भूमि सर्वेक्षण I: समतलन उपकरण व विधियाँ, तथा दिक्सूचक
1. समतलन पद व उपकरण
समतलन ऊँचाई के अंतर निकालता है। समतल पृष्ठ सर्वत्र गुरुत्व के लंबवत है; डेटम संदर्भ समतल पृष्ठ (माध्य समुद्र तल) है; बेंचमार्क (BM) ज्ञात समानीत तल (RL) वाला एक स्थिर बिंदु है। उपकरण की संरेखण रेखा (दृष्टि-रेखा) क्षैतिज की जाती है; स्थापना के बाद पहला पाठ्यांक ज्ञात RL वाले बिंदु पर पश्च दृष्टि (BS) है, हटने से पहले अंतिम अग्र दृष्टि (FS), और शेष मध्यवर्ती दृष्टियाँ (IS)। परिवर्तन बिंदु (CP) पर FS व BS दोनों होते हैं। उपकरण-ऊँचाई (HI) संरेखण रेखा का RL है: HI = RL + BS।
| उपकरण | दृष्टि-रेखा कैसे क्षैतिज की जाती है |
|---|---|
| डम्पी लेवल | दूरदर्शी ऊर्ध्वाधर अक्ष से दृढ़ता से जुड़ा; पाद-पेंचों से तब तक समतल करें जब तक बुलबुला सभी दिशाओं में केंद्रित रहे |
| झुकाव लेवल | लगभग समतल, फिर प्रत्येक दृष्टि हेतु सूक्ष्म पेंच से दूरदर्शी झुकाया जाता है जब तक बुलबुला केंद्रित हो |
| स्वचालित लेवल | वृत्ताकार बुलबुला लगभग केंद्रित होते ही लोलक प्रतिकारक दृष्टि-रेखा को क्षैतिज रखता है |
| अंकीय लेवल | एक स्वचालित लेवल जो बार-कोडित स्टाफ़ को इलेक्ट्रॉनिक रूप से पढ़कर पाठ्यांक व दूरी अभिलिखित करता है |
प्रत्येक स्थापना पर अस्थायी समायोजन: स्थापना (तिपाई दृढ़, उपकरण लगभग समतल), समतलन, तथा लंबन-निवारण (पहले नेत्रिका को क्रॉस-तंतुओं पर, फिर अभिदृश्यक को स्टाफ़ पर फ़ोकस करें, जब तक आँख हिलाने पर तंतु स्टाफ़-प्रतिबिंब के विरुद्ध न हिलें)। मुख्य स्थायी समायोजन यह है कि संरेखण रेखा बुलबुला-अक्ष के समांतर हो, जिसकी जाँच द्वि-खूँटी परीक्षण से होती है: खूँटियों A व B के बीचोंबीच लेवल से पाठ्यांक वास्तविक अंतर देते हैं (समान दृष्टि-लंबाइयाँ किसी भी संरेखण-त्रुटि को निरस्त करती हैं); एक खूँटी के निकट स्टेशन से पाठ्यांक त्रुटि प्रकट करते हैं। बुलबुला-नली की संवेदनशीलता: यदि बुलबुले को n खानों से खिसकाने पर D दूरी पर स्टाफ़-पाठ्यांक s बदले, तो प्रति खाना कोण α = s/(nD) रेडियन (सेकंड हेतु × 206 265) और l खाना-लंबाई हेतु नली की त्रिज्या R = n·l·D/s। 100 m पर 5 खानों हेतु 0.02 m का अंतर α = 0.02/500 rad = 8.25″ है; 2 mm खानों के साथ R = 5 × 0.002 × 100/0.02 = 50 m।
2. समतलन विधियाँ व अभिलेखन
- विभेदी (सरल व संयुक्त): दो बिंदुओं के बीच ऊँचाई-अंतर, दूर हों तो परिवर्तन बिंदुओं से होकर। उड़न समतलन: अनुमानित तल लाने या BM जाँचने हेतु त्वरित दौड़। जाँच समतलन: आरंभिक BM पर बंद होने हेतु वापसी दौड़।
- केंद्र-रेखा के अनुदिश परिच्छेदिका (अनुदैर्ध्य काट) और उसके समकोण पर अनुप्रस्थ-काट, मिट्टी-कार्य की मात्राओं हेतु।
- नदी या घाटी के आर-पार व्युत्क्रम समतलन, जहाँ उपकरण बीचोंबीच नहीं रखा जा सकता: A के निकट से, फिर B के निकट से दोनों स्टाफ़ों पर पाठ्यांक। वास्तविक अंतर दोनों आभासी अंतरों का माध्य है, h = ((b₁ − a₁) + (b₂ − a₂))/2, जो संरेखण, वक्रता व अपवर्तन त्रुटियाँ निरस्त करता है।
| स्टेशन | BS | IS | FS | HI | RL |
|---|---|---|---|---|---|
| BM | 1.525 | — | — | 101.525 | 100.000 |
| P | — | 2.110 | — | — | 99.415 |
| CP | 1.750 | — | 0.985 | 102.290 | 100.540 |
| Q | — | 1.200 | — | — | 101.090 |
| R | — | — | 2.345 | — | 99.945 |
जाँचें। HI विधि: ΣBS − ΣFS = अंतिम RL − प्रथम RL: 3.275 − 3.330 = −0.055 = 99.945 − 100.000। यह मध्यवर्ती RL नहीं जाँचती। चढ़ाव-उतार विधि: प्रत्येक क्रमागत पाठ्यांक-युग्म एक चढ़ाव (पिछला पाठ्यांक बड़ा) या उतार देता है; ΣBS − ΣFS = Σचढ़ाव − Σउतार = अंतिम RL − प्रथम RL, और चूँकि प्रत्येक पाठ्यांक किसी चढ़ाव या उतार में आता है, मध्यवर्ती दृष्टियाँ भी जँचती हैं। यहाँ चढ़ाव व उतार −0.585, +1.125, +0.550 (BS 1.750 फिर IS 1.200), −1.145 हैं: Σचढ़ाव − Σउतार = (1.125 + 0.550) − (0.585 + 1.145) = −0.055। किसी बंद परिपथ का असंवरण C√K (K km में) रूप की स्वीकार्य त्रुटि के विरुद्ध आँका जाता है।
3. वक्रता व अपवर्तन
क्षैतिज दृष्टि-रेखा वक्र समतल पृष्ठ से दूर हटती जाती है। D दूरी पर वक्रता संशोधन c = D²/(2R) है; R = 6370 km व D km में होने पर c = 0.0785 D² m, और यह स्टाफ़-पाठ्यांकों को बड़ा कर देता है, अतः घटाया जाता है। अपवर्तन किरण को पृथ्वी की ओर नीचे मोड़ता है, वक्रता का सातवाँ भाग माना जाता है: r = 0.0112 D² m, जोड़ा जाता है। संयुक्त संशोधन −0.0673 D² m (वक्रता का 6/7) है। 1 km पर यह 67 mm है; 2 km पर 0.0673 × 4 = 0.269 m। उलटकर, h मीटर ऊँचाई से दृश्य क्षितिज की दूरी d = √(h/0.0673) = 3.855√h km है।
4. दिक्सूचक: दिक्मान, दिक्पात व स्थानीय आकर्षण
प्रिज़्मीय दिक्सूचक (सुई के साथ घूमता अंशांकित वलय, प्रिज़्म से पठित, पूर्ण-वृत्त दिक्मानों में) तथा सर्वेक्षक दिक्सूचक (अंशांकित डिब्बा, चतुर्थांशी दिक्मान) किसी रेखा का चुंबकीय दिक्मान मापते हैं। पूर्ण-वृत्त दिक्मान (WCB) उत्तर से दक्षिणावर्त 0° से 360° तक चलता है; समानीत (चतुर्थांशी) दिक्मान (RB) उत्तर या दक्षिण से पूर्व या पश्चिम की ओर न्यून कोण है। रूपांतरण: WCB 0–90° → N θ E; 90–180° → S (180° − θ) E; 180–270° → S (θ − 180°) W; 270–360° → N (360° − θ) W। अतः WCB 235°30′, S 55°30′ W है। किसी रेखा का पश्च दिक्मान उसके अग्र दिक्मान से ठीक 180° भिन्न होता है जब दोनों सिरे स्थानीय विक्षोभ से मुक्त हों। किसी स्टेशन से दो रेखाओं के बीच अंतर्विष्ट कोण उनके दिक्मानों का अंतर है।
चुंबकीय दिक्पात वास्तविक (भौगोलिक) उत्तर व चुंबकीय उत्तर के बीच क्षैतिज कोण है; यह स्थान व समय के साथ बदलता है (दीर्घकालिक, वार्षिक व दैनिक परिवर्तन)। दिक्पात पूर्व होने पर वास्तविक दिक्मान = चुंबकीय दिक्मान + दिक्पात, और पश्चिम होने पर − दिक्पात। 2°30′ W दिक्पात पर 48°15′ का चुंबकीय दिक्मान 45°45′ का वास्तविक दिक्मान है। समान दिक्पात की रेखाएँ समदिक्पाती रेखाएँ हैं; शून्य दिक्पात की रेखा अदिक्पाती रेखा है। स्थानीय आकर्षण निकटवर्ती लोहे, इस्पात, रेल-पटरियों या विद्युत-लाइनों द्वारा सुई का विक्षेप है। यह तब पकड़ा जाता है जब किसी रेखा के अग्र व पश्च दिक्मान 180° से भिन्न न हों; जिस स्टेशन के दिक्मान संगत हों उसे मुक्त मानकर उससे ट्रैवर्स में संशोधन आगे ले जाए जाते हैं (या अंतर्विष्ट कोण प्रयुक्त होते हैं, जिन पर स्थानीय आकर्षण का प्रभाव नहीं पड़ता)।
मुख्य बिंदु
- HI = RL + BS; RL = HI − FS (या IS); जाँच ΣBS − ΣFS = अंतिम RL − प्रथम RL, और चढ़ाव-उतार मध्यवर्ती दृष्टियाँ भी जाँचता है।
- द्वि-खूँटी परीक्षण जाँचता है कि संरेखण रेखा बुलबुला-अक्ष के समांतर है; समान दृष्टि-लंबाइयाँ संरेखण, वक्रता व अपवर्तन निरस्त करती हैं।
- वक्रता 0.0785 D², अपवर्तन 0.0112 D², संयुक्त −0.0673 D² m (D km में); क्षितिज-दूरी 3.855√h km।
- व्युत्क्रम समतलन: वास्तविक अंतर = दोनों आभासी अंतरों का माध्य।
- चतुर्थांश से WCB ↔ RB; स्थानीय आकर्षण के बिना FB व BB 180° भिन्न; वास्तविक = चुंबकीय ± दिक्पात (E +, W −); अंतर्विष्ट कोण स्थानीय आकर्षण से मुक्त।
अभ्यास प्रश्न (14)
उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।
RL 100.000 m वाले बेंचमार्क से क्रम से पाठ्यांक हैं: BS 1.525 (BM पर), IS 2.110, FS 0.985 (परिवर्तन बिंदु), BS 1.750, IS 1.200, FS 2.345। अंतिम बिंदु का RL, मीटर में, ____ है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 99.945
HI₁ = 100.000 + 1.525 = 101.525; CP RL = 101.525 − 0.985 = 100.540; HI₂ = 100.540 + 1.750 = 102.290; अंतिम RL = 102.290 − 2.345 = 99.945 m। जाँच: ΣBS − ΣFS = 3.275 − 3.330 = −0.055 = 99.945 − 100.000।उसी समतलन-पुस्तिका में (BM RL 100.000 m, BS 1.525), पहले मध्यवर्ती बिंदु का RL, जिसका स्टाफ़-पाठ्यांक 2.110 है, मीटर में, ____ है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 99.415
HI = 100.000 + 1.525 = 101.525 m; RL = HI − IS = 101.525 − 2.110 = 99.415 m। पश्च दृष्टि से बड़ा पाठ्यांक दर्शाता है कि बिंदु BM से नीचा है — 0.585 m का उतार।उपकरण-ऊँचाई विधि की तुलना में समतलों के समानयन की चढ़ाव-उतार विधि
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उत्तर: A — मध्यवर्ती दृष्टियों पर भी अंकगणितीय जाँच देती है
प्रत्येक पाठ्यांक किसी चढ़ाव या उतार में आता है, अतः Σचढ़ाव − Σउतार = अंतिम RL − प्रथम RL मध्यवर्ती RL भी जाँचता है; HI विधि की जाँच ΣBS − ΣFS में केवल पश्च व अग्र दृष्टियाँ आती हैं। कीमत अधिक अंकगणित है, अतः अनेक मध्यवर्ती दृष्टियों वाली परिच्छेदिकाओं हेतु HI तेज़ है।R = 6370 km तथा अपवर्तन को वक्रता का सातवाँ भाग लेकर 2 km की दृष्टि हेतु संयुक्त वक्रता व अपवर्तन संशोधन, मीटर में (तीन दशमलव तक), ____ है (परिमाण दें)।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 0.269
वक्रता = D²/(2R) = (2000)²/(2 × 6 370 000) = 0.3140 m; अपवर्तन = 0.3140/7 = 0.0449 m; संयुक्त = 0.3140 − 0.0449 = 0.269 m, अर्थात 0.0673 × 2² = 0.269 m, स्टाफ़-पाठ्यांक से घटाया जाता है। केवल वक्रता 0.314 m है।एक प्रेक्षक की आँख समुद्र तल से 9 m ऊपर है। वक्रता व अपवर्तन (संयुक्त संशोधन 0.0673 D² m, D km में) को ध्यान में रखते हुए दृश्य क्षितिज की दूरी, km में (दो दशमलव तक), ____ है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 11.56
क्षितिज वहाँ है जहाँ संयुक्त पतन आँख की ऊँचाई के बराबर हो: 0.0673 D² = 9, D = √(9/0.0673) = √133.7 = 11.56 km (पूर्णांकित स्थिरांक से 3.855√9 = 11.57 km)। अपवर्तन की उपेक्षा (0.0785 D²) करने पर 10.71 km आता है।A व B के बीच व्युत्क्रम समतलन में, A के निकट लेवल से स्टाफ़-पाठ्यांक A पर 1.625 व B पर 2.545 हैं; B के निकट से A पर 0.725 व B पर 1.405। A व B के बीच वास्तविक तल-अंतर, मीटर में, ____ है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 0.8
आभासी अंतर: 2.545 − 1.625 = 0.920 व 1.405 − 0.725 = 0.680। वास्तविक अंतर = (0.920 + 0.680)/2 = 0.800 m, B, A से नीचा। उनके अंतर का आधा, (0.920 − 0.680)/2 = 0.120 m, लंबी दृष्टि पर संयुक्त संरेखण, वक्रता व अपवर्तन त्रुटि है।द्वि-खूँटी परीक्षण में, खूँटियों A व B के बीचोंबीच लेवल से पाठ्यांक A पर 1.520 व B पर 1.830 हैं। A के निकट लेवल से पाठ्यांक A पर 1.410 व B पर 1.740 हैं। दूसरे स्टेशन से सही समायोजित लेवल B पर जो पाठ्यांक देता, वह मीटर में ____ है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 1.72
बीचोंबीच से समान दृष्टि-लंबाइयाँ संरेखण-त्रुटि निरस्त करती हैं, अतः वास्तविक अंतर 1.830 − 1.520 = 0.310 m (B नीचा) है। A के निकट से A पर पाठ्यांक लगभग त्रुटिरहित है, अतः B पर सही पाठ्यांक 1.410 + 0.310 = 1.720 m है। प्रेक्षित 1.740, 0.020 m अधिक है: दृष्टि-रेखा ऊपर की ओर इंगित करती है।एक लेवल के बुलबुले को 5 खानों से खिसकाने पर 100 m पर स्टाफ़-पाठ्यांक 0.020 m बदलता है। बुलबुला-नली की संवेदनशीलता, प्रति खाना चाप-सेकंड में (दो दशमलव तक, 1 rad = 206 265″), ____ है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 8.25
5 खानों हेतु कोण = 0.020/100 = 2 × 10⁻⁴ rad; प्रति खाना = 4 × 10⁻⁵ rad = 4 × 10⁻⁵ × 206,265 = 8.25″। 5 खानों से भाग देना भूलने पर 41.25″ आता है।किसी रेखा का पूर्ण-वृत्त दिक्मान 235°30′ है। उसका समानीत (चतुर्थांशी) दिक्मान है
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उत्तर: A — S 55°30′ W
235°30′, 180° व 270° के बीच, दक्षिण-पश्चिम चतुर्थांश में है, अतः RB = S (235°30′ − 180°) W = S 55°30′ W। S 34°30′ W न्यून कोण को दक्षिण के स्थान पर पश्चिम से मापता है।किसी रेखा का चुंबकीय दिक्मान 48°15′ है और चुंबकीय दिक्पात 2°30′ W है। रेखा का वास्तविक दिक्मान है
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उत्तर: A — 45°45′
पश्चिम दिक्पात पर चुंबकीय उत्तर वास्तविक उत्तर के पश्चिम में है, अतः चुंबकीय उत्तर से मापा दिक्मान वास्तविक उत्तर से मापे से बड़ा है: वास्तविक = 48°15′ − 2°30′ = 45°45′। दिक्पात जोड़ना (50°45′) केवल पूर्व दिक्पात हेतु सही है।रेखा AB का अग्र दिक्मान 45°30′ है और B पर प्रेक्षित पश्च दिक्मान 226°15′ है। यह दर्शाता है
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उत्तर: A — A या B पर स्थानीय आकर्षण, क्योंकि दिक्मान 180°45′ से भिन्न हैं
स्थानीय आकर्षण से मुक्त होने पर FB व BB ठीक 180° भिन्न होते हैं; यहाँ अंतर 226°15′ − 45°30′ = 180°45′ है, अतः एक सिरे (या दोनों) पर सुई विक्षेपित हुई। दिक्पात दोनों दिक्मानों को समान खिसकाता है और यह विसंगति उत्पन्न नहीं कर सकता; दूरी-त्रुटियाँ दिक्मानों को प्रभावित नहीं करतीं।पश्च-दृष्टि व अग्र-दृष्टि दूरियाँ समान रखने से निम्न में से कौन-सी त्रुटियाँ हटती हैं?
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उत्तर: A — लेवल की संरेखण-त्रुटि; B — पृथ्वी की वक्रता; C — वायुमंडलीय अपवर्तन (यदि समरूप हो)
संरेखण-त्रुटि, वक्रता व समरूप अपवर्तन प्रत्येक समान लंबाई की दो दृष्टियों पर समान त्रुटि उत्पन्न करते हैं, जो अंतर में निरस्त होती है। झुका स्टाफ़ सदा अधिक पढ़ता है, पाठ्यांक पर निर्भर मात्रा से, दृष्टि-लंबाई पर नहीं, अतः दृष्टियाँ संतुलित करने से वह नहीं हटता।दिक्सूचक सर्वेक्षण के विषय में निम्न में से कौन-से कथन सही हैं?
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उत्तर: A — स्थानीय आकर्षण एक ही स्टेशन से प्रेक्षित दो रेखाओं के बीच अंतर्विष्ट कोण को प्रभावित नहीं करता; B — अदिक्पाती रेखा शून्य चुंबकीय दिक्पात वाले स्थानों को जोड़ती है; C — प्रिज़्मीय दिक्सूचक पूर्ण-वृत्त दिक्मान पढ़ता है
विक्षुब्ध स्टेशन पर दोनों दिक्मान समान खिसकते हैं, अतः उनका अंतर अप्रभावित रहता है; अदिक्पाती रेखा शून्य दिक्पात की समदिक्पाती रेखा है; और प्रिज़्मीय दिक्सूचक का वलय 0–360° अंशांकित है। दिक्पात समय के साथ बदलता है — दीर्घकालिक, वार्षिक व दैनिक परिवर्तन — अतः पुराने चुंबकीय दिक्मान अद्यतन करने होते हैं।लेवल व समतलन के विषय में निम्न में से कौन-से कथन सही हैं?
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उत्तर: A — स्वचालित लेवल दृष्टि-रेखा क्षैतिज रखने हेतु प्रतिकारक का प्रयोग करता है; B — लंबन नेत्रिका को क्रॉस-तंतुओं पर और फिर अभिदृश्यक को स्टाफ़ पर फ़ोकस करके हटाया जाता है; C — अधिक संवेदनशील बुलबुला-नली की वक्रता-त्रिज्या बड़ी होती है
लोलक प्रतिकारक ही लेवल को स्वचालित बनाता है; लंबन इसी क्रम में हटाया जाता है; और R = n·l·D/s, अतः जिस नली का बुलबुला किसी झुकाव पर अधिक खिसके (अधिक संवेदनशील) उसकी त्रिज्या बड़ी है। व्युत्क्रम समतलन में भी दोनों ओर से दोनों स्टाफ़ों पर पाठ्यांक लिए जाते हैं; उसका उद्देश्य वहाँ संरेखण, वक्रता व अपवर्तन निरस्त करना है जहाँ लेवल बीचोंबीच नहीं रखा जा सकता।