تجزیه و تحلیل زمین
این فصل مفاهیم اساسی، اصول و کاربردهای تحلیل دیجیتالی زمین در GIS را مورد بحث قرار می‌دهد، منابع و ساختارهای داده‌های دیجیتالی زمین را معرفی می‌کند، و انواع مختلف تجسم زمین را بر اساس مدل‌های دیجیتالی زمین، ویژگیهای اصلی زمین که می‌توان از طریق زمین دیجیتال استخراج کرد، مورد بحث قرار می‌دهد. مدل سازی و اصول مشخصات زمین، تجزیه و تحلیل دید و نقشه برداری از تابش خورشیدی.
اهداف یادگیری
پس از مطالعه این فصل شما باید بتوانید :
- درک داده های دیجیتالی زمین
- شناسایی منابع داده های زمین
- روش هایی را برای تجسم داده های زمین ترسیم کنید
- دانستن نحوه محاسبه ویژگی های توپوگرافی
- تولید پروفایل زمین
- توضیح اصل تجزیه و تحلیل دید
- درک اصول نقشه برداری تابش خورشید
- درک کاربردهای تحلیل زمین در مطالعات محیطی
تجزیه و تحلیل دیجیتال و مدل های ترن
زمین نقش مهمی در تعدیل سطح زمین و فرایندهای محیطی دارد. به عنوان مثال، زمین بر انتقال و انباشت جانبی آب، رسوبات (مانند ماسه، گل و خاک رس) و سایر مواد روی سطح زمین تأثیر می گذارد، بر ویژگی های آب و هوایی و هواشناسی و خواص خاک تأثیر می گذارد و تأثیر قوی بر مکان و زمان دارد. توزیع نور، گرما، آب و مواد مغذی مورد نیاز گیاهان و حیوانات (ویلسون و گالانت ۲۰۰۰). هر دو ویژگی زمین یا توپوگرافی (مانند ارتفاع، شیب و جنبه) و فرآیندها یا الگوهای بیوفیزیکی به طور مداوم در فضا به شیوه ای همبسته تغییر می کنند (گیوسان و زیمرمان، ۲۰۰۰). علاوه بر این، اندازه گیری ویژگی های زمین بسیار ساده تر از متغیرهای بیوفیزیکی است. از این رو، ویژگیهای زمین اغلب به عنوان متغیرهای وابسته یا پیش بینی کننده برای مدل سازی و پیش بینی فرایندها و الگوهای بیوفیزیکی استفاده می شوند. تجزیه و تحلیل زمین فرایند استفاده از داده های توپوگرافی برای به دست آوردن ویژگی های زمین است که مورفولوژی سطح زمین و تأثیر زمین بر فرایندهای محیطی را توصیف می کند.
به طور سنتی، داده های توپوگرافی عمدتاً از نقشه های توپوگرافی استخراج می شدند. ویژگی های زمین به صورت دستی بر اساس خطوط اندازه گیری و محاسبه شد. مدل های رقومی ارتفاع در فتوگرامتری در دهه ۱۹۵۰ ظهور کردند. از آن زمان، داده های رقومی ارتفاع نقطه به شکل DEM به تدریج جایگزین خطوط روی نقشه های توپوگرافی شده و به منبع اصلی داده های توپوگرافی تبدیل شده اند. با پشتیبانی DEM و سایر اشکال داده های توپوگرافی دیجیتال، آنالیز دیجیتالی زمین جای تحلیل دستی زمین را می گیرد. اکنون یکی از قدرتمندترین ابزارها در GIS برای مدل‌سازی محیطی و تجسم منظر است.
تجزیه و تحلیل زمین دیجیتال توسط GIS و فن آوری های کامپیوتری مرتبط فعال می شود. به دنبال ایجاد مدل های دیجیتالی زمین، اندازه گیری کمی ویژگی های زمین و ایجاد روابط ریاضی بین توپوگرافی و فرایندها یا الگوهای محیطی است. تجزیه و تحلیل دیجیتال زمین دارای کاربردهای گسترده ای در علوم محیط زیست است. به عنوان مثال، برای تجزیه و تحلیل روابط خاک و منظر و استنباط خواص خاک از شرایط توپوگرافی (پارک و همکاران ۲۰۰۱؛ مک میلان ۲۰۰۸)، استخراج ویژگیهای زمین از نظر هیدرولوژیکی، ژئومورفولوژیکی و بیولوژیکی و مدل‌سازی توابع هیدرولوژیکی و ژئومورفولوژیکی ( مور و همکاران، ۱۹۹۱). ایجاد روابط گونه-محیط و پیش‌بینی توزیع گونه‌ها (فرانکلین ۱۹۹۸)، توصیف عناصر ساختاری و فرسایشی مورفولوژی گسل (برونوری و همکاران ۲۰۱۳)، نقشه‌برداری فرآیندهای تکتونیکی فعال (میلیارسیس، ۲۰۱۳) و ارزیابی حساسیت زمین لغزش (مانزو و همکاران، ۲۰۱۳) استفاده شده است.
GIS از مدل های دیجیتال زمین برای نمایش و ذخیره داده های زمین استفاده می کند. مدل زمین دیجیتالی راهی برای ثبت دیجیتالی مقادیر ارتفاع و سایر ویژگی های زمین ارائه می دهد. بردارهای DEM، TIN و کانتور سه نوع اصلی از مدل‌های زمین دیجیتال هستند. بردارهای کانتور خطوط کانتور دیجیتالی هستند. آنها فقط در GIS برای ضبط و تجسم داده استفاده می شوند، نه برای تجزیه و تحلیل. DEM ها به دلیل سادگی و سهولت پیاده سازی رایانه، پرکاربردترین مدل های دیجیتال زمین هستند. DEM در اصل شبکه ای از نقاط با ارتفاع زمین است (شکل ۲-۲ را ببینید). بنابراین این مدل داده رستر است که در ساختار داده های رستر ذخیره می شود. هر نقطه (نقطه مرکزی در یک سلول شبکه) دارای مقدار ارتفاع است. هرچه فاصله بین نقاط کمتر باشد، مدل می تواند جزئیات بیشتری را نشان دهد. داده های ارتفاع در DEM نسبتاً فراوان و ارزان هستند. با این حال، ساختار شبکه ای سفت و سخت آن با تغییرپذیری زمین سازگاری ندارد و بنابراین ممکن است جزئیات مهمی را از دست بدهد.
TIN ها نمایش های برداری از زمین هستند. آنها زمین را با استفاده از وجوه مثلثی به هم پیوسته و غیر همپوشانی نشان می دهند که از صفحاتی تشکیل شده است که سه نقطه ارتفاعی مجاور را در شبکه به هم متصل می کنند (شکل ۲-۲۳ را ببینید). چگالی مثلث ها برای مطابقت با ناهمواری زمین متفاوت است. همانطور که در بخش ۲-۳ بحث شد، یک TIN با استفاده از مجموعه ای از مقادیر ارتفاع به طور منظم یا نامنظم ایجاد می شود. این می تواند اطلاعات دیگری در مورد سطح زمین، مانند خط الراس، ارتفاعات نقطه، فرورفتگی ها، خطوط ساحلی، خطوط زهکشی، دریاچه ها، گسل ها، قله ها، گودال ها و گذرگاه ها را در بر بگیرد. بنابراین، یک TIN می‌تواند ناپیوستگی‌هایی را در سطح زمین ایجاد کند. این ناپیوستگی ها با خطوط شکست نمایش داده می شوند. خطوط شکست ویژگی های خط یا مرزهای ویژگی های منطقه با یا بدون اندازه گیری ارتفاع هستند. آنها به دنباله ای از یک یا چند یال مثلث در شبکه تبدیل می شوند (شکل ۷-۱). دو نوع خط شکست وجود دارد : سخت و نرم. خطوط شکست سخت نشان دهنده ناپیوستگی در شیب سطح است که تغییرات ناگهانی در سطح را ثبت می کند. برای مثال، جریان‌ها و بریدگی‌های جاده‌ها را می‌توان در یک TIN به عنوان خطوط شکست سخت گنجاند. خطوط شکست نرم شیب محلی سطح زمین را تغییر نمی دهند. به عنوان مثال، خطوط ساحلی یا مرزهای منطقه مورد مطالعه را می توان در TIN به عنوان خطوط شکست نرم گنجاند تا موقعیت آنها را بدون تأثیر بر شکل سطح به تصویر بکشد.
بدون دیدگاه