# توپوگرافی

نقشه توپوگرافی با نمایش فواصل
پراکندگی ناهمواری‌ها در ایران در نقشه توپوگرافی
**توپوگرافی** (به انگلیسی: Topography) که **عارضه‌نگاری**، **مکان‌نگاری** یا **جانگاری** (به یونانی: topo - τόπος: «جا، مکان» و γράφω graphia: «نوشتن») نیز نامیده می‌شود، به تحقیق بر روی شکل سطح زمین، ویژگی‌های سیاره‌ها، بدن انسان و … که به وسیله تصویربرداری یا نقشه‌برداری صورت می‌گیرد، گفته می‌شود. همچنین در این روش علمی، شرحی در مورد تحقیق از سطح مورد نظر و ویژگی‌های آن سطح، همراه با توصیف آن در نقشه آورده می‌شود.

در معنای وسیع‌تر، از توپوگرافی به‌طور کلی می‌توان برای نمایش جزئیات محلی، نه تنها نمایش برجستگی‌ها بلکه نمایش گستره گیاهی، عوارض طبیعی و اجسام و ویژگی‌های ساخته شده توسط انسان و حتی نمایش جزئیات مکان‌های تاریخی و فرهنگی استفاده کرد.

استفاده از توپوگرافی قدیمی، هنوز هم در اروپا با عنوان کارهای مطالعاتی و تحقیقاتی رایج است. در توپوگرافی به صورت خاص کارهایی از قبیل ضبط برجستگی‌های زمین یا سطح زمین (دشت‌ها) با تصویربرداری و کیفیت سه‌بعدی و به صورت خاص برای مطالعه دقیق و دقیق شدن بر زمین‌چهرها (به انگلیسی: land forms) انجام می‌شود و به همین علت، توپوگرافی با عنوان *جغرافیای اندازه‌گیری تصویری* (به انگلیسی: geomorphometry) شناخته می‌شود.

در عصر حاضر این نسل نوین توپوگرافی با استفاده از انبوهی از اطلاعات به صورت الکترونیکی بکار گرفته می‌شود. به علت ساختار پیچیده آن، اغلب اوقات به عنوان عامل گرافیکی‌ای در نظر گرفته می‌شود که توانایی تصویربرداری از تغییرهای سطح زمین در اثر عوامل طبیعی و نقشه‌برداری از آن را به روش‌های مختلف از جمله خط‌های نقشه برجسته، *Hypsometric tints* و سایه‌های برجستگی‌ها، داراست.

## اهداف

یکی از اهداف توپوگرافی تعیین موقعیت هر عارضه یا به‌طور کلی هر نقطه بر حسب یک دستگاه مختصات افقی مانند عرض جغرافیایی، طول جغرافیایی و ارتفاع است. شناسایی (نام‌گذاری) عوارض و تشخیص الگوهای معرف زمین‌چهرها نیز بخشی از این حوزه به شمار می‌روند.

یک مطالعه توپوگرافی ممکن است به دلایل گوناگونی انجام شود: برنامه‌ریزی نظامی و اکتشافات زمین‌شناختی محرک‌های اصلی برای آغاز برنامه‌های نقشه‌برداری بوده‌اند، اما اطلاعات دقیق درباره زمین و عوارض سطحی برای برنامه‌ریزی و ساخت هرگونه پروژه بزرگ مهندسی عمران، خدمات عمومی یا پروژه‌های احیای زمین ضروری است.

## فنون

رویکردهای متنوعی برای مطالعه توپوگرافی وجود دارد. این‌که از کدام روش یا روش‌ها استفاده شود، به مقیاس و اندازه منطقه مورد مطالعه، دسترسی به آن و کیفیت نقشه‌برداری‌های موجود بستگی دارد.

### نقشه‌برداری میدانی

نقشه‌برداری به تعیین دقیق موقعیت زمینی یا فضای سه‌بعدی نقاط و فاصله‌ها و زاویه‌ها بین آن‌ها با استفاده از ابزارهای ترازیابی مانند تئودولیت‌ها، ترازیاب‌های صلب و شیب‌سنج‌ها کمک می‌کند. همچنین از جی‌پی‌اس و سایر سامانه‌های ماهواره‌ای ناوبری جهانی (جی‌ان‌اس‌اس) استفاده می‌شود.

کار بر روی یکی از نخستین نقشه‌های توپوگرافی در فرانسه توسط جووانی دومنیکو کاسینی، اخترشناس بزرگ ایتالیایی، آغاز شد.

اگرچه سنجش از دور فرآیند گردآوری اطلاعات را بسیار سرعت بخشیده و پایش دقت بیشتری را در مسافت‌های طولانی فراهم کرده است، اما نقشه‌برداری مستقیم همچنان نقاط کنترل پایه و چارچوب اصلی را برای تمام کارهای توپوگرافی، چه دستی و چه مبتنی بر سامانه اطلاعات جغرافیایی (جی‌آی‌اس)، فراهم می‌کند.

در مناطقی که برنامه گسترده‌ای برای نقشه‌برداری و برداشت مستقیم وجود داشته است (برای نمونه بیشتر اروپا و ایالات متحده)، داده‌های گردآوری‌شده پایه و اساس مجموعه‌داده‌های رقومی ارتفاعی مانند داده‌های دی‌ئی‌امِ یو‌اس‌جی‌اس را تشکیل می‌دهند. این داده‌ها اغلب باید برای رفع تناقضات میان نقشه‌برداری‌ها «پاک‌سازی» شوند، اما همچنان مجموعه‌ای ارزشمند از اطلاعات برای تحلیل‌های مقیاس‌بزرگ هستند.

نقشه‌برداری‌های توپوگرافی اولیه در آمریکا (یا نقشه‌برداری‌های «اوردننس» بریتانیا) نه‌تنها ثبت پستی‌وبلندی‌ها، بلکه شناسایی عوارض شاخص و پوشش گیاهی زمین را نیز شامل می‌شد.

### سنجش از دور

سنجش از دور یک اصطلاح کلی برای جمع‌آوری داده‌های جغرافیایی از فاصله‌ای دور نسبت به منطقه مورد نظر است.

#### استفاده از اسکنرهای لیزری

نقشه‌برداری‌های توپوگرافی با استفاده از اسکنرهای لیزری که معمولاً لایدار (آشکارسازی نور و فاصله‌یابی) نامیده می‌شوند، روشی برای ثبت داده‌های مکانی با تفکیک‌پذیری بالا از چشم‌اندازها، سازه‌های معماری و زمین‌ها با دقت عمودی ۱۰ سانتی‌متر هستند. این نقشه‌برداری‌ها از یک اسکنر لیزری بهره می‌برند که در هر ثانیه میلیون‌ها تپ لیزری گسیل می‌کند. زمان پیمایش این تپ‌ها هنگام بازتاب یا برگشت از زمین اندازه‌گیری می‌شود که امکان ایجاد یک ابر نقطه دقیق را فراهم می‌کند که نشان‌دهنده محیط اسکن‌شده است. محصولات لایدار شامل مدل‌های رقومی ارتفاع (دی‌ئی‌ام) هستند که نمایشی از سطح توپوگرافی زمین لخت (بدون پوشش گیاهی، ساختمان‌ها و سایر اشیاء سطحی) می‌باشند.

#### روش‌های حسگر غیرفعال

تصاویر هوایی و ماهواره‌ای افزون بر نقششان در فتوگرامتری، می‌توانند برای شناسایی و ترسیم مرز عوارض زمین و به‌طور کلی عوارض پوشش زمین به کار روند. بی‌شک این تصاویر بیش از پیش بخشی از بصری‌سازی جغرافیایی، چه در نقشه‌ها و چه در سامانه‌های جی‌آی‌اس، شده‌اند. تصویربرداری با رنگ کاذب و طیف‌های نامرئی نیز می‌تواند با ترسیم واضح‌تر پوشش گیاهی و سایر اطلاعات کاربری زمین، به تعیین وضع زمین کمک کند. تصاویر می‌توانند در رنگ‌های مرئی و سایر طیف‌ها باشند.

#### فتوگرامتری

فتوگرامتری یک تکنیک اندازه‌گیری است که در آن مختصات نقاط در فضای سه‌بعدیِ یک شیء، از طریق اندازه‌گیری‌های انجام‌شده در دو (یا چند) تصویر عکاسی که از موقعیت‌های مختلف گرفته شده‌اند (معمولاً از گذرگاه‌های مختلف یک پرواز عکاسی هوایی)، تعیین می‌شود. در این تکنیک، نقاط مشترک در هر تصویر شناسایی می‌شوند. یک خط دید (یا پرتو) می‌تواند از محل دوربین تا نقطه روی شیء ساخته شود. تلاقی این پرتوها (مثلث‌بندی) است که موقعیت نسبی سه‌بعدی نقطه را تعیین می‌کند. از نقاط کنترل شناخته‌شده می‌توان برای دادن مقادیر مطلق به این موقعیت‌های نسبی استفاده کرد. الگوریتم‌های پیچیده‌تر می‌توانند از اطلاعات دیگر صحنه که از پیش شناخته شده‌اند (برای مثال تقارن در موارد خاص که اجازه بازسازی مختصات سه‌بعدی را تنها از یک موقعیت دوربین می‌دهد) بهره ببرند.

#### روش‌های حسگر فعال

نقشه‌برداری راداری ماهواره‌ای یکی از فنون اصلی تولید مدل‌های رقومی ارتفاع است. فنون مشابهی در نقشه‌برداری‌های ژرف‌سنجی با استفاده از سونار برای تعیین عوارض کف اقیانوس به کار می‌رود. در سال‌های اخیر، لایدار که یک تکنیک سنجش از دور با استفاده از لیزر به‌جای امواج رادیویی است، به‌طور فزاینده‌ای برای نیازهای نقشه‌برداری پیچیده مانند تهیه نقشه تاج پوشش جنگل و پایش یخچال‌های طبیعی به کار گرفته شده است.

## گونه‌های داده‌های توپوگرافی

زمین معمولاً با استفاده از مدل‌های ریاضی برداری (شبکه نامنظم مثلثی یا تی‌آی‌ان) یا رستری (تصویر شبکه‌ای) مدل‌سازی می‌شود. در بیشتر کاربردها در علوم محیطی، سطح زمین با استفاده از مدل‌های شبکه‌ای نمایش و مدل‌سازی می‌شود. در مهندسی عمران و صنعت سرگرمی، بیشتر نمایش‌های سطح زمین از گونه‌ای از مدل‌های تی‌آی‌ان بهره می‌برند. در زمین‌آمار، سطح زمین معمولاً به‌عنوان ترکیبی از دو سیگنال مدل‌سازی می‌شود: سیگنال نرم (دارای همبستگی مکانی) و سیگنال زبر (نویز).

در عمل، نقشه‌برداران ابتدا ارتفاعات را در یک منطقه نمونه‌برداری می‌کنند و سپس از این‌ها برای تولید یک مدل رقومی سطح زمین به شکل تی‌آی‌ان استفاده می‌کنند. این مدل سپس می‌تواند برای بصری‌سازی زمین، پوشاندن تصاویر سنجش از دور روی آن، کمی‌سازی ویژگی‌های اکولوژیکی یک سطح یا استخراج اشیاء سطح زمین به کار رود. داده‌های خطوط تراز یا هر مجموعه‌داده ارتفاعی نمونه‌برداری‌شده دیگر، یک مدل رقومی سطح زمین نیستند. این مدل به این معناست که ارتفاع به‌طور پیوسته در هر مکان در منطقه مورد مطالعه در دسترس است، یعنی نقشه نشان‌دهنده یک سطح کامل است. مدل‌های رقومی سطح زمین نباید با مدل‌های رقومی سطح (دی‌اس‌ام) اشتباه گرفته شوند که می‌توانند سطوح تاج پوشش، ساختمان‌ها و اشیاء مشابه باشند. برای نمونه در مورد مدل‌های سطحی تولیدشده با فناوری لایدار، می‌توان چندین سطح داشت؛ از بالای تاج پوشش درختان تا خود زمین سخت. تفاوت بین این دو مدل سطح می‌تواند برای به‌دست آوردن اندازه‌های حجمی (ارتفاع درختان و غیره) استفاده شود.

### داده‌های خام نقشه‌برداری

اطلاعات نقشه‌برداری توپوگرافی از نظر تاریخی بر پایه یادداشت‌های نقشه‌برداران است. آن‌ها ممکن است نام‌گذاری و اطلاعات فرهنگی را از سایر منابع محلی استخراج کنند (برای نمونه تعیین مرزها ممکن است از نقشه‌برداری کاداستر محلی گرفته شود). در حالی که این یادداشت‌های میدانی ارزش تاریخی دارند، ذاتاً شامل خطاها و تناقضاتی هستند که در مراحل بعدی تولید نقشه برطرف می‌شوند.

### داده‌های سنجش از دور

مانند یادداشت‌های میدانی، داده‌های سنجش از دور (برای نمونه عکاسی هوایی و ماهواره‌ای) خام و تفسیر نشده هستند. این داده‌ها ممکن است دارای حفره (مثلاً به دلیل پوشش ابر) یا ناهماهنگی (به دلیل زمان ثبت تصاویر خاص) باشند. بیشتر نقشه‌برداری‌های توپوگرافی مدرن شامل بخش بزرگی از داده‌های سنجش‌ازدور در فرآیند تدوین خود هستند.

### نقشه‌برداری توپوگرافی

نقشه‌برداری توپوگرافی در تعریف معاصر خود، پستی‌وبلندی را نشان می‌دهد. در ایالات متحده، نقشه‌های توپوگرافی یو‌اس‌جی‌اس پستی‌وبلندی را با استفاده از خطوط تراز نشان می‌دهند. یو‌اس‌جی‌اس نقشه‌هایی را که بر پایه نقشه‌برداری‌های توپوگرافی هستند اما خطوط تراز ندارند، «نقشه‌های پلانیمتریک» می‌نامد.

این نقشه‌ها نه‌تنها خطوط تراز، بلکه هرگونه رودخانه مهم یا سایر پیکره‌های آبی، پوشش جنگلی، مناطق ساخته‌شده یا ساختمان‌های منفرد (بسته به مقیاس) و سایر عوارض و نقاط مورد توجه را نشان می‌دهند.

اگرچه نقشه‌های سازمان‌های نقشه‌برداری ملی در کشورهای دیگر رسماً نقشه‌های «توپوگرافی» نامیده نمی‌شوند، اما بسیاری از همان ویژگی‌ها را دارند و بنابراین اغلب «نقشه توپوگرافی» نامیده می‌شوند.

نقشه‌های موجود از نقشه‌برداری‌های توپوگرافی به دلیل پوشش جامع و دانشنامه‌ای خود، پایه و اساس بسیاری از کارهای توپوگرافی مشتق‌شده را تشکیل می‌دهند. برای نمونه، مدل‌های رقومی ارتفاع اغلب نه‌از داده‌های سنجش از دور جدید، بلکه از نقشه‌های توپوگرافی کاغذی موجود ایجاد شده‌اند. بسیاری از ناشران دولتی و خصوصی از کارهای هنری (به‌ویژه خطوط تراز) برگه‌های نقشه توپوگرافی موجود به‌عنوان پایه نقشه‌های توپوگرافی تخصصی یا به‌روزشده خود استفاده می‌کنند.

نقشه‌برداری توپوگرافی نباید با نقشه‌برداری زمین‌شناختی اشتباه گرفته شود. دومی به ساختارها و فرآیندهای زیرین سطح می‌پردازد، نه به عوارض سطحی قابل شناسایی.

### مدل‌سازی رقومی ارتفاع

مدل رقومی ارتفاع (دی‌ئی‌ام) یک مجموعه‌داده رقومی مبتنی بر رستر از توپوگرافی (ارتفاع‌سنجی و/یا ژرف‌سنجی) تمام یا بخشی از زمین (یا یک سیاره سنگی) است. به هر یک از پیکسل‌های این مجموعه‌داده یک مقدار ارتفاع اختصاص داده می‌شود و بخش سرآیند مجموعه‌داده، منطقه تحت پوشش، واحدهایی که هر پیکسل پوشش می‌دهد و واحدهای ارتفاع (و نقطه صفر) را تعریف می‌کند. مدل‌های رقومی ارتفاع ممکن است از نقشه‌های کاغذی و داده‌های نقشه‌برداری موجود مشتق شوند، یا ممکن است از داده‌های راداری یا سونار ماهواره‌ای یا سایر داده‌های سنجش‌ازدور تولید شوند.

### مدل‌سازی توپولوژیک

یک سامانه اطلاعات جغرافیایی (جی‌آی‌اس) می‌تواند روابط مکانی موجود در داده‌های مکانی ذخیره‌شده به صورت رقومی را تشخیص داده و تحلیل کند. این روابط توپولوژیک اجازه می‌دهند مدل‌سازی و تحلیل‌های پیچیده مکانی انجام شود. روابط توپولوژیک بین موجودیت‌های هندسی به‌طور سنتی شامل همجواری (چه چیزی با چه چیزی همسایه است)، ظرفیت (چه چیزی چه چیزی را در بر می‌گیرد) و نزدیکی (یک چیز چقدر به چیز دیگری نزدیک است) می‌شود.

* بازسازی یک منظره در تصاویر شبیه‌سازی‌شده از زمین،
* تعیین مسیر پرواز بر فراز زمین،
* محاسبه سطوح یا حجم‌ها،
* ترسیم نیم‌رخ‌های توپوگرافی.

## توپوگرافی در سایر حوزه‌ها

توپوگرافی در رشته‌های علمی مختلفی به کار رفته است. در علوم اعصاب، رشته تصویربرداری عصبی از تکنیک‌هایی مانند توپوگرافی ای‌ای‌جی برای نقشه‌برداری مغز استفاده می‌کند. در چشم‌پزشکی، توپوگرافی قرنیه به‌عنوان تکنیکی برای نقشه‌برداری از انحنای سطح قرنیه به کار می‌رود. در مهندسی بافت، از میکروسکوپ نیروی اتمی برای نقشه‌برداری از نانوتوپوگرافی استفاده می‌شود.

در آناتومی انسانی، توپوگرافی همان آناتومی سطحی انسان است.

در ریاضیات مفهوم توپوگرافی برای نشان دادن الگوها یا سازماندهی کلی عوارض روی یک نقشه یا به‌عنوان اصطلاحی به کار می‌رود که به الگوی توزیع متغیرها (یا مقادیر آن‌ها) در یک فضا اشاره دارد.

## توپوگراف‌ها

توپوگراف‌ها کارشناسان حوزه توپوگرافی هستند. آن‌ها عوارض سطحی یک مکان یا منطقه را مطالعه و توصیف می‌کنند.

## جستارهای وابسته

* نقشه توپوگرافی
* نیم‌رخ توپوگرافی
* برجستگی توپوگرافی
* نقشه‌نگاری
* ژئومورفولوژی

## منابع

* مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Topography». در *دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی*، بازبینی‌شده در ۸ ژوئیهٔ ۲۰۱۰.

## پیوند به بیرون

* *مکان نگاری چیست؟* *- Center for Geographic Information*