کیفیت داده های GIS
سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) یک سیستم یکپارچه مبتنی بر نرمافزار، سختافزار و دادههای کامپیوتری است که این سیستم عمدتاً از طریق عملیات دادههای مکانی و غیر مکانی به بازیابی، ویرایش و تجزیه و تحلیل مکانی میپردازد. داده ها یکی از مهم ترین عوامل در GIS است. پس از انتخاب نرم افزار و محیط سخت افزاری کامپیوتر، کیفیت داده ها در GIS کیفیت تحلیل سیستم و موفقیت یا عدم موفقیت کل برنامه را تعیین می کند. روش های تحلیلی داده های مکانی ارائه شده توسط GIS به طور گسترده در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد و الزامات کیفی داده ها در زمینه های تصمیم گیری باید شناخته شده یا قابل پیش بینی باشد.
مفاهیم اساسی کیفیت داده ها
دقت
یعنی نزدیکی بین یک مقدار ثبت شده (مقدار اندازه گیری یا مشاهده شده) و مقدار واقعی آن. این مفهوم کاملاً انتزاعی است، گویی مردم از قبل وجود چنین واقعیتی را می دانند. در عمل، دانش اندازه گیری ممکن است به نوع و مقیاس اندازه گیری بستگی داشته باشد. به طور کلی، دقت مشاهدات یا اندازه گیری های فردی تنها با مقایسه آنها با دقیق ترین اندازه گیری های موجود یا طبقه بندی شناخته شده ارزیابی می شود. دقت داده های مکانی اغلب بر اساس مکان، توپولوژی یا ویژگی های غیر مکانی طبقه بندی می شود. می توان آن را با خطا اندازه گیری کرد.
دقت، درستی
یعنی سطح جزئیات توصیف پدیده، برای همان دو نقطه، داده با دقت پایین لزوما دقیق نیست. دقت مستلزم ثبت اندازهگیریها با بهترین دقت است، اما این میتواند برای ارائه دقت بیشتر گمراهکننده باشد، زیرا اعدادی که از دقت شناختهشده یک ابزار اندازهگیری فراتر میروند، از نظر کارایی دست و پا گیر هستند. بنابراین، اگر مختصات بازگردانده شده توسط یک دیجیتایزر دستی نتواند به مقدار واقعی که دقیقتر از 0.1 میلی متر است وابسته باشد، در این صورت هیچ نقطه ای وجود ندارد که در یک دهم میلی متر بیان شود.
رزولوشن فضایی
وضوح کوچکترین تفاوت قابل تشخیص بین دو مقدار قابل اندازه گیری است. سپس وضوح فضایی را می توان به عنوان حداقل فاصله برای ثبت تغییرات مشاهده کرد. در نقشه ای که با چشم غیرمسلح قابل خواندن است، فرض می شود که از یک خط برای ثبت یک مرز استفاده می شود و وضوح معمولاً با عرض کوچکترین خط تعیین می شود. در نقشه ای که با چشم غیرمسلح قابل خواندن است، فرض می شود که از یک خط برای ثبت یک مرز استفاده می شود و وضوح معمولاً با عرض کوچکترین خط تعیین می شود.
مقیاس
مقیاس نسبتی است بین فاصله یک رکورد روی نقشه و فاصله “دنیای واقعی” که نشان می دهد. مقیاس نقشه فاصله از زمین را تعیین می کند که با عرض یک خط روی نقشه نشان داده شده است. به عنوان مثال، در یک نقشه در مقیاس 1:10000، یک خط عرض 0.5 میلی متر مربوط به فاصله زمین 5 متر است. اگر این حداقل عرض خط باشد، پس نمی توان پدیده ای کمتر از 5 متر را نشان داد.
خطا
پس از تعریف دقت بین اندازه گیری ثبت شده و حقایق آن، واضح است که برای اکثر اهداف، مقدار آن نادرست است. مطالعات خطا عبارتند از: خطای موقعیت، یعنی خطای موقعیت نقطه، خطای موقعیت خط، و خطای موقعیت چندضلعی. ویژگی خطا؛ رابطه بین موقعیت و خطای صفت
عدم قطعیت
عدم قطعیت در GIS شامل عدم قطعیت مکان مکانی، عدم قطعیت ویژگی، عدم قطعیت حوزه زمانی، ناسازگاری منطقی و ناقص بودن داده ها می باشد. عدم قطعیت موقعیت مکانی به تفاوت بین موقعیت یک شی توصیف شده در GIS و شی واقعی روی زمین اشاره دارد. عدم قطعیت صفت به تفاوت بین یک ویژگی توصیف شده توسط یک شی در GIS و ویژگی واقعی آن اشاره دارد. عدم قطعیت حوزه زمانی به خطا در توصیف زمان هنگام توصیف یک پدیده جغرافیایی اشاره دارد. ناسازگاری منطقی به تناقضات درون ساختار داده، به ویژه ناسازگاری در منطق توپولوژیکی اشاره دارد. ناقص بودن داده ها به این معنی است که GIS شی را تا حد امکان کامل برای یک هدف مشخص بیان نمی کند.
منبع مسائل مربوط به کیفیت داده های مکانی
از بیان دادههای مکانی تا تولید دادههای مکانی، از پردازش دادههای مکانی تا کاربرد دادههای مکانی، مشکلات کیفیت داده در هر دو فرآیند وجود دارد. در ادامه با توجه به منظم بودن خود داده های مکانی، منشا مشکلات کیفی داده های مکانی از چند جنبه توضیح داده می شود.
ناپایداری خود پدیده های فضایی
مشکل کیفیت داده های مکانی ابتدا از ناپایداری خود پدیده فضایی ناشی می شود. ناپایداری ذاتی پدیدههای فضایی شامل ویژگیهای مکانی و عدم قطعیتهای فرآیندی در فضا، محتوای موضوعی و زمانی است. عدم قطعیت فضایی پدیده های فضایی به عدم قطعیت توزیع موقعیت مکانی آن اشاره دارد. عدم قطعیت زمانی پدیده فضایی با مهاجرت آن در طول دوره زمانی وقوع آشکار می شود. عدم قطعیت پدیده های فضایی در ویژگی ها با تنوع انواع ویژگی ها و عدم دقت مقادیر ویژگی های غیر عددی آشکار می شود. بنابراین، مشکل کیفیت داده های مکانی اجتناب ناپذیر است.
بیان پدیده های فضایی
روشهای اندازهگیری و انتخاب دقت اندازهگیری در جمعآوری دادهها تحت تأثیر درک و بیان خود انسان است که منجر به خطا در تولید دادهها میشود. به عنوان مثال، در طرح ریزی نقشه، تبدیل طرح ریزی از بیضی به صفحه ناگزیر باعث ایجاد خطا می شود. انواع ابزار اندازه گیری مورد استفاده برای به دست آوردن داده های اصلی مختلف دارای دقت طراحی خاصی هستند، مانند داده های موقعیت جغرافیایی ارائه شده توسط GPS دارای دقت طراحی خاصی هستند که مورد نیاز کاربران است، بنابراین ایجاد خطاهای داده اجتناب ناپذیر است.
خطا در پردازش داده های مکانی
در فرآیند پردازش داده های مکانی، چندین خطا وجود دارد که به راحتی رخ می دهد:
تبدیل پروجکشن: پیش بینی نقشه یک تبدیل توپولوژیکی از یک بیضی سه بعدی باز به یک صفحه میدان دو بعدی است. در اشکال مختلف طرح ریزی، مکان، مساحت و جهت ویژگی های جغرافیایی متفاوت خواهد بود.
رقومی سازی نقشه و پردازش برداری پس از اسکن: ممکن است خطاهایی در دقت موقعیت، وضوح فضایی و تخصیص ویژگی نقاط نمونه در فرآیند دیجیتالی شدن رخ دهد.
تبدیل فرمت داده: در تبدیل فرمت داده بین فرمت برداری و فرمت شطرنجی، موقعیت ویژگی های فضایی بیان شده توسط داده ها متفاوت است.
انتزاع داده ها: خطاهای ناشی از خوشه بندی، ادغام، ادغام و غیره. زمانی که داده ها مقیاس بندی می شوند، مانند خطای دانش و خطای تغییر موقعیت ویژگی فضایی بیان شده توسط داده ها.
ایجاد رابطه توپولوژیکی: تغییر مختصات موقعیت همراه با ویژگی های فضایی بیان شده توسط داده ها در فرآیند توپولوژی.
تطبیق با لایه داده اصلی: در یک پایگاه داده، صفحات داده چند سطحی اغلب در یک منطقه ذخیره می شوند. به منظور اطمینان از هماهنگی موقعیت های فضایی بین لایه های داده، یک لایه داده اصلی به طور کلی برای کنترل مرزها و نقاط کنترل سایر لایه های داده ایجاد می شود. در فرآیند تطبیق با لایه اصلی داده، جابجایی فضایی نیز وجود خواهد داشت که منجر به خطا می شود.
عملیات انطباق داده ها و به روز رسانی: هنگامی که داده ها روی هم قرار می گیرند و به روز می شوند، تفاوت هایی در مکان مکانی و مقادیر ویژگی وجود خواهد داشت.
پردازش یکپارچه سازی داده ها: به خطاهایی در فرآیند قابلیت همکاری مجموعه داده های مختلف با منابع و انواع مختلف اشاره دارد. یکپارچه سازی داده ها یک فرآیند پیچیده شامل پیش پردازش داده ها، درون یابی داده ها و بیان داده ها است که در آن خطای مکان و خطای ویژگی رخ می دهد.
نمایش بصری داده ها: برای انطباق با جلوه بصری در فرآیند تجسم داده ها، تنظیم مکان ویژگی مکانی و حاشیه نویسی داده ها ضروری است که منجر به خطا در بیان داده ها می شود.
انتقال و انتشار خطاها در پردازش داده ها: در هر فرآیند پردازش داده ها، خطاها انباشته و منتشر می شوند و خطاهای انباشته شده در فرآیند قبلی ممکن است منشاء خطا در مرحله بعدی شود و منجر به ایجاد خطاهای جدید شود.
خطا در استفاده از داده های مکانی
در فرآیند استفاده از دادههای مکانی نیز خطاهایی رخ میدهد که عمدتاً شامل دو جنبه است: یکی فرآیند تفسیر دادهها، دیگری فقدان اسناد. برای یک نوع داده مکانی، کاربران مختلف ممکن است محتوای آن را متفاوت تفسیر و درک کنند، راه مقابله با این نوع مشکل، ارائه اسناد مختلف مرتبط با داده های مکانی، مانند ابرداده است. علاوه بر این، فقدان توصیف داده های مکانی از منابع مختلف در یک منطقه، مانند فقدان اطلاعات توصیفی مانند نوع طرح ریزی و تعریف داده، اغلب منجر به استفاده تصادفی از داده ها توسط کاربران داده و گسترش خطاها می شود.
جدول 5-1: منابع عمده خطا در داده ها
پردازش داده ها | منبع خطاها |
---|---|
جمع آوری داده ها | خطاهای اندازه گیری میدانی: خطاهای ابزار، خطاهای ضبط
خطای داده های سنجش از دور: خطای تصحیح تشعشع و هندسی، خطای استخراج اطلاعات خطای داده های نقشه: خطای داده های خام، تبدیل مختصات، سنتز کارتوگرافی و چاپ |
ورود اطلاعات | خطای دیجیتال: خطای ابزار، خطای عملیاتی
خطاهای تبدیل قالب سیستم های مختلف: تبدیل شطرنجی-بردار، تبدیل مثلثی-ایزولین |
ذخیره سازی داده ها | دقت عددی ناکافی
دقت فضایی کافی نیست: هر نقطه شبکه خیلی بزرگ است، حداقل واحد نقشه برداری خیلی بزرگ است |
پردازش داده ها | فاصله طبقه بندی غیر منطقی
انتشار خطا ناشی از انطباق داده های چند لایه: خطای درون یابی، خطای تجزیه و تحلیل جامع داده های چند منبعی خطاهای ناشی از مقیاس بسیار کوچک |
خروجی داده | خطاهای ناشی از عدم دقت تجهیزات خروجی
خطاهای ناشی از بی ثباتی رسانه خروجی |
استفاده از داده ها | درک نادرست از اطلاعات موجود در داده ها
استفاده نادرست از اطلاعات داده ها |
تجزیه و تحلیل خطای داده های مکانی رایج
خطا در GIS به تفاوت بین نمایش داده ها در GIS و دنیای واقعی آن اشاره دارد. نوع خطای داده می تواند تصادفی یا سیستماتیک باشد. به طور خلاصه، چهار نوع اصلی خطای داده وجود دارد که عبارتند از خطای هندسی، خطای صفت، خطای زمانی و خطای منطقی. از بین این خطاها صفت خطا و خطای زمانی با مفهوم خطا در سیستم اطلاعات عمومی همخوانی دارد، خطای هندسی منحصر به سیستم اطلاعات جغرافیایی است و خطای هندسی، خطای صفت و خطای زمانی باعث خطاهای منطقی می شود، بنابراین در زیر به طور عمده در مورد خطاهای منطقی و خطاهای هندسی بحث کنید.
انواع خطاها
1) خطای منطقی
ناقص بودن داده ها با چهار نوع خطا منعکس می شود. در واقع، بررسی خطاهای منطقی به یافتن داده های ناقص و سه نوع دیگر از خطاها کمک می کند. کنترل کیفیت یا تضمین کیفیت یا ارزیابی کیفیت داده ها معمولاً با بررسی منطقی داده ها آغاز می شود. همانطور که در شکل 5-4 نشان داده شده است، پل یا پارکینگ به جاده متصل است، اگر فقط یک پل یا پارکینگ در پایگاه داده وجود داشته باشد، اما به جاده متصل نباشد، داده های جاده حذف شده و داده ها ناقص

خطاهای منطقی مختلف
2) خطای هندسی
از آنجایی که نقشه در مختصات صفحه دو بعدی بیان می شود، خطاهای هندسی در صفحه دو بعدی عمدتاً در نقاط و خطوط منعکس می شوند.
(2.1) خطای نقطه ای
خطای نقطه ای در مورد یک نقطه، تفاوت بین موقعیت اندازه گیری شده (x, y) و موقعیت واقعی آن (x 0 , y 0 ) است. روش اندازه گیری موقعیت واقعی دقیق تر از موقعیت اندازه گیری است، همانطور که در میدان از روش GPS با دقت بالا استفاده می شود. خطای نقطه را می توان با محاسبه خطای مختصات و فاصله بدست آورد. خطای مختصات به صورت زیر تعریف می شود:
Δx=xx:sub:`0`
Δy=yy:sub:`0`
به منظور اندازه گیری خطای نقطه در کل منطقه اکتساب داده یا منطقه نقشه، محاسبه نمونه گیری کلی (Δx، Δy). نقاط نمونه گیری باید به طور تصادفی در منطقه جمع آوری داده ها توزیع و نشان داده شود. بنابراین، هر چه نقاط نمونه برداری بیشتر باشد، توزیع خطای اندازه گیری شده به توزیع واقعی خطاهای نقطه نزدیک تر است.
(2.2) خطای خطی
خطوط می توانند هم پدیده های خطی و هم چندضلعی های پیوسته را در پایگاه داده GIS نشان دهند. نوع اول این است که نقاط روی خط را می توان در دنیای واقعی یافت، مانند جاده ها، رودخانه ها، مرزهای اداری و غیره، خطای چنین ویژگی های خطی عمدتاً ناشی از اندازه گیری و پس پردازش داده ها است. دسته دوم در دنیای واقعی یافت نمی شود، مانند خطوط طول و عرض جغرافیایی که توسط پیش بینی های ریاضی تعریف می شوند، خطوط خطی ترسیم شده توسط ارتفاع، یا خط منطقه آب و هوایی و مرزهای نوع خاک و غیره، خطا در تعیین محدوده یک خط خطای تفسیر نامیده می شود. خطای تفسیر مستقیماً با خطای صفت مرتبط است، اگر خطای صفت وجود نداشته باشد، می توان مرز نوع را دقیق در نظر گرفت و خطای تفسیر صفر است.
علاوه بر این، خط به خطوط، خطوط و خطوط مخلوط با خطوط تقسیم می شود (شکل 5-5). دو روش برای بیان منحنی ها و چند خطوط در پایگاه داده GIS استفاده می شود. شکل 5-6 این دو نوع خطا را با هم مقایسه می کند.

خطوط مختلف (خطوط مستقیم، چند خط، منحنی)

خطاهای چندضلعی ها و منحنی ها
پهنای نوار اپسیلون برابر است (مشابه بافری است که بعدا توضیح داده شد، اما معنای آن متفاوت است). بر این اساس، مدل باند خطا پیشنهاد شده است. در مقایسه با مدل باند اپسیلون، در وسط باریک ترین و در انتهای آن پهن تر است. بر اساس مدل باند خطا، ویژگی های توزیع خطای خط و خط را می توان به عنوان حالت توزیع باند خطا “نوع استخوانی” یا “نوع زنجیره ای” در نظر گرفت (شکل 5-7).

توزیع خطاهای چند خطی
برای توزیع خطای منحنی، “مدل ریسمان روده” باید در نظر گرفته شود (شکل 5-8).

توزیع خطای منحنی ها
مشکلات کیفی داده های نقشه
داده های نقشه داده هایی هستند که پس از دیجیتالی شدن یا اسکن نقشه موجود ایجاد می شوند. در مشکل کیفیت داده های نقشه که نه تنها حاوی خطاهای ذاتی نقشه است، بلکه شامل خطاهایی مانند تغییر شکل ترسیمی و دیجیتالی شدن گرافیکی نیز می شود.
- خطای ذاتی نقشه: به خطای خود نقشه ای که برای دیجیتال سازی استفاده می شود، از جمله خطای نقطه کنترل، خطای طرح ریزی و غیره اشاره دارد. از آنجایی که تعیین رابطه بین این خطاها دشوار است، ارزیابی دقیق خطای کلی دشوار است. اگر فرض شود که بین خطای ترکیبی و انواع مختلف خطاها رابطه خطی وجود دارد، می توان از قانون انتشار خطا برای محاسبه خطای یکپارچه استفاده کرد.
- خطای ناشی از تغییر شکل مواد: این نوع خطا به دلیل تأثیر رطوبت و تغییرات دما بر اندازه نقشه است. اگر دما ثابت باشد، اگر رطوبت از 0٪ به 25٪ افزایش یابد، اندازه کاغذ ممکن است 1.6٪ تغییر کند. سرعت انبساط و انقباض کاغذ یکسان نیست. حتی اگر رطوبت به اندازه اصلی خود بازگردد، نقاشی را نمی توان به اندازه اصلی خود بازگرداند، یک نقاشی 6 اینچی ممکن است به دلیل تغییرات رطوبت تا 0.576 اینچ خطا داشته باشد. در طول فرآیند چاپ، کاغذ ابتدا با افزایش دما طولانیتر و پهنتر میشود و به دلیل سرد شدن منقبض میشود.
- خطای دیجیتالی شدن تصویر: روش دیجیتالی سازی عمدتاً شامل ردیابی دیجیتالی شدن و دیجیتالی شدن اسکن می شود. ردیابی دیجیتالی به طور کلی دارای دو حالت عملیاتی است، یعنی یک حالت و یک حالت جریان، اولی بیشتر در کار واقعی استفاده میشود و دومی بسیار بیشتر از حالت اول خطا تولید میکند.
تاثیر روش های مختلف ورود داده ها بر کیفیت داده ها
ردیابی دیجیتالی شدن:
عوامل اصلی مؤثر بر کیفیت دادههای آن عبارتند از: اشیاء ویژگی دیجیتال، اپراتورهای دیجیتال، دیجیتالیسازها و عملیات دیجیتالیسازی. در میان آنها، شی عنصر دیجیتال: ارتفاع، چگالی و پیچیدگی گرافیک عنصر جغرافیایی خود تأثیر قابل توجهی بر کیفیت نتیجه دیجیتالی دارد، به عنوان مثال، خط ضخیم بیشتر از خط نازک باعث ایجاد خطا می شود. منحنی پیچیده بیشتر از خط مسطح باعث ایجاد خطا می شود، و عناصر متراکم پراکنده هستند، عناصر به احتمال زیاد باعث خطا می شوند و غیره. اپراتورهای دیجیتال: فناوری و تجربه اپراتورهای دیجیتال متفاوت است و خطاهای دیجیتالی معرفی شده نیز دارای خطاهای بزرگی خواهند بود که عمدتاً در انتخاب بهترین نقاط، توانایی قضاوت در مورد میزان همپوشانی بین خطوط متقاطع و هدف منعکس می شود. ، علاوه بر این، میزان خستگی و دیجیتالی شدن اپراتورهای دیجیتال نیز می تواند بر کیفیت دیجیتالی شدن تأثیر بگذارد. وضوح و دقت دیجیتایزر تأثیر تعیین کننده ای بر کیفیت دیجیتالی شدن دارد. حالت عملیات دیجیتالی نیز بر کیفیت داده های دیجیتالی شده تأثیر می گذارد، مانند روش استخراج منحنی (حالت جریان یا حالت نقطه) و چگالی نقطه استخراج.
اسکن دیجیتالی سازی:
دیجیتالی شدن اسکن از یک اسکنر با دقت بالا برای اسکن گرافیک، تصاویر و غیره استفاده می کند. و یک فایل داده شطرنجی تشکیل داده و سپس از نرم افزار شطرنجی سازی برای پردازش فایل داده شطرنجی و تبدیل آن به داده های گرافیکی برداری استفاده می کند. دو راه برای برداری وجود دارد: تعاملی و کاملاً خودکار. عوامل موثر بر کیفیت داده های دیجیتال اسکن شده عبارتند از: کیفیت تصویر اصلی (مانند وضوح)، دقت اسکن، وضوح اسکن، دقت ثبت و دقت تصحیح.
مشکلات کیفیت داده های سنجش از دور
کیفیت داده های سنجش از دور از فرآیند مشاهده ابزارهای سنجش از دور و تا حدی از فرآیند پردازش و تفسیر تصویر سنجش از دور ناشی می شود. فرآیند مشاهده سنجش از دور خود دارای محدودیت هایی در صحت و دقت است، خطاهای ایجاد شده توسط این فرآیند عمدتا تفکیک مکانی، اعوجاج هندسی و خطای تشعشعی است که بر موقعیت و دقت ویژگی داده های سنجش از دور تأثیر می گذارد. پردازش و تفسیر تصویر سنجش از دور عمدتاً باعث ایجاد خطا در موقعیت و ویژگیهای مکانی میشود. این با تصحیح تصویر یا تصویر و تطبیق در پردازش تصویر و تفسیر و طبقهبندی تفسیر سنجش از راه دور، از جمله خطاهای ویژگی ناشی از تفسیر پیکسلهای مختلط، معرفی میشود.
مشکلات کیفی داده های اندازه گیری
دادههای اندازهگیری عمدتاً به اطلاعات موقعیت مکانی جسم اندازهگیری بهدستآمده از اندازهگیری مستقیم با استفاده از بررسی ژئودتیک، GPS، اندازهگیری شهری، فتوگرامتری و برخی روشهای اندازهگیری دیگر اشاره دارد. این بخش از مشکل کیفیت داده ها عمدتاً خطای موقعیتی داده های مکانی است. موقعیت دادههای مکانی معمولاً با مختصات نشان داده میشود، ضریب خطای مشخصی بین مختصات موقعیت دادههای مکانی و طول و عرض جغرافیایی آن وجود دارد، از آنجایی که این ضریب خطا قابل حذف نیست، معمولاً به عنوان خطا در نظر گرفته نمیشود. خطاهای اندازه گیری معمولاً خطاهای سیستم، خطاهای عملیاتی و خطاهای تصادفی را به حساب می آورند.
وقوع خطاهای سیستماتیک مربوط به یک سیستم خاص است که به دلیل ترکیبی از عوامل محیطی (مانند دما، رطوبت و فشار)، ساختار و عملکرد ابزار و مهارت های اپراتور ایجاد می شود. خطاهای سیستماتیک را نمی توان با مشاهدات مکرر بررسی یا از بین برد و تنها با استفاده از مدل های دیجیتال می توان آن ها را شبیه سازی و تخمین زد.
خطاهای عملیاتی ناشی از بی احتیاطی یا سوء استفاده اپراتور هنگام استفاده از دستگاه، خواندن کتاب یا ثبت مشاهدات است. برای بررسی و رفع خطاهای عملیاتی باید از روش های مختلفی استفاده کرد. به طور کلی، خطاهای عملیاتی را می توان با روابط هندسی ساده یا بررسی های جبری یا با مشاهدات مکرر برای بررسی خطاهای عملیاتی از نظر سازگاری تأیید کرد.
خطای تصادفی یک خطای تصادفی است که توسط برخی عوامل غیر قابل اندازه گیری و غیرقابل کنترل ایجاد می شود. این نوع خطا دارای ویژگی های خاصی است، مانند فراوانی یکسان خطاهای مثبت و منفی، خطاهای بزرگ کمتر و خطاهای کوچک بیشتر. خطاهای تصادفی را می توان با استفاده از یک مدل تصادفی تخمین زد و پردازش کرد.
کنترل کیفیت داده های مکانی
کنترل کیفیت داده ها فرآیند پیچیده ای است، برای کنترل کیفیت داده ها باید از تمامی فرآیندها و پیوندهای تولید و انتشار کیفیت داده ها شروع کرد و با روش های خاصی خطا را کاهش داد. روش های رایج برای کنترل کیفیت داده های مکانی عبارتند از:
روش دستی سنتی
روش دستی کنترل کیفیت عمدتاً داده های دیجیتالی شده را با منبع داده مقایسه می کند، بازرسی بخش گرافیکی شامل روش بصری، مقایسه با تصویر شفاف و پوشش تصویر اصلی است و بازرسی قسمت ویژگی با یک ویژگی اصلی توسط یک یا روش های مقایسه دیگر.
روش فراداده
فراداده مجموعه داده حاوی مقدار زیادی اطلاعات در مورد کیفیت داده ها است که از طریق آنها می توان کیفیت داده ها را بررسی کرد و همچنین ابرداده تغییرات کیفیت در فرآیند پردازش داده را ثبت می کند. وضعیت و تغییرات کیفیت داده ها را می توان با ردیابی فراداده درک کرد. .
روش همبستگی جغرافیایی
کیفیت داده ها با استفاده از همبستگی عناصر ویژگی جغرافیایی خود داده های مکانی تجزیه و تحلیل می شود. اگر توزیع فضایی ویژگی های طبیعی سطح مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد، رودخانه کوه باید در پایین ترین نقطه ریز توپوگرافی قرار گیرد، بنابراین، هنگام قرار دادن دو لایه داده های رودخانه و کانتور، اگر موقعیت رودخانه روی خط محدب کانتور نیست، سپس توضیح دهید که باید در دو لایه داده مشکل کیفیت وجود داشته باشد، اگر نمی توانید تعیین کنید کدام لایه از داده ها مشکل دارد، می توانید با قرار دادن آنها با آنها آن را بیشتر تجزیه و تحلیل کنید. سایر لایه های داده قابل اعتماد بنابراین، می توان یک پایگاه دانش در مورد رابطه عناصر ویژگی جغرافیایی برای تحلیل همبستگی عناصر ویژگی جغرافیایی بین لایه های داده های مکانی ایجاد کرد.
جنبه های کیفیت داده ها
اهمیت کیفیت در مطالعات فضایی
زمینه های کاربردی برای داده های مکانی بسیار گسترده هستند و جنبه های کیفی مهم هستند زیرا قابلیت استفاده نتایج به آنها بستگی دارد. در عرصه بین المللی توجه روزافزونی به رویکرد عددی به کیفیت داده در GIS امروزی وجود دارد. اطلاعات تولید شده توسط متخصص GIS باید شامل یک جزء توصیف کیفیت، اغلب بر اساس انتشار خطا باشد. نویسنده در مورد اهمیت کیفیت داده ها در مطالعات فضایی بحث می کند.
پردازش داده ها شامل ذخیره سازی داده ها و کیفیت آن است. دادههای با کیفیت پایین منجر به خروجی «کیفیت پایین» میشوند: «زباله در داخل زباله است». همه برنامه ها به داده های ورودی دقیق نیاز ندارند. داده های هواشناسی و داده های کیفیت هوا معمولاً در مکان های نسبتا کمی جمع آوری می شوند. از سوی دیگر، داده های ارتفاعی در تراکم بالا در دسترس هستند. سطح جزئیات یا وضوح برای داده های ماهواره ای نیز اعمال می شود. برای برخی کاربردها، چند باند طیفی کافی است در حالی که برخی دیگر، به ویژه مطالعات کانی شناسی و تنوع زیستی، از باندهای زیادی، معمولاً بیش از دویست، سود می برند.
تعریف موقعیت
دقت مختصات بر بسیاری از مراحل پردازش دیگر در GIS مانند محاسبه طول خط لوله یا مساحت یک بسته تأثیر می گذارد. بسیاری از تصمیمات، مانند محاسبات هزینه و ارزش یارانه ها، بر اساس چنین برآوردهایی است و بنابراین می تواند تحت تأثیر آنها قرار گیرد. اجازه دهید به عنوان مثالی که تأثیر دقت مختصات را بر پارامترهای مشتق شده نشان می دهد، یک سطح مستطیلی را که با فاصله دو متری چهار نقطه از هم نشان می دهد، در نظر بگیریم. در حالت ایده آل، سطح 4 متر مربع خواهد بود. با این حال، زمانی که دقت مختصات 1 متر است، مساحت ممکن است از 2 تا 7 متر مربع تغییر کند، و زمانی که دقت به 0.01 متر افزایش یابد، مقادیری بین 3.95 و 4.05 متر مربع رخ می دهد (شکل 1).
قابلیت اطمینان
ویژگی ها را می توان از نظر ویژگی های کیفی (نام ها) و ویژگی های کمی (مقادیر عددی) متمایز کرد. قابلیت اطمینان ویژگیهای کیفی را میتوان به صورت احتمال تخصیص نام اشتباه یا رخ دادن خطا در نامگذاری بیان کرد. قابلیت اطمینان ویژگیهای عددی اغلب به دلیل گرد کردن یا اندازهگیری نامشخص است. تحقیقات اخیر نشان داده است که این می تواند نقش مهمی را ایفا کند، به عنوان مثال، تعریف کیفیت هوا در هلند بر اساس تعداد محدودی از اندازه گیری ها. شکل 2 تعداد روزهایی را نشان می دهد که از استاندارد محیطی برای ازن فراتر رفته است. چنین نمودارهایی نقش مهمی در تصمیم گیری در سطح ملی دارند. در این تحقیق محیطی، مدلهایی که قادر به محاسبه مقادیر عددی روی یک شبکه ریز مشبک هستند، به دادههای نقطهای که به ندرت در دسترس هستند، مرتبط میشوند. با توجه به ابزارهای موجود، رویکرد خطا در متغیرها در برآورد ریسک تا حد امکان واقعی مفید بود.
سازگاری منطقی
یک پایگاه داده GIS باید از نظر منطقی سازگار باشد. آنچه در یک GIS ذخیره می شود باید با آن واقعیت مطابقت داشته باشد و آن را نشان دهد. به عنوان مثال، یک جنگل در یک شهر منطقی نیست، در حالی که یک شهر در وسط یک جنگل احتمال بیشتری دارد. تحقیقات در مورد ابرداده، که در چند عدد محتویات یک پایگاه داده را خلاصه می کند، در این زمینه در حال ظهور است. به عنوان مثال، ابرداده فعلی برای نقشه های کمی، همچنین شامل اطلاعات متنوعی در مورد محتویات مانند مقادیر میانگین، انحرافات استاندارد و تعداد چند ضلعی ها می شود. این زمینه تحقیقاتی هنوز در مراحل ابتدایی است، اما ممکن است در آینده نزدیک تقویت شود.
عوامل زمان
با توجه به زمان، سؤالات معمولی شامل این است که آیا داده ها به طور همزمان جمع آوری شده اند، آیا جدیدترین داده ها استفاده شده اند و همچنان باقی می مانند و آیا کیفیت داده های مکانی در طول زمان ثابت می ماند یا خیر. روش جمع آوری داده ها مرتبط است. اگر از تصاویر ماهواره ای استفاده شده است، کیفیت آنها چگونه است. کیفیت داده ممکن است با توجه به فصل تغییر کند. برای مثال وجود زمین خالی به جای محصول، یا به دلیل نوسانات روز و شب. یک مطالعه اخیر در مورد تشخیص و ردیابی آتش سوزی های جنگلی در پرتغال توسط حسگرهای ماهواره ای نشان داد که پیش بینی آتش در شب بسیار آسان تر از روز است.
عدم قطعیت ذاتی
عوامل کیفیت فوق به داده های جمع آوری شده از اشیا مربوط می شود. اما عدم قطعیت نیز توسط خود اشیا معرفی می شود. ساختمانی مانند کلیسا به وضوح تعریف شده است، اما اشیایی مانند شهرها، جاده ها و جنگل ها ابهامی از تعریف را ارائه می دهند. آنچه در واقع از فاصله یا مرکز منطقه برای چنین اجسامی دلالت دارد، چنین عدم قطعیتی یک موضوع دقیق نیست، بلکه ذاتی اشیا است. تحقیقات اخیر نیز بر این جنبه کیفیت متمرکز شده است. اشیاء مبهم مختلف با استفاده از یک رویکرد ریاضی صلب شناسایی شدند (شکل 3)، جبر تعریف شد و عملیات برای محاسبه، به عنوان مثال، محیط، فاصله و طول اجسام فازی بررسی شد. پیادهسازی از بسته نرمافزاری GRASS با دامنه عمومی استفاده میکند.
تبادل
یک مسئله اصلی، ارتباط عدم قطعیت به ذینفعان است. در پایان، اکثر ذینفعان از یک بیانیه واضح قدردانی می کنند. با این حال، بحثهای اخیر نشان داده است که عموم مردم میتوانند بین ارزیابی ریسک «احتمال کم» و «احتمال زیاد» تمایز قائل شوند. “درختان تصمیم فازی” به عنوان گام مهمی در جهت ارتباط عدم قطعیت و کیفیت دادههای مکانی پیشنهاد شدهاند. تفاوت در رویکردهای آماری و مبهم/فازی به مسائل مشابه هنوز یک چالش است، و همین امر برای مدلسازی دادهها نیز صادق است: یک شبکه یا یک بردار باید برای مقابله بهینه با یک مشکل فضایی استفاده شود.
نتایجی که اظهار شده
به لطف تبادل روزافزون دادههای مکانی، کیفیت دادهها موضوعی است که بار دیگر در مرکز صحنه بینالمللی مورد توجه قرار گرفته است.
آیا در عصری زندگی میکنیم که کتابخانههای وسیعی از دادههای مکانی، ابزارهای قدرتمند و راههای ارتباط با نقشههای وب چندرسانهای در دستان ما هستند، آیا کیفیت دادهها هنوز هم ما را نگران میکند؟ من معتقدم که با وجود این پیشرفتهای شگفتانگیز، کیفیت دادهها هنوز مهم است. من یک قدم فراتر می روم و ادعا می کنم که به دلیل این قابلیت ها، کیفیت داده ها اکنون بیش از همیشه اهمیت دارد. کیفیت داده ها تأثیر زیادی بر نقشه برداری و تجزیه و تحلیل فضایی ، ادراک مخاطبان از نتایج مصرف کننده و تصمیمات حاصله دارد.
من معتقدم 10 دلیل کلیدی برای اهمیت کیفیت داده های مکانی وجود دارد.
1. نقشه ها به راحتی قابل اعتماد هستند
نقشه ها معمولاً قابل باور هستند . نقشهها از روزهای اولیه روی لوحهای گلی، صفحات نقرهای، ابریشم و بلوکهای چوبی، همیشه بسیار دقیق و کار فشرده بودند. ثانیاً، آنها اغلب توسط حاکمان و سایر افراد صاحب قدرت مأمور می شدند. ثالثاً، آنها با دانشی که سازندگان آنها از کار میدانی گسترده خود به دست آورده بودند یا با بررسی تجربیات میدانی دیگران گردآوری کردند، گردآوری شدند. این سه ویژگی به نقشه ها هوای اصالت داد.
حتی در عصر دیجیتال مدرن ما، که در آن نقشهها در قالبهای خارقالعاده جاسازی شده، گنجانده میشوند، و از نو ساخته میشوند، بسیاری از نقشهها همچنان مانند منابع معتبر به نظر میرسند، حتی اگر همیشه اینطور نباشند.
نویسندگان در مقاله خود در The Map Room اشاره میکنند که نقشههای بد در دنیای مدرن ما به وفور یافت میشود، مانند «غذای مورد علاقه در هر ایالت» یا «آنچه مردم در مورد هر ایالت از آن متنفرند». این نقشه ها ترافیک وب ایجاد می کنند، که دلیل اصلی ایجاد بسیاری از آنهاست، اما نویسندگان به درستی سوالاتی مانند “واقعا؟ چه کسی می گوید اینها غذاهای مورد علاقه هستند؟

در یک موضوع مشابه، من این زرادخانه از انواع “نقشه های بد” را در این ارائه ارائه می کنم، که به طور مرتب آنها را ارائه می دهم به این امید که مردم به دقت در مورد نقشه ها به عنوان ابزار قدرتمندی که می توانند منجر یا گمراه شوند فکر کنند. شاید حتی گویاتر از این مجموعه مثالهای روزمره از این باشد که چرا ما باید نسبت به دادهها انتقاد کنیم ، از جمله توصیفی عجیب از آنچه دانشگاه جورج میسون را تشکیل میدهد، مکان اشتباه آکادمی ملی علوم، فید اینترنت اشیا از دمایی که میخواند. بیش از 3000 درجه است و حتی یک لیست پخش “بیتلز” پر از خطا.
2. ساختن نقشه ها آسان است
ساخت بسیاری از انواع نقشه ها آسان است . من بخش اعظم کارم را در آژانس های فدرال صرف جمع آوری داده های جغرافیایی و تهیه نقشه کردم. در حالی که آژانسهای ملی نقشهبرداری و علوم هنوز در ایجاد دادهها و نقشههای مکانی بسیار فعال هستند، درصد کل نقشهها و لایههای دادهای که توسط این سازمانها تهیه شدهاند در سیل صدها هزار نقشه وب که روزانه ساخته میشوند، رو به کاهش بوده است.

امروزه، هر کسی که با ابزارهایی مانند ArcGIS Online به وب دسترسی دارد، میتواند یک نقشه ایجاد کند، لایههای دادههای مکانی را به اشتراک بگذارد، و نقشهها و داشبوردهای داستان چندرسانهای ایجاد کند. هر کسی می تواند به صدها ابزار جمع سپاری مانند Survey123 و iNaturalist برای ایجاد داده های قابل نقشه دسترسی داشته باشد.
پس از خدمت شبانه روزی در تیم اداره سرشماری ایالات متحده که در دهه 1980 برای ایجاد TIGER کار می کرد و در دهه 1990 در USGS داده های DEM و NHD را ایجاد کرد، آن روزهای چالش برانگیز GIS را دوست ندارم. اما با روشهای آسانتر برای ایجاد و ارائه نقشهها و دادههای مکانی، میانبرها را میتوان گرفت، ابرداده را حذف کرد و دادهها ممکن است تأیید نشوند.
مطمئن شوید که توانایی های شگفت انگیز GIS مدرن را درک می کنید، اما محدودیت های داده های خود را درک می کنید. از داده ها، روش ها و ابزارتان سؤالات مهمی بپرسید.
3. نقشه ها می توانند پست های “سرگرم کننده” را باورپذیرتر کنند
نقشه ها اغلب به پست های “سرگرم کننده” پیوست می شوند. من سعی نمی کنم اینجا آقای Grumpy Pants باشم، زیرا برخی از این پست ها خنده دار و جالب هستند. اما خطر برخی از این پستها این است که میتوانند ایده باور داستانها را صرفاً به دلیل اینکه شامل نقشه و گرافیک هستند، تقویت کنند.
من سفر SS Warrimoo در سال 1899 را به عنوان مثال ارائه می کنم: جالب است، اما آیا نیمکره های متعدد، روزها و قرن ها که ظاهراً به طور همزمان توسط خدمه کشتی تجربه می شوند، درست است؟
4. نقشه ها مدل واقعیت
نقشه ها واقعیت نیستند، بلکه فقط بازنمایی واقعیت هستند. موارد مفید، مطمئناً، اما بازنمودها. به مثال خط درخت برگریز و مخروطی من توجه کنید . آیا واقعا یک خط است؟ یا واقعاً منطقه است ؟ و چگونه باید عدم قطعیت و ملاحظات مقیاس را روی داده های نقشه برداری شده به تصویر بکشیم؟ علاوه بر این، نسبت به تصاویر نیز انتقاد داشته باشید—ممکن است نمایشی «واقعی» از سطح زمین در بخش خاصی از طیف الکترومغناطیسی به نظر برسد، اما بدانید که تصاویر نیز به دلایل مختلف قابل ویرایش هستند و به همین دلیل، همانطور که در اینجا و همچنین در این مقاله توضیح میدهم ، باید به اندازه سایر دادههای مکانی انتقادی دیده شود .
5. همه ما نقشه سازان بالقوه هستیم
امروزه، ما دیگر صرفاً مصرف کنندگان نقشه نیستیم، بلکه همه ما نقشه سازان بالقوه هستیم . با بسیاری از روشهای ایجاد دادههای نقشهبرداری شده، نسبت به دادهها انتقاد داشته باشید – حتی زمانی که آنها متعلق به خودتان هستند . همه ما به سرعت علاقه زیادی به داده های خود داریم و به آنها وابسته می شویم، اما همانطور که در این مثال از یک مسیر GPS که جمع آوری و نقشه برداری کردم، توضیح دادم، حتی داده های خود شما نیز باید به دقت بررسی شوند.
6. منابع داده خود را به طور کامل بررسی کنید
فراتر از خواندن فراداده به بررسی کامل منابع داده خود بروید. مسلماً این اغلب مستلزم تکالیف اضافی است، برخی از روشهای «مکتب قدیمی» برای تماس واقعی با خالق داده از طریق تلفن گوش میکنند . مثال من از نقشه برداری بیماری لایم در رود آیلند را بخوانید : اگر با سازندگان داده تماس نمی گرفتم، به یک نتیجه گیری اشتباه در مورد روند بیماری لایم در آنجا می رسیدم.
7. مقیاس نقشه اهمیت دارد
مقیاس هنوز مهم است . هنگامی که با استفاده از ابزارهای GIS روی داده های خود زوم می کنید، دقت داده ها با این کار افزایش نمی یابد. این بدیهی به نظر می رسد، اما من اغلب، هنگام مشاهده افرادی که از GIS استفاده می کنند، این تصور را دارم که آنها فکر می کنند چون می توانند داده ها را در مقیاس 1:1000 مشاهده کنند، داده ها از نظر مکانی در آن مقیاس دقیق هستند. دادهها در مقیاسهای خاصی جمعآوری میشوند، حتی اگر به طور فزایندهای رندر و فیلتر شوند تا جزئیات فزایندهای را در مقیاسهای بزرگتر نشان دهند. مثال من از « راه رفتن روی آب » را در اسکله ای در دریاچه میشیگان ببینید تا این نقطه را به خانه برسانید.

8. حقیقت در برچسب زدن
عبارات حقیقت در برچسب گذاری و تناسب برای استفاده همچنان در این بحث مناسب هستند. حقیقت در برچسبگذاری به مسئولیت تولیدکننده داده در ارائه اطلاعات کافی اشاره دارد تا کاربر نهایی بتواند تشخیص دهد که آیا دادهها برای استفاده او مناسب هستند یا خیر. توجه به حقیقت در برچسبگذاری در عصری که هر یک از ما دیگر فقط یک مصرفکننده نقشه نیستیم، اهمیت فزایندهای پیدا میکند – همه ما به طور بالقوه تولیدکننده نقشه هستیم.
به عنوان مثال، هر بار که یک ابزار تجزیه و تحلیل را در ArcGIS Online اجرا می کنید، یک لایه جدید ایجاد می کنید – مجموعه جدیدی از داده های نقشه برداری شده. و به عنوان یک کاربر داده، به جای اینکه بپرسید «این نقشه یا مجموعه داده «خوب است»، بپرسید که آیا برای استفاده شما مناسب است. آیا ویژگیها، مقیاس مجموعه، کامل بودن، تاریخ تنظیم، روابط توپولوژیکی و هرگونه محدودیت حق چاپ برای تصمیمگیری در مورد مناسب بودن دادهها برای استفاده در پروژه شما کافی است؟
9. منابع داده خود را تأیید کنید
عادت کنید هنگام توصیف نتایج خود از عبارت ” بر اساس این داده ها” استفاده کنید. این به شما یادآوری میکند که به تأیید منابع خود ادامه دهید و به مخاطب یادآوری میکند که نتایج و نتیجهگیریهای شما به شدت به دادههایی که استفاده میکنید وابسته است.
چگونه می توان کیفیت داده ها را اندازه گیری کرد؟ برای مجموعهای از معیارها در مورد کیفیت دادهها، ویدیوی من را ببینید که تست CRAAP را توصیف میکند – واحد پول، ارتباط، اعتبار، دقت و هدف. برای دیگران، 4 C تجزیه و تحلیل کیفیت داده، استانداردهای FGDC و منابع خطا را در ارائه من در اینجا ببینید .
10. به کیفیت داده ها توجه کنید
از آنجایی که شما مسئول تصمیم گیری اخلاقی و عاقلانه هستید، کیفیت داده ها بر تصمیمات شما و در نتیجه تصمیمات اطرافیان شما تأثیر می گذارد. فناوریهای زمینفضایی اغلب و به درستی «قدرتمند» توصیف میشوند. همانطور که در این مقاله درباره اخلاق توضیح میدهم ، « با قدرت، توانایی ایجاد آسیب – عمدی یا ناخواسته – و همچنین ایجاد تأثیر مثبت به وجود میآید .» توجه به کیفیت داده ها کاملاً با ساخت جهانی هوشمندتر، سالم تر، پایدارتر و انعطاف پذیرتر مطابقت دارد.

برای جزئیات و مثالهای بیشتر، به ارائه من مراجعه کنید، چرا کیفیت دادهها هنوز مهم است، اکنون بیش از همیشه . در اینجا، من اطلاعاتی در مورد استانداردهای کیفیت داده ها، گذشته و حال ارائه می کنم. همچنین به مقاله من در مجله Directions، اینجا مراجعه کنید ، و به طور منظم با وبلاگ داده Spatial Reserves که من و جیل کلارک برای نزدیک به یک دهه آن را می نویسیم، بررسی کنید، که از کتاب ما، راهنمای GIS برای داده های دامنه عمومی نشات می گیرد . هدف من از این نوشته ها و ویدئوها این است که جامعه را به یاد داشته باشند که کیفیت داده ها واقعا مهم است.
تحلیل فضایی چیست؟ تعریف، کار، و مثال
تجزیه و تحلیل فضایی از داده های مکانی برای استخراج نتایج بر اساس جغرافیای منطقه مورد نظر استفاده می کند.
تحلیل فضایی به عنوان فرآیند مطالعه موجودیت ها با بررسی، ارزیابی، ارزیابی و مدل سازی ویژگی های داده های مکانی مانند مکان ها، ویژگی ها و روابط آنها که ویژگی های هندسی یا جغرافیایی داده ها را آشکار می کند، تعریف می شود. این مقاله اصول تحلیل فضایی، نحوه عملکرد آن و چند مثال را توضیح می دهد.
تحلیل فضایی چیست؟
تحلیل فضایی به مطالعه موجودیت ها با بررسی، ارزیابی، ارزیابی و مدل سازی ویژگی های داده های مکانی مانند مکان ها، ویژگی ها و روابطی که ویژگی های هندسی یا جغرافیایی داده ها را آشکار می کند، اشاره دارد. از انواع مدلهای محاسباتی، تکنیکهای تحلیلی و رویکردهای الگوریتمی برای جذب اطلاعات جغرافیایی و تعریف مناسب بودن آن برای یک سیستم هدف استفاده میکند.
تجزیه و تحلیل فضایی مربوط به نجوم است، جایی که این فرآیند برای مطالعه، کاوش، و درک موقعیت منظومه ستارهای در کیهان بینهایت ما استفاده میشود. همچنین بخشی از فرآیند ساخت تراشه است که در آن از «الگوریتمهای مکان و مسیر» برای توسعه ساختارها و چارچوبهای سیمکشی استفاده میشود. جدای از اینها، تحلیل فضایی در مراقبت های بهداشتی، کشاورزی، مدیریت اکوسیستم شهری، هشدار و بازیابی بلایا، مدل سازی زنجیره تامین و لجستیک و چندین زمینه دیگر بسیار مهم است.
اساساً، تحلیل فضایی بینش هایی را از داده های مکانی به دست می آورد که نمایش عددی هر موجود فیزیکی در یک سیستم مختصات جغرافیایی را ارائه می دهد . به عنوان واحد فضایی نقشه عمل می کند. داده های مکانی به دو نوع اساسی هندسی و جغرافیایی طبقه بندی می شوند.
داده های هندسی اطلاعات مکانی را بر روی سطوح دو بعدی نگاشت می کند. در مقابل، دادههای جغرافیایی نشاندهنده طول و عرض جغرافیایی یک موجودیت یا مکان روی یک کره قرار میگیرند، جایی که کره نشاندهنده زمین است. به عنوان مثال، Google Maps برنامهای است که از دادههای دو بعدی برای ارائه مسیرهای ناوبری به کاربران خود استفاده میکند، در حالی که دستگاههای GPS اطلاعات جغرافیایی دقیقی را به ما میدهند.
جدای از اینها، ارجاع جغرافیایی و ژئوکدینگ از دیگر جنبه های حیاتی تحلیل جغرافیایی هستند. ارجاع جغرافیایی سطح زمین را با اختصاص مختصات داده به بردارها یا شطرنجی مدلسازی میکند، در حالی که کدگذاری جغرافیایی آدرسهای دقیقی مانند ایالات، کشورها و غیره را در سطح سیاره نشان میدهد.
داده های فضایی
داده های مکانی را می توان در قالب های مختلفی از جمله برداری و شطرنجی بیان کرد. بردارها به صورت گرافیکی دنیای واقعی را از طریق نقاط، خطوط و چندضلعی ها نشان می دهند. با کمک نقاط می توان خطوطی ایجاد کرد که باعث ایجاد فضاهای محصور به شکل چندضلعی می شود. این نوع داده های برداری امکان نقشه برداری گرافیکی از اجسام فیزیکی موجود در سطح زمین را فراهم می کند. داده ها در shapefiles (.shp) نگهداری می شوند.
از سوی دیگر، شطرنجی به داده ها یک نمایش شبکه پیکسلی می دهد، که در آن هر پیکسل اطلاعات خاصی مانند رنگ، واحد اندازه گیری و غیره را منعکس می کند. به طور متعارف، شطرنجی به معنای تصویرسازی است. با این حال، در زمینه تحلیل فضایی، به عکسهای هوایی یا تصاویر ماهوارهای اطلاق میشود که به «عکسهای اورتوفوگراف» معروف هستند.
جدا از بردار و شطرنجی، دادههای غیر مکانی با ویژگیها نشان داده میشوند. این به اضافه کردن اطلاعات به داده های مکانی، به عنوان مثال، تصاویر، نقشه ها یا اطلاعات اضافی اشاره دارد که به داده های مکانی شی مورد بررسی ارزش می بخشد.
اهمیت تحلیل فضایی
تحلیل فضایی چیزی بیش از نقشه برداری از اشیاء فیزیکی است. از آنجایی که اطلاعات مکانی از چندین منبع جمع آوری می شود، تصمیم گیرندگان می توانند از نسخه تلفیقی این داده های مکانی برای انجام اقدامات بر اساس نیاز استفاده کنند. به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل فضایی می تواند به مدیریت ترافیک در یک محیط شهری کمک کند، در نتیجه به مقامات اجازه می دهد تا گام هایی را در جهت ساخت شهرهای تاب آور بردارند.
این فناوری همچنین می تواند به کاربران اجازه دهد تا پیشرفت جغرافیایی بیماری را بررسی کرده و از این طریق در تلاش برای کنترل شیوع آن سرمایه گذاری کنند. علاوه بر این، سازمانهای دولتی میتوانند از دادههای مکانی برای نقشهبرداری استراتژیهای واکسیناسیون برای یک منطقه جغرافیایی در طول یک بیماری همهگیر مرگبار، مانند COVID-19 استفاده کنند.
امروزه، در این دنیای مدرن، تحلیل فضایی به بخشی ضروری از روال روزمره ما تبدیل شده است. از رزرو تاکسی در یک برنامه، ردیابی تجارت الکترونیک یا تحویل غذا گرفته تا دسترسی به GPS برای سفر از یک مکان به مکان دیگر، تحلیل فضایی اکنون به عنوان یک فناوری فراگیر مشاهده می شود.
اگرچه دادههای مکانی مانند تصاویر ماهوارهای برای مدت طولانی وجود داشته است، فیلتر کردن حجم وسیعی از دادهها برای تولید اطلاعات قابل استفاده کاملاً یک کار بوده است. با این حال، با توجه به هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشینی (ML)، تجزیه و تحلیل فضایی به طور قابل توجهی در دسترس قرار گرفته است و باعث افزایش سود برای مشاغل و نجات جان افراد می شود.
تحلیل فضایی چگونه کار می کند؟
تجزیه و تحلیل مکانی یکی از اجزای حیاتی سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) است. در درجه اول برای تعیین امکان سنجی یک مکان برای سیستم های خاص یا پیش بینی آب و هوا برای یک منطقه جغرافیایی خاص استفاده می شود. این به کاربران اجازه می دهد تا مشکلات را مدل کنند و راه حل های جامعی را پیدا کنند که دارای ویژگی های جغرافیایی مرتبط با آنها باشد.
بیایید کار تجزیه و تحلیل فضایی را با جزئیات درک کنیم:
1. جمع آوری داده ها
جمع آوری داده ها برای فرآیند تحلیل فضایی اساسی است. این شامل جمع آوری داده ها از منابع مختلف، از جمله دستگاه های سنجش از راه دور مانند LiDAR (تشخیص نور و محدوده) و سیستم های هوابرد است.
داده های به دست آمده توسط چنین دستگاه هایی برای ساختن نقشه هایی استفاده می شود که توزیع جغرافیایی موجودیت های مورد بررسی را نشان می دهد، به عنوان مثال، نقشه ای که دما را برای مناطق مختلف نشان می دهد. داده ها، در این مورد، شامل تصاویر با وضوح بالا یا عکس های گرفته شده توسط ماهواره ها یا سیستم های هوایی است.
2. تجزیه و تحلیل داده ها
در مرحله دوم، داده های جمع آوری شده با استفاده از راه حل های AI و ML برای استخراج نتایج تجزیه و تحلیل می شوند. علاوه بر این، می توان مدل های ML را برای تشخیص اشیاء یا ساختارها در یک منطقه که میلیون ها تصویر تجزیه و تحلیل می کنند، آموزش داد.
به عنوان مثال، اشیاء می توانند شامل دانشکده ها، زمین های بازی، مناطق ترافیکی، مناطق مسکونی و غیره باشند. علاوه بر این، می توان از ابزارهای تجسم برای برجسته کردن اشیاء مختلف با رنگ ها، شکل ها یا حاشیه نویسی های مختلف استفاده کرد. چنین ابزارهایی فرآیند شناسایی اشیا را در تکه های بزرگ داده آسان می کنند.
3. ارائه داده ها
ارائه دادههای پس از تجزیه و تحلیل میتواند زمانبر باشد، زیرا باید عناصر مهمی را که یافتهها را آشکار میکنند برجسته کرد. چنین وظایفی با ابزارهای تجسم دادهها که از جداول، نمودارها و نمودارها برای ارائه دادههای مرتبط و برقراری ارتباط با ذینفعان مربوطه استفاده میکنند، آسانتر میشوند.
علاوه بر این، ابزارهای تجسم سه بعدی متغیرهایی را به داده های دو بعدی اضافه می کنند و چشم انداز بهتری ارائه می دهند. چنین شیوههایی استراتژیهای برنامهریزی و پیادهسازی را بهینه میکنند، که منجر به راهحلهای بهتر برای مسائل مدلسازی شده میشود.
تحلیل فضایی از این سه مرحله برای تجزیه و تحلیل و تجمیع داده ها برای حل مسائل پیچیده استفاده می کند. بیایید به برخی از قابلیتهای حیاتی گردشهای کاری تحلیل فضایی نگاه کنیم:
1. در جستجوی جغرافیایی کمک می کند
تجزیه و تحلیل فضایی به فرد اجازه می دهد تا داده های خاص را روی نقشه هایی که از طریق واسط ها به کار گرفته شده اند تجسم کند. کاربر می تواند داده های جغرافیایی مرتبط را از طریق داشبورد با استفاده از عناصری مانند نام شهر، کشور، کد پستی و غیره جستجو کند. با چنین امکانات جستجویی، می توان به راحتی نقاط مورد علاقه در یک منطقه را شناسایی کرد، مانند مدارس در یک منطقه.
2. خوشه بندی مجموعه داده ها
تجزیه و تحلیل فضایی، خوشهبندی دادهها را امکانپذیر میکند، که به مقامات کمک میکند تا با نگاه کردن به تراکم نقاط دادهای پیشبینیشده، اشتراکات جمعیتی را درک کنند. به عنوان مثال، نهادهای حاکم می توانند از نقشه ها برای درک فاصله بین دو مدرسه در یک منطقه استفاده کنند. می توان از چنین داده هایی برای رمزگشایی استفاده کرد که آیا مناطق خاصی به امکانات مدرسه دسترسی آسان یا بدون دسترسی دارند.
3. نمای جامع داده را ارائه می دهد
با استفاده از رنگ ها، شکل ها و حاشیه نویسی های متنوع، می توان دید پرنده ای از یک منطقه داشت. برای مثال، بیمارستانها، کالجها و تعمیرگاههای خودرو را میتوان بهطور متفاوتی روی نقشه علامتگذاری و حاشیهنویسی کرد تا دیدی جامع از دادههای جغرافیایی ارائه دهد.
4. نقشه برداری بصری را فعال می کند
کاربران می توانند مجموعه داده ها را با استفاده از لایه ها، مانند آنچه در نقشه های حرارتی یا نمودارهای حباب مشاهده می شود، بر روی نقشه ها نمایش دهند. به عنوان مثال، داده های آب و هوا را می توان در لایه های مختلف ارائه کرد، که نقشه برداری بصری را تسهیل می کند.
5. بر نهادهای هدف تاکید می کند
انواع مختلف داده ها را می توان بر روی نمودارهای ساده با ترکیب داده های پیش بینی شده بر روی لایه ها در نقشه ارائه کرد. به عنوان مثال، می توان جمعیت یک منطقه و امکانات درمانگاهی در منطقه مجاور را ترکیب کرد تا مشخص شود که آیا تعداد مناسبی از مراکز بهداشتی برای مردم محله مذکور وجود دارد یا خیر.
بیشتر بخوانید: هوش مصنوعی فوق العاده (AI) چیست؟ تعریف، تهدیدات و روندها
نمونه هایی از تحلیل فضایی
دنیای مدرن و متصل امروزی توسط فناوریهای پیشرفتهای مانند اینترنت همه چیز و اینترنت اشیا هدایت میشود که برای عملیات روزمره به شدت به تجزیه و تحلیل فضایی متکی هستند. علاوه بر این، بسیاری از سازمانهای دولتی و خصوصی از دادههای مکان خاص برای اجرای موفقیتآمیز برنامههای رفاه اجتماعی و تضمین رفاه جمعیت منطقه استفاده میکنند.
بر اساس گزارش ژوئن 2022 توسط ReportLinker، بازار جهانی خدمات مبتنی بر مکان (LBS) در سال 2021 به 55.92 میلیارد دلار رسید و انتظار میرود که در سال 2022 به 70.16 میلیارد دلار برسد. پیش بینی می شود اقتصاد خدمات تا سال 2026 به 114.9 میلیارد دلار رشد کند.
این آمار تنها افزایش شهاب سنگی در استفاده از فناوری تحلیل فضایی را نشان می دهد. رهبران خدمات مبتنی بر مکان عبارتند از غولهای فناوری مانند اپل، گوگل، اینتل، مایکروسافت، اوراکل و دیگران که همچنان به منابع و تلاشهای خود برای بهرهبرداری از بازار LBS ادامه میدهند.
نمونه هایی از تحلیل فضایی عبارتند از:
1. برنامه ریزی و توسعه شهری
تحلیل فضایی نقش مهمی در برنامه ریزی شهری و فعالیت های توسعه ایفا می کند. بیایید برخی از پروژه هایی را که تحت این موضوع قرار می گیرند، درک کنیم:
- شهرهای تاب آور شهری را توسعه دهید
پیامدهای نامطلوب تغییرات آب و هوایی زندگی شهری را آزار می دهد. مقامات شهری به طور مداوم در تلاش هستند تا راه حل هایی برای به حداقل رساندن تأثیر آن بر ساکنان شهر بیابند. اینجاست که فناوری هایی مانند GIS که اطلاعات مکانی را ارائه می دهد به کمک می آیند. سیاست گذاران می توانند از GIS با در نظر گرفتن هدف پایداری استفاده کنند.
برخی از برنامه های مبتنی بر GIS عبارتند از:
- برنامههای جنگلزدایی را بر اساس دادههای تحلیل شده برنامهریزی و استراتژیبندی کنید
- انتشار گازهای گلخانه ای صنعتی را پیگیری کنید تا در مورد لزوم استفاده از یک منبع انرژی تجدید پذیر تصمیم گیری کنید
- بررسی افزایش سطح آب دریاها به دلیل عوامل گرمایش جهانی برای اجرای یک برنامه اقدام برای نفی تهدیدها
شرکتی به نام Evergreen در حال تلاش برای توسعه شهرهای سبز و انعطاف پذیر در کانادا با استفاده از هوش مصنوعی است. هدف آن همکاری با شهرداریها و برنامهریزی گامهایی برای کاهش اثرات تغییرات آب و هوایی بر شهرهای سراسر کانادا است.
- نظارت بر اثر جزیره گرمایی شهری (UHI) در شهرها
اثر جزیره گرمایی شهری (UHI) به پدیدهای اشاره دارد که در آن پوشش گیاهی طبیعی برای ساخت آپارتمانها و سازههایی که تمایل دارند گرما را برای مدت طولانیتری حفظ کنند، از بین میرود. از آنجایی که این یکی از مشکلات جدی است که بشریت باید با آن مقابله کند، فناوری هایی مانند تجزیه و تحلیل فضایی می توانند کمک کنند. به عنوان مثال، اقداماتی مانند تصاویر ماهوارهای جمعآوریشده از طریق برنامه Landsat، سنجش از دور حرارتی، و مطالعات مشاهدهای میدانی میتوانند به درک بهتری از چگونگی اثر UHI باعث ایجاد یک الگوی فضایی خاص کمک کنند. می توان علت اثر UHI را شناسایی کرد و اقدام مناسب را انجام داد.
- کیفیت زندگی را تعیین کنید
دادههای مکانی جغرافیایی به فرد امکان میدهد الگوی دادهای را که میتواند کیفیت زندگی اجتماعی-اقتصادی زندگی مردم یک منطقه را آشکار کند، شناسایی کند. به عنوان مثال، الگوهای فضایی می توانند حضور بیمارستان ها، مدارس، ادارات دولتی و غیره را در یک منطقه برجسته کنند. توزیع یکنواخت چنین زیرساختی نشان می دهد که این منطقه از تمام امکانات لازم برای داشتن یک کیفیت خوب زندگی برخوردار است.
کاربران می توانند داده های ماهواره ای را با استفاده از تکنیک های یادگیری ماشینی و یادگیری عمیق پردازش کنند . داده های تجزیه و تحلیل شده می تواند بینش هایی را در مورد رابطه بین عواملی مانند فقر، سواد، آموزش، مراقبت های بهداشتی و غیره ارائه دهد.
- تجزیه و تحلیل جریان ترافیک
جریان ترافیک و ازدحام را می توان برای آشکار کردن اشکالات در یک سیستم حمل و نقل مدل کرد. با تصویربرداری فضایی، جاده هایی که با ازدحام دائمی مواجه هستند و بیش از حد ظرفیت هستند را می توان شناسایی کرد. علاوه بر این، مشاهده میشود که افراد با درآمد پایین عموماً وسایل نقلیه مستقلی ندارند، بنابراین در حمل و نقل برای این گروهها مشکل ایجاد میشود.
علاوه بر این، بدون امکانات حمل و نقل عمومی مناسب ، آنها بیشتر معلول می شوند زیرا دسترسی به مکان های شغلی یا سایر امکانات را دشوارتر می کند. بنابراین، تجزیه و تحلیل فضایی به شناسایی تمام این حفرهها در مناطق شهری کمک میکند و مقامات را قادر میسازد تا اقدامات اصلاحی فوری انجام دهند.
2. مدیریت بهداشت عمومی
تجزیه و تحلیل فضایی توسط مقامات مختلف بهداشتی و دولتی برای مدیریت سلامت عمومی استفاده می شود.
- گسترش بیماری نقشه
یافتههای ماهوارهای برای پیشبینی شیوع بیماری در مناطق بسیار مهم هستند. چنین الگوهای داده های مکانی به سیاست گذاران اجازه می دهد تا با انجام اقدامات پیشگیرانه، شیوع بیماری را کنترل کنند.
علاوه بر این، می توان متغیرهای آب و هوا مانند بارندگی یا دما را با داده های بیماری ترکیب کرد تا تأثیر آب و هوا بر گسترش یا شیوع بیماری در مناطق مختلف را بهتر درک کند. به طور معمول، در مورد بیماری های منتقله از آب، دما و وجود توده های آبی مانند دریاچه ها و رودخانه ها در مجاورت آن برای درک پیشرفت بیماری بسیار مهم است.
برنامه جهانی پشه (WMP) یکی از این ابتکارات است که توسط یک واحد غیرانتفاعی اجرا می شود که با جوامع محلی برای کاهش شیوع بیماری های منتقله از طریق پشه همکاری می کند. این برنامه از یادگیری ماشین و فناوری تحلیل فضایی برای عملیات خود استفاده می کند.
- تجزیه و تحلیل تاسیسات بهداشتی و بهداشتی
با تجزیه و تحلیل فضایی می توان مناطقی را با دسترسی مستقیم به تأسیسات بهداشتی نقشه برداری کرد. این می تواند شامل نقشه برداری از سیستم های جمع آوری فاضلاب، ایستگاه های پمپاژ آب و تصفیه خانه های زباله در محدوده جغرافیایی باشد. داده ها می توانند جمعیتی را که چنین خدماتی در اختیار دارند نشان دهد. علاوه بر این، مقامات ذیربط می توانند از چنین اطلاعات مکانی برای ایده پردازی و اجرای خدمات بهداشتی اضافی هر جا که برای رفاه جامعه لازم باشد استفاده کنند.
به همین ترتیب، مقامات می توانند امکانات بهداشتی مانند کلینیک ها و بیمارستان ها را از طریق سیستم های GIS نقشه برداری کنند. داده ها می توانند جمعیتی را که به این خدمات مراقبت های بهداشتی دسترسی ندارند، شناسایی کنند. بسته به نیاز، مقامات مربوطه می توانند برنامه های مراقبت های بهداشتی را با استفاده از نقشه های فضایی برنامه ریزی کنند.
- نقشه آمار واکسیناسیون
همهگیری COVID-19 یکی از مهمترین چالشهای جهان و حتی بیشتر از آن بخش مراقبتهای بهداشتی بوده است، زیرا واکسیناسیون افراد تنها راه برون رفت از این مشکل بود. اما چگونه می توان چنین برنامه های واکسیناسیونی را پیگیری کرد؟ دولت ها می توانند با استفاده از فناوری های GIS این سناریو را به خوبی مدیریت کنند. آنها می توانند توزیع واکسن را با تجزیه و تحلیل فضایی ردیابی کنند و از پوشش یکنواخت در اطراف منطقه اطمینان حاصل کنند. بنابراین، تجزیه و تحلیل فضایی کلید چنین برنامه های واکسیناسیون در مقیاس وسیع است.
3. کشاورزی و کشاورزی
در کشاورزی، تجزیه و تحلیل مکانی امکان نظارت بر محصول، پیش بینی عملکرد محصول، تجزیه و تحلیل خاک و غیره را فراهم می کند.
بیایید به هر مورد استفاده با جزئیات نگاه کنیم:
- نظارت بر محصول
بهره وری محصول از متغیرهای متعددی مانند آب و هوا، مواد مغذی خاک، نور خورشید و غیره به طور هماهنگ با یکدیگر کار می کنند. این عوامل در مناطق جغرافیایی متفاوت است. نظارت بر محصول با گرفتن داده های GIS از طریق سنجش از دور بهتر تسهیل می شود. همچنین به ردیابی عملکرد محصول، توزیع و تغییرات محیطی که بر عملکرد محصول تأثیر می گذارد کمک می کند.
- پیش بینی عملکرد محصول
از آنجایی که تغییرات آب و هوایی همچنان جهان را آزار می دهد، تولید محصولات زراعی نیز به طور قابل توجهی آسیب دیده است. کشاورزان می توانند پیش بینی عملکرد محصول را از طریق تصاویر ماهواره ای که داده های آب و هوا (باد، دما، فشار هوا) را همراه با شرایط خاک نشان می دهد، بهتر مطالعه کنند. علاوه بر این، بر اساس داده های تصاویر ماهواره ای می توان احتمال هرگونه حمله آفت بالقوه را تعیین کرد. وقتی همه این عوامل با هم ترکیب شوند، می توانند به تعیین زمان مناسب برای برداشت محصول و سایر فرآیندهای مرتبط کمک کنند.
- حیوانات مزرعه را زیر نظر بگیرید
حیوانات مزرعه برای یک مجموعه کشاورزی حیاتی هستند. گاوهای آزادانه را می توان با تجزیه و تحلیل فضایی کنترل کرد. علاوه بر این، تحقیقات دام نشان داده است که چنین حیواناتی متان تولید می کنند که مسئول گرم شدن کره زمین است. علاوه بر این، دام نیز با انتشار نیتروژن، خاک مزرعه را آلوده می کند. سپس خاک با توده های آبی مانند رودخانه ها مخلوط می شود و آنها را به میزان قابل توجهی آلوده می کند. با در نظر گرفتن چنین تأثیرات زیست محیطی، می توان از ابزارهای GIS برای بررسی آسیب های وارده به اکوسیستم طبیعی در مکان هایی که دام ها در آن تردد می کنند، استفاده کرد.
- تجزیه و تحلیل عناصر غذایی خاک
مواد مغذی خاک برای انجام فرآیندهای کشاورزی موفق حیاتی هستند. با تجزیه و تحلیل مکانی و ابزارهای GPS، نظارت بر مزرعه آسان شده است. متخصصان خاک می توانند داده های مکانی را برای تعیین ویژگی های خاک مانند سطح pH، محتوای نیتروژن و سایر متغیرها تجزیه و تحلیل کنند. تجزیه و تحلیل جغرافیایی، همراه با روش های درون یابی مانند درون یابی خطی، به تعیین مقادیر ناشناخته بین مقادیر شناخته شده کمک می کند و در نتیجه تنوع مکانی در ویژگی های خاک را آشکار می کند.
این اطلاعات به مقامات مربوطه اجازه می دهد تا اقداماتی را اجرا کنند که مواد مغذی خاک را احیا می کند و به مدیریت بهتر خاک کمک می کند. بسته به محتوای غذایی آن، کشاورزان همچنین می توانند برای افزودن کودهای مناسب به خاک برنامه ریزی کنند.
بردن
تجزیه و تحلیل فضایی به بخشی اجتناب ناپذیر از چندین صنعت در سراسر رشته ها، از جمله مراقبت های بهداشتی، نجوم، بانکداری، جنگلداری، زنجیره تامین، موسسات دولتی و غیردولتی و بسیاری دیگر تبدیل شده است. آژانس های ملی و دولتی از الگوریتم های فضایی پیچیده برای تجزیه و تحلیل اطلاعات جغرافیایی و برنامه ریزی استراتژی ها برای اجرای برنامه ها استفاده می کنند. علاوه بر این، این رویکرد مبتنی بر داده تضمین میکند که چنین برنامههایی با موفقیت تکمیل میشوند، که وقتی به رفاه عمومی مربوط میشود بسیار مهم است.
فنآوری تحلیل فضایی به سازمانها اجازه میدهد تا برنامههای ثابتی را تنظیم کنند که امور مالی کلی آنها را بهینه میکند و اطمینان حاصل میکند که برنامهها به نفع تودهها هستند.
بدون دیدگاه