Εισαγωγή στην Τοπογραφία

Το σύγγραμμα απευθύνεται σε προπτυχιακούς φοιτητές Τμημάτων Πολυτεχνικών Σχολών και Τεχνολογικών Εκπαιδευτικών Ιδρυμάτων στα οποία διδάσκονται εισαγωγικά τοπογραφικά μαθήματα. Επιπλέον απευθύνεται σε επαγγελματίες Μηχανικούς όλων των ειδικοτήτων που επιθυμούν μια παρουσίαση των αρχών λειτουργίας των βασικών τοπογραφικών οργάνων μέτρησης και μεθόδων υπολογισμού, καθώς και σε επιστήμονες συγγενών γνωστικών περιοχών που αναζητούν μια πρώτη εισαγωγή στην επιστήμη και το αντικείμενο της Τοπογραφίας.
Προερχόμενος από μια διαφορετική ερευνητική περιοχή, όταν το 2001 ανέλαβα διδακτικά καθήκοντα στο Πολυτεχνείο του Βερολίνου με αντικείμενο την Τοπογραφία, ήρθα αντιμέτωπος, κατά τη διαδικασία προετοιμασίας του διδακτικού υλικού των σχετικών προπτυχιακών μαθημάτων, με κάποια βασικά ερωτήματα. Ορισμένα από αυτά, που αποτέλεσαν και σημείο εκκίνησης του παρόντος βιβλίου, ήταν τα εξής: Ποια είναι η μαθηματική διατύπωση των βασικών τοπογραφικών προβλημάτων; Ποια η σχέση των τοπογραφικών οργάνων μέτρησης με το φυσικό περιβάλλον των μετρήσεων και ποιό ρόλο παίζουν βασικά κατασκευαστικά χαρακτηριστικά των οργάνων στη σχέση αυτή; Πώς συνδέονται οι τοπογραφικές μετρήσεις πεδίου με το τελικό προϊόν μιας τοπογραφικής εργασίας, δηλαδή τη σύνταξη ενός τοπογραφικού χάρτη ή ενός τοπογραφικού διαγράμματος;
Προσπαθώντας να διατυπώσω κάποιες απαντήσεις στα παραπάνω ερωτήματα και έχοντας ως οδηγό το υλικό που είχε συγκεντρωθεί από τις σχετικές παραδόσεις στο Βερολίνο και στη Θεσσαλονίκη ξεκίνησα τη συγγραφή του παρόντος. Η φιλοσοφία που διέπει το γράψιμο των κεφαλαίων και τον τρόπο παρουσίασης είναι να δοθεί έμφαση στις αρχές λειτουργίας των τοπογραφικών οργάνων μέτρησης και στη σύνδεσή τους με το φυσικό περιβάλλον των μετρήσεων. Για την κατανόηση του είδους της πληροφορίας που δίνεται από ένα τοπογραφικό διάγραμμα παρουσιάζονται επίσης κάποιοι βασικοί ορισμοί συστημάτων αναφοράς και συστημάτων συντεταγμένων καθώς και οι σχέσεις μετασχηματισμού που συνδέουν διαφορετικά συστήματα στο επίπεδο. Βασική έννοια που αποτελεί το συνδετικό κρίκο μεταξύ των επί μέρους κεφαλαίων είναι αυτή του οριζοντίου επιπέδου. Το οριζόντιο επίπεδο αποτελεί το επίπεδο αναφοράς για όλες τις μετρήσεις που λαμβάνονται από τα επί μέρους μετρητικά συστήματα στο πεδίο, ενώ ταυτόχρονα είναι και η επιφάνεια στην οποία αναφέρονται όλοι οι μαθηματικοί υπολογισμοί.
Το βιβλίο μπορεί να χωριστεί θεματικά σε τρεις ενότητες. Την πρώτη ενότητα αποτελούν τα πρώτα τέσσερα κεφάλαια, στα οποία συγκεντρώνονται όλες εκείνες οι θεωρητικές έννοιες και οι ορισμοί που διέπουν το σύνολο των πρακτικών τοπογραφικών εργασιών. Η παρουσίαση γίνεται μεν συνοπτικά, έχει όμως καταβληθεί προσπάθεια να γίνει με όσο το δυνατόν πιο αυτόνομο τρόπο. Στη δεύτερη ενότητα, στην οποία ανήκουν το 5ο και το 6ο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα κύρια όργανα και οι μέθοδοι μέτρησης των βασικών τοπογραφικών παρατηρήσεων, δηλαδή των γωνιών και των αποστάσεων. Στο σημείο αυτό έχει δοθεί ιδιαίτερη έμφαση στην αρχή λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά ενός ηλεκτρομαγνητικού οργάνου μέτρησης αποστάσεων, που αποτελεί πλέον αναπόσπαστο μέρος των σύγχρονων γεωδαιτικών σταθμών. Τέλος, στην τρίτη θεματική ενότητα, που απαρτίζουν τα κεφάλαια 7 και 8, δίνονται οι βασικές μέθοδοι υπολογισμού της θέσης χαρακτηριστικών σημείων του εδάφους στο επίπεδο ενός τοπογραφικού διαγράμματος. Ο οριζοντιογραφικός προσδιορισμός εξετάζεται στο 7ο κεφάλαιο και ο προσδιορισμός υψομέτρων και υψομετρικών διαφορών στο 8ο κεφάλαιο. Από τα τρία παραρτήματα που παρατίθενται στο τέλος του κειμένου αξίζει εδώ να αναφερθεί το πρώτο από αυτά, στο οποίο έχουν συγκεντρωθεί όλες οι βασικές μονάδες μέτρησης με ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την Τοπογραφία. Το συγκεκριμένο παράρτημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί αυτόνομα ως ένας χρήσιμος οδηγός (pocket guide) για τυπικούς αριθμητικούς υπολογισμούς, όπως π.χ. για την αλλαγή του συστήματος μονάδων μέτρησης μιας γωνίας.

Περιεχόμενα

1. Εισαγωγή

2. Βασικές έννοιες συστημάτων αναφοράς και συντεταγμένων

1. Εισαγωγή
2. Τοπικά συστήματα συντεταγμένων και βασικοί μετασχηματισμοί στο επίπεδο
3. Προβολή στο επίπεδο του χάρτη

3. Εισαγωγικέ έννοιες του πεδίου βαρύτητας

1. Εισαγωγή
2. Δυναμικό, δύναμη και επιτάχυνση της βαρύτητας
3. Ισοδυναμικές επιφάνειες και γεωειδές
4. Παγκόσμια συστήματα συντεταγμένων
5. Προσεγγίσεις του πεδίου βαρύτητας

4. Ορισμός του υψομέτρου και της υψομετρικής διαφοράς

1. Εισαγωγή
2. Ορισμός των διάφορων συστημάτων υψών

5. Όργανα και μέθοδοι μέτρησης γωνιών

1. Εισαγωγή
2. Ορθόγωνα – Πρίσματα
3. Το θεοδόλιχο

6. Όργανα και μέθοδοι μέτρησης αποστάσεων

1. Εισαγωγή
2. Μετροταινία
3. Βάση γνωστού μήκους
4. Ηλεκτρομαγνητική μέθοδος
5. Στοιχεία βαθμονόμησης οργάνων μέτρησης αποστάσεων

7. Μέθοδοι προσδιορισμού της οριζόντιας θέσης σημείων στο χώρο

1. Εισαγωγή
2. Η μέθοδος των ορθογωνίων συντεταγμένων
3. Η μέθοδος των πολικών συντεταγμένων
4. Έμμεσος προσδιορισμός κεκλιμένης απόστασης

8. Όργανα και μέθοδοι προσδιορισμού υψομέτρων και υψομετρικών διαφορών

1. Εισαγωγή
2. Γεωμετρική χωροστάθμηση
3. Τριγωνομετρική χωροστάθμηση
4. Βαρομετρική χωροστάθμηση
5. Βαρυτημετρική χωροστάθμηση
6. Αλγόριθμος υπολογισμού υψομέτρων και υψομετρικών διαφορών

Παράρτημα Α: Μονάδες μετρήσεων
Παράρτημα Β: Βασικοί ορισμοί θεωρίας σφαλμάτων
Παράρτημα Γ: Μετασχηματισμός ομοιότητας στο επίπεδο