الاحتياجات اللازمة لعملية المسح البحرى
الاحتياجات اللازمة لعملية المسح البحرى
يمكن التعرف علي اهم الاحتياجات اللازمة لعملية المسح البحري من خلال مجموعة العناصر الاتية ..
- التعرف علي طبيعة القاع و التعرف علي الاماكن الآمنة و تحديد اماكن الاخطار الملاحية ( كالصخور – حطام سفينة – مناطق ذات اعماق ضحلة )
- تحديد مواقع اي منشأت بالقاع ( خطوط مواسير – كابلات كهربائية – كابلات تليفونية ) من ناحية و ترسيم خطوط سير مثلي لانابيب البترول من ناحية اخري .
- البحث و التنقيب عن البترول بين طبقات القاع الجيولوجية
- تحديد المعالم الطبوغرافية التي تساعد الملاح في تحديد موقعة .
- قياس و رصد التيارات البحرية .
- تحديد و ترسيم الخطوط الملاحية المثلي للسفن للخروج و الوصول بين المواني و المراسي المختلفة .
- تحديد مواقع المساعدات الملاحية ( كالفنارات – شمندورات ... )
انواع الخرائط البحرية
تنقسم الخرائط البحرية الي قسمين ... خرائط عامة خرائط خاصة
اولاً – خرائط عامة charts
و هي خرائط منشأه لتأمين سلامه الابحار في المسطحات المائية و يعتبر عام 1800 هو بداية عمل خرائط بحرية ملاحية علي اساس علمي و رياضي علي انه يجب ان يوضع في الاعتبار ان البيانات البحرية علي كثير من الخرائط البحرية المستخدمة اليوم مستقاه من اعمال مساحية قامت بها سفن مجهزة بأجهزة مساحية قديمة و لم يكن لديها القدرة علي جمع معلومات تفصيلية
هناك عدد كبير من المساقط التي يمكن انشاء و تجهيز الخرائط الملاحية عليها .. الا و ان المسقطين الاكثر استخداماً في عمل الخرائط البحرية الملاحية
• مسقط ماركيتور Mercator projection
• المسقط المركزي central projection
و لتحديد الموقع علي الخرائط الملاحية البحرية يستخدم نظام الاحداثيات الجغرافية
(Lat & long)
هناك 4000 خريطه ملاحية charts تغطي المسطحات المائية ( بحار و محيطات ) و يمكن تقسيمها الي اربعة اقسام رئيسية
• خرائط المحيطات ... بمقياس 1 : 10.000.000
• خرائط البحار ... بمقياس 1 : 1.000.000
• خرائط السواحل ... بمقياس 1 : 50.000
• خرائط المواني و المراسي ... بمقياس 1 : 5000
و كل الخرائط تحتوي علي رقم و عنوان و مقياس و شبكة الاحداثيات الجغرافية و الكيلومترية الخاصة بها و نوعالقاع و العوائق الملاحية بها و نبذة عن المد و الجزر و التيارات البحرية بها وورده البوصلة التي توضح مقدار الانحراف المغناطيسي .
ثانياً – الخرائط الخاصة ...
و هي خرائط تخدم نوع معين من الاعمال البحرية مثل ..
• خرائط توضح مناسيب الاعماق " خرائط الاعماق".
• خرائط الطرق الملاحية
• خرائط صيد الاسماك
و تقوم المنظمة الهيدروجرافية الدولية International Hydrographic Organization بتوحيد اعمال و مواصفات المسح البحري و الخرائط الملاحية و الاشراف علي الدول المهتمة بانتاج الخرائط .
شكل و ابعاد الكره الارضية " الجيوديزيا"
الجيوديزيا .. هو العلم الذي يبحث في شكل و ابعاد الكره الارضية .
و لسهولة حساب شكل الارض و ابعادها تم تقريب شكل الارض الي الشكل البيضاوي
و كانت كل الدول تستخدم انظمة احداثية بيضاوية مختلفة حتي عام 1984 حيث انتخب بيضاوي موحد لكل الدول و يسمي بـ W.G.S 84
انظمة الاحداثيات ..
يستخدم نظامين من الاحداثيات لتحديد المواقع علي سطح الارض نظام جغرافي/نظام تسامتي
• النظام الجغرافي
و يعبر عنه خطوط الطول Long و دوائر العرض Lat
خط العرض Lat .. هي الزاوية المحصورة عند مركز الكرة الارضية من خط الاستواء و خط عرض المكان و تقدر بالدرجات و الدقائق و الثواني شمال او جنوب خط الاستواء
خط الطول Long .. هي الزاوية المحصورة عند مركز الكرة الارضية بين خط جرنتش و خط طول المكان و تقدر بالدرجات و الدقائق و الثواني شرق او غرب جرنتش
• النظام التسامتي ( الكيلو متري )
ابتكر هذا النظام لسهوله الحسابات علي الكرة الارضية و فيه تقسم الارض الي مجموعة قطاعات كل قطاع منها مقسم الي 6 درجات و يسمي كل قطاع منها بحرفين ( AA - AB – AC – AD .. و هكذا )
و تقاس المسافة من خط الاستواء الي شماله او جنوبة بالكيلومتر و اقسامه ( امتار – مليمترات ..)
و تقاس المسافة من خط منصف القطاع الي شرقه و غربه بالكيلومتر و اقسامة ( امتار – ملم .. )
انظمة الملاحة الالكترونية
الملاحة هي فن الانتقال من مكان لاخر بكفاءة و أمان ، و قد عرفت الملاحة منذ قديم الزمن حيث كان الملاحون يهتدون بالنجوم في تحديد خطوط سيرهم ، و تطورت الملاحة مع تطور الانسان و ابتكار لاجهزة التي تمكنه من تحديد موقعة و خطوط سيره ..
و تتميز الملاحه الالكترونية ( المعتمده علي ارسال و استقبال موجات الراديو ) بالدقة و السرعة في الحصول علي المعلومات الازمه لتحديد العناصر الاساسية لاركان الملاحة وهي معرفة الاحداثيات او موقع المكان و معرفة خط السير و الاتجاه و معرفة الزمن و السرعة .
و استخدام اجهزة القياس الالكترونية تمكننا من توفير الدقة العالية في تحديد عناصر الملاحة و اصبح عنصر التفضيل بين انظمة الملاحة و اجهزتها تعتمد علي مقدار ما يقدمه النظام من سهولة و الدقة و مقدار الاعتمادية في النظام المستخدم و السرعة في توفير البيانات .
نظام ديكا Decca System ...
يستخدم نظام ديكا منذ عام 1942 ، يتكون النظام من مجموعة شبكات كل منها يتكون من محطة رئيسية و ثلاث محطات فرعية تسمي احمر و اخضر و بنفسجي و يقوم جهاز الاستقبال علي ظهر السفينة بتحديد خطوط الموقع التي تحدد موقع السفينة عن طريق الخلايا الثلاث بصفة مستمره و بطريقة اوتوماتيكية
و هو اكثر الانظمه شيوعا و استخداما خاصة في الناطق التي تتميز باذدحام السفن مثل منطقة الخليج العربى و الساحل الشرقي و الغربي لشبة جزيرة الهند و غرب استراليا و اليابان و الناطق الشمالية لاوربا و المحيط الاطلنطي ...
و يعتمد نظام ديكا علي ارسال ترددات منخفضة تتراوح بين 70 – 130 ك هيرتز و ترسل هذة الترددات بصفة منتظمة و هذا يتيح للملاح التعرف علي الموقع بصفة مستمرة عن طريق قياس فرق الطور phase difference
و بوجة عام فان الدقة التي نحصل عليها من خلال استخدام نظام ديكا علي درجة عالية من الاعتمادية و ذلك لاغراض الملاحة التقليدية .. حيث يمكننا تحديد الموقع بدقة تصل الي بضعة عشرات من الامتار و لكن تتاثر هذة الدقة كتيرا كلما زاد الابتعاد عن محطات الارسال .
و قد تقلص استخدام تلك النظام مع التطور الكبير في الانظمة الكونية GPS .
نظام لوران – سي Loran - C System ...
هو نظام للملاحة بعيدة و متوسطه المدي يعتمد كغيره من انظمة الملاحة علي استخدام الموجات الكهرومغناطيسيةو يعتمد في تحديد الموقع علي فكرة " فرق الموقت " بين ارسال الموجة و استقبالها .
و يحقق نظام لوران سي مدي ملاحي اكبر حيث انه يصدر اشارات مكونة من مجموعة نبضات تحتوي علي طاقة اكبر من نظام ديكا و انظمة الكترونية اخري ، حيث يعطي النظام تغطية كبيرة تصل الي 1400 ميل بحري في المتوسط .
المناطق التي يغطيها نظام لوران سي Loran C
قياس الاعماق بالصدي Echo Sounder
اجهزة قياس الاعماق لا تلتقط العمق مباشرة و لكنها تعتمد في تحديد العمق علي حساب الوقت المستغرق بين لحظة ارسال النبضة الصوتية و لحظة استقبالها . و عن طريق معرفة سرعة انتشار الموجات الصوتية في الماء التي يفترض لها انها ثابته في المنطقة التي يتم فيها حساب العمق.
قانون حساب العمق ...
D = 1/2 TV
العمق المقاس D
الفترة الزمنية التي تستغرقها النبضة الصوتية T
سرعة الصوت في الماء 1500 م / ثانية V
و لكن سرعة الصوت في المياة تتغير من منطقة الي اخري و من وقت الي اخر نتيجة تغير كثافة المياة ( حسب درجة الحرارة و نسبة الملوحة ) لذلك يتم ادخال تعديل او تصحيح بسيط في قيمة الزمن المقاس .
مكونات الجهاز الرئيسية ...
- وحدة بيان و تسجيل Recorder/Indicator
- وحدة توليد المذبذبات Oscillators
- وحدة ارسال و استقبال Transducers
- وحدة تكبير Amplifier
و علي حسب مقدار العمق يحدد نوعية التردادت المستخدمه في القياس بمعني انه اذا كان العمق كبير فاننا نحتاج الي موجات ذات طول موجي كبير و ذات طاقة عالية و بالتالي تردادت منخفضة .
و في حاله الاعماق الصغيرة فاننا نحتاج الي تردادت ذات طول موجي صغير و طاقة اقل و بالتالي تردادت عالية .
اماكن تثبيت المذبذبات ...
بقدر الامكان يجب ان يكون جهاز جس الاعماق echo بعيد عن اماكن التقلبات التي تحدث بجانب و اسفل قاع السفينه مثل الفقاعات الهوائية التي تحدث اسفل قاع السفينة و اماكن تفريغ المخلفات لانها تعيق حركة الموجات الصوتية .
الاصداء الزائفة ... False echoes
هي الاهداف التي تظهر علي شريط التسجيل و لا تهم المساح في تحديد عمق المياه و و ليس لها علاقة بطبوغرافية القاع .
و هناك العديد من مسببات تلك الاصداء الزائفة مثل ...
- اصداء زائفة بسبب الأسماك false echo caused by fish
بعض الاسماك تتميز بوجود حويصلات هوائية كبيرة و عندما تكون هذة الحويصلات مملوئة بالهواء فانها تعمل كعاكس للنبضات الصوتية الي يصدرها جهاز الاعماق
- اصداء تسببها طبقات المياه water layers
و ذلك في حالة الاعماق الكبية حيث تتميز بكثرة الطبقات المائية والتي تختلف فيما بينها في درجة الحرارة و نسبة الملوحة ... مما يؤدي الي احتمال انكسار الموجات الصوتية و اعطاء اصداء غير صحيحة
- اصداء تسببها ينابيع المياة العذبة
حيث تشتهر بعض المناطق بوجود ينابيع مياة عذبة بالقاع مثل الخليج العربي .. و تكون الاصداء في هذة الحالة قوية وواضحة لدرجة انها تحمل المساحين احيانا علي الاعتقاد انهم فوق حطام سفينة
- اصداء ناتجة عن النباتات البحرية weeds
بسبب الناتات العالقة و العملاقة بصفة خاصة حيث يصل طول بعض النباتات البحرية الي 100 متر في بعض الاحيان .. و تسبب اصداء واضحة في حالة تواجدها بكثافة في منطقة معينة.
- اصداء تسببها معدات خاصة ..
كالالغام البحرية المعلقة و اقفاص الصيد المعدنية و الاصوات التي تصدر من غرف الات السفينة تسبب تشويش علي الموجات الصوتية الخاصة بالجس .
قياس المسح الجانبي
Side Scan Sonar
يستخدم جهاز المسح الجانبي side scan sonar لدراسة سطح قاع البحر و تحديد مواقع الصخور و السفن الغارقة او انابيب البترول و غيرها ..
و يتكون الجهاز من ثلالث اجزاء .. السمكة / كابل القطر / وحدة التحكم و التسجيل
السمكة .. towed fish
عبارة عن جسم انسيابي متوازن بطول 1 متر بها مجموعتين من الترانسيديوسرز التي تقوم بالمسح الجانبي
كابل القطر tow cable
هو كابل مخصوص متصل بين وحدة التحكم و السمكة و ذات طول يصل الي 300 متر يتم التحكم في وضع السمكة خلف السفينة و ارتفاعها عن طريق اطاله الكابل و تقصيرة و ذلك تفادياً لارتطام السكة بالقاع و الحصول علي اوضح صورة لجانبي السمكة .
وحدة التحكم و التسجيل Control unite
و هي الوحدة الرئيسية للجهاز و بها يتم التحكم في ارسال و استقبال موجات السمكة و تسجيلها بصفة دائمة حتي يمكن تحليل نتائجها بعد ذلك .
شـــــكل الارض
• شكل الارض كروي غير تام الاستدارة ، و اقرب شكل هندسي يمثل الارض هو الشكل الناتج عن دوران قطع ناقص حول محورة الاصغر . فالارض قطع ناقص مفلطح عند طرفي محورها الرأسي ( الاصغر – القطر القطبي) و منبعج عن طرفي محورها الافقي(الأكبر – القطر الاستوائي)
الارض قطع ناقص
• يرجع السبب في تفلطح الارض عند القطبين و انبعاجها عند الاستواء الي قوة الطرد المركزية التي نشأت بسبب دوران الارض حول محورها الرأسي لكي تتوازن مع قوة الجاذبية الارضية عندما كانت الارض في حالة غير صلبة تماماً .
• تعد المرتفعات و المنخفضات علي سطح الارض شواهد غير هامه في تحديد سطح الارض الكروي و ليس لها مغزي قوي بالنسبة لحجم الارض ، فسطح الارض هو ذلك السطح التخيلي الذي يمر قريباً جداً من سطح البحر وا لمحيط و يعد هذا السطح قريب الشبة بسطح الكره ، و يسمي سطح الجيود
نظام الاحداثيات علي سطح الارض
تقسم الارض الي شبكة فلكية عبارة عن خطوط طول (شمالية – جنوبية) تصل القطب الشمالي بالجنوبي و تسمي بخطوط الزوال و دوائر ( شرقية غربية ) توازي دائرة الاستواء و تسمي بالمتوازيات و تستخدم هذة الشبكة في تحديد وتعين الاماكن علي سطح الارض .
• خطوط الزوال Meridians عبارة عن انصاف دوائر عظمي تصل بين القطبين الشمالي و الجنوبي ، خط جرنتش هو الخط الاساسي للترقيم و هو خط صفر و ترقم خطوط الزوال الواقعة الي شرقه من 1° حتي 180° و ترقم خطوط الزوال الواقعة الي الغرب منه بنفس الترقيم من1° الي 180° .
• المتوازيات Parallels عبارة عن دوائر موازية لأكبر دائرة ؛ دائرة الاساس ؛ دائرة الاستواء و تأخذ ترقيم صفر و ترقم دوائر العرض الواقعة الي الشمال منها من 1° الي 90° و ترقم الدوائر الواقعة الي الجنوب منها من1° الي 90° و تمثل دائرة 90° نقطه القطب الشمالي و القطب الجنوبي .
شبكة الاحداثيات الجغرافية علي سطح الارض Geographic Coordinates
يحدد اي المواقع علي سطح الارض علي اساس الشبكة الفلكية التي يصنعها تقاطع خطوط الطول مع دوائر العرض ، و علي هذا الاساس تحدد احداثيات اي نقطه علي سطح الارض عن طريق تحديد تقاطع خط الطول و دائرة العرض عند هذة النقطه
شبكة الاحداثيات الجغرافية علي سطح الارض
درجة العرض Latitude هي الزاوية الواقعة في مستوي خط من خطوط الزوال و رأسها عند مركز دائرة الاستواء و ضلعها الاساسي في مستوي الاستواء و الضلع الاخر يمر في دائرة العرض و تسمي سيتا
درجة الطول Longitude هي الزاوية الواقعة مستوي دائرة الاستواء و رأسها عند مركز الدائرة و ضلعها الاساسي يمر في خط طول جرنتش و الضلع الاخر يمر من خط طول معين و تسمي ليندا
الفرق بين الشمال الجغرافي و الشمال المغناطيسي ..
الشمال الجغرافي .. هي نقطة القطب الشمالي التي يلتقي عندها خطوط الزوال ..
الشمال المغناطيسي .. هي نقطة الشمال التي ينحرف عنها نقطه القطب بمقدار 23.27
المســــافات و المساحات علي سطح الارض
اولاً – المسافات
• المسافة علي خط الزوال ..
لايجاد المسافة القوسية بين نقطتين تقعان علي خط زوال واحد و دائرتي عرض مختلفتين هما دائرتي عرض 15 شمالاً و 50 شمالاً علي سبيل المثال نتبع الاتي ..
فرق الطول بالدقائق = 50° - 15° = 35°
35°×60 = 2100 دقيقة
المسافة الفاصلة بين النقطتين أ ، ب =
2100 ميل جغرافي = 1200 × الميل الجغرافي 1.8532كم=3891.72كم
مثال .. احسب المسافة علي خط زوال بين نقطتي تقاطعه مع دائرتي عرض 15 شمالاً و 30 جنوباً ..
الحل .. فرق العرض بالدقائق = 15° + 30° = 45 × 60 = 2700 دقيقه ام ميل
المسافة = 2700 ميل جغرافي × 1.8532=5003.1 كم.
• المسافة علي دائرة عرض
تتناقص محيطات دوائر العرض تدريجياً بالاتجاه نحو القطبين ، و تعد دائرة الاستواء هي الدائرة العظمي .
و لايجاد المسافة القوسية علي دائرة الاستواء المحصورة بين نقطتين تقاطع الاستواء مع خطي طول 40° شرقا و 90° شرقاً نتبع الاتي ...
فرق العرض بالدقائق = 90 °– 40 °= 50° × 60 = 3000 دقيقة
المسافة = 3000 ميل جغرافي × 1.853 ( الميل الجغرافي) = 5559.6 كم .
لايجاد المسافة بين نقطتين علي خط عرض اخر و ليكن دائرة عرض 40° و خطي طول مختلفين هما خطي 40 شرقاً و 90 شرقاً نتبع الاتي ..
فرق العرض بالدقائق = 90° - 40° = 50°×60=3000'
المسافة = 3000 ميل جغرافي × جتا درجة العرض
= 3000×1.853×جتا 40°
= 4258.44
مثال .. احسب المسافة القوسية علي دائرة العرض 80° شرقاً المحصورة بين نقطتي تقاطعهما مع خطي زوال 20 شرقاً ، 40 غرباً ..
الحل .. فرق العرض بالدقائق = 20°+40°=60°×60 = 3600'
المسافة = 3600 ميل بحري×1.853×جتا80
= 1158.52 كم
• المسافة بين مكانين علي سطح الارض
و هي مسافة قوسية تصل بين نقطتين تقع كل منهما علي خط طول و دائرة عرض مختلفين
مثال ... احسب المسافة بين النقطتين أ ( 35 شمالاً ، 25 شرقاً ) ، ب ( 80 شمالاً ، 95 شرقاً )
لحساب تلك المسافة القوسية أ ب يتم تطبيق الصيغة التالية ..
جتا الزاوية المركزية المقابلة للقوس أ ب =
جا درجة العرض أ × جا درجة عرض ب + جتا درجة العرض أ × جتا درجة العرض ب × جتا فرق الطول بينهما .
فرق الطول = 95 – 25 = 70°
جتا الزاوية = جا 35 × جا 80 + جتا 35 × جتا 80 × جتا 70
= 0.6135 و بالكشف في جدول جيب التمام
اذن المسافة أ ب تقابل زاوية مقدارها 52.156°
اذن المسافة أب = 52.156° × 60 × 1.853 = 5798.7 كم
مثال ..
احسب المسافة بين النقطتين أ ( 40 شمالاً ، 30 شرقاُ)، ب ( صفر ، 40 غرباً )
الحل ..
فرق الطول = 30 + 40 = 70°
جتا الزاوية = جا 40 جا صفر + جتا 40 جتا صفر × جتا 70
= جتا 40 جتا 70
= 0.26200 و بالكشف في جدول جيب التمام
اذن المسافة أ ب تقابل زاوية 74.81 عند مركز الارض
اذن المسافة أ ب = 74.81 × 60 × 1.853 + 5798.7 كم
ثانياً - المساحات
• المساحة بين دائرتي عرض ..
لايجاد المساحة المحصورة بين دائرتي عرض 40° شمالاً ، 80° شمالاً
المساحة = 2 ط نق2 ( جا O1 – جاO2 )
= 2×3.14×6371×6371 (جا 80 – جا 40 )
= 87.226 كم2
مثال احسب مساحة المنطقة المحصورة بين دائرتي عرض 10° شمالاً ، 35° جنوباً.
الحل
المساحة = 2×3.14×6371×6371(جا10+جا35)
= 190.566 مليون كم2
مثال احسب مساحة المنطقة المحصورة بين الاستواء و دائرة عرض 40° شمالاً
الحل
المساحة = 2 ط نق2 جاO
= 2×3.14×6371×6371 ( جا 40 )
= 163.93 مليون كم2
• المساحة بين خطي طول ...
احسب مساحة المنطقة المحصورة بين خطي طول 50° شرقاً ، 20° غرباً
الحل فرق الطول = 50 + 70 = 70°
مساحة الكره = 4 ط نق 2
= 4 × 3.14 × 6371×6371 = 510.064 مليون كم2
مساحة الكرة مقسمة الي 360 درجة طولية
مساحة المنطقة محصورة بين 70 درجة طولية
مساحة المنطقة = فرق الطول × 510.064 ÷ 360°
مساحة المنطقة = 70°×510.064 ÷ 360° = 99.179 مليوم كم 2
مســــــــــاقط الخرائـــــــــــــط
مسقط الخريطة .. شبكة من خطوط الطول و دوائر العرض المقسمة لسطح الكرة الارضية علي لوحة مستوية .و بما ان الارض كروية و اللوحة مستوية .. فمن المستحيل رسم شبكة الاحداثيات الجغرافية (خطوط الطول و دوائر العرض )علي اللوحة المستوية بشكل صحيح يوافق رسمها علي نموذج كروي مماثل للارض .و لهذا فان مسقط الخريطة الذي يحقق المساحات الصحيحة لن يظهر مماثلا لمسقط الخريطة الذي يحقق المسافات او الاتجاهات الصحيحة ولذلك فتعدد المساقط اصبح ضروريا لتعدد وظائفها .
و نتيجة تعدد طرق اسقاط الخريط ظهرت شبكه الاحداثيات الجغرافية علي الخرائط بأشكال متعدده فتظهر خطوط الطول و دوائر العرض علي شكل خطوط مستقيمة في بعض المساقط و في بعضها تظهر علي شكل منحنيات و بعضها تظهر خطوط الطول في اشكال مستقيمة و دوائر العرض في صورة منحنيات .
فلكل مسقط طريقة انشاء و هدف معين .
تصنيف الخرائط تبعاً لشكلها الهندسي ..
تصنف الخرائط تبعا لشكل مسقطها الهندسي الي .. مساقط اتجاهية/مخروطية/اسطوانية
اولاً – مساقط اتجاهية ...Zenithal Projection
• اذا تصورنا وجود لوحة مستوية تمس سطح الارض عند نقطه معينه ، ووجود مصدر ضوء في مركز الارض لو خارج الكرة الارضية .. فان مصدر الضوء سوف يلقي ظلالاً لخطوط الطول و دوائر العرض علي اللوحة المستوية ..
يسمي تلك الهيكل الجغرافي لخطوط الطول و دوائر العرض المنعكسة علي اللوحة باسم المسقط الاتجاهي . لان الاتجاهات عند مركز المسقط مشابهة و مطابقة للاتجاهات في الحقيقة .
تأخذ الخرائط الاتجاهية اشكال مختلفة علي حسب موضع نقطةالتماس و موضع مصدر الضوء
• فعندما تكون نقطة التماس هي القطب الشمالي و مصدر الضوء في مركز الارض فستظهر خطوط الطول في شكل خطوط مستقيمة و دوائر العرض علي شكل دوائر متحدة المركز و لن تظهر دائرة الاستواء علي الخريطه و يسمي هذا بالمسقط المركزي القطبي.
المسقط المركزي القطبي
و عندما يكون منبع الضوء عند القطب الجنوبي فسوف تظهر خطوط الطول علي هيئة خطوط مستقيمة و دوائر العرض ستظهر في صورة دوائر ذات مركز واحد و ستظهر دائرة الاستواء و يسمي هذا المسقط بالاستريوجرافي القطبي .
المسقط الاستريوجرافي القطبي
و اذا كان مصدر الضوء خارج الكرة الارضية فسيظهر خطوط الطول بشكلها المستقيم و دوائر العرض ستظهر متقاربة ناحية الاستواء و متباعدة ناحية القطب و يسمي هذا المسقط بالاروثوجرافي القطبي .
المسقط الاروثوجرافي القطبي
العالم علي المسقط الاتجاهي المركزي عندما يحيط مكعب بالأرض و يمس كل من القطبين في نقطة ، و الاستواء في أربعة نقاط
• عندما يكون موضع التماس عند الاستواء – تعرف هذة الحالة بالوضع الاستوائي - و عندما تمس اللوحة المستوية اي نقطة بين القطب و الاستواء تعرف هذة الحالة بالوضع المنحرف .
المسقط المركزي الاستوائي و فيه منبع الاسقاط او منبع الضوء عند مركز الارض ، و تظهر فيه خطوط الطول علي شكل خطوط مستقيمه عمودية علي خط الاستواء و يظهر الاستواء علي شكل خط مستقيم و بقية دوائر العرض تظهر في شكل منحنيات .
المسقط المركزي الاستوائي
المسقط الاستريوجرافي الاستوائي يمس مسقط الخريطه سطح الارض عند الاستواء و مركز الاسقاط او الضوء يكون عند النهاية الاخري لخط الاستواء و تظهر كل من خطوط الطول و دوائر العرض في الخريطة علي شكل اقواس ماعدا خط الاستواء و خط الطول الاوسط
المسقط الارثوجرافي الاستوائي
في هذا المسقط يمس سطح الخريطة سطح الارض عند الاستواء و تكون اشعة الاسقاط موازية لدوائر العرض ، و فيه تظهر دوائر العرض علي شكل خطوط متوازية و خطوط الطول علي شكل اقواس
ملحوظة .. يزداد التشويه تدريجياً بالابتعاد عن نقطة التماس او عن الدائرة التي تقطع عندها اللوحة سطح الارض .
ثانيا – مساقط مخروطية ...Conical Projection
اذا تصورنا انه يمكن ان تحيط لوحة من الورق علي شكل مخروط سطح الارض بحيث يتفق محور المخروط مع محور الارض .. فسوف تظهر خطوط الطول علي شكل خطوط مستقيمة تتجمع عند القطب و تتباعد كلما اقتربنا من الاستواء . و دوائر العرض ستظهر علي انها اقواس من الدوائر ..
المسقط المخروطي البسيط .. Simple conic projection و هو من ابسط المساقط المخروطية من حيث الانشاء و فية يظهر قوس دائرة العرض الرئيسي ( دائرة التماس) بطوله الحقيقي لسطح الارض و المقياس صحيح علي خط الطول الاوسط و جميع الخطوط و تظهر نقطة القطب علي شكل قوس
المسقط متعدد المخاريط The Polyconic projection
هو تعديل و تصحيح للمسقط المخروطي البسيط ، فبدلاً من ان يكون هناك مخروطا واحد يمس دائرة عرض واحدة فقط فان المسقط متعدد المخاريط يرسم مجموعة متعددة من المخاريط تمس مجموعة من دوائر العرض و بذلك يحقق تلك المسقط مجموعة نتائح اهمها ...
- المقياس صحيح في كل دائرة عرض
- تظهر نقطة القطب علش شكل نقطة بدلا من ظهورها علي شكل قوس في المخروطي البسيط
- خطوط الطول تظهر علي شكل منحنيات طولية غير صحيحة المقياس و خط الطول الاوسط هو الخط الوحيد صحيح المقياس
المسقط متعدد المخاريط
المسقط بون المخروطي متساوي المساحات Bonne's conical Projection
صمم مسقط بون المخروطي ليحقق المساحات المتساوية ، فتظهر دوائر العرض علي شكل اقواس متوازية متوازية يساوي كل منها الطول المناظر له علي سطح الارض و تبعد عن بعضها البعض بمسافات تعادل المسافات الحقيقية علي سطح الارض و تظهر خطوط الطول علي شكل منحنيات تتجمع في نقطة عند القطب .
مسقط بون متساوي المساحات
ثالثا – مساقط اسطوانية ...Cylindrical Projection
اذا تصورنا انه يمكن ان تحيط لوحة من الورق علي شكل اسطوانه سطح الارض بحيث يتفق محور الاسطوانة مع محور الارض و منبع الضوء عند المركز فان كل من خطوط الطول و دوائر العرض سيظهران علي شكل خطوط مستقيمة بعد اعادتها للشكل المستوي .
تتفق المساقط الاسطوانية بشكل عام في مجموعة خصائص نجملها في مجموعة النقاط التالية ..
- الاطار المحدد للمسقط يأخذ شكل المستطيل في حالة رسم العالمو الشكل المستطيل او المربع في حالة رسم جزء من العالم
- تظهر خطوط الطول و دوائر العرض في شكل خطوط مستقيمة متعامدة علي بعضها البعض
- تتساوي اطوال خطوط الطول مع المحور الرأسي للمسقط و تتساوي اطوال دوائر العرض مع طول المحمور الافقي ( دائرة الاستواء )
- تتباعد خطوط الطول بمسافات متساوية مطابقة للمسافات الحقيقية علي الارض
- تظهر نقطة القطب الجنوبي و الشمالي علي هيئة خطوط مستقيمة
- يكون المقياس صحيح عند دائرة الاستواء و يزداد التشوة بالاتجاة جهة الشمال او الجنوب
مسقط مركيتور الاستوائي التشابهي The Equatorial Mercator Projection
من اشهر المساقط المستخدمه في رسم خريطة العالم و افضل الخرائط المستخدمه في خرائط الملاحة و انشيءالمسقط خصيصاً لاستخدامه في الملاحة البحرية لسهولة تحديد مسارات الابحار في خطوط مستقيمة يسهل رسمها علي المسقط بين اي مكانين و تحقق الاتجاة الصحيح
و مسقط مركيتور الاستوائي التشابهي احد المساقط الاسطوانية الذي يرسم عندما تمس الاسطوانة سطح الارض عند دائرة الاستواء بحيث ينطبق المحور الرأسي للارض مع محور الاسطوانة الراسي و علي هذا الاساس يظهر المسقط في شكلة المستطيل و خطوطه المستقيمة.
تبعاً لهذة الخصائص فان نسبة التشوة تزداد بالاتجاة بالاجاة نحو القطب الشمالي او الجنوبي ( بالابتعاد عن الاستواء)و يزداد التشوة في الشكل و في المساحة بدرجة كبيرة بالعروض العليا بشكل خاص حيث ان الاسكا الامريكية بالشمال تظهر في مساحة البرازيل في تلك المسقط في حين ان البرازيل تمثل مساحتها نحو خمس اضعاف مساحة الاسكا .
مسقط مركيتور المستعرض Transverse Mercator Projection
مرحلة متطورة من مركيتور الاستوائي ، فبدلاً من ان تمس الاسطوانة خط الاستواء كما في مسقط مركيتور الاستوائي التشابهي ؛ فان الاسطوانة في حالة مركيتور المستعرض تمس الارض عند احد خطوط الطول كما في الشكل التالي
مركيتور المستعرضTransverse Mercator
يزداد التشوة عند اطراف الخريطة
الضوابط التي يجب مراعاتها عند اختيار المسقط
بعد تحديد النطاق الارضي المطلوب يأتي دور تحديد أفضل مسقط يحقق أقل نسبة تشوية و يتحدد ذلك علي حسب المنطقة علي النحو التالي ...
المساقط الاسطوانية التي تمس الارض عند الاستواء ( الوضع الاستوائي) هي الأفضل عند تمثيل المناطق الاستوائية حيث يظهر فيها خط الاستواء مساوياً لطولة الحقيقي علي سطح الارض .
المساقط المخروطية انسب المساقط عند تمثيل العروض الوسطي بخاصة الاقاليم التي لها امتدادت شرقية و غربية كبيرة ، فاذا كان النطاق الارضي ليس له امتداد شمالي او جنوبي كبير فيصلح لها المساقط المخروطية
و تصلح المساقط المخروطية للدولة صغيرة المساحة التي تنتشر في العروض الوسطي مثل ايطايا و اسبانيا و البرتغال و بريطانيا ...
المساقط الاتجاهية ذات الوضع القطبي هي انسب المساقط لتمثيل الاقاليم القطبية
المساقط المستخدمة في رسم الخرائط البحرية
يعد مسقط مركيتور الاستوائي التشابهي The Equatorial Mercator Projectionاكثر المساقط المستخدمه لرسم الخرائط البحرية في العروض الدنيا و الوسطي .
اما العروض العليا القطبية فيعد المسقط الاتجاهي الاستريوجرافي افضل المساقط المستخدمة في ذلك . و كل من المسقطين يحقق خاصية تشابة الزوايا علي المسقط مع نظائرها علي سطح الارض ، و هذة الخاصية تحقق سهولة عملية الابحار حيث يحدد الملاح علي الخريطة انحراف خط السير عن اتجاة الشمال الذي يمثلة اي خط طول عليها بكل سهولة
يستخدم احيانا المسقط الاتجاهي المركزي في رسم الخرائط البحرية حيث تظهر الدوائر العظمي علي المسقط علي هيئة خطوط مستقيمة تمثل اقصر مسافة بين نقطتين علي سطح الارض و غالبا يستخدم تلك المسقط في الخرائط البحرية ذات المقياس الصغير للمساحات الكبيرة من المسطحات المائية مثل المحيطات .
تطبيق مسقط مركيتور المستعرض في المساحة المصرية
من بين المساقط التشابهية تم اختيار مسقط مركيتور المستعرض لتمثيل مصــر علي الخرائط المساحية .
و كان واضحا ان خط الطول الاوسط المناسب لمصر هو خط طول 31 ° شرقاً و الذي يمر تقريباً في وادي النيل و الدلتا .
و المعروف ان التشوية يزداد بالابتعاد عن خط الطول الاوسط – الخالي من التشوة – و يتزايد التشوية و يصبح ملموساً بعد درجتين طوليتين .
و للتغلب علي هذه المشكلة تم تقسيم مصــر الي ثلاثة شرائح طولية و تم رسم كل شريحة منها علي حده كالأتي ..
1. الشريحة الاولي .. و تمتد من خط طول 25° الي 29° شرقا بخط طول اوسط 27° و تغطي الصحراء الغربية .
2. الشريحة الثانية .. و تمتد من خط طول 29° الي 33° بخط طول اوسط 31° و تغطي وادي النيل و الدلتا .
3. الشريحة الثالثة .. و تمتد من خط طول 33° الي 36° بخط طول اوسط 35° و تغطي سيناء و بعض اجزاء الصحراء الشرقية و اجزاء من البحر الأحمر.
الملاحة بالاقمار الصناعيةGlobal Positioning System
G.P.S
- تم اطلاق اول قمر صناعي من هذا النوع عام 1978 ، و يعتمد النظام علي شبكة مكونه من 24 قمر صناعي تدور في مدارات شاهقة الارتفاع و تبدو كأنها نجوم صناعية Man-Made Stars
توزع هذة الاقمار في مدارات مخصصة لها بزوايا و مسارات و زمن محدد لكل منها ، بحيث يمكن الاتصال مع اربعة اقمار علي الاقل في اي مكان في العالم . يعطي النظام قياسات دقيقة للغاية حيث يمكن للمساحين Surveyors باستخدام اجهزة تحديد الموقع GPS الحصول علي قياسات تصل دقتها الي أقل من سنتيمتر واحد و هو ما تفتقده الاجهزة المساحية التقليدية .
مكونات نظام تحديد الموقع ...
• الاقمار الصناعية GPS Satellites
• نظام التحكم الارضي GPS Ground Control Segment
• جهاز الاستقبال Receiver
1 – الاقمار الصناعية GPS Satellites
يتسم القمر الصناعي بمجموعة خصائص اهمها ...
- يبلغ وزنها حوالي 845 كيلوجرام
- عمرها الافتراضي يصل الي 7 سنوات
- تدور حول الارض كل 12 ساعة
- مصدر طاقتها في بطاريات تشحن بالطاقة الشمسية ؛ تبلغ مساحتها نحو 7.25 متر مربع
- يبعد القمر عن الارض بسمافة تصل الي 20200 كيلومتر
2 – محطات المتابعة الارضيةGPS Ground control segment
يتكون نظام المتابعة الارضية من خمس مراكز موزعة علي انحاء متفرقة من الكرة الارضية
3- جهاز الاستقبال Receiver
هي الاله التي تمكن المستخدم من الاستفادة من هذا النظام و الحصول علي معلومات بخصوص تحديد موقعه او معلومات عن الاقمار الصناعية .
كيف يعمل نظام تحديد الموقع
GPS
تكمن افكرة الاساسية في الاعتماد علي ثلاث متجهات ( عملية التثليث) Triangulation
المتجه r و هو بعد القمر عن مركز الارض
المتجه p وهو بعد القمر عن المكان المراد تحديد موقعه
المتجه R و هو بعد النقطة المراد تحديد موقعها و مركز الارض
و المتجه R هو المجهول الوحيد في هذا المثلث و يمكن بسهوله ايجاد طوله بمعلومية طول المتجهين r / p و الزاوية المحصورة بينهما .
كم عدد الاقمار اللازمة لتحديد الموقع ؟
لابد من توفر اربعه اقمار صناعية لتحديد موقع نقطة علي سطح الارض..
فمثلاً .. اذا تم قياس ارتفاع قمر صناعي علي ارتفاع 11 الف ميل ( اي طول السهم من الراصد الي القمر) ؛ يؤدي هذا الي تحديد موقع الراصد في مكان ما علي سطح الارض محتلاً القمر الصناعي مركزه و بنصف قطر 11 الف ميل .. كما هو موضح بالشكل التالي
و اذا تزامن هذا مع قمر صناعي اخر علي ارتفاع 12 الف ميل ، سوف يكون موقع الراصد في الحيز الذي يتقاطع عنده شكلي الارض .. كما هو موضح بالشكل التالي
واذا تم رصد قمر صناعي ثالث علي ارتفاع 13 الف ميل فسوف يتكون نقتطان نتيجة تقاطع دائرة القمر الصناعي الثالث مع دائرتي التقاطع للقمرين السابقين ( ا ، ب ) كما يوضح الشكل التالي ..
و لتحديد اي نقطة من النقطتين التي تمثل مكان الراصد لابد من وجود قمر صناعي رابع ، حيث ان احدي هذة النقطتين حقيقية ( مكان الراصد ) و الثانية افتراضية .
قياس المسافة من القمر الصناعي
يتوقف نظام تحديد الموقع علي معرفة المسافة الفاصلة بين الراصد و الاقمار الصناعية .
و مؤدها قانون المسافة ( السرعة × الزمن ) و يعني هذا ان نظا تحديد المواقع GPS يعتمد عليحساب الزمن التي تستغرقة اشارة رردديوية فردية Radio Single Signal من القمر حتي تصل الي الراصد ، و من ثم نحسب المسافة من خلال الزمن خاصة ان الموجات الراديوية تسير بسرعة الضوء ( 186.000 ميل / ثانية ) ، فاذا امكن معرفة بداية بث القمر الصناعي لهذة الموجات و معرفة وقت استقبالها بدقة ، يكون من السهل معرفة المسافة التي تقطعها ، و هذا بضرب الزمن بالثواني في 186 الف ميل .
المسافة بين موقع ما و القمر الصناعي = المدة التي تستغرقها الاشارة من القمر الصناعي الي الموقع × 186.000
مع العلم ان معظم انظمة الاستقبال تستطيع قياس الزمن بدقة النانو ثانية Nanosecond و الذي يعادل جزء من الف مليون جزء في الثانية 0.000.000.001
نظام تحسين دقة الموقع Deferential system
و يستخدم في هذا النظام جهازين للاستقبال احدهما ثابت و يسمي بالمرجعي Reference و الاخر متحرك و يسمي Mobil
يوضع الجهاز المرجعي في نقطة معلومة الاحداثيات .. يقوم الجهاز المرجعي Reference بمقارنة القياسات التي يحصل عليها من استقباله لاشارات الاقمار الصناعية مع الاحداثيات الجغرافية المعروفة للنقطة المثبت عليها ؛ و الفرق بين القياسات المسقبلة و القياسات المعروفة هو مقدار الخطأ الذي يجب تصحيحه علي قياسات الجهاز المتحرك Mobil
