مطالب و دانلود های برگزیده سایت ایران سازه ( بهمن ۹۰ )
در این مدت ( بهمن ۹۰ ) تعداد زیادی مطلب و فایل به سایت اضافه شده است که با مراجعه به
میتوانید به لیست کامل آنها دسترسی پیدا کنید. برگزیده این مطالب و
دانلودها (جز آنهایی که قبلاً در صفحه اول ایران سازه مستقیماً معرفی شده
اند) به شرح زیر میباشند :
( فیلم )
برچسبها: مطالب, دانلود های برگزیده, سایت ایران سازه, بهمن ۹۰, مهندس حسن فراهانی, مهندسی عمران راه و ساختمان
مدل های رقومی سطح زمین که تحت عنوان DIGITAL
TERRAIN MODEL نامگذاری شده اند از سال ۱۹۵۰ در علوم کاربردی زمین مورد
استفاده قرار گرفته اند و از آن تاریخ به بعد برای پردازش های اطلاعات
جغرافیائی به عنوان جزء اصلی محسوب می شوند ، DTM در علوم زمین و مهندسی
کاربردهای فراوان دارد در یک سیستم GIS DTM امکان انجام آنالیز در سطح زمین
را فراهم می کند و قابلیت نمایش پدیده های مرتبط با توپوگرافی و دیگر سطوح
را دارند یک DTM به عنوان نمایش رقومی قسمتی از سطح زمین شناخته می شود.
بطور کلی یک DTM از دو بخش کلی تشکیل شده است.
DATA+ALGORITHM
بدین مفهوم که ابتدا داده هایی را که در ساختن DTM
نقش دارند نظیر نقاط ارتفاعی منحنی های میزان و غیره را از منابعی باید جمع
آوری نمود. و نهایتا بر اساس آن مدل رقومی سطح زمین را تهیه نمود.
بطور کلی مراحل مختلفی در مورد یک DTM وجود دارد که
عبارتند از ۱- CENERATIEN DTM2 – اصلاح و ویرایش DTM ساخته شده
MANIPULATION 3- تغییر و استخراج اطلاعات از روی INTERPRETATION
4-آنالیزهای مجری VISUALIZATION DTM ۵- اخذ کاربردهای مختلف DTM
منابع جمع آوری داده های DTM APPLICATION
همانطور که ذکر گردید داده یا DATA یکی از بخش های
مهم DTM می باشد منظور از داده المانهای نمایشگر ارتفاعات سطح زمین هستند ،
نظیر نقاط ارتفاعی ، منحنی های میزان و غیره روش های مختلفی به منظور جمع
آوری این داده ها وجود دارد.
بطور کلی اغلب داده های مورد نیاز در DTM از سه منبع تامین می شوند.
۱- نقشه برداری زمینی ۲- فتوگرامتری ۳- نقشه های
کارتوگرافی دیجیتایز شده منابع و روش های دیگری نیز در جمع آوری داده ها
وجود دارد: نظیر روش های را دار SONAR-LASER SCAN
روش نقشه برداری زمینی :
داده های نقشه برداری زمین خیلی دقیق هستند و نقشه
برداران از خصوصیات زمین به دقت بهره برداری می کنند نهایتا دقت DTM تولیده
شده با این روش بسیار بالا خواهد بود.
لیکن تکنیک جمع آوری داده ها در این روش نسبتا هزینه بر و زمانبر است.
لذا معمولا از این روش در مناطق کوچک استفاده می شود.
ضمنا در مواردی که روش های دگیر محدودیت دارند (
مثل جمع آوری اطلاعات در مناطق جنگلی توسط فتوگرامتری) ناگزیر به استفاده
از این روش می باشیم.
روش نقشه برداری هوایی ( فتوگرامتری )
جمع آوری اطلاعات به روش فتوگرامتری بر اساس تغییر استرئوسکوپی عکس های هوایی است.
بر اساس تجهیزات مورد استفاده روش فتوگراتری به سه
دسته آنالوگ ، تحلیلی و رقومی تقسیم می شوند فتوگراتری رقومی بر اساس تکنیک
STEREO MATCHING عمل می نماید.
این روش با شناسایی نفاط مشترک در یک روج تصویر چپ و
راست. با همپوشانی عرض عمل توجیه مطلق و توجیه نسبی عکس های هوایی را به
طور کاملا اتوماتیک به انجام می رساند و بدین ترتیب مدل رقومی سه بعدی را
تشکیل می دهد و از این مدل می توان داده های سه بعدی را استخراج نمود و از
آنها در تهیه DTM و ارتوفتوها استفاده کرد.
روش فتوگرامتری برای مناطق وسیع کاربرد دارد.
استفاده از نقشه های کارتوگرافی دیجیتایز شده گاهی
نقشه های کاغذی منطقه ای وجود دارد و در آن منحنی های میزان نیز ترسیم شده
است به دلیل محدودیت بودجه و یا زمان می توان از این روش بهره جست به این
ترتیب که ابتدا نقشه های کاغذی و یا لایه های مورد نظر باید به صورت سه
بعدی رقومی شوند.
از آنجائیکه یک منحنی میزان نقاط هم ارتفاع را به
هم متصل می نماید لذا هر نقطه بر روی منحنی میزان رقومی شده می تواند به
عنوان داده ای در تولید DTM استفاده گردد.
روش های نمونه برداری داده های ارتفاعی :
روش های مختلفی برای نمونه برداری یا SAMPLING وجود دارد از مهمترین تکنیک های داده های ارتفاعی می توان به روش های زیر اشاره نمود.
۱- روش منظم REGULAR SAMPLING
2- روش مرحله ای PROGRESSIVE SAMPLING
3- روش انتخابی ( نامنظم ) SELECTIVE SAMPLING
1- در این روش فواصل برداشت نقاط همانند یک GRID
ثابت است نکته حائز اهمیت در این روش یافتن بهترین فواصل در نمونه برداری
است. روش های بسیاری برای حل این نکته وجود دارد که شامل تکنیک هایی بر
اساس آنالیزهای طیفی ، اینترپولاسیون خطی ، تخمین VARIOGRAM
در روش نمونه برداری منظم بر اساس اینکه فاصله GRID
ها مشخص و ثابت است از یک قانون منظم و زمین هموژن طبیعت می کند.این روش
برای زمین هایی که دارای ناهمواری زیاد است مناسب نمی باشد .
۲- در این روش نوع تراکم نقاط نمونه به پیچیدگی و
ناهمواری های سطح زمین وابسته است از مزایای این روش می توان به بالاتر
بردن دقت نمونه برداری اشاره نمود و از معایب آن این است که ممکن است در
مناطقی ، نقاط اضافی برداشت شوند در این روش ابتدا منطقه به چهار بخش تقسیم
بندی می شود سپس هر مربع که دارای پیچیدگی است مجددا به ۴ مربع تقسیم می
شود و در مناطقی که یکنواخت می باشند تقسیم بندی ادامه پیدا نمی کند سپس
مجددا تقسیم بندی شروع می شود تا در هر مربع منطقه کاملا هموار وجود داشته
باشد روش نمونه برداری انتخابی یا
در این روش نقاط نمونه به طور کاملا نامنظم و در
جاهائیکه تغییر ارتفاعی وجود دارد گرفته می شود از مهمترین این عمل ها خط
القعر و خط الراس هاست.
از مزایای این روش به حداقل رسانیدن تعداد نقاط
نمونه و عدم وجود نقاط اضافه است و از معایب آن این است که نمونه برداری
وابسته به نظر عامل می باشد و لذا خطاهای انسانی را نیز به همراه دارد.
نمون برداری ترکیب ( COMPOSITE SAMPLING )
این روش ترکیب از روش های مرحله ای و روش انتخابی
است با این روش نقاط نمونه حداقل است و در مناطق با شیب های تند مشکل وجود
GAP مرتفع گردیده است. دقت این روش خیلی بالاست.
درون یابی ( INTERPOLATION )
همانطور که قبلا ذکر شد DTM شامل دو بخش داده و مدل
است درون یابی ( INTERPOLATION ) فرآیند یافتن مقادیر نقاط نامعلوم با
استفاده از نقاط نمونه برداری شده ( نقاط معلوم ) است.
درون یابی تخمین ازتفاع در صفحه ( منطقه ای ) که دارای هیچ داده ای نیست می باشد.
بطور کلی عمل درون یابی یا INTERPOLATION جهت عملیات زیر استفاده می شود.
۱- محاسبه ارتفاع ( Z ) در یک نقطه منفرد نامعلوم
۲- محاسبه ارتفاع (Z ) از یک GRID منظم مربعی از نقاط نمونه برداری مرجع
۳- محاسبه موقعیت مسطحاتی ( X,Y) بین دو منحنی میزان با استفاده از روش (CONTOUR INTERPOLATION )
4- شناسایی تراکم ( ضخامت ) مربوط به GRID های مربعی ( RESAMPLING ) انواع انترپولاسیون GLOBAL- LOCAL- POINTWISE
کیفیت DTM نهایی به روش انترپولاسیون بستگی دارد
عوامل اتخاذ نوع روش انترپولاسیون :
به دو عامل ساختار عوارض و سازگاری خصوصیات زمین با تابع انترپولاسیون وابسته است.
تابع انترپولاسیون باید سازگار با خاصیت اجزای داده ( نوع – دقت – اهمیت و… باشد)
دقت مورد نیاز و روش محاسباتی ( نزدیکترین همسایگی ، SPLINE و …) در اتخاز روش انترپولاسیون اهمیت دارد.
ساختارهای DTM
پس از جمع آوری داده های و انجام عملیات درون یابی
به مرحله ساخت مدل می رسیم مدل رقومی سطح زمین دارای ساختارهای متعددی می
باشد که این ساختار ها به نوع نمونه بردارد نقاط وابسته هستند دو نوع
ساختار مهم برای DTM وجود دارد.
۱- شبکه منظم( GRID ) 2- شبکه نامنظم مثلثی ( TIN)
ساختار شبکه منظم یا GRID MODEL STRUCTURE
GRID یک ساختار ماتریسی است که ارتباطات
توپولوژیکی ما بین نقاط داده ها را ذخیره کرد و نمایش می دهد از آنجائیکه
این ساختار رقومی است نمایش ارتفاعات بصورت ماتریس ارتفاعی را به راحتی
حمایت می کند و از الگوریتم های ( مدل سازی شبکه منظم زمین ) استفاده می
نماید.
این ساختار را به نام DTM رستری نیز می شناسد در
این ساختار افزایش RESOLUTION GIRID ها توسط کاهش فواصل نقاط نمونه انجام
پذیر است که منجر به افزایش دقت خواهد شد لیکن کاهش فواصل نقاط می تواند
منجر به افزایش هزینه ها گردد. اگر زمین نسبتا مسطح باشد این روش مناسب
است.
ساختار شبکه نامنظم مثلثی (TIN)
TRIONGULATE IRREGULAR NETWORK MODEL STRUCTURE
به شبکه نامنظم مثلثی TIN گفته می شود . این شبکه
دارای ارتباطات توپولوژیکی است هنگامی که از روش نمونه برداری انتخابی یا
نامنظم مرحله ای و یا ترکیبی استفاده می گردد پس از انجام عملیات درون یابی
یا ( INTER POLATION ) لازم است عملیات مثلث بندی یا TRIARGULATION انجام
پذیرد.
در این صورت در خروجی TIN بدست خواهد آمد. عوارض
پایه می توانند به راحتی در داخل ساختار داده وارد شود نتیجتا TIN ها قادر
هستند باز تاب کافی و مناسبی از چگالی و تراکم نقاط و نقاط ناهموار زمین را
عرضه نمایند.
ساختار TIN نسبت به ساختار GRID دارای نقاط کمتری
است لیکن ارتباطات توپولوژی برداری بایستی به طور صحیح و واضح محاسبه و
ذخیره شود بنابر این TIN ها دارای ساختار پیچیده تری هستند و اغلب جهت
HANDLE نمودن مشکل تر می باشند با استفاده از مثلث های TIN که توسط روش
TRIARGULATION ساخته می شوند ما مطمئن هستیم که به هر سه نقطه یک مثلث یا
صفحه FIT خواهد شد.
در GIS های برداری TIN می تواند در حکم پلی گونهایی
باشد که حاوی اطلاعات شیب ، جهت و مساحت است از لحاظ مفهومی مدل تین در
مناطقی مناسب است که در شیب دارای شکستگی های عمده ای نظیر خط الراس ها،
کانال ها ، خط القعر ها و غیره باشیم بر خلاف مدلGRID در TIN می توان
با توجه به تغییر شیب زمین نقاط نمونه بردای را افزایش یا کاهش داد اجزای
یک TIN عبارتند از :
NODE ها – لبه ها ( EDGE ) – مثلثها ( TRIANGLES ) و
ساختار توپولوژی ساختارهای GRID , TIN وابسته به کاربردهایی می توانند به
یکدیگر تبدیل گردند.
اگر دو ساختار بخواهند با یکدیگر JOIN شوند و
پیوسته گردند لازم است هر دو دارای یک ساختار واحد باشند.
TIN GRID غلط
برچسبها: مقاله کوتاه, مدل رقومی سطح زمین, DTM, مهندس حسن فراهانی, مهندسی عمران راه و ساختمان
ابتدا یه سری بحث های مقدماتی و تئوری و بعدا کارکردن با DTM در ARcGIS
بخش اول
۱- مقدمه ای بر مدل رقومی زمین (DTM)
1-1 نمایش سطح زمین
ویژگی های اساسی نقشه های مدرن :
۱- قابل اندازه گیری (توجیه شده به وسیله قوانین ریاضی) measurability –
۲- 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.
۱-۱-۱ نمایش رقومی سطح زمین
طبقه بندی روش های نمایش کامپیوتری :
۲-۱ مدل های رقومی زمین
۱-۲-۱ مفهوم مدل و مدل ریاضی
به طور کلی سه نوع مدل داریم :
۱- مفهومی
۲- فیزیکی
۳- 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:
۱- 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.
۲- به فرد امکان می دهد که یک خط فکری را دنبال کند و توجه
هود را به قسمت های مم مساله معطوف سازد.
۳- به تعمیم یت به کار بردن نتایح خل مساله، در موارد دیگر
نیز کمک می کند.
۴- امکان در نظر کردن حالات مختلف را راهم می کند.
۵- ابزاری برای درک جهان واقعی و کشف قوانین طبیعی است.
معیارهای ارزیابی مدل های ریاضی :
۱- accuracy– صحت – خروجی مدل صحیح یا نزدیک به صحیح باشد
۲- descriptive realism– توصیف واقعیت – بر
اساس فرضیات صحیح باشد
۳- precision–
دقیق – پیش بینی مدل، اعداد معین ، توابع یا اشکال هندسی است
۴- robustness– قدرت – مربوط به ایمنی در مقابل خطاهای داده های
ورودی
۵- generality– قابل تعمیم –قابل به کار بردن در وضعیت
های مختلف
۶- fruitfulness– ثمربخش بودن -نتایج مناسب باشد، به
عبارتی راه ها یا مدل های خوب را ایجاد یا به آن ها اشاره کند
۷- simplicity– کمترین تعداد پارامترهای ممکن در مدل استفاده
شود. بر اساس اینکه همواره نباید مدل های پیچیده استفاده شود.
۲-۲-۱ مدل زمین و مدل رقومی زمین
مقایسه DTM در مقابل روش های مرسوم نمایش آنالوگ
۱- 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
۲- با گذشت زمان نقشه های کاغذی دفرمه می شوندولی DTM دقت خود را به واسطه استفاده از محیط رقومی حقظ
می کند
۳- 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
۴- easier multi-scale representation– DTM در resolution های مختلف
می تواند تنظیم شود که این مساله مطابق با نمایش در مقیاس های مختلف است.
۳-۲-۱ 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 ۴ گروه اطلاعات است :
۱- Landform : از قبیل ارتفاع، شیب، جهت شیب و سایر اشکال پیچیده
ژئومورفولوژیاست که برای نمایش ارتفاع زمین استفاده می شود
۲- terrain features : مثل عوارض هیدروگرافی (رودخانه، دریاچه ، خطوط ساحلی)
و شبکه های حمل و نقل ( جاده ها ، خطوط راه آهن) ،و مرزها و …
۳- Natural Resource Environment : مثل خاک ، پوشش گیاهی و …
۴- 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 ۲٫۵ بعدی از اطلاعات زمین در فضای جغرافیایی سه بعدی است. اگر m=1 باشد نتیجه همان DEM می شود.
۳-۱ مدلسازی رقومی زمین
۱-۳-۱ پروسه مدسازی رقومی زمین
فرایند ساخت سطح DTM مدلسازی رقومی زمین نامیده می شود که یک پروسه مدلسازی
ریاضی است.
به طور کلی ۶ مرحله مدلسازی رقومی زمین داریم که در هر کدام
از این مراحل یک یا چند فعالیت انجام می شود. به طور کلی ۱۲ فعالیت همانطور که در
شکل زیر مشخص است انجام می شد.
کاربردهای مهم DTM :
1- برنامه ریزی و طراحی عمرانی، راه و مهندسی معدن
۲- ۳D-animation برای اهداف نظامی، طراحی
مناظر و طراحی شهری
۳- آنالیز جمع آوری باران و شبیه سازی هیدرولیکی
۴- آنالیزهای دید بین اشیا روی سطح زمین
۵- بحث ژئومورفولوژی و آنالیزهای فرسایش خاک
۶- تفسیر و پردازش تصاویر سنجش از دور
۷- آنالیزهای زمین و محاسبات حجم
۸- انواع مختلف آنالیزهای مکانی
و …
۴-۱ ارتباط بین مدلسازی رقومی زمین و سایر رشته ها :
مدلسازی رقومی زمین ۴ مؤلفه اصلی دارد که ارتباط بین آنها
خطی نیست :
- اخذ داده : فتوگرامتری ، نقشه برداری ، سنجش از دور ، کارتوگرافی
