بنچ مارک در نقشه برداری چیست؟ – به زبان ساده + انواع
بنچ مارک در نقشه برداری، نقطهای با ارتفاع معلوم از سطح دریا است. این نقطه، برای به دست آوردن ارتفاع نقاط دیگر مورد استفاده قرار میگیرد. به فرآیند استفاده از بنچمارک برای تعیین ارتفاع نقاط دیگر، ترازیابی میگویند. بنچمارکها، با عنوان نقاط مبنا یا ترازهای ارتفاعی مبنا نیز شناخته میشوند. این نقاط، بر اساس محدودهای که پوشش میدهند، در گروههای مختلف قرار میگیرند. بدون وجود بنچمارک، انجام عملیات نقشهبرداری غیرممکن است. در این مقاله، قصد داریم به معرفی انواع بنچ مارک در نقشه برداری و بنچمارکهای سازمان نقشه برداری ایران و نحوه انتقال این نقاط مبنا بپردازیم.
نقشه برداری چیست ؟
«نقشهبرداری» (Surveying)، عملیات اندازهگیری مشخصات موقعیت، زاویه و فاصله نقاط مختلف روی سطح زمین است. اطلاعات به دست آمده از این عملیات بهمنظور تهیه نقشههای مختلف در پروژههای عمرانی (ساختمانسازی، راهسازی، شهرسازی، سدسازی، پلسازی)، پروژههای معدنی و زمینشناسی مورد استفاده قرار میگیرد. علاقهمندان به این حوزه میتوانند با تحصیل در رشته نقشهبرداری، مهارتهای مرتبط با آن را فرا بگیرند.
مراحل نقشه برداری چه هستند ؟
نقشهبرداری، معمولا طی مراحل زیر انجام میگیرد:
- مطالعات مقدماتی
- برداشت نقاط
- جدولبندی
- نقشهکشی
- گزارشدهی
انواع نقشه برداری چه هستند ؟
معیارهای مختلفی برای تقسیمبندی نقشهبرداری وجود دارد. این عملیات بر اساس روش برداشت، مشخصات زمین مورد برداشت، هدف برداشت و تجهیزات مورد استفاده به انواع مختلف تقسیم میشود. انواع نقشه برداری بر اساس هدف برداشت عبارت هستند از:
- نقشهبرداری مهندسی
- نقشهبرداری زمینشناسی
- نقشهبرداری نظامی
- نقشهبرداری باستانشناسی
- نقشهبرداری کنترلی
در نقشهبرداری، مجموعهای از نقاط مبنا بهمنظور کنترل صحت برداشتهای دیگر مورد استفاده قرار میگیرد. این نقاط، معمولا توسط اشیا مخصوص، علامتگذاری شدهاند.
علامت برداشت چیست ؟
«علائم برداشت» (Survey Markers)، اشیایی هستند که بهمنظور مشخص کردن محل قرارگیری نقاط مبنا، بر روی سطح زمین قرار داده میشوند. این علائم، معمولا در نقشهبرداری ژئودزی مورد استفاده قرار میگیرند. اطلاعات مربوط به نقطه برداشت، بر روی علامت مربوط به آنها حک میشود.
ترازیابی چیست ؟
یکی از اطلاعات مهمی که طی عملیات نقشهبردای، به دست میآمد، ارتفاع نقاط است. به فرآیند تعیین اختلاف ارتفاع نقاط نسبت به یکدیگر، ترازیابی، «لولینگ» (Levelling) یا «نیولمان» (Nivellement) میگویند. در واقع، در ترازیابی، با استفاده از یک نقطه با ارتفاع معلوم، ارتفاع نقاط دیگر را محاسبه کنیم. ارتفاع معلوم، طی عملیات نقشهبرداری تعیین میشود یا با استفاده از نقاط مبنای به دست آمده از برداشتهای قبلی به دست میآید.
بنچ مارک چیست ؟
«بنچ مارک» (Bench Mark)، یک نقطه مبنا با ارتفاع مشخص از سطح دریا است که بهمنظور تعیین ارتفاع دیگر نقاط از سطح دریا مورد استفاده قرار میگیرد. بنچ مارکها، دادههای شبکههای ارتفاعی یک منطقه یا کشور را تشکیل میدهند. محل قرارگیری نقاط مبنا، معمولا با علامتهای برداشت مشخص میشود. به عنوان مثال، تصویر زیر، نمونهای از بنچ مارک است که علامت برداشت بر روی آن قرار دارد.
با نگاه کردن به علامت برداشت بالا، متوجه خواهید شد که:
- .B.M: علامت برداشت، یک بنچ مارک را نمایش میدهد. بنابراین، نقطه قرارگیری علامت، یکی از نقاط مبنای منطقه است.
- .U.S GEOLOGICAL SURVEY: برداشت تراز ارتفاعی و علامتگذاری بر روی این نقطه مبنا، توسط سازمان زمینشناسی آمریکا صورت گرفته است.
- ELEVATION ABOVE SEA: این علامت، ارتفاع نقطه مبنا از سطح دریا را نمایش میدهد.
- 8295FEET: این نقطه، در ارتفاع ۸۲۹۵ فوتی از سطح دریا قرار گرفته است.
- DATUM: ارتفاع نمایش داده شده، نسبت به سطح مبنای ژئودزی است.
در کشورهایی با پیشینه طولانی نقشهبرداری، پیدا کردن علائم بنچمارکها به عنوان یک تفریح در نظر گرفته میشود. به عنوان مثال، در آمریکا، قدمت برخی از این علائم به بیش از صد سال میرسد. از اینرو، علاقهمندان به گشت و گذار در طبیعت و یافتن اشیا قدیمی، به دنبال بنچمارکهای مناطق اطراف خود میگردند. از این تفریح با عنوان «بنچمارکینگ» (Benchmarking) یاد میشود.
تعریف بنچمارک در کتاب درسی نقشه برداری
برای به دست آوردن ارتفاع مطلق نقاط، باید اختلاف ارتفاع آنها را با سطح تراز دریاهای آزاد (سطح آزاد) به دست آوریم. انتقال ارتفاع از سطح آزاد تا محل کار نقشهبرداری، کار بسیار مشکل، پرهزینه و وقتگیر است. از اینرو، سازمانهای مسئول نقشهبرداری، در هر کشور، تعدادی نقطه را به صورت نقاط مبنا در سراسر کشور انتخاب و ارتفاع آنها را از سطح مبنا به دست میآوردند تا مورد استفاده نقشهبرداران قرار بگیرد. به این نقاط، «بنچمارک» (Bench mark) میگویند و آن را به اختصار با B.M نمایش میدهند.
بنچ مارک یا بنچمارک کدام درست است ؟
در برخی از منابع فارسی، بنچ مارک را پیوسته و به صورت «بنچمارک» مینویسند. با این وجود، عبارت صحیح برای اشاره به نقاط مبنا ارتفاعی، بنچمارک (دو عبارت جدا از هم) است. در زبان انگلیسی نیز این کلمه به دو شکل متفاوت نوشته میشود. «Bench Mark»، عبارت صحیح برای اشاره به نقاط مبنای ارتفاعی است. با این وجود، برخی به اشتباه عبارت «Benchmark» را به جای Bench Mark به کار میبرند. در دستورالعملها و استانداردهای ایران، از بنچ مارک با عنوان ایستگاه ترازیابی دقیق نیز یاد میشود.
نحوه حک نام بر روی بنچ مارک در ایران
بر اساس نشریه ۱۱۹ سازمان مدیریت و برنامهریزی تحت عنوان «دستورالعملهای همسان نقشهبرداری - جلد اول: ژئودزی و ترازیابی»، نام ایستگاه ترازیابی دقیق (BM)، در سه سطر و بسمت شمال مغناطیسی به صورت زیر حک میشود.
معنی نوشتههای روی بنچ مارک عبارت است از:
- سطر اول: نام موسسه مجری (در مثال بالا، NCC، مجری راهاندازی ایستگاه بوده است.)
- سطر دوم: حروف مربوط به نام ایستگاه (در مثال بالا، BTBU، نام ایستگاه را نمایش میدهد.)
- سطر سوم: شماره ایستگاه (در مثال بالا، شماره ایستگاه برابر با 1014 است.)
در صورت بازسازی شدن ایستگاه BM، کد عددی باید قبل از نام حروفی ایستگاه حک شود. به عنوان مثال، کد بنچ مارک بالا به «۱BTBU» تغییر میکند.
انواع پنچ مارک در نقشه برداری چه هستند ؟
بنچ مارک، معمولا به چهار نوع بنچ مارک ژئودزی، بنچ مارک دائم، بنچ مارک اختیاری و بنچ مارک موقت تقسیم میشوند. در ادامه، به معرفی هر یک از این موارد میپردازیم.
بنچ مارک ژئودزی در نقشه برداری چیست ؟
«مثلثبندی» (Triangulation)، یکی فرآیندهای رایج در نقشهبرداری نواحی بزرگ است که بهمنظور تعیین موقعیت یک نقطه، از روی زاویه آن با نقاط معلوم مورد استفاده قرار گیرد. این روش در تعیین مشخصات نقاط برای تعیین مساحت قطعههای زمین، مکانیابی اجسام، تعیین مرز نواحی نیز کاربرد دارد.
تصویر بالا را در نظر بگیرید. این تصویر، شبکه مثلثبندی یک شهر را نمایش میدهد. در این شبکه، یکسری از نقاط به عنوان نقاط مبنا و اصلی در نظر گرفته میشوند. ارتفاع این نقاط نسبت به سطح دریا، معلوم و ثابت است. به علاوه، تعیین موقعیت آنها با دقت بسیار بالایی انجام شده است. بنابراین، برای به دست موقعیت نقاط محدودههای کوچکتر در شهر، از مشخصات نقاط مبنا کمک گرفته میشود. در واقع، نقشهبرداران ابتدا وجود نقطه مبنا در نزدیکی محل اجرای پروژه را بررسی میکنند. این نقاط، با بنچ مارک مشخص شدهاند. به این بنچمارکها، «بنچ مارک ژئودزی» (Geodetic Bench Mark) «بنچ مارک برداشت مثلث بندی بزرگ» (Great Trigonometrical Survey Bench Mark) یا بنچ مارک GTS میگویند. سازمان نقشهبرداری، وظیفه تعیین نقاط مبنا و فراهم کردن این نوع بنچمارک برای آنها را بر عهده دارد.
مقادیر بنچمارک (ارتفاعهای مبنا)، برای برداشت نقاط یک ناحیه ضروری هستند. در برخی از نواحی، فاصله محل نقشهبرداری تا نقاط مبنا به کمتر از یک کیلومتر میرسد. از اینرو میتوان ارتفاع آنها را به راحتی توسط تجهیزات ترازیابی خودکار و شاخص، به محل مورد نظر انتقال داد. با این حال، فاصله محل نقشهبرداری تا نقاط مبنا، معمولا بسیار زیاد است. در این شرایط، حتی متداولترین روشهای انتقال بنچ مارک توسط تجهیزات خودکار، دشوار بوده و نیازمند صرف زمان و نیروی کار بیشتر خواهد بود. البته استفاده از دوربین توتال استیشن میتواند زمان فرآیند انتقال بنچمارک را کاهش دهد.
بنچ مارک دائمی در نقشه برداری چیست ؟
«بنچمارک دائمی» (Permanent Benchmark)، یک نقطه مبنای ثابت است که توسط سازمانهای دولتی در برخی از مناطق علامتگذاری میشود. برداشت این نقطه نسبت به بنچمارکهای اصلی (شبکه ارتفاعی اولیه نظیر GTS) صورت میگیرد. این نوع بنچ مارک، معمولا در یک موقعیت آشکار (اصطلاحا بخش توی چشم) از آبگذرها، پلها یا ساختمانها انتخاب میشود. در بسیاری از کشورها، برای تعیین محل دقیق نقطه مبنای دائمی، از علامتی مشابه تصویر زیر استفاده میکنند.
بنچ مارک اختیاری در نقشه برداری چیست ؟
هنگام ترازیابی در مقیاس کوچک یا در صورت نبودن بنچ مارک دائمی در نزدیکی محل نقشهبرداری، عملیات برداشت با توجه به اشیا برجستهای نظیر پایه ستون سازهها انجام میگیرد. در این شرایط، یک ارتفاع فرضی (مانند ارتفاع ۱۰۰ متر از سطح دریا) برای نقطه مبنا دلخواه انتخاب میشود. به این ارتفاع، «بنچمارک اختیاری» (Arbitrary Benchmark) میگویند.
بنچ مارک موقت در نقشه برداری چیست ؟
«بنچ مارک موقت» (Temporary Bench-Mark) یا به اختصار «TBM»، نقطه مبنایی است که در انتهای روز کاری، برای ادامه عملیات برداشت در روز کاری بعدی تعیین میشود. در پروژههای بزرگ، فعالیتهای نقشهبرداری، چند روز به طول میانجامند. بنابراین، با رسیدن به پایان روز یا شیفت، نقشهبرداران، عملیات برداشت را متوقف کرده و نقطهای با ارتفاع مشخص را به عنوان نقطه مبنای موقت انتخاب میکنند. این نقطه میتواند با توجه به اشیا یا سازههای ثابت در محدوده برداشت انتخاب شود. با ادامه عملیات در روز یا شیفت بعدی، بنچ مارک موقت، بهمنظور ادامه برداشت و ترازیابی نقاط بعدی مورد استفاده قرار میگیرد.
بنچ مارک های سازمان نقشه برداری ایران
سازمان نقشهبرداری ایران، نقش ایجاد و گسترش اطلاعات مبانی مربوط به علوم نقشهبرداری را بر عهده دارد. این سازمان، بنچمارکهای خود را تحت عنوان «دادههای شبکههای ارتفاعی» به متقاضیان ارائه میکند. بنچمارکهای ایران، به سه گروه درجه یک، درجه دو و درجه سه تقسیم میشوند. هر یک از پنجمارکها (ایستگاههای شبکه ارتفاعی کشور)، بر اساس دستورالعملهای مختص به خود ایجاد و اندازهگیری شدهاند. طول مسیر تمام این ایستگاهها به بیش از ۸۰ هزار کیلومتر میرسد. جدول زیر، مشخصات کلی شبکه ترازیابی سراسری ایران را نمایش میدهد.
نوع ایستگاه | فاصله متوسط دو بنچ مارک از یکدیگر | تعداد مسیر طراحی شده ترازیابی | تعداد مسیر ترازیابی شده | طول مسیر مشاهده شده |
دقت (بر حسب میلیمتر) |
درجه یک | ۱/۵ تا ۲/۵ کیلومتر | ۲۳۹ | ۲۳۳ | ۳۰۵۰۰ کیلومتر | ۳ |
درجه دو | ۱/۵ تا ۴ کیلومتر | ۳۴۰ | ۳۲۵ | ۲۵۳۷۰ کیلومتر | ۸ |
درجه سه | ۲/۵ تا ۵ کیلومتر | ۸۶۳ | ۸۲۶ | ۲۵۰۰۰ کیلومتر | ۱۲ |
علاوه بر شبکههای ترازیابی ارتفاعی درجه یک تا سه، شبکهای برای ترازیابی شهری در نظر گرفته شده است. در هر نوع از ترازیابی، هدف بهبود تراکم نقاط مبنا برای پوشش مناطق بیشتر است. به عنوان مثال، شبکه ترازیابی شهری، بهمنظور ایجاد تراکم مناسب نقاط ارتفاعی، فراهم کردن نقاط مبنا برای نقشهبردایهای محلی، مطالعه نشست بر اساس نقشههای توپوگرافی، ایجاد نقاط کنترل سازههای بلند و بررسی جابجاییهای ارتفاعی پوسته زمین مورد استفاده قرار میگیرند.
استاندارد شبکه بنچ مارک سازمان نقشه برداری ایران
هر یک از انواع شبکههای ارتفاعی کشور، باید دارای مشخصات نمایش داده شده در جدول زیر باشند. این جدول بر اساس بند ۳-۲ نشریه ۱۱۹ سازمان مدیریت و برنامهریزی کشور است.
درجه ترازیابی | معیار دقت بر حسب میلیمتر | متوسط فاصله دو بنچ مارک به کیلومتر | دقت ترازیاب بر حسب میلیمتر | نوع شاخص یا میر | بزرگنمایی ترازیاب | دیگر تجهیزات |
درجه یک | $$ ۳ ^ { \sqrt{ k } } $$ | ۲ | ۰/۲ تا ۰/۳ در یک کیلومتر ترازیابی رفت و برگشت | شاخص انوار دولبه | ۳۲ تا ۴۰ برابر | دماسنج تفاضلی با دقت ۰/۱ درجه سانتیگراد و فشارسنج با دقت ۱ میلیمتر جیوه |
درجه دو | $$ ۸ ^ { \sqrt{ k } } $$ | ۳ | ۰/۷ در یک کیلومتر ترازیابی رفت و برگشت | شاخص انوار دولبه | ۳۲ تا ۴۰ برابر | دماسنج با دقت ۰/۵ درجه سانتیگراد |
درجه سه | $$ ۱۲ ^ { \sqrt{ k } } $$ | ۴ | ۰/۷ تا ۱/۵ در یک کیلومتر ترازیابی رفت و برگشت | شاخص یکلبه مهندسی | ۳۲ برابر | - |
استانداردهای مربوط به بنچ مارک، در جدول بالا خلاصه نمیشوند. محل انتخابی برای راهاندازی ایستگاه ترازیابی دقیق و ساختمان آن، باید دارای ویژگیهای خاص باشد. در فصل سوم و چهارم نشریه ۱۱۹ سازمان مدیریت و برنامهریزی، به این مباحث پرداخته شده است.
شناسنامه بنچ مارک در نقشه برداری بر اساس نشریه ۱۱۹
برای هر ایستگاه ترازیابی، یک شناسنامه مخصوص تهیه میشود. این شناسنامه باید دارای مشخصات زیر باشد:
- اطلاعات شناسایی: نام ایستگاه، نوع ایستگاه، منطقه عملیات، نزدیکترین آبادی، طول جغرافیایی و غیره
- شرح ایستگاه: مشخصات و ابعاد ایستگاه
- موقعیت ایستگاه
- محل ایستگاه
- وضع BM نسبت به عوارض مجاور
- فاصله از محور جاده
- فاصله از دو نقطه مشخص
- فاصله BM از ایستگاه درجه یک
- وضعیت ایستگاه درجه نسبت به عوارض مجاور
- فاصله از ایستگاههای قبل و بعد
- راه دسترسی
- ترسیم کروکی
انتقال بنچ مارک در نقشه برداری چگونه انجام می شود؟
«انتقال بنچمارک» (Bench Mark Shifting)، فرآیند ترازیابی یک بنچمارک جدید با توجه به بنچ مارک قدیمی است. برای اجرای این فرآیند، دو حالت وجود دارد:
- بنچ مارک قدیمی و جدید نزدیک یکدیگرند.
- بنچ مارک قدیمی و جدید از هم دور هستند.
انتقال بنچ مارک به نقطه نزدیک
بهمنظور انتقال بنچمارک از نقطه قدیمی به نقطه جدید در فاصله نزدیک، دوربین را در نزدیکی نقطه دارای ارتفاع معلوم قرار میدهیم. سپس، با قرار دادن شاخص بر روی آن و نشانهروی، قرائت عقب (BS) را به دست میآوریم. در قدم بعدی، شاخص را بر روی بنچ مارک جدید قرار داده و با نشانهروی به سمت آن، قرائت جلو (FS) را نیز به دست میآوریم.
به این ترتیب، امکان محاسبه تراز ارتفاعی بنچ مارک جدید بر اساس فرمول زیر فراهم میشود:
$$ B.M = H.I - FS $$
- B.M: تراز ارتفاعی بنچمارک جدید
- H.I: ارتفاع دوربین (حاصلجمع تراز ارتفاعی بنچمارک قدیم و قرائت عقب)
- FS: قرائت جلو
انتقال بنچ مارک به نقطه دور
بهمنظور انتقال بنچمارک به نقطه دور، از ترازیابی تدریجی استفاده میکنیم. در این روش، ابتدا دوربین را در نزدیکی بنچمارک قدیمی قرار داده و قرائت عقب را انجام میدهیم. با توجه به فاصله، چندین ایستگاه برداشت بین دو بنچمارک در نظر میگیریم. سپس، شاخص را به اولین نقطه میانی برده و قرائت جلو را به دست میآوریم. در مرحله بعد و در صورت وجود نقاط میانی بیشتر، دوربین را به نقطه میانی بعدی برده و قرائت جلو را تعیین میکنیم. این کار را تا به دست آوردن قرائت جلو با نشانهروی به شاخص روی بنچمارک جدید انجام میدهیم.
در نهایت، مجوعهای از قرائتهای عقب و جلو را به دست میآوریم. با قرار دادن این قرائتها درون جدول ترازیابی، تراز ارتفاعی بنچ مارک جدید به دست میآید.
سوالات متداول در رابطه با بنچ مارک
در این بخش، به برخی از پرتکرارترین سوالات در مورد پنچ مارک به طور خلاصه پاسخ میدهیم.
تعریف بنچمارک در نقشه برداری چیست ؟
بنچ مارک، نقطه مبنای ارتفاعی (نقطهای با ارتفاع مشخص) است. این نقطه برای اندازهگیری غیرمستقیم ارتفاع دیگر نقاط نسبت به سطح مبنا (معمولا سطح آبهای آزاد) مورد استفاده قرار میگیرد.
کاربرد بنچمارک در نقشه برداری چیست ؟
در انجام پروژههای بزرگ و دقیق، با مراجعه به بنچ مارک، از آن تا یکی از نقاط پروژه، ترازیابی تدریجی انجام میدهند تا ارتفاع مطلق آن نقطه و دیگر نقاط پروژه را به دست بیاورند.
نحوه انتقال نقاط مبنا در نقشه برداری چگونه است ؟
در صورت نزدیک بودن نقطه اولیه و نهایی، انتقال نقاط مبنا توسط ترازیابی مستقیم انجام میگیرد. اگر فاصله نقاط زیاد باشد، انتقال نقاط مبنا به روش ترازیابی تدریجی انجام میشود.
بنچ مارک چه انواعی دارد ؟
بنچمارک ژئودزی، دائمی، اختیاری و موقت، از انواع نقاط مبنا هستند.
استاندارد بنچ مارک در ایران چیست ؟
دستورالعملهای مربوط به ترازیابی و بنچمارک (ایستگاه ترازیابی دقیق) در نشریه ۱۱۹ سازمان مدیریت و برنامهریزی بودجه کشور آورده شده است.