نرم افزار ایجاد نقاط نمونه Sample Point Generator V.1 – سامانه آموزش سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور

نرم افزار Sample Point Generator V.1

نرم افزار Sample Point Generator V.1 یک نرم افزار بر مبنای تکنولوژی سیستم اطلاعات جغرافیایی است که امکان اجرای طرح های نمونه برداری مکانی را با چندین استراتژی مختلف فراهم می آورد. نرم افزار Sample Point Generator نتیجه تلاش و زحمات برنامه نویسان سایت www.giscoders.com می باشد که با دانش بومی در جهت توسعه ابزار-محور سیستم اطلاعات جغرافیایی گام بر می دارند. حمایت مادی و معنوی شما از دانش و تولیدات دانش-محور، راهگشای بسیاری از نقایص و مشکلات کنونی کشور خواهد بود. در ادامه به ذکر مطالبی در مورد توانایی ها و امکانات این سیستم نرم افزاری خواهیم پرداخت.

قابلیت های مهم نرم افزار Sample Point Generator V.1

امکان اجرای 6 طرح نمونه برداری مکانی مختلف

خروجی لایه های برداری با فرمت Shapefile و با ژئومتری نقطه ای که قابلیت استفاده در سیستم اطلاعات جغرافیایی را دارا است.

درج خودکار اطلاعات در فیلدهای جداول اطلاعاتی مربوط به لایه برداری Shapefile خروجی از هر مدل

امکان استفاده از نتایج مدل ها و استراتژی های مختلف تعبیه شده در نرم افزار در امور آموزشی و پژوهش و پروسه های علمی همچون ارزیابی صحت، میانیابی و اینترپلاسیون فضایی، کنترل کیفیت سطوح برآورد شده در پروسه اینترپلاسیون فضایی، مقایسه دقت و صحت و عملکرد روش های مختلف برآورد سطوح در سیستم اطلاعات جغرافیایی، آنالیز خطا و محاسبات و برآوردهای RMS سطوح برآورد شده در سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور، کنترل دقت و ارزیابی صحت تهیه و ترسیم نقشه های توپوگرافی و نقشه های موضوعی، ارزیابی نرخ خطا در پروسه تغییر مقیاس لایه های رستری و بسیاری کاربردهای دیگر.

امکان سفارشی سازی و دریافت بروزرسانی های آتی

استراتژی های نمونه برداری مکانی

در علم آمار استراتژی های مختلفی برای نمونه برداری وجود دارد. عموماً از این استراتژی ها با عنوان طرح نمونه برداری یاد می شود. در سیستم اطلاعات جغرافیایی، طرح های نمونه برداری وابسته به بعد مکانی بوده و در نتیجه با عنوان طرح های نمونه برداری زمین-آماری از آنها یاد می شود. طرح های نمونه برداری مکانی مختلفی در علم زمین-آمار وجود دارد که در سیستم اطلاعات مکانی و جغرافیایی مورد استفاده قرار می گیرد. در نرم افزار Sample Point Generator شش استراتژی یا طرح نمونه برداری مکانی طراحی، کدنویسی و اجرا شده است. نقطه قوت تمامی این استراتژی های نمونه برداری مکانی در آن است که کاملاً به صورت خودکار و دینامیک بوده و امکان تغییر مؤلفه ها و پارامترهای ورودی برای هر یک از مدل ها وجود دارد. نکته دیگر آنکه خروجی تمامی فایل ها به صورت لایه های جی آی اسی با فرمت shapefile می باشد.

طرح های نمونه برداری مکانی به کار گرفته شده در نرم افزار Sample point Generator V.1

در نرم افزار Sample Point Generator V.1 شش طرح نمونه برداری مکانی طراحی و اجرا شده است. در ادامه به توضیح در مورد هر یک و ذکر نمونه ای از خروجی آنها می پردازیم.

نرم افزار Sample Point Generator v.1 دارای 6 طرح نمونه برداری مکانی است که در ادامه به هر یک از آنها خواهیم پرداخت.

1- طرح نمونه برداری مکانی با نقاط کاملا تصادفی (Totally Random Point Generator

یکی از طرح های نمونه برداری مکانی تعبیه شده در نرم افزار Sample Point Generator V.1 طرح نمونه برداری کاملاً تصادفی است. در شکل زیر بخش مربوط به ایجاد نقاط نمونه بر اساس این طرح نمونه برداری نشان داده شده است. در ادامه بر اساس شماره گذاری های انجام شده به توضیح در مورد هر قسمت می پردازیم.

بخش x-min: در این قسمت طول جغرافیایی مینیمم محدوده ای که قصد دارید نقاط نمونه را در آن توزیع کنید، وارد کنید. واحد مختصاتی مورد استفاده در این بخش می تواند در سیستم مختصات تصویری همچون UTM با واحد متریک و یا سیستم مختصات جغرافیایی با واحد زاویه باشد.

بخش x-max: در این قسمت طول جغرافیایی ماکزیمم گستره مورد نظر برای ایجاد نقاط نمونه را تعیین می کنید.

بخش y-min: در این قسمت عرض جغرافیایی مینیمم گستره مورد نظر برای توزیع نقاط نمونه را تعریف می کنید. توجه داشته باشید که حتماً مقدار y-min باید همواره کمتر از y-max باشد در غیر این صورت نرم افزار با خطا رو به رو می شود.

بخش y-max: در این قسمت عرض جغرافیایی ماکزیمم گستره مورد نظر برای توزیع نقاط نمونه را تعریف می کنید. توجه داشته باشید که حتماً مقدار y-max باید همواره بیش از y-min باشد در غیر این صورت نرم افزار با خطا رو به رو می شود.

در این قسمت با عنوان Number of Random Point بایستی تعداد نقاط تصادقی که می خواهید در محدوده مکانی مشخص شده ایجاد گردد را وارد کنید.

در این قسمت با عنوان output Shp با کلیک بر روی دکمه Browse مسیر ذخیره سازی لایه نقطه ای با فرمت shapefile را معرفی کنید.

در آخر بر روی دکمه Run کلیک کنید تا طرح ایجاد نقاط نمونه کاملاً تصادفی اجرا و نتایج در یک فایل shapefile با ژئومتری نقطه ای در مسیر مشخص شده ذخیره سازی گردد. در اشکالی که در ادامه آمده است با استفاده از روش نقاط کاملا تصادفی در بازه مختصاتی ایران، با تعداد نقاط 200، 400، 600 و 800 نقطه نقاط نمونه ایجاد و نمایش داده شده است.

2- طرح نمونه برداری مکانی با نقاط تصادفی به همراه یک شعاع محدود کننده (Random Point with Exclusion Radius)

دومین استراتژی ایجاد نقاط نمونه که در نرم افزار Sample point Generator تعبیه شده، ایجاد نقاط نمونه تصادفی به همراه یک شعاع محدود کننده می باشد. در این استراتژی که تا حدودی شبیه به حالت قبلی می باشد، محدوده مکانی یا Extent و تعداد نقاط نمونه و شعاع محدود کننده نقاط تکراری توسط کاربر وارد می شود. شعاع محدود کننده یا Exclusion Radius از ایجاد نقاط تصادفی در حریم نقاط تصادفی ایجاد شده جلوگیری نموده و در نتیجه به توزیع مکانی بهتر نقاط کمک می کند و در واقع نقاط حالت نیمه تصادفی پیدا خواهند کرد شاید به لحاظ منطق تصادفی بودن نقاط، این مدل ایجاد دچار نوعی پارادوکس باشد ولی از طرف دیگر به توزیع مکانی و همگن تر نقاط کمک می کند.

تا شامل دامنه مختصاتی یا محدوده مکانی مورد نظر می باشد. در این بخش طول و عرض جغرافیایی مینیمم و ماکزیمم را وارد نموده تا extent یا فریم کاری تعریف گردد. توجه داشته باشید که ایجاد نقاط نمونه در این دامنه مختصاتی ایجاد می گردد.

در کادر ورودی شماره 5 با عنوان Number of Random Point تعداد نقاط تصادفی که می خواهید در Extent کاری ایجاد گردد را وارد کنید.

در کادر ورودی شماره 6 با عنوان Exclusion Radius یک بازه مربعی برای محدود کردن نقاط تصادفی را می توانید وارد کنید. هر قدر این بازه مربعی حول نقطه تصادفی ایجاد شده را افزایش دهید، فاصله بین نقاط تصادفی بیشتر شده در نتیجه نقاط با فواصل بیشتری توزیع می شوند. نکته مهم در اینجا آن است که با توجه به تعداد نقاط و دامنه مختصاتی یا Extent مشخص شده این بازه محدود کننده بایستی همگنی داشته باشد در غیر این صورت امکان ایجاد نقاط وجود نداشته و ممکن است نرم افزار در دور باطل یا حلقه های نامحدود به دام افتاده و نرم افزار هنگ کند.

در کادر شماره 7 مسیر ذخیره سازی لایه برداری خروجی با فرمت shapefile و با ژئومتری نقطه ای را می توانید تعیین کنید. برای این کار ابتدا بر روی دکمه Browse کلیک نموده و فولدر محل ذخیره سازی فایل خروجی را معرفی کنید.

در اشکال بعدی اثر شعاع محدود کننده بر روی نتایج نشان داده شده است همانطور که ملاحظه می شود، هرقدر شعاع محدود کننده با Exclusion Radius افزایش داده شده است، نقاط تصادفی توزیع مناسب تری پیدا کرده و از تجمع و نزدیک شدن نقاط از یک آستانه مشخص جلوگیری شده است.

3- طرح نمونه برداری مکانی با نقاط منظم شبکه ای (Grid Sample point Generation)

سومین استراتژی تعبیه شده در نرم افزار Sample Point Generator V.1 ایجاد شبکه نقاط نمونه در محدوده مکانی یا Extent تعریف شده با استفاده از بازه های مختصاتی می باشد. این طرح نمونه برداری مکانی به نام Grid Sample Generator طراحی و کدنویسی شده است. در این طرح ایجاد نقاط نمونه بر اساس تعداد سطر و ستونی که برای شبکه نقاط تعیین می گردد یک شبکه منظم نقطه ای ایجاد می گردد. در شکل زیر مؤلفه های ورودی شماره گذاری شده که بر اساس این شماره گذاری ها به توضیح هر بخش می پردازیم.

در کادر ورودی Grid Rows باید تعداد نقاطی که در جهت سطری در شبکه نقاط قرار می گیرند را تعریف کنید. هرقدر اعداد بزرگتری در این بخش وارد کنید تراکم شبکه نقاط در جهت سطر افزایش می یابد.

در کادر ورودی Grid Columns باید تعداد نقاط شبکه در جهت ستونی را وارد کنید. در این بخش نیز هر قدر اعداد بزرگتری وارد کنید تراکم شبکه نقاط در جهت ستون افزایش می یابد.

در کادر Output Shp مسیر لایه برداری خروجی با فرمت shapefile را تعیین کنید. با کلیک بر روی دکمه Browse مسیر فولدر ذخیره سازی نتایج را تعیین کنید تا با کلیک بر روی دکمه run نتایج به صورت یک فایل برداری با فرمت Shapefile ذخیره سازی گردد.

4- طرح نمونه برداری مکانی با نقاط نیمه منظم شبکه ای (Semi-Grid Sample point Generation)

طرح چهارم در اجرای یک طرح نمونه برداری مکانی، استفاده از یک شبکه نیمه منظم یا نزدیک به ساختار شبکه ای می باشد. در این حالت علاوه بر تعیین تعداد سطر و ستون یک نمایه تنظیم کننده یا Offset برای ایجاد مقداری انحراف از فرم منظم شبکه ای وارد می شود. این Offset هر قدر که مقدار بزرگتری تعیین شود، میزان انحراف از آرایش منظم شبکه ای افزایش داده می شود. در شکل زیر مؤلفه های ورودی و پارارمترهای این استراتژی نمونه برداری مکانی شماره گذاری شده که در ادامه به توضیح بر اساس این شماره گذاری خواهیم پرداخت.

کادر ورودی Grid Rows می توانید ساختار شبکه نقاط را تعیین کنید. در این کادر تعداد نقاطی که در جهت سطری در Extent جغرافیایی توزیع می شوند را تعیین می کنید. توجه داشته باشید که هر قدر اعداد بزرگتری در این بخش وارد کنید تراکم سطری شبکه نیمه منظم را افزایش می دهید.

کادر ورودی Grid Columns تعداد نقاطی که در شبکه نیمه منظم شبکه ای در جهت ستونی قرار می گیرند را تعیین می کنید. در این بخش نیز هر قدر تعداد نقاط نمونه را افزایش دهید، تراکم شبکه نیمه منظم در جهت ستون افزایش می یابد.

کادر ورودی Offset یک دامنه متعادل کننده یا انحراف دهنده به نسبت شبکه کاملاً منظم، اعمال می کند. در این بخش هر قدر که اعداد بزرگتری وارد کنید، میزان انحراف از حالت شبکه کاملاً منظم افزایش پیدا خواهد کرد.

در کادر Output Shp مسیر ذخیره سازی لایه برداری با فرمت shapefile و با ژئومتری نقطه ای را تعیین می کنید. بدین منظور ابتدا بر روی دکمه Browse کلیک کنید و مسیر ذخیره سازی فایل خروجی را وارد کنید. توجه داشته باشید در مسیر ذخیره سازی تنها فولدر محل ذخیره فایل را تعیین کنید.

در اشکال بعدی نتایج به دست آمده از مدل Semi-Grid Sample point Generator با اعمال مقدار Offset برابر با 0، 0.02، 0.04 و 0.06 نشان داده شده است. همان طور که ملاحظه می شود هر قدر میزان Offset افزایش یابد، میزان انحراف از آرایش شبکه ای افزایش یافته و شبکه منظم به سمت شبکه نامنظم گرایش پیدا کرده است.

5- طرح نمونه برداری مکانی خوشه بندی تصادفی (Random Cluster Sample Point Generation)

پنجمین طرح نمونه برداری مکانی تعریف شده در نرم افزار Sample Point Generator V.1 طرح نمونه برداری مکانی خوشه بندی تصادفی است. در این الگو، امکان تعریف تعداد خوشه و تعداد نقاطی که در هر خوشه قرار می گیرند، وجود دارد. انتخاب موقعیت مرکز هر خوشه و موقعیت نقاطی که در هر خوشه قرار می گیرند به صورت تصادفی یا Random انجام می گیرد. در شکل زیر پارامترهای ورودی این طرح نمونه برداری مکانی با شماره مشخص شده است که در ادامه به توضیح در مورد هر یک می پردازیم.

در کادر ورودی Random point تعداد خوشه هایی که به صورت تصادفی در بازه مختصاتی Extent ایجاد می شوند را می توانید تعیین کنید.

در کادر ورودی Cluster Points تعداد نقاطی که در هر یک از خوشه های تصادفی Random Point قرار می گیرند، تعریف می گردد. انتخاب موقعیت این نقاط نیز به صورت تصادفی انجام می گیرد. البته توزیع نقاطی که در هر خوشه قرار می گیرند بر اساس Radius یا شعاعی که تعریف می گردد حول نقطه مرکز خوشه انجام می شود.

در کادر ورودی Radius بازه یا حریمی که نقاط هر خوشه در آن توزیع می شوند، تعیین می گردد. هرقدر مقدار Radius را افزایش دهید، نقاط هر خوشه در گستره وسیع تری توزیع می شوند.

در کادر Output Shp مسیر ذخیره سازی لایه برداری Shapefile نتایج با ژئومتری نقطه را تعیین می کنید. با کلیک بر روی دکمه Browse مسیر فولدر مورد نظر برای ذخیره سازی فایل خروجی را معرفی کنید تا نتایج به صورت یک لایه Shapefile در فولدر مشخص شده ذخیره سازی شود.

در اشکالی که در زیر نمایش داده شده است، تأثیر تغییر مقدار Radius یا شعاع توزیع نقاط هر خوشه را مشاهده می کنید. همان طور که در شکل نشان داده شده است، با افزایش شعاع از 1 تا 2.5 با گام ها 0.5 درجه ای توزیع نقاط هر خوشه در گستره وسیع تری انجام می شود

6- طرح نمونه برداری مکانی خوشه بندی شبکه ای (Grid Cluster Sample Point Generation)

ششمین استراتژی نمونه برداری مکانی تعبیه شده در نرم افزار Sample Point Generator V.1 طرح نمونه برداری شبکه ای با خوشه های تصادفی است. در این طرح ابتداد تعداد سطر و ستون شبکه نقاط تعیین می گردد که از این طریق مراکز خوشه ها به صورت منظم و شبکه ای در بازه مختصاتی یا Extent مشخص شده، تعریف شده و سپس تعداد نقاط تصادفی که حول هر گره شبکه ایجاد می گردد، تعیین و بدین صورت طرح نمونه برداری مکانی تدوین و اجرا می گردد. مؤلفه ها و پارامترهای ورودی این طرح نمونه برداری مکانی در شکل زیر با شماره مشخص شده که بر اساس شماره گذاری های انجام شده در ادامه به توضیح در مورد هر یک می پردازیم.

در کادر Grid Rows تعداد نقاطی که در جهت سطری در شبکه نقاط یا Grid قرار می گیرند را می توانید تعریف کنید. هر قدر اعداد بزرگتری در این قسمت تایپ کنید قدرت تفکیک یا رزولوشن شبکه را در جهت سطری افزایش می دهید. نقاطی که در این شبکه تعریف می شوند به عنوان مرکز خوشه ها یا Cluster Center در نظر گرفته می شوند.

در کادر ورودی Grid Columns تعداد نقاطی که در جهت ستونی در شبکه نقاط قرار می گیرند را می توانید تعریف کنید. در اصل این نقاط به عنوان گره های شبکه یا مراکز خوشه ها در نظر گرفته می شوند.

در کادر Cluster Points تعداد نقاطی که به صورت تصادفی حول مرکز خوشه یا همان گره های شبکه، ایجاد می شوند، را تعریف می کنید.

در کادر Cluster Radius شعاع چهارگوش حول مراکز خوشه ها که همان گره های شبکه هستند را تعریف می کنید و از این طریق گستره توزیع نقاط تصادفی یا Cluster Point ها حول نقاط مرکز خوشه یه همان گره های شبکه را تعریف می کنید. هر قدر اعداد بزرگتری در این بخش تایپ کنید نقاط تصادفی حول گره های شبکه در بازه مکانی وسیع تر توزیع می شوند.

در کادر ورودی Output Shp می توانید مسیر ذخیره سازی لایه برداری خروجی با فرمت Shapefile و با ژئومتری نقطه را تعیین کنید. برای این کار ابتدا بر روی دکمه Browse کلیک کنید و سپس فولدری که قصد دارید نتایج خروجی در آن قرار گیرد به نرم افزار معرفی کنید.

در شکل هایی که در زیر نشان داده شده است، اثر تغییر شعاع عملکرد یا Radius را از اعداد 0.5 تا 1.25 با گام های 0.25 مشاهده می کنید. همان طور که ملاحظه می شود، هر قدر شعاع عملکرد یا Radius افزایش داده شده است، توزیع نقاط تصادفی حول گره های شبکه یا Grid Node ها در گستره مکانی وسیع تری انجام شده است.