داده های ارتفاعی


داده های ارتفاعی

هیپسوگرافی، توپوگرافی، ارتفاع، TINS، LiDAR، برجستگی سایه دار، و خطوط. اصطلاحات مختلفی برای داده های مربوط به ارتفاع وجود دارد. این مقاله به بررسی برخی از اصطلاحات و انواع ارتفاع بر اساس مجموعه داده های موجود در GIS می پردازد . داده‌های رقومی ارتفاع مجموعه‌ای از اندازه‌گیری ارتفاع برای مکان‌های توزیع شده در سطح زمین هستند.

داده های ارتفاعی چیست؟

داده های ارتفاعی اطلاعاتی در مورد ارتفاع یا ارتفاع نقاط روی سطح زمین نسبت به یک تاریخ عمودی خاص، معمولاً سطح دریا، ارائه می دهد. در بیشتر موارد، مقادیر مثبت از داده‌های ارتفاع، نواحی بالاتر از سطح دریا را نشان می‌دهند و مقادیر منفی، مناطق زیر سطح دریا یا تاریخ عمودی را نشان می‌دهند.

تصویری از یک هواپیما با سیستم LiDAR که پالس های نوری را برای جمع آوری اطلاعات در مورد یک جنگل ارسال می کند.
LiDAR می‌تواند داده‌های ارتفاع و ارتفاع را با اندازه‌گیری سرعت بازگشت پالس‌های ساطع شده هنگام پرواز بر فراز یک منظره جمع‌آوری کند. تصویر: جیسون استوکر، USGS، مالکیت عمومی.

داده‌های ارتفاعی متقابل عملکردی هستند و ممکن است به اشکال مختلف برای خدمت به رشته‌هایی مانند جغرافیا، زمین‌شناسی، برنامه‌ریزی شهری و آثار، نظارت و مدیریت محیطی و بسیاری دیگر ارائه شوند.

استفاده از داده های ارتفاعی

داده های ارتفاعی کاربردهای عملی زیادی از محیطی گرفته تا شهری دارند. شیب و جنبه را می توان مستقیماً از ارتفاع بدست آورد. داده های ارتفاع را می توان از نقشه های کانتور موجود، تجزیه و تحلیل فتوگرامتری عکسبرداری هوایی استریو ، تصاویر ماهواره ای (همانطور که در مقاله STRM توضیح داده شده است )، یا پروازهای لیزری برای جمع آوری داده های LiDAR تولید کرد .

در طول مدل‌سازی زمین، شیب، جنبه، و انحنا از داده‌های ارتفاعی به دست می‌آید تا بینشی در مورد ویژگی‌های زمین برای مطالعات زمین‌شناسی، طبقه‌بندی زمین و مدل‌سازی مناسب ارائه دهد.

مشخصات ارتفاعی LiDAR از درختان در امتداد ساحل رودخانه.
در امتداد رودخانه میسوری بالا، یک ابر نقطه LiDAR پوشش گیاهی ساحلی و ساحل رودخانه را به تصویر می‌کشد. ارتفاعات بر حسب متر از سطح دریا نشان داده شده و از آبی (کرانه رودخانه) تا زرد و قرمز (بالای درختان) متغیر است. تصویر: USGS، دامنه عمومی.

مجموعه داده های ارتفاعی نیز برای تحلیل سناریو از محاسبات نیازهای برش و پر شدن توسط مهندسان برای پروژه های مربوط به ساخت و ساز جاده تا تجزیه و تحلیل دیدگاه استفاده می شود. تجزیه و تحلیل Viewshed (یا خط دید) از داده های توپوگرافی برای تعیین دید مناطق از یک نقطه مشخص استفاده می کند.

در تجزیه و تحلیل و مطالعات نما، داده های ارتفاعی مناطق قابل مشاهده از دیدگاه های خاص را تعیین می کنند. این اطلاعات برای مکان یابی سازه هایی مانند برج های ارتباطی، توربین های بادی و مشاهده ویژگی های طبیعی بسیار مهم است. به عنوان مثال، پروژه ای که در آن یک مسیر دیدنی ساخته می شود ممکن است از ارتفاع برای تعیین دید چشم انداز از نقاط مختلف برای تعیین بهترین مسیر برای ساخت استفاده کند.

تجزیه و تحلیل خط دید که نقاط مسدود شده (قرمز) و قابل مشاهده (سبز) را در سراسر یک زمین نشان می دهد.

جریان‌ها، شبکه‌های هیدرولوژیکی و حوضه‌های آبخیز را می‌توان از داده‌های ارتفاعی برای مدل‌سازی جریان آب و الگوهای زهکشی، شبیه‌سازی و پیش‌بینی رفتار سیل‌ها در شرایط مختلف، و ارائه برنامه‌ریزی واکنش اضطراری و مدیریت دشت سیلابی استخراج کرد.

داده های ارتفاع، سیستم های ناوبری را با ارائه اطلاعات ارتفاع، به ویژه در فعالیت های هوانوردی و فضای باز مانند پیاده روی و کوهنوردی، بهبود می بخشد. پویایی و عملکرد متقابل داده‌های ارتفاعی، تصمیم‌گیری آگاهانه، مدل‌سازی دقیق و درک زیرکانه از سطح زمین و ساختار اکو را ممکن می‌سازد.

مقادیر ارتفاعی

مقادیر ارتفاع معمولاً نسبت به سطح دریا نشان داده می شود. بنابراین مقادیر مثبت در بیشتر موارد برای نشان دادن مناطقی که بالاتر از سطح دریا هستند و مقادیر منفی مکان‌هایی روی زمین هستند که در زیر سطح دریا یافت می‌شوند.

نقشه شیب آبی تا بنفش منطقه خلیج سانفرانسیسکو.
در سال‌های ۲۰۰۴ و ۲۰۰۵، یک مطالعه عمق‌سنجی چند پرتوی عمیق انجام شد، با نقشه‌برداری از عمق سنجی کف دریا در خلیج سانفرانسیسکو غربی-مرکزی در اطراف آلکاتراز و جزایر آنجل، زیر پل گلدن گیت، و از طریق ورودی آن از اقیانوس آرام. Bathymetry عمق ویژگی های زیر آب را اندازه گیری می کند. تصویر: USGS، دامنه عمومی.

ایجاد داده های ارتفاعی

تحلیلگران اطلاعات جغرافیایی و مقامات مدیریت زیست محیطی با در نظر گرفتن دقت، پوشش، سطح جزئیات، وضوح و کاربردپذیری، روش‌های داده‌های ارتفاع را مشترک می‌کنند. این عوامل تضمین می‌کنند که داده‌های ارتفاعی که برای آنها ثبت می‌کنند با اهداف و الزامات پروژه‌شان همسو می‌شوند.

انواع داده های ارتفاعی

سه روش متداول GIS برای به تصویر کشیدن داده های ارتفاع برای ایجاد یک سطح آماری وجود دارد :

  1. شبکه منظم
  2. شبکه نامنظم مثلثی (TIN)
  3. خطوط

شبکه های منظم – داده های ارتفاعی

شبکه‌های منظم ممکن است به اشکال مختلف ارائه شوند تا روشی ساختاریافته و سیستماتیک برای نمایش داده‌های ارتفاعی ارائه دهند که امکان تجزیه و تحلیل کارآمد و تجسم ویژگی‌های زمین را فراهم می‌کند. در میان چندین نوع شبکه منظم مانند داده های دیجیتالی زمین (DTD)، مدل ارتفاعی دیجیتال (DEM)، مدل دیجیتالی زمین (DTM) و داده های ارتفاعی زمین دیجیتال (DTED)، پرکاربردترین آنها DEM است. 

DEM یک نمایش دیجیتالی از سطح زمین ارائه می‌کند که با استفاده از منابع داده‌ای مانند تصاویر ماهواره‌ای، تشخیص نور و محدوده (LIDAR) و مثلث‌بندی هوایی استریو از طریق شبکه‌ای از مقادیر ارتفاع، با هر سلول نشان‌دهنده مکان خاصی روی زمین است.

تصویری از ArcGIS Pro که مجموعه داده‌های ارتفاعی لیدار را با گرادیان رنگی سبک رنگین کمان نشان می‌دهد.
ارتفاع از LIDAR همانطور که در یک برنامه نرم افزاری GIS نشان داده شده است. تصویر: جف اوپونگ.

نقطه ضعف قابل توجه داده های DEM این است که به فضای ذخیره سازی و منابع محاسباتی بزرگی نیاز دارند و ممکن است بر اساس وضوح و دقت روش های جمع آوری داده ها از نظر کیفیت متفاوت باشند. علاوه بر این، تفسیر داده های DEM نیاز به تخصص فنی خاص دارد و ممکن است برای تصحیح خطاها و مصنوعات در داده ها نیاز به پردازش و تنظیم داشته باشد. 

اصطلاحات زیادی برای انواع مختلف شبکه های منظم که مجموعه داده های ارتفاعی را نشان می دهند وجود دارد:

DTD – Digital Terrain Data
DEM – Digital Elevation Model
DTM – Digital Terrain Model
DTED – Digital Terrain Elevation Data

DEM ها مقدار ارتفاع را در فواصل منظم ذخیره می کردند. هر مقدار نشان دهنده مقدار ارتفاع آن سلول است. DEM ها برای انواع تحلیل های فضایی استفاده می شوند. رایج ترین مجموعه داده های مشتق شده از DEM ها شیب، جنبه، هیدرولوژی و حوزه آبخیز هستند .

شبکه نامنظم مثلثی (TIN)

یک رویکرد برای مشکل اندازه فایل داده از طریق شبکه نامنظم مثلثی (TIN) است. TIN یک مدل داده توپولوژیکی مبتنی بر برداری است که برای نشان دادن زمین استفاده می شود. همانطور که از نام آن مشخص است، TIN ها حاوی شبکه ای از مثلث های نامنظم هستند. نواحی برجسته دارای تراکم بالاتری از مثلث های کوچک خواهند بود در حالی که نواحی با نقش برجسته با مثلث های بزرگتر نشان داده می شوند. TIN ها می توانند مقدار بیشتری از جزئیات توپوگرافی را در یک مجموعه داده با اندازه کوچکتر ذخیره کنند.

یک سطح ارتفاع مدل‌سازی شده از یک منطقه مجاور خط ساحلی.
یک شبکه نامنظم مثلثی که ارتفاع را در امتداد منطقه ای از خط ساحلی نشان می دهد. تصویر: USGS، مرکز علوم محیطی Upper Midwest، دامنه عمومی.

TIN به سؤالات مربوط به منابع بزرگ ذخیره سازی و محاسباتی پاسخ می دهد زیرا یک مدل توپولوژیکی مبتنی بر برداری است که از مثلث های توزیع نامنظم استفاده می کند. در نتیجه، TIN مزایایی را در نمایش دقیق زمین های پیچیده ارائه می دهد. مزیت کلیدی TIN نسبت به سایر روش‌های نمایش سطح، مانند شبکه شطرنجی، توانایی آن در انطباق دقیق با پیچیدگی سطح در مناطقی است که جزئیات بیشتری مورد نیاز است و تعمیم در مناطقی که جزئیات کمتر کافی است.

با این حال، مشکلات احتمالی با مقادیر درونیابی برای نقاط اندازه‌گیری نشده در مثلث‌ها مرتبط است.

خطوط توپوگرافی

موقعیت‌های نقشه‌های زیبایی‌شناختی که اطلاعات توپوگرافی را با حفظ کیفیت هنری منتقل می‌کنند، ممکن است به خطوط خطوط نیاز داشته باشند. کانتورها از خطوطی تشکیل شده‌اند که نقاطی با ارتفاع مساوی را به هم متصل می‌کنند و به شما امکان می‌دهند شکل و شیب ویژگی‌های زمین را تجسم کنید.

خطوط کانتور به طور گسترده ای بر روی نقشه ها استفاده می شود تا درک روشنی از توپوگرافی به روشی ساده ارائه دهد و اطلاعات ارزشمندی در مورد نقش برجسته زمین ارائه دهد، که نشان می دهد زمین کجا بالا می رود، پایین می آید یا نسبتاً تراز باقی می ماند. 

خطوط به خطوطی اطلاق می شود که نقاط مساوی ارتفاع را در سطح زمین نشان می دهند. یک کلمه مترادف، اما کمتر مورد استفاده، هیپسوگرافی است. این کلمه از کلمه یونانی Hypso به معنی ارتفاع گرفته شده است.

خطوط 10 متری - فاصله بین هر خط نشان دهنده تغییر 10 متری در ارتفاع است.
خطوط ۱۰ متری – فاصله بین هر خط نشان دهنده تغییر ۱۰ متری در ارتفاع است. تصویر: کیتلین دمپسی.

فواصل کانتور به فاصله عمودی بین خطوط اشاره دارد. به عنوان مثال، خطوط ۱۰ متری نشان می دهد که یک افزایش یا کاهش ۱۰ متری در ارتفاع بین دو خط مجاور وجود دارد. فاصله بین خطوط نشان دهنده شیب است: مناطق متراکم خطوط نشان دهنده زمین شیب دار است.

تسکین در داده های ارتفاعی چیست؟

تنوع در توپوگرافی به عنوان تسکین شناخته می شود. نقش برجسته به تفاوت ارتفاع عمودی در چشم انداز اشاره دارد. نقش برجسته به مناظری اطلاق می شود که تغییرات ارتفاعی بسیار کمی دارند مانند دشت ها. نقش برجسته منظره‌ای با تغییرات شدید ارتفاع را توصیف می‌کند که ممکن است در کوه‌های راکی ​​یا هیمالیا پیدا شود.

مجموعه ای از سه تصویر: بالا یک نقش برجسته خاکستری سایه دار، وسط یک تصویر کانتور سیاه و سفید، و پایین یک مدل ارتفاع دیجیتال در سایه های قرمز با قرمز تیره تر است که نشان دهنده ارتفاع بالاتر است.
سه روش برای نمایش داده های ارتفاعی تصویر بالا یک نقش برجسته سایه دار با سایه ها است تا یک چشم انداز بصری از مناطقی که در ارتفاع بالاتر در مقایسه با مناطق با ارتفاع پایین تر هستند ارائه دهد. تصویر وسط کانتورهای ۱۰ متری را نشان می دهد و تصویر پایین یک مدل ارتفاعی دیجیتال با ارتفاعات بالاتر به رنگ قرمز تیره و ارتفاعات پایین تر به رنگ صورتی روشن است. تصاویر: کیتلین دمپسی.

یافتن داده های ارتفاعی

منابع زیادی در اینترنت برای یافتن مجموعه داده های ارتفاعی برای استفاده وجود دارد. شناخته شده ترین منبع DEM های رایگان و کم هزینه USGS است .

USGS دسترسی به مدل‌های ارتفاعی دیجیتال را در سطوح مختلف وضوح از داده‌های ارتفاعی مبتنی بر پروژه که از یک تا پنج متر متغیر است، ارائه می‌دهد. USGS همچنین DEM های بدون درز را ارائه می دهد که منطقه جغرافیایی بزرگتر ایالات متحده را با وضوح ۱/۳ ثانیه قوس، ۱ ثانیه قوس و ۲ ثانیه قوس پوشش می دهد. پوشش ۴۸ ایالت همسایه، آلاسکا، هاوایی و قلمروهای ایالات متحده و همچنین بخش‌هایی از کانادا و مکزیک به مجموعه داده‌ها بستگی دارد.

با ترکیب Google Earth Pro و ابزارهای وب‌سایت GPS Visualizer، می‌توان به داده‌های ارتفاعی مکان‌های جغرافیایی خاص دسترسی داشت . برای یافتن ارتفاع یک مکان جغرافیایی خاص، وب‌سایت GPS Visualizer از داده‌های Google استفاده می‌کند تا با پذیرش مختصات آن مکان، این امکان را فراهم کند. 

تصویری که Google Maps API را در وب‌سایت GPS Visualizer نشان می‌دهد.
Google Maps API از وب سایت GPS Visualizer. تصویر: جف اوپونگ.

مدل‌های دیجیتال ارتفاع (DEM) مانند SRTM، مجموعه داده‌های ارتفاعی ملی (NED) و سایر محصولات داده ارتفاعی پس از تکمیل فرآیند ثبت نام رایگان، از سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده (USGS) در دسترس هستند. داده های ارتفاع ممکن است با استفاده از پلت فرم Earth Explorer ارائه شده توسط USGS جستجو، بازیابی و تجسم شوند .

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

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

خانهدربارهتماسارتباط با ما