میکروژئودزی چیست؟

 مقدمه:

  مجموعه اقداماتی که بوسیله ابزار دقیق جهت رفتار سنجی و بررسی حرکات یک سازه بزرگ مانند سد و… با دقت    بسیار   زیاد و با استفاده از مشاهدات و محاسبات ژئودتیک و با هدف آشکار سازی جابجائی های آن می باشد. 

  سازه­های بزرگ و حساس همچون سدها، نیروگاه­ها و برجها از اهمیت بسیار بالائی برخوردار بوده و رفتار سنجی  اینگونه سازه ­ها معمولا به دو صورت ژئوتکنیکی و ژئودتیکی (ژئودزی مهندسی) صورت می­پذیرد. بدین لحاظ امروزه در  کشورهای پیشرفته تقریبا هیچ سازه بزرگی را نمی­توان یافت که فاقد مشاهدات پایش پایداری باشد. در ایران نیز این  موضوع همواره مد نظر قرار داشته، بطوری که امروزه همه سدهای کشور دارای ابزارهای دقیق کنترل و مشاهدات  ژئودزی مهندسی برای رفتارسنجی می­باشند.

  در روش ژئوتکنیکی، ابزارهای سنجنده کشش، برش و انحراف (tilt) در داخل سازه در حین ساخت نصب گردیده و اطلاعات  حاصل از این سنجنده ­ها بطور مستمر در حین و پس از بهره ­برداری از سازه به منظور کنترل پایداری مورد مطالعه  قرار می­گیرند. این ابزارها امکان کنترل درونی سازه را پدید می ­آورند. در روش ژئودتیکی، شبکه­ای از نقاط بر روی بدنه و محیط اطراف سازه ایجاد و از طریق مشاهدات ژئودتیکی (عمدتا طول، زاویه و مختصات) در وهله ­های زمانی  مختلف، رفتار سازه مورد پایش واقع می­گردد. اینگونه مشاهدات امکان کنترل تغییر شکل بیرونی سازه را مهیا می­سازند.

بکار گیری مشاهدات ژئودزی مهندسی به منظور رفتارسنجی خارجی سازه ­ها در سالهای اخیر خصوصا با افزایش دقت  وسایل اندازه­ گیری، به ویژه GPS، از اهمیت و توجه بیش از پیش برخوردار گردیده است. GPS به علاوه می­تواند  بصورت چند آنتنی (یعنی یک گیرنده با چندین آنتن) نیز برای کنترل دقیق سازه ­ها، خصوصا پایش زاویه ه­ای رفتار سازه،  مورد استفاده قرار گیرد. از عمده ­ترین تحولات سالهای اخیر، بوجود آمدن امکان پایش پیوسته سازه ­ها بصورت آنی و  خودکار بوده که GPS در این میان سهم عمده­ای داشته است. در رفتارسنجی سازه­ ها به کمک مشاهدات ژئودتیکی نوعا    کار با ارائه بردارهای جابجائی خاتمه یافته و مهندسین از طریق تفسیر بردارهای جابجائی رفتار سازه را تحلیل می­  کنند. شکی نیست که تعبیر و تفسیر تغییر شکل سازه از طریق بردارهای جابجائی کاری دشوار بوده و نیازمند  تجربه عملی بسیار است .

 شبکه ژئودزی

 شبکه ژئودزی یک شکل هندسی متشکل از حداقل سه نقطه زمینی ( نقاط کنترل زمینی) می باشد که این نقاط از طریق  مشاهدات ژئودزی با یکدیگر در ارتباط هستند.

 یک شبکه ژئودزی محلی با دقت بالا که با هدف پیاده سازی نقاط یک سازه مهندسی و یا آشکارسازی تغییر شکل , طراحی و اجرا می شود . علاوه بر کنترل سازه های عمرانی وحساس ، شبکه های ژئودتیکی در تعیین حرکات پدیده های طبیعی نیز کاربرد وسیعی دارند که می توان به پدیده هایی نظیر حرکات صفحات تکتونیکی ، گسلها وآتشفشان ها اشاره نمود.

 ویژگی خاص آن دقت بالای آن در مختصات نقاط است .

طراحی ،اجرا ومحاسبات شبکه های میکروژئودزی (آشکارسازی) از موضوعات بسیار جذاب وموردعلاقه علوم ژئودزی می باشد.

 طراحی شبکه های میکروژئودزی

 هر شبکه ژئودزی برای دستیابی به هدف یا اهداف خاصی ایجاد می شودکه برای دستیابی به اهداف شبکه قطعا راه های  گوناگونی را می توان انتخاب نمود.تعیین مناسب ترین راه دستیابی به اهداف شبکه پاسخی است که در طراحی شبکه به دنبال آن هستیم.

 در مجموع شبکه های کنترل (میکروژئودزی) دارای دو پتانسیل زیر میباشد:

 ایجاد یک زیر بنا و اساس مطمئن ، دقیق و قابل اطمینان برای انجام اندازه گیری های دقیق نقشه برداری ، مانند تهیه نقشه  توپوگرافی دقیق ، پیاده نمودن پروژه های دقیق مانند سد، تونل، پل، اسکله و سازه های که نیاز به دقت بالای هندسی در  پیاده شدن اجزای خود دارند.

 مطالعه و تعیین تغییر شکل و جابجائی سازه های عظیم مانند سدها ویا پوسته زمین(حرکات تکتونیکی پلیتها) در اطراف  گسل ها ومکان هائی که از نظر زمین شناسی احتمال جابجائی و تغییر شکل برای آنها وجود دارد. تفاوت اصلی شبکه کنترل با شبکه های معمولی مانند پیمایش های ساده در بحث اهمیت دقت وصحت اندازه گیری های این دوشبکه است.برای شبکه های معمولی هیچگاه تحلیل دقت وطراحی صورت نمیگیرد بلکه برآوردهای تقریبی وگاهاً تجربه در حصول دقت این شبکه  ها مورد استفاده واقع میگردد و آنالیزهای پیچیده و سنگین بر روی مشاهدات ضرورتی ندارد در حالیکه برای یک شبکه  کنترل (شبکه های میکروژئودزی)انجام تمامی مراحل طراحی الزامیست و بعلاوه اینکه طراح نا گزیر است شبکه را به  صورتی طراحی نماید که لزوماً اهداف از پیش تعیین شده را در یک سطح اطمینان قابل قبول پوشش دهد زیرا که  نرسیدن به دقت از پیش تعیین شده ممکن است خسارات وصدمات بسیار جبران ناپذیری چه در بحث هزینه ها و چه در مقوله  ایمنی در بر داشته باشد.

 همانگونه که در بالا ذکر گردید طراح یک شبکه باید یکسری پارامترها را برای رسیدن به اهداف از پیش تعیین  شده برای یک شبکه کنترل مد نظر داشته باشد .

 این پارامترها را می توان در چهار جمله کوتاه زیر خلاصه نمود:

 دقت (Precision)

 اعتماد پذیری (Reliability)

 هزینه (Evpense)

 حساسیت (Sensibility)

 به طور کلی هدف نهایی طراحی شبکه به صورت زیر خلاصه می شود:

 بهینه واقتصادی =(حساسیت) + (هزینه) + (اعتماد پذیری) + (دقت)

 کاربرد شبکه های ژئودزی:

- تهیه نقشه Mapping : مهمترین و اصلی ترین کاربرد شبکه های ژئودزی می باشد.

- تعیین حدود و مرزهای استانی، که مناطق وسیعی را شامل می شود.

- پروژه تحقیقات فضائی وتاثیرات مختلف : مثلا برای نقاط کنترل زمینی GPS برای مختصات دادن به ماهواره و حذف   تا ثیرات مختلف. ( اتمسفر،تشعشعات خورشیدی و...).

- پروژه های مربوط به علوم ژئو فیزیک و زمین شناسی : مثلا تشخیص جابجائی نقاط ،که در بدست آوردن اطلاعاتی در  مورد زلزله بکار می رود یا تاید گیج که مولفه جذر و مد را تشخیص می دهد.

- مطالعه تغییر شکل پوسته بیرونی زمین

- مطالعه تغییر شکل سازه های مهندسی نظیر سد ها و پل ها و ...

 همانگونه که در بالا توضیح داده شد شبکه های میکروژئودزی حالت خاصی از یک شبکه ژئودزی موضعی یا محلی می  باشند که در آن موقعیت نقاط شبکه با دقت بسیار بالایی تعیین می گردد.

شبکه های میکروژئودزی دارای کاربردها و اهداف زیر میباشند

- آشکارسازی (میزان) بردارهای جابجائی نقاط در سازه های مهندسی نظیر سدها ،پل ها ،ساختمان های بلند و تجزیه وتحلیل رفتار سازه در طول دوره های زمانی (Epoch) متفاوت .

- پیاده سازی سازه های مهم وحساس در نیروگاه ها و کارخانجات و مراکز حساس

مراحل ایجاد یک شبکه میکروژئودزی

 برای ایجاد شبکه های میکروژئودزی نیاز به طی سه مرحله اصلی ذیل می باشد :

 طراحی design

ا جرا

 محاسبات شبکه

تحلیل اولیه:

 در این بخش ابتدا با استفاده از قوانین حاکم و موجود در انتشار خطاها می توان میزان تا ثیر هر مشاهده و دقت آن را در   برآورد مجهول یا مجهولات تعیین نمود.بعد از مشخص کردن میزان تاثیر مشاهدات مختلف ، می توان دقت اندازه گیری آنها  را به اندازهای بالا برد که نتایج حاصله برای مجهولات دارای دقت دلخواه از پیش تعیین شده باشند،این عمل را تحلیل اولیه می نامند .

 تحلیل اولیه قبل از اینکه اندازه گیری واقعی شروع شود ،صورت میپذیرد. برای تحلیل اولیه مقادیر تقریبی از مشاهدات  ومجهولات کافی است. عمل تحلیل اولیه منجربه تعیین مشخصات تکنیکهای مختلف اندازه گیری میشود که طی آنها دقتهای  دلخواه برای مجهولات حاصل می شود. بر اساس یک تعریف کلی از ژئودزین مشهور آقای گرافارند هرشبک دارای چهار  مرحله طراحی است :

  طراحی مرتبه صفر Order Design Zero U.T.M

  این مرحله را با نام مرحله انتخاب سطح مرجع برای مختصات ها نیز می شناسند.

  شبکه کنترلی متشکل از یکسری نقاط و عناصر مشاهداتی مشخص میگردد که این مشاهدات باید در فضای سه بعدی  اندازه   گیری شود.

  پس از طی مرحله فوق برای انجام محاسبات (با توجه به وجود رایانه ها جهت سهولت)از معادلات پارامتریک استفاده می  گردد.

 در این روش پارامترهای برآورد شده از جنس مختصات هستند و بنابراین بایستی یک سیستم مختصات برای شبکه مورد اندازه گیری مشخص شود(اگر از روش معادلات شرط برای سرشکنی کمترین مربعات استفاده کنیم نیازی به تعریف سیستم  مختصات مرجع نداریم زیرا که معادلات شرط روابط هندسی بین مشاهدات را به شکل مستقیم تعریف میکنند و تصحیحات  مشاهدات بر این مبنا برآورد میشوند ولی دشواری کار با روش شرط برای شبکه های بزرگ معمولا مهندسین را وادار می  کند که روش پارامتریک را ترجیح دهند.).

معمولاً در نقشه برداری کنترل مهندسی ، چهارچوب مرجع اندازه گیری یک سیستم متعامد و سه بعدی کارتزین می باشد و به ندرت از سیستم مرجع منحنی خط بیضوی استفاده می گردد. همانطور که در ابتدا ذکر گردید انتخاب سطح مرجع برای  مختصات تنها بخشی از طراحی مرتبه صفر است و لازم است تا به انتخاب سطح مرجعی که قرار است وریانس و کووریانس مختصات نقاط در آن توصیف شود ، توجه گردد. برای روشن شدن مطلب شبکه مسطحاتی را در نظر بگیرید که  فقط زوایا در آن اندازه گیری شده باشند و هیچ طولی مشاهده نشده باشد. ماتریس ضرایب مجهولات A دارای یک کمبود  مرتبه(Rank) ستونی از مرتبه چهار خواهد شد که راه حل برای رفع این کمبود مرتبه ثابت در نظر گرفتن مختصات دو  نقطه از شبکه با اضافه نمودن معادلات کنسترینت به معادلات مشاهدات است این دو نقطه در حقیقت

 تبدیلات Transformation

 از آنجائیکه بیضوی بین المللی WGS 84 که ابعاد آن بوسیله ماهواره ها تعیین شده و در سطح جهانی به شکل زمین بسیار  نزدیک می باشد عملا جایگزین بیضوی بین المللی هایفورد 1924 که کلیه نقاط ژئودزی کشور ایران روی آن محاسبه شده   است و از طرفی مختصات بدست آمده از گیرنده های ماهواره های GPS در سیستم WGS84 عمل می کنند، بدین لحاظ دفتر  محاسبات فنی تصمیم گرفت که شبکه ژئودزی ماهواره ای را روی دو بیضوی فوق محاسبه کند و با استفاده از این دو  مجموعه مختصات که درسطح کشور پراکنده است ضرایب ترانسفورماسیون از یک بیضوی به بیضوی دیگر را محاسبه و  در اختیاراستفاده کنندگان قرار دهد و استفاده کننده بنا بر نیاز خود سیستم مختصات را انتخاب نماید و در صورت نیاز براحتی  بتواند تغییر سیستم مختصات دهد.

 برای این کار نرم افزاری نوشته شد که می تواند دو سیستم مختصات ژئودزی با بیضوی های مختلف را که حداقل دارای سه  نقطه مشترک باشند را با روش تعیین 7 پارامتر ترانسفرماسیون در فضای سه بعدی به یکدیگر تبدیل و سپس آنرا  به سیستم  تصویر مورد دلخواه ببرد

 لذا با داشتن دو مجموعه مختصات

 مجموعه 242 نقطه ژئودزی دارای مختصات جغرافیایی روی بیضوی بین المللی WGS84

 مجموعه 242 نقطه ژئودزی دارای مختصات جغرافیایی روی بیضوی بین المللی هایفورد 1924

  مراحل تبدیل دو سیستم مختصات به یکدیگر به ترتیب زیر انجام گرفت:

 تبدیل مختصات جغرافیایی هر دو سیستم به مختصات ژئوسنتریک ( X,Y,Z )

 تعیین هفت پارامتر ترانسفورماسیون ( سه مولفه انتقال ، سه مولفه دوران و ضریب مقیاس )

 محاسبه مختصات ژئوسنتریک سیستم جدید با توجه به هفت پارامتر بدست آمده

 محاسبه باقیمانده ها در سیستم ژئوسنتریک و بررسی وضعیت ترانسفورماسیون

 تبدیل مختصات ژئوسنتریک سیستم جدید به سیستم جغرافیایی مربوط به خود

 محاسبه باقیمانده در سیستم مختصات جغرافیایی

 تبدیل سیستم مختصات جغرافیایی به مختصات سیستم تصویر

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: