بخشی از مقاله
تلفيق مستقيم سيستمهاي فتوگرامتري با سيستمهاي مديريت پايگاه داده مکاني بمنظور توليد داده هاي سازگار و ساختاريافته براي GIS
چکيده- ماهيت هزينه بر بودن تهيه داده بصورت يکبار مصرف باعث ايجاد يک جهت گيري جديد بسمت استفاده از پايگاه داده مرکزي گرديده است که در آن يک مدل مکان مرجع از جهان تهيه ، ذخيره و بهنگام مي گردد. استفاده از پايگاه هاي داده مکاني ، توليد نقشه هايي با کاربري و مقياسهاي مختلف را از روي داده هاي يکسان امکان پذير مي سازد. پيشرفتهاي اخير در زمينه توسعه پايگاه هاي داده و سيستمهاي مديريت مرتبط با اين پايگاه ها امکانات فراواني را بمنظور ذخيره سازي، بازيابي و کنترل صحت داده هاي مکاني و روابط توپولوژيکي ميان عوارض در اختيار کاربران قرار داده است . اين قابليتها بمنظور تهيه داده هاي مکاني براي ورود به سيستمهاي GIS لازم و ضروري مي باشد. تلفيق مستقيم سيستمهاي فتوگرامتري بعنوان يکي از مهمترين منابع توليد داده هاي مکاني مورد نياز براي سيستمهاي GIS و سيستمهاي مديريت پايگاه داده مکاني ، ضمن آنکه هدف اول را تحت پوشش قرار مي دهد، سبب مي گردد تا عمليات کنترل صحت روابط منطقي و توپولوژيکي ميان عوارض همزمان با ورود داده هاي مکاني به پايگاه داده امکان پذير گردد و بدين ترتيب ضمن کاهش عمليات ويرايش پس از رقومي سازي عوارض و ورود مستقيم داده هاي مکاني به پايگاه داده، در زمان و هزينه توليد داده هاي مکاني صرفه جويي فراواني شود. براي اين منظور در اين تحقيق پس از ارزيابي روشهاي مختلف تلفيق سيستمهاي فتوگرامتري و پايگاه داده GIS، سيستم رابطي ارائه گرديد که قادر است ضمن کنترل کيفيت پايگاه داده مکاني ، صحت و سازگاري داده هاي توليد شده را همزمان با عمليات رقومي سازي داده ها بمنظور ورود به پايگاه داده GIS بطور هوشمند، کنترل و حفظ نمايد. آزمايش سيستم و بررسي نتايج نشان مي دهد که اطلاعات توليد و ذخيره شده در پايگاه داده بوسيله اين سيستم صحيح و سازگار با پايگاه داده بوده و بخوبي ساختاردهي شده اند. بعلاوه، زمان توليد اطلاعات مکاني ساختار يافته و سازگار براي پايگاه هاي داده GIS بطور قابل ملاحظه اي کاهش مي يابد.
کليد واژه- پايگاه داده مکاني ، تلفيق ، فتوگرامتري، GIS، کنترل کيفيت .
١-مقدمه
امروزه دادههاي مکاني در کاربردهاي مختلف نقش موثري را ايفا مي کنند. بمنظور سازماندهي و مديريت دادههاي مکاني جمع آوري شده از سيستمهاي مديريت پايگاه داده مکاني استفاده مي شود. استفاده از سيستمهاي مديريت پايگاه داده مکاني امکان تلفيق دادههاي جمع - آوري شده از منابع مختلف ، حفظ اعتبار دادهها، بهنگامرساني و پالايش دادهها و ارائه توليدات گوناگون در مقياسهاي مختلف را فراهم مي سازد. بهمين دليل تلاشهاي زيادي براي استفاده از اين سيستمها و تلفيق آنها با سيستمهاي جمع آوري دادههاي مکاني بويژه سيستمهاي فتوگرامتري که يکي از روشهاي مهم جمع آوري دادههاي مکاني بحساب مي آيند صورت گرفته است . با تلفيق سيستم مديريت پايگاه داده مکاني و فتوگرامتري اطلاعات جمع آوري شده به روش فتوگرامتري با حفظ دقت به پايگاه داده منتقل مي شوند. اين امر حجم عملياتهاي ويرايشي و زمان و هزينه مورد نياز را نيز کاهش مي دهد. بعلاوه، اگر ابزارهاي ساختاردهي و کنترل کيفيت داده در اين سيستمها ايجاد و بکار گرفته شوند، کيفيت اطلاعات مکاني افزايش مي يابد. کيفيت و سازگاري داده ها بسيار مهم است زيرا اعتبار نتايج آناليزهاي GIS را تحت تاثير قرار مي دهد. همچنين خطاهاي مکاني در پايگاه هاي داده GIS ناشي از عدم سازگاري داده و ساختاردهي نامناسب آنها مي باشند. بنابراين براي جلوگيري از وقوع اين خطاها و حفظ کيفيت پايگاه داده در تلفيق دو سيستم ، ساختاردهي و کنترل سازگاري داده ها بطور آني مورد توجه قرار گرفته است . در اين تحقيق بمنظور ارائه يک سيستم تلفيق کارآمد که قادر به ساختاردهي و کنترل سازگاري داده ها بطور آني نيز باشد ابتدا در زمينه تلفيق دو سيستم فتوگرامتري و پايگاه داده بررسي هاي دقيقي صورت گرفته و روشهاي مختلف تلفيق ارزيابي شده است . بخش ٢ مقاله ي حاضر به اين موضوع اختصاص داده شده است . در عين حال از آنجا که يک سيستم تلفيقي مستقيم بايد قادر به کنترل کيفيت داده هاي مکاني پايگاه داده مکاني نيز باشد در بخش ٣ به بررسي جنبه هاي مختلف کنترل کيفيت در پايگاه داده مکاني مي پردازد. در بخش ٤، سيستم تلفيقي طراحي و پياده سازي شده در اين تحقيق شرح داده مي شود. بخش ٥ نتايج حاصل از آزمايش سيستم ارائه شده را مورد بررسي قرار مي دهد. در بخش ٦ نيز با توجه به مطالب ذکر شده در بخش هاي گذشته نتيجه گيري انجام شده و پيشنهاداتي ارائه مي گردد.
٢- ارزيابي تلفيق سيستمهاي مديريت پايگاه داده مکاني و سيستمهاي فتوگرامتري
با تلفيق دو سيستم مديريت پايگاه داده مکاني و فتوگرامتري اطلاعات جمع آوري شده به روش فتوگرامتري با حفظ صحت داده ها به پايگاه داده منتقل و در آنجا حفظ مي شوند و امکان آناليزهاي آني GIS، تلفيق داده هاي جمع آوري شده با داده هاي ديگر منابع و کنترل مستقيم صحت داده ها فراهم مي شود. در اين صورت علاوه بر حفظ اعتبار و سازگاري، حجم عملياتهاي ويرايشي و زمان و هزينه مورد نياز نيز بطور قابل ملاحظه اي کاهش مي يابد. با استفاده از چنين سيستمهايي مي توان تصميم گيري ها و برنامه ريزي هاي بسيار دقيقي انجام داد. بنابراين در کاربردهايي که داده هاي مکاني نقش مهمي را ايفا مي کنند مثل کاربردهاي مديريت شهري استفاده از اين سيستم ها مي تواند بسيار تاثيرگذار باشد. با توجه به اهميت اين سيستمها بمنظور ارائه يک سيستم تلفيقي بهينه ابتدا سيستمها و روشهاي تلفيق دو سيستم ارزيابي شود. سيستمهاي تلفيقي زيادي تا کنون ارائه شده اند که هر کدام مزايا و معايب خود را دارند. تلفيق سيستمهاي فتوگرامتري و پايگاه داده مکاني را مي توان بر اساس معيارهاي مختلف طبقه بندي کرد. از جمله اين معيارها نحوه ارتباط دو سيستم ، نوع سيستمها و کارايي سيستمها مي باشند. بر اساس معيار نحوه ارتباط دو سيستم فتوگرامتري و پايگاه داده مکاني که کارايي سيستم را نيز تحت تاثير قرار ميدهد سيستمها به دو
گروه عمده تقسيم مي شوند:
گروه اول: سيستمهاي تلفيقي که در آنها سيستمهاي فتوگرامتري و پايگاه داده مکاني بدون نياز به رابط خارجي به يکديگر متصل مي شوند و ابزارهايي براي اين منظور در دورن اين سيستمها در نظر گرفته شده است . ارائه چنين سيستمهايي تنها به سازندگان سيستمهاي فتوگرامتري و پايگاه داده محدود مي شود. چون بايد ابزارهاي لازم براي برقراري ارتباط در داخل سيستمهاي فتوگرامتري و پايگاه داده وجود داشته باشند. از جمله سيستمهايي که با ارتباط مستقيم دورن سيستمي بين فتوگرامتري و پايگاه داده GIS بهم مرتبط مي شوند عبارتند از تلفيق سيستم فتوگرامتري Z.I ImageStation با GeoMedia از Intergraph، اتصال بين سيستم فتوگرامتري Erdas Imagine با ArcInfo از ESRI ، تلفيق سيستم فتوگرامتري Finish ESPA با Smallworld و تلفيق سيستم PCI با Oracle است .
در برخي از اين سيستمها مثل تلفيق سيستم فتوگرامتري Socet Set و Lamps٢ از Laser-Scan اين ارتباط بسيار قدرتمندتر از ساير سيستمها برقرار شده است و سيستم کارايي بسيار بالايي دارد. برخي سيستمهاي تلفيقي از اين گروه ممکن است امکانات متنوعي از جمله براي معتبرسازي داده ها داشته باشند اما از آنجا که اين امکانات توسط شرکتهاي تجاري ارائه شده است محدوديتهايي نيز دارد و ممکن است با نيازهاي کاربر کاملا سازگار نباشد.
گروه دوم: سيستمهاي تلفيقي که در آنها از يک رابط خارجي براي اتصال دو سيستم فتوگرامتري و پايگاه داده مکاني استفاده مي شود. در اينجا مهمترين مسئله تعريف يک رابط کارآمد بين دو سيستم است که امکان انتقال داده ها را فراهم کند. در اين روش تلفيق ، انواع سيستمهاي فتوگرامتري که ممکن است براي اتصال به پايگاه داده طراحي نشده باشند نيز مي توانند با استفاده از اين رابطها به سيستمهاي پايگاه داده متصل شوند و از مزاياي اين سيستمها استفاده کنند. رابط ها با توجه به کاربرد ويژگي هاي مختلفي دارند. رابطها براي ارائه امکاناتي مثل تغيير فرمت ، ساختاردهي به دادهها و . . . طراحي مي شوند. اين رابطها با استفاده از زبانهاي برنامه نويسي مثل ++C،VB و . . . مي توانند نوشته شوند. مزيت استفاده از اين روش سازگاري رابط و سيستم تلفيقي با نيازهاي کاربر، انعطافپذيري و انتخابي بودن سيستمهاي فتوگرامتري و پايگاه داده است . بدين معني که با توجه به ويژگي هاي سيستمها مي توان دو سيستم را که از نظر کارايي در سطح مورد انتظار هستند حتي در صورتي که در طراحي آنها مسئله تلفيق آنها در نظر گرفته نشدهباشد انتخاب نمود. در صورت عدم وجود رابط خارجي که قبلا براي اين منظور ساخته شده باشد، بايد يک رابط خارجي براي اتصال دو سيستم ايجاد کرد.
از جمله مزاياي مهم روش اول يعني استفاده از رابط داخلي ، عدم نياز به طراحي و ايجاد رابط جديد مي باشد در صورتي که با استفاده از روش دوم يعني استفاده از رابط خارجي ، بايد اين رابط را ايجاد نمود، اما اين روش امکان انتخاب سيستمهاي مورد نظر توسط شخص را فراهم مي سازد. در اينجا مقايسه اي بين چند سيستم تلفيقي متداول انجام گرديده است . بمنظور ارزيابي سيستمهاي تلفيقي موجود بايد معيارهاي مناسبي انتخاب نمود. بر اساس معيارهاي دقت ، سرعت ، سادگي ، قابليت ويرايش ، درجه اتوماسيون، نوع و خصوصيات سيستمهاي فتوگرامتري و پايگاه داده مورد استفاده مقايسه اي بين سيستمهاي تلفيقي متداول انجام گرفت که نتايج اين بررسي در جدول١ ارائه شده است .
سيستمهاي تلفيقي موجود هر کدام مزايا و معايبي دارند که عمده ترين محدوديت اين سيستمها را مي توان در-off lineبودن ابزارهاي ساختاردهي و ارزيابي خطاهاي آنها دانست . بهمين دليل در اين مقاله سيستم رابط مستقيمي ارائه شده است که داراي ابزارهاي ساختاردهي و کنترل کيفيت لحظه اي مي باشد. قبل از تشريح سيستم لازم است اصول کنترل کيفيت در پايگاه هاي داده GIS بيان گردد.
٣- کنترل کيفيت پايگاه هاي داده مکاني
هسته مرکزي هر سيستم اطلاعات مکاني ، پايگاه داده قوي و قابل اعتماد آن است . بمنظور حفظ اعتبار يک پايگاه داده لازم است از تکنيکهاي کنترل کيفيت پايگاه هاي مکاني استفاده شود. براي اين منظور نياز است ابتدا اساس کنترل کيفيت پايگاه هاي مکاني مورد بررسي قرار گيرد. کامل بودن، اعتبار، سازگاري منطقي ، سازگاري فيزيکي و صحت موقعيتي اساس فرايند کنترل کيفيت پايگاه هاي داده مکاني هستند که در ادامه شرح داده مي شوند[٢٩]:
. کامل بودن: بدين معناست که همه داده هاي مورد نياز موجود بوده و با طراحي پايگاه داده توافق و همخواني داشته باشند. همه داده ها بايد مطابق يک استاندارد مشخص براي توپولوژي، سيستم تصوير و ... باشند.
. اعتبار: معيار صحت توصيفي پايگاه داده است . هر توصيف بايد در يک دامنه مشخص تعريف شده باشد.
. سازگاري منطقي : معيار هماهنگي در ارتباط ميان دو يا چند ويژگي بهم مرتبط است . اگر مقدار يک ويژگي تغيير کند، مقادير ساير ويژگي هاي مرتبط نيز متناسب با آن بايد تغيير کند. براي مثال در يک پايگاه داده اگر نوع عارضه ، عارضه سطحي آبي مثل درياچه باشد، آنگاه شيب آن بايد صفر باشد و يا بعبارت ديگر نقاط آن هم ارتفاع باشد چون هر مقدار ديگري براي شيب غير منطقي خواهد بود.
. سازگاري فيزيکي : معيار صحت توپولوژيکي پايگاه داده است . براي مثال در يک پايگاه GIS يک عارضه خاص مثل ساختمان بايد در فاصله ي بخصوصي از عوارضي مثل نيروگاه ها باشد.
. صحت موقعيتي : معيار ميزان تطابق موقعيت هر عارضه مکاني در پايگاه داده با واقعيت است . خطاهاي موقعيتي به روشهاي مختلف مي توانند ايجاد شوند. اين نوع خطاها مي توانند تصادفي ، سيستماتيک و يا تجمعي باشند. صحت موقعيتي بايد هميشه قابل قبول باشد.
کيفيت پايگاه هاي داده و تصحيح خطاها و ناسازگاري هاي داده هاي مکاني در پايگاه داده مکاني و حفظ سازگاري داده هاي موجود در آن از قيود صحت استفاده مي شود. از جمله قيود صحت مي توان به قيود توپولوژيکي اشاره نمود. قيود توپولوژيکي شامل قيود ساختاري، هندسي و قيود توپولوژيکي -معنايي مي باشند[٣٠]. قيود توپولوژيکي -معنايي به رابطه بين عوارض با توجه به ماهيت آنها مربوط مي شود. در اين تحقيق براي رفع آني ناسازگاري هاي توپولوژيکي فرايند هاي کنترل و تصحيح بخصوصي در نظر گرفته شده است که همه اين فرايندها در سيستم ارائه شده با هم تلفيق شده اند بنحوي که هر سه توع خطاي ساختاري، هندسي و توپولوژيکي -معنايي بطور لحظه اي کنترل و تصحيح مي شوند.
همه پارامترهاي کنترل کيفيت بايد مرتبا مورد اندازه گيري و ارزيابي قرار گيرند. عمليات هاي تصحيحي که براي
اين منظور در سيستم ارائه شده پياده شده اند، شامل موارد ذيل هستند:
. تعريف و شناسايي ناسازگاري ها
. اختصاص عملياتهايي براي تصحيح ناسازگاري ها بعنوان عملياتهاي تصحيحي
. اختصاص عملياتهايي براي جلوگيري از رخداد ناسازگاري ها بعنوان عملياتهاي پيشگيري
در بخش ٤ نحوه ي طراحي ، پياده سازي و عملکرد سيستم ارائه شده در اين تحقيق بمنظور کنترل کيفيت اتوماتيک پايگاه داده GIS در فرايند انتقال داده هاي استخراج شده در سيستم فتوگرامتري به پايگاه هاي داده مکاني ارانه مي گردد.
٤- طراحي و پياده سازي سيستم رابط مستقيم بين سيستمهاي فتوگرامتري و سيستمهاي مديريت پايگاه داده مکاني
پس از بررسي سيستمهاي تلفيقي موجود و جنبه هاي مختلف کنترل کيفيت پايگاه هاي داده مکاني در اين بخش به طراحي و پياده سازي يک سيستم on-line بعنوان رابطي خارجي بين دو سيستم فتوگرامتري و پايگاه داده مکاني مي پردازيم که داراي امکان ساختاردهي و کنترل روابط منطقي و توپولوژيکي همزمان با عمليات رقومي سازي است . در اين راستا ابتدا نيازمندي هاي توليد و توسعه يک پايگاه داده مکاني قابل اعتماد بررسي مي شود. از اساسي ترين اين نيازها مي توان به نياز به يک پايگاه داده متناسب با سيستم ، نياز به ساختاردهي و کنترل و تصحيح روابط بين عوارض و بطور کلي ناسازگاري هاي احتمالي داده هاي مکاني ورودي و نياز به نمايش اطلاعات موجود در پايگاه داده اشاره نمود.
براي برطرف کردن نيازهاي فوق، در اين تحقيق سيستمي با عنوان سيستم آني تلفيق پايگاه داده مکاني و سيستمهاي فتوگرامتري يا On-line Integrated Spatial Database and Photogrammetric System(OISDBPS) طراحي و پياده سازي گرديد. در اين سيستم امکان تصحيحات توپولوژيکي ، منطقي ، ساختاري و معنايي فراهم شده است . داده هاي سازگار توليد شده بوسيله اين سيستم نيازي به ويرايشهاي بعدي ندارد و با ساختار توپولوژيکي صحيح وارد پايگاه داده مي شوند. در اين سيستم ماهيت عوارض و روابط بين آنها در فرايند ارزيابي کنترل و تصحيح انواع خطاها و ساختاردهي لحظه اي مد نظر قرار گرفته است و کلاسهاي مختلف عوارض از جمله راه، راه آهن ، منحني ميزان، ساختمان، بلوک شهري، عوارض خطي آبي ، عوارض سطحي آبي و فضاي سبز در سيستم ارائه شده تعريف گرديده است .
با توجه به بررسي تحقيقات صورت گرفته و پيشنهادات ارائه شده توسط افراد صاحب نظر در اين زمينه از جمله (Woodsford,٢٠٠٤) در اين تحقيق براي ارائه سيستمي رابط با قابليت کنترل و تصحيح خطاي لحظه اي ، سيستمي با پردازش مبتني بر قانون با استفاده از تکنولوژي شئ گرا براي کنترل روابط توپولوژيک و منطقي بين عوارض و ناسازگاري ها همزمان با عمليات رقومي سازي ارائه گرديده است . در عين حال الگوريتمهاي مورد نياز براي ساختاردهي لحظه اي به داده هاي مکاني نيز در اين سيستم فراهم شده است . بمنظور درک منطق طراحي اين سيستم لازم است ساختار آن تشريح گردد. با توجه به نيازهاي سيستم ، ساختار داخلي سيستم طراحي شده شامل (١)بخش مديريت سيستم که شامل يک رابط کاربر نيز مي باشد. اين بخش علاوه بر وظيفه مديريت و تعيين عملکرد سيستم در هر مرحله وظيفه ي گرفتن پارامترهاي مورد نياز را از کاربر نيز بر عهده دارد، (٢) بخش کنترل کننده خطاهاي ساختاري و روابط منطقي و توپولوژيکي بين عوارض (٣) بخش تنظيم قيود بمنظور جمع آوري دانش مربوط به قوانين کنترل داده ها از کاربر متخصص و ذخيره ي آنها در پايگاه دانش قيود با توجه به ماهيت عوارض و (٤) بخش نمايش عوارض ذخيره شده در پايگاه داده مکاني که بر اساس پايگاه داده مکاني سيستم OISDBPS است و (٥) پايگاه داده. ساختار داخلي سيستم طراحي شده در شکل (١) نمايش داده شده است .
