بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به رشد روز افزون ساخت سازه هاي عظیم مانند سدها، پلها، برجها و ... نیاز به مبنایی قابل اعتماد جهت پیاده سازي و رفتارسنجی این سازه ها بیش از پیش احساس می شود. شبکه هاي میکروژئودزي با توجه به دقتهاي بالایی که دارند میتوانند تامین کننده این نیاز مهندسین باشند. یکی از مراحل اجراي شبکه میکروژئودزي فاز طراحی آن است. سوالی که در مرحله طراحی مطرح می شود این است که نقاط رئوس شبکه در چه موقعیتی قرار بگیرند تا شبکه از نظر استحکام هندسی در بالاترین حد خود باشد که این امر با رسیدن به حداقل تریس1 ماتریس محقق می شود.
هدف از این مقاله ارائه روشی مناسب، کارآمد و دقیق جهت طراحی بهینه شبکه میکروژئودزي مبتنی بر الگوریتم ژنتیک می باشد. از مطالعه موردي بروي سد طرق این نتیجه حاصل گردید که تریس شبکه موجود خارج سد با تریس بهینه توسط روش ارائه شده در این مقاله اختلافاتی دارد که نتایج بررسی نشان داد تریس استفاده شده در محاسبات شبکه برابر با 9/69 و تریس بهینه شده توسط روش ارائه شده در این مقاله برابر با 4/97 میباشد که این میزان اختلاف در شبکههاي میکروژئودزي بسیار قابل اهمیت می باشد.
-1 مقدمه
یک شبکه کنترل براي یک منظور یا مقصود خاص طراحی، اندازهگیري و محاسبه میگردد و گاهی ممکن است از ایجاد یک شبکه کنترل مقاصد متعدد و مختلفی را دنبال کنیم. بطورکلی دو هدف اصلی براي ایجاد شبکههاي کنترل وجود دارد : -1 ایجاد یک زیربنا و اساس دقیق و قابل اطمینان براي اندازه گیريهاي دقیق نقشهبرداري، مانند تهیه نقشه توپوگرافی دقیق، پیادهنمودن پروژههاي دقیق مانند سد، تونل، پل، اسکله و سازههایی که نیاز به دقت بالاي هندسی در پیاده کردن اجزاء دارند .
-2 مطالعه و تعیین تغییر شکل و جابجایی سازههاي عظیم مانند سدها و یا پوسته زمین در اطراف گسلها و مکانهایی که از نظر زمینشناسی احتمال جابجایی و تغییر شکل براي آنها وجود دارد. تفاوت اصلی شبکه کنترل با شبکههاي معمولی مانند پیمایش هاي ساده در بحث اهمیت دقت و صحت اندازهگیري آنها است. براي شبکه هاي معمولی هیچگاه تحلیل دقت و طراحی صورت نمی گیرد بلکه به برآوردهاي تقریبی و گاهی تجربه در حصول دقت این شبکهها اکتفا میگردد. در حالی که براي یک شبکه کنترل انجام طراحی الزامی میباشد. بعلاوه اینکه طراح ناگزیر است شبکه را به گونهاي طراحی نماید کهلزوماً اهداف از پیش تعیین شده را در یک سطح اطمینان قابل قبول پوشش دهد زیرا که نرسیدن به دقت از پیش تعیین شده ممکن است خسارات و صدمات بسیار سنگین مالی و حتی جانی در بر داشته باشد.
براي انجام طراحی شبکه به طور کلی تعیین سه مسئله به عنوان معیارهاي تعیین کننده در طراحی حائز اهمیت است که عبارتند از معیارهاي دقت شبکه، معیارهاي قابلیت اطمینان براي شبکه و معیارهاي حساسیت شبکه.[1] معیارهاي دقت شبکه از روي ماتریس واریانس-کوواریانس پارامترهاي مجهول شبکه تعیین میگردد و به دو دسته دقت کل شبکه و دقت منطقهاي شبکه تقسیمبندي میشود. قابلیت اطمینان به بحث در مورد قدرت تشخیص و ردیابی اشتباهات احتمالی در مشاهدات شبکه میپردازد و به دو بخش قابلیت اطمینان داخلی و قابلیت اطمینان خارجی تفکیک میگردد. معیار دیگر حساسیت شبکه نسبت به جابجایی در یک سري از جهات خاص میباشد که بیشترین احتمال براي جابجایی آنها وجود داشته باشد.
-2 طراحی شبکه
در هر پروژه نقشه برداري، یکسري نقاط مرجع به عنوان نقاط مبنا لازم است ایجاد شود. نیاز به این نقاط در همه کارهاي نقشهبرداري از تهیه نقشه توپوگرافی و احداث سازه هاي دقیق مثل سد و نیروگاه گرفته تا کنترل جابجایی و تغییر شکل سازههاي بزرگ، وجود دارد. این نقاط تشکیل شکل هندسی میدهند که به آن شبکه یا پلیگون گفته می شود. با توجه به اهداف مورد نظر در تشکیل شبکه، شبکه نقاط مبنا داراي دقت هاي متفاوت خواهد بودمثلاً. شبکهاي که براي برداشت توپوگرافی ایجاد شده با شبکهاي که براي پیادهسازي سازههاي یک پروژه صنعتی ایجاد می شود فرق داشته و هر کدام دقت خاص خود را دارا میباشد. طراحی شبکه را میتوان با یک تقسیمبندي خاص در مراحل زیر انجام داد:
-1-2 طراحی مرتبه صفر یا مسأله تعریف Datum
هدف از این مرحله تعیین سیستم مختصات است. سیستم مختصات شبکه با استفاده از نقاطی که در آن شبکه ثابت فرض میشود تعریف میشود، یعنی با فرض ثابت بودن دو نقطه از شبکه در واقع مبدأ مختصات و همچنین توجیه سمت و جهت و نیز مقیاس شبکه، تعریف میشود. در این مرحله موضوع بحث این است که کدام مجموعه از نقاط شبکه میتواند بهترین سیستم مختصات را مشخص نماید، یا در واقع کدام مجموعه از نقاط ثابت فرض شود تا جواب بهتري بدست آید.
براي رسیدن به این هدف، در این مرحله شکل شبکه و دقت مشاهدات را ثابت فرض نموده و تنها المان ثابت در ماتریس A تغییر داده می شود. با نقاطی که ثابت فرض شدهاند، ماتریس ضرایب A تشکیل داده شده و معادلات پارامتریک حل میشود. سپس تریس - مجموع اعداد روي قطر اصلی ماتریس - ماتریس محاسبه می شود . هر فرضی که مقدار تریس آن کوچکتر باشد و یا بیضی خطاي مطلق کوچکتري را ارائه نماید بعنوان Datum در نظر گرفته و همان نقاط را ثابت فرض مینماییم. در این مرحله با استفاده از روش آزمون و خطا ماتریس A را تغییر داده تا به نتیجه مطلوب برسیم. البته براي آزمودن همیشه تریس در نظر گرفته نمیشود و برخی مواقع از محکهاي دیگري همچوننُرم یا دترمینان و ... استفاده مینمایند.[1]
-2-2 طراحی مرتبه یک یا مسأله شکل شبکه Configuration
در این مرحله هدف تعیین شکل هندسی شبکه است . یعنی با تغییر محل ایستگاههاي شبکه و اضافه یا کاستن از مشاهدات، میتوان به بهترین شکل هندسی از شبکه رسید، بطوریکه دقت مورد درخواست را داشته باشد. در واقع در این مرحله کلیات ماتریس A نهایی خواهد شد و پس از تعریف Datum محل نقاط شبکه را جابجا نموده و نیز تعداد و نوع مشاهدات را تعویض میکنیم. در هر مرحله ماتریس A محاسبه و بدست میآید وتریس آن محاسبه و در نهایت کوچکترین تریس انتخاب میشود.
البته در عمل محل نقاط شبکه را نمیتوان در هر جایی در نظر گرفت چرا که براي این کار محدودیت شکل عوارض زمین وجود دارد که باید در نظر گرفته شود. بنابراین در این مرحله علاوه بر جابجایی در نقاط شبکه، نوع و تعداد مشاهدات را تغییر داده و در نهایت بعد از امتحان حالتها و شکلهاي مختلف، بهترین و عملیترین حالت انتخاب می شود. در این مرحله کلیات ماتریس ضرایب - - A نهایی میشود.[3]
-3-2 طراحی مرتبه دو یا تعیین وزن مشاهدات
در دو مرحله قبل شکل شبکه و سیستم مختصات آن و نیز نوع مشاهدات و تعداد آنها با نهاییشدن ماتریس ضرایب - - A، مشخص شده اند. در این مرحله باید دید که مشاهدات با چه دقتی اندازه گیري شوند تا دقت مورد نیاز و مورد نظر حاصل آید. یعنی در این مرحله با ثابت فرض کردن ماتریس A، تنها ماتریس وزن را با توجه به امکانات دستگاهی تغییر داده و تریس را در هر مرحله محاسبه مینماییم.
با محاسبه المان هاي بیضی خطاهاي مطلق و نسبی نقاط شبکه در هر مرحله، بهترین جواب انتخاب میشود، اما محدودیتهاي دستگاهی باید در نظر گرفته شود. در واقع در این مرحله نوع دستگاهها و روش انجام مشاهدات و همچنین تعداد تکرار مشاهدات مثل کوپلهاي زوایا مشخص میشود. همانطور که دیده میشود این مرحله با مرحله 2-2 ارتباط نزدیکی دارد، ممکن است با افزایش یک مشاهده در مرحله2- 2 بتوان دقت تعداد دیگري از مشاهدات را در مرحله3-2 کاهش داد و از نظر اقتصادي شبکه را سود بخش نمود.[3]
-4-2 طراحی مرتبه سه یا Densification
هدف این مرحله که آخرین مرحله میباشد بهینهسازي شبکه است و در واقع ترکیبی از طراحی مرتبه یک و دو میباشد. در این مرحله در نظر گرفته میشود که با انتخاب نقطه جدید یا مشاهدات جدید میتوان شبکه را تقویت کرد. براي این منظور حالتهاي مختلف بررسی شده و از نظر اقتصادي نیز آنالیزهاي مورد نظر به انجام می رسد. بعد از اتمام این مرحله، بهترین شکل شبکه و بهترین نوع مشاهدات و مطمئنترین نوع دستگاهها مشخص میشود.[3]
