مقاله کوتاه از مدل رقومي سطح زمين DTM
مقدمه اي به DTM :
مدل هاي رقومي سطح زمين كه تحت عنوان DIGITAL TERRAIN MODEL نامگذاري شده اند از سال 1950 در علوم كاربردي زمين مورد استفاده قرار گرفته اند و از آن تاريخ به بعد براي پردازش هاي اطلاعات جغرافيائي به عنوان جزء اصلي محسوب مي شوند ، DTM در علوم زمين و مهندسي كاربردهاي فراوان دارد در يك سيستم GIS DTM امكان انجام آناليز در سطح زمين را فراهم مي كند و قابليت نمايش پديده هاي مرتبط با توپوگرافي و ديگر سطوح را دارند يك DTM به عنوان نمايش رقومي قسمتي از سطح زمين شناخته مي شود.
بطور كلي يك DTM از دو بخش كلي تشكيل شده است.
DATA+ALGORITHM
بدين مفهوم كه ابتدا داده هايي را كه در ساختن DTM نقش دارند نظير نقاط ارتفاعي منحني هاي ميزان و غيره را از منابعي بايد جمع آوري نمود. و نهايتا بر اساس آن مدل رقومي سطح زمين را تهيه نمود.
بطور كلي مراحل مختلفي در مورد يك DTM وجود دارد كه عبارتند از 1- CENERATIEN DTM2 - اصلاح و ويرايش DTM ساخته شده MANIPULATION 3- تغيير و استخراج اطلاعات از روي INTERPRETATION 4-آناليزهاي مجري VISUALIZATION DTM 5- اخذ كاربردهاي مختلف DTM
منابع جمع آوري داده هاي DTM APPLICATION
همانطور كه ذكر گرديد داده يا DATA يكي از بخش هاي مهم DTM مي باشد منظور از داده المانهاي نمايشگر ارتفاعات سطح زمين هستند ، نظير نقاط ارتفاعي ، منحني هاي ميزان و غيره روش هاي مختلفي به منظور جمع آوري اين داده ها وجود دارد.
بطور كلي اغلب داده هاي مورد نياز در DTM از سه منبع تامين مي شوند.
1- نقشه برداري زميني 2- فتوگرامتري 3- نقشه هاي كارتوگرافي ديجيتايز شده منابع و روش هاي ديگري نيز در جمع آوري داده ها وجود دارد: نظير روش هاي را دار SONAR-LASER SCAN
روش نقشه برداري زميني :
داده هاي نقشه برداري زمين خيلي دقيق هستند و نقشه برداران از خصوصيات زمين به دقت بهره برداري مي كنند نهايتا دقت DTM توليده شده با اين روش بسيار بالا خواهد بود.
ليكن تكنيك جمع آوري داده ها در اين روش نسبتا هزينه بر و زمانبر است.
لذا معمولا از اين روش در مناطق كوچك استفاده مي شود.
ضمنا در مواردي كه روش هاي دگير محدوديت دارند ( مثل جمع آوري اطلاعات در مناطق جنگلي توسط فتوگرامتري) ناگزير به استفاده از اين روش مي باشيم.
روش نقشه برداري هوايي ( فتوگرامتري )
جمع آوري اطلاعات به روش فتوگرامتري بر اساس تغيير استرئوسكوپي عكس هاي هوايي است.
بر اساس تجهيزات مورد استفاده روش فتوگراتري به سه دسته آنالوگ ، تحليلي و رقومي تقسيم مي شوند فتوگراتري رقومي بر اساس تكنيك STEREO MATCHING عمل مي نمايد.
اين روش با شناسايي نفاط مشترك در يك روج تصوير چپ و راست. با همپوشاني عرض عمل توجيه مطلق و توجيه نسبي عكس هاي هوايي را به طور كاملا اتوماتيك به انجام مي رساند و بدين ترتيب مدل رقومي سه بعدي را تشكيل مي دهد و از اين مدل مي توان داده هاي سه بعدي را استخراج نمود و از آنها در تهيه DTM و ارتوفتوها استفاده كرد.
روش فتوگرامتري براي مناطق وسيع كاربرد دارد.
استفاده از نقشه هاي كارتوگرافي ديجيتايز شده گاهي نقشه هاي كاغذي منطقه اي وجود دارد و در آن منحني هاي ميزان نيز ترسيم شده است به دليل محدوديت بودجه و يا زمان مي توان از اين روش بهره جست به اين ترتيب كه ابتدا نقشه هاي كاغذي و يا لايه هاي مورد نظر بايد به صورت سه بعدي رقومي شوند.
از آنجائيكه يك منحني ميزان نقاط هم ارتفاع را به هم متصل مي نمايد لذا هر نقطه بر روي منحني ميزان رقومي شده مي تواند به عنوان داده اي در توليد DTM استفاده گردد.
روش هاي نمونه برداري داده هاي ارتفاعي :
روش هاي مختلفي براي نمونه برداري يا SAMPLING وجود دارد از مهمترين تكنيك هاي داده هاي ارتفاعي مي توان به روش هاي زير اشاره نمود.
1- روش منظم REGULAR SAMPLING
2- روش مرحله اي PROGRESSIVE SAMPLING
3- روش انتخابي ( نامنظم ) SELECTIVE SAMPLING
1- در اين روش فواصل برداشت نقاط همانند يك GRID ثابت است نكته حائز اهميت در اين روش يافتن بهترين فواصل در نمونه برداري است. روش هاي بسياري براي حل اين نكته وجود دارد كه شامل تكنيك هايي بر اساس آناليزهاي طيفي ، اينترپولاسيون خطي ، تخمين VARIOGRAM
در روش نمونه برداري منظم بر اساس اينكه فاصله GRID ها مشخص و ثابت است از يك قانون منظم و زمين هموژن طبيعت مي كند.اين روش براي زمين هايي كه داراي ناهمواري زياد است مناسب نمي باشد .
2- در اين روش نوع تراكم نقاط نمونه به پيچيدگي و ناهمواري هاي سطح زمين وابسته است از مزاياي اين روش مي توان به بالاتر بردن دقت نمونه برداري اشاره نمود و از معايب آن اين است كه ممكن است در مناطقي ، نقاط اضافي برداشت شوند در اين روش ابتدا منطقه به چهار بخش تقسيم بندي مي شود سپس هر مربع كه داراي پيچيدگي است مجددا به 4 مربع تقسيم مي شود و در مناطقي كه يكنواخت مي باشند تقسيم بندي ادامه پيدا نمي كند سپس مجددا تقسيم بندي شروع مي شود تا در هر مربع منطقه كاملا هموار وجود داشته باشد روش نمونه برداري انتخابي يا
در اين روش نقاط نمونه به طور كاملا نامنظم و در جاهائيكه تغيير ارتفاعي وجود دارد گرفته مي شود از مهمترين اين عمل ها خط القعر و خط الراس هاست.
از مزاياي اين روش به حداقل رسانيدن تعداد نقاط نمونه و عدم وجود نقاط اضافه است و از معايب آن اين است كه نمونه برداري وابسته به نظر عامل مي باشد و لذا خطاهاي انساني را نيز به همراه دارد.
نمون برداري تركيب ( COMPOSITE SAMPLING )
اين روش تركيب از روش هاي مرحله اي و روش انتخابي است با اين روش نقاط نمونه حداقل است و در مناطق با شيب هاي تند مشكل وجود GAP مرتفع گرديده است. دقت اين روش خيلي بالاست.
درون يابي ( INTERPOLATION )
همانطور كه قبلا ذكر شد DTM شامل دو بخش داده و مدل است درون يابي ( INTERPOLATION ) فرآيند يافتن مقادير نقاط نامعلوم با استفاده از نقاط نمونه برداري شده ( نقاط معلوم ) است.
درون يابي تخمين ازتفاع در صفحه ( منطقه اي ) كه داراي هيچ داده اي نيست مي باشد.
بطور كلي عمل درون يابي يا INTERPOLATION جهت عمليات زير استفاده مي شود.
1- محاسبه ارتفاع ( Z ) در يك نقطه منفرد نامعلوم
2- محاسبه ارتفاع (Z ) از يك GRID منظم مربعي از نقاط نمونه برداري مرجع
3- محاسبه موقعيت مسطحاتي ( X,Y) بين دو منحني ميزان با استفاده از روش (CONTOUR INTERPOLATION )
4- شناسايي تراكم ( ضخامت ) مربوط به GRID هاي مربعي ( RESAMPLING ) انواع انترپولاسيون GLOBAL- LOCAL- POINTWISE
كيفيت DTM نهايي به روش انترپولاسيون بستگي دارد
عوامل اتخاذ نوع روش انترپولاسيون :
به دو عامل ساختار عوارض و سازگاري خصوصيات زمين با تابع انترپولاسيون وابسته است.
تابع انترپولاسيون بايد سازگار با خاصيت اجزاي داده ( نوع – دقت – اهميت و… باشد)
دقت مورد نياز و روش محاسباتي ( نزديكترين همسايگي ، SPLINE و …) در اتخاز روش انترپولاسيون اهميت دارد.
ساختارهاي DTM
پس از جمع آوري داده هاي و انجام عمليات درون يابي به مرحله ساخت مدل مي رسيم مدل رقومي سطح زمين داراي ساختارهاي متعددي مي باشد كه اين ساختار ها به نوع نمونه بردارد نقاط وابسته هستند دو نوع ساختار مهم براي DTM وجود دارد.
1- شبكه منظم( GRID ) 2- شبكه نامنظم مثلثي ( TIN)
ساختار شبكه منظم يا GRID MODEL STRUCTURE
GRID يك ساختار ماتريسي است كه ارتباطات توپولوژيكي ما بين نقاط داده ها را ذخيره كرد و نمايش مي دهد از آنجائيكه اين ساختار رقومي است نمايش ارتفاعات بصورت ماتريس ارتفاعي را به راحتي حمايت مي كند و از الگوريتم هاي ( مدل سازي شبكه منظم زمين ) استفاده مي نمايد.
اين ساختار را به نام DTM رستري نيز مي شناسد در اين ساختار افزايش RESOLUTION GIRID ها توسط كاهش فواصل نقاط نمونه انجام پذير است كه منجر به افزايش دقت خواهد شد ليكن كاهش فواصل نقاط مي تواند منجر به افزايش هزينه ها گردد. اگر زمين نسبتا مسطح باشد اين روش مناسب است.
ساختار شبكه نامنظم مثلثي (TIN)
TRIONGULATE IRREGULAR NETWORK MODEL STRUCTURE
به شبكه نامنظم مثلثي TIN گفته مي شود . اين شبكه داراي ارتباطات توپولوژيكي است هنگامي كه از روش نمونه برداري انتخابي يا نامنظم مرحله اي و يا تركيبي استفاده مي گردد پس از انجام عمليات درون يابي يا ( INTER POLATION ) لازم است عمليات مثلث بندي يا TRIARGULATION انجام پذيرد.
در اين صورت در خروجي TIN بدست خواهد آمد. عوارض پايه مي توانند به راحتي در داخل ساختار داده وارد شود نتيجتا TIN ها قادر هستند باز تاب كافي و مناسبي از چگالي و تراكم نقاط و نقاط ناهموار زمين را عرضه نمايند.
ساختار TIN نسبت به ساختار GRID داراي نقاط كمتري است ليكن ارتباطات توپولوژي برداري بايستي به طور صحيح و واضح محاسبه و ذخيره شود بنابر اين TIN ها داراي ساختار پيچيده تري هستند و اغلب جهت HANDLE نمودن مشكل تر مي باشند با استفاده از مثلث هاي TIN كه توسط روش TRIARGULATION ساخته مي شوند ما مطمئن هستيم كه به هر سه نقطه يك مثلث يا صفحه FIT خواهد شد.
در GIS هاي برداري TIN مي تواند در حكم پلي گونهايي باشد كه حاوي اطلاعات شيب ، جهت و مساحت است از لحاظ مفهومي مدل تين در مناطقي مناسب است كه در شيب داراي شكستگي هاي عمده اي نظير خط الراس ها، كانال ها ، خط القعر ها و غيره باشيم بر خلاف مدلGRID در TIN مي توان با توجه به تغيير شيب زمين نقاط نمونه برداي را افزايش يا كاهش داد اجزاي يك TIN عبارتند از :
NODE ها – لبه ها ( EDGE ) – مثلثها ( TRIANGLES ) و ساختار توپولوژي ساختارهاي GRID , TIN وابسته به كاربردهايي مي توانند به يكديگر تبديل گردند.
اگر دو ساختار بخواهند با يكديگر JOIN شوند و پيوسته گردند لازم است هر دو داراي يك ساختار واحد باشند.
TIN GRID غلط
نظرات شما عزیزان:
