مقدمه: با اینکه جدول‌های اطلاعات مکانی (شامل مختصات سه‌بعدی و نقاط واقع بر روی اجسام) موقعیت تقریبی قسمت‌های مختلف آن اجسام را به معرض نمایش می‌گذارد، اما شناخت کامل عوارض روی زمین به علت تنوع گستردگی جزییات فنی، زمانی امکان‌پذیر می‌باشد که آن‌ها را به صورت کاملاً دقیق بر روی کاغذ رسم می‌کنیم. می‌توان با عکاسی، طراحی و نقاشی از طبیعت تاحدودی با زمین آشنا شد؛ اما برای افرادی که صحنه‌ی فعالیت آن‌ها زمین است مانند طراحان و مجریان پروژه‌های عمرانی این شناخت کافی نمی‌باشد.
آن‌ها به تصویر دقیق و متمرکز و متراکمی از زمین احتیاج دارند تا وضوح عوارض موردنظر را آشکار نماید. به منظور دستیابی به این هدف، کروکی‌های تهیه شده و اندازه‌گیری‌های زمینی یا عکس‌های به‌دست آمده از عوارض می‌توانند راهنمای خوبی جهت ترسیم موقعیت دقیق عوارض باشند؛ اما رعایت یک سری قوانین و اصول در ترسیم الزامی است. کارتوگرافی، فنّی آمیخته با هنر و در بردارنده‌ی این اصول و قوانین است. از جمله مسائلی که در این فن مورد بررسی واقع شده است می‌توان بدین موارد اشاره کرد: انتخاب نوع کاغذ، شبکه‌بندی و پیاده‌کردن نقاط بر روی آن، انتخاب نوع کاغذ، ترسیم خطوط و ضخامت آن‌ها، علائم و نحوه‌ی نمایش وضعیت ارتفاعی زمین، چگونگی نوشتن اسامی و حروف و اعداد، راهنمای استفاده از نقشه و رنگ‌آمیزی عوارض طراحی و ترسیم حاشیه نقشه.
انتخاب کاغذ استاندارد، قطع آن در برش، کادر نقشه، شماره سری و برگه
تقسیم‌بندی کاغذها براساس کیفیت و مرغوبیتشان صورت می‌پذیرد. تعدادی از عوامل تأثیرگذار در این تقسیم‌بندی عبارتند از: قابلیت تا شدن، مقاومت در برابر کشش، زرد شدن، ترکیدگی، جذب رطوبت، کدر یا شفاف بودن و قابلیت چاپ.
از انواع کاغذهای مناسب و با مرغوبیت بالا می‌توان به توپاتکس (Topatex) و استرافویل (Astrafoil) اشاره نمود. در جدول بعد، می‌توانید قطع‌های رایج که با حرف A نمایش داده می‌شوند را مشاهده کنید. در این مدل برش هر قطع از نصف کردن طول قطع قبلی حاصل می‌گردد و دقت کنید که از آن برای ترسیم در پیرامون و حاشیه‌ی کاغذ باندی استفاده نمی‌شود.
انولع کاغذ استاندارد
تعیین قطع نقشه تابع شکل منطقه است و عواملی از قبیل محدودیت‌های چاپ، اندازه کاغذ، عکاسی و … نیز در تصمیم‌گیری تأثیرگذار می‌باشند. زمانی که منظقه‌ی مدنظر وسیع بوده و نمایش آن در یک برگ کاغذ مناسب نباشد، بهتر است آن را به چند قسمت تقسیم کرد و هرکدام را در یک برگ به نمایش گذاشت. روش‌های گوناگونی برای این کار وجود دارد. یکی از این روش‌ها آن است که به تناسب منطقه، می‌توان اندازه‌ی قطع نقشه را کوچک یا بزرگ در نظر گرفت. نکته‌ی مهم در این مسئله، آن است که بایستی سعی گردد، نقشه فضای خالی نداشته باشد و مطابق با 4 شکل بعدی، 4 حالت را می‌توان برای منطقه انتخاب کرد. در حالت اول، قطع 4 نقشه به یک اندازه و قطع نقشه‌ی پنجم با اندازه متفاوت پیش‌بینی گردیده است.
در حالت دوم، اندازه‌ی برگ پنجم کمی بزرگتر در نظر گرفته می‌شود تا بتوان کل منطقه را در آن نمایش داد.
در حالت سوم، به جای اینکه یک برگ نقشه به یک بخش جدا (مانند یک جزوه) اختصاص یابد، مکان اصلی آن بخش تغییر کرده و در گوشه‌ای از نقشه نشان داده شده است که کادر دور آن، نشان‌دهنده‌ی موقعیتش نسبت به منطقه تغییر یافته می‌باشد.
در حالت چهارم، حدود منطقه خطوط اطراف نقشه را قطع کرده است و در هر صورت ترسیم‌کننده‌ی نقشه، با توجه به شکل منطقه و محدودیت‌های فنّی موجود می‌تواند قطع نقشه را انتخاب نماید و در مجموع باید تلاش کرد که اندازه‌ی نقشه‌ی، استاندارد در نظر گرفته شود تا در پیاده کردن مراحل فنّی و چاپ مشکلی ایجاد نگردد.
چنانچه بخواهیم منطقه را از روی شبکه‌ی جغرافیایی قسمت‌بندی کنیم، در این صورت حتماً کادر نقشه، خطوط طول و عرض جغرافیایی خواهند بود.
در نقشه‌های کوچک مقیاس به علت تفاوت درجات طول جغرافیایی و تقارب نصف‌النهاری، قطعات مجاور نقشه برابر نخواهند شد که این موضوع مشکلاتی را به‌دنبال دارد.
شکل و اندازه‌ی قطع نقشه به نوبه‌ی خود از نظر تهیه، مشکلی را ایجاد نمی‌کند و به سلیقه‌ی مصرف‌کننده بستگی دارد. از منظر فنّی و تولید نقشه، انتخاب برگه‌های با اندازه‌ی بزرگ، مقرون به صرفه است اما از دیدگاه مصرف‌کننده، حمل و استفاده‌ی نقشه‌های بزرگ دشوار است و هر چقدر نقشه کوچک‌تر باشد و کمتر تا شود، مناسب‌تر است؛ زیرا عموماً قطع نقشه به صورت مستطیل و اختیاری است، از این لحاظ در تقسیم‌بندی منطقه، خطوط اطراف نقشه ممکن است عوارض جغرافیایی را قطع کند و پیدا نمودن و پیگیری دنباله‌ی عوارض در برگه‌های بعدی باعث به‌وجود آمدن اشکال شود.
در نقشه‌های کوچک مقیاس و متوسط مقیاس، می‌توان قطع نقشه را به‌گونه‌ای در نظر گرفت که چنین برخوردی در مورد عوارض مهم (مانند شهرها) رخ ندهد. به عنوان مثال، در صورتی که قسمت‌هایی از یک شهر کوچک در لبه‌ی نقشه قرار گرفت می‌توان نقشه را کمی بزرگتر انتخاب کرده و در نقشه بعدی هم این شهر را نشان داد، به نحوی که در نقشه‌ی مجاور دارای پوشش مختصری باشند. زمانی که تعداد برگه‌های نقشه زیاد باشد، بایستی تصمیمات کلی در مورد قطع و خصوصیات نقشه به اتخاذ گردد.
معرفی تجهیزات کارتوگرافی دستی
وسایل ترسیم و استفاده از آن‌ها:
این وسایل در گذشته شامل انواع مداد ترسیم و پاک‌کن، انواع پرگار، خط‌کش مقیاس، نقاله و پیستوله، گونیا، شابلون حروف، قلم‌های هاشور، گرافوس، راپیدوگراف، زیباتون، ورقه‌های آماده‌ی چسب‌دار و اعداد بوده‌اند که امروزه کمتر به کار گرفته می‌شوند زیرا نرم‌افزارهای ترسیمی و رایانه به تدریج جایگزین ابزار مذکور شده‌اند.
هر نقشه به مجموعه‌ای از خطوط و نقاط اتکا دارد که بایستی دارای وضع هندسی و ریاضی مشخصی باشند. مثلاً حداقل ضخامت یک خط 1/0 میلی‌متر و حداقل قطر یک نقطه 2/0 میلی‌متر انتخاب می‌شود و همچنین حداقل ضخامت قسمت سفید رو دو خط هم باید 2/0 میلی‌متر باشد.
بایستی دقت داشت زمانی یک نقشه‌ی خوب ترسیم می‌گردد که از ابزار و وسایل ترسیم به شکل مناسب و به موقع استفاده گردد. از این لحاظ، آشنایی با ابزار گوناگون ترسیم و چگونگی استفاده‌ی آن‌ها الزامی است. از طرف دیگر، ضخامت خطوط متناسب با نوع عوارض و مقیاس نقشه دارای اهمیت بسیار زیادی است. عوارضی که در سطح زمین هستند، یا حدودشان با استفاده از ترسیم روی نقشه نمایش داده می‌شوند و یا فرم آن‌ها را با قراردادهای خاص هندسی و هنری بر روی نقشه مشخص می‌کنند.
اطلاعات حاشیه‌ای
در حاشیه‌ی نقشه‌ها عموماً علائم یا عنوان نقشه، مقیاس نقشه، وضعیت شمال نقشه و راهنمای علائم به کار رفته و در مواقعی که از یک منطقه، چند برگ تهیه شده است، شماره‌ی برگ، شماره‌ی سری نقشه، راهنمای اتصال نقشه‌ها و همچنین سایر اطلاعات با توجه به مشخصات نقشه و کاربردهایی که از ان انتظار دارند، ذکر می‌شود؛ به عنوان مثال در صورت نمایش ارتفاعات، سطح مبنای ارتفاعات نوشته می‌شود.
در شکل زیر وسایل ترسیم دستی نمایش داده شده است.
علائم قراردادی
بعد از اینکه مختصات نقاط گوناگون عوارض به‌دست آمد بایستی با توجه به مقیاس مربوطه، آن‌ها را بر روی کاغذ نقشه پیاده نمود؛ اما این کار همیشه میسّر نیست زیرا برخی عوارض پس از کوچک شدن ابعادشان قابل ترسیم نیستند. در اینگونه موارد ناچاراً باید عوارض را با ابعاد بزرگتر از ابعاد حیقی یا با علائمی مخصوص نمایش داد. در ادامه برخی از این علائم آورده شده است.
کارتوگرافی خودکار
با توجه به اینکه در سه دهه‌ی اخیر، پیشرفت علم و تکنولوژی باعث تغییر روش‌های کاربردی تمام علوم گردیده، کارتوگرافی نیز به شکل فزاینده‌ای در این خصوص تحت تأثیر قرار گرفته است. خصوصاً اینکه شروع کار عملیات کارتوگرافی، جمع‌آوری اطلاعات مکانی مرتبط با یک منطقه از زمین است و درحال حاضر در تمامی روش‌های تعیین موقعیت این اطلاعات به صورت فایل‌های رایانه‌ای در اختیار قرار می‌گیرد و از جهت دیگر تقاضا برای ارائه اطلاعات یا نقشه به این شکل نیز روزافزون است.
شکل بعد، کارتوگرافی خودکار را نمایش می‌دهد.
اطلاعاتی که در رایانه نگهدای می‌شود به حالت عددی است. لذا موضوع مهم در تغییر کارتوگرافی سنتی به کارتوگرافی خودکار، تبدیل اطلاعات غیرعددی به عددی است. در کارتوگرافی به دلیل ماهیت ماهیت خاص خود و عناصر هنری مخصوصی که در آن وجود دارد، این تغییر به‌شدت کند صورت گرفته و هنوز حضور کارتوگراف در برای از مراحل تولید خودکار نقشه موضوعی الزامی است. در گذشته داده‌های رقومی زمینی تحت عنوان محصولات فرعی نقشه محسوب می‌شد؛ اما در حال حاضر این شرایط تغییر کرده است به گونه‌ای که داده‌های رقومی از اهمیت بالایی برخوردار هستند و پایه‌ی سیستم‌های رایانه‌ای اطلاعات جغرافیایی و زمینی به‌شمار می‌آیند.
دیگر نکته‌ی مهم آن است که نمایش عوارض سطح زمین در ترسیم دستی با نمود آن‌ها در طبیعت فرق می‌کند. در این روش به سبب مقیاس نقشه، در نمایش عوارض با محدودیت مواجه هستیم. همچنین استفاده از علائم و نشانه‌ها الزامی است اما در محیط رقومی چنین محدودیت‌هایی وجود ندارد زیرا داده‌های رقومی، مقیاس ندارند و هر عارضه‌ی زمینی با تعیین مختصات (x و y و z) به صورت نقاط یا رشته نقاط خطی و یا کمان تعریف می‌شود. علاوه بر این می‌توان تعداد نامحدودی از عوارض زمینی را صرف‌نظر از میزان نزدیکی آن‌ها به یکدیگر در سطح زمین، وارد پایگاه اطلاعاتی کرد.
در روش سنّتی برجستگی‌های سطح زمین، به صورت خطوط منحنی میزان به نمایش درمی‌آیند. تصویری که برای اغلب تهیه‌کنندگان و مصرف‌کنندگان نقشه، به خوبی قابل درک است؛ اما مناسب‌ترین شکل نمایش برجستگی‌ها در کاربردهای رایانه‌ای، روش «مدل‌های رقومی» است. در این روش جهت نمایش بهتر توپوگرافی زمین، ارتفاعات موجود در مسیر خطوط شکست نیز ثبت و ترسیم می‌گردند. روش دیگر این است که اگر انتخابی تصادفی از نقاط ارتفاعی واقع در محل‌های حساس (مثل دره‌ها، شکستگی‌های زمین و …) داشته باشیم، برجستگی‌ها به شکل مناسب‌تری به نمایش درمی‌آیند.
مدل‌های ارتفاعی رقومی امکانات نامحدودی جهت نمایش تصویری برجستگی‌های در روش‌های خودکار در اختیار می‌گذارد؛ که به عنوان مثال می‌توان به نمایش منحنی‌های معمول، نقشه‌های تیپ، مناظر پرسپکتیو، برجستگی‌های سایه‌دار، برش‌ها و … اشاره کرد. در شکل زیر نقشه رقومی یک منطقه نشان داده شده است.
یک پایگاه اطلاعاتی رقومی که مختصات عوارض زمینی حاصل شده از روش‌های گوناگون را در یک جا جمع می‌کند، از دقت بسیار بالایی برخوردار است و محتوای آن غنی‌تر از یک پایگاه اطلاعاتی جغرافیایی می‌باشد که صرفاً نمایشی از اطلاعات زمینی در نقشه‌های سنتی می‌باشد. در محیط رقومی به جای سمبل‌های تصویری نقشه از کدهای مخصوص و مشخصه‌ها بهره گرفته می‌شود. چنین تفاوتی، بیان‌کننده‌ی آن است که در تهیه‌ی نقشه‌های رقومی باید دو نوع اصلی فایل‌های رقومی را مدنظر قرار داد.
الف فایل موقعیت عوارض
ب فایل نمایش عوارض
به طور کلی فایل‌های موقعیت می‌تواند شامل عوارض زمینی و اصلاح‌شده‌ای باشد که جمع‌آوری داده‌های آن به طور مستقیم و به فرم عددی (رقومی) از نقشه‌برداری زمینی یا فتوگرامتری حاصل گردیده است. در این فایل تمامی عوارض زمینی در محل‌های جغرافیایی واقعی خود و بدون توجه به سمبل‌دهی کارتوگرافی ثبت می‌شوند. این فایل بدون مقیاس، مفهومی است که در ذهن ما می‌باشد و در آن دقت هندسی و محتوا جایگزین این مفهوم شده است. فایل موقعیت، پایه‌ی اصلی سیستم اطلاعات جغرافیایی را تشکیل می‌دهد.
کارتوگراف با استفاده از فایل موقعیت، فایل نمایش را برای هر مقیاس نقشه ایجاد می‌کند. سیستم کارتوگرافی این امکان را در اختیار کارتوگراف می‌گذارد تا عوارض را نمایش دهد و یا تعریف یا حذف نماید. همچنین کارتوگراف سیمبل‌های مناسب را انتخاب کرده و سپس فرمان‌های مناسبی را جهت ترسیم خودکار نگاتیوهای تفکیک رنگ، صادر می‌نماید.
در حقیقت این ایده‌های نوین، روش‌های کاربردی آینده می‌باشند و بدین ترتیب باید استانداردها و دستورالعمل‌های جدیدی گردآوری و تدوین شوند.
در دیاگرام زیر می‌توان مراحل کلی کار در کارتوگرافی را مشاهده نمود.
گردآوری اطلاعات
منابع اطلاعاتی کارتوگرافی به شکل‌های گوناگونی نظیر تصویر، عدد، حرف، نوار مغناطیسی، دیسک و غیره موجود است. از آنجایی که این اطلاعات همگون نیستند لذا زمان زیادی جهت تهیه‌ی نقشه موردنیاز است. همگون نبودن اطلاعاتی مانند مقیاس، سیستم تصویر و همچنین تبدیل مقیاس و سیستم تصویر به یکدیگر نیازمند اتخاذ روش‌هایی است که ماهیت هریک از آن‌ها اثراتی در کیفیت کار ایجاد می‌نماید و چانچه کوچک‌ترین تغییر و یا اشتباهی در هرکدام از کارها مشاهده شود، لازم است که عملیات مذکور مجدداً تکرار گردد. در واقع، همین تکرار به عنوان بزرگ‌ترین حجم عملیات حساب شده و بدون تحول در این قسمت پیشرفتی در مرحله‌ی نهایی یا تألیف به‌وجود نخواهد آمد.
عددی کردن اطلاعات
در این فرایند باید عوارض موردنظری که قرار است عددی شوند از قبل معین گردند و پس از تعیین آن‌ها بایستی در مورد انتخاب روش عددی کردن، تصمیم‌گیری شود.
به منظور عددی کردن اطلاعات باید تمام اندازه‌گیری‌های X و Y و همچنین کلیه‌ی عوارض موجود در نقشه مشخص باشد.
روش‌های عددی کردن اطلاعات
تمامی اطلاعات تصویری شامل انواع عکس‌های هوایی و یا نقشه‌ها به دو شکل تبدیل به اطلاعات عددی می‌شوند:
- روش ردیابی: در این روش نقاط منفرد، خطوط و حدود نواحی می‌توانند به حالت مجزا و جداگانه ثبت گردند.
- روش جاروب کردن: بدون توجه به نوع عارضه، دستگاه با یک حرکت سیستماتیک و منظم تمامی اطلاعات موجود را ثبت می‌کند.
تصاویر گرافیکی به صورت دستی و خودکار، عددی می‌شوند. در روش سنتی با بهره‌گیری از ردیاب دستی و در روش خودکار با ردیاب خودکار این کار انجام می‌پذیرد. کاربرد ردیاب خودکار در تصاویر ساده‌ی خطی است. همچنین از ردیاب خودکار می‌توان برای تصاویری که صرفاً دارای منحنی میزان‌های ساده هستند، استفاده کرد.
ردیاب‌ها یا وسایلی که ارقام را ثبت می‌کنند به 3 شیوه عمل می‌نمایند:
الف ثبت نقاط: ردیاب روی نقطه‌ی مورد نظر واقع می‌شود و با فشار دادن سوئیچ مخصوص، مختصات آن ثبت می‌گردد.
ب ثبت زمانی: جهت اینکه بتوان مختصات نقاط واقع بر یک خط را ثبت کرد، بایستی زمان معینی برای حرکت از یک نقطه به نقطه‌ی دیگر در نظر گرفته شود. طبیعتاً در صورتی که خط پر پیچ و خم باشد، فاصله‌ی نقاط به یکدیگر نزدیک شده و اگر خط ساده باشد فاصله‌ی نقاط از یکدیگر دور خواهد شد.
ج ثبت فاصله‌ای: در این روش ردیاب با طی فاصله‌های یکسان، ثبت مختصات را انجام خواهد داد.
دستگاه‌های عددی‌کننده کارتوگرافی
دستگاه‌های عددی‌کننده به دو گروه تقسیم می‌شوند:
گروه اول نوعی کوردیناگراف هستند که موقعیت وسیله‌ی ردیاب با استفاده از 2 ریل کشویی که در جهات X و Y حرکت می‌کند، اندازه‌گیری می‌شود. در شکل زیر دستگاه عددی‌کننده‌ی d-mac به تصویر کشیده شده است.
گروه دوم از خطوط ظریف شبکه‌مانندی تشکیل گردیده است که کل این خطوط دستگاه مختصات X و Y را به‌وجود می‌آورد. در شکل بعدی می‌توانید یک دستگاه عددی‌کننده‌ی شبکه‌ای را ملاحظه نمایید.
در نوع اول پس از قرار دادن وسیله‌ی ردیاب روی نقطه‌ی موردنظر، یک سری موتورهای مخصوص ریل کشویی را به حرکت درمی‌آورد و موقعیت خطی (X و Y) به عدد تبدیل می‌شود.
در نوع دوم، دستگاه‌های عددی‌کننده‌ی شبکه‌ای دارای سیستم متفاوتی نسبت به گروه اول می‌باشند. معمولاً شبکه‌ی موردنظر توسط نور و یا مدار الکترونیکی ایجاد می‌گردد. در حالت نوری ردیاب به یک نقطه‌ی نوری بسیار کوچک مجهّز شده است که با حرکت آن بر روی میز، محل تقاطع آن با خطوط شبکه ریز واقع شده بر روی میز معلوم شده و ثبت می‌گردد.
کدگذاری عوارض
به منظور اینکه اطلاعاتی که تبدیل به عدد می‌شوند، بعداً بتوانند به صورت ایده‌آل مورد استفاده قرار گیرند و به نقشه تبدیل گردند، باید تقسیم‌بندی و کدگذاری صورت بپذیرد. این امر یکی از اساسی‌ترین نیازهای کارتوگرافی خودکار می‌باشد که عمدتاً در عملیات عددی کردن اطلاعات انجام می‌شود. از طریق همین کدها می‌توان ترسیم به ترسیم اتوماتیک دست پیدا کرد.
ایجاد تصویر با استفاده از کامپیوتر یا اسکن
ایجاد تصیر با استفاده از کامپیوتر نیازمند طی کردن 3 مرحله است:
الف تهیه‌ی نقشه با اطلاعات مناسب برای کامپیوتر
ب معرفی موقعیت و مختصات به طور خودکار به دستگاهی که تصویر را ایجاد می‌نماید.
ج به‌وجود آوردن تصویر با بهره‌گیری از ترسیم‌های خودکار.
از بین این 3 روش، روش سوم یا روش انتقال در کارتوگرافی خودکار از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است زیرا اشعه‌ی نورانی که به سطح فیلم تابانده می‌شود به طور خودکار قابل کنترل است و این تنها روشی به‌شمار می‌آید که انجام آن به صورت دستی امکان‌پذیر نیست. همچنین استفاده از اشعه‌ی نورانی به عنوان یک ابزار ترسیم این امکان را در اختیار می‌گذارد که بتوان از تصاویر گرافیکی موجود نسخه‌های اضافی تهیه کرد.
روش تصویربرداری یا اسکن کردن
در کارتوگرافی خودکار از یک روش خاص با نام جاروب کردن استفاده می‌شود که در آن وسیله‌ی ترسیم به طور منظم حرکاتی را انجام می‌دهد که تمامی سطح تصویر را شامل می‌گردد. در واقع حرکت وسیله‌ی ترسیم به صورت نقطه به نقطه و در راستای خطوط موازی خواهد بود که تمام تصویر را جاروب کرده و می‌پوشاند. در شکل زیر می‌توانید اصول روش جاروب کردن را ملاحظه نمائید.
دستگاه ترسیم خودکار (پلاترها)
این دستگاه‌ها شامل 3 نوع می‌باشند که در سه شکل بعدی به ترتیب به نمایش درآمده‌اند.
- قلم ثابت، سطح نقشه متحرک (میز متحرک) (الف)
- قلم متحرک و میز ثابت (ب)
- پلاترهای استوانه‌ای که قلم و میز هر دو متحرک هستند. دقت این دستگاه بسیار زیاد بوده و در حد 01/0 میلی‌متر است. (ج)
کاربردهای کارتوگرافی خودکار
در ترسیم، ذوق و ظرافت از اهمیت بالایی برخوردار است. ترسیم نقشه به صورت خودکار در اندازه و مقیاس متفاوت و با رنگ و اندازه‌های دلخواه یکی از کاربردهای بسیار مهم کارتوگرافی می‌باشد زیرا که در این فرایند عوامیل از قبیل تمیزی، دقت، نظم و ظرافت از پارمترهای اساسی به شمار می‌آیند.