الأجهزة المساحية وجهاز التيودوليت

مرت الأجهزة المساحية خلال العقدين الأخرين بتطور كبير نتيجه للتطور التكنولوجي الذي حدث في الأونه الأخيره ، حيث أنه يقاس التطور التكنولوجي للبلاد بتقدمها في علم المساحه ، حيث أن المساحه تدخل في كثير من من الأعمال المدنيه والعسكريه ، وسوف نعرض موجز من التطور الذي لحق بالأجهزة المساحية .

كما نعلم أن أساس القياسات المساحية هي القياسات الزاوية والقياسات الطوليه ، حيث أن تعتبر البوصله من أقدم الأجهزه التي تم اٍستخدامها في القياسات الزاوية ، كما أنها تقيس الاٍنحرافات المغناطيسية للخطوط ، ولم يعرف حتي الآن متي أخترعت البوصله ، إلا أن هناك ما يدل علي أن البوصله كانت معروفه لدي الصينيين في القرن الثامن قبل الميلاد ، ولكن مع التقدم والاٍحتياج الشديد للقياسات الزاوية تم أختراع جهاز يعرف بالتيودوليت ، ويعتبر العالم توماس دوج (Thomas Dug  ) هو أول من أشار اٍلي التيودوليت كجهاز للمساحه عام 1571 م ، وهو عباره عن قوس مدرج اٍلي 360 درجه ، وفي وسط القوس يوجد أليداد وجميعها مركبه علي حامل ، وأسم الجهاز مشتق من كلمه ( Thedicy ) والمعتقد أن أصلها هو الكلمة العربية    (دقيقا َ) ، ويعتبر التيودوليت من أدق الأجهزة المساحية المستعملة لقياس الزوايا سواء إذا كان المستوي أفقي او رأسي .

أما في مجال القياسات الطولية فيعتبر الجنزير هو من أقدم الأدوات المستخدمة في هذه القياسات وهو عباره عن أجزاء طولية من الصلب متصله مع بعضها وكل جزء من هذه الأجزاء له طول محدد ومعروف ، ثم تطور بعد ذلك اٍلي ما يعرف بالشريط ( صلب – تيل ) بأطوال مختلفه .

ومع التطور التكنولوجي المستمر تم أختراع جهاز يقيس المسافات اٍلكترونياَ ، وهو ما يعرف بالدستومات ، وفكره عمله بكل بساطه هي اٍرسال موجة اٍشعاعية بطول موجي محدد من الجهاز ثم تنعكس هذه الموجة علي عاكس حيث ترتد مرة أخري لتستقبل لنفس الجهاز ، ثم يستطيع الجهاز عن طريق معرفه الطول الموجي للشعاع و زمن رحله الموجة الواحدة المستغرق من حساب المسافه المقاسة ، وتم تصميم هذا الجهاز بحيث يمكن تركيبه علي جهاز التيودوليت ليعملوا سوياً ، حتي يمكن اٍجراء القياسات الزاوية والطولية بكل سهوله ويسر .

ونتيجه للتطور والتقدم التكنولوجي الهائل والمتطلبات المساحية الكثيرة والضرورية تم تطوير أجهزة الديستومات اٍلي أجهزة المسافات والزوايا الإلكترونية وهي التي تعرف بالمحطة الشاملة أو Total Station .

وأجهزة المحطة الشاملة هي أجهزة تقيس الزوايا الأفقية والرأسية ، والمسافه المائلة ومزوده بميكروكمبيوتر مبرمج لعمل كثير من العمليات الحسابية بالإضافة اٍلي وحدات تخزين كبيرة ، وهذه الأجهزة تعرض علي شاشتها معظم القياسات التي يحتاجها المهندس المساحي لعملتي الرفع والتوقيع من زوايا أفقية و رأسية ومسافات مائله وأفقيه و رأسية وإحداثيات النقط ، وبالتالي هي وفرت علي العاملين في مجال المساحة الكثير من العمليات الحسابية ، التي كانت تحتاج كثير من الوقت والجهد ، أما العواكس وهي التي تستقبل الموجات المرسلة من الجهاز وتعكسها مرة أخري للجهاز وتكون مزوده بمؤشرات يختلف عددها حسب المسافه المقاسة ، ولذلك يقبل العاملون في مجال المساحة علي أستخدام الأجهزة الإلكترونية بحماس وثقة وبشكل مكثق متزايد ، ولعل السبب الرئيسي يعود للسرعه الهائلة في اٍيجاد القياسات للمسافات الطويلة والقصيرة مقارنة بالطرق التقليدية القديمة ، والسهوله الكبيره في الإستعمال والدقة العالية في النتائج .

وفيما يلي سوف نعرض بعض الأجهزة المساحية وأهميتها في المشاريع القومية ، ولكن في هذه المقالة سوف نتحدث بشئ من التفصيل عن جهاز التيودوليت .

شرح تفصيلي لأنواع وطريقة عمل وأهمية جهاز التيودوليت في المشاريع المساحية .

الــــــتـــــــيـــــــودولــــــيـــــــــت

تعد قياسات الزوايا من أهم أنواع القياسات المساحية التي عرفها الاٍنسان من آلاف السنين ، يمكن اعتبار أول جهاز بدائي اخترعه قدماء المصريين هو جهاز الجروماGroma  في عام 1500 قبل الميلاد ، وربما استمر العمل بهذا الجهاز لقرون عديدة وذلك قبل أن يتم ابتكار جهاز الديوبترا Dioptra من قبل الرومان في عام 150 ميلادياً ، أما أول جهاز ملاحي حقيقي فقد كان الاسطرلاب الذي أخترعه علماء المسلمين في حوالي القرن الثامن الميلادي .

أما أسم التودوليت Thedolite فقد ظهر لأول مره في عام 1571 م في كتاب للعالم الشهير ليونارد ديجيس Leonard Digges ، حيث يتكون الجهاز من تدريج دائري أفقي مركب علي عمود رأسي حيث كانت تقاس الزوايا من خلال زوج من النظرات أو الشعرات مركبين علي مسطرة دوارة ، وفي عام 1631 م أخترع العالم بيير فيرنر Pierre Vernier أول جهاز ورنية ، أطلق عليها Vernier ، وهي تدريج إضافي يركب علي التدريج الأصلي لزاوية التودوليت بحيث يمكن القياس بإجزاء من الدرجة ، اٍلا أن أهم أنواع أجهزة التيودوليت المساحي الدقيق بدأ في الظهور تقريبا في العشرينات علي يد السويسري هينريك فيلد Heinrick Wild وهو اسم شهير في عالم تصنيع التيودوليت المسمي بأسم Wild ، الذي ظل لعقود طويلة أشهر وأدق أنواع الأجهزة المساحية لقياس الزوايا ( مثل جهاز Wild T2 الشهير ) .

يمكن تقسيم أجهزة التيودوليت المساحية اٍلي قسمين : الأجهزة البصرية والأجهزة الرقمية ، وحاليا فإن التيودوليت الرقمي هو الأكثر انتشارا في التطبيقات المساحية بصفه عامة .

وفي الوقت الحالي قل الاعتماد علي التيودوليت بصفة رئيسية في الأعمال المساحية حيث أصبحت أجهزة المحطة الشاملة Total Station هي الأكثر استخداما وانتشارا في التطبيقات المساحية .

تجدر الاٍشارة لوجود أنواع خاصة من أجهزة التيودوليت مثل جهاز الجيرو – تيودوليت Gyro ) ( Theodolite المستخدم للقياسات تحت سطح الأرض ( في المناجم والأنفاق ) .

1.     التيودوليت البصري

يتكون التيودوليت البصري ( التقليدي ) من عدة من الأجزاء الرئيسية تشمل :

• التربراخ : القاعدة التي تجمع فوقها كل أجزاء الجهاز والتي بها ثلاثة مفاتيح لضبط الأفقية ، بالاٍضافة لمنظار التسامت لضمان وقوع محور الجهاز أعلي النقطة الأرضية .
• الجزء السفلي : يحتوي الدائرة الأفقية لقياس الزوايا الأفقية ولها مفتاحين للحركة أحدهما للحركة الأفقية السريعة والآخر للحركة الأفقية البطيئة .
• الجزء العلوي أو الأليداد : يحتوي الدائرة الرأسية لقياس الزوايا الرأسية بالإضافة لميزان تسوية ( فقاعة ) رأسي. 
• المنظار ( التلسكوب ) المجهر ، بمفتاحين للحركة الرأسية ( السريعة و البطيئة ) بالإضاقة لعدستين عينية ( القريبة من عين الراصد ) وشيئية ( الموجهة للهدف ) ومعها مفتاح لتوضيح الرؤية لكل عدسة .

لجهاز التيودوليت 4 محاور تتكون من :

      1.     المحور الرأسي V – V : يمر بمركز الدائرة الأفقية ويدور الجهاز حوله في مستوي أفقي .

      2.     المحور الأفقي H – H : يمر بمركز الدائرة الرأسية ويدور الجهاز حوله في مستوي رأسي .

      3.     محور ميزان التسوية الطولي L – L  : الخط المستقيم المماس لميزان التسوية الطولي عند المنتصف .

      4.     محور خط النظر Z – Z : الخط الواصل بين نقطة تقاطع حامل الشعيرات للعدسة العينية والمركز الضوئي للعدسة الشيئية .

2.     التيودوليت الرقمي

التيودوليت الرقمي أو الإلكتروني هو تيودوليت عادي تم إضافة شاشة إلكترونية له لتظهر عليه الزوايا المرصودة بدلاً من قرائتها يدوياً في التيودوليت العادي ، يحتاج التيودوليت الرقمي لبطاريه لتشغيله ، وبعض أنواعه تحتوي علي كارت ذاكرة لتخزين القياسات ثم نقلها مباشرة للحاسب الآلي .

يتميز التيودوليت الرقمي بسهولة تشغيله وسرعته في إنجاز العمل المساحي إلا أنه أغلي سعراً من التيودوليت العادي .

العمل المساحي بالتيودوليت :

لكي يتم رصد الزوايا بدقة عالية فيتم رصد أو قياس كل زاوية من وضعين مختلفين للجهاز :

     أ‌.        الوضع المتيامن Face Right ، وهو عندما تكون الدائرة الرأسية للجهاز علي يمين الراصد .

   ب‌.       الوضع المتياسر Face Left ، وهو عندما تكون الدائرة الرأسية للجهاز علي يسار الراصد .

فاٍذا مثلا بدأنا بالوضع المتيامن ، فبعد قياس الزوايا نقوم بلف الجهاز أفقيا 180 درجة ثم لف المنظار رأسيا 90 درجة لنحصل علي الوضع المتياسر ، ونقوم بإعادة التوجية وقراءة الزاوية مرة أخري .

الفرق بين كلا قراءتي الوضعين المتايمن والمتايسر هو 180 درجة ، اٍلا أنه ربما يوجد فرق بسيط سواء في الثواني أو الدقائق ، فيتم قسمته علي اثنين للتغلب علي الخطأ في القياس .

تجدر الاٍشارة إلا أنه للتغلب علي تأثير الإنكسار الضوئي علي أرصاد التيودوليت فإن أفضل أوقات الرصد تكون في فترة الصباح الباكر وفترة ما قبل الغروب ، مع تجنب العمل في الفترة ما قبل وبعد الظهيرة مباشرة حيث يحدث أكبر تأثير للانكسار في الغلاف الجوي .

أهمية جهاز التيودوليت في المشاريع القومية

    1.   رصد الإحداثيات وتحديد مواقع إحداثيات النقط علي سطح الأرض .

    2.   إيجاد فرق الارتقاعات .

    3.   قياس المسافات بين النقط ، بمعني أنه يستطيع جهاز التيودوليت القيام بمعظم القياسات المساحية .

    4.   يستخدم في أعمال الرصد الفلكية .

    5.   تحديد نقاط الشبة الجيوديية بمختلف درجاتها .

    6.   إنجاز لوحات الخرائط الطبوغرافية .

    7.   شق الطرق والسكك الحديدية وقنوات الري والصرف الصحي .

    8.   تخطيط المنشأت الهندسية وأعمال البناء .