نقش و اهمیت نقشه برداری در معماری و مرمت

نقشه برداری، معماری و مرمت

در این مقاله قصد دارم در خصوص نقش و اهمیت نقشه برداری در معماری و مرمت با شما صحبت کنم. نقشه برداری، معماری و مرمت سه شاخه از علم مهندسی هستن که قبل از شروع مقاله بهتره کمی بیشتر با آنها آشنا شویم، هر چند که معماری و مرمت در ذهن بیشتر مهندسان شاخه ای از هنر است، اما اگر بیشتر با آنها آشنا شوید مطمعنا تایید می کنید که آنها شاخه ای از علم مهندسی هم هستند.

تعاریف

    نقشه برداری: علم و هنر تولید نقشه با استفاده از ابزارهای دقیق بشمار میاد که دارای شاخه های مختلفی است، که در این مقاله بیشتر با شاخه فتوگرامتری آن آشنا می شویم.

• فتوگرامتری روشهای اندازه گیری و تولید نقشه از روی تصاویر است، حالا این تصاویر چه از روی زمین و چه از روی آسمان اخذ شده باشد، فرقی نمی کند، مهم روش های اخذ این تصاویر هست که در ادامه در مورد آنها صحبت خواهیم کرد.

    معماری: فرایند برنامه ریزی، طراحی و ساخت ساختمان تعریفی است که برای معماری ذکر شده است، که یادگیری آن مستلزم شناخت صحیح و درست از هنر طراحی، و علم مهندسی است.

    مرمت: معمولا به همراه معماری دو کلمه هستند که در کنار هم آورده می شود، و درست هم هست، چون آشنایی با مرمت در حوزه بناها و محوطه های تاریخی مستلزم آشنایی با معماری است.

اما باز زنده سازی، حفاظت، عملیات نگهداری و تعمیرات، کلماتی هستند که در کنار مرمت این شاخه از علم را تعریف می کنند. بطور کلی هر فرایندی که در جهت نگهداری، حفاظت، باززنده سازی و تعمیر ابنیه تاریخی، آثار هنری، محوطه های باستانی و … صورت می گیرد، تعریف کننده مرمت هستند.

وقتی در خصوص مرمت ابنیه تاریخی صحبت می کنیم، ابتدا باید با معماری آن آشنا شویم تا بتوانیم تصمیم درست و اصولی در خصوص حفاطت و احیاء آن بگیریم. پس معماری می تواند در حوزه های ابنیه و ساختمان تکمیل کننده مرمت باشد.

اهمیت نقشه برداری در معماری و مرمت

قبل از هر چیز به این جمله دقت کنید:

مرمت در معماری، شاخه‌ای از هنر معماری است که بر پایه شناخت و مطالعه بناها و بافت‌های تاریخی و آثار باستانی، به احیا کردن فضاهای تاریخی به لحاظ کالبدی، ساختاری و عملکردی می‌انجامد.

این هنر که شاخه‌ای آمیخته از دانش، تکنولوژی، مهندسی و هنر معماری می‌باشد شامل شکل‌ها و سطوح گوناگونی از پژوهش و تحقیق در باب هنر و معماری تاریخی است و در مقیاس‌های گوناگونی می‌توان آن را تعریف و معنا کرد. [+]

قبل از شروع هر کاری، شناخت و مطالعه صحیح و دقیق در خصوص موضوع مورد مطالعه در بالاترین درجه از اهمیت قرار دارد. و این در جمله بالا که تعریف مرمت و معماری هست نیز به تاکید آورده شده است.

یکی از راههای شناخت و مطالعه بناها و بافتهای تاریخی، شناخت جزییات و ابعاد و اندازه ها، دوره های تاریخی، روشهای ساخت، نوع مواد مصالح و بسیاری اطلاعات دیگر است، که مراحل کسب این اطلاعات با روشها و ابزارهای مختلف، مستند نگاری یا مستند سازی نامیده می شود.

مستند نگاری یک فرایند مستمر است که امکان نظارت، نگهداری و درک لازم برای حفاظت از طریق ارائه اطلاعات مناسب و به موقع را فراهم می کنه.

مستند سازی هم یک محصول و هم یک عمل برای برآوردن نیازهای اطلاعاتی تیم مدیریتی است.

این مجموعه طیف وسیعی از منابع ملموس و ناملموس مانند، اطلاعات اندازه گیری شده، روایتهای موضوعی و اجتماعی در حوزه میراث فرهنگی را در دسترس قرار می ده.[CIPA]

همانطور که در تعریف مستند نگاری مشاهده کردین، یکی از اطلاعاتی که به تیم مدیریت کمک می کنه تهیه نقشه های دقیق با ابزارهای دقیق اندازه گیری هست.

و بهترین را استفاده از روشهای نقشه برداری است. نقشه برداری با کمک ابزارهای دقیق و پیشرفته، می تواند بهترین کمک رو به متخصصان معماری و مرمت بکند بطوریکه بعد از تمام شدن کار اطلاعاتی را می شود بدست آورد، که هرگز با دیدن و حتی بررسی دقیق ظاهری موضوع مورد مطالعه، نمی شود به آنها دست پیدا کرد.

ابزارهای مختلفی تو این راستا به نقشه برداران کمک می کنه که میشه به مترهای لیزری، دستگاههای تراز یاب و دستگاههای توتال استیشن اشاره کرد. این ابزار می تونه در تمام مراحل کار با کسب اطلاعات دقیق از موضوع و ارائه آنها در پیشرفت پروژه کمک کند.

به طور مثال در یکی از پروژه هایی که خودم به عنوان نقشه بردار در حال فعالیت بودم، بعد از اندازه گیری دقیق پلان یک بنای تاریخی، و بررسی های کارشناسانه یک متخصص مرمت، متوجه شدیم که قسمتی از این بنا به دقت بالایی که در ظاهر مشخص نیست به قسمت دوم چفت شده و از نظر دوره تاریخی با قسمت دیگر فرق داره.

و این موضوع باعث شده که روند طراحی در خصوص این بنا و روشهای مرمت و نگهداری آن تغییر کند.

با این حال در این مقاله قصد ندارم در خصوص این ابزار صحبت بکنم و حتما در مقاله های دیگری به هر کدام از این ابزار و نقش آنها در معماری و مرمت و روشهای استفاده از آنها می پردازم.

در حال حاضر هدفم صحبت در خصوص ابزار جدیدی است که چند سالی هست در رشته نقشه برداری پیشرفتهای زیادی داشته و کار رو تا جایی ساده و آسون کرده که حتی افراد غیر متخصص هم با آموزشهای اندک می توانند به راحتی آن را انجام دهند، و به اطلاعات دقیقی دست پیدا کنند.

به جرات می توان گفت با این روش و ابزار می توانید به دقتهایی در حد میلیمتر یا شاید بیشتر هم دست پیدا کنید. کاری که با ابزارهای معمول نقشه برداری دشوار و پرچالش است.

فتوگرامتری و روش تولید نقشه

فتوگرامتری، یکی از شاخه های نقشه برداری است که با کمک تصاویر اخذ شده از موضوع مورد نظر و انجام فرایند نرم افزاری بر روی تصاویر به راحتی می توانید اطلاعات دقیقی رو بدست آورید.

در این روش با استفاده از الگوریتمهایی که قبلا تعریف شده تک تک عکسها مورد بررسی قرار میگیرن و پیکسل به پیکسل آنها از نظر رنگ بررسی می شوند و بعد از اتمام، عمق یابی شده و با روابطی مشخص مدل تولید شده رو از فضای عکسی به فضای مدل یا همان فضای واقعی  انتقال میدهند.

مثل هر کار دیگه ای فعالیتهای مشخصی برای انجام عملیات عکسبرداری و پس از آن عملیات پردازش و تولید محصول وجود داره، به عنوان مثال:

• در زمان عکسبرداری می باید پوشش عکسهای اخذ شده کاملا رعایت شود، یعنی هر عکسی می باید بیش از 80 درصد عکس بعدی رو شامل شود.

این پوشش اگر زیاد باشه تعداد عکسها زیاد و عملیات پردازش به کندی انجام می شود، واگر هم کم باشه مدل صحیحی تشکیل نمی شود. (به قولی اصلا مدلی تشکیل نمیشه که بخواد درست باشه یا غلط)

روشهای مختلفی در حوزه فتوگرامتری وجود دارد، که این روشها در مرحله اخذ تصویر تغییر می کنند. به طور مثال اخذ تصاویر با استفاده از پرنده های بال ثابت برای مناطق وسیع.

یا اخذ تصاویر با استفاده از پهپادهای روتر دار (ملخ های چرخان) که می تواند تا ارتفاع مشخصی پرواز کند و از جاهایی که امکان دسترسی به آنها کم یا وجود ندارد تصویر برداری کند.

و یا اخذ تصاویر از روی زمین و با استفاده از دوربینهای عکاسی معمولی با لنز ثابت و یا متحرک و یا دوربین های عکاسی با فاصله کانونی ثابت.

در اینحا میخوایم این مرحله از فتوگرامتری یعنی اخد تصاویر از روی زمین و با استفاده از دوربین های عکاسی را به طور خلاصه شرح دهیم و بیشتر باآن آشنا شویم.

شرح مراحل عملیات فتوگرامتری در مستند نگاری یک بنای تاریخی

اولین گام: برنامه ریزی در خصوص زمان عکسبرداری، ابزار مورد نیاز در طول روند عکسبرداری، نوع دوربین عکسبرداری و همچنین نوع و روش عکسبرداری

گام دوم: استقرار در محل عکسبرداری، نصب المانهای اندازه گیری (تارگت)، اندازه گیری المانها با استفاده از ابزار اندازه گیری (که این ابزار برحسب میزان دقت می تواند متر نواری یا توتال استیشن باشد)، عکسبرداری از موضوع مورد مطالعه، بررسی تصاویر اخذ شده به منظور حذف گپی ها و کمبودها

گام سوم: انجام عملیات نرم افزاری برای رسیدن به اطلاعات مورد نیاز

انواع محصولات فتوگرامتری

حال این سوال مطرح می شود که خروجی و محصول این روش از نقشه برداری چه چیزی است؟ و هدف از تهیه آنها چیست؟

مطمعناَ هدف از تهیه این اطلاعات بدست آوردن نقشه ای دقیق از موضوعی است که روی آن مطالعه می کنیم. این نقشه می تواند شامل پلان، نماها، مقاطع و دیگر جزییات باشد. همانطور که با استفاده از دیگر ابزار نقشه برداری قصد رسیدن به این نتایج را داریم.

اما محصول چیست؟ به ترتیب آنها را معرفی می کنم و در انتها نحوه استفاده از آنها برای تولید نقشه را شرح خواهم داد.

• ابر نقاط (Point Cloud): اولین محصول بعد از بررسی تصاویر، ابر نقاط است. این ابر نقاط بسیار متراکمند بطوریکه ممکن است در یک متر مربع هزاران نقطه وجود داشته باشد.

این تراکم باعث می شود که شکل واقعی شی مورد تصویر برداری را به راحتی درک کنیم و ببینیم. و چون این نقاط از روی تصاویر بدست آمده اند ماده و رنگ را از تصاویر گرفته و مدل واقعی تر بنظر می رسد.

• مدل سه بعدی (3D Model): محصول بعدی مدلی است که از به هم پیوستن نقاط با استفاده از خطوط مثلث بندی به وجود می آید و صفحات بسیار کوچکی را تشکیل می دهند که در کنار هم مدل شی مورد نظر را به وجود می آورند.

این مدل همان مدل مشی است که در اصطلاح فنی به آن اشاره می شود.

• مدل رقومی ارتفاعی(DEM): این محصول نیز از روی اطلاعات ابر نقاط و یا از روی مدل مش بندی شده بدست می آید و یک مدل سه بعدی با تاکید بر ارتفاع نقاط تحویل می دهد. به صورتی که می توان تغییر ارتفاعی بر روی سطح مدل را با استفاده از طیف رنگی مشاهده کرد.

• تصویر ارتوفتو (Orthophoto): ارتوفتو تصویری است که از بهم پیوستن همه تصاویر پردازش شده بدست می آید. البته توضیح و نحوه تولید تصویر به این سادگی که توضیح دادم نیست.

اگر شما همه تصاویر را به گونه ای در کنار هم بچینید که کل مدل را در یک تصویر ببینید تصویر ارتوفتو تشکیل شده است، اما به صورت فنی اگر بخواهیم آن را توضیح دهیم،

ارتوفتو تصویری است قائم شده بدون خطاهای هندسی (اعوجاج عدسی و یا خطای زاویه دوربین). ارتوفتو تصویری است که مقیاس در تمام سطح آن یکنواخت و می توانید فواصل واقعی را روی آن اندازه گیری کنید.

نحوه تهیه نقشه از خروجی ها

سوال مهم اینجاست که چگونه می شود از این خروجی هاکه شرح دادم نقشه تولید کرد؟ همانطور که می دانید هدف تولید نقشه است. مشخصا تولید، پلان، نما و مقاطع دغدقه فکری همه دوستان معمار، مرمتگر و باستانشناس است که به روشهای تولید آنها می پردازیم.

1. اولین نکته در خصوص استفاده از خروجی ها، استفاده آنها در دیگر نرم افزارها، مخصوصا نرم افزارهای معماری است. و این امکان در این روش به راحتی قابل دسترس است. شما به راحتی می توانید قبل از تولید خروجی فرمت مورد نظر خود را انتخاب کرده و آن را در نرم افزار مورد نظر خود بارگذاری کنید.
2. به دلیل تشکیل فضای واقعی در هنگام پردازش اطلاعات، خروجی ها دارای ابعاد و اندازه های واقعی هستند، و این بالاترین مزیت برای ترسیم نقشه است.
3. هر کدام از خروجی ها می توانند به نحوی در تولید نقشه به ما کمک کنند:

• • ابر نقاط: برای ترسیم و تولید پلان ها و مقاطع با سرعت بالا به وسیله ابزار نرم افزار های معماری
  • مدل سه بعدی: برخی از نرم افزارهای معماری امکان استفاده از ابر نقاط را به تنهایی ندارند و فقط می توان مدل مش را در آنها بارگذازی کرد. با استفاده از این مدل هم می توان به راحتی ترسیم مقاطع و پلان را انجام داد.

البته تجسم فضای واقعی شی مورد نظر و تشکیل مدل کلی برای ساخت ویدیو و نمایش نیز از دیگر استفاده های این محصول است.

• • مدل رقومی ارتفاعی: تهیه منحنی میزان و بررسی وضعیت شی از نظر ارتفاعی را با استفاده از این مدل می توان انجام داد. به عنوان مثال یکی از مواردی که با این محصول می توان آن را بررسی کرد وضعیت رفتار سازه ای یکی از نماهای یک ساختمان است.

با توجه به طیف رنگی این محصول به راحتی می توان تشخیص داد که کدام قسمت نما به سمت جلو یا عقب رفتار داشته و در کدام قسمت نما دفرمگی و رفتار سازه ای نا معقول وجود دارد.

• • تصویر ارتوفتو: همانطور که گفتم این تصویر دارای دقت و مقیاس یکسانی است و هر خطی که بر روی آن ترسیم کنید. در اندازه واقعی خواهد بود. این تصویر به راحتی در تمامی نرم افزارهای معماری قابل بارگذاری است و می توان به راحتی تمام جزییات آن را ترسیم کرد.

کاربردهای مهم فتوگرامتری در معماری و مرمت

حال که با این روش از نقشه برداری آشنا شدین به راحتی می توانید حدث بزنید که کاربردهای این روش چه چیزهایی می تواند باشد. شاید ذهن شما به نتایجی رسیده باشد که متخصصان این رشته هم هنوز به آنها نرسیده اند. (خوشحال می شم اونها رو با ما اینجا به اشتراک بزارین. منتظر کامنتهاتون هستم.)

• اولین و مهمترین کاربرد این روش در معماری، مرمت و باستانشناسی تولید نقشه های دقیق پلان نما و مقاطع با جزییات بسیار بالا و امکان ادغام اطلاعات با دیگر داده های موجود است.

• تولید نقشه های دقیق تصویری

• امکان ساخت ویدئو های بسیار نزدیک به واقعیت از فضای تصویر برداری شده برای نمایش
• امکان مدل کردن برخی از جزییات ساخت در بنا و بازسازی آنها با دقت بالا
• امکان بررسی وضعیت سازه ای بنا با دقتهای بسیار بالا

بغیر از موارد گفته شده اگر بخواهیم از کاربردهای کلان تر فتوگرامتری برد کوتاه در معماری و مرمت نام ببریم می توانیم به موارد زیر اشاره کنیم.

• طراحی سایت: برای ایجاد یک طراحی دقیق می باید اندازه گیری های دقیقی نیز انجام شود. فتوگرامتری این امکان را برای معماران فراهم می کند تا با مشاهده مدلهای سه بعدی درک بهتری نسبت به منطقه پیدا کنند،

همچنین نقشه های تصویری از منطقه می تواند دید وسیع تری نسبت به جزییات منطقه به طراحان دهد.

• تصمیم های مهم برای طراحی: تصمیم گیری در خصوص جهت ساختمان، اندازه و زوایا، طرح کلی از سایت، و موقعیت قرار گیری ساختمان نسبت به سایت، با استفاده از یک نقشه یا تصویر بصری می تواند بسیار دقیق تر انجام شود.

همچنین فضاهای تولید شده سه بعدی و امکان طراحی در این فضا دست معماران را برای تصمیم گیری باز خواهد گذاشت تا با آزمون و خطا به بهترین نتایج رسید.

• نظارت بر پیشرفت ساخت و ساز: نظارت بر مراحل ساخت یک ساختمان با استفاده از اطلاعات بدست آمده در کوتاهترین زمان ممکن می تواند بسیاری از مشکلات پیش رو در روند ساخت و ساز را کم کند یا از بین ببرد.

حرف آخر

در پایان باید بگم که کاربردهای این روش از نقشه برداری نه تنها در زمینه مرمت و معماری، بلکه در بسیاری از گرایشهای مهندسی و حتی غیر مهندسی بسیار زیاده و می تونه کمک زیادی به افردای که نیازمند محصول بدست آمده از این روش هستند بکند.

این نکته رو هم باید بگم که در سالهای گذشته به دلیل تخصصی و پیچیده بودن ابزارها و نرم افزارهای این روش از نقشه برداری، افراد بسیار کمی توانایی انجام این کار را داشتند.

اما با پیشرفت نرم افزارهای مخصوص پردازش تصاویر و الگوریتمهای پردازش و همچنین User Friend شدن آنها این کار با وجود تمام پیچیدگی هاش بسیار ساده و توسط هر کسی قابل انجام شده.

با کمی مطالعه و انجام چند پروژه آزمایشی به راحتی می توانید به بهترین نتایج دست پیدا کنید.

هدف من هم از نوشتن این مقاله آشنا کردن دوستان معمار، مرمت گر و باستانشناس و هر کسی که قصد داشته باشد تا در این زمینه فعالیت کند بوده و ساده کردن این راه برای یادگیری این افراد. ما آمادگی این را داریم که هر کسی قصد یادگیری این روش ها را دارد آموزش دهیم. پس خوشحال میشم اگر سوالی دارین مطرح کنید.