نقشه برداری میدانی

هنگامی که هیچ داده مکانی موجود (آنالوگ یا دیجیتال) برای برآورده کردن الزامات پروژه GIS  وجود ندارد ممکن است داده‌های مکانی از طریق نقشه برداری و نقشه برداری بر اساس اندازه گیری‌های مستقیم در زمینه جمع آوری شوند. به طور سنتی مثلث بندی دقیق، شبکه بندی، پیمایش و تراز کردن هندسی با جداول صفحه، ترانزیت‌ها و تئودولیت‌ها برای اندازه گیری و نقشه برداری موقعیت جغرافیایی و ارتفاع اجسام زمینی مورد استفاده قرار می‌گیرد (غیلانی و پل، ۲۰۱۲).  امروزه این ابزارهای نقشه برداری معمولی با ایستگاه‌های کل و GNSS  جایگزین می‌شوند.

کل ایستگاه تئودولیت الکترونیکی رقومی  است که با فاصله سنج الکترونیکی ادغام شده است(غیلانی و پل، ۲۰۱۲). زاویه‌های افقی و عمودی را خوانده و ثبت می‌کند، فاصله شیب را اندازه گیری کرده و مختصات (x,y,z) نقاط بررسی شده را نسبت به موقعیت کل ایستگاه تعیین می‌کند. مجموع ایستگاه‌ها می‌توانند با دقت حدود یک قسمت در میلیون به عنوان مثال ۱ میلی متر در کیلومتر یا۳۰ میلی متر در فاصله ۳۰ کیلومتری اندازه گیری کنند. داده‌های جمع آوری شده توسط کل ایستگاه‌ها رقومی  هستند و می‌توانند مستقیماً دانلود یا در رایانه خوانده شده و به GIS وارد شوند. بررسی زمینی با تئودولیت‌ها یا ایستگاه‌های کل معمولاً برای ثبت ارتفاعات زمینی، خطوط ساحلی، مرزهای املاک، ردپای ساختمان، جاده ها، تونل‌ها و سایر اشیاء زمینی که باید با دقت بالا قرار گیرند استفاده می‌شود.

سیستم‌های ناوبری ماهواره ای GNSS یک ابزار انقلابی برای اندازه گیری دقیق موقعیت تقریباً در هر نقطه از سطح زمین در بیست و چهار ساعت شبانه روز است. یک سیستم GNSS می‌تواند بر اساس یک داده ژئودتیکی خاص، به طور مستقیم و تقریباً آنی، بدون نیاز به ایجاد کنترل و اندازه گیری زوایا و فواصل بین نقاط میانی بین نقطه بررسی و نقاط کنترل، موقعیت (طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع) مانند بررسی با استفاده از تئودولیت‌ها و ایستگاه‌های کل ایجاد شوند.

گیرنده‌های GNSS دستی قابل حمل به نقشه‌برداران یا جمع‌آوران داده اجازه می‌دهند تا برای جمع‌آوری مختصات (x، y، z) در نقاط نمونه راه بروند یا در اطراف حرکت کنند. دقت قابل دستیابی از گیرنده‌های GNSS از ۱۰۰ متر تا چند میلی متر متغیر است. GPS، GLONASS و BeiDou سه سیستم GNSS هستند که در حال حاضر عملیاتی هستند و خدمات ناوبری و موقعیت یابی را ارائه می‌دهند. در میان آنها، GPS بیشترین استفاده را دارد.

GPS از مجموعه ای از بیست و چهار ماهواره (به علاوه سه یدک برای پشتیبان گیری) و گیرنده تشکیل شده است  (هیسو، ۲۰۱۰). ماهواره‌های GPS  در مدت دوازده ساعت در شش هواپیمای مداری به دور ۲۰۲۰۰ کیلومتر از سطح زمین می‌چرخند. این پیکربندی تضمین می‌کند که حداقل چهار ماهواره (حداقل تعداد مورد نیاز برای اندازه گیری دقیق) همیشه به طور بالقوه در هر نقطه از زمین قابل مشاهده باشد. هر ماهواره سیگنال‌های رادیویی رمزگذاری شده را در فواصل زمانی دقیق ساطع می‌کند و دارای چهار ساعت اتمی برای حفظ زمان دقیق است. گیرنده‌های دستی GPS با مقایسه سیگنال‌های ماهواره‌های قابل مشاهده عرض جغرافیایی، طول جغرافیایی، ارتفاع و زمان را محاسبه می‌کنند.

قبل از ماه مه ۲۰۰۰ ، همه اندازه گیری هایGPS  تحت تأثیر دسترسی انتخابی قرار گرفت، خطایی که عمداً به سیگنال‌های ارتش ایالات متحده اضافه شد که در حال حاضر خاموش شده است. مکان اندازه گیری شده GPS  در حال حاضر تا ۳۰  متر دقیق است. دقت مکان ۱۵ متر یا بهتر معمولاً ۹۵  درصد از زمان را با یک گیرنده GPS  دستی بدست می‌آید. در حالی که این ترتیب دقت برای موارد خاص قابل قبول است اما GPS برای اکثر برنامه‌های نقشه برداری کافی نیست. دیفرانسیل یا DGPS  می‌تواند دقت مکان را به یک متر یا بهتر ارتقا دهد DGPS شامل استفاده همزمان از دو گیرنده است. یک گیرنده که به عنوان ایستگاه پایه شناخته می‌شود، در مکان دقیق بررسی شده قرار دارد. گیرنده دیگر که به عنوان مریخ نورد شناخته می‌شود، در زمینه برای جمع آوری داده‌ها استفاده می‌شود. ایستگاه پایه و مریخ نورد باید همزمان کار کنند و نسبتاً نزدیک یکدیگر باشند تا سیگنال‌های GPS  یکسانی دریافت کرده و عملاً خطاهای مشابهی داشته باشند. ایستگاه پایه موقعیت خود را در فواصل منظم بر اساس سیگنال‌های ماهواره ای محاسبه کرده و آنها را با مختصات شناخته شده مقایسه می‌کند. این تفاوت توسط مریخ نورد برای اصلاح اندازه گیری‌های خود در زمان واقعی در زمینه با استفاده از سیگنال‌های رادیویی یا از طریق پس پردازش پس از ضبط داده‌ها با استفاده از نرم افزار ویژه پردازش استفاده می‌شود.

تصحیح دیفرانسیل در زمان واقعی را می‌توان با هر مریخ نوردی که پیکربندی شده است برای دریافت اصلاحات در زمان واقعی ارسال شده مستقیماً از ارائه دهنده (DGPS  یا ایستگاه اصلی خود) استفاده کرد.  معمولاً برای اهداف ناوبری مورد استفاده قرار می‌گیرد و اساساً موقعیت لحظه ای زیر متر را فراهم می‌کند. تصحیح افتراقی پس از پردازش شامل دریافت فایلهای ایستگاه پایه از ایستگاه است که شامل مختصات، زمان جمع آوری آنها و میزان خطا در جهت x و y است، سپس بارگیری فایلهای ایستگاه پایه و فایلهای داده موقعیتی ضبط شده توسط مریخ نورد به نرم افزار تصحیح دیفرانسیل که برای مطابقت هر مکان ثبت شده توسط مریخ نورد با جبران خطای مربوطه که توسط ایستگاه پایه در همان زمان محاسبه شده و داده‌های مریخ نورد را بر این اساس تجدید نظر می‌کند استفاده می‌شود.  بسیاری از ایستگاه‌های پایه GPS  دائمی در حال حاضر در سراسر جهان کار می‌کنند که توسط سازمان‌های مختلف دولتی یا خدمات اشتراک خصوصی نگهداری می‌شوند. آنها معمولاً بیست و چهار ساعت، هفت روز در هفته کار می‌کنند و داده‌های لازم برای تصحیح متفاوتGPS  از طریق پخش رادیویی یا از طریق اینترنت را ارائه می‌دهند.

داده‌های نظرسنجیGNSS  رقومی  هستند و می‌توانند مستقیماً در GIS  بارگیری شوند. GNSS  می‌تواند برای ضبط داده‌های نقطه، خط و چند ضلعی و همچنین مقادیر ویژگی مربوط به آنها برای ایجاد پایگاه داده‌های GIS استفاده شود.یک دیکشنری داده می‌تواند طوری طراحی و وارد گیرنده GNSS  شود که تمام ویژگی‌های مورد نیاز ویژگی‌های جغرافیایی در زمینه ثبت شود.  مقادیر ویژگی را می‌توان از طریق منوی رابط گیرنده GNSS  هنگام جمع آوری داده‌های مختصات وارد کرد.

GNSS به طور گسترده ای برای ثبت نقاط کنترل زمین به منظور زمین مرجع، جمع آوری نمونه برای ایجاد و اعتبارسنجی مدل محیطی و برای به دست آوردن داده‌های مرجع برای صحت اطلاعات زمینی از زمین استفاده شده است.  همراه با GIS  و تصاویر سنجش از دور، جمع آوری داده‌های GNSS  وسیله ای برای نظارت و تجزیه و تحلیل محیط است. کادر ۳-۴ نمونه ای از کاربرد GPS  در ردیابی حرکت فیل‌های آفریقایی در موزاییک مورد کاربرد در زمین تحت سلطه انسان را ارائه می‌دهد.

کادر ۳-۴ GNSS در کاربردهای زیست محیطی: ردیابی حرکات فیل آفریقایی –  مطالعه موردی

جمع آوری اطلاعات دقیق، قابل اعتماد و به موقع برای حل مشکلات زیست محیطی و تصمیم گیری بسیار مهم است. داده‌های GNSS را می‌توان خیلی سریع جمع‌آوری، نقشه‌برداری و تجزیه و تحلیل کرد، زیرا آنها به شکل رقومی  در همه زمان‌ها و در تمام نقاط جهان در دسترس هستند. در نتیجه GNSS نه تنها برای نقشه برداری میدانی، بلکه برای کاربردهای زیست محیطی از زمان ظهور به سرعت مورد استفاده قرار گرفته است. به عنوان مثال GNSS  برای ردیابی بلایای زیست محیطی مانند آتش سوزی و نشت نفت، نظارت بر حرکت پوسته و فعالیت‌های لرزه ای، ردیابی حرکت حیات وحش و مدیریت فعالیت‌های جنگلداری در جنگل‌ها مورد استفاده قرار گرفته است.  هنگامی که داده‌های موقعیتی جمع آوری شده از طریق GNSS  به GIS  وارد می‌شوند  می‌توان آنها را به راحتی برای تجزیه و تحلیل جامع نگرانی‌های زیست محیطی با سایر اطلاعات پیوند داد. (گراهام و همکاران، ۲۰۰۹).  مطالعه موردی استفاده از GPS  با GIS  را برای ردیابی حرکت فیل‌های آفریقایی در موزاییک مورد استفاده در زمین تحت سلطه انسان ارائه کرد.

فیلها نقش مهمی در پویایی اکولوژیکی آفریقا ایفا می‌کنند. درک حرکات آنها برای حفاظت بسیار مهم است به ویژه در چشم اندازهای تحت سلطه انسان در خارج از مناطق حفاظت شده که در آن هم حفاظت از تنوع زیستی و هم رفاه انسانها باید متعادل باشند. به طور سنتی بررسی هوایی فصلی یا سالانه و روش جمع آوری داده‌های ترانسکت زمینی برای شمارش تعداد فیل‌ها در یک منطقه و ارزیابی تعامل بین فیل‌ها و انسان‌ها مورد استفاده قرار گرفت.  در مقابل (گراهام و همکاران، ۲۰۰۹) از فناوری GPS  برای ردیابی حرکت فیل‌ها در هر ساعت استفاده نمودند. بر اساس آن آنها مکان، زمان، چگونگی و چرایی حرکت فیلهای آفریقایی را در رابطه با انواع مختلف کاربرد زمین در منظره اشغال شده توسط انسان در منطقه لایکیپیا در شمال مرکزی کنیا تجزیه و تحلیل کردند.

در این مطالعه پانزده فیل با قلاده‌های GPS  نصب شدند و طی حدود دو سال از سال ۲۰۰۴ تا ۲۰۰۶، تحت نظارت قرار گرفتند که امکان دانلود داده‌ها از راه دور از طریق اینترنت و برنامه ریزی تنظیمات گیرنده‌های GPS را از راه دور فراهم می‌کرد.

چهار نوع کاربری اراضی در منطقه مورد مطالعه نقشه برداری شد که شامل زمین‌های کوچک ، مزرعه، مناطق مستقل برای فعالیت‌های تجاری، زمین‌های دامداری، مناطق تحت مالکیت عمومی و مدیریت شده برای چرای دام و جنگل بود. میزان دوام حضور فیلها در مزرعه و دامداری از طریق مصاحبه با صاحبان زمین، مدیران و اطلاع دهندگان کلیدی ارزیابی شد. همه اجزایGPS  بجز یکی برنامه ریزی شده بودند تا هر ساعت GPS را برطرف کند .

پس از حذف اصلاحات جعلی GPS، در مجموع ۱۳۷۸۱۶ مکان GPS ثبت شد و برای تجزیه و تحلیل‌های بعدی مورد استفاده قرار گرفت. حدود نیمی از داده‌های GPS در طول روز و نیمی دیگر در شب ثبت شده است. ArcGIS برای نسبت دادن کاربری زمین، آستانه انسان برای حضور فیل، زمان روز و سرعت حرکت فیل به هر یک از مکان‌های ثبت شده فیل توسط GPS استفاده شد، که سپس به یک بسته نرم‌افزاری آماری (SPSS) وارد شد.

تجزیه و تحلیل آماری با استفاده ازSPSS  انجام شد تا نحوه حرکت فیلها با کاربری زمین و میزان حرکت فیلها در انواع مختلف کاربری زمین با درجات مختلف آستانه انسان متغیر باشد. نسبت مکان‌های ردیابی فیل که در نوع خاصی از کاربری زمین قرار داشت به عنوان معیاری برای استفاده فیل از آن نوع کاربری زمین مورد استفاده قرار گرفت. سرعت حرکت فیل به عنوان نسبت فاصله بین مکان‌های متوالی و زمان محاسبه شد. تجزیه و تحلیل‌ها نشان داد که فیلها همیشه مزرعه‌ها و تا حدی ذخایر جنگلی را بر زمینهای کوچک و دامداری ترجیح می‌دهند. آنها به طور قابل توجهی زمان کمتری را در شب در مزرعه‌ها و زمان بیشتری را در شب در مناطق کوچک با بیش از روز گذراندند. سریعترین حرکت فیل‌ها در مناطق کوچک، پس از آن مناطق و دامداری‌های مرتعی و کندترین در جنگل‌ها وجود دارد. اما آنها شبها سریعتر در مزرعه‌هایی با آستانه انسانی کمتر از کسانی که آستانه بیشتر انسانی داشتند حرکت کردند. به طور کلی  فیلها مناطق با سطح فعالیت پایین انسان را ترجیح می‌دادند. با این حال داده‌های ردیابیGPS  با وضوح بالا نشان داد که برخی از فیل‌هایی که تحت نظارت قرار گرفته‌اند از مناطق کوچک، دامداری و جنگلی استفاده می‌کنند که خطر شکار توسط انسانها نسبتاً زیاد است و آنها از پوشش تاریکی برای جلوگیری از خطرات و بهره برداری از منابع استفاده می‌کنند. مناطق اشغال شده توسط انسان نشان داده شد که رفتار اجتناب از ریسک توسط فیل‌ها به حفظ ارتباط بین پناهگاه‌ها کمک می‌کند. نتایج نشان می‌دهد که ایمن سازی راهروهای بین رفیج‌های موجود می‌تواند ماندگاری فیل‌ها در منطقه مورد مطالعه را در آینده افزایش دهد (گراهام و همکاران، ۲۰۰۹).

GNSS  برای استفاده آسان است، کمتر کار می‌کند و مقرون به صرفه تر و مستقل از آب و هوا است. اما دقت آن ممکن است در مناطقی با ساختمانهای بلند یا زیر درختان کاهش یابد. سیگنال‌های GNSS اغلب در جنگل‌هایی با سایبان‌های متراکم، زیر پل‌ها یا داخل خانه گم می‌شوند و ممکن است در معرض تداخل خطوط برق و دکل‌های رادیویی باشند.

ویژگی‌های هوا، زمین، آب، خاک، پوشش گیاهی و سایر منابع اکولوژیکی و طبیعی در مزرعه با استفاده از تجهیزات تخصصی علاوه بر اطلاعات مکان سنجیده می‌شود. این ویژگی‌ها می‌توانند خواص شیمیایی، فیزیکی و الکترونیکی خاصی باشند. آنها اغلب توسط دانشمندان میدانی و گردآورندگان داده با آموزش تخصصی اندازه گیری می‌شوند. بحث مفصل در مورد این موضوع از حوصله این کتاب خارج است.

برگرفته از کتاب کاربرد GISدر محیط زیست

ترجمه:سعید جوی زاده،شهناز تیموری،فاطمه حسین پور فرزانه