0

وبلاگ

سامانه آموزش سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور آموزش نرم افزارهای GIS و RS آموزش نرم افزار Surfer روش های ترانسفورم در نرم افزار Surfer

روش های ترانسفورم در نرم افزار Surfer

تهیه فیلم آموزشی زمین مرجع یا ژئورفرنس لایه ها و داده های مکانی در نرم افزار Arc GIS Pro

تهیه فیلم آموزشی زمین مرجع یا ژئورفرنس لایه ها و داده های مکانی در نرم افزار Arc GIS

تهیه فیلم آموزشی زمین مرجع یا ژئورفرنس لایه ها و داده های مکانی در نرم افزار Global Mapper

روش های ترانسفورم یا مبدل های تغییر شکل (Transformation) چیست و چه کاربردی دارد ؟

روش های ترانسفورم در سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور کاربردهای مختلفی دارد. یکی از این کاربردها در بخش ژئورفرنس تصاویر و شبکه های رستری است. در اصل به روش هایی که مختصات را از فضای تصویر (Image Space) به فضای نقشه (Map Scape) منتقل می نماید، ترانسفورم (Transformation) گفته می شود و به روش ها و یا معادلاتی که این انتقال را انجام می دهند، روش های تغییر شکل (Transformation) یا پیچش (Warping Method or Wrapping Method) گفته می شود. در ورژن های قدیمی تر نرم افزار Surfer چنین قابلیتی برای ژئورفرنس کردن تصاویر و لایه ها وجود نداشت که البته این مشکل مرتفع شده و امکانات خوبی در این زمینه اضافه شده است. در ادامه در ابتدا به تعریف چند اصطلاح پرداخته می شود و سپس به توضیح روش هایی که در نرم افزار Surfer برای ترانسفرم از فضای تصویر به فضای نقشه در حین عملیات زمین مرجع سازی لایه های رستری وجود دارد، می پردازیم.

قبل از آنکه به روش های ترانسفورم پشتیبانی شده در نرم افزار Surfer بپردازیم، به توضیح و تعریف چند اصطلاح خواهیم پرداخت:

1- ژئورفرنس (Geo-referencing)

ایجاد ارتباط بین مختصات صفحه که بر روی یک نقشه مسطح قرار دارد، با یک مختصات واقعی و جهانی شناخته شده ژئورفرنس می گویند. در تعریفی دیگر می توان اینگونه بیان کرد که انتقال مختصات از یک فضای مختصاتی به فضای مختصاتی دیگر به طوری که فضای مختصاتی نخست را فضای تصویر و فضای مختصاتی دوم را فضای نقشه می گویند. به طور کلی در حین عملیات ژئورفرنس، عملیات انتقال مختصات از یک فضای مختصات به فضای مختصاتی دیگر صورت می پذیرد.

2- تبدیل هندسی (Geometric Transformation)

فرایندی که در طی آن یک نقشه و یا تصویر از یک سیستم مختصاتی به سیستم مختصاتی دیگر با استفاده از نقاط کنترل زمینی (GCPs) و معادله ترانسفورم (Equation Transformation) تبدیل می گردد. تبدیل هندسی و ژئورفرنس معمولاً شامل تغییرات مقیاس (Scalling)، چرخش (Rotation) و اعوجاج یا پیچش (Warp – Wrap) یک تصویر به یک مجموعه مختصات جغرافیایی (Geographic Coordinate System – GCS) و یا تصویری (Projected Coordinate System – PCS) است.

نقاط کنترل زمینی (Ground Control Points - GCPs)

نقاط کنترل زمینی، نقاطی شناخته شده و قابل تشخیص بر روی زمین و بر روی نقشه هستند. از این نقاط برای ژئورفرنس کردن نقشه ها و لایه ها استفاده می شود. نقاط کنترلی را می توان با استفاده از دستگاه GPS برداشت نمود و یا آنکه ممکن است این اطلاعات به صورت شبکه مختصات و شبکه مختصات بر روی نقشه اسکن شده وجود داشته باشد. معمولاً نقشه های پوششی و نقشه های استاندارد در اطلاعات حاشیه ای خود شامل این اطلاعات می باشند. همچنین می توان نقاط کنترلی را از یک لایه مبنای دیگر که مربوط به همان محدودةه نقشه مورد نظر ما است، به دست آید.

بازچینش شبکه ای (Resampling)

فرایند اختصاص ارزش جدید به هر پیکسل در ساختار شبکه ای جدیدی که در عملیات ترانسفورم ایجاد شده است بر اساس مقادیر اصلی پیکسلها را فرایند بازچینی شبکه ای یا Resampling می گویند.

روشهای Resampling

روش های مختلفی برای بازچینی شبکه ای (Resampling) وجود دارد، که معمولاً از سه روش عمده در سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور استفاده می کنند. این سه روش شامل Nearest Neighborhood Assignment یا اختصاص نزدیکترین همسایه، روش Bi-linear Interpolation یا میانیابی دو خطی، و روش Cubic Convolution یا پیچش مکعبی است. در روش نزدیکترین همسایه هنگام تعیین مقدار ارزش پیکسل خروجی از عملیات ترانسفورم، به وضعیت آرایش پیکسل ها قبل از ترانسفورم مراجعه شده و پیکسلی که نزدیک ترین فاصله را داشته باشد، ارزش پیکسل را در فرایند Resampling تعیین می کند. در نتیجه ارزش جدیدی در این روش ایجاد نمی شود. تنها از ارزش پیکسلهایی که در خود لایه موجود است استفاده می شود. در نتیجه این روش برای شبکه های رستری گسسته که دارای روند تغییرات تدریجی نیستند، مانند نقشه های کاربری اراضی یا زمین شناسی و یا تصاویر و عکسهای ماهواره ای مناسب است. در مقابل روش های Linear Interpolation و Cubic Convolution به دلیل تغییر در مقادیر پیکسلها و ایجاد استدراج و تغییرات پیوسته در داده ها برای شبکه های رستری پیوسته مانند مدل رقومی ارتفاعی مناسب هستند. روش میانیابی دو خطی از اطلاعات 4 پیکسل مجاور استفاده می کند و روش پیچش مکعبی از اطلاعات 16 پیکسل مجاور استفاده می کند. به ترتیب سرعت اجرا، روش نزدیکترین همسایه سریع ترین روش و پیچش مکعبی کندترین است و روش میانیابی دوخطی در میانه این دو روش قرار دارد.

تکنیک Pyramiding

تکنیک Pyramiding روشی است که در آن سطوح مختلفی از رزولوشن داده ها برای نمایش ایجاد می شود. هنگام نمایش حجم زیادی از داده ها و اطلاعات ساخت Pyramid در سطوح مختلف می تواند در نمایش داده ها و اطلاعت مفید واقع شود.

روش های ترانسفورم در نرم افزار Surfer

در نرم افزار Surfer پوشش خوبی از روش های ترانسفورم ایجاد شده است. به طوری که در شکل زیر مشاهده می شود بسته به تعداد نقاط کنترلی در دسترس، و نوع تغییر شکل مورد نیاز می توان هر یک از این روشها را انتخاب نمود.

1- روش Affine Polynomial

رایج ترین روش ترانسفورم در میان روش های موجود روش Affine Transformation می باشد. روش Affine Transformation یک زیر شاخه ای از روش Bi-linear Interpolation می باشد. روش ترانسفورم Bi-linear چرخش، جا به جایی، و تغییرمقیاس در جهات طولی و عرضی را پشتیبانی می کند. در این روش متعامد بودن خطوط X و Y می تواند تغییر کند ولی خطوط موازی همچنان موازی خواهند بود. تبدیل Affine polynomial یک مربع را به متوازی الاضلاع تبدیل می کند و یا دایره را به بیضی تبدیل می کند به طوری که شکل و جهت قرارگیری آن با فرم اولیه یکسان است. نتایجی که از روش ترانسفورم Affine به دست می آید، شاید به خوبی نتایجی که از روش Polynomial درجه بالا نباشد. حداقل تعداد نقاط کنترلی مورد نیاز برای اجرای این روش، 3 نقطه کنترل زمینی است. در حالی که برای محاسبه خطای RMS نیاز به حداقل 4 نقطه کنترل زمینی است. در نتیجه هنگام استفاده از این روش در صورتی که نیاز به برآورد خطای RMS داشته باشید. بایستی از چهار نقطه کنترل استفاده کنید. در شکل گرافیکی زیر تغییر شکلی که یک مبدل Affine Polynomial بر روی یک شبکه متعامد ایجاد می کند نشان داده شده است:

2- روش First Order Polynomial

در روش ترانسفورم First order Polynomial فواصل مساوی بین نقاط در امتداد یک خط حفظ می گردد اما در امتداد خطوط اریب یا قطری اینگونه نیست. حداقل تعداد نقاط کنترل زمینی مورد نیاز 4 نقطه کنترلی یا GCPs می باشد. در شکل زیر تغییر شکلی که یا مبدل First Order Polynomial بر روی یک شبکه متعامد ایجاد می کند.

3- روش Second Order Polynomial

حداقل تعداد نقاط کنترل زمینی مورد نیاز برای اجرای روش Second Order Polynomial شش نقطه کنترلی می باشد. در شکل زیر تغییر شکلی که در مبدل Second Order Polynomial امکان پذیر است بر روی یک شبکه متعامد نشان داده شده است. در این روش امکان ایجاد انحنا در شبکه رستری را فراهم نموده و در نتیجه در مواقعی که نیاز به پیچش و انحنا علاوه بر چرخش و جا به جایی و تغییر مقیاس، نیاز باشد می توان از این روش استفاده نمود.

4- روش Third Order Polynomial

حداقل تعداد نقاط کنترلی برای اجرای روش Third Order Polynomial یا چند جمله ای درجه سوم، 10 نقطه کنترلی یا GCPs است. در شکل گرافیکی زیر، انحنایی که یک مبدل چند جمله ای درجه سوم بر روی یک شبکه متعامد می تواند ایجاد کند، نشان داده شده است. به طوری که در این روش مشاهده می شود آزادی عمل بیشتری در ایجاد انحنا در این روش تغییر شکل وجود دارد. در مواقعی که انطباق ضعیفی بین نقاط کنترل زمینی و اطلاعات لایه ای که در حال زمین مرجع سازی است وجود داشته باشد، این روش گزینه مناسبی است. به طور کلی در صورتی که نقشه هایی از منابع اطلاعاتی مختلف که دارای دقت ترسیمی مختلف هستند و انطباق هندسی ضعیفی بین آنها وجود داشته باشد، این روش به عنون یک راهکار می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

5- روش Thin Plate Spline

Radial basis functions شامل Thin Plate Spline، Natural Cubic Spline، Marcov Spline، Exponential Spline و Rational Quadratic Spline می شود. این روش ها برای تصحیح اعوجاجات محلی (Local) مناسب هستند. مقدار خطای RMS هنگام استفاده از Radial basis function اعلام نمی گردد به دلیل آنکه این روش ها روش های میانیابی دقیق یا Perfect Interpolator در موقعیت نقاط کنترل زمینی هستند. حداقل تعداد نقاط کنترل زمینی مورد نیاز برای اجرای مبدلThin Plate Spline حداقل 4 نقطه کنترلی است. در شکل گرافیکی زیر نحوه تغییر شکل یک مبدل Thin Plate Spline را بر روی یک شبکه متعامد نشان می دهد.

6- روش Natural Cubic Spline

یکی دیگر از توابع Radial basis functions می باشد. حداقل تعداد نقاط کنترلی (GCPs) مورد نیاز اجرای این روش ترانسفورم 4 نقطه کنترلی است. به طوری که در مورد توابع Radial basis مطرح شد، این روش خطای RMS را به دلیل آنکه یک روش میانیابی دقیق بوده و دقیقاً از نقاط کنترل زمینی عبور می کند، گزارش نخواهد کرد. در شکل گرافیکی زیر نوع تغییر شکلی که یک مبدلNatural Cubic Spline بر روی یک شبکه متعامد ایجاد می کند نمایش داده شده است.

7- روش Marcov Spline

یکی دیگر از توابع Radial Basis مبدل Marcov Spline می باشد. این روش نیز برای تصحیح اعوجاجات محلی مناسب است. خطای RMS نیز به دلیل آنکه جز روش های میانیابی دقیق طبقه بندی می گردد، در این روش گزارش داده نمی شود و حداقل تعداد نقاط کنترلی مورد نیاز برای اجرای این روش استفاده از حداقل 4 نقطه کنترلی است.

8- روش Exponential Spline

روش تغییر شکل Exponential Spline نیز جز توابع Radial Basis می باشد که به نوعی از یک میانیابی دقیق بین نقاط کنترلی استفاده می کند و به همین دلیل خطای RMS گزارش نمی کند. این روش تغییر شکل از حداقل 4 نقطه کنترل زمینی (GCPs) استفاده می کند. نوع تغییر شکل حاصل از یک مبدل Exponential Spline به صورت گرافیکی بر روی یک شبکه متعامد در شکل زیر نشان داده شده است.

9- روش Rational Quadratic Spline

این روش نیز جز توابع Radial Basis بوده و به دلیل آنکه یک نوع میانیاب دقیق است خطای RMS را گزارش نمی دهد. این روش نیز برای تصحیح خطاهای محلی مناسب است و حداقل تعداد نقاط کنترلی مورد نیاز در این روش 4 نقطه کنترلی است.

10- روش Inverse Distance Square

روش تغییر شکل Inverse Distance Square یک روش Inverse Distance to a power Method است. این روش نیز برای تصحیح اعوجاجات محلی مناسب بوده و کاربرد دارد. حداقل تعداد نقاط کنترلی مورد نیاز برای اجرای این روش 4 نقطه کنترلی است. در شکل گرافیکی زیر نوع تغییر شکل حاصل از یک مبدل Inverse Distance Square بر روی یک شبکه متعامد نشان داده شده است.

تهیه فیلم آموزشی زمین مرجع یا ژئورفرنس لایه ها و داده های مکانی در نرم افزار Arc GIS Pro

تهیه فیلم آموزشی زمین مرجع یا ژئورفرنس لایه ها و داده های مکانی در نرم افزار Arc GIS

تهیه فیلم آموزشی زمین مرجع یا ژئورفرنس لایه ها و داده های مکانی در نرم افزار Global Mapper

ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید

Follow us on Social Networks

Instagram: giscoders

مطالب زیر را حتما مطالعه کنید

هزار کاربرد و استفاده GIS

آموزش استخراج نقشه پوشش اراضی (Land-Cover) با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست 9 در نرم افزار ArcGIS

آنالیز رستری در سیستم اطلاعات جغرافیایی – مکانی (GIS)

تفاوت بین ژئوماتیک (Geomatics) و جی آی اس (GIS)

50 ماهواره تاثیر گذار در تاریخ سنجش از دور

جدول تناوبی تحلیل های مکانی در GIS

2 دیدگاه

به گفتگوی ما بپیوندید و دیدگاه خود را با ما در میان بگذارید.

  • به نام خداوند حکیم
    با اهداء سلام
    چنین سایت جغرافیایی با این دقت و بسیار آموزنده کمتر دیده شده است.
    همه مطالب اعم از اموزشی ، نرم افزاری، داده های اطلاعاتی … به خوبی طبقه بندی و با طراحی بسیار عالی و زیبایی ارائه گردیده است.
    از مدیران محترم سایت بسیار متشکرم
    موفق و پیروز باشید

    پاسخ

دیدگاهتان را بنویسید

Copy Protected by Chetan's WP-Copyprotect.

با عضویت در خبرنامه از آموزش های جدید رایگان در ایمیل خود مطلع شوید