عملیات همپوشانی

چندین فرآیند همپوشانی اساسی در یک GIS برای مجموعه داده های برداری موجود است: نقطه در چند ضلعی، چند ضلعی روی نقطه، خط روی خط، خط در چند ضلعی، چند ضلعی روی خط و چند ضلعی روی چندضلعی. همانطور که ممکن است بتوانید از نام ها تشخیص دهید، یکی از مجموعه داده های همپوشانی باید همیشه یک لایه خط یا چند ضلعی باشد، در حالی که دومی ممکن است نقطه، خط یا چند ضلعی باشد. لایه جدیدی که به دنبال عملیات همپوشانی تولید می شود، لایه “خروجی” نامیده می شود.

عملیات پوشش نقطه در چند ضلعی به یک لایه ورودی نقطه و یک لایه پوشش چند ضلعی نیاز دارد. پس از انجام این عملیات، یک لایه نقطه خروجی جدید برگردانده می شود که شامل تمام نقاطی است که در محدوده فضایی پوشش رخ می دهد ( شکل 7.4 “یک پوشش نقشه ترکیبی از اطلاعات لایه های برداری نقطه، خط و چند ضلعی و همچنین لایه های شطرنجی “). علاوه بر این، تمام نقاط در لایه خروجی حاوی اطلاعات ویژگی اصلی خود و همچنین اطلاعات ویژگی از روکش هستند. به عنوان مثال، فرض کنید که شما وظیفه تعیین اینکه آیا یک گونه در خطر انقراض ساکن در یک پارک ملی اساساً در یک جامعه گیاهی خاص یافت شده است، به شما وظیفه داده شده است. اولین گام می تواند به دست آوردن مکان های وقوع نقطه ای برای گونه مورد نظر، به علاوه یک لایه روکش چند ضلعی که جوامع گیاهی را در محدوده پارک ملی نشان می دهد. با انجام عملیات پوشش نقطه در چند ضلعی، یک فایل نقطه جدید ایجاد می شود که شامل تمام نقاطی است که در پارک ملی رخ می دهد. جدول ویژگی این فایل نقطه خروجی همچنین حاوی اطلاعاتی در مورد جوامع گیاهی است که توسط گونه ها در زمان مشاهده مورد استفاده قرار می گیرد. یک اسکن سریع از این لایه خروجی و جدول ویژگی های آن به شما این امکان را می دهد که تعیین کنید این گونه در پارک کجا پیدا شده است و جوامع گیاهی را که در آن رخ داده است بررسی کنید. این فرآیند کارمندان پارک را قادر می‌سازد تا تصمیمات مدیریتی آگاهانه‌ای را در مورد اینکه کدام زیستگاه‌های موجود در محل را حفاظت کنند، اتخاذ کنند تا از استفاده مستمر این گونه‌ها اطمینان حاصل شود.

همانطور که از نامش پیداست، عملیات همپوشانی چند ضلعی در نقطه مقابل عملیات نقطه در چندضلعی است. در این مورد، لایه چند ضلعی ورودی است، در حالی که لایه نقطه پوشش است. ویژگی های چند ضلعی که این نقاط را پوشش می دهند انتخاب شده و متعاقباً در لایه خروجی حفظ می شوند. برای مثال، با توجه به مجموعه داده نقطه‌ای که شامل مکان‌های برخی از جنایات و مجموعه داده‌های چند ضلعی است که بلوک‌های شهر را نشان می‌دهد، عملیات همپوشانی چند ضلعی به نقطه به پلیس این امکان را می‌دهد تا بلوک‌های شهری را که جرایم در آنها رخ داده است انتخاب کند و از این رو تعیین کند. آن مکان‌هایی که ممکن است حضور پلیس افزایش یابد.

عملیات همپوشانی خط روی خط به ویژگی های خط برای لایه ورودی و همپوشانی نیاز دارد. خروجی از این عملیات یک نقطه یا نقاطی است که دقیقاً در تقاطع(های) دو مجموعه داده خطی قرار دارند ( شکل 7.7 “روکش خط روی خط” ). برای مثال، یک مجموعه داده ویژگی خطی حاوی خطوط راه‌آهن ممکن است در شبکه جاده‌ای خطی همپوشانی داشته باشد. مجموعه داده‌های نقطه‌ای به‌دست‌آمده شامل تمام مناطق گذرگاه‌های راه‌آهن بر روی شبکه جاده‌ای یک شهر است. جدول ویژگی این مجموعه داده نقطه تقاطع راه آهن حاوی اطلاعاتی در مورد راه آهن و جاده ای است که از روی آن عبور کرده است.

عملیات پوشش خط در چند ضلعی شبیه به پوشش نقطه در چند ضلعی است، با این استثنای آشکار که به جای لایه ورودی نقطه از لایه ورودی خط استفاده می شود. در این حالت، هر خطی که بخشی از وسعت خود را در لایه چندضلعی همپوشانی داشته باشد، در لایه خط خروجی گنجانده می‌شود، اگرچه این خطوط در مرز پوشش کوتاه می‌شوند ( شکل 7.9 “پوشش چند ضلعی روی خط”). به عنوان مثال، یک پوشش خط در چند ضلعی می تواند یک لایه ورودی از بخش های خط بین ایالتی و یک پوشش چند ضلعی که مرزهای شهر را نشان می دهد و یک لایه خروجی خطی از بخش های بزرگراه تولید کند که در داخل مرز شهر قرار می گیرند. جدول مشخصه برای بخش خط بین ایالتی خروجی حاوی اطلاعاتی در مورد نام بین ایالتی و همچنین شهری است که آنها از آن عبور می کنند.

عملیات همپوشانی چند ضلعی بر روی خط برعکس عملیات خط در چندضلعی است. در این مورد، لایه چند ضلعی ورودی است، در حالی که لایه خط، پوشش است. ویژگی های چند ضلعی که این خطوط را پوشش می دهند انتخاب شده و متعاقباً در لایه خروجی حفظ می شوند. برای مثال، با توجه به لایه‌ای که شامل مسیر یک سری از قطب‌ها/سیم‌های تلفن است و یک نقشه چند ضلعی حاوی بسته‌های شهری است، یک عملیات همپوشانی چندضلعی روی خط به ارزیاب زمین اجازه می‌دهد آن بسته‌هایی را که حاوی سیم‌های تلفن بالای سر هستند انتخاب کند.

در نهایت، عملیات پوشش چند ضلعی از یک ورودی چند ضلعی و یک پوشش چند ضلعی استفاده می کند. این رایج ترین عملیات پوششی است که استفاده می شود. با استفاده از این روش، لایه های ورودی چند ضلعی و لایه های همپوشانی با هم ترکیب می شوند تا یک لایه چند ضلعی خروجی با وسعت پوشش ایجاد شود. جدول ویژگی حاوی داده های مکانی و اطلاعات ویژگی از هر دو لایه ورودی و پوشش خواهد بود ( شکل 7.10 “Polygon-in-Polygon Overlay” ). برای مثال، می‌توانید یک لایه چند ضلعی ورودی از انواع خاک با پوششی از مزارع کشاورزی در یک شهرستان خاص انتخاب کنید. لایه چند ضلعی خروجی حاوی اطلاعاتی در مورد موقعیت مزارع کشاورزی و انواع خاک در سراسر شهرستان است.

عملیات همپوشانی که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، فرض می‌کند که کاربر می‌خواهد لایه‌های روی هم با هم ترکیب شوند. همیشه اینطور نیست. روش‌های همپوشانی می‌توانند پیچیده‌تر از آن باشند و بنابراین از عملگرهای بولی اصلی استفاده می‌کنند: AND، OR، و XOR (به بخش 6.1.2 “معیارهای گرایش مرکزی” مراجعه کنید). بسته به اینکه کدام عملگر(های) مورد استفاده قرار می گیرد، روش همپوشانی به کار گرفته شده منجر به یک تقاطع، اتحاد، تفاوت متقارن یا هویت می شود.

به طور خاص، روش همپوشانی اتحادیه از عملگر OR استفاده می کند. یک اتحادیه فقط در مورد دو لایه ورودی چند ضلعی قابل استفاده است. تمام ویژگی‌ها، اطلاعات ویژگی‌ها و گستره‌های فضایی هر دو لایه ورودی را حفظ می‌کند (بخش (الف) شکل 7.11 «روش‌های پوشش برداری» ). این روش همپوشانی مبتنی بر عملیات چند ضلعی در چند ضلعی است که در بخش 7.1.1 “بافر” توضیح داده شده است.

روش دیگر، روش پوشش تقاطع از عملگر AND استفاده می کند. یک تقاطع به یک پوشش چند ضلعی نیاز دارد، اما می تواند یک نقطه، خط یا ورودی چند ضلعی را بپذیرد. لایه خروجی وسعت فضایی پوشش را پوشش می دهد و شامل ویژگی ها و ویژگی های ورودی و پوشش است (قسمت (ب) شکل 7.11 “روش های پوشش برداری” ).

روش همپوشانی اختلاف متقارن از عملگر XOR استفاده می‌کند که منجر به خروجی مخالف به عنوان یک تقاطع می‌شود. این روش نیاز دارد که هر دو لایه ورودی چند ضلعی باشند. لایه چند ضلعی خروجی تولید شده با روش تفاوت متقارن، آن مناطق مشترک را تنها با یکی از مجموعه داده های ویژگی نشان می دهد (قسمت (ج) شکل 7.11 “روش های همپوشانی برداری” ).

علاوه بر این عملیات ساده، روش همپوشانی هویت (که به آن «منهای» نیز گفته می‌شود) یک لایه خروجی با وسعت فضایی لایه ورودی ایجاد می‌کند (قسمت (د) شکل 7.11 «روش‌های پوشش برداری» ) اما شامل اطلاعات ویژگی است . از روکش (در این مورد به عنوان لایه “هویت” نامیده می شود). لایه ورودی می تواند نقاط، خطوط یا چند ضلعی باشد. لایه هویت باید یک مجموعه داده چند ضلعی باشد.

سایر گزینه های ژئوپردازش چندلایه

علاوه بر روش های پوشش برداری فوق الذکر، سایر گزینه های رایج ژئوپردازش چند لایه در دسترس کاربر است. این ابزارها شامل ابزارهای کلیپ، پاک کردن و تقسیم بود. عملیات ژئوپردازش کلیپ برای استخراج آن ویژگی‌ها از یک نقطه ورودی، خط یا لایه چند ضلعی استفاده می‌شود که در محدوده فضایی لایه کلیپ قرار می‌گیرد (قسمت (ه) شکل 7.11 «روش‌های پوشش برداری بردار»). پس از کلیپ، تمام ویژگی های بخش حفظ شده لایه ورودی در خروجی گنجانده شده است. اگر در طول این فرآیند هر یک از ویژگی‌ها انتخاب شود، فقط آن ویژگی‌های انتخاب شده در مرز کلیپ در خروجی گنجانده می‌شود. به عنوان مثال، ابزار گیره را می توان برای برش دادن وسعت دشت سیلابی رودخانه با وسعت یک مرز شهرستان استفاده کرد. این باعث می شود مدیران شهرستان بینشی در مورد اینکه کدام بخش از دشت سیلابی را حفظ می کنند، ارائه می دهد. این شبیه به روش همپوشانی متقاطع است. با این حال، اطلاعات ویژگی مرتبط با لایه کلیپ به لایه خروجی پس از پوشش منتقل نمی شود.

عملیات geoprocessing پاک کردن اساساً برعکس یک گیره است. در حالی که ابزار گیره نواحی را در یک لایه ورودی حفظ می کند، ابزار پاک کردن فقط آن مناطق خارج از وسعت لایه پاک کردن مشابه را حفظ می کند (قسمت (f) شکل 7.11 “روش های پوشش برداری” ). در حالی که لایه ورودی می تواند یک مجموعه داده نقطه، خط یا چند ضلعی باشد، لایه پاک کردن باید یک مجموعه داده چند ضلعی باشد. در ادامه مثال کلیپ ما، مدیران شهرستان می توانند از ابزار پاک کردن برای پاک کردن مناطق مالکیت خصوصی در منطقه دشت سیلابی شهرستان استفاده کنند. پس از آن مقامات می توانند به طور خاص بر روی دسترسی های عمومی دشت سیلابی در سطح شهرستان برای مسئولیت های نگهداری و تعمیرات تمرکز کنند.

عملیات تقسیم geoprocessing برای تقسیم یک لایه ورودی به دو یا چند لایه بر اساس یک لایه تقسیم (قسمت (g) شکل 7.11 “روش های پوشش برداری بردار” ) استفاده می شود. لایه تقسیم باید چند ضلعی باشد، در حالی که لایه های ورودی می توانند نقطه، خط یا چند ضلعی باشند. به عنوان مثال، یک انجمن صاحب خانه ممکن است نقشه سری خاک در سطح شهرستان را بر اساس مرزهای بسته تقسیم کند تا هر صاحب خانه یک نقشه خاک خاص برای بسته خود داشته باشد.

پیوستن فضایی

اتصال فضایی ترکیبی بین یک عملیات ویژگی و یک عملیات پوشش برداری است. مانند عملیات ویژگی “join” که در بخش 5.2.2 “پیوستن و ارتباط” توضیح داده شده است.، یک پیوست فضایی منجر به ترکیب دو جدول داده ویژگی توسط یک فیلد مشخصه مشترک می شود. برخلاف عملیات ویژگی، یک پیوست فضایی تعیین می‌کند که کدام فیلدها از جدول ویژگی لایه مبدا بر اساس مکان‌های نسبی ویژگی‌های انتخاب‌شده به جدول ویژگی لایه مقصد اضافه می‌شوند. این رابطه صراحتاً بر اساس ویژگی مجاورت یا محصور شدن بین لایه‌های مبدا و مقصد است، نه کلیدهای اولیه یا ثانویه. گزینه نزدیکی زمانی استفاده می شود که لایه منبع یک مجموعه داده ویژگی نقطه یا خط باشد، در حالی که گزینه containment زمانی استفاده می شود که لایه منبع یک مجموعه داده ویژگی چند ضلعی باشد.

هنگام استفاده از گزینه نزدیکی (یا “نزدیکترین”)، یک رکورد برای هر ویژگی در جدول ویژگی لایه مبدا به نزدیکترین ویژگی داده شده در جدول ویژگی لایه مقصد اضافه می شود. گزینه نزدیکی معمولاً یک فیلد عددی به جدول ویژگی لایه مقصد اضافه می‌کند که «فاصله» نامیده می‌شود، که در آن فاصله اندازه‌گیری شده بین ویژگی منبع و مقصد قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، فرض کنید یک آژانس شهری دارای یک مجموعه داده نقطه ای است که همه آلاینده های شناخته شده در شهر را نشان می دهد و مجموعه داده خطی از تمام بخش های رودخانه در محدوده شهری دارد. سپس این آژانس می‌تواند یک اتصال فضایی مبتنی بر مجاورت برای تعیین نزدیک‌ترین بخش رودخانه‌ای که به احتمال زیاد تحت تأثیر هر آلاینده قرار می‌گیرد، انجام دهد.

هنگام استفاده از گزینه Containment (یا “inside”)، یک رکورد برای هر ویژگی در جدول ویژگی لایه منبع چند ضلعی به رکورد جدول ویژگی لایه مقصد که حاوی آن است اضافه می شود. اگر یک ویژگی لایه مقصد (نقطه، خط یا چند ضلعی) به طور کامل در یک چند ضلعی مبدا قرار نگیرد، هیچ مقداری اضافه نخواهد شد. برای مثال، فرض کنید یک کسب و کار نظافت استخر می‌خواهد خدمات بازاریابی خود را با ارائه بروشور فقط به خانه‌هایی که دارای استخر هستند ارتقا دهد. آنها می توانند یک مجموعه داده نقطه ای حاوی موقعیت هر استخر در شهرستان و یک نقشه بسته چند ضلعی برای همان منطقه به دست آورند. سپس آن کسب‌وکار می‌تواند یک اتصال فضایی برای اضافه کردن اطلاعات بسته به مناطق استخر انجام دهد.

خطاهای همپوشانی

اگرچه همپوشانی ها یکی از مهم ترین ابزارها در جعبه ابزار یک تحلیلگر GIS هستند، اما در هنگام استفاده از این روش، مشکلاتی وجود دارد. به طور خاص، برش‌ها خطای رایجی هستند که زمانی ایجاد می‌شوند که دو لایه برداری کمی نامناسب روی هم قرار گیرند ( شکل 7.12 “Slivers” ). این ناهماهنگی می تواند از چندین منبع از جمله خطاهای دیجیتالی سازی، اشتباهات تفسیری یا خطاهای نقشه منبع ناشی شود (چانگ 2008). Chang, K. 2008. مقدمه ای بر سیستم های اطلاعات جغرافیایی . نیویورک: مک گراو هیل.به عنوان مثال، بیشتر نقشه‌های پوشش گیاهی و خاک از داده‌های بررسی میدانی، تصاویر ماهواره‌ای و عکس‌برداری هوایی ایجاد می‌شوند. در حالی که می توانید تصور کنید که مرزهای خاک و پوشش گیاهی غالباً منطبق هستند، این واقعیت که به احتمال زیاد توسط محققان مختلف در زمان های مختلف ایجاد شده اند نشان می دهد که مرزهای آنها کاملاً همپوشانی ندارند. برای بهبود این مشکل، نرم‌افزار GIS یک گزینه تحمل خوشه‌ای را ترکیب می‌کند که خطوط مجاور را وادار می‌کند در صورت قرار گرفتن در فاصله مشخص شده توسط کاربر، به هم متصل شوند. هنگام تخصیص تلورانس خوشه ای باید دقت شود. یک تنظیم خیلی سخت، مرزهای مشترک را از بین نمی برد، در حالی که یک تنظیم خیلی ملایم، مرزهای ناخواسته و همسایه را با هم از بین می برد (Wang and Donaghy 1995).وانگ، اف.، و پی. دوناگی. 1995. “مطالعه تاثیر ویرایش خودکار بر دقت تحلیل همپوشانی چند ضلعی.” کامپیوترها و علوم زمین 21: 1177-85.

دومین منبع خطای مرتبط با فرآیند همپوشانی، انتشار خطا است. انتشار خطا زمانی رخ می دهد که عدم دقت در لایه های ورودی و پوشش اصلی وجود داشته باشد و از طریق لایه خروجی منتشر شود (MacDougall 1975). MacDougall, E. 1975. “دقت همپوشانی نقشه.” برنامه ریزی منظر 2: 23-30. این خطاها می تواند مربوط به عدم دقت موقعیتی نقاط، خطوط یا چندضلعی ها باشد. از طرف دیگر، آنها می توانند از خطاهای ویژگی در جدول(های) داده اصلی ناشی شوند. صرف نظر از منبع، انتشار خطا نشان دهنده یک مشکل رایج در تجزیه و تحلیل همپوشانی است که تأثیر آن تا حد زیادی به دقت و نیازهای دقیق پروژه در دست بستگی دارد.