راحت ترین راه برای شناسایی نقاط روی سطح زمین، استفاده از سیستم خطوط مرجع به نام خطوط موازی عرض جغرافیایی و نصف النهارهای طول جغرافیایی است.

در برخی از نقشه‌ها، نصف النهار و خطوط موازی به صورت یکسری خطوط مستقیم در نظر گرفته می‌شوند که در این حالت با یک نقشه utm سر و کار خواهیم داشت.

در اکثر نقشه‌های مدرن و امروزی خطوط موازی و نصف النهارها ممکن است به صورت خطوط منحنی نمایش داده شوند.

این تفاوت‌ها به دلیل رفتار ریاضی مورد نیاز برای به تصویر کشیدن یک سطح منحنی روی یک سطح صاف استفاده می‌شود تا ویژگی‌های مهم نقشه مانند فاصله و دقت منطقه با کمترین حد ناهمواری نشان داده شود.

در این مقاله به بررسی نقشه utm، موارد کاربرد، نحوه اندازه گیری و چگونگی کارکرد آن، مزایا، معایب و جایگزین‌های نقشه utm خواهیم پرداخت.

1# نقشه utm چیست؟
نقشه utm یک سیستم مختصات است که سطح گرد یا بهتر بگوییم سطح بیضی شکل زمین را روی یک سطح نسبتاً دقیق دو بعدی ترسیم می‌کند.

Utm مخفف عبارت Universal Transverse Mercator و به معنای مرکاتور عرضی جهان است.

utm این کار را با تقسیم زمین به مربع‌های کوچک انجام خواهد داد.

نقشه Utm زیر مجموعه خاصی از مرکتور (Merctor) عرضی است که در سال 1974 توسط ارتش ایالات متحده به منظور تعیین مختصات مستطیلی روی نقشه‌های نظامی پذیرفته شده و مورد استفاده قرار گرفت.

در نقشه utm، زمین به 60 منطقه بین 84 درجه جنوبی و 84 درجه شمالی تقسیم می‌شود که هر منطقه 6 درجه (در طول جغرافیایی) عرض دارند.

در مناطق قطبی کره زمین از سیستم شبکه جهانی استریوگرافی قطبی یا UPS که مخفف عبارت Universal Polar Stereographic است، استفاده می‌شود.

عرضی، استوانه ای، منسجم طبقه بندی
رو به جلو و معکوس، فقط بیضی شکل فرم‌های موجود
در محدوده استفاده شده، اما می‌توان انتظار داشت که تبدیل مختصات در مناطق مجاور هم دقیق باشد. منطقه تعریف شده
utm نام مستعار
دو بعدی دامنه
مختصات ژئودتیکی (Geodetic) نوع ورودی
مختصات پیش بینی شده نوع خروجی
هر یک از این مناطق utm، نصف النهار مرکزی منحصر به خود دارند.

نصف النهارهای مرکزی به صورت دقیق و مساوی به 6 درجه تقسیم شده و مناطق از 1 تا 60 به سمت شرق از نصف النهار 180 درجه گرینویچ (با موارد استثنای جزئی ای که وجود دارد) تقسیم بندی خواهند شد.

علاوه بر این، هر منطقه به باندهای عرض جغرافیایی تقسیم شده است که برای پیش بینی در اکثر مناطق نیازی به آن‌ها نخواهد بود.

در ادامه نقشه utm جهانی که زمین را به بخش‌هایی تقسیم کرده، مشاهده خواهید کرد.

نقشه utm چیست؟

یک شبکه مربعی شکل روی هر ناحیه قرار گرفته و به گونه ای تراز شده که خطوط شبکه عمودی، موازی با مرکز منطقه ای به نام نصف النهار مرکزی باشند.

مختصات شبکه ای از utm که به صورت فاصله بر حسب متر مربع به سمت شرق بیان می‌شوند، با نام شرق و فاصله بر حسب متر مربع به سمت شمال، با نام شمال شناخته می‌شود که در ادامه بررسی می‌کنیم.

1-1# شرق
مختصات شرقی utm به خط مرکزی منطقه معروف به نصف النهار مرکزی ارجاع داده می‌شود.

نصف النهار مرکزی دارای یک مقدار شرقی برابر با 500 هزار متر شرقی است.

از آنجایی که 500 هزار متر شرقی به گونه ای خودسرانه، اختصاص داده خواهد شد، از شرق گاهی با عنوان شرق دروغین یا False Easting نیز یاد می‌شود.

شرق صفر وجود ندارد؛ زیرا پهنای یک منطقه ای که 6 درجه است، هرگز بیش از 674 هزار متر نخواهد شد.

حداقل و حداکثر مقادیر شرقی عبارت اند از:

160000 mE و 834000 mE در خط استوا
465000 mE و 515000 mE در 84 درجه شمالی
2-1# شمال
مختصات شمالی utm، نسبت به خط استوا اندازه گیری می‌شود.

برای مناطقی که بالای خط استوا قرار گرفته اند، این مقدار صفر متر شمالی خواهد بود.

به منظور جلوگیری از به وجود آمدن اعداد منفی نیز برای مناطقی که در بخش جنوبی و پایینی خط استوا قرار دارند، ارزشی معادل 10 میلیون متر شمالی به خط استوا در نظر می‌گیرند.

برخی از مقادیر شمالی utm، هم در بخش شمالی و هم در بخش جنوبی استوا معتبر هستند.

برای جلوگیری از سردرگمی باید حتماً مشخص شود که مختصات مورد نظر در بخش جنوبی یا شمالی خط استوا قرار گرفته اند.

این کار معمولاً با درج حروف روی باندهای عرض جغرافیایی صورت می‌گیرد.

اگر فردی برای اولین بار با چنین مختصات و نقشه ای رو به رو شده باشد، ممکن است دچار سردرگمی شود.

در اکثر موقعیت‌های جهت یابی زمینی، منطقه مورد نظر بسیار کوچکتر از منطقه مشخص شده روی نقشه utm است.

در این حالت، مفهوم منطقه یا زون (Zone) از بین رفته و ما با یک سیستم مختصات مستطیلی ساده رو به رو خواهیم شد.

برای جهت یابی‌های زمینی معمولاً اطلاعات منطقه و اعداد نشان دهنده صد هزار و یک میلیون متر حذف می‌شوند و ارقام یک، ده یا صد متر تنها در حد دقتی که مورد نیاز است، استفاده می‌شوند.

3-1# موارد استثنا
مناطق utm در سراسر جهان یکنواخت هستند، به غیر از دو منطقه.

یکی از این مناطق، در سواحل غربی نروژ، منطقه 32 است که سه درجه به سمت غرب گسترش یافته، در این حال، منطقه 31 به همان نسبت کوچک شده تا فقط بتواند آب‌های آزاد را پوشش دهد.

علاوه بر این، در مناطق اطراف سوالبارد (Svalbard) از مناطق 32، 34 و 36 استفاده نمی‌شود، این در حالی است که از مناطق 31 (عرض 9 درجه)، 33 (عرض 12 درجه) و 37 (عرض 9 درجه) استفاده می‌شود تا شکاف‌های موجود را بپوشاند.

2# نحوه اندازه گیری utm در نقشه‌های توپوگرافی USGS
نحوه اندازه گیری utm در نقشه‌های توپوگرافی USGS

همان گونه که در بخش‌های قبل گفته شد، سیستم مختصات یا همان نقشه utm، جهان را به 60 قسمت شمالی – جنوبی تقسیم می‌کند که هر کدام عرضی به اندازه 6 درجه طول جغرافیایی دارند.

مناطق utm شماره گذاری شده و از منطقه یک شروع می‌شود که شامل غربی ترین نقطه آلاسکا است و تا شرق تا منطقه 19 که شامل مین (Maine) است، ادامه می‌یابد.

اگر علامت‌های تیک (ticks) روی نقشه‌های توپوگرافی نمایش داده شوند، مناطق در خطوط استاندارد و اعتباری موجود در گوشه سمت چپ و پایین نقشه نشان داده خواهد شد.

داخل هر منطقه، مختصات به صورت شمالی و شرقی و برحسب متر اندازه گیری می‌شود. مقادیر شمال از صفر در استوا و در جهت شمال اندازه گیری خواهند شد.

هر منطقه دارای یک نصف النهار مرکزی خواهد بود که اندازه شرقی آن در حدود 500 هزار متر است.

به عنوان مثال، در منطقه 16، نصف النهار مرکزی در 87 درجه طول جغرافیایی غربی قرار گرفته است.

یک متر در بخش شرقی آن، نصف النهار مرکزی 500001 متر شرقی است.

تقریباً تمامی نقشه‌های توپوگرافی USGS که پس از سال 1977 تولید شده اند، علامت تیک utm را در کنار نقشه (یا یک شبکه تمام خط) را در هر هزار متر نشان می‌دهند.

برخی از نقشه‌ها، به ویژه آن نقشه‌هایی که پس از سال 2009 تولید شده اند شامل خطوط شبکه کامل utm هستند.

برای اندازه گیری utm، مربع‌های شبکه ای که در حدود 1000 متر هستند را به دهم یا صدم تقسیم می‌کنند.

توجه به این نکته ضروری است که اعداد بزرگی که در مجاورت علامت تیک و در اطراف محیط نقشه قرار گرفته اند، نشان دهنده ده ها هزار یا هزاران متر هستند.

3# چگونگی کارکرد نقشه utm
چگونگی کارکرد نقشه utm

همان گونه که در بخش‌های قبلی گفته شد، در سیستم‌های utm، سطح زمین به 60 منطقه تقسیم شده که هر کدام از آن‌ها دارای عرضی برابر با 6 درجه جغرافیایی هستند.

هر منطقه با توجه به مکانی که از خط تاریخ بین المللی قرار می‌گیرد، عددی بین 1 تا 60 را به خود اختصاص خواهد داد.

هر منطقه به شبکه ای از سلول‌های مربعی تقسیم شده که اندازه هر یک از این سلول‌ها در حدود 100 هزار متر شرقی – غربی و شمالی – جنوبی است.

برای این که بتوانیم مختصات utm در مکانی که هستیم را استفاده کنیم، باید ناحیه utm و مختصات شرقی و شمالی را در آن منطقه ارائه دهیم.

مختصات شرقی، برابر است با فاصله بر حسب متر از لبه غربی منطقه، این در حالی است که مختصات شمالی فاصله از خط استوا خواهد بود.

4# کاربرد نقشه utm
کاربرد نقشه utm

از نقشه utm، در کاربردهای مختلفی مانند نقشه برداری و ناوبری استفاده می‌شود.

این موضوع در کاربردهای نظامی بسیار حائز اهمیت است؛ زیرا یک راه و روش استاندارد شده ای را به منظور تعیین موقعیت روی سطح زمین فراهم می‌کند که می‌تواند به راحتی بین واحدهای مختلف ارتباط برقرار کند.

5# مزایای و معایب نقشه utm
مزایا و معایب نقشه utm

مزایا و معایب نقشه‌های utm را در ادامه بررسی خواهیم کرد.

1-5# مزایا
از جمله مزایای نقشه utm که یکی از مهمترین مزیت‌های آن نیز به حساب می‌آید، سهولت و سادگی استفاده از این نوع نقشه است.

این نقشه، یک روش استاندارد برای مکان یابی موقعیت‌های مختلف روی سطح زمین است.

نقشه utm از شبکه ای از سلول‌های مربعی به منظور ایجاد یک سیستم مرجع جهانی برای یافتن آسان نقاط مختلف روی زمین استفاده می‌کند که سبب می‌شود برای نقشه بردای، جهت یابی و کمک‌های اضطراری بسیار مفید باشند.

سیستم مختصات utm همچنین با استفاده از نرم افزارهای نقشه برداری مدرن و دستگاه‌های GPS، کار می‌کند که از دیگر مزایای آن محسوب می‌شود.

در این حالت، کاربران می‌توانند به راحتی با دادن منطقه utm و دو مختصات به راحتی و با دقت زیاد نقطه مورد نظر خود را پیدا کنند.

2-5# معایب
نقشه utm با وجود مزایای فراوانی که دارد، دارای معایب و محدویت‌هایی نیز می‌باشد.

ناهمواری‌های شمالی به خصوص در عرض‌های جغرافیایی بالا، یکی از بزرگترین معایب و مشکلات این نوع سیستم مختصات است.

اندازه گیری فاصله و جهت می‌تواند نادرست باشد، به ویژه در آلاسکا و بخش‌های شمالی کانادا.

یکی دیگر از معایب نقشه utm، این است که شکل زمین را به خوبی نشان نمی‌دهد که این امر می‌تواند منجر به خطا در اندازه گیری شود؛ به ویژه در مقیاس بزرگ یا فواصل طولانی.

6# نقشه utm به چه روش‌هایی تهیه می‌شود؟
نقشه utm به چه روش‌هایی تهیه می‌شود؟

نحوه تهیه این نوع نقشه‌ها به درخواست مشتری بستگی دارد و توسط مهندسین دارای پروانه مهندسی و کارشناسی رسمی دادگستری تهیه می‌شود؛ اما به طور کلی تهیه نقشه utm به دو روش امکان پذیر است:

در روش اول، با استفاده از یک دوربین نقشه برداری و بدون استفاده از جی پی اس این کار صورت می‌گیرد و ملک روی نقشه‌های پایه مشخص خواهد شد.
در روش دوم برخلاف روش اول از دستگاه GPS استفاده می‌شود.
این دستگاه دارای 2 یا چند فرکانس است و به استخراج دقیق اطلاعاتی مانند موارد زیر خواهد پرداخت:
مختصات کنار زمین
مساحت ملک
ابعاد ملک