رفع مشکلات ایجاد شده

با عرض سلام خدمت تمام دوستان عزیز
متاسفانه در روزهای اخیر مشکلاتی در نمایش عکسهای موجود در وبلاگ بوجود آمده بود که ناشی از عدم فعالیت سایتهایی که فضای رایگان برای ارسال عکس ارائه میدهند بود. تا این لحظه بسیاری از این مشکلات حل شده و سرور عکس ها را به سایت دیگری منتقل نمودم و تا فردا کلیه مشکلات نمایش عکس در وبلاگ به امید خدا حل خواهد شد . به هر صورت از کلیه عزیزان به دلیل بروز این مشکل پوزش میخواهم.

آشنایی مقدماتی با کارتوگرافی

                                        آشنایی مقدماتی با کارتوگرافی

                                            ( ویژه دانشجویان معماری – عمران – شهر سازی ... )

کارتوگرافی ، اساسا تکنیکی است که با کوچک کردن خصوصیات فضایی ( ابعاد ) انواع مختلف اجسام و سطوح بزرگ ، مثل زمین های وسیع ، قسمتی و یا تمام کره زمین ، و یا یک کره آسمانی سر و کار دارد ، این تکنیک پهنه های وسیع را کوچک می کند تا قابل مشاهده شود.
به طور کلی دو معنا از کارتوگرافی مستفاد می گردد :
1- کارتوگرافی عام : علم ، هنر و فن ساختن نقشه است که کلیه مراحل تهیه نقشه ، یعنی ژئودزی ، عملیات زمینی ، فتوگرامتری ، ترسیم و چاپ را شامل میشود .
2- کارتوگرافی خاص : مراحل بعد از برداشت زمینی ، فتوگرامتری و یا کلا اطلاعات اولیه برای تهیه نقشه را شامل میشود و در حقیقت قسمت اعظم کار تهیه نقشه محسوب میگردد . کارهایی از قبیل تنظیم پیش نویس ، ترکیب اطلاعات و استفاده از نقشه ها و مدارک مربوطه ، انتخاب شبکه ، تعیین علائم و نوشته ها ، هماهنگی اطلاعات موجود در نقشه ، طراحی اطلاعات حاشیه نقشه ، انتخاب روش ترسیم و چاپ و تکثیر ، مراحل مختلف کارتو گرافی خاص را تشکیل میدهد .
پس میتوان نتیجه گرفت که گرد آوری اطلاعات اولیه و پروراندن و ارائه آن به صورت مطلوب و یا به عبارت دیگر عملیات مربوط به تهیه نقشه ، بر عهده کارتوگرافی است . به عبارت دیگر ، بدون استفاده از کارتوگرافی تهیه نقشه از منطقه میسر نبوده و هر قدر به آن توجه بیشتری شود به همان اندازه نقشه گویاتر و مطلوبتر خواهد بود.
کارتوگرافی را به طور مختصر ، هنر ، علم و تکنولوژی ساختن نقشه از زمین و یا سایر کرات آسمانی تعریف می نمایند . به دلیل تهیه انواع مختلف نقشه از جنبه های گوناگون که تفاوتهای بارزی از هم خواهند داشت ، می توان تصور نمود که عملیات و مراحل فنی تهیه نقشه در رابطه با نوع نقشه بسیار متنوع و مختلف است . از طرف دیگر ، چون کارتوگرافی فرم ویژه ای از ارتباط محسوب میشود ، اصول تئوری و عملی آن شامل مطالب خاصی است که منحصر به فرد بوده و در سایر رشته های علوم به ندرت یافت میشود . گرچه این روشها در جزئیات باهم اختلاف دارند ، اما در اصل از کلیتی پیروی نموده و دارای وجوه مشترکی هستند که میتوان آنهارا اصول روش کارتوگرافی فرض کرد .
این اصول طبق نظر رابینسون عبارتند از :
1- مقیاس : بنا به تعریفی که از نقشه میشود ، کلیه نقشه ها نسبت به واقعیت کوچکترند . این بدان معناست که اولین تصمیم کارتوگراف به تعیین نسبت ( ابعاد ) بین واقعیت و نقشه اختصاص می یابد. این نسبت اصطلاحا مقیاس خوانده میشود . انتخاب مقیاس از اهمیت ویژه ای برخوردار است ، زیرا مقیاس باعث ایجاد فضایی در نقشه می گردد که در ان ، قسمتی از واقعیت ها به صورت خلاصه گنجانده میشود .

2- سیستم تصویر : نقشه ها به طور کلی نشان دهنده وضع نسبی ابعاد پدیده ها هستند . سه مشخصه پدیده های فضایی عبارتند از : طول ، عرض و ارتفاع . بدین ترتیب یکی از هدفهای کارتوگراف بهره گیری از تصویری است که به وسیله ان بتوان ابعاد سه گانه سطح کروی را بر روی سطح دو بعدی نقشه ( طول و عرض) منتقل کرد. تصویر کردن سطح کروی بر سطح مستوی ، باعث ایجاد تغییرات اجتناب ناپذیری در جهت ،فاصله، مساحت و شکل می گردد . سیستم انتقال سطح کروی بر سطح مستوی ، اصطلاحا به سیستم تصویر نقشه معروف است .

3- جنرالیزه کردن : به دلیل اعمال سیستم ارتباطی پیچیده برای مقاصد عمومی و یا ویژه ، لازم است که تهیه هر نقشه به طور دقیق برنامه ریزی شود . از این جهت سومین کار مهم کارتوگراف جنرالیزه کردن یا خلاصه نمودن اطلاعات است . برای اینکه کارتوگراف بتواند به بهترین شکل اطلاعات را جنرالیزه نموده و مطالب غیر ضروری نقشه را حذف نماید ، لازم است که از منظور و هدف نقشه مطلع باشد.

4- طراحی : نقشه باید واضح و گویا ، و علائم و اطلاعات موجود مناسب با هدف نقشه باشد ، و کلیه عناصر گرافیکی طوری در کنار هم قرار گیرند که تصویری صحیح و مطلوب ارائه نمایند . سیستم ارتباطی گرافیک باید چنان دقیق برنامه ریزی شود که مانند سایر سیستم های ارتباطی ، اطلاعات مورد نظر به سادگی توسط گیرنده دریافت شود. تصمیم گیری در مورد روشهای نمایش ، اندازه و نوع حروف ، ضخامت خطوط ، رنگ و سایه روشن علائم و لژاند نقشه و ایجاد هماهنگی لازم بین عناصر مختلف گرافیکی از جمله این فعالیت ها محسوب میشود .

5- ترسیم و تولید : که امروزه با اختراع پلاتر ها و پرینتر و دستگاه های چاپ به سادگی و با کیفیت بسیار بالا امکان پذیر شده است.

گزارشی از برگزاری همایش سراسری ژئوماتیک در دانشگاه آزاد واحد تاکستان

            گزارشی از برگزاری همایش سراسری ژئوماتیک در دانشگاه آزاد واحد تاکستان

قرار بود این همایش در ساعت 9 صبح برگزار شود اما بنده که در ساعت 9.30 رسیدم همایش 1-2 دقیقه بعد با تلاوت آیات قران کریم آغاز به کار کرد. این همایش در سالن اجتماعات ساختمان دانشکده کشاورزی با گنجایش 200 نفر برپا شد . از حق نگذریم سالن خیلی شیکی بود و کاملا شان همایش را حفظ کرده بود . بعد از تلاوت ایات قرآن کریم و خوانده شدن سرود ملی ابتدا جناب آقای دکتر ارباب دبیر همایش توضیحاتی راجع به برگزاری این همایش و نحوه انتخاب مقالات برتر دادند . که به حق برای برگزاری همایش از هیچ گونه همکاری دریغ نکردند .
بعد از سخنرانی ایشان نوبت به جناب آقای مهندس نحوی مدیر گروه رشته نقشه برداری دانشگاه تاکستان رسید
تا گزارشی از عملکرد گروه نقشه برداری و اقداماتی که در جهت جبران کمبودهای گسترده انجام داده است بیان کند . البته مهندس نحوی همه نوع حرفی زد الا اینکه در طول این 4 ترمی که مدیر گروه بوده چه کار مفیدی انجام داده !!! ( فکر هم نمیکنم در این مورد حرفی برای گفتن داشته باشد ) . ایشان با غرور خاصی اعلام کرد ما برای اولین بار در تابستان سال گذشته اردوی کارورزی را در دانشگاه خودمان ( تاکستان ) برگزار کردیم و به این موضوع افتخار میکرد .
اما ایشان دیگر از بی برنامگی های اردو و سطح علمی بسیار پایین آن و کمبود تجهیزات آن حرفی نزد
ایشان اشاره ای به این که اردوی کارورزی 2 روز دیرتر از برنامه زمان بندی شده شروع شد ( که بخاطر کم توجهی شخص ایشان بود ) نکرد
ایشان اشاره ای به اینکه به خاطر عدم هماهنگی با دانشگاه از جانب وی ( مهندس نحوی ) برای خوابگاه دانشجویان ، دانشجویان یک شب را در نمازخانه دانشگاه به صبح رساندن نکرد
ایشان اشاره ای به اینکه اردو 2 روز هم زودتر از برنامه زمان بندی شده تمام شد نکرد ( سمبل شد )
ایشان اشاره ای به بی نظمی های گسترده ای که در اردو وجود داشت نکرد به عنوان نمونه یه روز صبح مطابق معمول از خوابگاه رفتیم دانشگاه و قرار بود درس سنجش از دور را شروع کنیم به مدت 3 روز اما وقتی رفتیم دانشگاه آقای نحوی خیلی راحت به ما گفت استاد نداریم و 3 روز تعطیل هستید !!! یک تعطیلی کاملا بدون برنامه چه فایده ای میتونه داشته باشه !!! آن هم بخاطر اینکه استاد نداشتیم !
گویا این مسائل برای آقای نحوی بی اهمیت بوده و تنها چیزی که برای ایشان اهمیت دارد برگزاری اردو در داخل دانشگاه میباشد . !!!
ایشان در گزارشاتشان هیچ گونه اشاره ای به این موضوع نکردند که بعد از گذشت 5 ترم به دلیل عدم توانایی گروه نقشه برداری در برگزاری برخی از کلاسهای عملی ، این کلاسها هنوز هم برگزار نمی گردد !!!! آن وقت ایشان با غرور و افتخار بیان میکند ما اردو را داخل دانشگاه برگزار کردیم !!!
بگذریم ..........
بعد از سخنان آقای نحوی نوبت به توضیح و تشریح مقالات ارسال شده توسط محققین رسید که در این مورد به زودی کلیه مقالات را برای استفاده شما عزیزان با اجازه محققین آن در وبلاگ قرار خواهم داد .
اما به حق مقالات برخی از عزیزان واقعا مفید و جالب بود که برای استفاده شما بزودی آنها را در وبلاگ قرار خواهم داد. از ان جمله میتوان به مقاله جناب آقای دکتر کیانمهر – جناب آقای دکتر عسگری – جناب آقای دکتر عباسی – جناب آقای دکتر سعادت سرشت و جناب آقای مهندس ساعی اشاره کرد.
اما نکته جالب توجه در این همایش عدم حضور مسئولان سازمان نقشه برداری کشور بود که واقعا جای سوال دارد !!!! مطمئنا مسئولین این سازمان از برگزاری این همایش اطلاع داشته و تا جایی که بنده خبر دارم برای برخی از مسئولین این سازمان که سابقا در دانشگاه نیز تدریس میکردند دعوتنامه کتبی ارسال شده است .
نکته دیگر حضور تعدادی از دانشجویان دختر و پسر دانشگاه زنجان به همراه اساتید برجسته آنان در این همایش بود که در نهایت یک مقاله نیز که از جانب 3 تن از دختران دانشجوی این دانشگاه ارائه شده بود به جمع مقالات برتر راه یافت ( به جز مقالات اساتید محترم دانشگاه زنجان ) .
نکته قابل توجه دیگر ، توجه برخی از مسئولان بلند پایه استان قزوین از جمله استاندار محترم استان قزوین و فرماندار محترم شهرستان تاکستان در این همایش بود که با حضور خود در همایش همه را غافلگیر کردند. که جا دارد از توجه این عزیزان به علم ژئوماتیک و ارزش نهادن به دانشجویان کمال تشکر را داشته باشم .
همچنین از دانشجویانی که باعث و بانی برگزاری این همایش بودند و جناب اقای دکتر ولد ابادی ریاست محترم دانشگاه که برای برگزاری هر چه بهتر این همایش از هیچ کوششی دریغ نکردند تشکر مینمایم .
امید است با برپایی این گونه همایشها و کارگاه های آموزشی بتوانیم قدمی کوچک در به روز رسانی دانش نقشه برداری داشته باشیم . 

                               

تهیه DTM , وجه شیب , تعیین پراکندگی نقاط و رسم منحنی میزان به کمک نرم افزار Surfer 8

 تهیه DTM , وجه شیب , تعیین پراکندگی نقاط و رسم منحنی میزان به کمک نرم افزار Surfer 8

برای تهیه یک مدل DTM از سطح زمین از نرم افزار های گوناگونی میتوان کمک گرفت از آن جمله میتوان به Arcview-sdr map-surfer  اشاره کرد.

که ما در اینجا برای ایجاد یک DTM از نرم افزار surfer استفاده می نماییم.

اولین چیزی که ما لازم داریم نقاطی هستند که ما قبلا آنها را برداشت کرده ایم

و در یک فایل txt ذخیره نموده ایم.

برای شروع کار ابتدا نرم افزار surfer را اجرا کرده در منوی file  روی گزینه new کلیک کرده . حال یک پنجره باز میشود که در آن 2 گزینه وجود دارد .در ابتدای کار ما باید نقاط را به معرفی نماییم به همین منظور روی گزینه worksheet کیلیک می نماییم محیطی شبیه محیط اکسل باز میشود.

حال باید نقاط را وارد نماییم برای این کار منوی file  را باز کرده و open  را انتخاب می کنیم و فایل مورد نظر را باز میکنیم.

                                               

 

باید دقت کنیم که X,Y,Z در چه ستون هایی قرار میگیرند.

سپس از منوی file  گزینه  save as را انتخاب کرده و فایل را با پسوند *.dat ذخیره می نماییم.حال دوباره new را زده و این بار گزینه plot document را انتخاب می نماییم. با این کار دوباره به محیط اصلی نرم افزار برمیگردیم.

حال از منوی Grid گزینه Data را انتخاب کرده و فایلی را که با پسوند dat ذخیره کرده ایم را انتخاب کرده و open  را میزنیم . حال یک پنجره باز می شود که در قسمت  Data columns باید دقیقا ستونی را که x,y,z   در آن قرار گرفته اند را مشخص کنیم و در قسمت out put Grid file آدرس فایل خروجی را معرفی کرده و  ok  کنیم.

              

 

 

با این عمل هم یک گزارش متنی از نقاط دریافت می کنیم هم یک فایل با پسوند *.grd تهیه می شود که برای انجام عملیات های بعدی از آن باید استفاده کنیم .

حال برای ایجاد یک DTM از نقاط داده شده به منوی Map رفته و روی گزینه surface کلیک میکنیم و فایلی را که با پسوند grd در مرحله قبل ایجاد کردیم را معرفی کرده و open را میزنیم. به این ترتیب DTM  نقاط تشکیل میشود.

 

یک نوع دیگر هم میتوان DTM تشکیل داد که تک رنگ بوده . برای این کار روی منوی Map گزینه wireframe را انتخاب می کنیم و فایل grd را معرفی کرده و open  را می زنیم به این ترتیب یک DTM دیگر که سیاه و سفید میباشد تشکیل می شود.

 

 

 

برای گرفتن وجه شیب از منوی Map  گزینه vector map  را انتخاب کرده و فایل grd را معرفی و open  را میزنیم به این ترتیب شیب هر قسمت توسط فلشی نمایش داده میشود که جهت فلش بیانگر جهت یا سمت شیب میباشد.

                           

 

 

برای گرفتن فراوانی و پراکندگی نقاط از منوی Map گزینه post map را انتخاب میکنیم و فایل dat را معرفی کرده و open  را میزنیم به این ترتیب نمودار فراوانی و پراکندگی نقاط نمایان میشود.

                     

و برای تهیه نقشه توپوگرافی ( منحنی میزان ) از منوی Map گزینه contour map را انتخاب کرده و فایل grd را open  میکنیم به این ترتیب منحنی میزان تشکیل میگردد.

                                  

 

 

 

          

کاربرد لیزر اسکنر در مهندسی نقشه برداری

 

قسمت دوم

 

معرفی قایلبتها و کاربردهای اسکنر فتو لیزری سه بعدی

 

اسکنر فتو لیزری در واقع یک توتال استیشن روباتیک است که به همراه دوربین فتو گرامتری برد کوتاه بدون نیاز به رفلکتور می تواند با سرعتی بالا و باور نکردنی نقاط محیط اطراف خود را برداشت نموده و توسط کامپیوتر هدایت می شود. کمپانی Riegl  از کشور اتریش پیشتاز ترین شرکت در زمینه تولید و توسعه اسکنر فتو لیزری در دنیا می باشد و شرکت نما پرداز رایانه نیز بعنوان نماینده رسمی شرکت Riegl در ایران همواره در جهت توسعه محصولات این شرکت در زمینه نقشه برداری گامهای موثری برداشته است.

آخرین نمونه تولید شده توسط این کمپانی مدل Z420i می باشد از خصوصیات منحصر بفرد این اسکنر دقت 5 میلیمتر در برد 1000 متر و امکان فتوگرامتری دقیق می باشد که به همین دلیل در بیشتر زمینه های تهیه نقشه کاربرد دارد.

    

نحوه کار اسکنر فتو لیزری

مانند دوربینهای نقشه برداری اساس کار اسکنر فتو لیزری نیز اندازه گیری دو عنصر طول و زاویه می باشد نحوه برداشت نقاط بدین صورت می باشد که ابتدا دستگاه را روی نقطه ای دلخواه مستقر می نماییم سپس بر طبق اصول ترفیع روی نقاط معلوم رفلکتورهای کاغذی استوانه ای شکل مستقر می کنیم . در این مرحله بدون نیاز به تراز کردن دستگاه و با انجام تنظیماتی در داخل نرم افزار تمامی نقاط اطراف از جمله رفلکتورها در زمانی کمتر از 2 دقیقه برداشت می شوند. رفلکتورها از خاصیت انعکاس بالاتری نسبت به دیگر اجسام برخوردار هستند ، لذا در داخل نرم افزار براحتی می توان آنها را بصورت اتوماتیک تشخیص داد . حال با توجه به اینکه تمامی رفلکتورها دارای مختصات محلی (سیستم مختصات اسکنر) و مبنا (سیستم مختصات WGS84 و یا هر سیستم مختصات مبنای دیگر) هستند.

 ترانسفورماسیون نقاط لیزری به سیستم مختصات مبنا امکان پذیر می باشد. انتقال سیستم مختصات اسکنر به سیستم مختصات مبنا بصورت اتوماتیک در نرم افزار Riscan Pro بروش کمترین مربعات انجام می شود بدیهی است که هر چه تعداد رفلکتورها بیشتر باشد ، درجه آزادي بالاتر و دقت اين ترانسفورماسيون نيز بالاتر مي رود به همين ترتيب تمامي نقاط برداشت شده از ايستگاههاي مختلف زمين مرجع مي شوند.

در روشي ديگر مي توان از GPS براي انتقال مختصات ابر نقاط به سيستم مختصات مبنا WGS84در مواردي كه امكان تلفيق اسكنهاي مختلف موجود نباشد استفاده نمود به بيان ديگر زماني كه امكان اندازه گيري رفلكتورهاي مشترك بين دو استقرار وجود نداشته باشد از GPS استفاده مي شود.

 

          

   ليزر فتوگرامتري

از خصوصيات منحصر به فرد اسكنرهاي فتوليزري Z360, Z420i تلفيق فتوگرامتري برد كوتاه با ابر نقاط (نقاط برداشت شده توسط اسكنر فتوليزري) مي باشد كه در زمينه مستند نگاري میراث فرهنگي ، تهيه نقشه AS-Built از قطعات صنعتي و سازه هاي عمراني كاربرد فراواني دارد در واقع تنها راه حل براي تهيه نقشه دقيق خطي از كتيبه ها و سنگ نوشته ها استفاده از فن آوري جديد ليزر فتوگرامتري مي باشد تهيه ارتوفتو از اين طريق كاري بسيار ساده مي باشد و با استفاده از تك عكس مي توان نقشه سه بعدي تهيه كرد و حتي در مكانهايي كه اطلاعات زمين شناسي منطقه مد نظر باشد مي توان از نقاط رنگي (رنگ طبيعي) برداشت شده توسط ليزر اسكنر استفاده نمود.

 

روش كاردرتلفيق فتوگرامتري واسكنرفتوليزري

 

روش كار بدين صورت است كه بعد از اتمام برداشت نقاط توسط اسكنر دوربيني كه روي اسكنر نصب شده است شروع به تصوير برداري مي كند و سپس داخل نرم افزار Riscan Pro تصاوير با ابر نقاط تلفيق شده و نقاط رنگ طبيعي به خود مي گيرند البته ايجاد تناظر يك به يك و ارتباط هر نقطه ليزري با پيكسل متناظر آ در تصوير بعد از انجام كاليبراسيون دوربين عكسبرداري و كاليبراسيون سخت افزاري آن بروي اسكنر صورت مي پذيرد در نرم افزارهاي خاصي مي توان ابر نقاط و تصاوير را با هم وارد نرم افزار نمود و بدون نياز به انجام توجيهات داخلي ، نسبي و مطلق كار پردازش و تبديل را انجام داد.

 

بعد از وارد كردن نقاط ليزري و تصاوير به داخل نرم افزار رويه اي سه بعدي روي نقاط ليزري ، كه با تصوير تلفيق شده اند ، برازش داده مي شود سپس با حركت ماوس مي توان بردارهاي سه بعدي روي تصوير ترسيم نمود.

در واقع ماوس روي تصوير حركت نمي كند بلكه روي رويه برازش داده شده بر نقاط ليزري حركت مي كند با توجه به اينكه نقاط توسط ليزر اسكنر به صورت نامنظم برداشت مي شوند تشخيص لبه اجسام صرفا از طريق نقاط ليزري امكان پذير نمي باشد ولي با تلفيق عكس براحتي مي توان لبه ها را نيز ترسيم نمود همانطور كه در شكل بالا نيز ملاحظه مي شود بدون در نظر گرفتن تصوير نمي توان با استفاده از نقاط شكل آجر ار ترسيم نمود.

 

 

تهيه ارتوفتو با استفاده از ابر نقاط

 

همانطور كه مي دانيم براي تهيه ارتوفتو نياز است كه DTM شي مورد نظر و يا منطقه موجود باشد . تهيه DTM با استفاده از نقاط ليزري كاري بسيار ساده مي باشد كه در كمترين زمان ممكنه امكان پذير است از اين رو ارتوفتو يكي از محصولات سهل الوصول با استفاده از فتو ليزر اسكنر مي باشد.

             

 

تهيه نقشه توپوگرافي با استفاده از اسكنر فتو ليزري

 

دستگاهي كه بعلت سرعت برداشت پايين تر بيشتر براي تهيه نقشه توپوگرافي بكار مي رود LPM800 نام دارد كه سرعت آن حدود 12 برابر كمتر از Z420 مي باشد البته مدل Z420i نيز در اين زمينه قابل استفاده مي باشد ولي سرعت و توان آن براي اين كار بسيار بالاست لازم بذكر است كه برداشت 1000 نقطه در ثانيه براي انجام پروژه هاي توپوگرافي بيشتر از كافي بوده و در مقايسه با روشهاي ديگر از قبيل توتال استيشن حدود 59 برابر سريعتر مي باشد.

 

منبع : نما پرداز رایانه

 

پایان قسمت دوم

کاربرد لیزر اسکنر در مهندسی نقشه برداری

 

 قسمت اول

 

چکیده

یکی از دستگاههای نو ظهور در زمینه نقشه برداری اسکنر فتو لیزری می باشد که با حضور قافلگیرانه خود در این زمینه راه حل های زیادی را جهت انجام پروژه های مختلف در اختیار استفاده کنندگان قرار داده است حتی گاهی از اوقات برای تهیه نقشه هیچ راه حل دیگری بجز استفاده از اسکنر فتو لیزری وجود ندارد.

در این زمینه می توان از مستند سازی بناها و اشیای تاریخی ، تهیه نقشه های As-built از پالاشگاهها و مراکز صنعتی ، تهیه نقشه توپوگرافی از صخره های غیر قابل دسترس برای مطالعات ساختگاه سدها ، مهندسی معکوس سازه های بزرگ و مستند نگاری صحنه تصادفات و جرم بعنوان کاربردهای اسکنر فتولیزری نام برد.

 

   

                                   كاربرد ليزر در مهندسي نقشه برداري

 

مقدمه

واژه Laser مخفف عبارت Light Amplified By Simulated Emission Of Radiation است كه خود عبارت نشان دهنده اصول ايجاد ليزر است همچنان كه از معناي واژه Simulate پيدا است منظور از آن برانگيختن و تقويت كردن پرتوهاي خاصي است كه منابع آنها اجسامي نظير ياقوت ، نئودميوم و كربن است و واگرايي كمتري از خود نشان داده و در مقايسه با نور مرئي كه از هفت طيف قرمز ، نارنجي ، زرد ، سبز ، آبي ، نيلي و بنفش تشكيل شده است ، تك رنگ و يك طيفي Coherent)) هستند چون پرتوهاي ليزر تكرنگ هستند و واگرايي ندارند براي امتداد دهي در كارهاي عمراني بسيار مناسب بوده و در موارد بسيار دقيق نظير حفاري تونلها ، نقشه برداريهاي زير زميني نظير مترو و در رسيدن به نقاط break through كه از دو طرف حفاري انجام مي شود تا به هم برسند ،‌ كاملا كاربرد دارند .

بكارگيري ليزر در ماهواره ها

يكي از كاربردهاي عمده در مهندسي نقشه برداري استفاده از آن براي فاصله يابي از طريق ماهواره هاست اين سيستمها در تعيين موقعيت ماهواره ها به عنوان فاصله يابهاي ليزري  Satellite)      Laser Ranging – SLR)  استفاده مي شوند . در SLR از ليزر استفاده مي شود ، منتها ليزرهايي كه توان و برد بالا دارند و مي توان از فاصله اي حدود 20000 كيلو متر پالسهايي را از ايستگاه زميني به ماهواره فرستاده و از طريق منشورهاي تعبيه شده در ماهواره پرتوها به ايستگاه زميني برگشت داده شوند . در اويل ايجاد SLR از ياقوت استفاده مي شد ولي در نسلهاي بعدي از نئودميوم استفاده شده است در SLR دقت فاصله يابي بلند از ايستگاه زميني به ماهواره در نسل اول حدود 10 متر بوده كه در نسلهاي بعدي (نسل چهارم) به حدود 2 ميلي متر رسيده است.

كاربرد ليزر در مسافت يابهاي الكترونيكي

دسته اي از مسافت يابهاي الكترونيكي Electronic Distance) Measuring Instruments) كه اختصارا به آنها EDM مي گويند.  با استفاده از اشعه ليزر كار مي كنند در اين دستگاهها از ليزرهاي با منبع جامد نظير ياقوت يا نئودميوم استفاده نمي شود ، بلكه منبع آنها نيمه هادي است نمونه اين نيمه هادي را مي توان ديود گاليم آرسنايد نام برد . اين نيمه هادي پرتو تكرنگي ايجاد مي كند كه خود برانگيخته است و ايجاد ليزري مي كند كه براي تعيين موقعيتهاي دقيق و براي جاهايي كه دقت امتدادي مدنظر است.  مورد استفاده قرار مي گيرد اساس كار مسافت يابهاي الكترونيكي سنجش غير مستقيم زماني است كه يك پرتو نور فاصله بين دو نقطه را طي مي كند.

گرچه اولين نسل مسافت يابهاي الكترونيكي براي فواصل زياد بسيار دقيق بودند ، ولي اندازه آنها بزرگ ، وزن آنها سنگين و قيمت آنها گران بود . بنابراين در كارهاي روزمره نقشه برداري وارد نشدند ، در حالي كه مهندسان به دستگاههاي سبك ، كوچك ، ارزان و دقيق براي سنجش طول هاي كوتاه ، از چند متر تا دو الي سه كيلومتر نياز داشتند. در واقع دستگاههاي EDM استفاده كننده از نور ليزر ، نسل سوم اين دستگاهها هستند . مزاياي اين مسافت يابها عبارت است از :

1- مصرف كم 2- سبكي و قابليت حمل و نقل آسان ، 3-برد زياد (حداكثر برد 15 تا 60 كيلومتر)               4-دقت بالا در حدود ميليمتر.

 با كوچك شدن اين دستگاهها و قابليت تركيب آنها با دستگاههاي ديگر دستگاههايي با نام توتال استيشن به بازار عرضه شد كه توسط آنها مي توان تمام كارهاي برداشت و پياده كردن را با دقت و سرعت بسيار زياد انجام داد . علاوه بر اين مي توان همزمان اطلاعات برداشت را در قسمت ذخيره كننده داده ها انباشته كرد . در مرحله بعد مي توان اين داده ها را در دفتر كار به صورت خودكار به رايانه منتقل كرد. رايانه نيز به نوبه خود پس از انجام محاسبات بر اساس برنامه ، داده ها را به دستگاه رسام براي ترسيم نقشه يا چاپگر براي چاپ نتايج منتقل مي كند.

توتال استيشن هاي جديد مي توانند منعكس كننده Reflector را به صورت خودكار شناسايي كنند به قسمت شناسايي كننده ماژول ATR (Automatic Target Recognition Module) مي گويندو ماژول ATR و EDM دستگاه به صورت يكپارچه در تلسكوپ دستگاه قرار داده شده است اساساً ماژول ATR يک دوربين رقومي است كه جدايي يك پرتو را نسبت به محور نوري تلسكوپ ، موقعي كه اين پرتو به طرف دوربين انعكاس يافته است تعيين مي كند . دستگاه پرتوها را به صورت هم محور منتشر مي كند ماژول امكان قفل كردن روي هدف يا نشانه روي دقيق خودكار را به كاربر مي دهد كاربر مي تواند يكي يا هردوي اين حالتها را فعال نمايد در حالت نشانه روي دقيق به طور خودكار ، احتياجي به تنظيم و نشانه روي دقيق به صورت دستي نيست . ابتدا نشانه روي تقريبي با دست يا تحت هدايت يك نرم افزار انجام مي شود و بعد دستگاه به طور خودكار و با بهره گيري از پرتو ليزر به صورت بسيار دقيق به هدف نشانه روي مي كند.

كاربرد ليزر در تهيه مدل رقومي زمين (DTM)

نمايش بعد سوم يا مولفه سوم مختصات براي بسياري از كاربردها اهميت اساسي دارد اما نمايش بعد سوم سطح زمين يعني z بر روي سطح مسطح كاغذ يا صفحه نمايش دشوار است . به همين دليل نقشه برداران از دير باز تلاش كرده اند روشهايي را براي نمايش ارتفاعات روي نقشه ارائه نمايند استفاده از هاشور ، سايه روشن ، گامهاي رنگي ، اعداد ارتفاعي و منحني هاي ميزان از جمله اين روشها محسوب مي شوند.

يكي از كاربردهاي عمده ليزر در مهندسي عمران استفاده از آن در تهيه مدل رقومي زمين است با استفاده از روش اسكن سه بعدي با ليزر كه در واقع روش برداشت مستقيم نقاط است ، مي توان به مدل سه بعدي رقومي از زمين دست يافت روش كار به اين صورت است كه پرتو ليزر تحت زاويه خاصي به سمت منطقه مورد نظر فرستاده مي شود تعداد اين پرتوهاي برگشتي و درواقع تعداد نقاط ثبت شده آنقدر زياد است كه وقتي در محيطي مثل CAD نمايش داده مي شوند به نظر مي رسد كه سطح بازسازي شده است اين داده ها در اصطلاح ابر نقطه اي     (Point   Cloud) ناميده مي شوند. دستگاههاي ليزر اسكن داراي دو نوع هوايي و زميني هستند . يك ليزر اسكن هوايي سه عنصر اصلي دارد : GPS , IMU و Laser Scanner ، GPS دستگاه خاصي است كه موقعيت نقطه محل هواپيما را ثبت مي كند. IMU زاويه حركت هواپيما با نقطه زميني را مي دهد و مسافت ياب Laser فاصله بين هواپيما و نقطه زميني را مشخص مي كند برداشت نقاط بر اساس سه الگوي (Pattern) مختلف انجام مي شود:  بيضي ، دايره و زيگزاگ و همپوشاني عرضي بين الگوها بستگي به دقت مورد نظر و طراحي پرواز دارد.

در ليزر اسكن زميني دستگاه بر روي سه پايه اي سوار مي شود و مي تواند دور تا دور خود را به صورت استوانه اي برداشت كند . پس از برخورد پرتو ليزر به منطقه مورد نظر ، ضريب انعكاس جسم تعيين مي كند كه چه مقدار از سيگنال منتشر شده به ليزر بر مي گردد مقدار اين انعكاس به طول موج ليزر بستگي دارد و خصوصا براي سطوح سياه و سفيد متفاوت است پرتو ليزر پس از انتشار ممكن است به موانعي برخورد كند ، مثلاً در ليزر اسكن هوايي در مناطق جنگلي پرتو ليزر قبل از رسيدن به زمين به يك يا چند شاخه برخورد مي كند اين مساله موجب مي شود دو يا چند انعكاس به مسافت ياب ليزري برگردد اغلب سيستمها قادرند تمام پالسهاي بازگشتي به مسافت ياب يا حداقل اولين و آخرين پالس برگشتي را ثبت كنند كاربردها و استفاده هاي مختلفي از آنها بر اساس اين اندازه گيري ها امكان پذير است البته تهيه مدل از سطح زمين براساس اندازه گيري آخرين پالس است اگر چندين پالس برگشتي وجود داشته باشد فقط آخرين پالس مي تواند به نقطه اي روي زمين تعلق داشته باشد ، زيرا فاصله زمين از فاصله ياب از بقيه نقاط بيشتر است . براي كاربردهاي ديگري مثل تهيه مدلهاي سه بعدي شهر ، اولين پالس اهميت بيشتري دارد و هچنين اولين و آخرين انعكاسها براي تهيه تراكم زيستي (Biomass) مورد نياز است همان طور كه ذكر شد انعكاس به جنس مواد سطح بستگي دارد سطوح طبيعي مثل گياهان مقادير انعكاس بيشتري نسبت به مواد ساخت بشر مانند آسفالت و بتون دارند بنابراين به طور كلي تشخيص گياهان و ساختمانها امكان پذير است به كمك روشهاي Filtering مي توان نقاط مورد نظر را در موارد خاص استخراج كرد و تعداد نقاط جمع آوري شده را براي هر كاربرد كاهش داد.

ليزر اسكن در حقيقت فني است كه مختصات نقاط را به طور مستقيم و به همراه زوايا و Offset ها برداشت مي كند ليزر در سيستمهاي قديمي تنها مختصات نقاط را اندازه گيري مي كرد اما اخيرا اطلاعات ديگري نيز از عوارض براي پي بردن به نوع عارضه برداشت مي شود. ولي ليزر اسكن توانايي برداشت در اين مناطق را نيز دارد. همچنين از آنجا كه ليزر از عوارضي مثل برگ درختان نيز عبور مي كند ، در مناطقي مثل جنگلها نيز مورد استفاده قرار مي گيرد.

سرعت برداشت ليزر اسكن به حدود 28000 نقطه در ثانيه مي رسد و طي 4 دقيقه ، 360 درجه (يك دور كامل) را برداشت مي كند . دقت دستگاهها براساس فاصله نقاط برداشت شده سنجيده مي شود كه معمولا حدود 2 سانتي متر الي 2 ميلي متر است و قيمت آنها بستگي به قدرت تفكيك و دقت آنها دارد.                                                                  

  

كاربرد ليزر در ايجاد واقعيت مجازي Vitrual Realit 

Laser Scanning مي تواند داده هاي لازم براي توليد مدلهاي دقيق سه بعدي را به صورت بسيار سريع ، راحت ، كارآمد و مقرون به صرفه اي جمع آوري كند  درواقع ، داده هاي حاصل از  Laser Scanning در تهيه Virtual Reality بسيار مورد استفاده قرار مي گيرند.

در مورد برداشت اطلاعات توسط دستگاههاي Laser Scanning درقسمت قبل توضيح داده شد ، داده هاي سه بعدي جمع آوري شده در رايانه ذخيره مي شوند و نرم افزارهاي مناسب قادرند آنها را براي مقاصد مختلف مورد بررسي و تفسير قرار بدهند.

مراحل مدل سازي سه بعدي با اين روش را مي توان در شش مرحله اساسي خلاصه نمود:

1-   نشانه روي به منطقه يا سازه مورد نظر.

2-   اسكن (جاروب) منطقه يا سازه مورد نظر و توليد ابر نقطه اي .Point Cloud

3-   دسته بندي نقاط تشكيل دهنده اشكال و اجزاي مختلف منطق يا سازه مورد نظر.

4-   تشكيل سطوح و مشخص نمودن اجزا در زمينه برداشت شده.

5-   ثبت و تركيب اشكال حاصله با يكديگر و خلق مجموعه داده هاي مصنوعي.

6-   تشكيل مدل سه بعدي با جزئيات.

از آنجا كه تعدادنقاط ثبت شده بسيار زياد است ، مدل سه بعدي تشكيل شده داراي جزئيات بسياري است. از اين رو براي اندازه گيريها و مطالعات بسيار دقيق و سريع بسيار مناسب است . از كاربردهاي مهم اين روش در مهندسي عمران ، طراحي سازه هاي مختلف مثل پلها و ساختمانها و همچنين طراحي مسير راهها و بزرگراههاست.

با استفاده از اين فن مي توان از زوايا و ديد هاي مختلف سازه موضوع مورد نظر را مورد بررسي قرار داد و در تعيين نوع مصالح قابل استفاده و هزينه ها قبل از انجام طرح از آن بهره گرفت . در زمينه طراحي بزرگراهها با دردسترس بودن ديد سه بعدي حاصل از منطقه مي توان در ساعتهاي پر ترافيك بدون حضور در منطقه و بستن جاده ، بازديد و بررسيهاي لازم را انجام داد.

در برخی موارد با استفاده از این روش می توان با لیزر اسکن نمودن ساختمانها و شبیه سازی موقعیت فعلی بناها و یاساختمانها در یک منطقه ، در زمینه ایجاد و ساخت بناهای جدید و بررسی محدودیتها و امکانات موجود و آینده مطالعات لازم را انجام داد این فناوری این امکان را به وجود می آورد که بتوان هر سازه را در جاهای مختلف قرار داد و مشکلات آن را بررسی کرد همچنین طراح می تواند با استفاده از وسایل مخصوص مثل عینک و دستکشهای خاص ، در قسمتهای مختلف قرار گرفته و حرکت نماید. و از زوایای مختلف سازه های تشکیل دهنده منطقه را مورد بازدید قبل از ساخت قرار بدهد.

این فناوری همچنین قابلیت شبیه سازی موقعیتهای مختلف مثل هوای طوفانی ، سیل و امکان بررسی مقاومت سازه هایی مانند پل و کانالهای فاضلاب در هنگام بروز چنین وقایعی را نیز دارد.

در موقعیتهای خطرناک و پیچیده و در مکانهای غیر قابل دسترس که در آنها امکان انجام نقشه برداری زمینی وجود ندارد با استفاده از این روش می توان بخوبی و با دقت بالا مدلی مناسب از منطقه تهیه نمود.

یکی دیگر از کاربردهای این روش استفاده از آن در بررسی یا ترمیم آثار باستانی است. با این روش مجموعه نقاطی به صورت ابر نقطه ای از مکانهای قدیمی و تاریخی برداشت می شود و پس از پردازش این نقاط در رایانه ، مدل بنا تشکیل شده و امکان بازسازی یا ترمیم آن سنجیده می شود همچنین نرم افزار امکان آن را فراهم می آورد که بتوان موقعیت و شکل بنا را قبل از تخریب یا تغییر شبیه سازی نمود.

                                              منبع : نما پرداز رایانه

 

                                        

پایان قسمت اول