تحقیق در مورد ترازگیری مقطعی

بخشی از مقاله

ترازگیری مقطعی

در بزرگراه ها، کانالها، خطوط راه آهن، ترازهای آب و پروژه های مشابه برای اهداف موقعیت طرح و ساختار تعیین ارتفاع مسیرهای پیشنهادی لازم است.فرآیند تعیین یک سری از ارتفاع ها در طول یک خط مشخص تراز گیری مقطعی نامیده می شود .

ترازگیری مقطعی شامل خطی از تراز های اختلاف سطح با یک سری انفجار های بینابینی است که در حین فرآیند روی می دهد . دستگاه تراز در یک نقطه مشخص قرار می گیرد ویک BS برای یک نقطه با ارتفاع مشخص به منظور تعیینHI در نظر گرفته می شود . اگر انگپایه ای با ارتفاع مشخص موجود نباشد لام است که یا از طریق تراز های تفاوتی یکBM موجود انگپایه ای ایجاد کنیم یا این انگپایه را با ارتفاع فرضی تنظیم کنیم ( روش اخیر ممکن است برای بعضی پروژه ها مثلاً پروژه هایی که در آن ها آب وجود دارد رضایت بخش نباشد .)

بعد از تعیین HIدر میان پروژه پیش بینی هایی در نظر گرفته می شود . در اینجا این تفاسیر با عنوان تفاسیر پیش گویی بینابینی IFSخوانده می شود. نقشه برداران دیگر ممکن است از آن ها با عنوان تفاسیر میله شاخص زمین یا تفاسیر میله شاخص یاد کنند .
این تفاسیر در فاصله های مشخص مثل 50 یا 100 فوت یا نقاطی که تغییرات ناگهانی ارتفاع روی می دهد مثل بالا وپایین سواحل رودخانه ها ، لبه ها وخطوط مرکزی جاده ها وگودال ها ومانند آن بدست می آیند .

به عبارت دیگر انفجار هادر مکان هایی مورد استفاده قرار می کیرند که لازم باشد تصویر درستی از سطح زمین در طول جاده ها داشته باشیم .
هنگامی ادامه کار با تفاسیر IFSموقعیت فعلی دستگاه تراز گیری ممکن نباشد لازم است که FSرا روی یکTPدر نظر گرفته وابزار را به موقعیت دیگری انتقال داد که بتوان تفاسیر جدیدی را در نظر گرفت . بخشی از نکات تراز گیری مقطعی نمونه در شکل 7-8 نشان داده شده است .

نویسنده برای بخش تراز گیری تفاوتی این نکات کنترل ریاضی انجام داده است . ان کنترل مقادیرFSو BSاز ‍ارتفاع BM تا ارتفاع HI بالای TP را شامل می شود .

تا اینجا ذکر شد که در چنین نقشه برداری هایی که در مسیر های مشخص انجام می شوند مسافت های نقطه های آغاز با تعیین فاصله نقطه مبدا مشخص می شوند .کار معمول این است که در خط مرکزی پروژه در فواصل معین مثل 50 یا 100فوتی نگاهدارنده هایی قرار دهیم .
نقاطی در طول جاده که حتی ضریب 100 هستند مثل 00+0 و00+1 و00+2 ومانند آن نقاط مبدا کامل هستند . نقاط مبدا بینابینی نقاط مبدا مثبت هستند . برای مثال یک نقطه 65/243 فوتی از نقطه آغاز با عنوان 65/34+2 تشخیص داده می شوند . بعضی نقشه برداران علاقه دارند نقاط مبدا مثل 00+15 و00+20 برای نقاط شروع پروژه تعیین کنند تا اگر پروژه به میله های دیگری توسعه یابد احتمال وجود نقاط مبدا منفی نباشد .

هنگامی که سیستم Sj در ایالات متحده استفاده می شد در بعضی شهر ها نقاط مبدا 100 واحدی (متر 100= نقطه مبدا ) استفاده شد در حالی که در دیا رتمان های بزرگراه معمولاً از نقاط مبدا 1000 واحدی استفاده می شود . در این متن ودر مسائل نویسنده از 1000 متر برای نقاط مبدا استفاده می کند .
لازم نیست که تفاسیر پیش بینی بینابینی را با درجه دقتی که برای مقادیر لازم است در نظر بگیریم . اگر سطح نا هموار باشد مثل میدان ها وجنگل ها تفاسیر نزدیک ترین فاصله یک صدم فوت لازم نیست وشاید کمی گمراه کننده باشد . همان طور که در شکل 7-8 نشان داده شده است معمولاً تفاسیر نزدیکترین مسافت یک دهم فوت در نظر گرفته می شود هنگامی که سطوح منظم ویکنواخت است مثل سطح بزرگراه ها ی سنگ فرش شده گرفتن تفاسیر فاصله 01/0 فوت غیر منطقی نیست .

در حین ترازگیری مقطعی تعیین یک سری BM کاری عاقلانه است زیرا در زمان های بعدی مثل زمانی کهشیب ها برای ساختمان استفاده می شود مفید است .این نقاط کنترل باید در فاصله کافی از محور پیشنهادی پروژه تعیین شوند تا هنگام کار ساخت وساز از بین نروند .هنگامی که نمودار مقطعی کامل شد باید با آزمون یک ‍BM دیگر یا پیمودن یک خط تراز تشخیصی به سمت نقطه آغاز کار را بررسی کرد .
4-8

نمودار های مقطعی :
هدف از تراز گیری مقطعی تهیه اطلاعات لازم برای کشیدن نقشه ارتفاع زمین در مسیر پیشنهادی است یک نمودار مقطعی :سطح مقطع گرافیکی از یک سطح عمودی در مسیر مورد نظر با سطح زمین است طراحی شیب برای جاده ها ، کانال ها ، خطوط راه آهن ، فاضلاب ها ومانند آن کاملاًلازم است .
شکل 8-8 سطح مقطع نمونه از محور یک بزرگراه پیشنهادی را نشان می دهد که بویژه برای این هدف بر روی کاغذ نمودار طراحی شده است . در این نمودار خطوط افقی وعمودی چاپی وجود دارد که مسافت ها راهم به شکل افقی وهم عمودی نشان می دهد برای آشکار ساختن تفاوت ارتفاع + استفاده از مقیاس عمودی نسبت به مقیاس افقی معمول تر است ( نسبت 1/10 ) در این شکل مقیاس افقی 1 اینچی = 200 فوت ومقیاس عمودی 1اینچی =20 فوت استفاده شده است . ارتفاع های طراحی شده برای سطح مقطع با یکدیگر ارتباط داده شده است زیرا تصور می شود که این روش در مقایسه با ارتباط با خطوط مستقیم تصویر بهتری از شکل واقعی زمین بوجود می آورد .

نویسنده در شکل 8-8 برای بزرگراه پیشنهادی خط نمایش دهنده شیب آزمایشی طراحی کرده است .هدف اصلی از طراحی سطح مقطع امکان ایجاد خطوط شیب است . در یک پروژه واقعی خطوط شیب متفاوتی آزمایش می شود تا خاک ریزی ها وخاک برداری ها به اندازه کافی در مسافت های ترابری منطقی با شیب های نه خیلی زیاد متعادل شوند .

برای پروژه های بزرگراه معمولاً نقشه کشی طرح وسطح مقطع یک صفحه مناسب است نیمه بالایی کاغذ صاف نگهداشته می شود تا طرح در بالای سطح مقطع نقشه کشی شود . طرح در شکل 8-8 نشان داده شده است .
5-8

مقطع عرضی : مقاطع عرضی خطوط تراز یا مقاطع کوتاهی هستند که بر محور یک پروژه عمود می شوند این مقاطع اطلاعات لازم برای برآورد مقدار عملیات خاکی را فراهم می کنند . دو نوع کلی از مقاطع عرضی وجود دارد : مقاطعی که برای مسیر هایی مثل جاده ها لازم است ومقاطعی که برای گودهای خاکبرداری (گود قرضه ) مورد نیاز است .

برای نقشه کشی مسیر مقاطع عرضی در فاصله های معینی مثل ایستگاه های 50 یا100 فوتی ودر نقاطی که در محور سطح مقطع تغییرات ناگهانی روی می دهد تعیین می شوند .پیمایشگر ها معمولاً در نقاط تپه ماهور (سرزمین ناهموار ) تمایل دارند مقاطع کمتری بگیرند .برای دستیابی به این هدف در هر طرف محور مقاطع به مسافت مشخصی کشیده می شوند تا تمام منطقه پروژه را شامل شوند .

هنگامی که احتمال خاک ریزی یا خاک برداری بزرگ وجود دارد باید مسافت بیشتری از محور مقطع گیری شود .
هنگامی که مقاطع عرضی در اداره واز طریق یادداشت های منطقه نقشه کشی می شوند ارتفاعات سطح زمین از طریق خطوط مستقیم به یکدیگر ارتباط داده می شوند . بنابراین اگر تغییر یا شکستی در شیب زمین وجود داشته باشد پیشبینی هر یک از این نقاط برای نقشه بردار اهمیت زیادی دارد .برای اینکه خواننده متوجه شود که چه مناظری باید در نظر گرفته شود شکل 9-8 ارائه می گردد . در این شکل موقعیت های پیشنهادی برای گرفتن تفاسیر میله شاخص برای سه موقعیت مختلف در بزرگراه پیشنهادی نشان داده شده است .

ارتفاعات لازم باید با یک تراز معین تراز دستی یا ترکیبی از آن ها تعیین گردد بعضی اوقات یک تراز دستی در بالای یک اهرم یا صفحه 5 فوتی نگه داشته می شود یا به آن وصل می گردد وبرای تعیین ارتفاعات مورد نیاز به کار می رود .
ارتفاعات معمولاً در فواصل مشخصی مثل 25 ، 50 و75 فوت در هر طرف محور مسیر ونقاطی که تغییرات مهمی در شیب یا شکل زمین روی می دهد گرفته می شود .در سراسر این کتاب طول میدان دید تلسکوپ را با ؟؟؟؟؟؟ نشان می دهیم ( اصطلاح ارتفاع حوزه دید را نسبت به خط مبنا که معمولاً سطح دریاست نشان می دهد ) (شکل 9-8 )

در شکل 10-8 تراز یا میله مدرج ژاکوب در محور پروژه نصب شده است . طول تلسکوپ ابزار در بالای زمین اندازه گیری شده و1/5 فوت بدست آمده است .در نقطهآغاز 00+11 شخصی که میله را در دست دارد 15 فوت به سمت چپ فرستاده می شود وتفسیرfs
از 2/11گرفته می شود . بنا براین تفاوت ارتفاع از محور تا نقطه مورد نظر 1/6 فوت است سپس شخص میله به دست 18 فوت دیگر می رود تا به نقطه 33 فوتی از محور برسد . تفسیر 5/11 فوت وتفاوت ارتفاع 4/6- فوت است . اگر تفاوت ارتفاع برای طول میله تراز بیشتر شود یا اگر در بالا رفتن از تپه تفاوت ارتفاع بیشتر ازhi دستگاه باشد باید نقاط برگشتی را در نظر بگیریم تا همه تفاسیر مورد نیاز را بدست آوریم (شکل 10-8 ) .

شیوه مناسب ثبت نکات مقطع عرضی در شکل 11-8 آمده است . این شامل نکات سطح مقطع در صفحه سمت چپ ونکات مقطع عرضی در صفحه سمت راست است .در صفحه مقطع عرضی ارتفاع ها در ایستگاه های مرکزی تا نقاط مورد نظر در شماره انداز ها متفاوتند . میزان مسافت ها از محور مخرج کسر ها را تشکیل می دهند . نقشه بردار باید دقیقاً نشانه های این اعداد را ثبت کنند .

نشان مثبت ( +) برای نقاطی است که ارتفاع آن ها از محور بالا تر است ونشان منفی
(-) برای نقاطی است که ارتفاع آن ها پایین تر است (شکل 11-8) .
بسیاری از نقشه برداران نکات سطح مقطع ومقطع عرضی را از پایین به بالای صفحه ثبت می کنند.این شیوه کاملا ً منطقی است به این دلیل که نقشه برداران روبروی محور قرار می گیرند منطقه سمت راست محور در سمت راست صفحه ومنطقه سمت چپ در سمت چپ صفحه نشان داده شده است . بنا براین نکات شکل زمین به صورتی که نقشه بردار مشاهده کرده است نشان می دهند . ایستگاه های نزدیک در ته صفحه وایستگاه های دور در بالای صفحه قرار می گیرند . نکات شکل 11-8 نیز به همین شیوه به تصویر کشیده شده اند .
اشتباه ها در مسیر های تراز گیری باز (6-8)

اشتباه ها در تراز گیری حلقه های تراز بسته مشکل آزار دهنده ای است اما می توان آن ها را کشف کرد واز وقوع مشکلات کاست .اشتباه در تراز گیری مناطقی که بخشی از حلقه های بسته نیستند مشکلی جدی تر است .نمونه این موارد تراز گیری مقطعی ، مقاطع عرضی ، شیب های ساختمان ومانند آن است . تنها تصور کنید که به خاطر اشتباه در تفسیرfsچه مقدار زمان وهزینه باید صرف شود . اگر مجبور باشیم که پایه متن مسلح را جدا کرده ودوباره آن را در ارتفاعی دیگر بسازیم .در مورد کار های ساختمانی دیگر مثل تکیه گاه پل ، آبگذر ها ، وساختمان های دیگر نیز چنین است .در اینجا به خواننده یاد آوری می شود که در چنین کار هایی ودر تکرار اندازه گیری شخص باید کاملا ً دقیق باشد .
مسائل:
1-8 مدار های تراز نا متوازن زیر را تنظیم کنید.
2-8 مدار های نا متوازنی را که در جدول نشان داده شده است تنظیم کنید .
3-8 خطوطی از تراز ها برای تعیین ارتفاع انگپایه ها تعیین شده است ومقادیر زیر بدست آمده است آیا شرط تراز گیری = ؟؟؟؟؟؟؟؟؟ در حالی که m بر حسب مایل است وعبارات بسیار ناچیزی برحسب فوت ارائه می دهند رضایت بخش است .ارتفاع انگپایه ها را تنظیم کنید .

4-8حلقه بسته تراز های تشخیصی برای تعیین ارتفاعات چندین انگپایه برقرار شد ونتایج زیر بدست آمد محتمل ترین احتمال را تعیین کنید .
5-8 دارای ارتفاع مشخصی است وبرای بدست آوردن ارتفاعBM2 همانطور که در شکل نشان داده شده است پیمودن تراز های تشخیص از سه مسیر متفاوت ازBM1 لازم استو محتمل تریت ارتفاع BM2 چیست؟

6-8: برای تعیین BM2 و ارتفاع آن چندین خط تراز از چند مسیر متفاوت BM1 پیموده شد. طول این مسیرها و مقدار ارتفاع معین انها در جدول نشان داده شده است. محتمل ترین ارتفاع BM2 را بیان می کند.
7-8: نکات تراز را برای خط در میله ای از BM12 تا BM11 تنظیم و کامل کنید. در تفاسیر میله تراز زیر H به مسیر بالایی و م به مسیر پایینی اشاره می کند.
8-8: محور بزرگراه پیشنهادی محکم شده است با HI برابر با 32/854 فوق پیش بینی زیر در نقاط مبدأ کامل و شروع در sta و بدست آمد. برای این نقاط مبدأ سطح مقطع را نقشه کشی کنید.
9-8: نکات تراز سطح مقطع مجموعه زیر را کامل کنید.
؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟

فصل 9:
1-9 زاویه ها ومسیرها :
نصف النها رها :در نقشه بر داری مسیر یک خط زاویه افقی است که آن خط با خط یا مسیر مرجع می سازد . معمولاً این کار با ارجاع به یک خط ثابت مرجع به نام نصف النهار صورت می گیرد . سه نوع نصف النهار وجود دارد : نجومی ، مغناطیسی وفرضی . نصف النهار نجومی مسیر یک خط است که از قطب های شمال وجنوب نجومی وموقعیت مشاهده گر عبور می کند این مطلب در شکل 1-9 نشان داده شده است .(شکل 1-9).
شمال نجومی بر مسیر نیروی ثقل ومدار های چرخشی زمین مبتنی است . این منطقه از طریق مشاهدات خورشید ودیگر ستاره هایی که موقعیت های نجومی آن ها شناخته شده است تعیین می شود .این ستاره ها شامل خورشید ، ستاره شمال وستاره قطبی است . بعضی اوقات اصطلاح شمال پیمایشی نیز استفاده می شود . این مسیر مسیری است که از طریق تقریب ریاضی شکل زمین تعیین می گردد .

تا حدودی از شمال نجومی متفاوت است واین تفاوت می تواند به اندازه 20 قوس کمانی/ ثانیه در بعضی از بخش های ایالات متحده غربی باشد. نصف النهار مغناطیسی مسیری است که بوسیله شاخص مغناطیسی یک قطب نما در موقعیت مشاهده گر تعیین می شود .
نصف النهار فرضی یک مسیر اختیاری است که برای راحتی در نظر گرفته می شود .

نصف النهار های نجومی برای همه نقشه برداری های گسترده استفاده می شود ودر حقیقت برای همه نقشه برداری های مرز های زمین مطلوب است .
این نصف النهار ها با زمان تغییر نمی کند ودهه های بعد نیز دوباره برقرار می شود .
نصف النهار های مغناطیسی حت اثیر بسیاری از فاکتور ها قرار می گیرند بعضی از آن ها با گذشت زمان تغییر می کند .به علاوه روش دقیقی برای تعیینشمال مغناطیسی یک ناحیه مشخص در سال های قبل وجود ندارد .

یک نصف النهار فرضی برای بسیاری از نقشه برداری ها یی محدود مطلوب است .
معمولاً مسیر نصف النهار فرضی دقیقاً بر طبق مسیر نصف النهار نجومی است .
نصف النهار های فرضی یک عیب مهم دارد وآن مشکل برقراری دوباره آن در صورت حذف نقاط بررسی در روی زمین است .
برای نقشه کشی در مقیاس محدود گاهی اوقات نصف النهار دیگری استفاده می شود . خطی از یک نقطه از منطقه ای ویژه به عنوان نصف النهار مبدا تعیین می شود وهمه نصف النهار های دیگر در این منطقه با این مبدا موازی در نظر گرفته می شود این نصف النهار نصف النهار شبکه نامیده می شود .استفاده از نصف النهار شبکه نیاز به در نظر گرفتن تقارب نصف النهار ها را در نقاط مختلف منطقه کاهش می دهد .
2-9

واحد هایی برای اندازه گیری زاویه ها :
در میان روش های مورد استفاده برای بیان بزرگی زاویه سطح سیستم یک شصتم ، یک صدم وروش های کاربرد رادیان ها ومیله ها است این روش ها به طور خلاصه در زیر توضیح داده می شود .

سیستم یک شصتم :به مانند بسیاری از کشور های دیگر در ایالات متحده سیستم یک شصتم استفاده می شود که در آن محیط دایره به 360 قسمت یا درجه تقسیم می شود . این درجه ها به دقیقه ها وثانیه ها تقسیم می شوند ( هر 1 دجه 60 دقیقه وهر 1 دقیقه 60ثانیه است )بنا براین یک زاویه ممکن است به صورت 362732 نوشته شود . موسسه بررسی پیمایشی ملی از سیستم یک شصتم برای زاویه ها ومسیر ها استفاده می کند .
سیستم یک صدم : در بعضی کشور ها بویژه اروپا سیستم یک صدم که در آن دایره به 400 بخش بنام gonتقسیم می شود استفاده می گردد ( تا سال های اخیر به آن هاgrod می گفتند ) . مقدار آن به صورت 90= 100در نظر گرفته شده است یک زاویه به صورت
3968/122 بیان می شود که اگر در 9/0ضرب شود مقدار 15712/110 یا 6/1100925 بدست می آید .

رادیان : مقیاس دیگر زاویه ها که بار ها برای محاسبه اهداف بکار رفته است ، رادیان است . یک رادیان به عنوان زاویه ای است که در وسط دایره بوسیله یک طول قوس دقیقاً مساوی با شعاع دایره محاط شده است . این تعریف در شکل 2-9 توضیح داده شده است .
محیط یک دایره برابر است با 2???برابرشعاع آن (7) وبنابراین ؟؟؟؟؟رادیان در یک دایره وجود دارد بنا براین یک رادیان برابراست با ؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟( یک gon برابراست با 01571/0 رادیان است ).( شکل 2-9)
میل : سیستم دیگری از واحد های زاویه ای محیط دایره را به 6400 بخش یا میل تقسیم می کند این سیستم ویژه اندازه گیری زاویه ابتدا در علوم نظامی استفاده می شد.

3-9
زاویه ها
اصلاح رایجی که برای تشخیص مسیر یک خط استفاده می شود زاویه است زاویه یک خط ، زاویه ساعت گردانتهای شمالی یا جنوبی از نصف النهار مبدا تا خط مورد نظر است . برای نقشه برداری سطوح عادی ، زاویه معمولاً از انتهای شمالی یک نصف النهار اندازه گیری می شود برای مسائل این کتاب از این روش استفاده شده است برای بعضی پروژه های نجومی وپیمایشی ، زاویه از جهت ساعت گرد انتهای جنوب نصف النهار اندازه گیری می شود . هنگامی که زاویه از انتهای جنوبی نصف النهار اندازه گیری می شوداین حقیقت باید کاملا ً تشخیص داده شود .

بزرگی یک زاویه از 0 تا 360 درجه تغییر می کند . زاویه شمال خطوطABوAC وADدر شکل 3-9 نشان داده شده است مقادیر به ترتیب 60 و172 و284 درجه هستند (شکل 3-9 ) . هر خط دو زاویه جلویی وعقبی دارد مقادیر آن تا 180درجه از یکدیگر تفاوت می کند که به انتهای خط در نظر گرفته شده بستگی دارد . برای مثال زاویه جلویی خطAB برابراست با 60 درجه وزاویه عقبی ان یا زاویه خطBAکه با افزودن یا کم کردن 180 درجه بدست می آید 240 درجه است . به همین ترتیب زاویه عقبی خطAC وADبه ترتیب 352 و104 درجه است .
بسته به نصف النهار استفاده شده زاویه ها با عنوان نجومی ، مغناطیسی یا فرضی خوانده می شوند . نوع نصف النهار مورد استفاده باید کاملاً مشخص شود .

4-9
جهت ها: روش دیگر برای توصیف مسیر یک خط دادن جهت آن است . جهت یک خط کوچکترین زاویه ای است که آن خط با نصف النهار مبدا می سازد . زاویه ان نمی تواند از 90 درجه بیشتر باشد . در این حالت جهات به نسبت انتها های جنوبی یا شمالی نصف النهار اندازه گیری می شود ودر یکی از ربع دایره ها قرار می گیرد بنابراین مقادیر آن ها و ، یا است .

در شکل 3-9 جهت خط AB، E 60 N ، جهت AC ، S8E وجهت خطAD، N76Vاست . به مانند زاویه ها . هر خط دو جهت دارد که به انتهای خط مورد نظر بستگی دارد . برای مثال جهت خطBAدر شکل 3-9 ، S60Wاست .

بسته به نصف النهار های مبدا مورد استفاده جهات ممکن است نجومی ، مغناطیسی یا فرضی باشند . بنابراین به مانند زاویه ها تعیین نوع نصف النهار مبدا مورد استفاده مهم است .صحیح است که بگوییم جهت یک خط N90Eاست اما معمولتر این است که بگوییم آن خط در جهت شرق است . به همین نحو سه مسیر اصلی دیگر نیز با عنوان جنوب ، غرب وشمال نامیده می شوند .

دیده ایم که مسیر ها از طریق جهات یا زاویه ها داده می شود ویاد گرفته ایم که آن ها به آسانی تغییر می کنند . تا چند دهه اخیر نقشه برداران آمریکایی معمولاً تمایل به استفاده از جهات داشته اند واغلب اسناد قانونی این جانبداری را منعکس می کنند . با این وجود امروزه ماشین حساب های جیبی قابل برنامه ریزی وکامپیوتر های الکترونیک تقریباً هر روز توسط نقشه برداران استفاده می شود .

محاسبه با این ابزار ها در مقایسه با مقادیر عددی زاویه ها ودر گیر شدن با جهات که نیاز به آگاهی در مورد ربع دایره ها وعلامتهای توابع مثلثاتی دارد معمولاً ساده تر است در نتیجه امروز معمولاً نقشه برداران به جای جهات از زاویه ها استفاده می کنند .
5-9
قطب نما :
یابنده مسیر خارق العاده ای به بشر در روی زمین اعطا شده است که قطب ها ی مغناطیسی نام دارد . میدان مغناطیسی زمین واستفاده از قطب نما برای جهت یاب ها ونقشه بردار ان قرن ها است که شناخته شده است . در واقع قبل از اینکه زاویه یاب وترانزیت تکامل یابد قطب نما تنها وسیله ای بود که بوسیله آن نقشه برداران می توانند زاویه ها ومسیر ها را اندازه بگیرند.

تا قرن ها عتائم زیادی وجود داشت که حاکی از تکامل قطب نما توسط امپراطور چینی بود که مجبور بوده است در مه غلیظ بجنگد.
داستان اینگونه ادامه می یابد که او ارابه جنگی اختراع کرد که همیشه به سمت جنوب قرار داشت وبوسیله آن قادر بود موقعیت دشمن خود را تعیین کند . در واقع هیچ کس نمی داند چه کسی اولین بار قطب نما را اختراع کرد یونانی ها ، ایتالیایی ها ، فنلاندی ها وعرب ها وچند گروه دیگر این افتخار را به خود نسبت داده اند . بدون توجه به مخترع آن مشهور است که قطب نما در طول قرون وسطی در اختیار ملوانان بوده است .

قطب های مغناطیسی نقطه ای خاص نیستند بلکه مناطقی بیضوی هستند که در قطب های جغرافیایی قرار ندارند ودر فاصله ای دورتر از آن ها واقع می شوند .
امروزه قطب شمال مغناطیسی تقریباً 1000 مایل دورتر در جنوب قطب شمال نجومی در اقیانوس منجمد شمالی کانادایی نزدیک جزیره الفسارینانس قرار دارد در سال حدود 9 مایل در مسیر شمالی حرکت می کند .شاید میدان مغناطیسی زمین توسط جریان های الکتریکی که از مایع داغ هسته خارجی زمین تولید می شود نشات بگیرد .به نظر می رسد این جریان ها پیوسته به مانند میدان مغناطیسی تغییر کند.

عقربه قطب نما با شمال مغناطیسی تراز می شود . در بیشتر مکان ها به این معنی است که عقربه کمی در جهت شرق یا غرب شمال نجومی قرار می گیرد که بستگی به موقعیت دارد . زاویه بین شمال مغناطیسی وشمال نجومی با عنوان انحراف مغناطیسی بیان می شود ( جهت یاب ها آن را انحراف قطب نما یاانحراف می نامند ) خطوط مغناطیسی نیرو در نیمکره شمالی از سمت افقی متمایل به پایین قطب شمال مغناطیسی است .عقربه های مغناطیسی قطب نما با مقداری قرقره مفتول برنجی در انتها های جنوبی متمایل می شوند تا انتهای شمالی آن ها به سمت قطب مغناطیسی فرو نرفته وبه صفحه قطب نما ضربه وارد نکند . زاویه شیب عقربه از 0 تا90 درجه در قطب های مغناطیسی تغییر می کند . در نتیجه موقعیت قرقره سیم باید مطابق شود تا تاثیر شیب در عرض های متفاوت را متعادل کرده وعقربه را افقی نگه دارد .

میدان مغناطیسی زمین نه تنها در قطب های جغرافیایی زمین قرار ندارد بلکه مسیر های مغناطیسی در معرض چندین تغییر هستند . تغییر های طولانی مدت ، تغییر های سالانه، تغییر های روزانه به علاوه تغییراتی که از طوفان های مغناطیسی ناشی می شود جاذبه های محلی ومانند آن .

ایستگاه های کلی مدرن بدون قطب نما ساخته می شوند زیرا همه اشتباهات در استفاده از آن هاست ( بعضی از این ابزار آلات قطب نمای نواحی گود دارند که از یک عقربه مغناطیسی نصب شده در یک جعبه باریک برای چرخیدن از یک کمان کوتاه ساخته شده اند ) علیر غم این حقیقت که قطب نما ها امروزه در ابزار آلات ما وجود ندارند ، شرح مختصری از آن ها در این فصل ارائه می شود زیرا دانستن کاربرد آن ها برای نقشه بردار امروزی می تواند مفید باشد . این دانش بویژه برای تحقیق های محلی اهمیت دارد که لازم است خطوط با مشخصات قبلی را که مسیر آن ها با قطب نما های مغناطیسی تعیین شده است دوباره معین کنیم .

6-9
تغییرات در انحراف مغناطیسی :
زاویه انحراف در یک محل ویژه ثابت نیست بلکه بر طبق زمان تغییر می کند .در مدت تقریباً 50 سال تغییر تدریجی غیر قابل توضیحی در میدان های مغناطیسی زمین در یک مسیر وجود داشت که بعد از آن تغییر تدریجی در مسیر دیگر قرار می گیرد تا چرخه آن در دوره 150 ساله بعدی کامل شود . این تغییر که تغییر آزاد نامیده می شود ، برای بررسی تحقیق های قدیمی که مسیر آن ها با قطب نما تعیین گردیده است کاملاً مهم است روش شناخته شده ای برای پیش بینی صحیح تغییرات آزاد وجود ندارد واین پیش بینی را می توان از طریق مشاهدات بزرگی آن در مکان های مختلف اطراف جهان بدست آورد.

آمار ثبت شده ای که چندین قرن در آلمان نگهداری شده است سلسله ای از انحراف مغناطیسی از11E در سال 1580 تا 24W در سال 1820نشان می دهد دوره زمانی بین انحرافات بیشینه شرقی وغربی بر طبق محل تغییر می کند . ممکن است به اندازه 50سال یا حتی کمتر ویا 180 سال وبیشتر طول بکشد .

نقشه هایی وجود دارد که مقادیر انحرافات مغناطیسی را در سراسر جهان نشان می دهد . نقشه شکل 4-9 از مشاهدات هزاران ایستگاه در سراسر جهان تهیه شده است . در این جدول نقاط انحراف مساوی با خطوطی به نام خطوط هم انحراف به یکدیگر وصل می شوند برای بعضی نقاط کشور انحرافات مغناطیسی صفر است وخطوط ارتباط دهنده آنها خطوط هم زاویه نامیده می شوند . تصور براین است که این نمودار انحرافات مغناطیسی را در حدود 15 مقدار صحیح آن ها برای بیش از نیمی از کشور تهیه می کند .با این وجود برای بعضی موارد بیشینه ممکن است خطای بیش از 1 درجه وجود داشته باشد . نمودار نشان می دهد که انحراف از در بخشی از مین ( moine) تا بیش از

در بخش هایی از ایالات واشنگتن تغییر می کند . نسخه های جدید این نقشه که تقریباً هر 5 سال یک بار دوباره منتشر می شود از طریق موسسه تحقیق پیمایشی داخلی ایالات متحده ومرکز فدرال دنور بدست می آید . علاوه بر تغییرات آزاد در انحرافات مغناطیسی تغییرات سالانه وروزانه با اهمیت کمتر وجود دارند .تغییرات سالانه معمولاً کمتر از 1 درجه تغییر در میدان مغناطیسی زمین است . روزانه انحرافی در عقربه قطب نما بوجود می آید که باعث تغییر ی به میزان تقریبی یک دهم درجه می شود . بزرگی این تغییر روزانه در مقایسه با اشتباهات قطب نمای مغناطیسی آنقدر کم است که قابل چشم پوشی است .