روش ژئورفرنس در نرم افزار Arc GIS

در این آموزش سعی داریم روش ژئورفرنس نقشه های اسکن شده یا به طور کلی لایه های رستری را در نرم افزار Arc GIS به شما آموزش دهیم. بدین منظور ابتدا یک نقشه اسکن شده که دارای نقاط کنترلی یا GCPs در گوشه های خود است را به محیط نرم افزار Arc Map به صورتی که در شکل زیر مشاهده می شود اضافه می کنیم. بدین منظور به طوری که در شکل مشاهده می شود، بر روی آیکن Add Data کلیک نموده و نقشه ای که قصد ژئورفرنس نمودن آن را دارید به نرم افزار Add کنید.

با فشردن دکمه Add پنجره Add Data مطابق با شکل زیر باز خواهد شد، ابتدا به مسیری که فایل مورد نظر شما در آن قرار دارد رفته و یک بار بر روی فایل مورد نظر کلیک و سپس بر روی دکمه Add کلیک کنید. بدین صورت نقشه مورد نظر شما به محیط نرم افزار Arc Map اضافه خواهد شد.

به محض باز کردن نقشه با پنجره ای که در شکل زیر نمایش داده شده است مواجه خواهید شد. در صورتی که هیچگونه رفرنس مکانی برای نقشه مورد نظر شما از قبل موجود نباشد با این پنجره رو به رو خواهید شد که به معنای ژئورفرنس نبودن فایل نقشه شما است. پنجره Unknown Spatial Reference به شما اعلام می کند که هیچگونه اطلاعاتی مربوط به رفرنس مکانی برای لایه ای که انتخاب و باز کرده اید وجود ندارد. با این وجود نرم افزار Arc Map با استفاده از یک فضای مختصاتی کاذب که به فضای مختصاتی تصویر معروف است، نقشه را در مختصات غیر واقعی نمایش می دهد.

با تأیید پنجره Unknown Spatial Reference نقشه در فضای مختصاتی تصویر (Image Coordinate Space) نمایش داده می شود. به طوری که در شکل زیر مشاهده می شود نقشه در یک مختصات غیر واقعی و نسبی در فضای مختصاتی نقشه نمایش داده می شود. به طوری که در نوار وضعیت نرم افزار در گوشه پائین و سمت راست صفحه نمایش نرم افزار مشاهده می شود، مختصات غیر واقعی بدون واحد مختصاتی تعریف شده، نمایش داده شده است.

بعد از ورود نقشه به محیط نمایشی نرم افزار، بایستی نوار ابزار Georeferencing را در صورتی که غیر فعال است، به صورتی که در شکل مشاهده می شود، فعال گردد. برای این کار ابتدا بر روی باند خاکستری رنگ سربرگ نرم افزار Arc Map در جائیکه آیکن و منویی وجود ندارد، کلیک راست کنید و سپس از لیست کشویی باز شده، گزینه Georeferncing که یک نوار ابزار برای ژئورفرنس کردن یا زمین مرجع سازی لایه های رستری است، را انتخاب کنید. با قرار دادن علامت تیک در کنار این نوار ابزار، نوار ابزار Georeferencing فعال و به محیط نرم افزار اضافه خواهد شد.

اکنون از نوار کشویی موجود در نوار ابزار Georeferencing که در شکل زیر مشاهده می شود، نقشه مورد نظر برای عملیات ژئورفرنس را انتخاب کنید. در صورتی که تنها یک نقشه در بخش میز محتوا یا TOC (بخش نمایش و مدیریت لایه های اطلاعاتی) وجود داشته باشد، به صورت خودکار همان نقشه در حالت انتخاب قرار دارد. توجه داشته باشید در صورتی که بیش از یک نقشه را به محیط نمایشی نرم افزار اضافه کرده باشید، بایستی در این بخش صریحاً اعلام کنید که عملیات ژئورفرنس بر روی کدام نقشه انجام شود. توجه داشته باشید در غیر این صورت با خطا مواجه خواهید شد و از اطلاعات یک نقشه برای زمین مرجع سازی نقشه دیگر استفاده خواهید کرد و با خطای معنایی یا Semantic Error رو به رو می شوید.

اکنون که نقشه هدف یا Target را برای ورود به عملیات ژئورفرنس انتخاب کرده اید، بر روی آیکن View Link Table مطابق با شکل زیر کلیک کنید.

با نمایش پنجره Link به طوری که در شکل زیر مشاهده می شود، علامت تیک در کنار گزینه Auto Adjust را در این مرحله بردارید و سپس این پنجره را ببندید.

اکنون از منوی Window در بخش نوار منوی اصلی نرم افزار کلیک کنید و پنجره Magnifier را فعال کنید از این پنجره برای Zoom کردن بر روی گوشه های نقشه و خواندن مختصات چهار گوشه نقشه استفاده کنید. به جعبه ابزار Georeferencing بر گردید، بر روی دکمه Add Control Point کلیک کنید، بر روی گوشه اول نقشه ابتدا کلیک چپ و سپس کلیک راست کنید، به طوری که مشاهده می شود گزینه Input X and Y در حالت فعال و گزینه Input DMS of Lon and Lat در حالت غیر فعال قرار دارد. اگر بخواهید مختصات نقاط کنترلی را در یک سیستم مختصات تصویری (Projected Coordinate System) وارد کنید از گزینه Input X and Y استفاده کنید. در صورتی که مختصات را در یک سیستم مختصات جغرافیایی به فرمت زاویه ای وارد می کنید گزینه دوم یعنی Input DMS of Lon and Lat را انتخاب کنید. اما مسئله ای که در اینجا وجود دارد غیر فعال بودن این گزینه است. در نتیجه برای رفع این مشکل به صورتی که در ادامه به آن اشاره می شود، عمل کنید تا این گزینه نیز در حالت فعال قرار بگیرد.

برای فعال کردن گزینه ابتدا در بخش Table of Content یا TOC بر روی سربرگ Dtaframe دابل کلیک کنید.

اکنون در پنجره Data Frame Properties به سربرگ Coordinate System بروید و در شاخه Geographic Coordinat System به زیر فولدر World رفته و سپس گزینه WGS 1984 را انتخاب کنید (البته می توانید بسته به کار و پروژه خود گزینه های دیگری را نیز انتخاب کنید)، نهایتاً پنجره جاری را تائید کنید. حالا به مسیر قبلی در بخش ژئورفرنس برگردید. یعنی آیکن Add Control Point بر روی جعبه ابزار Georeferencing را انتخاب و بر روی اولین نقطه کنترلی (یکی از چهار گوشه نقشه) ابتدا کلیک چپ و سمت کلیک راست کنید، مشاهده می شود که گزینه دوم یعنی Input DMS of Lon and Lat در حال حاضر فعال شده است.

به دلیل آنکه نقشه ای که در حال حاضر برای عملیات ژئورفرنس انتخاب شده است در سیستم مختصات جغرافیایی و با فرمت زاویه ای است، از گزینه دوم استفاده می کنیم. در صورتی که مختصات نقاط کنترلی در سیستم مختصات تصویری (همچون UTM و یا Lambert) باشد از گزینه اول یعنی Input X and Y استفاده کنید. در نتیجه بر روی گزینه Input DMS of Lon and Lat کلیک کنید تا پنجره مربوط به ورود اطلاعات نقاط کنترلی در فرمت مختصاتی DMS یا درجه، دقیقه و ثانیه باز گردد.

توجه داشته باشید که در مورد نقشه های توپوگرافی پوششی با مقیاس 1:50000 که در اینجا از آن استفاده شده است، دقت نمایش مختصات در حد دقیقه است در نتیجه بخش مربوط به ورود مختصات به واحد ثانیه (Second) را برابر با عدد 0 قرار دهید. طول و عرض جغرافیایی مربوط به هر چهار گوشه نقشه را دقیقاً مطابق با شکل فوق تکمیل کنید. نکته دیگر آنکه حتماً در مورد نقشه های ایران علامت E و W را برای طول و عرض جغرافیایی به ترتیب قرار دهید.

بعد از آنکه هر چهار گوشه نقشه را به عنوان نقاط کنترلی وارد کردید بر روی دکمه View Link Table در جعبه ابزار Georeferencing کلیک کنید تا پنجره Link باز گردد. در این پنجره لیست هر چهار نقطه کنترل زمینی را مشاهده می کنید. اکنون علامت تیک در کنار گزینه Auto Adjust را قرار دهید و سپس از لیست کشویی مربوط به روش های Transformation یک روش را انتخاب کنید. در این مثال خاص با توجه به اینکه از چهار نقطه کنترلی استفاده شده است و نیاز به جا به جایی (Shift)، چرخش (Rotation)، و تغییر مقیاس (Scale) است، بهتر است از گزینه 1th Order Polynomial استفاده کنید. در صورتی که نیاز به ایجاد انحنا و خمیدگی در شکل داشته باشید می توانید از گزینه های Adjust و Projective Transformation استفاده کنید. توجه داشته باشید در صورتی که نقاط کنترلی را افزایش دهید روش های دیگری به لیست روش های Transformation اضافه خواهد شد.

به محض قرار دادن علامت تیک در کنار گزینه Auto Adjust نقشه بر مبنای روش Transformation ژئورفرنس شده و سریعاً لایه از فضای مختصاتی تصویر به فضای مختصاتی نقشه انتقال داده می شود و عملیات ژئورفرنس انجام می گیرد. به طوری که در بخش نمایشی نرم افزار مشاهده می شود، نقشه از محدوده Display خارج شده است برای آنکه نمایش نقشه در محدوده مختصاتی جدید انجام شود می توانید بر روی آیکن Full Extent به طوری که در شکل زیر مشاهده می شود، کلیک کنید و نتایج ژئورفرنس نقشه را مشاهده کنید.

اکنون به گونه ای که در شکل زیر مشاهده می شود، در بخش نوار وضعیت نقشه مختصات واقعی جایگزین مختصات غیر واقعی شده و نقشه زمین مرجع یا ژئورفرنس شده است. نکته قابل توجه آن است که نهایتاً بایستی مرحله Rectify را انجام دهید و نتایج را در یک مسیر خروجی ذخیره سازی کنید. در ادامه به توضیح این مرحله نیز پرداخته می شود.

بعد از انجام مراحل فوق به جعبه ابزار Georeferencing بروید، از منوی Georeferncing مطابق با شکل گزینه Rectify (Rectification) را انتخاب کنید. تا از این طریق نقشه ای که زمین مرجع شده است را در یک فایل جدید ذخیره سازی کنید.

با کلیک بر روی گزینه Rectify وارد پنجره Save as مطابق با شکل زیر می شوید. در این پنجره در بخش Cell Size ابعاد پیکسل خروجی یا Pixel Size را تعیین می کنید در بخش NoData as تعیین می کنید در صورتی که در پیکسل ها مقدار No Data وجود داشته باشد با چه مقداری (Value) جایگزین گردد. در بخش Resample Type، نوع روش بازچینی شبکه ای (Resample) را انتخاب کنید. در این اینجا در این مثال خاص به دلیل آنکه از یک نقشه توپوگرافی اسکن شده که در واقع یک تصویر است استفاده می شود بایستی از روش Nearest Neighbor استفاده کنید. دلیل این موضوع آن است که نقشه های اسکن شده، عکس های هوایی و تصاویر ماهواره ای همگی داده های گسسته محسوب می شوند و برای داده های گسسته بایستی از روش Nearest Neighbor استفاده کنید که از میانیابی برای بازسازی مقادیر شبکه ای استفاده نشود. در صورتی که از مدل رقوم ارتفاعی و یا به طور کلی داده های پیوسته (شبکه پیوسته) استفاده می کنید می توانید از روش Cubic Convolutionو یا Bilinear Interpolation استفاده کنید. نهایتاً در بخش Output Location مسیر فولدری که می خواهید فایل در آن ذخیره شود را تعیین و در بخش Name برای فایل خروجیتان نامی انتخاب کنید. نوع فرمت و مقدار فشردگی فایل را نیز می توانید در بخش Format و Compression Type تعیین کنید. اکنون این پنجره را تائید کنید تا فایل ژئورفرنس شده در محل تعیین شده با ویژگی ها و شرایطی که تعیین کرده اید، ذخیره سازی شود.