ترازیابی (مستقیم )

ترازیابی (مستقیم )

5-1 تعاریف

ترازیابی : ترازیابی به عملیاتی گفته میشود که برای تعیین یک نقطه یا اختلاف ارتفاع بین دو نقطه یا نقاط مختلف انجام میشود .

ارتفاع : عبارت است از فاصله قائم یک نقطه نسبت به سطح مقایسه

سطح مقایسه : همان سطح دریاهای آزاد یا ژئویید است . در عملیات نقشه برداری محدود ، گاهی سطح مقایسه را سطحی غیر از سطح اقیانوس ها در نظر میگیرند و ارتفاع همه نقاط مورد نظر را نسبت به آن سطح مقایسه قراردادی میسنجند . سطح ژئویید دارای انحناست ، ولی در مواردی که ارتفاع نقاط در یک سطح کوچک اندازه گیری میشود ، سطح مقایسه را میتوان سطح افقی عمود بر خط قائم در آن محل در نظر گرفت . برای آن که در اندازه گیری ارتفاعات به ارتفاع منفی برخورد نشود ، غالباً سطح مبنای انتخابی را پایین تر از کم ارتفاع ترین نقطه منطقه مورد نظر اندازه گیری انتخاب میکنند .

سطح تراز : سطحی است که همه نقاطش بر امتداد شاغولی آن نقاط عمود است . در یک منطقه کوچک میتوان گفت در هر منطقه سطح تراز سطحی است موازی آبهای ساکن محل مثل دریاچه و مرداب . بنابراین ، در هر نقطه بیش از یک سطح تراز وجود ندارد .

خط تراز : هر خط واقع در سطح تراز را خط تراز میگویند . بنابراین ، در یک نقطه بی نهایت خط تراز وجود دارد .

سطح تراز مبنا : سطح متوسط آب دریاهای آزاد است با این فرض که زیر خشکیها نیز ادامه یافته است .

امتداد قائم : همان امتداد خط شاغولی است که از مرکز زمین نیز میگذرد .

صفحه افق : صفحه ای است عمود بر امتداد قائم یا شاغولی آن نقطه .

5-2 دستگاه ترازیاب و اجزاء آن

دستگاه ترازیاب از سه قسمت فوقانی ، میانی و تحتانی تشکیل شده است . قسمت فوقانی شامل تلسکوپ و وسایل قراول روی و قسمت میانی شامل تراز و صفحه مدرج و قسمت تحتانی شامل پیچ های تراز کننده و اتصال و صفحه اتصال دستگاه روی سه پایه است که هر قسمت ضمائمی دارد .

ویژگیهای قسمتهای مختلف ترازیاب به شرح زیر است :

الف/ پایه که به وسیله سه یا چهار پیچ تراز کننده روی صفحه زیر پایه تکیه میکند و روی آن یک تراز قرار دارد و روی هر پایه دایره مدرج افقی برای اندازه گیری زاویه افقی طراحی شده است .

ب/ دوربین که در کنار تراز (برای ترازهای اتوماتیک یا دارای کمپانساتور) برای افقی کردن خط نشانه روی قرار دارد . این قسمت ، حول محور قائم دوران میکند ، و با یک پیچ نگهدارنده سمتی بسته میشود و با پیچ حرکت جزئی سمتی به مقدار جزئی در سمت میچرخد تا خط رتیکول روی هدف قرار گیرد .

ج/ لوله دوربین قسمتی از دوربین است که با آن میتوان زاویه دید را بزرگتر کرد تا اشیاء دور با چشم دیده شوند . لوله دوربین در دستگاه ترازیابی از عدسی شیئی (مجموعه ای از چند عدسی به هم چسبیده) ، صفحه رتیکول و عدسی چشمی ، که شامل یک یا چند عدسی است ، یشکیل شده است . یکی از مشخصات ویژه ترازیاب ها درشت نمایی آنهاست که با نسبت فاصله کانونی عدسی شیئی به فاصله کانونی عدسی چشمی تعریف میشود . بنابراین ، هرچه دهانه عدسی شیئی بزرگتر باشد درشت نمایی دستگاه زیادتر است .

د/ تارهای رتیکول برای این که بتوان نقطه معینی را از نظر مکانی نشانه روی کرد از تارهای رتیکول استفاده میشود . داخل لوله دوربین صفحه ای به نام صفحه رتیکول (صفحه مشبک شده) قرار دارد که بر روی آن تارهای افقی و قائم برای نشانه روی حک شده است . در ترازیاب های دقیق نصف تار افقی به صورت دوشاخه ای است که حالت انطباق را با خطوط میر (شاخص) آسان تر میکند .

ه/ خط دید یا محور نوری دوربین ، خطی است فرضی که محل تقاطع تارهای رتیکول را به مراکز عدسی شیئی و چشمی وصل میکند . این خط را خط کلیماسیون نیز میگویند .

و/ محور قائم دوربین محوری است که دستگاه ترازیاب جول آن در یک سطح افقی دوران میکند .

5-3 تراز دستگاه

تراز در دوربین های نقشه برداری برای افقی و قائم کردن محورهای دستگاه استفاده میشود . معمولاً ترازها از یک محفظه شیشه ای ، که داخل آن از اتر یا الکل پر شده است و فقط یک حباب خالی در آن باقی مانده ، درست شده است . ترازها معمولاً 2 نوع اند : تراز کروی و تراز لوله ای یا استوانه ای .

تراز کروی : از یک استوانه شیشه ای تشکیل شده است که قسمت بالای آن از داخل به صورت کروی است و به جز یک حباب دایره ای شکل یا مایع حساس ، که همان اتر یا الکل است ، پر شده و در یک محفظه فلزی جای گرفته است . در این نوع ترازها محور تراز عبارت است از خط عمود بر صفحه مماس در نقطه وسط تراز ، تراز کروی برای افقی کردن تقریبی یک سطح یا عمود قرار دادن یک محور به کار میرود .

تراز لوله ای یا استوانه ای : تراز لوله ای از یک لوله شیشه ای ، که طرف بالای آن به شکل استوانه خمیده مانندی با شعاع معین است ، تشکیل شده است . هر دو انتهای لوله نیز مسدود است و با الکل و اتر ، تا جایی که یک حباب داخل آن به وجود آید ، پر شده است .

برای مشاهده وضعیت حباب در خارج لوله تراز تقسیماتی به فواصل معین (2میلیمتر) تعبیه شده است . نقطه وسط تقسیمات را علامت میانه و خط مماس در این نقطه درجهت طول تراز را محور تراز یا خط هادی میگویند . بنابراین به کمک این ترازها میتوان خط دید یا محور کلیماسیون را افقی کرد یا محور دستگاه را به حالت قائم قرار داد .

5-4 شاخص (میر)

شاخص خط کش چوبی است که با تقسیم به سانتیمتر مدرج شده است و برای سهولت خواندن آن سانتیمترها غالباً یک در میان به رنگ قرمز یا سیاه در زمینه سفید رنگ نشان داده شده اند و هر ده سانتیمتر با خط بزرگتر مشخص شده است .

از این وسیله برای تعیین اختلاف بین دو نقطه استفاده میشود و روی نقطه مورد نظر به حالت قائم قرار داده میشود . برای قائم قرار دادن میر معمولاً تراز کروی در کنار آن نصب میشود . بعضی از انواع آنها مجهز به یک تراز کوچک اند .

این وسیله معمولاً از چوب مقاومی ساخته میشود و طول آن 2 یا 3 یا 4 متر ، عرض آن بین 12-7 سانتیمتر است . ضخامت آن به جنس چوبی که از آن ساخته میشود بستگی دارد که در حدود چند سانتیمتر است . برای سهولت حمل و نقل میرهای تاشدنی با گیره بست دار وجود دارند .اعداد بعضی از میرها به صورت معکوس نوشته شده است که همراه با دوربین های معکوس به کار برده میشود . در بعضی دیگر به صورت مستقیم است که با دوربین های مستقیم به کار میروند . معمولاً اعداد میر به صورت 4 رقمی است و در موقع ترازیابی عددی که تار وسط رتیکول روی آن است قرائت میشود .

5-5 تراز کردن ترازیاب

الف / برای دستگاه هایی که تراز کروی دارند پس از قرار دادن تراز کروی بین دو تا پیچ تراز کننده دو پیچ را در جهت مخالف یکدیگر میچرخانیم تا حباب تراز در امتداد پیچ سوم تراز کننده قرار گیرد . سپس با چرخاندن پیچ سوم حباب را وسط دایره تنظیم تراز می آوریم .

ب/ در دستگاه هایی که تراز استوانه ای دارند برای تراز کردن ابتدا محور تراز دستگاه را موازی امتداد دو پیچ تراز کننده قرار میدهیم و با چرخاندن این دو پیچ در جهت مخالف یکدیگر حباب تراز را وسط می آوریم سپس دوربین را میچرخانیم تا تراز آن در امتداد پیچ سوم قرار گیرد و این بار فقط با چرخاندن همین پیچ در جهت مناسب حباب را دوباره به وسط (بین دو نشانه ) می آوریم در این حالت باید دستگاه تراز باشد .

5-6 مستقر کردن ترازیاب (ایستگاه گذاری)

برای استقرار ترازیاب روی یک نقطه مشخص ابتدا سه پایه را ، که زیر آن شاغول اضافه شده است ، طوری قرار میدهیم که نقطه بین پایه های سه پایه قرار گیرد . سپس با تغییر مکان دوپایه یا سه پایه نوک شاغول را روی نقطه می آوریم . در حین کار سعی میکنیم صفحه بالای سه پایه را تقریباً افقی کنیم . بلندی سه پایه پس از استقرار بایستی متناسب با قد شخص عامل باشد تا شخص همواره برای کار با ترازیاب تسلط کافی داشته باشد .

5-7 حذف پارالاکس

پس از استقرار ترازیاب تصویری که به وسیله عدسی شیئی ایجاد میشود باید در صفحه رتیکول قرار گیرد . تصویر و خطوط رتیکول ، که به وسیله عدسی چشمی مشاهده میشود ، چنانچه در یک سطح قرار نداشته باشند ، میگویند . تصاویر از هم جدا افتاده اند . بنابراین ، دستگاه دارای پارالاکس است . برای حذف پارالاکس عامل ابتدا با گرفتن یک برگ کاغذ سفید جلو لوله دوربین حلقه دور چشمی را به چپ و راست میچرخاند تا خطوط رتیکول را واضح ببیند . سپس پیچ تنظیم شیئی را آن قدر میچرخانیم تا هدف (میر) واضح دیده شود .

5-8 اصول کار ترازیابی

ترازیابی ساده : وقتی که برای تعیین اختلاف ارتفاع بین دو نقطه بیش از یک ایستگاه گذاری نیاز نباشد ترازیابی را ساده گویند ، طوری که بتوان از محل استقرار ترازیاب به دو نقطه مورد نظرقراول روی کرد . بنابراین ، چنانچه هدف اندازه گیری اختلاف ارتفاع بین دو نقطه A و B باشد ، بر حسب آنکه محل ایستگاه کجا باشد به روش زیر عمل میکنیم .

الف/ ایستگاه روی هیچ کدام از نقاط نیست . برای پیدا کردن اختلاف ارتفاع دو نقطه A,B در نقطه ای دلخواه ، که از آن نشانه روی به شاخص در دو نقطه امکان پذیر باشد ، ترازیاب را مستقر میکنیم . ترازیاب باید جایی قرار گیرد که فاصله A,B تا ترازیاب تقریباً مساوی باشد ( این کار علاوه بر آنکه خطای حاصل از تنظیم نبودن دستگاه را از بین میبرد ، خطای انکسار نور و کرویت زمین را هم حذف میکند) . بعداً به نقطه A قراول میرویم و تار رتیکول وسط دوربین که روی شاخص در نقطه A قرار گرفته است را قرائت میکنیم . آن را با BS نشان میدهیم (قرائت عقب) ، پس از آن به شاخصی که در نقطه B قرار گرفته قراول روی میکنیم و عدد تار وسط روی شاخص را قرائت میکنیم و آن را به عنوان FS (قرائت جلو) در دفترچه ترازیابی یادداشت میکنیم . این نامگذاری به این دلیل است که جهت پیشروی از نقطه A به طرف نقطه B است . با توجه به داشتن ΔH ارتفاع و BS , FS قرائت میر روی آن ، میتوان ارتفاع دوربین را به دست آورد .

ΔH=BS-FS و یا قرائت جلو – قرائت عقب = اختلاف ارتفاع

تبصره 1 : در این جا از روی علامت ΔH میتوان تشخییص داد کدام یک از نقاط بالاتر است.

ΔH > 0 نقطه B بالاتر از نقطه A است

ΔH < 0 نقطه B پایین تر از نقطه A است

ΔH = C نقطه دوم هم سطح نقطه اول است

ب/ ایستگاه روی یکی از نقاط است . فرض کنید میخواهیم اختلاف ارتفاع بین دو نقطه A , B را پیدا کنیم . دستگاه را روی یکی از نقاط مثلاً B مستقر میکنیم وارتفاع دستگاه (J ) یعنی فاصله مرکز دوربین تا نقطه روی زمین را اندازه گیری میکنیم و شاخص را روی نقطه دوم (A ) به طور قائم نگه میداریم و عدد R را روی آن میخوانیم . در این صورت اختلاف ارتفاع برابر است با : ΔH = J – R

تبصره 2 : از روی علامت ΔH میتوان تشخیص داد کدام یک از دو نقطه بالاتر است

ΔH > 0 نقطه دوم بالاتر است

ΔH < 0 نقطه دوم پایین تر است

ΔH = C نقطه دوم هم سطح نقطه اول است

در اینجا نقطه اول نقطه ای است که دستگاه را روی آن مستقر کردیم و نقطه دوم نقطه ای است که شاخص را به طور قائم روی آن قرار دادیم .

ترازیابی تدریجی : اگر دو نقطه ای را که میخواهیم اختلاف آنها ار پیدا کنیم از هم دور باشند یا شیب زمین زیاد باشد یا آنکه بخواهیم ارتفاعات نقاط زیادی را ، که پشت سرهم قرار گرفته اند مانند امتداد محور جاده یا کانالی ، به منظور ترسیم نیم رخ طولی ترازیابی کنیم ، از روش تدریجی یا روش پیمایش استفاده میکنیم . در این نقطه با یک بار ایستگاه گذاری پیدا کردن اختلاف ارتفاع مقدور نیست و در نتیجه برای تعیین ارتفاع نقطه به یک سری نقاط کمکی و چندین بار ایستگاه گذاری احتیاج داریم . این نقاط کمکی را با TP یا CP نشان میدهیم تا بتوان به اتکای ارتفاع این نقاط ، ارتفاع نقطه B را مشخص کرد . در هر حال ، برای تعیین ارتفاع نقاط کمکی از همان روش ساده استفاده میکنیم . اگر نقاط A , B فرض شوند ابتدا در نزدیکی نقطه A ایستگاه گذاری میکنیم و شاخص را روی نقطه A قرار میدهیم پس از نشانه روی به آن عدد مربوط را به عنوان قرائت عقب یادداشت میکنیم بعداً مسیر را روی نقطه کمکی مانند TP1 که فاصله اش تا ترازیاب تقریباً برابر فاصله یاب تا نقطه A است قرار داده و عدد مربوط به این نقطه را بر روی شاخص میخوانیم (قرائت جلو) سپس ترازیاب را به نقطه دیگری که بعد از نقطه TP­1 قرار دارد منتقل میکنیم پس از قرائت شاخص در این نقطه به ترتیب فوق عمل ترازیابی را برای نقاط ادامه میدهیم تا به نقطه B برسیم .

برای مرتب نوشتن اعدادی که میخوانیم جدول ساده ای تنظیم میکنیم . در هر ایستگاه یک قرائت عقب و یک قرائت جلو داریم که در ستون های مربوط نوشته میشود. سپس حاصل جمع قرائت های جلو از حاصل جمع قرائت های عقب کم میشود تا اختلاف ارتفاع دو نقطه B و A به دست آید .

ΔH = ( BS + BS1 +….) – ( FS1 + … + FS ) یا

مجموع ارتفاع جلو – مجموع ارتفاع عقب = اختلاف ارتفاع

اگر حاصل منفی باشد نقطه B پایین و چنانچه حاصل مثبت باشد نقطه B بالاتر است .

قرائت جلو – قرائت عقب + ارتفاع نقطه A = ارتفاع نقطه TP1

.

.

.

ترازیابی خطی : چنانچه ارتفاع نقاط روی یک امتداد را بخواهیم پیدا کنیم و فاصله نقاط به هم نزدیک باشد ، طوری که بتوان از یک ایستگاه عدد مربوط به چند نقطه را روی شاخص خواند از ترازیابی خطی استفاده میکنیم . اولین قرائت را از هر ایستگاه قرائت عقب و آخرین قرائت را قرائت جلو و بقیه را به عنوان قرائت های وسط در جدول مینویسند .

ترازیابی شعاعی : در بسیاری از کارهای نقشه برداری و مهندسی عمران ، مثل تهیه پروفیل های طولی و عرضی ، با هر ایستگاه گذاری ترازیاب میتوان ارتفاع تعداد نقاطی که به صورت پراکنده اطراف ایستگاه اند را به دست آورد .

ترازیابی شبکه بندی : اگر قطعه زمینی داشته باشیم ، ابتدا خط های عمود بر هم ، که فاصله معینی از هم دارند ، به وسیله میخ کوبی روی زمین مشخص میکنیم . به این ترتیب ، زمین شبکه بندی خواهد شد . سپس با ایستگاه گذاری های مختلف نقاط شبکه بندی ترازیابی میشوند.

ترازیابی کثیرالاضلاعی : معمولاً نقاطی که روی آنها ایستگاه گذاری میشود چند ضلعی تشکیل میدهند . این چند ضلعی ممکن است باز یا بسته باشد که به آنها ترازیابی باز یا بسته میگوییم .

ترازیابی مختلط : حالتی است که ترازیابی انجام شده ترکیبی از ترازیابی های گذشته باشد

ترازیابی دوطرفه یا متقابل : چون در موقع عبور از رودخانه یا یک دره نمیتوان ترازیاب را در وسط گذاشت و ترازیابی کرد ، به همین دلیل ترازیابی متقابل صورت میگیرد . چنانچه هدف اختلاف ارتفاع دو نقطه A و B باشد ضمن قرار دادن میر روی دو نقطه A , B یک بار در نزدیکی A و یک بار دیگر در نزدیکی نقطه B ترازیاب را مستقر میکنیم و اختلاف نقاط A , B را نسبت به یکدیگر دو بار اندازه گیری میکنیم ، سپس میانگین را محاسبه میکنیم .

5-9 روش کنترل در ترازیابی

برای جلوگیری از اشتباه ، تعیین خطا و کنترل عملیات نرازیابی باید به یکی از روشهای زیر عمل کرد

کنترل به روش رفت و برگشت : ترازیابی را از یک نقطه معلوم شروع میکنیم و بعد از انجام عمل ترازیابی دوباره به نقطه شروع برمیگردیم . این حالت ترازیابی را رفت و برگشت میگویند . در این صورت اختلاف ارتفاع دو نقطه معلوم را ، که از عمل ترازیابی به دست آمده است ، خطای ترازیابی میگویند و اگر این خطا در حد خطای مجاز باشد عملیات ترازیابی صحیح است .

استفاده از دو نقطه دارای ارتفاع معلوم : ترازیابی را بین دو نقطه دارای ارتفاع معلوم انجام میدهیم و اختلاف ارتفاع اندازه گیری شده روی دو نقطه را ، که با عملیات ترازیابی به دست می آید ، محاسبه و با اختلاف ارتفاع نقاط اولیه مقایسه میکنیم .

خطای مجاز در ترازیابی : از این رابطه بدست می آید E2 = e2L

در این رابطه E خطای مجاز در ترازیابی ، L طول ترازیابی در مسیر برحسب کیلومتر و e مقدار خطای مجاز در هر کیلومتر ترازیابی برحسب میلیمتر است که مقدار آن به درجه دقت عمل ترازیابی بستگی خواهد داشت.

کنترل صحت عملیات : مقدار خطای حاصل را به تعداد ارتفاع های به دست آمده تقسیم و به تناسب سرشکن میکنیم