مبادئ علم المساحة - أ‌.د. عصمت محمد الحسن- قسم الهندسة المدنية – كلية الهندسة- جامعة الملك سعود

مبادئ علم المساحة 

  

أ‌.       د.  عصمت محمد الحسن

قسم الهندسة المدنية – كلية الهندسة

جامعة الملك سعود

ismat@ksu.edu.sa

mobile: 0509426590

الرياض  1430 هـ

شكر و تقدير

         يتقدم الباحث بوافر الشكر والتقدير لأسرة مركز البحوث بكلية الهندسة بجامعة الملك سعود الذين لم يألوا جهداً أن يقدموا كل ما في وسعهم من دعم لإنجاز هذا الكتاب كمشروع بحث مسجل في المركز.  

أ‌.       د.  عصــمــت  محمـــد الحســــــن

قسم الهندسة المدنية  -  كلية الهندسة

2/12/1430 هـ

مقدمة الكتاب

        يمكن تعريف علم هندسة المساحة بأنه العلم الذي بواسطته نستطيع أن نحدد مواقع الأشياء الطبيعية منها والمدنية التي قام بإنشائها الإنسان على سطح الأرض إما بالنسبة لبعضها البعض أو بالنسبة لمرجع هندسي أو جغرافي  معين وكذلك يمكن بواسطة علم المساحة التعرف على ارتفاعات المواقع المختلفة بالنسبة لبعضها البعض أو بالنسبة لمرجع أفقي ثابت .  ولذلك  يعتبر علم المساحة من العلوم التي يحتاج لها كثير من المهندسين وعلماء الجيولوجيا والجغرافيا والغابات والزراعة وتخطيط المدن أو غير ذلك ممن يقضون في المنازعات بين أصحاب ملكيات الأراضي الزراعية أو السكنية أو التجارية أو الصناعية أو غير ذلك.

            كل هؤلاء لا بد لهم من الإلمام ولو بقدر يسير من علم و تقنيات هندسة المساحة . ولذلك فإن علم المساحة يقدم كمقرر أو متطلب أساسي في المرحلة الجامعية للعديد من الأقسام في الكليات المختلفة.  وفي جامعة الملك سعود على سبيل المثال فإن مادة المساحة متطلب لتخصصات غير الهندسية تشمل طلاب كليات أو أقسام العمارة والتخطيط والهندسة الزراعية والجغرافية.

         وبما أن العديد من الكتب التي تم تأليفها في مجال علوم المساحة سواءً باللغة العربية أو باللغات الأجنبية قد تم إعدادها لطلاب هندسة المساحة أو الهندسة المدنية فإن المكتبات تكاد تخلو من كتاب دراسي يقدم مادة المساحة بصورة  تتناسب مع الخلفية العلمية لطلاب من كليات غير كلية الهندسة ويحتاجون للتعرف على هذه المادة والاستفادة منها خلال مسيرتهم العلمية والعملية . من أجل ذلك نشأت فكرة تأليف هذا الكتاب والتي وجدت قبولاً ودعماً مادياً ومعنوياً من مركز البحوث بكلية الهندسة بجامعة الملك سعود.  ومن هنا يتوجه المؤلف بجزيل الشكر لأسرة المركز من إدارة ومعاونين.

         وقد رأى المؤلف أن يكون الكتاب بلغة مبسطة و يحتوي على النظريات الرياضية و العلمية البسيطة التي يكون الطالب على إلمام بها من خلال تعليمه العام .

         وقد تم تقسيم الكتاب إلى ثمانية أبواب: تعتبر الأبواب الستة الأولى منها أساسية في مجال المساحة الأرضية . إذا استوعب الدارس هذه الأبواب الست يستطيع باستخدام أبسط أجهزة القياس المساحي من عمل خريطة مساحية لقطعة أرض محدودة المساحة كما يستطيع أن يتحصل بالقياس الميداني على البيانات التي تمكنه من ذلك ومن التعرف على فروق الارتفاعات وإيجاد مساحات قطع الأراضي المسطحة سواءً كان من القياس على الخريطة أو من قياس أبعاد حدود الأرض على  الطبيعة مباشرةً . فالباب الأول من الكتاب عبارة عن مقدمة لتعريف الدارس بعلم المساحة و أنواعه المختلفة وأهمية علم المساحة وتطبيقاته في الحياة العملية . ويشرح الباب الثاني كيفية قياس المسافة باستخدام أبسط الأجهزة و أقلها تكلفة و هو جهاز الجنزير أو الشريط و توابعهما من أدوات تستخدم أثناء القياس و أثناء جمع البيانات من الموقع لعمل الخريطة ، وهذا ما تم تفصيله في الباب الثالث . وحيث أن توقيع الخريطة يحتاج لاستخدام مقياس الرسم و توجيه الخريطة فقد تم شرح ذلك في هذا الباب.  أما في الباب الرابع فقد تم توضيح عمليات إيجاد مساحات المسطحات من قياس أبعاد حدود الأرض من الطبيعة مباشرةً أو القياس من الخريطة إذا كانت حدود الأرض موقعة على الخريطة بمقياس رسم معلوم.

وفي الباب الخامس تم التعريف بعمليات التسوية وهي التقنية التي تستخدم في التعرف على فروق الارتفاع بين النقاط على سطح الأرض وعلى مناسيب النقاط والأجسام المختلفة بالنسبة لمستوى مرجعي لقياس الارتفاعات مثل متوسط سطح البحر.  وفي الباب السادس تم شرح بعض الأمثلة لتطبيقات عمليات التسوية مثل عمل القطاعات الطولية والعرضية التي تستخدم في عمليات حساب مكعبات الحفر والردم عند تنفيذ مشاريع ذات سمة طولية مثل قنوات الري والطرق . وفي الباب السابع و الثامن تم تقديم شرح مختصر للتقنيات المساحية الحديثة . ففي الباب السابع قدمت نبذة عن الأجهزة الالكترونية أو الكهرومغناطيسية  واستخدامها في قياس المسافات ، وفي الباب الثامن والأخير كان المحتوى نبذة مختصرة أيضاً عن تقنيات نظم المعلومات الجغرافية GIS ونظام التوقيع العالمي GPS . وفي نهاية كل باب وضعت تمارين تحتوي على عدد محدود من الأسئلة تساعد على ترسيخ معلومات الباب لدى الطالب.

         ويشير المؤلف في هذه المقدمة إلى أن قدراً لا بأس به  من الأفكار والرسومات والصور التوضيحية قد تم اقتباسها من المراجع الوارد ذكرها في نهاية البحث وبذلك فالشكر الجزيل موصول إلى أولئك الباحثين والمؤلفين وأصحاب الشركات أو المنظمات العلمية أو التجارية التي أتاحت الفرصة للوصول إلى بعض من صور ورسومات الأجهزة المساحية على شبكة  الإنترنت.

         واسأل الله سبحانه وتعالى بعد أن هيأ لي إكمال هذا المؤلف على صورته هذه أن يجعله مفيداً و أن ينفع به كل من يطلع عليه أو يستخدمه وخاصةً الطلاب الذين يدرسون مقرر المساحة الأرضية كمقرر دراسي أساسي خلال دراستهم الجامعية . واسأله سبحانه وتعالى أن يجعل منه خدمةً صادقة صالحة لأبنائي الطلاب وإخواني الدارسين في كل مجال ذي صلة بعلم المساحة وتقنياتها.

المحتويات

     الموضوع                                                                            الصفحة

     شكر و تقدير                                                                           2

    مقدمة الكتاب                                                                           3 

      المحتويات                                                                            5  

      الباب الأول: المقدمة                                                                9

1.1  تعريف علم المساحة                                                                           9

2.1    أهمية علم المساحة                                                                            9

3.1    أقسام المنهج المساحي                                                                       10

4.1    أنواع المساحة                                                                                 10

5.1  تمارين                                                                                           11

الباب الثاني:  قياس المسافات الأفقية                                            12

1.2   مقدمة                                                                                            12

2.2    طرق قياس المسافات الأفقية                                                                12

3.2    الأدوات المستخدمة في القياس المباشر للمسافات                                       13

4.2    الأدوات المستخدمة في قياس المسافات                                                   14

5.1    الأدوات المستخدمة في إقامة و إسقاط الأعمدة                                          16

6.2    إقامة و إسقاط الأعمدة                                                                       18

7.2    قياس المسافات باستخدام الشريط                                                          22

8.2    الأخطاء في قياس المسافة بالشريط و تصحيحها                                        29

9.2  نمارين                                                                                          32

الباب الثالث:  رفع التفاصيل                                                       34

1.3   مقدمة                                                                                            34

2.3    عملية الاستكشاف                                                                             34

3.3    اختيار الهيكل و نقاط الربط                                                                 34

4.3    عمليات القياس                                                                                35

5.2    مقياس رسم الخريطة                                                                         37

6.3    اتجاه الشمال و توجيه الخريطة                                                             44

7.3    خلاصة                                                                                          47

8.3  تمارين                                                                                           47

الباب الرابع: حساب المساحات                                                           49   

1.4  مقدمة                                                                                            49

2.4    الطرق الرياضية لإيجاد المساحة                                                           49          

3.4    الطرق التخطيطية لإيجاد المساحة                                                         56

4.4    الطريقة الآلية لإيجاد المساحة (جهاز قياس المساحة)                                  57

5.4  تمارين                                                                                           61

الباب الخامس: التسوية                                                             64

1.5   مقدمة                                                                                            64

2.5    تعريف مصطلحات التسوية                                                                  64

3.5    نظرية التسوية                                                                                 66

4.5    القامة                                                                                            67

5.5   جهاز التسوية                                                                                   68

6.4    الضبط المؤقت لجهاز التسوية                                                               71                  

7.5  الاحتياطات الواجبة عند الرصد بجهاز التسوية                                          73

8.5  إيجاد الفرق بين منسوبي نقطتين                                                            74

9.5  أقسام التسوية                                                                                   77

10.5 خطوات عمل التسوية                                                                       78                    

11.5  تمارين                                                                                        83

الباب السادس: تطبيقات التسوية                                                 85

1.6  مقدمة                                                                                           85

2.6  المقاطع  الطولية                                                                              85

3.6  المقاطع العرضية                                                                             91

4.6  التسوية الشبكية                                                                               96

5.6  خطوط التسوية                                                                               99

6.6  خلاصة                                                                                        102                     

7.6  تمارين                                                                                         102                                                      

الباب السابع: قياس المسافات بالأجهزة الكهرومغناطيسية                 106

1.7  مقدمة                                                                                           106

2.7  تصنيف الأجهزة الكهرومغناطيسية                                                       108

3.7  مبدأ عمل الجهاز الكهرومغناطيسي لقياس المسافة                                     112

4.7  مصادر الأخطاء في القياس الكهرومغناطيسي للمسافة                                115

5.7  مميزات القياس الإلكتروني مقارنة بالقياس بالشريط                                  116      

6.7  تمارين                                                                                         116

الباب الثامن: نظم المعلومات الجغرافية و نظام التوقيع العالمي           117

1.8  تعريف نظام المعلومات الجغرافية                                                        117

2.8  قدرة نظام المعلومات الجغرافية                                                            117

3.8  عناصر نظام المعلومات الجغرافية                                                        117

4.8  شرح توضيحي لنظام المعلومات الجغرافية                                             118

5.8  مقدمة لنظام التوقيع العالمي                                                                119

6.8  التطور التاريخي لنظام التوقيع العالمي                                                  122

7.8  عناصر نظام التوقيع العالمي                                                             122

8.8  كيفية عمل نظام التوقيع العالمي                                                          124

9.8  استخدامات نظام التوقيع العالمي                                                         125

10.8  تمارين                                                                                      125

المصطلحات                                                                         127

المراجع                                                                              132

الباب الأول

المقدمة

1.1      تعريف علم هندسة المساحة

         يبحث علم هندسة المساحة في الطرق المختلفة لتمثيل سطح الأرض تمثيلاً كاملاً لما يحتويه من معالم طبيعية  كالجبال والهضاب والوديان والأنهار والبحار والغابات ، ومعالم صناعية أو مدنية كالمنشئات الهندسية المختلفة من مباني وطرق ومطارات.  ويتم هذا التمثيل بإسقاط الجزء الذي تجري دراسته من سطح الأرض على مستوى أفقي بمقياس رسم معين يوافق الغرض المطلوب ، و يطلق على المسقط الأفقي الذي نحصل عليه "الخريطة المساحية"  والتي يمكن أن يبين عليها أيضاً ارتفاع أو انخفاض المعالم الطبيعية أو الصناعية بالنسبة لسطح مقارنة أفقي معين وفي أغلب الأحيان يستعمل السطح الوسطي للبحر كمرجع لمقارنة الارتفاعات.

         وكما تبحث هندسة المساحة في كيفية تمثيل سطح الأرض و ما عليه من ظواهر طبيعية ومنشئات مدنية على الخرائط في عملية يطلق عليها عملية "الرفع"   فإنها تبحث كذلك في عملية تنفيذ المشروعات الهندسية المختلفة على سطح الأرض و ذلك بتوقيع أو تخطيط حدود ومسارات المنشئات في الطبيعة من واقع لوحات التصميم الهندسي في عملية يطلق عليها عملية "التوقيع".

2.1    أهمية علم هندسة المساحة

         يعتبر علم المساحة هو الأساس لتخطيط وتنفيذ ومتابعة معظم المشاريع الهندسية  ذات الصلة بسطح الأرض مثل المباني والطرق والمطارات والسدود وقنوات الري.  كما وأنها ذات أهمية لمهن غير هندسية لها اتصال مباشر أو غير مباشر بالأعمال المساحية مثل علوم الجغرافيا والجيولوجيا وعلوم البحار والمحيطات وعلوم الغابات والزراعة والعلوم العسكرية .

3.1    المنهج المساحي

         ويمكن تقسيم علم هندسة المساحة إلى قسمين من ناحية المنهج العملي و بناءاً على كبر أو صغر المساحة تحت الدراسة.

1- المساحة المستوية :  وهي التي يتم العمل المساحي فيها لمساحات صغيرة نسبياً  ومحدودة بحيث لا تؤثر خاصية كروية الأرض في نتائج القياس . وهذا هو النوع من المساحة الذي يهم كثيراً من المهندسين وغيرهم من المستفيدين من العمل المساحي  ولذا سيكون موضوع هذا الكتاب .

2- المساحة الجيودسية  : وتختص بمسح يجرى على أجزاء متسعة من سطح الكرة الأرضية حيث يتم التعامل مع الشكل النظري للكرة الأرضية وبذلك لابد من تصحيح  تأثير كروية الأرض على القياسات ومعالجتها للحصول على نتائج ومعلومات دقيقة .

4.1  فروع علم المساحة

                هنالك العديد من فروع المساحة التي يطبق فيها منهج المساحة المستوية ، نذكر منها:

         أ-  المساحة التفصيلية : إن الغرض من المساحة التفصيلية هو إنشاء خرائط تفصيلية  بمقياس رسم كبير من أجل إظهار حدود الملكيات الزراعية و الأبنية والشوارع وغير ذلك من تفاصيل في مساحة أرض محدودة . ويستخدم مقياس رسم كبير يتراوح فيما بين 1:500 إلى 1:1000 في المدن  و  1:2500 إلى 1:5000 في المناطق الريفية . و نظراً لكبر المقياس المستخدم فإن دقة هذه الخرائط تكون عالية مما يسمح  باستخدامها في نزاعات الملكيات و تقسيم الأراضي .

ب‌-  المساحة الطبوغرافية : والغرض من هذه المساحة هو إنشاء ورسم الخرائط للمناطق المتسعة نسبياً مع بيان ما تحتويه من معالم طبيعية و صناعية و بيان ارتفاع  وانخفاض سطح الأرض باستخدام خطوط تساوي الارتفاعات والتي تعرف بخطوط  التسوية ، ويستفاد منها في الدراسات الأولية لتخطيط  المشاريع الهندسية  ذات الصلة بسطح الأرض مثل مشاريع الري والطرق والمطارات وتستخدم أيضاً في الدراسات الجيولوجية و العسكرية.

ت‌-  المساحة الهندسية :  وهي تختص بتوقيع مخططات المشاريع الهندسية على سطح الأرض و تشمل هذه المشاريع الطرق والخطوط الحديدية والمنشئات   الهندسية الأخرى مثل السدود و قنوات الري و المطارات و الجسور.  ويتسع التطبيق ليشمل الرفع المساحي للمنشئات و متابعة و رصد أي تغيرات هندسية تحدث لها.  ويكون الرفع بدقة عالية والرفيع بمقاييس رسم كبيرة تناسب حجم المنشأة .

ث‌-  مساحة الأنفاق : ويختص هذا الفرع من المساحة بعمليات تنفيذ المنشئات تحت سطح الأرض مثل الأنفاق و أنابيب الماء والغاز والزيت وشبكات التصريف التي يتم إنشاؤها تحت سطح الأرض.

ج‌-  المساحة التصويرية  : وتستخدم فيها الصور الأرضية و الجوية و الفضائية (المرئية والرقمية) لعمليات القياس المساحي المختلفة ومن أهم تطبيقاتها إنتاج الخرائط الطبوغرافية.

ح‌-  المساحة المائية : وتستخدم في عمل خرائط لشواطئ الأنهار والبحار والمحيطات . ويتم فيها أيضاً عمل الخرائط الطبوغرافية لقاع الماء.

خ‌-  الاستشعار من بعد : وهي تقنية التعرف على المعلومات المساحية عن سطح الأرض بواسطة دراسة وتحليل الصور التي يتم التقاطها بآلات استشعار تحملها الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض .

6.1    تمارين

1-  عرف علم المساحة؟

2-  ما هي أهمية علم المساحة ؟

3-  وضح الفرق بين المساحة المستوية و المساحة الجيودسية .

4-  أذكر فروع المساحة المختلفة و تطبيقات كل منها.

============================
لتحميل الملف كاملاً: اضغط هنا