۱- نقشه برداري زميني:

تعيين موقعيت نسبي نقاط واقع در سطح زمين و يا نزديک به آن هدف اصلي نقشه برداري است. از اين تعريف ساده چنين استنتاج مي شود که هدف، تعيين مختصات نقاط در سه بعد است. البته در بعضي موارد، براي تعيين موقعيت، بعد زمان نيز مورد توجه قرار مي گيرد (سنجش هاي نجومي و نقشه برداري ماهواره اي). مختصات مطلوب مي تواند کارتزين (Z,Y,X) و يا جغرافيايي باشد. معمولا عمليات نقشه برداري شامل دو مرحله برداشت يا اندازهگيري و محاسبه و ارائه نتايج کار است. در مرحله اندازه گيري، از وسايل و دستگاه ها و نيز روش هاي مختلفي استفاده مي شود تا داده هاي لازم براي مرحله دوم بدست آيد. در مرحله دوم نيز از روشهاي مختلفي استفاده مي گردد. در تمام روش ها، ابتدا خطاها مورد بررسي قرار گرفته و در صورت قابل قبول بودن سرشکن مي شوند. نتايج کار به صورتهاي آنالوگ (نقشه، مقاطع طولي و عرضي و ...) و يا ديجيتال (جداول، مدلهاي رقومي زمين DGM يا DTM) ارائه مي گردد. انتخاب وسايل و روشهاي مناسب تابع وسعت منطقه، دقت مطلوب و امکانات است.

در نقشه برداري از مناطق کوچک اثر کرويت زمين تقريباً ناچيز است و مي توان زمين را در منطقه کوچکي مسطح در نظر گرفت و به عبارت ديگر سطوح تراز که بر امتداد شاقول عمود هستند موازي هم بوده و در اين صورت امتداد شاقول در نقاط مختلف موازي هم خواهند بود در صورتيکه حقيقتاً با فرض زمين کروي امتداد شاقول در نقاط مختلف موازي نبوده و از مرکز زمين مي گذرند. در مواقعي که زمين را مسطح فرض کنيم روش نقشه برداري مسطحه Plane Survey)) ناميده مي شود اين فرضيه ماداميکه سطح منطقه مورد نظر از چند صد کيلومتر مربع تجاوز نکند قابل قبول است. نقشه برداري مسطح که بعد از اين از آن بنام نقشه برداري ياد خواهيم کرد براي کارهاي مهندسي – معماري – شهرسازي – باستانشناسي – کارهاي ثبت و املاکي – تجاري – اکتشافي مورد استفاده است. و تنها در زمينه کارهاي مهندسي و معماري هميشه مورد استفاده مهندسين و معماران به منظور بررسي طرح – اجرا – نظارت مورد استفاده است. نقشه برداري در خدمت مهندسين معمار و شهرساز شامل مراحل زير است:
-برداشت نقشه کلي به منظور مطالعات اوليه
-برداشت نقشه دقيق براي تهيه طرح و اجرا
-پياده کردن طرح و پروژه
-کنترل پروژه ضمن اجرا
-کنترل نهايي و تحويل کار

در خدمت باستانشناسي نقشه برداري شامل برداشت پلان ساختمانها و آثار قديمي و همچنين تهيه نقشه جزئيات از نماها – تقاطع – رليف ها است که در بيشتر مواقع براي تجديد بناهاي از بين رفته و Restauration بکار مي رود.عمليات زميني و کارهاي دفتري معمولاً تهيه نقشه شامل دو مرحله کلي است:
-1عمليات زميني
2-کارهاي دفتري

عمليات زميني شامل مراحل زير است:
-1شناسايي مقدماتي منطقه عمليات
-2انجام اندازه گيريهاي لازم براي تعيين طولها – زوايا و غيره
-3ثبت اندازه گيريها در دفاتر و فرم هاي مخصوص

کارهاي دفتري شامل مراحل زير است:
-1محاسبات مقدماتي براي آنکه بتوان اندازه گيري هاي انجام شده روي نقشه برده شوند.
-2بردن اندازه ها روي نقشه (ترسيم(
-3پاکنويس نمودن و کنترل نقشه
-4انجام محاسبات سطح – حجم و غيره در صورت لزوم (مثل محاسبات سطح زمين يا حجم عمليات خاکبرداري و خاکريزي(

2- ژئودزي:

 در مورد تاريخچه ژئودزي مي توان به ريشه يوناني كلمه ژئودزي به معناي تقسيم كردن زمين اشاره كرد. اين تعريف نشان مي دهد كه از نظر تاريخي، ژئودزي با تهيه نقشه و تجزيه و تحليل در مورد وضعيت زمين و داده هاي مكاني ارتباط نزديكي دارد.تقريباً در اواخر قرن 19 ميلادي دانشمندي به نام هاملت (F.R Hamlet) تعريف ژئودزي را به "علم اندازه گيري و تهيه نقشه از سطح زمين" محدود كرد. اگر چه اين تعريف ممكن است فشرده به نظر برسد ولي اساساً بيانگر آنچه امروزه بعنوان ژئودزي ارائه مي شود مي باشد.
ژئودزي معمولاً به طريقه يا روشي اطلاق مي شود که براي تهيه نقشه هاي دقيق از يک منطقه بسيار وسيع نظير يک کشور يا يک استان به کار مي رود و در حقيقت اين نوع نقشه برداري يک جنبه ملي دارد. همچنين براي تعيين فرم و شکل زمين و علوم مربوطه به آن مورد استفاده است. در اين نوع نقشه برداري زمين مسطح فرض نشده بلکه انحناء آن در نظر گرفته مي شود به همين جهت محاسبات روي سطح بيضوي شکلي که به جاي شکل زمين انتخاب مي گردد انجام مي گيرد.
بنابراين نقشه برداري كلاسيك كه شامل تعيين موقعيت، مكان يابي عوامل، اندازه گيري تغييرات ناشي از حوادث طبيعي مثل زلزله و تعيين سطح دريا (از ارتفاعي كه ماهواره قرار دارد) مي باشد، همگي در شاخه ژئودزي گنجانده مي شوند كه اين به عنوان اولين جزء مهم در گرايش ژئودزي به حساب مي آيد.
دومين جزء اصلي ژئودزي عبارت است از تعيين ميدان جاذبه خارجي زمين (ژئوئید) كه تعيين بردار جاذبه محلي نيز از جمله مواردي است كه در اين شاخه از ژئودزي گنجانده مي شود.
پايه سوم ژئودزي مربوط است به بررسي حركت وضعي زمين و تعيين موقعيت آن. تمام اندازه گيريهاي ژئودتيك با توجه به كاربري مورد نظر در يك چهار چوب مرجع-مثلاً يك چهارچوب مختصات محلي- سنجيده مي شود. و تبديلات بين آنها (با توجه به حركت وضعي زمين و تغييرات محوري آن) بستگي به زمان دارد. بنابراين همانطور كه بيان شد، هدف ژئودزي مدرن جمع بندي سه شاخه فوق مي باشد (ژئومتري، جاذبه و حركت وضعي زمين(

GPS چيست؟

 سيستم تعيين موقعيت جهاني Global Positioning System مي‌باشد كه از طريق رديابي سيگنالهايي كه توسط ماهواره هاي در حال چرخش به دور زمين فرستاده مي شوند عمل مي كند به عبارت ديگر يك گيرنده GPS مي تواند موقعيتش را بر مبناي فاصله زماني ارسال سيگنالها (توسط فرستنده هاي ماهواره اي) تعيين كند. GPS مجموعه‌اي از 24 ماهواره است كه در مداري به دور زمين مي‌چرخند و توسط گيرنده‌هاي زميني به مردم امكان مي‌دهند مكان جغرافيايي خود را پيدا كنند. ماهواره‌ها طوري از هم فاصله دارند كه در هر نقطه زمين، 4 ماهواره بالاي افق قرار خواهد گرفت. هر ماهواره شامل يك كامپيوتر، يك ساعت اتمي و يك راديو است. هر ماهواره با دانستن موقعيت زماني مدار خود، به طور مداوم تغيير مكان و زمان خود را اعلام مي دارد. هر گيرنده GPS در روي زمين شامل كامپيوتري است كه موقعيت خود را با گرفتن اطلاعات از 3 ماهواره دريافت مي‌كند. نتيجه بصورت طول و عرض جغرافيايي با دقت 10 تا 100 متر در اختيار بيشتر گيرنده‌ها قرار مي‌گيرد و اگر ماهواره چهارم نيز قابل دريافت باشد، گيرنده مي‌تواند ارتفاع را نيز به خوبي مكان جغرافيايي نشان دهد. و اگر گيرنده در حال حركت باشد، جهت و سرعت را اندازه‌گيري كرده و زمان تخميني رسيدن به مقصد را نشان مي‌دهد.

3- فتوگرامتري

 به بيان ساده فرآيند اندازه گيري تصاوير اجسام در روي عكسهاي هوايي را فتوگرامتري گويند و بعبارت دقيق تر فتوگرامتري عبارتست از هنر ، علم و تكنولوژي تهيه اطلاعات درست از عوارض از طريق اندازه گيري ، ثبت و تفسير بر روي عكس و يا ساير مداركي كه در بر دارنده اثري از انرژي الكترومنيتيك تابشي ثبت شده باشد.
عكس بعنوان مهمترين منبع اطلاعاتي در اين علم مي باشد و در داقع اصول كار در فتوگرامتري بر روي عكسهاي هوايي است.
عموماً فتوگرامتري را به دو شاخه فتوگرامتري متريك و فتوگرامتري تفسيري تقسيم بندي مي كنند.
در فتوگرامتري متريكي ، اندازه گيريهاي كمي مطرح است ، يعني با استفاده از اندازه گيريهاي دقيق نقاط از طريق عكس مي توان فواصل حجم، ارتفاع و شكل زمين را تعيين كرد ، كه معمولترين كاربردهاي اين شاخه از فتوگرامتري تهيه نقشه هاي مسطحاتي و توپوگرافي از روي عكسهاست. اما فتوگرامتري تفسيري خود به دو شاخه تفسير عكس و سنجش از دور تقسيم مي شود.
در قسمت تفسير عكس بيشتر مطالعات كيفي بر روي عكس انجام مي گيرد،بعنوان مثال وضعيت پوشش گياهي يك منطقه و يا ميزان جمعيت يك شهر را از طريق عكس مورد مطالعه و تحقيق قرار مي دهند.
عکسهاي هوايي امروزه حداقل در دو رشته بزرگ علمي يعني فتوگرامتري به معني کلي تهيه نقشه از عکسهاي هوايي و ديگري تفسير به معني شناسايي و تشخيص عوارض و اشياء از روي تصوير به کار مي روند و داراي شروع و تاريخ همزماني مي باشند که بتدريج و با پيشرفتهاي تکنولوژي، اين دو رشته توسعه يافته و در نتيجه، استفاده و ابزار براي دو گروه کم کم از هم فاصله گرفته و در هر يک، تخصص هاي جداگانه اي به وجود آمده و بتدريج نيز اضافه خواهد شد. عکسبرداري هوايي براي هر دو مصارف فوق داراي قدمت چندان زيادي نيست، بلکه تاريخ آن کم و بيش مقارن با پيدايش هنر و علم عکاسي و همچنين، صنعت هوانوردي است. اولين گزارش کتبي اختراع عکسبرداري به علوم آکادمي علوم و هنرهاي فرانسه به سال 1839 باز مي گردد. اين عکسبرداري توسط دو فرانسوي به نامهاي Daguerre و Niepce انجام گرفت. اولين گزارش قطعي پرواز هواپيما نيز مربوط به 17 دسامبر 1903 بوسيله برادران آمريکايي Wright مي باشد، بنابراين بايد توجه نمود که تاريخ عکسبرداري هوايي به زمان بينابين دو تاريخ فوق برمي گردد. اولين عکسبرداري هوايي از اروپا (فرانسه) به وسيله G.S.Tournachon که بعداً Nadar ناميده شد، در 1858 در پاريس انجام گرديد و مقارن با او، يعني مجدداً در همان سال شخص ديگري به نام Laussedat با دوربين عکاسي و فيلمهاي شيشه اي که با خود در بالن داشت، از دهکده اي نزديک عکسبرداري نمود. او توانست از عکسها نقشه توپوگرافيک تهيه نمايد و دومي موفق به تجزيه و تحليل رياضي براي برگردان تصوير پرسپکتيو به تصوير ارتوفتو شد. در آمريکا، اولين عکس هوايي که با بالن گرفته شد، به تاريخ 13 اکتبر 1860 ثبت گرديد. اين عکس از ارتفاع 1200 پايي (365 متري) از بندر بوستون گرفته شده و در اتحاد جماهير شوروي سابق، تاريخ اولين عکسبرداري هوايي به سال 1886 بر مي گردد.
اولين فيلمبرداري هوايي بوسيله ويلبر رايت در 1909 با هواپيما از چنتوچيلي ايتاليا انجام شد. ولي اا عظيم از عکسهاي هوايي، در ارتش و از جنگ جهاني اول بود، در حالي که براي مصارف غير نظامي، از جنگ جهاني دوم به طور وسيع آغاز گرديد. با پيشرفت در صنايع شيميايي و تهيه فيلم بهتر و همچنين تکنولوژي هوايي، در مجموع، اين شاخه از علوم توسعه پيدا نمود. دوربينهاي عکسبرداري هوايي با پيشرفتهاي شگرف در صنعت و هنر ساختمان عدسيها به حد بسيار مرغوب رسيد. ساختمان انواع فيلمهاي سفيد و سياه بصورت پانکروماتيک و مادون قرمز توسعه يافت و فيلم رنگي نيز از 1935 بصورت کداکرم عرضه گرديد. فيلمهاي رنگي کاذب نيز کاربردي عظيم در تفسير پيدا نمود.

4- سيستم اطلاعات جغرافيايي (GIS)

 سيستمي است متشكل از داده ها، روشها و الگوريتمها، سخت افزار، نرم افزار، نيروي انساني و شبكه كه براي ورود، مديريت، تحليل و نمايش "اطلاعات جغرافيايي" مورد استفاده قرار مي گيرد. سيستم اطلاعات جغرافيايي ابزاري قدرتمند براي كار با داده هاي مكاني مي باشد. در GIS داده ها بصورت رقومي نگهداري مي شوند لذا از نظر فيزيكي حجم كمتري را نسبت به روش هاي سنتي (مانند نقشه هاي كاغذي) اشغال مي كنند. در يك GIS با استفاده از توانايي هاي كامپيوتر مقادير بسيار عظيمي از داده ها را مي توان با سرعت زياد و هزينه نسبتاً كم نگهداري و بازيابي نمود. قابليت كار كردن با داده هاي مكاني و اطلاعات توصيفي مربوط به آنها و تركيب انواع مختلف داده ها در يك آناليز و با سرعت زياد، با روش هاي دستي سازگار نمي باشد. توانايي اجراي آناليزهاي مكاني پيچيده، مزيت هاي كمي و كيفي را براي GIS فراهم مي كند. انجام پردازش هاي تكراري با در نظر گرفتن شرايط مختلف براي دستيابي به نتيجه بهينه، تنها توسط كامپيوتر امكان پذير مي باشد كه مي تواند اينگونه عمليات را با سرعت زياد و هزينه نسبتا كم انجام دهد. اين توانايي تجزيه و تحليل داده هاي مكاني است كه GIS را از ديگر سيستم هاي گرافيكي كامپيوتري (computer aided design) مجزا مي سازد. امكان انجام آناليزهاي پيچيده با مجموعه داده هاي مختلف مكاني (spatial) و غيرمكاني (non-spatial) بصورت توأم، مهمترين قابليت GIS مي باشد كه نمي توان آن را با روش هاي ديگر مثل روش هاي آنالوگ انجام داد. توانايي تجزيه و تحليل توأم داده هاي مختلف، امكان ايجاد و استفاده از اطلاعات زمين مرجع را به شكلي كاملاً متفاوت با گذشته را فراهم مي سازد. نه تنها امكان تركيب مجموعه داده هاي مختلف وجود دارد بلكه روش هاي مختلف را نيز مي توان با يكديگر تركيب نمود مثلاً روش هاي جمع آوري، رسيدگي و مميزي و به روز رساني داده ها را مي توان با يكديگر تركيب نمود. مثلاً وقتي كه تغييري در كاربري يا مالكيت يك قطعه زمين وارد سيستم GIS مي شود، اين سيستم مي تواند دقت تغييرات را كنترل نموده و سپس نقشه و جداول مربوطه را به روز در آورد. بدين ترتيب كاربران GIS مي توانند اطلاعات جديدتر را در اختيار داشته و با توجه به نيازهايشان آن را بكار گيرند.

 مؤلفه هاي سيستم اطلاعات جغرافيايي:
-1 ورودي داده ها (Data Input) مؤلفه ورودي داده ها، آنها را از شكل موجودشان به شكل قابل استفاده در GIS تبديل مي‌كند. داده‌هاي زمين مرجع، معمولا به شكل نقشه هاي كاغذي و جداولي از اطلاعات توصيفي فايل هاي الكترونيك از نقشه ها و اطلاعات توصيفي مربوط به آنها، عكس هاي هوايي و يا تصادير ماهواره‌اي مي‌باشند. وارد نمودن داده ها ممكن است به راحتي تغيير فرمت يك فايل و يا بسيار پيچيده باشد. ايجاد پايگاه هاي بزرگ داده ها ممكن است 5 تا 10 برابر سخت افزار و نرم افزار GIS هزينه در برداشته باشد. به طور كلي مرحله وارد نمودن داده ها بسيار وقت گير و پر هزينه بوده و ممكن است ماه ها و يا حتي سال ها به طول انجامد. قبل از اينكه مرحله وارد نمودن داده ها آغاز شود، روش هاي وارد كردن اين داده ها و استانداردهاي كيفيت بايد دقيقا مورد توجه قرار گيرند. روش هاي مختلف وارد نمودن داده ها بايد براساس پردازش هايي كه قرار است روي داده ها انجام گيرند، استانداردهاي مورد نظر براي دقت و خروجي هايي كه قرار است تهيه گردند مورد ارزيابي قرار گيرند.

-2 مديريت داده ها (data management) مديريت داده ها يكي از مولفه هاي GIS بوده و شامل توابعي براي ذخيره، نگهداري و بازيابي اطلاعات موجود در پايگاه داده ها مي باشد. روش هاي گوناگوني براي سازماندهي داده ها به صورت فايل هايي كه كامپيوتر بتواند آنها را بخواند وجود دارند. ساختار داده ها(data structure) روشي است كه داده ها براساس آن سازماندهي مي شوند و چگونگي ارتباط فايل ها با يكديگر (سازماندهي پايگاه داده ها)، تعيين كننده محدوديت هاي موجود در بازيابي اطلاعات و سرعت عمليات بازيابي مي باشند. در هنگام ارزيابي سازماندهي داده ها بايد نيازهاي كوتاه مدت و دراز مدت كاربران در نظر گرفته شوند. اين ارزيابي بايد توسط شخصي انجام گيرد كه در روش هاي طراحي و تجزيه وتحليل پايگاه داده هاي GIS متخصص باشد.

-3 تجزيه و تحليل و كار با داده ها (data manipulation and analysis) توابع مربوط به تجزيه و تحليل و كار با داده ها در يك GIS، تعيين كننده اطلاعاتي هستند كه مي‌تواند توسط اين سيستم ايجاد شود. ليستي از قابليت هاي مورد نياز به عنوان جزئي از نيازمندي هاي سيستم بايد تعريف شوند. مسئله اي كه معمولاً پيش بيني نمي شود اين است كه ايجاد GIS در يك سازمان تنها باعث اتوماسيون بعضي فعاليت هاي خاص نمي‌گردد، بلكه ممكن است راه و روشي كه سازمان براساس آن كار مي كند را نيز تغيير دهد. براي پيش بيني روش تجزيه و تحليل داده ها در يك GIS نياز به دخالت كاربران در مشخص نمودن توابع و عملكردهاي لازم براي سيستم مي باشد.

4 -خروجي داده ها (data output) داده هاي خروجي در GIS هاي مختلف از لحاظ كيفيت، دقت و سهولت استفاده، بسيار متنوع تر از قابليت ‌هاي اين سيستم ها مي باشند. داده هاي خروجي ممكن است به اشكالي از قبيل نقشه، جدولي از مقادير يا نوشتار بوده و بصورت كاغذي (hard-copy) و يا بصورت رقومي (soft-copy) ارائه گردند. توابع خروجي مورد نياز براساس نيازهاي كاربران تعيين مي شوند لذا دخالت كاربران در مشخص نمودن خروجي‌هاي مورد نياز بسيار مهم مي باشد.

5- سنجش از دور 

 علم و هنر كسب اطلاعات از عوارض سطح زمين از راه دور بدون تماس فيزيكي با آنها مي باشد.
سنجش از دور شامل اندازه‌گيري و ثبت انرژي بازتابي يا منتشر شده الكترومغناطيسي از سطح زمين و جو از يك نقطه مناسب بالاتر از سطح زمين و ربط دادن اندازه‌هاي به دست آمده به ماهيت و پراكند گي مواد سطح زمين و وضعيت جوي است. سنجنده‌هاي تعبيه شده در هواپيما يا سكوهاي ماهواره‌اي مقدار انرژي بازتابي يا منتشر شده از سطح زمين را اندازه‌ گيري مي كنند. اين اندازه‌گيري‌ها يا از تعداد بسيار زيادي نقطه در امتداد يك پروفيل يك بعدي از روي سطح زمين در زير سكوي ماهواره و يا از ناحيه‌اي دوبعدي در دو طرف مسير زمين سكو حاصل مي‌شود. (Mather)

6- کارتوگرافي

 به صورت سنتي بعنوان علم و هنر ترسيم نقشه تعريف شده است. نقشه ها بصورت سنتي بوسيله مداد و کاغذ ترسيم مي‌شدند ولي گسترش و مزاياي کامپيوترها، کارتوگرافي را متحول کرده است. بيشتر نقشه هاي کيفي _ تجاري هم اکنون توسط نرم‌افزارهاي نقشه کشي از انواع CAD,GIS و ديگر نرم افزارهاي خاص کارتوگرافي مي باشد، تهيه مي گردند که اين عمل خود باعث استفاده موثر از تصاوير دورسنجي و GIS (سيستم هاي اطلاعات جغرافيايي) مي گردد

7- کاداستر

 کاداستر نقشه برداری ثبتی است ، یعنی نقشه برداری که ارزش حقوقی داشته باشد و بتوان بر اساس مرزهای آن سند مالکیت صادر کرد.