امتیاز موضوع:
  • 1 رأی - میانگین امتیازات: 1
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
آشنایی با مدل رقومي سطح زمين (DTM) و روشهای تولید آن
نویسنده پیام
#1
مقدمه
     مدل رقومي سطح زمين كه تحت عنوان DIGITAL TERRAIN MODEL نام گذاري شده اند از سال 1950 در علوم كاربردي زمين مورد استفاده قرار گرفته اند و از آن تاريخ به بعد براي پردازش هاي اطلاعات مکانی به عنوان جزء اصلي محسوب مي شوند. DTM در علوم زمين و مهندسي كاربردهاي فراوان دارد؛ در يك سيستم GIS  بوسیله DTM امكان انجام آناليز در سطح زمين فراهم مي گردد. يك DTM به عنوان نمايش رقومي قسمتي از سطح زمين شناخته مي شود.

منابع جمع آوري داده هاي DTM 
   Data یا همان داده، 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 رادار و لیدار.

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 پر هزينه و زمان بر است. لذا معمولا از اين روش در مناطق كوچك استفاده مي شود. ضمنا در مواردي كه روش هاي دیگر 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 استریوسكوپي عكس هاي هوايي است. بر اساس تجهيزات مورد استفاده، روش فتوگرامتري به سه دسته آنالوگ ، تحليلي و رقومي تقسيم مي شوند. فتوگرامتري رقومي بر اساس تكنيكStereo Matching عمل مي نمايد.
     اين روش با شناسايي نفاط مشترك در يك زوج تصوير چپ و راست، با هم پوشاني عرضی 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. از اين مدل مي توان داده هاي سه بعدي را استخراج نمود و از آنها در تهيه DTM و ارتوفتوها استفاده كرد.توجه شود که روش فتوگرامتري براي مناطق وسيع كاربرد دارد.

استفاده از نقشه هاي كارتوگرافي رقومی 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 با استفاده از دستگاه های دیجیتایزر، 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.
 
[تصویر:  attachment.php?aid=404]
تصویر 1 - نمونه ای از مدل رقومی سطح زمین 

 روشهای اتوماتیک تولید DTM از داده لیدار

     یکی از کاربردهای اولیه داده­ لیدار تولید مدل رقومی سطح زمین (DTM) از آن می باشد. نقاطی که با مختصات سه­بعدی در یک فایل متنی به عنوان داده لیدار به کاربر تحویل داده می­شوند، به دو گروه اصلی تقسیم می­شوند. برخی از این نقاط روی سطح زمین قرار دارند و بقیه آنها متعلق به عوارض واقع بر سطح زمین می­باشند. برای تولید DTM از این داده بایستی نقاطی که متعلق به عوارض هستند را از مجموعه داده­ها حذف کنیم و سپس با روشهای متنوع موجود اقدام به درون یابی از نقاط زمینی نموده و یک شبکه رستر با ابعاد مناسب از این نقاط تولید کنیم. بدیهی است که برای شبیه­تر نمودن DTM به واقعیت، بهتر است از روشی مانند Bilinear برای درون یابی استفاده شود که سبب می­شود شبکه حاصل دارای برآمدگی­های نرم­تر باشد و لبه­های تیز بر روی DTM ایجاد نشود. چرا که در واقعیت هم به ندرت مناطقی بر روی زمین با ناهمواری زیاد پیدا می­شود. در تصویر (2) نمایی از DSM داده لیدار و DTM تولید شده از آنرا مشاهده می­کنید. در ادامه چند مورد از روشهای استخراج DTM از داده لیدار را بررسی خواهیم نمود که هر یک نمونه­ای از یک متد خاص برای  استخراج DTM از داده لیدار می­باشند.  
 
[تصویر:  attachment.php?aid=402]
تصویر 2 – نمایی از DSM رستر بدست آمده از داده لیدار و DTM تولید شده از آن

      تولید DTM با استخراج اتوماتیک عوارض و حذف از داده لیدارپس از آنکه یک مرحله فیلترینگ بر روی داده لیدار انجام می­پذیرد، داده لیدار در حکم یک DSM می­باشد. بطور کلی استخراج اتوماتیک عوارض از داده لیدار با خوشه­بندی DSM میسر می­شود. خروجی این پروسه تمامی عوارضی هستند که بر روی DTM قرار دارند. در واقع به کمک تکنیک­های خوشه­بندی تمام عوارضی که بر روی سطح زمین قرار دارند، قابل شناسایی و حذف می­باشند. در نتیجه آنچه که پس از حذف عوارض واقع بر سطح زمین باقی می­ماند، مدل رقومی زمین (DTM) است. این روش ها بطور اتوماتیک نقاط یک مجموعه داده لیدار را طوری خوشه­بندی می­کنند که تمام نقاطی که متعلق به یک عارضه هستند در یک خوشه قرار گیرند. پس از آن نقاط باقی  مانده درون یابی شده و DTM را تشکیل می­دهند.

[تصویر:  attachment.php?aid=406]
تصویر 3- نمایی از یک DTM تولید شده
 
 تولید DTM با فیلتر G.Sohn
     در این روش تولید DTM با یک فیلترینگ دو مرحله­ای انجام می­شود. متراکم سازی رو به پائین: در این مرحله چهار نقطه زمینی که در چهار طرف نقاط لیدار قرار دارند مستطیلی تشکیل می­دهند که تمام نقاط دیگر را در بر­ می­گیرند. سپس این نقاط بروش Delaunay مثلث­بندی می­شوند. حال در داخل هر یک از مثلث­ها پائین­ترین نقطه از نظر ارتفاعی انتخاب شده و  بعنوان نقطه زمینی در نظر گرفته می­شود. لذا با نقاط جدید، مثلث­بندی تکرار می­شود. سپس الگوریتم باز هم در داخل هر مثلث بدنبال کم ارتفاع­ترین نقطه می­گردد تا TIN[1] را متراکم­تر کند. این متراکم سازی تا جایی ادامه می­یابد که دیگر هیچ نقطه­ای پائین سطح TIN قرار نگیرد.
      متراکم سازی رو به بالا:  در این مرحله TIN تولید شده در مرحله قبل بعنوان تقریب اولیه­ای از سطح زمین مورد استفاده قرار گرفته و بهینه می­گردد. روش کار بدین صورت است که یک آستانه ارتفاعی بر فراز TIN در نظر می­گیرند و یک سطح فرضی مشابه در بالای آن ایجاد می­کنند. سپس تمامی نقاط محصور بین TIN و این سطح فرضی بعنوان نقاط زمینی تلقی شده و یک مرحله متراکم سازی TIN رو به بالا انجام می­شود. این روند تا زمانی ادامه می­یابد که دیگر هیچ نقطه­ای بین TIN و سطح فرضی بالای آن قرار نگیرد.
     آخرین TIN نزدیک­ترین شکل را به سطح زمین دارد. لذا DTM را از روی آن تولید می­کنند. تولید DTM با فیلتر مورفولوژیک - شیب مبنای Vosselman 2000این فیلتر بر پایه مفاهیم مورفولوژیک ریاضی طراحی شده است. این فیلتر ساختار هندسی سطح زمین را با استفاده از یک المان ساختاری شبیه به قیف برعکس[2] با شعاع قاعده  تقریب می­زند. گاهی هم این المان ساختاری به شکل یک مخروط وارونه می­باشد. فرض اساسی که همراه این المان ساختاری می­باشد این است که اختلاف ارتفاع بین دو نقطه زمینی که نزدیک یکدیگر می­باشند نباید از مقدار خاصی تجاوز کند.
     همانطور که در تصویر (3) مشاهده می­کنید، المان ساختاری بر روی تمامی نقاط پایگاه داده لیدار قرار می­گیرد، بطوریکه مرکز آن بر روی نقطه واقع شود. سپس اگر هیچ نقطه دیگری زیر المان ساختاری مخروطی شکل نقطه  قرار نگیرد، این نقطه بعنوان نقطه زمینی تشخیص داده شده و دارای برچسب « نقطه زمینی » خواهد شد.
 
 
[تصویر:  attachment.php?aid=405]
تصویر4 – اعمال فیلتر مورفولوژیک – شیب مبنای Vosselman روی داده لیدار؛ نقاط سفید، نقاط زمینی هستند.
 
 در واقع همانطور که مشاهده می­شود شکل مخروط یا قیف به این دلیل برای این فیلتر مورفولوژیکی انتخاب شده است که بتواند مفهوم شیب را دربر بگیرد. می­دانیم که شیب خط واصل دو نقطه از تقسیم اختلاف ارتفاع بر فاصله افقی آنها بدست می­آید. همچنین می­دانیم که شکل هندسی یک مخروط به گونه­ای است که اختلاف ارتفاع دو سطح مقطع دلخواه آن با افزایش شعاع (فاصله از محور مخروط) آنها بزرگتر می­شود. به بیان دیگر اگر شعاع یک مقطع دلخواه از مخروط را  در نظر بگیریم، هر چه که از راس مخروط به سوی قاعده آن پیش می­رویم (با افزایش ) ارتفاع مخروط بیشتر می­شود. در نتیجه اگر نقطه­ای مانند  در فاصله  با نقطه  واقع شده است، دارای اختلاف ارتفاع  با آن می­باشد. لذا شیب بین نقطه  که المان ساختاری بر آن قرار گرفته است و نقطه a که در داخل المان ساختاری واقع شده است، برابر  می­باشد.
پس در این روش با تعریف یک مخروط مناسب بعنوان المان ساختاری، یک نوع فیلتر شیب مبنا طراحی شده است. روش تعریف پارامترهای مخروط بدین صورت است که یک مجموعه از نقاط زمینی بعنوان داده آزمایشی از بخش کوچکی از منطقه توسط کاربر انتخاب شده و هیستوگرام اختلاف ارتفاع در مقابل فاصله افقی برای آنها تشکیل می­شود. در این هیستوگرام بیشترین توزیع اختلاف ارتفاع مشخص شده و به همراه فاصله افقی نظیرش پارامترهای المان ساختاری را تشکیل می­دهند.
در نهایت پس از آنکه تمام نقاط فیلتر شدند، نقاطی که با عنوان نقطه زمینی برچسب گذاری شده­اند برای تشکیل DTM استفاده خواهند شد. 

منابع
1."Intermap Digital Surface Model: accurate, seamless, wide-area surface models".
2.Li, Z., Zhu, Q. and Gold, C. (2005): title=Digital terrain modeling: principles and methodology|. CRC Press. Boca Raton.
3.Peckham, Robert Joseph; Jordan, Gyozo (Eds.)(2007): Development and Applications in a Policy Support Environment Series: Lecture Notes in Geoinformation and Cartography. Heidelberg.
4.Podobnikar, Tomaz (2008). "Methods for visual quality assessment of a digital terrain model"S.A.P.I.EN.S 1.
5."DIN Standard 18709-1".
6.Adrian W. Graham,Nicholas C. Kirkman,Peter M. Paul (2007): Mobile radio network design in the VHF and UHF bands: a practical approach. West Sussex.
7."Landslide Glossary USGS"
[1] Triangulated Irregular Network[2] Inverted Funnel


فایل‌(های) پیوست شده بندانگشتی (ها)
               
[size=large]إِنَّ مَعَ الْعُسْرِ يُسْرًا
پاسخ


موضوعات مرتبط با این موضوع...
موضوع نویسنده پاسخ بازدید آخرین ارسال
  چرا رقومي سازي؟ mojtaba_mazaeri 0 1,796 2013-12-08 05:43
آخرین ارسال: mojtaba_mazaeri



کاربرانِ درحال بازدید از این موضوع: 1 مهمان