بخشی از مقاله
توليد اطلاعات مکاني ساختار يافته براي GIS همزمان با عمليات رقومي سازي عوارض با تلفيق مستقيم سيستمهاي فتوگرامتري و CAD به کمک يک رابط شئ گرا
چکيده :
اطلاعات مکاني حاصل از روشهاي فتوگرامتري از مهمترين منابع تهيه داده هاي مکاني براي ورود به GIS مي باشند. روش مرسوم توليد اين داده ها که شامل آماده سازي آنها براي ورود به GIS، پس از تهيه در قالب نقشه هاي رقومي مي باشد، بسيار وقت گير و هزينه بر است و از آنجايي که عمليات ويرايش داده هاي مکاني معمولا بدون استفاده از مدل فتوگرامتري انجام مي گيرد، سبب کاهش قابليت اعتمادپذيري داده ها مي گردد(Off-line approach). از اين رو در اين مقاله از روش جديدي براي آماده سازي داده هاي مکاني استفاده شده است . در اين روش ويرايش و ساختاردهي به داده هاي مکاني با تأکيد بر برقراري روابط منطقي بين عوارض همزمان با عمليات رقومي سازي (تبديل ) عوارض از روي مدل تشکيل شده در سيستم فتوگرامتري انجام مي شود (On-line approach). به منظور دستيابي به اين امر از تلفيق مستقيم سيستمهاي فتوگرامتري و سيستمهاي CAD به کمک يک رابط شئ گرا استفاده مي شود. زيرا بسياري از سيستمهاي فتوگرامتري از سيستمهاي CAD به دليل توانمنديهايي که در ذخيره ، بازيابي ، ويرايش و مدلسازي سه بعدي داده هاي مکاني دارند به عنوان محيط رقومي سازي خارجي استفاده مي کنند. همچنين با درنظر گرفتن قابليتهاي ساختارهاي شئ گرا در مدلسازي و کنترل روابط منطقي و توپولوژيکي ميان عوارض از اين ساختار براي طراحي سيستم رابط استفاده مي شود. اين سيستم وظيفه انجام ويرايشها و کنترل و برقراري روابط منطقي بين عوارض را به منظور ساختاردهي به داده هاي مکاني بر عهده دارد. به اين ترتيب داده هاي مکاني پس از انجام عمليات آماده سازي به محيط ترسيم CAD ارسال مي شوند. اين داده ها که قسمت عمده اي از ويرايشهاي لازم بر روي آنها اعمال شده است پس از تغيير فرمت آماده ورود به محيطهاي GIS هستند.
بر اين اساس سيستم Object-oriented CAD Based Photogrammetric System( OCBPS٢) با تلفيق سيستم فتوگرامتري Photomod و سيستم CAD،Microstation با استفاده از يک سيستم رابط شئ گرا با هدف ساختاردهي به داده هاي مکاني مربوط به عارضه راه که يکي از عمومي ترين عوارض ترسيم شده در نقشه هاي بزرگ مقياس و کوچک مقياس است ، طراحي و پياده سازي گرديد. در اين سيستم امکان دريافت اطلاعات توصيفي در راستاي برقراري بهتر روابط منطقي ميان عوارض نيز وجود دارد. با توجه به تست موفقيت آميز اين سيستم ضمن بهبود نقايص روش off-line، خطاهاي خاص هر عارضه نيز که به ماهيت آن برمي گردند همچون خطاهاي عمومي عوارض مختلف ويرايش مي شوند. علاوه بر اين مراحل واسط بين رقومي سازي عوارض و توليد داده هاي مکاني ساختاريافته براي GIS که قسمتهاي مختلف ويرايش ، استرئوچک و NTDB را در خط توليد اين داده ها شامل مي شود تاحد چشمگيري کاهش مي يابد.
کلمه هاي کليدي : فتوگرامتري، GIS،CAD ، داده هاي مکاني، ساختار شئ گرا، روابط منطقي، عارضه راه
١- مقدمه
يکي از مهمترين منابع توليد داده هاي مکاني براي ورود به GIS، اطلاعات مکاني حاصل از روشهاي فتوگرامتري ميباشد. در روش مرسوم توليد داده هاي مکاني براي GIS با استفاده از تکنيکهاي فتوگرامتري، ابتدا اين اطلاعات در قالب نقشه هاي رقومي تهيه ميشوند، سپس به منظور آماده سازي داده هاي مکاني براي ورود به GIS، عمليات ويرايش خطاها و ساختاردهي به داده هاي مکاني انجام ميگيرد off-line) (approach. در ادامه داده هاي مکاني به گونه اي ساختاردهي ميشوند که پس از ورود به محيط GIS داراي ساختار توپولوژيکي منطبق بر واقعيت باشند.
عمليات آماده سازي داده ها به اين روش علاوه بر اينکه زمان بر وپرهزينه است ، به دليل عدم در اختيار داشتن مدل تشکيل شده در سيستمهاي فتوگرامتري که مرجع اصلي اخذ داده محسوب ميشود، سبب کاهش قابليت اعتمادپذيري داده ها ميگردد[٣]. از اين رو در اين تحقيق با هدف کاهش معايب فوق الذکر از روشي جديد جهت ويرايش و ساختاردهي آني به داده هاي مکاني براي ورود به GIS همزمان با رقوميسازي عوارض استفاده گرديده است
(on-line approach). اين روش بر اساس کنترل روابط منطقي بين عوارض در حين عمليات رقومي سازي ويرايش داده هاي مکاني و توليد داده هاي ساختاريافته براي GIS مي پردازد.
استفاده از اين روش ، در سال ١٣٨٣ در نسخه اول سيستم OCBPS براي ويرايش و ساختاردهي آني داده هاي مکاني مربوط به عارضه ارتفاعي منحني ميزان با کنترل روابط منطقي حاکم بر اين عارضه مورد استفاده قرار گرفت [٣]. مسأله اي که در اين سيستم در نظر گرفته نشده بود، روابط منطقي ميان عارضه منحني ميزان و ساير عوارض مرتبط با آن بود. لذا در نسخه جديد سعي دربرطرف کردن اين مسأله شد. همچنين قابليت ديگري که به نسخه جديد اضافه شده است امکان دريافت اطلاعات توصيفي از کاربر و استفاده از آنها در جهت برقراري بهتر روابط منطقي بين عوارض است .
در دستيابي به روش on-line توليد داده هاي ساختاريافته ، انتخاب محيطي مناسب با استفاده آسان براي کاربران سيستمهاي فتوگرامتري حائز اهميت ميباشد. در اين راستا سيستمهاي CAD که در اغلب سيستمهاي فتوگرامتري به عنوان محيط رقوميسازي خارجي استفاده ميشوند، با دارا بودن ابزار توانمند در ويرايش ، ساختاردهي و نمايش داده هاي مکاني مربوط به عوارض مسطحاتي و ارتفاعي درخور توجه ميباشند[٤]. سيستمهاي فوق با برخورداري از ابزار قدرتمند طراحي، دقت ترسيمات هندسي را به طرز چشمگيري بالا ميبرند. به کمک اين توانايي سيستمهاي CAD، توليد مدل سه بعدي از اطلاعات استخراج شده از مدل فتوگرامتري تسهيل مييابد. با توجه به مطالب ذکر شده ، تلفيق سيستمهاي فتوگرامتري و CAD و تشکيل سيستمهاي فتوگرامتري مبتني بر CAD در پاسخگويي به نيازمنديهاي کنوني صنعت ژئوماتيک و GIS از اهميت بالايي برخوردارست . تلفيق اين دو سيستم به کمک يک رابط ميان آن دو ميسر ميشود. اين سيستم رابط يا بايد داراي توانايي تغيير فرمت داده هاي حاصل از سيستم فتوگرامتري به فرمت قابل قبول توسط سيستم CAD باشد و يا قابليت اضافه کردن توپولوژي به داده هاي مکاني براي تشکيل مدل سه بعدي اشيا توسط سيستم CAD را داشته باشد[٤]. در ادامه پياده سازي سيستمهاي فتوگرامتري مبتني بر CAD بررسي مي شود و ساختار سيستم OCBPS٢ ارائه مي گردد. سپس به طراحي و پياده سازي سيستم فوق و توانمنديهاي آن پرداخته ميشود. تست اين سيستم که در ادامه خواهد آمد از ديگر قسمتهاي مهم اين مقاله است .
٢- سيستمهاي فتوگرامتري مبتني بر CAD
يک سيستم CAD-Based Photogrammetry هر چند که ممکن است تمامي توابع سيستمهاي CAD را نداشته باشد ولي نتايج حاصل از پردازشهاي فتوگرامتري را به صورت يک مدل کامل CAD ارائه ميدهد که شامل هندسه و روابط ميان نقاط براي تعريف هندسه عوارض ميباشد[٤].
براي پياده سازي اين سيستمها سه روش اصلي وجود دارد:
١. سيستم هايي که ابزار فتوگرامتري را در داخل محيط CAD مورد استفاده قرار مي دهند. اين سيستمها بر پايه سيستم هايCAD موجود همچون MicroStation يا AutoCAD ساخته شده اند و از ساختار داده آنها استفاده مي کنند[٤].
٢. سيستم هاي فتوگرامتري که توسط توابع CAD توسعه يافته اند. اين سيستمها اطلاعات توپولوژيکي را به داده هاي هندسي افزوده و در اغلب موارد مي توانند يک توصيف پارامتريک از عناصر هندسي توليد کنند. در اين سيستمها محيطهاي CAD و فتوگرامتري مستقل از يکديگر عمل مي کنند[٤].
٣. روشهايي که تکنيک هاي پيشرفته مدلسازي مانند روش
CSG١ وB-rep٢ را مورد استفاده قرارمي دهند. در اين سيستمها اطلاعات هندسي وغيرهندسي جمع آوري شده در طول مدلسازي نظير قطر داخلي و خارجي لوله ها در تشکيل مدل فتوگرامتري استفاده ميشود[٥].
نسخه اول سيستم OCBPS با تلفيق سيستمهاي فتوگرامتري از نوع استرئوپلاتر و سيستم Microstation با کمک يک سيستم رابط شئ گرا به ويرايش و ساختاردهي داده هاي مکاني عارضه منحني ميزان همزمان با رقومي سازي عارضه فوق مبادرت مي کند. ساختار اين سيستم به گونه اي است که اطلاعات توليد شده توسط سيستم فتوگرامتري بلافاصله پس از ارسال به سيستم رابط ، مورد بررسي قرار ميگيرند و پس از اعمال ويرايشات و اصلاحات لازم به محيط CAD ارسال و سپس ترسيم مي گردند. بر اين اساس روش
پياده سازي نوع دوم که تلفيق اين دو سيستم را از طريق يک سيستم رابط امکانپذير ميسازد، در طراحي اين سيستم به کار گرفته شده است . ساختار مناسب سيستم OCBPS در شکل ١ آمده است [٣].
آنچه که مسلم است محيطهاي GIS قادر نيستند تمامي جزييات موجود در پديده هاي جهان واقعي را در خود جاي دهند. از اين رو داده هاي مکاني موجود در اين محيط حالت جنراليزه شده اي از واقعيت هستند و وجود خطا در آنها اجتناب ناپذير است . جهت کشف خطاهاي موجود در داده هاي مکاني براي ورود به GIS، از کنترل کيفيت داده هاي مکاني استفاده ميشود[٢]. از بين معيارهاي مختلف کنترل کيفيت ، توافق منطقي با توجه به الگوريتم پذير بودن روابط منطقي بين عوارض ، حذف عامل انساني را امکانپذير ميسازد [٣]. از آنجايي که بين عوارض موجود در پايگاه داده GIS معمولا يک سري روابط منطقي برقرار ميباشد که به شکل قيود منطقي قابل بيان هستند، کنترل اين روابط تشخيص واصلاح اتوماتيک قسمت عمده اي از خطاهاي موجود در داده هاي مکاني را ميسر ميسازد[٣]. اين قيود به صورت يک سري شروط بيان ميگردند و درستي روابط عوارض با تست شدن در اين شروط ، تشخيص داده مي شود.
عدم صدق روابط عوارض در اين شروط نشان دهنده وجود خطا در داده هاي مربوط به آنها ميباشد. در اين صورت داده ها به گونه اي تغيير مييابند که اين شروط برقرار گردند[٤]. بر اين اساس سيستم رابط بايد توانايي بررسي آني روابط هندسي وکنترل قيود منطقي موجود بين عوارض مدل فتوگرامتري را داشته باشد. اين امر که به مديريت روابط پيچيده عوارض جهان واقعي در جهان مجازي کامپيوتر مرتبط ميشود، مسأله پيچيده اي است که نياز به يک ساختار قدرتمند نرم افزاري دارد.
در سيستم تلفيقي OCBPS جهت اعمال ويرايشها و برقراري قيود منطقي از ساختار شئ گرا استفاده شده است .
اين ساختار عوارض را در قالب اشيا مدلسازي مي کند و روابط بين عوارض را به صورت روابط حاکم بين اشيا کنترل مي کند[١]. هر عارضه داراي حالت ٣ و رفتار٤ است . حالت خواص و داده هاي توصيفي آن عارضه است و رفتار روشهايي است که بر داده هاي آن اثر ميگذارد و سبب تغيير حالت آن مي شود[٢]. هر شئ دربرگيرنده رفتار و خواص يک عارضه خاص است . ساختارهاي شئگرا اشيائي را که داراي رفتار و خواص يکسان هستند در قالب يک کلاس طبقه بندي ميکنند. خصوصيات حاکم بر يک کلاس که در قالب قيود منطقي قابل بيان هستند از طريق رابطه توارث به اشيا موجود در آن منتقل ميشوند. وقتي که قيدي نقض شود، رابطه توارث نقض شده و شئ خطادار در جهت برقراري خصوصيات حاکم بر کلاس اصلاح ميشود[٢]. از اين رو با استفاده از اين ساختار عمليات تشخيص و ويرايش خطا بر اساس ماهيت و توصيف عارضه انجام ميگيرد و خطاهاي هندسي و منطقي هر عارضه به طور اتوماتيک برطرف ميشوند.
سيستم رابط شئگرا OCBPS با در نظر گرفتن ماهيت عارضه منحني ميزان توانايي اعمال قيود منطقي مربوط به اين عارضه را از قبيل هم ارتفاعي نقاط واقع بر يک منحني ميزان ، عدم تقاطع و بسته بودن منحني ميزانها، يکپارچگي قطعات مربوط به يک منحني ميزان و هماهنگي ميان منحني ميزانهاي مجاور دارا ميباشد[٣].
در ادامه با هدف توسعه سيستم OCBPS براي ساختاردهي به داده هاي مکاني مربوط به عوارض ديگر ، نسخه دوم آن (OCBPS2) طراحي و پياده سازي گرديد. اين سيستم هم از ساختار نسخه اول آن استفاده مي کند. از آنجايي که دامنه عوارضي که داده هاي مکاني مربوط به آنها وارد محيطهاي GIS ميشوند بسيار گسترده است و امکان توليد اطلاعات ساختاريافته براي کليه اين عوارض ميسر نميباشد، لازم بود جهت بررسي امکان پياده سازي اين سيستم تلفيقي يک عارضه مناسب انتخاب مي شد. با بررسي که در قسمتهاي مختلف خط توليد نقشه با روش فتوگرامتري در سازمان نقشه برداري انجام شد، مشخص گرديد که عارضه راه يکي از عوارضي است که بخش عمده اي از ويرايشها و عمليات ساختاردهي براي ورود به GIS را به خود اختصاص ميدهد و عموميترين عارضه اي است که در نقشه هاي بزرگ مقياس و کوچک مقياس ترسيم ميشود. لذا عمليات ساختاردهي بر مبناي داده هاي مکاني مربوط به اين عارضه انجام شد. بر اين اساس سيستم OCBPS2 با تلفيق مستقيم سيستم فتوگرامتري Photomod
و سيستم Microstation به عنوان محيط CAD به منظور توليد آني داده هاي مکاني ساختاريافته مربوط به عارضه راه به روش زير طراحي شد.
٣- طراحي سيستم OCBPS2
ابتدا جهت بررسي روابط منطقي عارضه راه با عوارض مرتبط ، عوارض مختلف به ٢ دسته عوارض راه و غير راه تقسيم شدند. سپس انواع عوارض راه با توجه به اهميت ، مشخصات هندسي، ميزان ترافيک و سرعت مجاز تردد در آنها کلاس بندي گرديدند. با توجه به مسائل عنوان شده عوارض موجود در هر زيرکلاس داراي روابط منطقي يکساني با عوارض زيرکلاسهاي ديگر هستند. کلاس بندي عوارض کلاس راه به ترتيب شامل آزادراه ، بزرگراه ، راه اصلي، راه فرعي، راه روستايي و راه آهن است . همچنين روابط منطقي ساير عوارض در قالب کلاسها و زير کلاسهاي جدول ١ با عارضه راه مورد بررسي قرار گرفت . در اين راستا از استاندارد اطلاعات توپوگرافي رقومي مقياس ١.٢٥٠٠٠ سازمان نقشه برداري استفاده شد.
پس از بررسي ويرايشهاي مربوط به عارضه راه و روابط منطقي بين اين عارضه و عوارض مختلف ، الگوريتمهاي مناسب براي اعمال ويرايشها و برقراري روابط منطقي بين عوارض طراحي شد. اين الگوريتمها با توجه به تواناييهاي سيستم Microstation در زمينه برنامه نويسي شئ گرا طراحي گرديد. سيستم رابط شئگراي طراحي شده بر مبناي کنترل روابط منطقي عوارض مختلف متعلق به کلاس راه با يکديگر و نيز با عوارض کلاسهاي غير راه عمل ميکند. به گونه اي که پس از ورود داده هاي ساختاريافته به محيط GIS عوارض راه و نيز عوارض ديگر در ارتباطاتي که با راه دارند، داراي ساختار توپولوژيک منطبق بر واقعيت ميشوند.
علاوه بر بررسي روابط منطقي، اين سيستم امکان دريافت اطلاعات توصيفي از کاربر و بررسي توصيفات عوارض مختلف را داراست و ميتواند براي برقراري بهتر روابط منطقي از آنها استفاده کند.
