بخشی از مقاله
چکیده:
به منظور مستندنگاري بناهاي تاریخی، اولین گام، داشتن نقشه هاي دقیق از وضعیت فعلی بناها می باشد. روشهاي متعددي مانند مترکشی - که امروزه بیشتر توسط افراد ناآشنا به علم نقشه برداري مورد استفاده قرار می گیرد - ، نقشه برداري کلاسیک - استفاده از دوربینهاي معمول نقشه برداري - ، فتوگرامتري - خصوصاً فتوگرامتري بردکوتاه - براي تهیه این نقشه ها از گذشته مورد استفاده قرار گرفته اند.
با استفاده از لیزر براي اندازه گیري فاصله در نقشه برداري، برداشت عوارض دور از دسترس مانند زیر سقف ساختمانها نیز با روشهاي نقشه برداري کلاسیک امکان پذیر شد. لیکن داشتن جزئیات زیاد از عوارض کوچک مانند آسیبهاي وارده به یک بنا یا جزئیات معماري یک ساختمان تا قبل از طراحی و ساخت دستگاه هاي اسکنر لیزري سه بعدي، ممکن نبوده است. در این مقاله ضمن بررسی اجمالی روشهاي مختلف مستندنگاري بناها، مزایاي استفاده از دستگاههاي اسکنر لیزري سه بعدي نسبت به روشهاي دیگر بیان شده است. همچنین روند مستندنگاري بناي هارونیه در توس خراسان رضوي توسط این دستگاه مورد بررسی قرار گرفته است.
-1 مقدمه:
ساختمان ها در گذر زمان دستخوش تغییرات و آسیبهاي زیادي می شوند. این تغییرات ممکن است در اثر عوارض طبیعی مانند بارندگی، باد، زلزله، سیل و ... و یا توسط انسانها - آگاهانه و یا در اثر سهل انگاري - به وجود آیند. این تغییرات در بعضی از بناها مانند ساختمانهاي داراي ارزش تاریخی اهمیت ویژه اي دارد. بنابراین بایستی نسبت به مستندنگاري اینگونه بناها اقدام نمود تا بتوان علاوه بر شناسایی دقیق شرایط فعلی بنا و آسیبهاي وارده به بنا گذشته، روند تغییرات و آسیبهاي به وجود آمده در بنا در آینده را نیز شناسایی کرد و از ادامه آن جلوگیري نمود.
همچنین در صورت تخریب بنا نسبت به بازسازي آن اقدام نمود. - نمونه بارز آن ارگ بم می باشد که به علت نداشتن اطلاعات کاملی از بنا قبل از تخریب امکان بازسازي آن تقریباً وجود ندارد. - به منظور مستندنگاري و تهیه اطلاعات بناهاي تاریخی، اولین گام داشتن نقشه هاي دقیق از وضعیت موجود بناها می باشد تا بتوان با اضافه کردن دیگر اطلاعات مانند نوع مصالح، کاربري در گذشته و حال و ... اطلاعات کاملی از بنا را داشت.
کاربرد دیگر داشتن اطلاعات کامل مکانی از بناهاي تاریخی، شناسایی تغییرات به وجود آمده در بنا در گذر زمان می باشد. بدین منظور بایستی از روشهایی براي تهیه نقشه ها استفاده کرد که علاوه بر دقت بالا، بتوان با صرف کمترین هزینه و زمان، در بازه هاي زمانی مختلف نسبت به تهیه نقشه از یک بنا اقدام نمود و با مقایسه نقشه هاي تهیه شده در بازه هاي مختلف زمانی، روند تغییرات ایجاد شده در بنا را شناسایی کرد و تصمیم مناسبی در مقابل آنها اتخاذ نمود.
منظور تهیه نقشه از بناهاي تاریخی، روشهاي مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از ابزارهاي اندازه گیري ساده مانند متر، نقشه برداري کلاسیک، فتوگرامتري و اسکنر لیزري سه بعدي بیشترین کاربرد را در تهیه نقشه هاي بناهاي تاریخی دارند. در این مقاله، ابتدا روشهاي فوق را شرح داده و کاربردهاي هریک بیان خواهد شد. سپس به مقایسه این روشها با یکدیگر پرداخته و در پایان نمونه کار انجام شود توسط اسکنر لیزري سه بعدي در بناي هارونیه در توس خراسان رضوي و روند انجام آن شرح داده خواهد شد.
-2 روشهاي تهیه نقشه از عوارض تاریخی
در تهیه نقشه به منظور مستندنگاري مجموعه هاي تاریخی، معمولاً دو سطح متفاوت مدنظر می باشد. سطح اول تهیه نقشه از محدوده هاي داراي ارزش تاریخی و سطح دوم تهیه نقشه از بناها و عوارض تاریخی می باشد. در سطح اول، معمولاً نقشه هاي با مقیاس و دقت معمول نقشه برداري - مقیاس هاي تا - 1:100 مد نظر می باشد. این نقشه ها با ابزارهاي متداول نقشه برداري زمینی و در براي نقشه هاي کوچک مقیاس تر - تا - 1:500 با روش فتوگرامتري هوایی قابل تهیه می باشند. در سطح دوم تهیه نقشه ها که به منظور تهیه نقشه از بناها و عوارض می باشند، هدف تهیه نقشه با دقت بسیار بالا از کلیه جزئیات بنا می باشد. در تهیه این نقشه ها که مقیاسهاي در حد 1:10 تا 1:50 مد نظر می باشد، روش کار و ابزارهاي مورد استفاده با تهیه نقشه از محدوده ها کاملا متفاوت می باشد که در ذیل به بررسی آنها می پردازیم.
-1-2 استفاده از ابزارهاي ساده ساده ترین روش براي برداشت دقیق اطلاعات، استفاده از ابزارهاي ساده اندازه گیري مانند متر می باشد. به منظور تهیه نقشه فضاي داخلی ساختمانها، کارشناسان میراث فرهنگی که معمولاً با تکنیکهاي مدرن نقشه برداري آشنایی کمتري دارند و یا به دستگاههاي آن دسترسی ندارند، از این روش استفاده می کنند. در این روش کلیه جزئیات ساختمان مانند برآمدگی ها و فرورفتگی ها، موقعیت گچبري ها، ابعاد فضاها، ضخامت دیوارها و ... توسط متر اندازه گیري می شوند. در این روش کلیه اندازه گیري ها بر روي پلان بنا و به صورت پلان معکوس پیاده سازي می شوند که کاربرد بسیار زیادي در شناسایی بنا دارد. مهمترین مزیت این روش ساده بودن آن است که با یک آموزش بسیار مقدماتی، افراد می توانند این کار را انجام دهند. لیکن این روش مشکلات زیادي دارد که در ذیل آمده است:
- این روش در سطوح داراي انحنا پاسخگوي نیازها نمی باشد.
- اندازه گیري زوایا با دقت بسیار پایینی انجام می شود که باعث می شود علی رغم تهیه پلانی مشابه واقعیت، از نظر دقت این نقشه ها قابل اعتماد نباشند.
- عوارضی که دور از دسترس باشند قابل اندازه گیري نیستند.
- در صورت عدم برداشت اطلاعات، مستندنگاري ناقص خواهد ماند. لازم به ذکر است علی رغم مشکلات موجود در این روش، به دلیل سهل الوصول بودن، هزینه بسیار کم، قابلیت انجام توسط هر شخص و در هر مکان و با سرعت زیاد، این روش در مستندنگاري ابنیه تاریخی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.
-2-2 نقشه برداري کلاسیک در نقشه برداري کلاسیک، تهیه نقشه به کمک اندازه گیري طول و زاویه توسط دستگاههاي با دقت بالا انجام می شود. - امروزه بیشتر توتال استیشن ها - پیش از طراحی دستگاه هاي با قابلیت اندازه گیري طول به کمک لیزر و بدون استفاده از رفلکتور، برداشت عوارض توسط این دستگاه ها براي عوارض غیرقابل دسترسی و همچنین برداشت نقاط با تراکم زیاد و در محل هاي داراي جزئیات بسیار زیاد - به منظور تهیه نقشه با دقت بالا - تقریباً غیرممکن بود. این مسایل باعث شده بود که از نقشه برداري زمینی، در کارهاي میراث فرهنگی بیشتر در برداشت محدوده هاي تاریخی و یا پلان ساختمانها و جانمایی آنها استفاده شود و تهیه نقشه با دقت بالا از داخل ساختمانها امکان پذیر نباشد.
لیکن پس از طراحی فاصله یاب هاي لیزري، استفاده از توتال استیشن ها در برداشت عوارض داخل ساختمانها امکان پذیر شد. روش انجام کار کاملاً مشابه نقشه برداري زمینی می باشد و اپراتور با استقرار در داخل ساختمان، کلیه جزئیات ساختمان را برداشت می کند. در این روش می توان جزئیات را با دقت بالا برداشت کرد لیکن با توجه به انتخاب نقاط توسط اپراتور، در صورت نیاز به دقت بالا و تراکم زیاد نقاط، کار زمینی بسیار طولانی و پرهزینه خواهد شد.
همچنین علی رغم دقت بالاي برداشت نقاط - با توجه به دقت دستگاه مورد استفاده می توان به دقت در حد 1میلیمتر رسید - پردازش نقاط با نرم افزارهاي رایج - مانند AutoCAD و - microstation به دلیل نیاز به پردازش سه بعدي و تعداد بسیار زیاد نقاط، مشکل خواهد بود. در این روش نیز در صورت برداشت ناقص اطلاعات توسط اپراتور برداشت، مستندنگاري ناقص انجام خواهد و براي تکمیل آن، مجدداً نیاز به عملیات میدانی خواهد بود.
-3-2 فتوگرامتري فتوگرامتري در هر دو سطح تهیه نقشه در کارهاي میراث فرهنگی کاربرد دارد. براي تهیه نقشه از محدوده هاي تاریخی می توان به کمک فتوگرامتري هوایی، نقشه هایی با دقت مناسب و با مقیاس تا 1:500 تهیه کرد. لیکن براي عوارض خاص مانند ساختمانها که نیازمند تهیه نقشه هاي بزرگ مقیاس و با دقت بالا می باشند، فتوگرامتري برد کوتاه راهکار بسیار مناسبی می باشد. در فتوگرامتري برد کوتاه، با استفاده از دوربینهاي متریک زمینی، زوج عکسهاي با رزولوشن بالا از محل مورد نظر تهیه می شود و پس از انجام توجیهات بر روي زوج عکسها و تهیه مدل سه بعدي، اندازه گیري برروي این مدل سه بعدي امکان پذیر می باشد. این روش نسبت به روشهاي قبل قابلیتهاي بیشتري دارد. از مزایاي این روش می توان به موارد ذیل اشاره نمود:
- به دلیل عکسبرداري از محل مورد نظر، کلیه عوارض در عکس ها موجود خواهند بود؛ در نتیجه حتی اگر هنگام تبدیل عارضه اي ترسیم نشود، بدون عملیات میدانی جدید می توان آن عارضه را شناسایی کرد.
- با توجه به سرعت بالاي تهیه عکس، مدت زمان عملیات میدانی بسیار کمتر از روشهاي قبلی می باشد.
- در بسیاري از عوارض تاریخی، بافت و رنگ عوارض اهمیت دارند. در دو روش قبل امکان داشتن اطلاعات کامل از بافت و رنگ وجود نداشت و صرفاً این اطلاعات را می توان به صورت توصیفی به عوارض منتسب نمود لیکن در فتوگرامتري برد کوتاه، با امکان استفاده از تصاویر رنگی، می توان اطلاعات بافت و رنگ را به طور کامل داشت.
- با توجه به رزولوشن بالاي دوربینهاي دیجیتال، امکان تهیه نقشه هاي بزرگ مقیاس - تا - 1:10 در این روش وجود دارد. ولی باید توجه داشت که در ساختمان هاي داراي فضاهاي معماري پیچیده، طراحی شبکه نقاط استقرار دوربین و تهیه مدل یکپارجه سه بعدي از کل بنا با مشکلات بسیاري همراه خواهد بود.
-3 اسکنر سه بعدي لیزري هدف از طراحی و ساخت دستگاه هاي اسکنر لیزري سه بعدي، تهیه مدل سه بعدي از هر موقعیت با صرف حداقل زمان و هزینه و رسیدن به حداکثر دقت و تراکم نقاط می باشد. بدین منظور دستگاه هاي فوق به گونه اي طراحی شده اند که با کمترین دخالت عامل انسانی می توانند عملیات مذکور را انجام دهند. در ادامه به ساختار دستگاه، روش انجام کار با این دستگاه ها و ویژگی ها و مزایا و معایب دستگاه می پردازیم.
-1-3 ساختار دستگاه روش کار دستگاه هاي اسکنر سه بعدي لیزري، کاملاً مشابه دستگاه هاي توتال استیشن لیزري می باشد؛ با این تفاوت که عملیات برداشت به صورت اتوماتیک انجام می شود. این دستگاه ها، داراي دو محور دورانی می باشند که در دو جهت افقی و قائم دوران می کنند و می توانند به کل محدوده پوشش دستگاه - با توجه به ساختار دستگاه - دید داشته باشند. دستگاه با دوران حول این دور محور، در زوایاي مختلف فضا توجیه می شود و در هر زاویه اي به کمک لیزر فاصله را اندازه گیري می کند. برداشت نقاط در این دستگاه ها با تنظیمات زاویه چرخش دستگاه و یا با تنظیم فاصله نقاط انجام می شود و دستگاه با دوران طبق این تنظیمات نقاط را برداشت می کند.
با توجه به مشخص بودن زوایاي افقی و قائم دستگاه نسبت به محورهاي مختصات داخلی دستگاه و اندازه گیري فاصله توسط لیزر، مختصات هر نقطه توسط دستگاه - یا کامپیوتر متصل به آن - محاسبه می شود. بنابراین بلافاصله پس از اندازه گیري می توان حجم عظیمی از اطلاعات را به صورت ابر نقاط سه بعدي داشت.[Sgrenzaroli, 2005] همچنین در این دستگاه ها، با استفاده از عکس هاي گرفته شده توسط دوربینهاي دیجیتال که در داخل دستگاه وجود دارند - و یا به دستگاه متصل می شوند - و گرفتن عکسهاي کالیبره شده، می توان اطلاعات بافت و رنگ را نیز به نقاط ابر نقاط اضافه نمود .[Vosselman, 2001]
-2-3 روش انجام کار تهیه مدل سه بعدي توسط اسکنر لیزري سه بعدي داراي سه مرحله اصلی می باشد.
-1-2-3 برداشت زمینی در این مرحله با استقرار دستگاه در محل هاي مورد نظر نسبت به جمع آوري اطلاعات - برداشت نقاط - اقدام می شود. بدین منظور، لازم است شبکه نقاط برداشت به گونه اي طراحی شود که هر قسمت از بنا، حداقل از یک استقرار قابل مشاهده باشد.
