آموزش نرم افزار GIS (مقدمه) دوم

کسب و واردسازی داده در GIS

کسب و واردسازی داده در GIS را به لحاظ منبع و مأخذ می توان به دو بخش تقسیم نمود.

کسب اولیه ( مستقیم ) داده : کسب مستقیم داده شامل آن دسته از روشهایی می شوند که به تشریح مکانی و توصیفی پدیده ها به طور بلاواسطه در دنیای حقیقی و یا بر اساس تصاویر آنها می پردازند. مهمترین این روشها عبارتند از : نقشه برداری ، GPS ، فتوگرامتری ، تفسیر عکسهای هوایی ، سنجش از دور ، ثبت دائم مشخصات ( نظیر میزان و کیفیت منابع آب) ،کار میدانی،پرسش و مصاحبه ( بویژه در زمینه های اجتماعی – اقتصادی ) .

کسب ثانویه داده ها : منظور از کسب ثانویه داده رقومی سازی داده هایی است که به روشهای گوناگون از پیش تهیه شده و معمولاً به صورت نقشه ای کاغذی و آماری در دسترس می باشند. بررسی کیفیت داده های موجود و رقومی سازی آنها بسیار متداول و نقش بزرگی را در GIS بازی می کند. روشهای رقومی سازی عبارتند از : رقومی سازی دستی ، نیمه خودکار ، خودکار ( اسکن ) ، واردسازی داده های حرفی و عددی.

رقومی سازی دستی : این روش متداول ترین شیوه رقومی سازی است . اپراتور نقش بسیار مهمی در انجام این کار دارد. او یکایک نقاط ، خطوط و سطوح را شناسایی و ضمن کدگذاری هندسی آنها اطلاعات تشریحی شان را نیز به GIS وارد می نماید. این روش در مورد نقشه هایی با تنوع زیاد پدیده ، هندسه نامنظم پدیده ها  و علائم زیاد ، بسیار کارا خواهد بود. نکته منفی این روش نسبت به سایر روشها نیاز زیاد به زمان و نیروی انسانی و یکنواختی آن برای اپراتور می باشد.

رقومی سازی نیمه خودکار : این روش بر اساس فرآیند تعقیب و پی جویی خطوط طرح ریزی شده است. به این منظور ابتدا باید نقشه را اسکن و بر روی میکرو فیلم منتقل نمود. اپراتور در نقطه آغاز یک خط ، ارزش توصیفی مربوط به آن را مشخص می نماید و از سامانه می خواهد تا بر اساس این روش اجزاء خط را پی جویی و شناسایی نماید. به کارگیری این روش نیازمند سرمایه گذاری سنگین می باشد ، ضمن آنکه اپراتور نیز باید به طور پیوسته و دائم فرآیند را هدایت نماید.

رقومی سازی خودکار ( اسکن ) : یک نقشه را می توان کاملاً به طور خودکار و بدون نیاز به اپراتور با استفاده از اسکنر رقومی نمود. حاصل این فرآیند نقشه ای خواهد بود با ساختار رستری که مجموعه ای است از سلولها و بدون توپولوژی و هر گونه ارتباط با سلولهای مجاور و ساختار پدیده ای . اندازه سلول یا به بیانی دیگر تعداد سلول در واحد طول یا سطح را می توان به هنگام انجام عمل اسکن تعیین نمود. عمل رقومی سازی با سرعت بالایی انجام و نقشه رستری حاصله از دقت مکانی بسیار بالایی برخوردار است . این چنین نقشه ها می توانند به خوبی به عنوان زمینه در نمایش داده ها به کار روند.

خروجی تجزیه و تحلیل

خروجی تولید نهایی یک تجزیه و تحلیل است . در پایان هر تجزیه و تحلیل باید تلاش گردد تا نتایج حاصله به بهترین شکل ممکن ارائه شوند. یک تجزیه و تحلیل بدون ارائه خروجی مناسب عملاً ناموفق قلمداد خواهد شد. خروجی های GIS را می توان بر اساس ماهیت شان به دو دسته تقسیم نمود : خروجی برای رویت انسان و خروجی سازگار با ماشین. دسته اول خروجی ها از نوع کارتوگرافی بوده و بیشتر مد نظر هستند . این دسته از خروجی ها می توانند به صورت رقومی ( کپی نرم ) که تنها قابل نمایش بر روی صفحه رایانه اند ، و همچنین به صورت کپی سخت ( بر روی کاغذ ) باشند. خروجی های سازگار با ماشین از نوع غیرکارتوگرافی بوده و عمدتاً شامل تولیدات عملیات کسب داده ، تغییر و تبدیل و تجزیه و تحلیل های اولیه می باشند . این دسته از خروجی ها مورد پردازش های کارتوگرافی قرار نمی گیرند و به عنوان داده های ورودی در دیگر تجزیه و تحلیل ها کاربرد خواهند داشت .  خروجی های نقشه ای عمدتاً از نوع نقشه های موضوعی می باشند . نقشه موضوعی خروجی GIS ، نقشه راه حل نیز نامیده می شود چرا که نقشه خروجی حاصل از یک تجزیه و تحلیل در GIS پاسخی به یک سوال مشخص یا حاصل یک فرآیند تصمیم گیری می باشد. به عنوان مثال می توان از نقشه مناطق مناسب دفن زباله و همچنین نقشه مسیر مناسب انتقال نیرو نام برد.

گام اصلی در تهیه یک نقشه موضوعی به عنوان خروجی GIS از نوع کارتوگرافی ، طراحی نقشه می باشد . این طراحی شامل تعیین مقیاس مناسب ، مشخص نمودن پدیده هایی که باید بر روی نقشه ظاهر شوند ، انتخاب نشانه ها و پدیده های گرافیکی ، جایابی آنها بر روی نقشه به منظور نشان دادن هر چه بهتر پدیده های مهم و روابط مکانی آنها در منطقه مورد مطالعه می باشد. تمامی پدیده هایی که بر روی این چنین خروجی ها آورده می شوند باید گویای مطلبی در رابطه با موضوع نقشه باشند و از درج پدیده های غیرضروری بر روی نقشه باید اجتناب گردد. بعلاوه باید راهنمایی نیز برای نقشه طراحی نمود. حتی در مواردی که از یک تصویر سنجش از دوری به عنوان زمینه در نقشه خروجی استفاده گردد ، ترجیحاً باید راهنمایی برای تفسیر ساده و اولیه آن تعیین نمود ، چرا که بینندگان نقشه خروجی ممکن است  قادر به درک مفهوم تن های خاکستری و یا رنگهای این تصاویر نباشند.

کیفیت داده ها

کیفیت تابعی است از صحت ، دقت و نامعلومی . دقت مربوط به فرآیند اندازه گیری و ابزارهای آن می باشد و توانایی کسب نتایج یکسان در اندازه گیریهای مکرر است . دقت بالا تضمین کننده صحت زیاد نمی باشد و بالعکس.

نا معلومی معادل نامشخص بودن داده از نظر مکانی ، توصیفی و زمانی ( تاریخ ) است. هر چه میزان خطا در داده کمتر باشد آن داده از کیفیت بالاتری برخوردار خواهد بود. ایده آل است که در منطقه مورد مطالعه پوششی یکنواخت و کامل از تمامی داده های مورد نیاز وجود داشته باشد. به این مفهوم که اولاً انواع داده مورد نیاز برای کل منطقه مورد نظر در دسترس باشد. ثانیاً تمامی داده ها از ویژگیهای همسانی برخوردار باشند. منظور از ویژگی مواردی نظیر صحت مکانی و توصیفی ، سن ، قدرت تفکیک ، مقیاس و … می باشد.

نقشه های بزرگ مقیاس مقدار بیشتری از جزییات موضوعی را با دقت مکانی بیشتری در مقایسه با نقشه های کوچک مقیاس ارائه می دهند. یک پروژه در مقیاس متناسب با اهداف آن اجرا می شود. استفاده از داده هایی با مقایس کوچکتر از مبنا موجب بروز خطا می گردد. ضمن آنکه استفاده از داده هایی با مقیاس بزرگتر از مقیاس مبنا بر حجم پردازش ها می افزاید.

توابع کسب و ویرایش

رقومی نمودن نقشه : وارد کردن یک نقشه به  GIS قدم اول ولی بسیار مهم می باشد. این کار می تواند با استفاده از میز رقومی گر یا اسکنر انجام شود. تابع مربوطه به کمک میز رقومی گر امکان تبدیل نقاط و خطوط ( خطوط مستقیم ، شکسته و منحنی ) از حالت آنالوگ روی نقشه به حالت رقومی را فراهم می سازد. در این فرآیند هر پدیده نقطه ای با یک جفت x,y ( در محور مختصات میز رقومی گر ) و یک شماره مشخص می شود. هر خط راست حداقل با مختصات دو نقطه ( گره ) آغاز و پایان و یک شماره معرفی می گردد. انحنا و شکستگی خطوط از طریق نقاط کمکی در طول مسیر شکل خواهند گرفت . به خاطر پیچیدگی این چنین توابعی و وابستگی آنها به دیگر سخت افزارها ( میز رقومی گر )  که خود از تنوع زیادی برخوردار هستند بسیاری از بسته های نرم افزاری سامانه های اطلاعات جغرافیایی فاقد امکان رقومی سازی می باشند.

پلی گن بندی : فرآیند ایجاد پلی گن ( محدوده ای بسته ) از طریق اتصال نقاط آغاز و پایان یک خط . نکته بسیار مهم در این تابع انجام این کار به طور خودکار یا حداقل کار ویرایش دستی می باشد.

ایجاد پدیده : فرآیند ایجاد پدیده از نقاط و خطوط رقومی شده در ارتباط و متناسب با پدیده ها در دنیای واقعی از طریق دادن داده های توصیفی به اجزای رقومی شده .

بازسازی هندسی : بازسازی هندسی اجزای رقومی شده شامل قائمه سازی زوایا ، مستقیم و موازی سازی خطوط ، توابعی برای افزایش کیفیت داده های کسب شده از طریق ایجاد شکل هندسی مطابق با دنیای واقعی هستند.

نرم سازی خطوط : خطوطی که با تراکم پایینی از نقاط رقومی شده باشند و یا خطوط حاصل از تبدیل نقشه های رسته ای به برداری به لحاظ دیداری خطوطی زبر باشند . به کمک این توابع می توان در محل شکستگی ها و زوایای تند خطوط منحنی شکل ایجاد نمود.

اتصال لبه : در پروژه های بزرگ که منطقه به وسیله چندین برگ نقشه پوشیده می شود ، ضرورت دارد که هر داده موضوعی در GIS به صورت یکپارچه بدون انقطاع و مرزهای داخلی ارائه گردد . توابعی در GIS کار تصحیح و اتصال خطوط در فصل مشترک دو برگ نقشه و موزاییک سازی را تا حد بسیار زیادی به صورت خودکار انجام می دهند.

باز طبقه بندی : توابع طبقه بندی و باز طبقه بندی ارزشهای توصیفی را که در یک نقشه وجود دارند ، تغییر می دهند . به بیانی دیگر پدیده ها در طبقاتی دسته بندی و هر طبقه با ارزشی جدید مشخص می شود. توابع طبقه بندی را می توان به دو گروه تقسیم بندی کرد : طبقه بندی بر پایه داده های توصیفی و طبقه بندی بر پایه موقعیت مکانی پدیده ها . به عنوان مثالی برای مورد اول می توان باز طبقه بندی نقشه توده های مختلف ( بر حسب گونه ) سوزنی برگان و پهن برگان را به دو طبقه سوزنی برگ و پهن برگ ذکر کرد. اما در طبقه بندی از نوع دوم ، پدیده ها به طور مثال برحسب فاصله شان از یک مبنا تقسیم بندی می گردند. باز طبقه بندی بر اساس داده های توصیفی می تواند در دامنه هایی از ارزشهای توصیفی انجام شود.

تبدیل ساختار داده : به منظور استفاده از داده های رستری در سامانه های برداری و بالعکس و همچنین بهره مند شدن از ویژگی های مثبت هر دو ساختار ، ضرورت تبدیل ساختار داده مطرح می شود.

ویرایش : توابع ویرایش امکانات لازم جهت تغییر ، تصحیح و تکمیل داده را به لحاظ هندسی و توصیفی فراهم می سازند . مهمترین این امکانات در مورد ویرایش هندسی پدیده ها در داده با ساختار برداری هستند و عبارتند از : جابجایی ، چرخش ، حذف ، تقسیم خط و افزودن نقطه و خط . در بعضی از سامانه های اطلاعات جغرافیایی می توان بسیاری از عملیات ویرایش نظیر اتصال گره ها ، حذف خطوط تکراری و بستن پلی گن را به طور خودکار انجام داد . در بعضی دیگر از سامانه ها این چنین موارد تنها به وسیله سامانه مشخص می شوند و کاربر باید در مورد تغییر آن به طور دستی اقدام نماید.

توابع مقایسه : این توابع نوع خاصی از توابع طبقه بندی بر اساس داده های توصیفی می باشند که با استفاده از عملیات پایه مقیاس ( = ، ≤ ، ≥ ، > ، < )  صورت می گیرند . مثال : اختصاص ارزش ۱ به مناطقی که خاک آنها از نوع رسی سنگین است ، در غیر این صورت اختصاص ارزش صفر به آن منطقه .

توابع تصحیحات هندسی و زمین مرجع سازی : از آنجایی که در GIS داده های گوناگونی از یک منطقه در ارتباط با یکدیگر مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند ، تمام داده ها باید از نظر هندسی با هم همخوانی و مطابقت داشته و همچنین از سامانه مختصات و پروژکسیون واحدی تبعیت نمایند . در یک GIS توابع مختلفی برای تغییر پروژکسیون و تطابق هندسی نقشه وجود دارد . متداول ترین توابع تطابق هندسی ، تبدیل های مسطحاتی می باشند. عمل تبدیل با استفاده از مختصات چند نقطه کنترل که به خوبی در نقشه مورد نظر برای تصحیح و همچنین نقشه مبنا قابل تشخیص باشند ، صورت می گیرد . اجرای این توابع می توانند چرخش نقشه ، تغییر مقیاس در هر یک از محورها (x,y) و انتقال نقطه مبنای سامانه مختصات را موجب شوند .

تبادلات : توابع تبادل داده امکان دریافت داده از دیگر سامانه ها و بالعکس را فراهم می سازند . این تبادلات می توانند شامل نقشه ، جدول و حتی پایگاه داده باشد. تا کنون تبادل داده به صورت استاندارد و با فرمتی مشخص عرضه نشده است ، لذا سامانه های اطلاعات جغرافیایی باید قادر باشند حداقل فرمت سامانه های  معروف و متداول را بخوانند و همچنین داده های خود را با فرمت های این سامانه ها ذخیره کنند.

توابع پردازش و تجزیه و تحلیل :

بازیابی داده : توابع بازیابی امکان طرح پرسش از یک مجموعه داده و استخراج بخشی از آن از دیدگاه های مورد نظر را فراهم می سازند . بازیابی می تواند بر پایه داده های هندسی  (موقعیت ) ، توصیفی ، توپولوژی و یا ترکیبی از آنها باشد . بطور مثال مشخص کردن و شمارش تمامی پدیده هایی که در یک محدوده ای با شعاع معین قرار می گیرند و یا دارای مشخصه ای خاص هستند .

اندازه گیری ، شمارش و محاسبه : این توابع محاسبات مختلفی را در رابطه با نقاط ، خطوط ، سطوح و حجم ها میسر می سازند . ساده ترین آنها شمارش تعداد کل نقاط و خطوط و همچنین تعداد نقاط و خطوط در یک پلی گن می باشد . عملیات اخیر به عنوان توابع نقطه در پلی گن و خط در پلی گن نامیده می شوند . این توابع تعداد نقاط و خطوط موجود در یک نقشه را در محل یک پلی گن معین در نقشه دیگر ، تعیین می نماید . پیچیدگی این توابع در این است که شمارش با استفاده از دو نقشه متفاوت باید صورت گیرد. از جمله کاربردهای این توابع می توان شمارش تعداد آبراهه ها به تفکیک زیرحوزه های یک حوزه بزرگ را نام برد. از دیگر توابع این گروه می توان اندازه گیری طول پدیده های خطی چه به صورت مستقیم و یا با شکل هندسی نامنظم و همچنین محاسبه مساحت و محیط پدیده ها را برشمرد. تابع دیگر در این گروه محاسبه حجم می باشد که بسیار پیچیده تر از اندازه گیری مساحت و محیط است . این تابع به ویژه در پروژه های تسطیح اراضی و جاده سازی جهت محاسبه میزان خاکبرداری و خاکریزی کاربرد دارد.

ایجاد حاشیه ( ضربه گیر ) : با استفاده از این چنین توابع می توان حاشیه و نواری به پهنای مورد نظر در اطراف پدیده ها ایجاد نمود . نوار حاشیه را می توان به صورت گوشه دار ( قائمه ) و یا با انحنا در یک یا هر دو طرف پدیده های خطی و همچنین در یک یا هر دو سمت ( داخل و خارج ) پلی گن ها ایجاد نمود. در بسیاری از GIS ها امکان ایجاد حریم با عرض های متفاوت برای پدیده های مختلف وجود دارد . از جمله کاربردهای تابع حاشیه می توان ایجاد نقشه کمربند سبز در اطراف یک شهر و تعیین مساحت آن ، تعیین حریم حفاظتی برای آبراهه ها با پهنای مختلف و همچنین ایجاد حریمهایی با پهنای متفاوت در اطراف بزرگراهها ، جاده های اصلی و فرعی موجود در یک نقشه را نام برد.

روی هم گذاری : در عملیات روی هم گذاری دو یا چند نقشه با هم ترکیب می شوند. ارزش نقشه خروجی در هر نقطه تابعی خواهد بود از ارزشهای نقشه های ورودی در همان نقطه . در صورتی که داده های ورودی دارای ساختار رستری باشند ارزش هر سلول نقشه خروجی حاصل اعمال ریاضی و یا منطقی است که به طور مستقیم در محل آن سلول بر روی نقشه های ورودی اجرا شده است . چنانچه داده های ورودی داراری ساختار برداری باشند نقشه خروجی مجموعه ای خواهد بود از واحدهایی که از تقاطع واحدهای نقشه های ورودی ایجاد می شوند . داده های توصیفی این واحدها تابعی خواهند بود از نوعی عملیات ریاضی یا منطقی اجرا شده .

هر یک از واحدهای جدید ( نقطه ، خط و سطح ) که از تقاطع محدوده واحدهای نقشه های ورودی حاصل می شوند ، ارزشهای واحدهای نقشه های ورودی یا ترکیبی از آنها را به همراه خواهند داشت . در واقع توابع روی هم گذاری برداری یک مرحله پیش پردازش هندسی ( تقاطع ) را با خود به همراه دارند . بر حسب اینکه نقشه های ورودی دارای چه نوع پدیده ای ( نقطه ای ، خطی یا سطحی ) باشند ، توابع روی هم گذاری در مورد آنها متفاوت خواهند بود .

شرط لازم برای انجام عملیات روی هم گذاری برخورداری تمامی نقشه های ورودی از سامانه مختصات یکسان و همچنین صحت مکانی بالای پدیده ها می باشد. بعلاوه در داده های رستری اندازه سلول تمامی نقشه های ورودی نیز باید با هم برابر باشند . البته در صورت نابرابری اندازه سلول در نقشه های ورودی ، می توان با استفاده از تابع نمونه گیری مجدد اندازه سلول را کاهش یا افزایش داد.

بسته به ماهیت داده های موجود در نقشه های ورودی می توان عملیات ریاضی و منطقی را بین آنها انجام داد. علاوه بر امکان اجرای چهار عمل اصلی جمع ، تفریق ، ضرب و تقسیم بین نقشه های ورودی ، عملیات جبری و آماری ذیل را نیز می توان در فرآیند روی هم گذاری نقشه ها اجرا نمود :

۱- میانگین : محاسبه میانگین ارزشها برای یکایک نقاط در بین نقشه های ورودی.

۲- توان : به توان رسانیدن ارزش هر نقطه در یک نقشه به میزان ارزش همان نقطه در نقشه دیگر.

۳- کمینه : تعیین ارزش کمینه برای یکایک نقاط در بین نقشه های ورودی .

۴- بیشینه : تعیین ارزش بیشینه برای یکایک نقاط در بین نقشه های ورودی .

شایان ذکر است که ترتیب و تقدم نقشه های ورودی در بعضی از توابع روی هم گذاری نظیر توابع تقسیم و توان نقش تعیین کننده ای در نتایج خواهند داشت.

عملیات منطقی در تابع روی هم گذاری بر پایه جبر بولن استوار هستند و معمولاً برای تفکیک مناطقی که دارای مجموعه ای از شرایط و ویژگی های مورد نظر می باشند ، کاربرد دارند. نقشه های بولن به نقشه هایی اطلاق می گردند که در آنها مناطق به دو گروه مطلوب ( حاضر ) و نامطلوب ( غایب ) تقسیم می شوند . این دو گروه به ترتیب با ارزشهای یک و صفر مشخص می گردند . روی هم گذاری از نوع منطقی بر پایه چهار منطق اصلی ذیل استوار است و نتایج نیز به صورت یک نقشه بولن جدید ارائه می گردد :

1. منطق AND ( تقاطع )
2. منطق OR ( اشتراک )
3. منطق NOT ( تکمیلی )
4. منطق XOR ( غیر )

حاصل عمل منطقی AND بر روی چند نقشه معادل عمل ضرب آن نقشه ها می باشد. عمل منطقی OR بر روی دو نقشه را می توان از طریق عمل ریاضی جمع به نتیجه رساند. (شکل موجود در کتاب) 

فاصله : این تابع از جمله توابع نزدیکی می باشد و کوتاهترین فاصله هر نقطه از نقشه را از یک پدیده و یا یک مجموعه پدیده محاسبه می نماید . پدیده می تواند به صورت نقطه ، خط و یا سطح ، به طور یکپارچه و یا جدا از هم در منطقه وجود داشته باشد. تابع فاصله به خوبی در سامانه های اطلاعات جغرافیایی رستری قابل اجرا است .

توابع همسایگی : مشخصه بارز این دسته از توابع انجام محاسبات برای هر نقطه بر اساس داده های توصیفی و ارزشهای مناطق مجاور آن می باشد. اجرای این توابع منوط به تعیین حداقل سه پارامتر می باشد : ۱- یک یا چند پدیده به عنوان هدف ۲- گستره همسایگی به عنوان محدوده محاسبات ۳- نوع تابع جهت اجرا در گستره همسایگی .  گستره همسایگی که پنجره نیز نامیده می شود می تواند دارای شکل هندسی منظم و یا نامنظم باشد . مهمترین توابع همسایگی را می توان در سه دسته طبقه بندی کرد . توابع جستجو ، توابع سطح ، توابع درون یابی و توابع نقطه / خط در پلی گن .

توابع نقطه / خط در پلی گن : در این توابع تعیین می شود که چه نقاط یا خطوطی از یک نقشه در محدوده یک پلی گن از نقشه دیگر وجود دارد . هر چند که این عملیات از طریق روی هم گذاری توپولوژیک انجام می گیرد اما به دلیل ماهیت جستجوی نقاط و خطوط در محدوده های همسایگی معین آنها را در گروه توابع همسایگی طبقه بندی می نمایند. از جمله کاربردهای این توابع می توان موارد ذیل را برشمرد :

– تفکیک نیمرخ های خاک برداشت شده در زیر حوزه های موجود در یک منطقه ( نقطه در پلی گن )

– تجزیه و تحلیل مشاهدات انجام شده در نقاط مختلف ( نوع خاک ، گونه های گیاهی و جانوری ) در رابطه با واحدهای موجود بر نقشه های موضوعی منطقه نظیر شکل زمین و تیپ های پوششی گیاهی ( نقطه در پلی گن ) .

– تعیین تراکم مسیرهای حمل و نقل در مناطق مختلف شهرهای بزرگ ( خط در پلی گن )

توابع سطح : توابع سطح عمدتاً مربوط به محاسبه مشخصات توپوگرافیک نظیر شیب و جهت بر پایه مدل رقومی ارتفاع می باشند . شیب به مفهوم نرخ تغییر ارتفاع ( به درصد و یا درجه ) و جهت به مفهوم زاویه سطح شیب از شمال ، برای یک نقطه معین بر اساس اختلاف ارتفاع آن نقطه با نقاط مجاور خود محاسبه می شود. از دیگر توابع سطح می توان سایه روشن پستی و بلندی ها را نام برد.

پروژکسیون نقشه

عبارت است از تبدیل مختصات نقاط از سامانه مختصات اسفروییدی ( کروی یا شبه کروی ) به یک سامانه مختصات مستوی . اینچنین سامانه های مختصاتی دارای دو محور x , y بوده و مبدأ مختصات (x=0 , y=0) درست در وسط شبکه سامانه قرار خواهد داشت . برخلاف سامانه مختصات اسفروییدی اندازه یک واحد در این سامانه ها در تمامی محدوده x , y   ثابت می باشد. عمل پروژکسیون یک تبدیل ریاضی است و روابط ریاضی آن پروژکسیون نقشه نامیده می شود. نکته قابل توجه اینکه به دلیل انتقال پدیده ها از سطحی منحنی شکل به سطحی مستوی بعضی از مشخصه های هندسی پدیده ها نظیر شکل ، مساحت و جهت تغییر خواهند کرد. به منظور به حداقل رساندن این خطاها سامانه های پروژکسیون مختلفی طراحی شده اند . این سامانه ها را بسته به نوع سطح پروژکسیون و چگونگی قرار گرفتنشان می توان به سه نوع اصلی مخروطی ، استوانه ای و مسطح تقسیم نمود . خطاهای هندسی ناشی از پروژکسیون در محل نقطه و در طول خط تماس معدل صفر خواهد بود . از این رو خط تماس را خط استاندارد و یا خط تغییر شکل صفر می نامند . با دور شدن از نقطه و خط تماس به تدریج میزان خطا افزایش می یابد. این خطاها موجب می شوند که عامل مقیاس تنها در طول خط تماس معادل یک باشد و در دیگر مناطق کسری از یک . در بعضی از سامانه های پروژکسیون امکان تعریف دو خط تماس و یا به عبارتی دیگر متقاطع ساختن سطح پروژکسیون با سطح منحنی وجود دارد . در این حالت خطاها به طور یکنواخت تری در همه مناطق پخش ( سرشکن ) خواهند شد. از آنجایی که اکثر نقشه های موجود در ایران با استفاده از سامانه های پروژکسیون TM و UTM تهیه شده اند این دو سامانه به اختصار تشریح می گردد.

پروژکسیون TM : در پروژکسیون مرکاتور یک استوانه عمودی اسفرویید جهان را محاط می نماید. در این حالت خط تماس در طول کمربند استوا خواهد بود و نقاط مختلف جهان بر صفحه داخلی استوانه تصویر می گردند . در حالتی خاص در این پروژکسیون که TM نامیده می شود استوانه به صورت افقی درآمده و خط تماس در محل یکی از نصف النهارها خواهد بود . امتیاز عمده TM به مرکاتور در این است که نصف النهار خط تماس را می توان به دلخواه و در میان منطقه مورد نظر ( به طور مثال نصف النهار مرکزی یک کشور ) تعیین نمود و از این طریق خطاها را در منطقه مورد نظر به حداقل رساند . مبدأ مختصات این سامانه مختصات در محل تقاطع نصف النهار تماس و خط استوا و واحد اندازه گیری در سیستم متریک است . برای جلوگیری از ایجاد مختصات منفی برای نقاط واقع در جنوب خط استوا و غرب نصف النهار تماس می توان مختصات فرضی برای مبدأ مختصات در نظر گرفت.

پروژکسیون UTM : UTM حالت خاصی از TM می باشد . در این سامانه جهان به شصت Zone به عرض شش درجه تقسیم شده و پروژکسیون برای هر یک از آنها به طور مستقل انجام می شود . اولین Zone از طول جغرافیایی ۱۸۰ درجه و شماره گذاری آنها (۶۰– 1 ) از غرب به شرق می باشد . هر Zone دارای یک شبکه مختصات خاص خود است که مبدأ آن محل تقاطع نصف النهار مرکزی هر Zone  و خط استوا می باشد. به منظور عدم بروز مختصات منفی مختصات نقطه مبدأ در هر یک Zone ها درنیمکره شمالی به صورت x=500000 و y=0 و در نیمکره جنوبی x=500000 و y=10000000 تعریف می گردد . عامل مقیاس در طول نصف النهار مرکزی Zone ثابت است و در جهت شرق – غرب تغییر می کند . هر یک از Zone ها از عرض جغرافیایی ۸۰ درجه جنوبی به سمت شمال به ردیفهای ۸ درجه ای تقسیم و به ترتیب با حروف C تا X نامگذاری می شوند ( بدون حروف O  و I ) .

هر یک از این خانه ها با ترکیبی از شماره Zone مربوطه و حرف ردیف آن شماره گذاری می گردد . با این شماره گذاری می توان موقعیت این خانه را در جهان تعیین نمود . به طور مثال خانه ۳۹S در منطقه ای خواهد بود در Zone ۳۹ ( طول جغرافیایی ۵۴ – 48 درجه شرقی ) و ردیف S ( عرض جغرافیایی ۴۰ – 32 درجه شمالی ) .

سامانه های پروژکسیون TM و UTM به عنوان دو سامانه مختصات شبکه ای قائم معروف می باشند .

تفسیر و جمع بندی داده ها :

سامانه های اطلاعات جغرافیایی از این مزیت برخوردارند که می توان داده را به صورت خام وارد سامانه نمود . اما این امر به این معنا نیست که داده های خام را بتوان به همان صورت و یا حتی پردازش شده برای ارزیابی توان و برنامه ریزی به کار گرفت . داده ها چه به صورت نقشه و یا جدول از چنان گستردگی و گوناگونی برخوردارند که بدون جمع بندی آنها تصمیم گیری راجع به آنها اگر محال نباشد گیج کننده و بغرنج است . بنابراین داده های پردازش شده باید نخست تجزیه و تحلیل شوند سپس بر حسب هدف تصمیم گیری تفسیر گردند. و در نهایت به صورت گروههای منظم قابل استفاده در تصمیم گیری درآیند .

بسیاری از استفاده کنندگان سامانه های اطلاعات جغرافیایی منطقه مورد مطالعه را در یک ماتریس شبکه بندی می نمایند و پس از ورود و پردازش داده ها در ماتریس شبکه ها انتظار دارند که برای هر شبکه که آمیخته ای از داده های گوناگون و ناهمگن است با پرسش و پاسخ و یا حتی مدل به ارزیابی و برنامه ریزی و تصمیم گیری برای آن شبکه و منطقه مورد بررسی دست یابند . ناهمگنی داده ها در شبکه دلیل اصلی عدم موفقیت بوده است .

پهنه بندی برای دستیابی به یگان نقشه سازی برای دستیابی به ساختارهای مشابه و همگن از داده ها بر روی نقشه انجام می پذیرد . بدین ترتیب بعد از جمع بندی داده ها با پرسش و پاسخ و یا از همه مهمتر با مدل سازی آسان تر و دقیق تر و زودتر می توان به ارزیابی توان و نیاز ، برنامه ریزی و در آخر به تصمیم گیری دست یافت .

برای نقشه سازی یگان زیست محیطی با GIS فرآیند زیر گام به گام طی می شود :

1. روی هم گذاری نقشه طبقات درصد شیب و نقشه طبقات ارتفاع از سطح دریا .
2. کد گذاری فصول مشترک پهنه بندی شده .
3. جدول سازی برای یگان های نخستین شکل زمین و ذخیره شماره طبقه شیب و شماره طبقه ارتفاع هر یگان در جدول .
4. روی هم گذاری نقشه نخستین شکل زمین با نقشه جهات جغرافیایی .
5. پیدا کردن پهنه های مشترک و کد گذاری آنها .
6. نقشه سازی یگان های شکل زمین .
7. تکمیل جدول یگان های شکل زمین با ذخیره طبقه جهت جغرافیایی برای هر یگان در کنار طبقه شیب و طبقه ارتفاع آن یگان .
8. روی هم گذاری نقشه یگان های شکل زمین با نقشه خاک پردازش شده .
9. کد گذاری پهنه های مشترک .
10. تکمیل جدول با ذخیره طبقه خاک برای هر کد پهنه مشترک در نقشه نخستین یگان زیست محیطی .
11. روی هم گذاری نقشه نخستین یگان زیست محیطی با نقشه پردازش شده رستنی ها و تراکم پوشش .
12. کد گذاری پهنه های مشترک .
13. تکمیل جدول با ذخیره طبقات رستنی ها و تراکم پوشش برای هر کد پهنه مشترک در نقشه یگان های زیست محیطی .

پهنه بندی برای دستیابی به نقشه یگانهای زیست محیطی ( که در واقع هر یک از آنها شامل گروههای منظم از ساختارهای مشابه و همگن داده ها هستند ) به سرانجام می رسد . ویژگیهای هر یگان نیز در جدول ویژگیهای اکولوژیکی یگانهای زیست محیطی به طریقی که برشمرده شد ذخیره می شود . برای آنکه داده های پردازش شده دیگر برای هر یگان معلوم شوند عمل روی هم گذاری نقشه یگانهای زیست محیطی با کلیه داده های پردازش شده و یا برخی از آنها ( بستگی به تفسیر برای هدف تصمیم گیری دارد ) ادامه می یابد . از این پس در هر روی هم گذاری دیگر پهنه بندی برای نقشه سازی انجام نمی گیرد بلکه تنها جدول ویژگیهای یگانهای زیست محیطی با ذخیره اطلاعات نقشه موضوعی روی هم گذاری شده برای هر یگان زیست محیطی ، تکمیل می شود . برای روشن تر شدن این فرآیند مثالی بیان می گردد . اگر خواسته شود که درجات فرسایش پذیری خاکها در هر یک از یگانهای زیست محیطی معلوم شود کافی است نقشه طبقه بندی فرسایش خاک با نقشه یگانهای زیست محیطی در GIS روی هم گذاری شود و از سامانه درخواست گردد که شماره طبقه فرسایش خاک را برای یگان مورد نظر و همچنین سایر یگانها در جدول ویژگیهای یگانهای زیست محیطی ثبت و ذخیره نماید . در انتها از ادامه روی هم گذاری ها و تکمیل جدول ویژگیها به جدول نهایی ویژگیهای یگانهای زیست محیطی دست یافت . معمولاً این جدول شامل چندین صفحه است که در بانک جدول پایگاه داده ها ذخیره می شود . همچنین نقشه یگانهای زیست محیطی را می توان در بانک نقشه پایگاه داده ها ذخیره نمود . حال که داده ها ( نقشه ای ، جدولی و مدلی ) پس از ورود پردازش شده ، تجزیه و تحلیل ، تفسیر و جمع بندی گردیده اند و یا به عبارت دیگر به صورت یگانهای نقشه سازی ، پهنه بندی و در جدول های ویژگیها طبقه بندی شده اند ، برای ارزیابی توان یا به کارگیری مدل ها آماده اند .

ارتباط سنجش از دور و GIS

تمامی مطالعات و تجزیه و تحلیل ها در منابع طبیعی بر پایه و اساس اطلاعات محیطی استوارند . از آنجایی که این مطالعات به طور فزاینده ای با استفاده از سامانه های اطلاعات جغرافیایی انجام می شوند و بخش مهمی از اطلاعات مورد نیاز نیز از طریق عملیات دورسنجی کسب می شوند ، این دو فن آوری قرابت زیادی با یکدیگر دارند . در واقع سنجش از دور به عنوان منبع تأمین بسیاری از داده های مورد نیاز و GIS به عنوان سامانه ای که عمدتاً مدیریت تحلیل و ارائه مجدد اطلاعات را بر عهده دارند ارتباط تنگاتنگی پیدا نموده اند . ماهیت رقومی داده های سنجش از دور و اطلاعات حاصل از آنها که قابلیت ورود مستقیم آنها به سامانه های اطلاعات جغرافیایی را میسر ساخته است این ارتباط را تسهیل نموده است . ضرورت به کارگیری داده های بهنگام در مطالعات و برنامه ریزی ها و امکاناتی که سنجش از دور در این ارتباط فراهم می سازد ، پیوند این دو فن آوری را مستحکم تر می سازد .

علاوه بر دلایل و زمینه های یاد شده برای ارتباط بین سنجش از دور و GIS تشابه و هم پوشانی هایی نیز بین قابلیت و توانایی های ( توابع ) این دو سامانه وجود دارد که زمینه های تلفیق ، جمع بندی و یکپارچگی این دو مقوله را فراهم می سازد ، از جمله این تشابه ها می توان موارد ذیل را برشمرد :

– خروجی : خروجی به عنوان رکن چهارم وظایف GIS نیز به نوعی در سامانه های تجزیه و تحلیل سنجش از دور وجود دارد . در واقع در سنجش از دور نیز همواره این ضرورت محسوس بوده است که تصاویر و نتایج تجزیه و تحلیل آنها با کیفیتی مناسب و مطابق با اصول کارتوگرافی ارائه شوند .

– تهیه مدل رقومی ارتفاع : هر چند مدل رقومی زمین معمولاً از طریق درون یابی داده های ارتفاعی در GIS تهیه می شوند ولی امروزه امکان آن از طریق تحلیل تصاویر ماهواره ای استریوسکویی نیز فراهم شده است .

– توابع : بعضی از توابع نظیر طبقه بندی ، فیلتر ، تبدیل ، تغییر پروژکسیون و تطابق هندسی در سنجش از دور و GIS به کار گرفته می شوند .

اصول کاربردی

جداول و نقشه های پرداخت شده خود گویای ارائه اطلاعات مورد نیاز می باشند که با این نقشه ها می توان سنتز نقشه ها را انجام داد . به عنوان نمونه روی هم گذاری نقشه شکل زمین از روی هم قرار دادن نقشه های ارتفاع ، جهت و شیب به دست می آید . در این رابطه اگر از اطلاعات نقشه جهت ، شمال مورد نظر باشد و آن را با a نامگذاری نماییم و از نقشه شیب محل هایی که بین ۵ تا ۱۰ درصد شیب دارند ، z بنامیم و از نقشه ارتفاع محل هایی که بین ۱۰۰۰ تا ۱۴۰۰ متر ارتفاع داشته باشند ، N بنامیم بعد از Overlay نمودن نقشه ها ، در محل هایی که azN داشته باشند ، گویای این مسأله می باشد که آن مناطق دارای شیب بین ۵ تا ۱۰ درصد و ارتفاع بین ۱۰۰۰ تا ۱۴۰۰ متر و جهت شمال هستند . این مسأله برای تمامی مناطق قابل تعریف است .

همچنین اگر نقشه شکل زمین مثلاً با نقشه خاک Overlay شود و جنس خاک با کدها مشخص شده باشد ( فرضاً جنس آهک را I نامگذاری کنیم ) ، در هر منطقه ای که کد azNI را مشاهده کردیم ، متوجه می شویم که جنس خاک نیز از نوع آهکی می باشد و الی آخر .

منبع: جزوه مقدمه ای بر GIS ، رامین روزبهانی ؛ ۱۳۸۷

انتشار:شهرسازی آنلاین