مدل رقومی زمین – بخش اول (مقدمه)

در این پست و پست های آینده مطالبی رو در مورد مدل رقومی زمین یا همون DTM خواهید دید. در بخش اول یک سری بحث های مقدماتی و تئوری و بعدا کارکردن با DTM در ArcGIS. امیدوارم برای همه مفید واقع شود.

1- مقدمه ای بر مدل رقومی زمین (DTM)

1-1 نمایش سطح زمین

ویژگی های اساسی نقشه های مدرن :

1- قابل اندازه گیری (توجیه شده به وسیله قوانین ریاضی) measurability –

2- فراهم کردن دید اجمالی و کلی به وسیله generalization – overview

3- قابل درک با symbolization مناسب intuition –

به طور اساسی، نقشه یک جنرالیزاسیون و abstraction از اشکال موجود در زمین است. مهمترین ویژگی نقشه استفاده از نمایش دو بعدی برای واقعیت های سه بعدی است. برای نمایش دو بعدی به سه بعدی در گذشته از روش های مختلفی چون hachuring ، shading ، hypermetric units برای نقشه های توپوگرافی استفاده می کردند. امروزه فقط از shading استفاده می شوذ، چون پیاده سازی آن با کامپیوتر ساده است.

Block diagram : زمین را می توان به وسیله دید پرسپکتیو نمایش داد. پروسه نمایش یک سطح به این شیوه شامل تصویر کردن سطح در یک نقشه و حذف خطوطی است که از نقطه تصویر (projection) دیده نمی شود. به محصول این کار block diagram می گویند. برای تولید چنین محصولی به یک نمایش رومی از سطح زمین نیاز داریم.

1-1-1 نمایش رقومی سطح زمین

طبقه بندی روش های نمایش کامپیوتری :

نمایش رقومی سطح زمین

ریاضی

سراسری

سری های فوریه

چند جمله ای ها

و …

محلی

Regular patchwise function

Irregular patchwise function

گرافیکی

نقطه

نقاط با توزیع نامنظم

نقاط با توزیع مناسب

Feature point

خط

منحنی میزان

پروفیل ها

Feature line

سطح

تصاویر

دید پرسپکتیو

و …

1-2 مدل های رقومی زمین

1-2-1 مفهوم مدل و مدل ریاضی

به طور کلی سه نوع مدل داریم :

  1. مفهومی
  2. فیزیکی
  3. ریاضی

مدل مفهومی : مدلی است که در ذهن یک قرد درباره یک وضعیت یا یک شی مبنا بر اساس دانش یا تجربیات وی شکل می گیرد. اغلب این نوع مدل مرحله اولیه مدلسازی را شکل می دهد که در دنباله با یک مدل فیزیکی یا ریاضی ادامه پیدا می کند. البته اگر نمایش وضعیت یا شی خیلی مشکل باشد مدل، مفهومی باقی می ماند.

مدل فیزیکی : اغلب مدلی آنالوگ است. یک مثال از این نوع مدل، مدل سطح زمین است که توسط rubber ، plastic یا cray ساخته شده است. مدل stereo از سطح زمین به وسیله دستگاه های اپتیکی یا مکانیکی که در فتوگرامتری زیاد به کار می رود نیز در این دسته قرار می گیرد. یک نوع مدل فیزیکی اغلب وچک تر از اشیا واقعی در علوم زمین است.

مدل ریاضی : نمایش یک وضعیت، شی یا پدیده در ترم ریاضی است. به عبارتی، مدل ریاضی، مدلی است که مؤلفه های آن مفاهیم ریاضی (ثابت ها، متغیرها، توابع، تساوی، نامساوی و…) است.

خود مدل ریاضی به دو دسته کیفی (بر اساس یک سیستم عددی) و کمی (بر اساس تئوری مجموعه ها و … ، قابل ساده شدن به اعداد نیست) تقسیم می شوند. تقسیم بندی مدل های ریاضی، تقسیم آن ها به دو دسته تابعی (برای حل مسائل deterministic در نظر گرفته می شود) و احتمالی (برای حل مسائل Probabilistic در نظر گرفته می شود)

مزایای مدل های ریاضی:

  1. مدل ها امکان abstraction بر اساس یک صورت منطقی را بر اساس یک زبان مرسوم را می دهد. بنابراین ابهام را کاهش می دهد و شانس توافق روی نتایج را ازایش می دهد.
  2. به فرد امکان می دهد که یک خط فکری را دنبال کند و توجه هود را به قسمت های مم مساله معطوف سازد.
  3. به تعمیم یت به کار بردن نتایح خل مساله، در موارد دیگر نیز کمک می کند.
  4. امکان در نظر کردن حالات مختلف را راهم می کند.
  5. ابزاری برای درک جهان واقعی و کشف قوانین طبیعی است.

معیارهای ارزیابی مدل های ریاضی :

  1. accuracy – صحت – خروجی مدل صحیح یا نزدیک به صحیح باشد
  2. descriptive realism – توصیف واقعیت – بر اساس فرضیات صحیح باشد
  3. precision – دقیق – پیش بینی مدل، اعداد معین ، توابع یا اشکال هندسی است
  4. robustness – قدرت – مربوط به ایمنی در مقابل خطاهای داده های ورودی
  5. generality – قابل تعمیم – قابل به کار بردن در وضعیت های مختلف
  6. fruitfulness – ثمربخش بودن – نتایج مناسب باشد، به عبارتی راه ها یا مدل های خوب را ایجاد یا به آن ها اشاره کند
  7. simplicity – کمترین تعداد پارامترهای ممکن در مدل استفاده شود. بر اساس اینکه همواره نباید مدل های پیچیده استفاده شود.
1-2-2 مدل زمین و مدل رقومی زمین

مقایسه DTM در مقابل روش های مرسوم نمایش آنالوگ

  1. فرم های مختلف نمایش : در فرم رقومی ، فرم های مختلف نمایش به سادگی تولید می شودمثل نقشه های توپوگرافیک ، برش های افقی و عمودی و انیمشن سه بعدی
  2. با گذشت زمان نقشه های کاغذی دفرمه می شوند ولی DTM دقت خود را به واسطه استفاده از محیط رقومی حقظ می کند
  3. کارایی بیشتر در اتوماسیون و پردازش های real time – یکپارچه سازی و به هنگام کردن داده ها در فرم رقومی خیلی راحت تر از فرم آنالوگ است
  4. easier multi-scale representation – DTM در resolution های مختلف می تواند تنظیم شود که این مساله مطابق با نمایش در مقیاس های مختلف است.
1-2-3 Digital Elevation Model & DTM

DEM : Digital Elevation Model

DHM : Digital Height Model

DGM : Digital Ground Model

DTEM : Digital Elevation Terrain Model

DGM بیشتر به معنی مدل رقومی سطح جامد زمین است. در مقابل DHM و DEM تاکید بر اندازه گیری از یک دیتوم به سمت بالا دارد. DTM معنی وسیع تری داردو شامل عوارض مشخص زمین مثل رودخانه ها، ridge line ها و break line ها نیز هست.

به طور کلی DTM شامل 4 گروه اطلاعات است :

  1. Landform : از قبیل ارتفاع، شیب، جهت شیب و سایر اشکال پیچیده ژئومورفولوژیاست که برای نمایش ارتفاع زمین استفاده می شود
  2. terrain features : مثل عوارض هیدروگرافی (رودخانه، دریاچه ، خطوط ساحلی) و شبکه های حمل و نقل ( جاده ها ، خطوط راه آهن) ،و مرزها و …
  3. Natural Resource & Environment : مثل خاک ، پوشش گیاهی و …
  4. داده های Socioeconomic : مثل توزیع جمعیت در یک منطقه (صنعتی، کشاورزی و …)

با توجه به موارد فوق تعریف کلی DTM عبارتست از :

DTM یک مجموعه منظم از داده های نقطه ای نمونه برداری شده است که توزیع مکانی انواع مختلف اطلاعات روی زمین را نشان می دهد. بیان ریاضی این مساله می تواند به صورت زیر باشد :

Kp=f ( up , vp ) , k = 1,2 , … , m , p= 1, 2, … , n

Kp : یک مقدار توصیفی k امین feature زمین در محل نقطه P ( که می تواند منفرد باشد ولی اغلب یک سطح کوچک به مرکز P است.)

up , vp :مختصات دو بعدی نقطه p

m>=1 : تعداد انواع اطلاعات است

n : تعداد نقاط نمونه

DTM یک نمایش رقومی از توزیع مکانی یک یا چند نوع اطلاعات زمین است و به وسیله موقعیت دو بعدی + نمایش ریاضی از اطلاعات زمین نمایش داده می شود. اغلب یک نمایش 2.5 بعدی از اطلاعات زمین در فضای جغرافیایی سه بعدی است. اگر m=1 باشد نتیجه همان DEM می شود.

1-3 مدلسازی رقومی زمین

1-3-1 پروسه مدسازی رقومی زمین

فرایند ساخت سطح DTM مدلسازی رقومی زمین نامیده می شود که یک پروسه مدلسازی ریاضی است.

به طور کلی 6 مرحله مدلسازی رقومی زمین داریم که در هر کدام از این مراحل یک یا چند فعالیت انجام می شود. در مجموع 12 فعالیت همانطور که در شکل زیر مشخص است انجام می شود.

1 1 مدل رقومی زمین   بخش اول (مقدمه)

کاربردهای مهم DTM :

  1. برنامه ریزی و طراحی عمرانی، راه و مهندسی معدن
  2. 3D-animation برای اهداف نظامی، طراحی مناظر و طراحی شهری
  3. آنالیز جمع آوری باران و شبیه سازی هیدرولیکی
  4. آنالیزهای دید بین اشیا روی سطح زمین
  5. بحث ژئومورفولوژی و آنالیزهای فرسایش خاک
  6. تفسیر و پردازش تصاویر سنجش از دور
  7. آنالیزهای زمین و محاسبات حجم
  8. انواع مختلف آنالیزهای مکانی
  9. و …

1-4 ارتباط بین مدلسازی رقومی زمین و سایر رشته ها

مدلسازی رقومی زمین 4 مؤلفه اصلی دارد که ارتباط بین آنها خطی نیست :

  • اخذ داده : فتوگرامتری ، نقشه برداری ، سنجش از دور ، کارتوگرافی
  • محاسبات و مدلسازی : هتوگرامتری، نقشه برداری، کارتوگرافی، جغرافی، محاسبات هندسی ، گرافیک کامپیوتری، پردازش تصاویر
  • مدیریت داده : تکنیک های پایگاه داده مکانی، تکنیک های فشرده سازی، کدگذاری داده ها، ساختار داده ، گرافیک کامپیوتری
  • کاربرد : تمام علوم زمینی ، نقشه برداری ، فتوگرامتری، سنجش از دور، جغرافی، ژومورفولوژی، عمران، معدن، طراحی مناظر، طراحی شهری، مدیریت منابع طبیعی و ….

Не покупал ссылок, не пользовался никакими убогими автоматическими программами, которые по словам создателей творят чудеса (что уже давно осталось в истории) Topodin, Предложение по генерации звонков Предлагаем Вам результат целенаправленной работы – звонки заинтересованных клиентов! Просто свяжитесь с нашим менеджером

مطالب مرتبط

4 نظر

  1. ندااسلامیه

    با سلام و تشکر از ایمیل قبلی شما بسیار کوتاه و مفید بود و توانست منو خیلی راه نمایی کنه.در صورت امکان می خواستم یک مقدار اطلاعات درباره سیستم تصویر یا سیستم مختصات یا poojection در اختیارم بگذارید. باز هم ازتون متشکرم

    پاسخ
  2. فرناز

    با سلام و تشکر از مطالب مفید شما
    اگر امکان داره خلاصه ای از کاربرد عملی DTM-animation در طراحی شهری ارائه بدید ممنون می شم. آیا نرم افزار واحدی برای تمامی تحلیل های DTM وجود داره؟ مربوط به چه شرکتی است و آیا امکان دانلود رایگان اون هست؟

    پاسخ

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *