ساده سازی خط

لایه‌های داده‌ای که در مقیاس‌های مختلف و از منابع مختلف جمع‌آوری شده‌اند، اغلب حاوی سطوح مختلفی از جزئیات درباره ویژگی‌های جغرافیایی هستند که نشان می‌دهند. دقت مکان خروجی‌های GIS تا حد زیادی به لایه‌های ورودی با کمترین دقت نمایش بستگی دارد. اگر لایه‌های داده مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل GIS از نقشه‌ها یا تصاویر در مقیاس‌های بسیار متفاوت باشد، لازم است ویژگی‌ها در لایه‌های داده‌ای که از نقشه‌ها یا تصاویر در مقیاس بزرگ‌تر گرفته شده‌اند ساده و تعمیم داده شوند تا جزئیات هندسی غیرضروری در نمایش آنها حذف شود. در GIS این امر عمدتاً از طریق ساده سازی خطوط به دست می‌آید.

شکل ۳-۱۳  تطبیق لبه

ساده‌سازی خط، که به آن وجین نیز می‌گویند، برای حذف خم‌های ناچیز و نقاط یا رئوس اضافی از یک خط یا چندضلعی استفاده می‌شود و در عین حال شکل اصلی آن حفظ می‌شود. معمولاً دو روش برای ساده‌سازی خطوط در GIS استفاده می‌شود: مبتنی بر نقطه و مبتنی بر خم. رویکرد مبتنی بر نقطه تعداد نقاط مورد نیاز برای نشان دادن یک خط رقومی را کاهش می‌دهد. اغلب با استفاده از الگوریتم معروف داگلاس-پیکر (Douglas and Peucker 1973) اجرا می‌شود. این الگوریتم با اتصال نقاط انتهایی یک خط به یک خط مستقیم که خط روند نامیده می‌شود شروع می‌شود، سپس فواصل عمود بر خط روند را به تمام نقاط میانی محاسبه می‌کند. اگر این فواصل عمود بر همگی کوچکتر از آستانه ساده سازی مشخص شده توسط کاربر (یک فاصله آستانه) باشند، از خط روند برای نشان دادن کل خط به شکل ساده شده استفاده می‌شود و فرآیند متوقف می‌شود. در غیر این صورت، دورترین راس از خط روند به نقاط انتهایی خط متصل می‌شود تا دو خط روند جدید تشکیل شود. برای هر خط روند جدید، فواصل عمود بر نقاط میانی آن اندازه گیری می‌شود. اگر فواصل عمود بر همگی کوچکتر از آستانه ساده سازی باشند، دو خط روند برای نشان دادن ویژگی خط ساده شده به هم مرتبط می‌شوند. در غیر این صورت، از رئوس با بیشترین فاصله از خطوط روند (بیشتر از فاصله آستانه) برای تشکیل خطوط روند جدید استفاده می‌شود و روند فوق تا زمانی تکرار می‌شود که فاصله رئوس تا خطوط روند مربوطه در محدوده آستانه ساده سازی قرار گیرد. . خطوط روند نهایی به هم متصل می‌شوند تا خط ساده شده را تشکیل دهند. شکل ۳-۱۴ فرآیند را نشان می‌دهد. پیاده سازی این الگوریتم آسان است و به طور گسترده به عنوان یک روش مستقل از مقیاس برای تعمیم ویژگی‌های خط، از جمله مرزهای ویژگی‌های چند ضلعی استفاده شده است. با این حال، ممکن است خطوط ساده شده با زاویه‌ها و میخ‌های تیز ایجاد کند. در برخی موارد ممکن است از خود عبور کند.

رویکرد مبتنی بر خم شامل شناسایی و حذف خم‌های ناچیز در امتداد یک خط یا مرز چندضلعی است. برای مثال، وانگ ۱۹۹۶ الگوریتمی را پیشنهاد کرد که از تکنیک‌های تشخیص شکل برای شناسایی خم‌ها در امتداد یک خط یا چند ضلعی، تجزیه و تحلیل خواص هندسی و حذف موارد اضافی استفاده می‌کند. یک ویژگی خط را می‌توان به عنوان یک سری از خم‌ها مشاهده کرد. هر خم به عنوان کسری از یک خط متشکل از تعدادی رئوس بعدی تعریف می‌شود که زوایای خمش در تمام رئوس موجود در خم مثبت یا منفی است و خمش دو رأس انتهایی خم دارای علائم مخالف هستند (وانگ، ۱۹۹۶، وانگ و مولر، ۱۹۹۸). این الگوریتم خمیدگی‌ها را با توجه به زوایای خمش در رئوس تشخیص می‌دهد.

سپس چندین ویژگی هندسی هر خم را مانند اندازه، شکل و رابطه با خم‌های همسایه آن اندازه گیری می‌کند، این ویژگی‌ها تعیین می‌کنند که آیا یک خم حفظ شود یا برداشته شود. حذف خم با جایگزینی منحنی خم با خط پایه آن، خطی که نقاط انتهایی خم را به هم متصل می‌کند، انجام می‌شود. تکرار برای تعمیم تا زمانی انجام می‌شود که طول خط پایه هر خم روی خط بزرگتر از طول خط پایه خم مرجع باشد، که یک آستانه ساده سازی است که توسط کاربر مشخص شده است. رویکرد مبتنی بر خم معمولاً نقاط کمتری را حذف می‌کند، اما حفظ می‌کند. هندسه ای که به شکل اصلی (شکل اصلی و توپولوژی خط اصلی) نزدیکتر از رویکرد مبتنی بر نقطه است، همانطور که در شکل ۳-۱۵ نشان داده شده است. هر دو روش را می‌توان در ArcGIS (کادر ۳-۱۰) پیاده سازی کرد.

شکل ۳-۱۴ ساده سازی خط با الگوریتم داگلاس-پیکر

شکل ۳-۱۵ مقایسه ساده سازی خط با رویکردهای نقطه و خم

برگرفته از کتاب کاربرد GISدر محیط زیست

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