مدل رقومی زمین (DTM) در شش بخش

نقل قول :

 ابتدا یه سری بحث های مقدماتی و تئوری و بعدا کارکردن با DTM در ARcGIS

بخش اول

1- مقدمه ای بر مدل رقومی زمین (DTM)

1-1 نمايش سطح زمين

ويژگي هاي اساسي نقشه هاي مدرن :

1- قابل اندازه گيري (توجيه شده به وسيله قوانين رياضي) measurability –

2- فراهم كردن ديد اجمالي و كلي به وسيله generalization – overview

3- قابل درك با symbolization مناسب intuition –

 

به طور اساسي، نقشه يك جنراليزاسيون و abstraction از اشكال موجود در زمين است. مهمترين ويژگي نقشه استفاده از نمايش دو بعدي براي واقعيت هاي سه بعدي است. براي نمايش دو بعدي به سه بعدي در گذشته از روش هاي مختلفي چون hachuring ، shading ، hypermetric units براي نقشه هاي توپوگرافي استفاده مي كردند. امروزه فقط از shading استفاده مي شوذ، چون پياده سازي آن با كامپيوتر ساده است.

Block diagram : زمين را مي توان به وسيله ديد پرسپكتيو نمايش داد. پروسه نمايش يك سطح به اين شيوه شامل تصوير كردن سطح در يك نقشه و حذف خطوطي است كه از نقطه تصوير (projection) ديده نمي شود. به محصول اين كار block diagram مي گويند. براي توليد چنين محصولي به يك نمايش رومي از سطح زمين نياز داريم.

 

1-1-1 نمايش رقومي سطح زمين

طبقه بندي روش هاي نمايش كامپيوتري :

2-1 مدل هاي رقومي زمين

1-2-1 مفهوم مدل و مدل رياضي

به طور كلي سه نوع مدل داريم :

1- مفهومي

2- فيزيكي

3- رياضي

 

مدل مفهومي : مدلي است كه در ذهن يك قرد درباره يك وضعيت يا يك شي مبنا بر اساس دانش يا تجربيات وي شكل مي گيرد. اغلب اين نوع مدل مرحله اوليه مدلسازي را شكل مي دهد كه در دنباله با يك مدل فيزيكي يا رياضي ادامه پيدا مي كند. البته اگر نمايش وضعيت يا شي خيلي مشكل باشد مدل، مفهومي باقي مي ماند.

مدل فيزيكي : اغلب مدلي آنالوگ است. يك مثال از اين نوع مدل، مدل سطح زمين است كه توسط rubber ، plastic يا cray ساخته شده است. مدل stereo از سطح زمين به وسيله دستگاه هاي اپتيكي يا مكانيكي كه در فتوگرامتري زياد به كار مي رود نيز در اين دسته قرار مي گيرد. يك نوع مدل فيزيكي اغلب وچك تر از اشيا واقعي در علوم زمين است.

مدل رياضي : نمايش يك وضعيت، شي يا پديده در ترم رياضي است. به عبارتي، مدل رياضي، مدلي است كه مؤلفه هاي آن مفاهيم رياضي (ثابت ها، متغيرها، توابع، تساوي، نامساوي و...) است.

 

خود مدل رياضي به دو دسته كيفي (بر اساس يك سيستم عددي) و كمي (بر اساس تئوري مجموعه ها و ... ، قابل ساده شدن به اعداد نيست) تقسيم مي شوند. تقسيم بندي مدل هاي رياضي، تقسيم آن ها به دو دسته تابعي (براي حل مسائل deterministic در نظر گرفته مي شود) و احتمالي (براي حل مسائل Probabilistic در نظر گرفته مي شود)

مزاياي مدل هاي رياضي:

1- مدل ها امكان abstraction بر اساس يك صورت منطقي را بر اساس يك زبان مرسوم را مي دهد. بنابراين ابهام را كاهش مي دهد و شانس توافق روي نتايج را ازايش مي دهد.

2- به فرد امكان مي دهد كه يك خط فكري را دنبال كند و توجه هود را به قسمت هاي مم مساله معطوف سازد.

3- به تعميم يت به كار بردن نتايح خل مساله، در موارد ديگر نيز كمك مي كند.

4- امكان در نظر كردن حالات مختلف را راهم مي كند.

5- ابزاري براي درك جهان واقعي و كشف قوانين طبيعي است.

 

 

معيارهاي ارزيابي مدل هاي رياضي :

1- accuracy – صحت – خروجي مدل صحيح يا نزديك به صحيح باشد

2- descriptive realism – توصيف واقعيت – بر اساس فرضيات صحيح باشد

3- precision – دقيق – پيش بيني مدل، اعداد معين ، توابع يا اشكال هندسي است

4- robustness – قدرت – مربوط به ايمني در مقابل خطاهاي داده هاي ورودي

5- generality – قابل تعميم – قابل به كار بردن در وضعيت هاي مختلف

6- fruitfulness – ثمربخش بودن - نتايج مناسب باشد، به عبارتي راه ها يا مدل هاي خوب را ايجاد يا به آن ها اشاره كند

7- simplicity – كمترين تعداد پارامترهاي ممكن در مدل استفاده شود. بر اساس اينكه همواره نبايد مدل هاي پيچيده استفاده شود.

 

2-2-1 مدل زمين و مدل رقومي زمين

مقايسه DTM در مقابل روش هاي مرسوم نمايش آنالوگ

1- فرم هاي مختلف نمايش : در فرم رقومي ، فرم هاي مختلف نمايش به سادگي توليد مي شودمثل نقشه هاي توپوگرافيك ، برش هاي افقي و عمودي و انيمشن سه بعدي

2- با گذشت زمان نقشه هاي كاغذي دفرمه مي شوند ولي DTM دقت خود را به واسطه استفاده از محيط رقومي حقظ مي كند

3- كارايي بيشتر در اتوماسيون و پردازش هاي real time – يكپارچه سازي و به هنگام كردن داده ها در فرم رقومي خيلي راحت تر از فرم آنالوگ است

4- easier multi-scale representation – DTM در resolution هاي مختلف مي تواند تنظيم شود كه اين مساله مطابق با نمايش در مقياس هاي مختلف است.

 

3-2-1 Digital Elevation Model & DTM

DEM : Digital Elevation Model

DHM : Digital Height Model

DGM : Digital Ground Model

DTEM : Digital Elevation Terrain Model

DGM بيشتر به معني مدل رقومي سطح جامد زمين است. در مقابل DHM و DEM تاكيد بر اندازه گيري از يك ديتوم به سمت بالا دارد. DTM معني وسيع تري داردو شامل عوارض مشخص زمين مثل رودخانه ها، ridge line ها و break line ها نيز هست.

به طور كلي DTM شامل 4 گروه اطلاعات است :

1- Landform : از قبيل ارتفاع، شيب، جهت شيب و ساير اشكال پيچيده ژئومورفولوژياست كه براي نمايش ارتفاع زمين استفاده مي شود

2- terrain features : مثل عوارض هيدروگرافي (رودخانه، درياچه ، خطوط ساحلي) و شبكه هاي حمل و نقل ( جاده ها ، خطوط راه آهن) ،و مرزها و ...

3- Natural Resource & Environment : مثل خاك ، پوشش گياهي و ...

4- داده هاي Socioeconomic : مثل توزيع جمعيت در يك منطقه (صنعتي، كشاورزي و ...)

 

با توجه به موارد فوق تعريف كلي DTM عبارتست از :

DTM يك مجموعه منظم از داده هاي نقطه اي نمونه برداري شده است كه توزيع مكاني انواع مختلف اطلاعات روي زمين را نشان مي دهد. بيان رياضي اين مساله مي تواند به صورت زير باشد :

 

K_p=f ( u_p , v_p ) , k = 1,2 , … , m , p= 1, 2, … , n

K_p : يك مقدار توصيفي k امين feature زمين در محل نقطه P ( كه مي تواند منفرد باشد ولي اغلب يك سطح كوچك به مركز P است.)

u_p , v_p :مختصات دو بعدي نقطه p

m>=1 : تعداد انواع اطلاعات است

n : تعداد نقاط نمونه

 

DTM يك نمايش رقومي از توزيع مكاني يك يا چند نوع اطلاعات زمين است و به وسيله موقعيت دو بعدي + نمايش رياضي از اطلاعات زمين نمايش داده مي شود. اغلب يك نمايش 2.5 بعدي از اطلاعات زمين در فضاي جغرافيايي سه بعدي است. اگر m=1 باشد نتيجه همان DEM مي شود.

 

3-1 مدلسازي رقومي زمين

1-3-1 پروسه مدسازي رقومي زمين

فرايند ساخت سطح DTM مدلسازي رقومي زمين ناميده مي شود كه يك پروسه مدلسازي رياضي است.

به طور كلي 6 مرحله مدلسازي رقومي زمين داريم كه در هر كدام از اين مراحل يك يا چند فعاليت انجام مي شود. به طور كلي 12 فعاليت همانطور كه در شكل زير مشخص است انجام مي شد.

 

 

كاربردهاي مهم DTM :

1- برنامه ريزي و طراحي عمراني، راه و مهندسي معدن

2- 3D-animation براي اهداف نظامي، طراحي مناظر و طراحي شهري

3- آناليز جمع آوري باران و شبيه سازي هيدروليكي

4- آناليزهاي ديد بين اشيا روي سطح زمين

5- بحث ژئومورفولوژي و آناليزهاي فرسايش خاك

6- تفسير و پردازش تصاوير سنجش از دور

7- آناليزهاي زمين و محاسبات حجم

8- انواع مختلف آناليزهاي مكاني

و ...

 

4-1 ارتباط بين مدلسازي رقومي زمين و ساير رشته ها :

مدلسازي رقومي زمين 4 مؤلفه اصلي دارد كه ارتباط بين آنها خطي نيست :

- اخذ داده : فتوگرامتري ، نقشه برداري ، سنجش از دور ، كارتوگرافي

- محاسبات و مدلسازي : هتوگرامتري، نقشه برداري، كارتوگرافي، جغرافي، محاسبا هندسي ، گرافيك كامپيوتري، پردازش تصاوير

- مديريت داده : تكنيك هاي پايگاه داده مكاني، تكنيك هاي فشرده سازي، كدگذاري داده ها، ساختار داده ، گرافيك كامپيوتري

- كاربرد : تمام علوم زميني ، نقشه برداري ، فتوگرامتري، سنجش از دور، جغرافي، ژومورفولوژي، عمران، معدن، طراحي مناظر، طراحي شهري، مديريت منابع طبيعي و ....

نظرات شما عزیزان: