رویکرد جابجایی منطقه ای از طریق وزن دهی نقطه شبکه در تعمیم ساختمان
چکیده
هنگام تعمیم یک گروه از اشیاء، جابجایی یک عملیات ضروری برای حل تضادهای ایجاد شده بین آنها به دلیل بزرگ شدن اندازه نمادهای آنها و کاهش فضای نقشه موجود است. اگرچه روش‌های جابجایی زیادی وجود دارد، اما اکثر آنها نسبتاً پیچیده هستند. بنابراین هنوز به روش های عملی تری نیاز است. در این مقاله یک رویکرد جدید تغییر مکان ساختمان پیشنهاد شده است. برای این منظور، ساختمانها گروه‌بندی می‌شوند و از طریق Voronoi Tessellation و Buffering برای آنها منطقه‌هایی در بلوک‌ها ایجاد می‌شود. الگوهای خطی سپس از طریق تجزیه و تحلیل بافر شناسایی می شوند و مناطق مربوطه باریک می شوند تا بتوانند این الگوها را حفظ کنند. پس از اینکه تمام ساختمان ها در داخل مناطق خود جابجا شدند، نقاط شبکه تولید می شوند و سپس از طریق تخمین چگالی هسته و تجزیه و تحلیل بافر برای یافتن مکان های مناسب وزن می شوند. بر این اساس، ساختمان ها به طور مکرر به سمت مکان های محاسبه شده جابه جا می شوند. رویکرد پیشنهادی به طور مستقیم حداقل فاصله و محدودیت‌های دقت موقعیتی را اعمال می‌کند در حالی که چندین مکانیسم غیرمستقیم برای حفظ الگوها و روابط فضایی استفاده می‌شود. برای ارزیابی کیفیت جابجایی، معیارهای مقایسه زاویه، طول و شکل معرفی می‌شوند که بر اساس مثلث‌های (Delaunay) یا اندازه‌گیری مقایسه آزیموت خطوط اتصال، برای ساختمانها محاسبه می‌شوند. معیارهای ارزیابی کیفیت با توجه به ارزیابی بصری کیفیت جابجایی و تجزیه و تحلیل کمی اقدامات به دست می‌آیند.
کلمات کلیدی: جابجایی ساختمان ; مناطق تعمیم ; وزن نقطه شبکه ; الگوهای خطی ؛ معیارها و معیارهای ارزیابی جابجایی
1. مقدمه
هنگام تولید نقشه ها در مقیاس کوچکتر و/یا موضوعی متفاوت، تعمیم نقشه کشی برای به دست آوردن نمایش دقیق و خوانا از اطلاعات جغرافیایی نقش دارد. تعمیم ابتدا به اشیاء منفرد و سپس به گروهی از اشیاء اعمال می شود. گروه هایی از اشیا زمینه های فضایی مختلفی را تشکیل می دهند. در تعمیم نقشه‌کشی، اطلاعات زمینه‌ای باید تا جایی که مقیاس هدف اجازه می‌دهد تا اطلاعات جغرافیایی را به‌طور کافی دقیق به کاربران منتقل کند، حفظ شود. علاوه بر این، نماد شناسی اشیا باید به مقیاس هدف از نظر تشخیص تنظیم شود. در نتیجه، محدودیت های گرافیکی در بسیاری از موارد نقض می شود. به منظور حل تضادهای گرافیکی، عملیات جابجایی در میان سایر موارد اعمال می شود. جابجایی نه تنها باید حداقل فاصله قابل قبول بین اجسام را تضمین کند، بلکه ویژگی‌ها و روابط فضایی را تا آنجا که ممکن است حفظ کند. بنابراین، یکی از پیچیده ترین عملیات تعمیم کارتوگرافی متنی است [ 1 ، 2 ، 3] و معمولاً در آخرین مرحله تعمیم مورد نیاز است. تعمیم ساختمان تا مقیاس 1:100K اعمال می شود. پس از این مقیاس، به جای ساختمان های منفرد، مناطق ساخته شده به طور کلی نشان داده شده است. از آنجایی که شبکه های هیدروگرافی و حمل و نقل ساختمان ها را احاطه کرده اند، به ترتیب مرزهای طبیعی و مصنوعی را برای اشیاء ساختمانی تشکیل می دهند. بنابراین، ساختمان ها اغلب پس از آن نوع اشیاء تعمیم می یابند. بزرگ شدن اشیا (ساختمان ها، جاده ها و …) و در نتیجه بروز همپوشانی یا کاهش فاصله بین آنها باعث ایجاد تضاد می شود. علاوه بر این، عملیات تعمیم قبلی ممکن است به وقوع درگیری کمک کند. در این مورد، جابجایی ساختمان برای حل تعارض اعمال می شود.
محدودیت های فضایی زیر در طول جابجایی ساختمان در نظر گرفته می شود [ 1 ، 4 ، 5 ]:
-
حداقل فاصله: حداقل فاصله بین دو ساختمان و همچنین بین یک ساختمان و یک شی اطراف مانند جاده، راه آهن و رودخانه باید رعایت شود تا از تشخیص آنها در مقیاس هدف اطمینان حاصل شود. حداقل آستانه فاصله ( MDT ) 0.2 میلی متر (10 متر برای 1:50k) با توجه به محدودیت های گرافیکی مورد استفاده در کارتوگرافی است.
-
دقت موقعیت: جابجایی موقعیت اشیاء نقشه را تغییر می دهد. باید برای حفظ دقت موقعیت اشیاء در محدوده مقیاس محدود شود. آستانه دقت موقعیتی ( PAT ) به عنوان 0.5 میلی متر (25 متر برای 1:50k) برای ساختمان ها اعمال می شود.
-
الگوهای فضایی و روابط: در نقشه ها، الگوهای فضایی و روابط اشیاء باید تا حد امکان حفظ شود تا بتوان اطلاعات جغرافیایی قابل توجهی را به طور موثر با یکدیگر ارتباط داد. در زمینه ساختمان ها، لازم است روابط توپولوژیکی، نزدیکی و جهتی بین ساختمان ها و همچنین بین ساختمان ها و اشیاء اطراف در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، با توجه به اصول گشتالت مانند تداوم و جهت گیری مشترک، چیدمان خاص ساختمان ها از نظر ادراک بصری مهم است یا از جنبه توپولوژیکی، ساختمان ها باید پس از تعمیم در همان سمت جاده قرار گیرند.
دو محدودیت اول اصولا قوی تر از آخرین در نظر گرفته می شوند زیرا استخراج و ارزیابی الگوها و روابط فضایی وظایف پیچیده ای هستند. بنابراین، دو مورد اول برای دسترسی به یک راه حل اجباری می شوند در حالی که آخرین محدودیت مستقیماً اعمال نمی شود، اما مکانیسم های مناسب برای حفظ آنها ضروری است.
روش های مختلفی برای جابجایی ساختمان پیشنهاد شده است، اما معمولاً برای پیاده سازی در محیط GIS به اندازه کافی کاربردی نیستند. علاوه بر این، بافت فضایی را نمی توان به طور دقیق با روش های تحلیل مکانیکی یا ریاضی توصیف کرد، زیرا چینش نامنظم اشیاء نقشه [ 6 ]. مطالعات بسیار کمی [ 1 ، 4] اثر تعمیم فردی ساختمان ها و جاده ها را بر جابجایی ساختمان ذکر کرده یا در نظر بگیرید. بنابراین، هدف کلی این مطالعه توسعه یک رویکرد جابجایی ساختمانی کاربردی و به اندازه کافی موثر است که در زون های ایجاد شده در بلوک ها اعمال می شود. در این حوزه، اهداف خاص عبارتند از: (1) شناسایی مناطقی که شامل ساختمان هایی است که الگوهای خطی تشکیل می دهند و ایجاد روشی برای حفظ آن الگوها تا آنجا که ممکن است، (2) یافتن مکان های مناسب در داخل مناطق به صورت پویا برای جابجایی ساختمان ها در یک روش تکراری و (3) برای پیشنهاد اقدامات و معیارهای مربوطه برای ارزیابی کیفیت جابجایی.
در این زمینه، ساختمان‌های دارای تضاد گرافیکی به‌صورت گروهی به‌دست می‌آیند و زون‌ها برای گروه‌های ساختمانی در بلوک‌ها به‌گونه‌ای ایجاد می‌شوند که فضای نقشه به طور عادلانه تقسیم شود و امکان‌سنجی جابجایی هر زون مشخص شود. یک مطالعه تجربی با یک پسوند پایتون توسعه‌یافته در QGIS برای اثبات اعتبار رویکرد پیشنهادی مربوط به جابجایی ساختمانها در تعمیم نقشه توپوگرافی از 1:25k به 1:50k انجام شد. در همین حال، اشیاء به طور جداگانه مطابق با 1:50k در پیش تعمیم داده شده در فرآیند جابجایی استفاده شد. در این زمینه، ساده‌سازی، مربع‌سازی لبه و بزرگ‌نمایی برای ساختمان‌های بزرگ (بیش از 625 متر مربع) و فروریختن و نمادسازی برای ساختمان‌های کوچک اعمال شد [ 7 ].].
2. آثار مرتبط
رویکردهای جابجایی را می توان به دو گروه تقسیم کرد: رویکردهای افزایشی و کل نگر. برای حل تعارض، جابجایی در مراحل اولی به صورت متوالی اعمال می شود در حالی که بردار جابجایی معمولاً یک بار در دومی محاسبه می شود. چندین رویکرد افزایشی وجود دارد. در این حوزه، روآس [ 8 ] یک رویکرد جابجایی متوالی را ارائه می‌کند که امکان شناسایی و حل تعارضات و ارزیابی نتایج جابجایی را فراهم می‌کند. لونرگان و جونز [ 9] یک روش جابجایی ساختمان تکراری را از طریق به حداکثر رساندن فاصله نزدیکترین همسایه با در نظر گرفتن محدودیت‌های خوانایی ارائه می‌کند. علاوه بر این، آنها این روش را با روش جابجایی مبتنی بر بازپخت شبیه سازی شده مقایسه می کنند و برخی از مزایای روش اول را در مقابل روش دوم نشان می دهند. Ai و Oosterom [ 10 ] از جابجایی ساختمان مبتنی بر میدان استفاده می کنند. آنها میدان‌های جابجایی را از طریق اسکلت مثلث‌سازی دلونی ایجاد می‌کنند و جهت و مقدار انتشار نیرو را در آن میدان‌ها محاسبه می‌کنند تا تضادها را حل کنند. لو و همکاران [ 11] از مدل نیروی میدان الکتریکی برای تشخیص تضاد و جابجایی ساختمان ها استفاده کنید. از این نظر، نقاطی در امتداد مرزهای اجسام ایجاد می شوند که نشان دهنده ذرات با قدرت الکتریکی هستند. درگیری بین اجسام و قدر جابجایی از طریق دافعه الکتریکی بین ذرات تعیین می شود. Basaraner [ 1 ] یک روش تعمیم افزایشی را برای جابجایی ساختمان پیشنهاد می کند. او ابتدا خوشه‌های مجاورتی را برای شناسایی اشیاء در تضاد به دست می‌آورد و سپس از طریق Tessellation و بافر Voronoi برای خوشه‌ها مناطق تعمیم ایجاد می‌کند. پس از آن، نامزد جابجایی و بردار به طور مکرر با استفاده از تسلیحات Voronoi، تجزیه و تحلیل فضایی و/یا تصمیم گیری چند معیاره یافت می شوند. سان و همکاران [ 12] یک الگوریتم ژنتیک ایمنی بهبود یافته (IGA) را ارائه می دهد که محدودیت تراز ساختمان و محدودیت رابطه مماس را برآورده می کند. آنها IGA را با الگوریتم ژنتیک (GA) با اعمال آنها در پارتیشن های ایجاد شده توسط یک شبکه جاده مقایسه می کنند. برتری IGA نسبت به GA برای حل تضادهای گرافیکی و حفظ روابط فضایی نشان داده شده است. وی و همکاران [ 13] یک روش جابجایی مشارکتی در تعمیم ساختمان های شهری ارائه می کند. آنها ابتدا یک جابجایی مبتنی بر میدان برداری را اعمال می کنند و سپس تضاد بین ساختمان ها و بین جاده ها و ساختمان ها را ارزیابی می کنند تا تعیین کنند که آیا جابجایی اضافی مورد نیاز است یا خیر. سپس سایر عملیات تعمیم (تجمیع، حذف و شکل دهی مجدد محدود) برای یافتن راه حل قابل قبول از جنبه نقشه برداری انجام می شود.
از سوی دیگر، رویکردهای کل نگر در بین محققان بسیار محبوب است. در این محدوده، Mackaness [ 14 ] یک الگوریتم جابجایی چرخه ای و تکراری را پیشنهاد می کند. او تعارض‌های فضایی را با استفاده از خوشه‌بندی شناسایی می‌کند و تعارضات فضایی را از طریق جابجایی شعاعی حل می‌کند و در عین حال روابط فضایی قابل توجهی را حفظ می‌کند. بادر و همکاران [ 4 ] یک رویکرد بهینه سازی برای جابجایی ساختمان پیشنهاد می کند. آنها از یک ساختار خرپایی برای نگهداری و حفظ روابط فضایی قابل توجه ساختمان ها استفاده می کنند. لیو و همکاران [ 5] یک رویکرد جابجایی ساختمان مبتنی بر اسکلت مثلثی محدود شده دلونی (CDT) و الگوریتم تیر الاستیک بهبود یافته را پیشنهاد می‌کند. پس از تقسیم‌بندی مجموعه داده بر اساس جاده‌ها، آنها یک فرآیند چرخه‌ای و تکراری را برای تشخیص تضادها و حل آنها از طریق جابجایی انجام می‌دهند، در حالی که اسکلت فضاهای شکاف با CDT برای تشخیص تضادها و ساختن نمودار مجاورت به دست می‌آید. نمودار بعداً با استفاده از اطلاعات گروه‌بندی محلی تنظیم می‌شود و با الگوریتم پرتو الاستیک بهبودیافته با استفاده از نیروهای حاصل از درگیری‌های شناسایی شده تغییر شکل می‌دهد. روش جابجایی تلاش می‌کند تا محدودیت‌های کارتوگرافی را از این طریق برآورده کند. آی و همکاران [ 15] یک مدل میدان برداری برای مقابله با تضادهای متعدد در جابجایی ساختمان ایجاد می کند. یک میدان اسکالر از طریق یک اسکلت مثلثی Delaunay ایجاد می شود تا ساختمان های در حال پردازش را تقسیم کند. سپس یک فیلد برداری برای تشخیص تضاد تشکیل می شود. جهت و بزرگی نیروی جابجایی بر اساس مدل ایزو خط میدان برداری محاسبه می شود. سان و همکاران [ 16] از الگوریتم مار برای جابجایی ساختمان ها استفاده کنید. آنها ابتدا فضای نقشه را بر اساس شبکه های حمل و نقل و رودخانه تقسیم بندی می کنند. سپس، ساختار خرپایی نشان‌دهنده روابط مجاورت فضایی بین ساختمانها، و بین جاده‌ها و ساختمانها با استفاده از نمودار مجاورت وزنی مشتق‌شده از CDT تولید می‌شود. علاوه بر این، نیروهای بین اجسام مربوطه با روش بافر محاسبه شده و در الگوریتم مار استفاده می شود. به این ترتیب آنها نتایجی را به دست می‌آورند که محدودیت‌های ارتباطی نقشه‌کشی و فضایی را برآورده می‌کند. هوانگ و همکاران [ 6] از یک الگوریتم بهبود یافته بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) برای جابجایی ساختمان استفاده کنید. در این زمینه، یک بردار حرکت اولیه با قوانین جابجایی نقشه‌برداری محاسبه می‌شود و موقعیت اصلی ساختمانها به عنوان موقعیت ذرات اولیه استفاده می‌شود. علاوه بر این، آنها PSO را با یک الگوریتم ژنتیک ایمنی (IGA) مقایسه می‌کنند و برتری اولی را نسبت به دومی نشان می‌دهند. مارویاما و همکاران [ 17 ] با جابجایی ساختمان به عنوان یک مسئله بهینه سازی محدود با استفاده از برنامه ریزی خطی مقابله کنید. آنها روابط فضایی بین اشیاء نقشه را به عنوان محدودیت شناسایی می کنند و تابع هزینه را بهینه می کنند که جابجایی بیش از حد ساختمان ها را مطابق با مقیاس نقشه جریمه می کند.
3. روش شناسی و تنظیمات تجربی
3.1. پارتیشن بندی فضایی و گروه بندی ساختمان
حفظ روابط توپولوژیکی در جابجایی ساختمان ضروری است. برای این منظور، بلوک‌ها با استفاده از جاده‌های اطراف (و سایر اشیاء خطی) ایجاد می‌شوند تا ساختمان‌های واقع در طرف‌های مختلف جاده‌ها نتوانند با هم تعامل داشته باشند. به عبارت دیگر، ساختمان های واقع در یک بلوک با هم در جابجایی پردازش می شوند. در این مطالعه از شبکه راه ها از نقشه توپوگرافی 1:50k در هنگام ایجاد بلوک ها استفاده شد.
با توجه به جابجایی، مهم است که گروه های ساختمانی با MDT آشکار شوند. در این زمینه، بافر برای ساختمان‌های همان بلوک‌ها با توجه به معیار حداقل فاصله اعمال شده توسط محدودیت‌های نقشه‌برداری اعمال می‌شود. به این ترتیب ساختمان هایی که در تضاد هستند و با هم جابه جا می شوند به صورت گروهی به دست می آیند ( شکل 1 ) [ 18 ]. این رویکرد توسط یافته های دنگ و همکاران نیز پشتیبانی می شود. [ 19 ]. آنها نشان می‌دهند که از نظر گروه‌بندی، رویکرد تحلیل بافر به طور قابل‌توجهی بهتر از هشت رویکرد باقی مانده از جمله SOM، خوشه‌بندی گراف و MST در میان سایر روش‌ها زمانی که مجاورت در نظر گرفته می‌شود، عمل می‌کند.
3.2. نقشه تخصیص فضا برای گروه های ساختمانی در بلوک ها
الگوهای مختلفی از ساختمان ها وجود دارد. این به معنای تعدادی از زمینه های فضایی مختلف است که باید با تعمیم نقشه کشی پرداخته شود. بنابراین، تصمیم گیری برای جابجایی مناسب در بلوک ها چندان آسان نیست، حتی اگر بلوک ها تعداد ساختمان هایی را که باید با هم پردازش شوند محدود می کنند. از این نظر، معقول است که واحدهای تعمیم کوچکتر تشکیل شود تا مسئله تعمیم محلی بیشتر شود. برای این منظور، مناطق تعمیم در بلوک ها از طریق Tessellation Voronoi (VT) و بافر ایجاد می شود، همانطور که در [ 1 ] پیشنهاد شده است ( شکل 1).آ). VT تضمین می کند که فضای نقشه در بلوک ها به طور عادلانه بین گروه های ساختمان تقسیم می شود. از سوی دیگر، بافر حرکت ساختمان ها را از نظر دقت موقعیت محدود می کند. مناطق تعمیم بخشی به حفظ روابط فضایی بین ساختمانها با اجازه دادن به کاهش کنترل‌شده و/یا تنظیم مجدد ساختمان‌های مرتبط کمک می‌کنند. به طور خاص، VT از طریق نقاط متراکم شده در امتداد لبه‌های ساختمانها ایجاد می‌شود و چند ضلعی‌های Voronoi حاصل بر اساس تقاطع‌هایشان با ساختمان‌های همان گروه ترکیب می‌شوند. دلیل تراکم جلوگیری از مرزهای بسیار نامنظم منطقه Voronoi بین گروه های ساختمانی است [ 18 ]]. علاوه بر این، بافرهای محلول در اندازه PAT آن ساختمان ها تولید می شود. به دنبال این، تقاطع هر دو هندسه به دست می آید و سپس بر اساس MDT مجاز بین ساختمان ها و جاده ها برای ایجاد مناطق تعمیم بریده می شود ( شکل 1 ب).
رویکردهای مختلف و معمولاً پیچیده ای برای تشخیص و مشخصه سازی الگوی ساختمان وجود دارد [ 20 ، 21 ، 22 ، 23 ، 24 ]. به ویژه، الگوهای خطی (یعنی خطی و منحنی) به رویکرد خاصی نیاز دارند زیرا نسبت به سایر انواع الگوها برجسته تر و مستعد اعوجاج هستند [ 20 ]]. برای این منظور، یک روش عملی در اینجا پیشنهاد و اجرا می‌شود تا زون‌های دارای ساختمان‌هایی که الگوهای خطی تشکیل می‌دهند شناسایی و با باریک کردن پهنه‌ها تا حد امکان آن الگوها حفظ شود. این روش PAT و حداقل لبه کوچکترین ساختمانها (MESB)، یعنی 0.5 میلی متر (25 متر برای 1:50k) را در نظر می گیرد [ 18 ]. مراحل زیر برای شناسایی مناطق با الگوی خطی اعمال می شود ( شکل 2 و شکل 3 ):
-
بافر محلول در اندازه PAT ساختمانها تولید می شود. اندازه بافر برابر با PAT انتخاب شد تا هندسه صاف تری شامل گروه ساختمان مربوطه به دست آید.
-
بافر داخلی (منفی) چند ضلعی حاصل تولید می شود. برای ساختمان های کاملاً تراز شده که الگوهای خطی را تشکیل می دهند، فرآیند بافر به داخل یک هندسه خالی برمی گرداند همانطور که در شکل 2 مشاهده می شود . از آنجایی که بیشتر الگوها از ساختمان های کاملاً هم تراز تشکیل نمی شوند، از مقدار تحمل ( t ) برای شناسایی آنها استفاده می شود و بنابراین اندازه بافر داخلی ( IBS ) برابر با ( PAT + ½ MESB + t ) انتخاب شد (به عنوان مثال، 40 متر برای 1:50k). با توجه به آزمایشات اولیه ما، t به عنوان 2.5 متر انتخاب شد.
-
اگر مساحت چند ضلعی نهایی کمتر از 25 متر مربع باشد (یعنی 0.01 میلی‌متر مربع در 1:50k) یا هیچ چندضلعی باقی نمانده باشد، فرض می‌شود که یک الگوی خطی در منطقه وجود دارد ( شکل 3 ). اگر چند ضلعی نهایی چند ضلعی باشد، مساحت قسمت بیشتر در نظر گرفته می شود.
مناطق باریک شده با مراحل زیر برای الگوهای خطی به دست می آیند:
-
بافر داخلی بافر محلول در اندازه PAT تولید می شود. اندازه بافر 5 متر کمتر از PAT (یعنی 20 متر) برای ایجاد فضای حرکتی مناسب برای ساختمان ها انتخاب شد ( شکل 4 a).
-
نواحی بین ساختمان ها در دو انتهای گروه و مرز ناحیه تعمیم ( شکل 4 الف) در چند ضلعی نهایی گنجانده شده است ( شکل 4 ب).
3.3. تعیین مناطق جابجایی – امکان پذیر
جابجایی معمولاً به دنبال عملیات تعمیم فردی و دیگر زمینه‌ای است. پس از ایجاد پهنه های تعمیم، آنها از نظر تراکم ساختمانی ناحیه ای تجزیه و تحلیل می شوند. ) برای تعیین امکان سنجی آنها برای جابجایی (معادله (1)). اگر چگالی زیاد نباشد جابجایی انجام می شود.
از سوی دیگر، اگر در اولین تلاش نتوان تضادها را حل کرد، تعداد ساختمانها با تایپ‌سازی/حذف کاهش می‌یابد (به مراحل خاص جابجایی داخلی در بخش 3.6.3 مراجعه کنید ) و سپس جابجایی تکرار می‌شود. در طول این فرآیند، محدودیت اضافی در مورد تعداد ساختمان ها اعمال می شود. بر این اساس، تعداد ساختمانها مجاز نیست به زیر آستانه قابل قبول (یعنی نیمی از تعداد اولیه ساختمانها) برسد (بعد از [ 25 ]).
به طور خلاصه، اگر چگالی کم باشد، معمولاً می‌توان جابجایی را بدون کاهش تعداد ساختمانها اعمال کرد یا اگر چگالی متوسط باشد، پس از تعیین یا حذف اعمال می‌شود. با توجه به تنوع بافت های فضایی، شناسایی حدود دقیق تراکم که برای همه زون ها معتبر است دشوار است. بنابراین، حد چگالی بالا پس از چند آزمایش 85٪ تعیین شد زیرا مناطق بسیار متراکم در معرض ادغام / تجمع هستند. به عبارت دیگر، جابجایی در زون هایی با تراکم کمتر از 85 درصد اعمال شد.
جایی که مساحت ناحیه تعمیم است، مساحت یک ساختمان است، تعداد ساختمان ها در یک منطقه تعمیم است.
3.4. تولید یک مجموعه نقطه شبکه برای مناطق
یک مجموعه نقطه شبکه برای بررسی مناسب بودن مکان‌های مختلف در منطقه برای جابجایی ساختمانها ایجاد می‌شود. در فواصل 5 متری (یعنی 0.1 میلی متر در 1:50k) با استفاده از حداقل مستطیل محدود کننده مساحت (MABR) با هندسه ناحیه بافر 7.5 متری با تنظیم فضاها در امتداد لبه های MABR ( شکل 5 ) ایجاد می شود. ; بافر 7.5 متری برای افزایش امکان مکان یابی ساختمان ها در نزدیکی مرز منطقه ایجاد شد تا حداقل محدودیت فاصله راحت تر حل شود.
در نتیجه آزمایش‌های اولیه، مشاهده شد که فاصله شبکه گسترده‌تر باعث می‌شود که مقدار کافی از نقاط پایه برای نمایش یک ساختمان زمانی که حداقل ابعاد آن در نظر گرفته می‌شود، ناکافی باشد، در حالی که فاصله باریک‌تر به طور قابل‌توجهی به حل کمک نمی‌کند و بر سرعت پردازش تأثیر منفی می‌گذارد. .
3.5. وزن نقطه شبکه
مقادیر چگالی تمام نقاط شبکه با تخمین چگالی هسته (KDE) بر اساس نقاط پایه محاسبه می شود. نقاطی که در ساختمان ها قرار می گیرند (یعنی نقاط پایه) در بین نقاط شبکه برای نشان دادن ساختمان ها استفاده می شود. سپس مقادیر متقابل مقادیر KDE به عنوان وزن به نقاط اختصاص داده می شود. بنابراین، هر چه نقاط شبکه از نقاط پایه نشان دهنده ساختمان ها دورتر باشند، وزن آنها بیشتر می شود. از جنبه جابجایی، هر چه وزن یک نقطه بیشتر باشد، آن مکان امکان پذیرتر در نظر گرفته می شود.
KDE تکنیکی است که اغلب برای تبدیل یک توزیع گسسته از نقاط (پایه) به یک سطح چگالی پیوسته استفاده می شود. ویژگی های چگالی نقاط را به گونه ای حفظ می کند که مناطقی که نقاط زیادی دارند مقادیر چگالی بالاتری نسبت به مناطقی که نقاط کمتری دارند دریافت می کنند [ 26 ]. با معادله (2) [ 27 ] محاسبه می شود.
جایی که تعداد نقاط پایه در ناحیه تعمیم است، چگالی تخمین زده شده در یک مکان است ، فاصله اقلیدسی از مکان است در یک نقطه پایه، h پهنای باند و K تابع هسته است.
قبل از اعمال KDE باید یک پهنای باند و یک تابع هسته تعیین شود. صافی سطح چگالی به این پارامترها بستگی دارد. معمولا انتخاب پهنای باند مناسب مشکل است. در بسیاری از موارد به صورت تجربی تصمیم گرفته می شود. به طور مشابه، انتخاب تابع هسته نیز آزمایشی است. ترجیح داده شده ترین تابع هسته گاوسی است. هنگامی که دو پارامتر با هم مقایسه می شوند، انتخاب پهنای باند بسیار مهم تر از انتخاب تابع هسته است [ 26 ، 27 ].
در این مطالعه، تابع هسته گاوسی با پهنای باند اندازه PAT (یعنی 25 متر برای 1:50k) استفاده شد. این پارامترها به صورت تجربی تعیین شدند.
3.6. جابه جایی
رویکرد جابجایی در سه فاز اصلی انجام می شود ( شکل 6 ). اول، همه ساختمان ها به طور جمعی به گونه ای جابجا می شوند که در آن موقعیت میانگین وزنی آنها به سمت مرکز منطقه (به سمت جابجایی مرکز) حرکت می کند. سپس ساختمان هایی که با مرز منطقه قطع می شوند، در صورت وجود، مجدداً جابجا می شوند تا در داخل منطقه قرار گیرند (جابجایی به سمت داخل). در نهایت، ساختمانها به طور مکرر به مکان‌های مناسب در منطقه (جابجایی داخلی) منتقل می‌شوند. علاوه بر این، پس پردازش برای بهبود کمی دقت موقعیت اعمال می شود.
در طول جابجایی، تغییر موقعیت توسط محدودیت دقت موقعیت محدود می شود و بنابراین نقض آن مجاز نیست. این فرآیند زمانی خاتمه می یابد که حداقل محدودیت فاصله بین تمام ساختمان ها برآورده شود یا به حد نشستن جابجایی داخلی برسد یا تعداد نهایی ساختمان ها به زیر حد آستانه قابل قبول برسد.
از سوی دیگر، الگوها و روابط فضایی تأثیر مستقیمی بر عملیات جابجایی ندارند. با این حال، سعی می شود با استفاده از مکانیسم های زیر به طور غیر مستقیم حفظ شوند:
-
مناطق محدوده ای را که ساختمان ها می توانند حرکت کنند محدود می کنند.
-
مناطق با الگوهای خطی بسیار باریک شده اند تا الگوها تا حد امکان حفظ شوند.
-
محدودیت دقت موقعیت (یعنی PAT = 25 متر) تغییرات موقعیتی ساختمان ها را محدود می کند.
-
جابجایی به سمت مرکز، ساختمان ها را به طور جمعی به سمت مرکز ناحیه تعمیم می برد تا عمدتاً تضادها با جاده ها را کاهش یا حل کند.
-
در طول جابجایی داخلی، در هر جلسه (به بخش 3.6.3 مراجعه کنید)، همه ساختمانها با مقادیر کمی متناسب با فواصلشان تا مکان‌های هدف محاسبه‌شده‌شان جابه‌جا می‌شوند.
3.6.1. جابجایی به سمت مرکز
در این مرحله، ساختمانها به‌طور جمعی جابه‌جا می‌شوند به‌گونه‌ای که مرکز میانگین وزن منطقه (معادلات (3) و (4)) در مرکز منطقه یا نزدیک آن جابه‌جا می‌شوند، اما میزان جابجایی نمی‌تواند از PAT تجاوز کند. بنابراین، احتمال زوال روابط فضایی بین ساختمان ها کاهش می یابد. علاوه بر این، ساختمان ها از نظر حرکت به فضاهای خالی و همچنین کاهش تضاد آنها با جاده ها به مکان های مناسب تری آورده می شوند ( شکل 7 الف) یا حل می شوند ( شکل 7 ب). از سوی دیگر، برخی از ساختمان ها ممکن است پس از این فرآیند کمی خارج از محدوده خود حرکت کنند.
جایی که تعداد ساختمان ها در یک منطقه تعمیم است، و مختصات مرکز وزن میانگین مساحت ساختمان ها در یک منطقه هستند، و مختصات مرکز یک ساختمان هستند، مساحت یک ساختمان است.
3.6.2. جابجایی به سمت داخل
جابجایی به سمت داخل به طور جداگانه هر ساختمانی را که به طور کامل یا جزئی خارج از منطقه قرار دارد به داخل منطقه منتقل می کند و در صورتی اعمال می شود که ساختمان ها پس از جابجایی به سمت مرکز کاملاً در داخل منطقه نباشند (همانطور که در شکل 7 الف مشاهده می شود). مکان جدید ساختمان ها با استفاده از مراحل زیر تعیین می شود:
-
مکان هدف جهت دار (DTL) ( ، ) از نقاط شبکه ای در چند ضلعی که با تقاطع بافر اندازه PAT ساختمان و منطقه ایجاد می شود (معادلات (5) و (6)) به دست می آید. به این نقاط، نقاط شبکه داخلی می گویند.
جایی که تعداد نقاط شبکه داخلی است، و مختصات DTL هستند، و مختصات یک نقطه شبکه داخلی هستند، وزن یک نقطه شبکه داخلی است که با KDE محاسبه می شود.
ساختمان ها به طور مکرر در گام های کوچک (0.5 متر) به سمت DTL جابجا می شوند تا زمانی که کاملاً در منطقه قرار گیرند. این فرآیند برای تمام ساختمان های واقع در خارج از منطقه اعمال می شود ( شکل 8 ). اگر به دلیل اندازه یا شکل منطقه، انتقال کامل آن به منطقه غیرممکن باشد، یک ساختمان حذف می شود.
3.6.3. جابجایی درونی
جابجایی داخلی پس از انتقال تمام ساختمان ها به منطقه در صورت وجود حداقل تضاد فاصله بین آنها انجام می شود. منطق پشت این فرآیند این است که همه ساختمانها را در جلسات تکراری با یافتن مکان‌های امکان‌پذیرتر در هر بار جابه‌جا می‌کنیم تا زمانی که تضاد بین ساختمانها حل‌نشده باقی بماند و سایر معیارهای پایان ذکر شده در بخش 3.6 محقق نشوند.
جلسه اینجا جابجایی همه ساختمانها در منطقه را یک بار نشان می‌دهد. در ابتدای هر جلسه، وزن امتیازها با KDE به روز می شود و سپس با معیارهای توضیح داده شده در زیر اصلاح می شود. ترتیب جابجایی مهم نیست زیرا تمام ساختمان های یک منطقه در هر جلسه جابجا می شوند. علاوه بر این، ساختمانها مجاز به حرکت فراتر از منطقه در محدوده کوچک (یعنی 2.5 متر) هستند، مگر اینکه وسعت جابجایی از PAT تجاوز نکند، زیرا برخی از ساختمانها به دلیل محدودیت منطقه نمی‌توانند از حداکثر حق جابجایی مجاز استفاده کنند.
اصلاح وزن نقطه شبکه مخصوص ساختمان
وزن اولیه نقاط شبکه به دست آمده با KDE برای هر ساختمان اصلاح می شود تا تأثیر نقاط مربوطه آن هنگام محاسبه DTL افزایش یابد. نقاط مربوط به یک ساختمان با استفاده از بافر شناسایی می شوند. برای این منظور دو نوع بافر برای هر ساختمان ایجاد می شود:
-
چند ضلعی منحصر به فرد یک بافر اصلی ( UPoly mb ): تفاوت چند ضلعی بین بافرهای اندازه PAT یک ساختمان مربوطه و سایر ساختمان‌های محدود شده توسط منطقه ( شکل 9 a). این نوع بافر یک بار قبل از جابجایی زمانی که ساختمان ها در محل اولیه خود هستند ایجاد می شود. اندازه بافر انتخاب شده برابر با PAT است زیرا ساختمان ها مجبور نیستند خارج از این بافرها حرکت کنند. تفاوت در چند ضلعی مربوط به منطقه منحصر به فرد است که در آن ساختمان های دیگر نمی توانند جابجا شوند. به عبارت دیگر، امکان پذیرترین منطقه برای جابجایی ساختمان است. بنابراین وزن نقاطی که در این ناحیه قرار می گیرند افزایش می یابد.
-
چند ضلعی منحصر به فرد یک بافر کمکی ( UPoly ab ): تفاوت چند ضلعی بین بافرهای نیمه PAT (یعنی 12.5 متر) یک ساختمان و سایر ساختمان ها ( شکل 9 ب). اندازه بافرها پس از چند آزمایش تعیین شد. این نوع بافرها در هر تکرار بلافاصله قبل از جابجایی ساختمان ها ایجاد می شوند. آنها توسط منطقه بریده نمی شوند تا بتوانند نقاط اطراف آن را نیز درگیر کنند. دلیل ایجاد آن بافرها افزایش وزن نقاطی است که در تقاطع بافرهای نیمه PAT ساختمان های نزدیک قرار ندارند. به این ترتیب می توان این ساختمان ها را از یکدیگر دور کرد و تضاد بین آنها را به طور کلی حل کرد.
وزن اصلاح شده یک نقطه شبکه با استفاده از معادله (7) توسط یک یا دو چند ضلعی منحصر به فرد ( شکل 9 ج) موجود است یا خیر، تعیین می شود. وزن اولیه یک نقطه شبکه محاسبه شده با KDE است:
مراحل خاص جابجایی درونی
مراحل زیر برای جابجایی داخلی اعمال می شود ( شکل 10 ):
-
فاصله بین جریان ( ) (معادلات (8) و (9)) و مرکز هر ساختمان محاسبه می شود. در هر جلسه دوباره برای هر ساختمان محاسبه می شود.
جایی که و مختصات فعلی هستند ، و مختصات یک نقطه شبکه هستند، وزن فعلی یک نقطه شبکه است.
-
مقدار جابجایی یک ساختمان به عنوان یک دهم فاصله محاسبه شده در مرحله قبل تعیین می شود و بر این اساس هر ساختمان به سمت تغییر مکان می یابد. در هر جلسه این مقدار به منظور جلوگیری از بدتر شدن فوری روابط فضایی بین ساختمان ها، کم نگه داشته می شود.
-
روند جابجایی می تواند تا رسیدن به حداکثر تعداد جلسات مجاز ادامه یابد. پس از چند آزمایش مشخص شد که 40 است.
-
در صورت پایان یافتن جلسات، یکی از ساختمان ها حذف یا مشخص می شود. این ساختمان یکی از دو ساختمانی است که قبل از جابجایی درونی بیشترین تضاد (یعنی نزدیکترین ها) را دارند، یا کوچکتر اگر مساحت آنها متفاوت باشد یا یکی از آنها اگر مساحت و شکل یکسانی داشته باشد (فشردگی). ). فرآیند نمونه‌سازی/حذف با وزن‌بندی مجدد منطقه انجام می‌شود و فرآیند جابجایی داخلی با ساختمان‌های باقی‌مانده با شروع از موقعیت‌های اولیه آنها تکرار می‌شود.
-
پس از تیپ‌سازی/حذف، اگر تعداد ساختمانها کمتر از نصف تعداد اولیه ساختمانها باشد، فرآیند جابجایی در این ناحیه لغو می‌شود و باید با عملیات تعمیم دیگری راه‌حلی پیدا کرد.
3.6.4. پس پردازش
پس از جابجایی داخلی، به عنوان پس پردازش، ساختمان ها به طور جمعی به سمت مرکز اولیه گروه ساختمانی در گام های کوچک به عقب برمی گردند تا میزان اختلاف موقعیت کاهش یابد ( شکل 11 ). فرآیند جابجایی جمعی به محض اینکه هر ساختمانی آن را با مرز منطقه لمس کند، خاتمه می یابد.
3.7. ارزیابی کیفیت جابجایی
سه محدودیت ذکر شده در قبل از نظر کیفیت جابجایی در نظر گرفته شده است. لازم به ذکر است که تمامی محدودیت ها در زون ها اعمال می شود. بنابراین، زون ها حرکت ساختمان ها را محدود می کنند و عمدتاً به حفظ روابط نزدیک بین گروه های ساختمانی کمک می کنند.
دو قید اول، یعنی محدودیت‌های حداقل فاصله و دقت موقعیتی اعمال می‌شوند و لازم است در طول جابجایی برآورده شوند. محدودیت سوم به طور مستقیم اجرا نمی شود و سعی شده است که به طور غیرمستقیم برآورده شود همانطور که در بخش 3.6 توضیح داده شد .
کیفیت در محدوده 1 تا 5 نمره گذاری می شود و در محدوده “بسیار بد” تا “بسیار خوب” رتبه بندی می شود. اگر حداقل محدودیت فاصله به طور کامل در یک منطقه برآورده نشود، کیفیت آن 1 است و به عنوان “بسیار بد” رتبه بندی می شود. عملیات دیگری مانند حذف (فقط برای ساختمان های منفرد)، ادغام یا تجمیع باید برای مناطقی که درگیری ها حل نشده باقی می مانند در نظر گرفته شود.
از آنجایی که دو محدودیت اول رعایت می شوند، کیفیت جابجایی بر اساس روابط فضایی ساختمان ها قبل و بعد از جابجایی ارزیابی می شود. نمرات باقی مانده، یعنی از 2 تا 5 بر این اساس تولید می شود. در این محدوده، با توجه به تعداد ساختمان ها، اقداماتی در این تحقیق پیشنهاد شده است.
برای مناطق با حداقل سه ساختمان، مثلث سازی Delaunay با استفاده از مرکز ساختمان های اولیه در مناطق ایجاد می شود. پس از جابجایی، مثلث های جدید نیز برای همان سه گانه ساختمان ایجاد می شود ( شکل 12 ).
سه معیار برای ارزیابی کیفیت جابجایی ساختمان پیشنهاد شده است که حالت‌های اولیه و نهایی مثلث‌های مربوطه را با هم مقایسه می‌کند (به عنوان مثال، و ) از جنبه های زاویه، طول و شکل. برای زاویه ها، اندازه گیری مقایسه زاویه ( ) بر اساس انحرافات استاندارد معرفی و محاسبه می شود (معادله (10)). برای طول ها، اندازه گیری مقایسه طول ( ) بر اساس نسبت انحراف معیار به میانگین ها معرفی و محاسبه می شود (معادله (11)). برای اشکال، اندازه گیری مقایسه فشردگی ( ) بر اساس مساحت ها و محیط ها معرفی و محاسبه می شود (معادله (12)). فشردگی (معروف به دایره) ترجیح داده شد زیرا یکی از پرکاربردترین شاخص ها در تجزیه و تحلیل شکل عملی است [ 28 ، 29 ].
جایی که تعداد مثلث های یک منطقه است، و انحراف استاندارد زوایای داخلی مثلث های اولیه و نهایی (IFT) هستند، و انحراف استاندارد طول لبه های IFT هستند، و طول متوسط لبه های IFT هستند، و حوزه های IFT هستند، و محیط های IFT هستند.
نمرات کیفیت زاویه ، طول و فشردگی معیارهای مقایسه به ترتیب با معیارهای زیر تعیین می شوند (معادلات (13) – (15)). برای به دست آوردن معیارها، ارزیابی بصری کیفیت جابجایی انجام شد و امتیازی به زون ها اختصاص یافت. بر این اساس، نمودارهای جعبه نمرات برای اندازه گیری ها ایجاد شد. محدوده بین دهک‌های نمرات (مقادیر بین صدک‌های 10 و 90) برای تعیین مقادیر آستانه برای نمرات در نظر گرفته شد تا تا حد امکان از تأثیر منفی نقاط پرت جلوگیری شود. به این ترتیب معیارهای اقدامات به دست آمد.
مقادیر آستانه اندازه گیری ها بسته به تعداد ساختمان ها تعیین شد ( ) در یک منطقه با توجه به نمرات تخصیص یافته با ارزیابی بصری، لازم بود از مقادیر آستانه متفاوت برای مناطق دارای سه ساختمان استفاده شود. به عنوان مثال، امتیاز برای ساختمان های نشان داده شده در شکل 13 با توجه به ارزیابی بصری 4 بود، در حالی که امتیاز با توجه به آستانه های کلی 3 بود. بنابراین، مقادیر آستانه به طور مناسب برای مناطق دارای سه ساختمان بر اساس باکس پلات آنها تنظیم شد.
در نهایت نمره کیفیت ( ) با میانگین نمرات آن معیارهای به دست آمده بر اساس معیارهای فوق (معادله (16)) محاسبه می شود. برای اندازه‌گیری‌ها، از وزن‌های مساوی استفاده شد، زیرا عملکرد فردی آنها بر اساس ارزیابی بصری مشابه بود. بر این اساس، رتبه کیفی ( ) همانطور که در بالا توضیح داده شد به مناطق اختصاص داده می شود.
اگر تعداد ساختمان ها دو عدد باشد، اندازه گیری مقایسه ای ازیموت ( ) استفاده می شود که اختلاف آزیموت بین خطوط اتصال ایجاد شده بین مرکز ساختمان ها را پیدا می کند و با معادله (17) محاسبه می شود ( شکل 14 ) و امتیازات با معادله (18) تخصیص می یابد.
برای ساختمان های تک، کیفیت بسته به اینکه آیا یک ساختمان می تواند به منطقه منتقل شود، ارزیابی می شود. به طور خاص، اگر هنوز تضاد وجود داشته باشد، یا 1 (بسیار بد) می شود یا در غیر این صورت، 5 (بسیار خوب) می شود.
4. نتایج و بحث
در منطقه مورد مطالعه، 757 زون تعمیم ایجاد شد و 60.23 درصد (456 از 757) از زون ها برای جابجایی امکان پذیر تشخیص داده شد. تعداد کل ساختمان ها 4586 ساختمان بود که از این میان 1569 ساختمان در زون های امکان پذیر جابجایی قرار داشتند. پس از جابه‌جایی، تعداد ساختمانها در نتیجه نمونه‌سازی/حذف به 1194 کاهش یافت ( پیوست A را ببینید ). مواد تکمیلی، Video S1 نحوه عملکرد روش جابجایی را نشان می دهد.
با توجه به ارزیابی کیفی جابجایی ناحیه‌ای، رویکرد پیشنهادی نتایج کاملا رضایت‌بخشی را به همراه داشت (به پیوست B مراجعه کنید ) و 78.73 درصد از مناطق از نظر کیفیت جابجایی “بسیار خوب” رتبه‌بندی شدند. پس از آن رتبه‌بندی‌های «خوب»، «متوسط»، «بد» و «بسیار بد» به ترتیب با نرخ‌های 12.50، 5.04، 0.44 و 3.29 درصد قرار گرفتند ( شکل 15 ).
میانگین مقادیر جابجایی منطقه ای ساختمان ( ) بین 0.63 متر و 24.64 متر بود در حالی که مقدار میانه 12.52 متر و صدک های 10 و 90 از 4.38 متر تا 19.31 متر متغیر بود که 80 درصد مقادیر را شامل می شود. مقادیر جابجایی ناحیه ای مرکزهای گروه ساختمانی ( ) بین 0.00 متر و 24.64 متر بود، در حالی که مقدار میانه آن 11.22 متر و صدک های 10 و 90 به ترتیب 1.31 متر و 17.86 متر بود ( شکل 16 ). این یافته‌ها نشان داد که محدودیت دقت موقعیتی در مناطقی که درگیری‌ها حل شده‌اند (به‌جز مناطقی که دارای رتبه‌بندی «بسیار بد» هستند، کاملاً برآورده شده است. مقادیر جابجایی معمولاً در مناطق کنار جاده ها بیشتر است زیرا بزرگ شدن اندازه نمادهای جاده ها علاوه بر ساختمان ها میزان درگیری ها را افزایش می دهد.
اندازه گیری مقایسه زاویه مقادیری را در محدوده 0.00-38.33 به دست آورد، در حالی که مقدار میانه 4.36 و صدک های 10 و 90 به ترتیب 0.65 و 12.77 بود. اندازه گیری مقایسه طول مقادیری در محدوده 0.00-0.29 دریافت کرد در حالی که مقدار میانه 0.03 و صدک های 10 و 90 به ترتیب 0.00 و 0.10 بود. اندازه گیری مقایسه فشردگی مقادیری در محدوده 0.00 تا 0.35 دریافت کرد، در حالی که مقدار میانه 0.03 و صدک های 10 و 90 به ترتیب 0.01 و 0.10 بود ( شکل 17).). برای همه معیارها، مقادیر میانه در محدوده رتبه بندی “خیلی خوب” قرار دارند در حالی که صدک های 90 در محدوده رتبه بندی “خوب” قرار دارند. این یافته‌ها نشان داد که رویکرد پیشنهادی، در بسیاری از موارد، توانسته است روابط فضایی بین ساختمانها را در پهنه‌ها حفظ کند.
معیارهای ارزیابی کیفیت مربوط به روابط فضایی بین ساختمان ها با استفاده از تجزیه و تحلیل کمی از اقدامات مقایسه بر اساس نمرات به دست آمده با ارزیابی بصری از نتایج جابجایی به دست آمد. بر این اساس، مقادیر آستانه برای رتبه های کیفی به دست آمد. در همین حال، مشخص شد که مقادیر آستانه متفاوت در مورد مثلث منفرد (یعنی سه ساختمان) با توجه به نمرات اختصاص داده شده با ارزیابی بصری مورد نیاز است.
برای مناطق دارای دو ساختمان، معیار مقایسه آزیموت به تنهایی مورد استفاده قرار گرفت، زیرا معیار بالقوه دیگر، یعنی مقایسه طول، نتایج معنی‌داری که بتواند به ارزیابی کیفیت کمک کند، تولید نکرد.
در مورد الگوهای خطی، اندازه گیری مقایسه زاویه مقادیری در محدوده 0.00-23.25 به دست آورد، در حالی که مقدار میانه 2.16 و صدک های 10 و 90 به ترتیب 0.19 و 6.88 بود. اندازه گیری مقایسه طول مقادیری در محدوده 0.00-0.14 دریافت کرد، در حالی که مقدار میانه 0.02 و صدک های 10 و 90 به ترتیب 0.00 و 0.05 بود. معیارهای مقایسه فشردگی مقادیری در محدوده 0.00-0.21 دریافت کردند، در حالی که مقدار متوسط 0.02 و صدک های 10 و 90 به ترتیب 0.00 و 0.07 بود ( شکل 18).). 84 درصد از الگوهای خطی بر اساس معیارهای ارزیابی کیفی در رتبه «خیلی خوب» و 15 درصد از آنها به ترتیب در رتبه‌های «خوب» و «متوسط» قرار گرفتند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که رویکرد پیشنهادی می‌تواند به طور کاملاً مؤثری الگوهای خطی ساختمانها را در مناطق حفظ کند. از سوی دیگر، برخی از مناطق دارای الگوهای ترکیبی هستند. در آن صورت، روش ما قادر به تشخیص الگوهای خاص نبود. به طور واضح، الگوهای خطی و بدون ساختار ممکن است به دلیل نزدیکی در یک منطقه با هم باشند و در این مورد نمی توان الگوهای خطی را تشخیص داد. برای همه معیارها، مقادیر میانه و صدک های 75 در محدوده رتبه بندی “بسیار خوب” قرار دارند. این یافته ها نشان می دهد که رویکرد پیشنهادی تا حد زیادی قادر به حفظ الگوهای خطی ساختمان ها پس از جابجایی است.
رویکرد ما راه‌حل جابجایی منطقه‌ای را تولید می‌کند و درگیری‌های ایجاد شده بین مناطق پس از جابجایی را در نظر نمی‌گیرد. بنابراین، در صورت بروز تضاد بین ساختمان‌های متعلق به پهنه‌های همجوار، ساختمان‌های مربوطه می‌توانند نمونه‌سازی/حذف شوند. علاوه بر این، تفاوت معنایی ساختمان ها در این مطالعه لحاظ نشده است. هیچ تغییر مکان یا جابجایی بسیار کمی باید/باید برای ساختمان های مهم اعمال شود. به عنوان مثال، بناهای مذهبی که در آنها نقاط مثلثاتی یافت می شود، در صورت امکان باید یا نباید جابجا شوند. علاوه بر این، تفاوت‌های معنایی باید/باید در طول نوع‌یابی/حذف در نظر گرفته شوند.
رویکرد پیشنهادی کاملاً عملی است و می‌تواند در محیط GIS با برنامه‌نویسی بدون تلاش زیاد توسعه یابد. در بسیاری از موارد می تواند نتایج کاملاً موفقیت آمیزی برای جابجایی ساختمان ناحیه ای ایجاد کند. در این زمینه، نقاط شبکه منطقه ای وزن شده از طریق KDE و تجزیه و تحلیل بافر چندگانه به تولید نتایج جابجایی رضایت بخش به طور کلی کمک کردند و به ما اجازه دادند مکان های بهینه برای ساختمان ها را در هر جلسه انتخاب کنیم. به عبارت دیگر، این استراتژی باعث بهبود تدریجی مکان ساختمان ها می شود. علاوه بر این، تشخیص الگوهای خطی در زون ها با روشی جدید و بسیار کاربردی امکان پذیر بود. علاوه بر این، باریک کردن مناطق مربوطه ما را قادر می سازد تا این نوع الگوی ساختمان را حفظ کنیم. سرانجام، معیارهای ارزیابی جابجایی بر اساس سه معیار پیشنهادی جدید با تمرکز بر روابط فضایی ساختمانها، نتایج تا حد زیادی سازگار با ارزیابی بصری تولید می‌کنند. در همین حال، رضایت سایر محدودیت ها (یعنی حداقل فاصله و دقت موقعیت) در طول جابجایی تضمین شد.
5. نتیجه گیری ها
این مقاله یک رویکرد جابجایی ناحیه‌ای را برای تعمیم ساختمان در نقشه‌های توپوگرافی مقیاس متوسط معرفی می‌کند. در این زمینه، حداقل فاصله، دقت موقعیت، و الگوهای فضایی و روابط در نظر گرفته شد تا یک نمایش به اندازه کافی دقیق و خوانا در مقیاس هدف بدست آید. ساختمان‌های تعمیم‌یافته و جاده‌های اطراف به‌عنوان ورودی مورد استفاده قرار گرفتند و درگیری‌های فضایی رخ‌داده بین آن اشیاء، رویکرد جابجایی را هدایت کرد. به طور خاص، گروه ساختمان ها با معیار حداقل فاصله برای شناسایی ساختمان های متضاد در بلوک های احاطه شده توسط جاده ها به دست آمد. منطقه بلوک با ایجاد مناطق تعمیم از طریق Tessellation و بافر Voronoi در میان آن گروه از ساختمان ها به اشتراک گذاشته شد. بدین ترتیب، مشکل جابجایی کاهش یافت تا راه حلی در مناطق تعمیم ایجاد شود. علاوه بر این، مناطق دارای الگوهای خطی از طریق چندین عملیات بافر شناسایی و سپس باریک شدند تا بتوان این الگوها را حفظ کرد. به دنبال آن، ساختمان ها ابتدا به طور جمعی به سمت مرکز منطقه جابجا شدند و اگر کاملاً در داخل نبودند، به طور جداگانه به داخل منطقه منتقل شدند. به منظور یافتن مکان‌های بهینه برای جابه‌جایی ساختمانها به صورت تدریجی، نقاط منظم (یعنی یک مجموعه نقطه شبکه) برای مناطق ایجاد شد و آن نقاط با توجه به نقاط پایه در ساختمانها با استفاده از KDE و تجزیه و تحلیل بافر وزن‌سازی شدند. به این ترتیب جهت جابجایی برای هر ساختمان مشخص شد و تمامی ساختمان ها به صورت تکراری در جلسات متعدد با مقادیر کم جابجا شدند. در هر جلسه، وزن نقاط برای یافتن مکان های مناسب برای ساختمان ها با توجه به وضعیت فعلی به روز می شود. فرآیند جابجایی زمانی خاتمه یافت که تضادها حل شد یا به حد مجاز تعداد جلسات یا محدودیت تعداد قابل قبول ساختمان رسید. پس از آن، پس پردازش برای بهبود کمی دقت موقعیت اعمال می شود. کیفیت جابجایی بر اساس محدودیت ها ارزیابی شد. حداقل فاصله و محدودیت‌های دقت موقعیتی در طول جابجایی تجزیه و تحلیل شدند و مجبور شدند رعایت شوند. الگوهای فضایی و روابط پس از جابجایی از طریق مثلث (Delaunay) در صورتی که یک منطقه حداقل سه ساختمان یا خط اتصال داشته باشد اگر یک منطقه دو ساختمان داشته باشد با مقایسه حالت‌های اولیه و نهایی آن هندسه‌ها با زاویه مورد ارزیابی قرار گرفت. اندازه گیری طول و شکل مقایسه در مورد اول و یک اندازه گیری ازیموت در مورد دوم. با توجه به مقادیر آستانه اندازه گیری ها، تعیین شده توسط تجزیه و تحلیل کمی از نتایج ارزیابی بصری، مناطق نمره گذاری و با توجه به کیفیت جابجایی رتبه بندی شدند.
در کارهای آتی می توان به تعامل با مناطق مجاور پرداخت. الگوهای خطی را می توان در مناطق با الگوهای مختلط در صورت وجود تشخیص داد و بخش های مربوط به زون ها را فقط می توان برای حفظ الگوهای خطی باریک کرد. علاوه بر این، انواع خاصی از الگوها ممکن است شناسایی و بر این اساس جابجا شوند. روش ارزیابی کیفیت ممکن است با مقایسه مستقیم خطوط و زوایای مثلث ها بهبود یابد. هنگامی که جابجایی ناموفق باشد، ممکن است با تنظیم پارامترهای جدید برای وضوح شبکه و پهنای باند KDE یا تنظیمات پارامتر ممکن است مختص مناطق تعمیم باشد، تکرار شود.
مواد تکمیلی
موارد زیر به صورت آنلاین در https://www.mdpi.com/2220-9964/10/2/105/s1 ، ویدیوی S1 موجود است: نمونه هایی از جابجایی ساختمان.
مشارکت های نویسنده
مفهوم سازی، ملیح بصارنر; گزینش داده ها، کدیر سحباز; روش شناسی، ملیح بصارنر; نرم افزار، کدیر سحباز; تجسم، کدیر صهباز; نگارش- پیش نویس اصلی، کدیر صهباز و ملیح بصارنر; نگارش – نقد و ویرایش، کدیر صهباز و ملیح بصارنر. همه نویسندگان نسخه منتشر شده نسخه خطی را خوانده و با آن موافقت کرده اند.
منابع مالی
این تحقیق هیچ بودجه خارجی دریافت نکرد.
بیانیه هیئت بررسی نهادی
قابل اجرا نیست.
بیانیه رضایت آگاهانه
قابل اجرا نیست.
بیانیه در دسترس بودن داده ها
محدودیت هایی برای در دسترس بودن این داده ها اعمال می شود. داده ها به دلیل حفظ حریم خصوصی در دسترس عموم نیستند.
تضاد علاقه
نویسندگان هیچ تضاد منافع را اعلام نمی کنند.
پیوست اول
شکل A1. داده های نقشه توپوگرافی 1:25k منطقه مورد مطالعه.
شکل A2. داده های نقشه توپوگرافی 1:50k منطقه مورد مطالعه پس از تعمیم فردی.
شکل A3. داده های نقشه توپوگرافی 1:50k منطقه مورد مطالعه پس از جابجایی.
ضمیمه B
جدول A1. نمونه هایی از جابجایی منطقه ای ساختمان از جمله ارزیابی کیفیت. شرح نمادها به شرح زیر است: m α : اندازه گیری مقایسه زاویه، m l : اندازه گیری مقایسه طول، mc: اندازه گیری مقایسه فشردگی، m θ : اندازه گیری مقایسه آزیموت، μ dd : مقدار تغییر مکان منطقه ای متوسط، Δ d C : ناحیه ای مقدار جابجایی مرکزهای گروه ساختمانی، QR: رتبه کیفیت جابجایی (VG: خیلی خوب/G: خوب/M: متوسط/B: بد/VB: خیلی بد).
منابع
- Basaraner، M. یک روش جابجایی ساختمان تکراری مبتنی بر منطقه از طریق استفاده جمعی از Tessellation Voronoi، تجزیه و تحلیل فضایی و تصمیم گیری چند معیاره. بول. Cienc. ژئود. 2011 ، 17 ، 161-187. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- لی، زی. بنیاد الگوریتمی بازنمایی فضایی چند مقیاسی . CRC Press: Boca Rotan، FL، USA، 2007. [ Google Scholar ]
- رگنولد، ن. مک مستر، RB نمایی سینوپتیک از اپراتورهای تعمیم. در تعمیم اطلاعات جغرافیایی: مدلسازی نقشه برداری و کاربردها ; Mackaness, WA, Ruas, A., Sarjakoski, LT, Eds.; الزویر: آمستردام، هلند، 2007; صص 37-66. [ Google Scholar ]
- بادر، م. بارو، ام. Weibel, R. جابجایی ساختمان بر روی یک خرپا شکل پذیر. بین المللی جی. جئوگر. Inf. علمی 2005 ، 19 ، 915-936. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- لیو، ی. گوا، کیو. سان، ی. Ma، X. یک رویکرد ترکیبی برای جابجایی نقشه‌برداری برای ساختمانها بر اساس اسکلت و الگوریتم تیر الاستیک بهبودیافته. PLoS ONE 2014 ، 9 ، e113953. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ PubMed ]
- هوانگ، اچ. گوا، کیو. سان، ی. لیو، ی. کاهش تضادهای ساختمانی در تعمیم نقشه با الگوریتم PSO بهبودیافته. ISPRS Int. J. Geo-Inf. 2017 ، 6 ، 127. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- سهباز، ک. تعمیم بافتی ساختمانها در نقشه های توپوگرافی مقیاس متوسط. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه فنی یلدیز، استانبول، ترکیه، 2014. (به زبان ترکی). [ Google Scholar ]
- رواس، الف. روشی برای تغییر مکان ساختمان در تعمیم خودکار نقشه. بین المللی جی. جئوگر. Inf. علمی 1998 ، 12 ، 789-803. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- لونرگان، ام. جونز، CB یک روش جابجایی تکراری برای حل تعارض در تعمیم نقشه. الگوریتمیکا 2001 ، 30 ، 287-301. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- آی، تی. Oosterom، روش های جابجایی PV بر اساس تجزیه و تحلیل میدانی. در مجموعه مقالات کارگاه مشترک در بازنمایی چند مقیاسی داده های فضایی، اتاوا، ON، کانادا، 7 تا 8 ژوئیه 2002. [ Google Scholar ]
- لو، ایکس. ژانگ، ی. Guo, Q. تحقیق در مورد نقاط گسسته مدل میدان الکتریکی برای تشخیص و جابجایی درگیری. در مجموعه مقالات کنفرانس بین المللی IEEE در علوم کامپیوتر و مهندسی اتوماسیون (CSAE)، Zhangjiajie، چین، 25-27 مه 2012. صص 6-9. [ Google Scholar ]
- سان، ی. گوا، کیو. لیو، ی. ما، X. Weng, J. الگوریتم ژنتیک ایمنی به جابجایی ساختمانها در تعمیم نقشه برداری. ترانس. GIS 2016 ، 20 ، 585-612. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- وی، ز. او، جی. وانگ، ال. وانگ، ی. Guo, Q. رویکرد جابجایی مشارکتی برای تضادهای فضایی در تعمیم نقشه ساختمان شهری. دسترسی IEEE 2018 ، 6 ، 26918–26929. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- Mackaness، WA الگوریتمی برای شناسایی تضاد و جابجایی ویژگی در تعمیم خودکار نقشه. کارتوگر. Geogr. Inf. علمی 1994 ، 21 ، 219-232. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- آی، تی. ژانگ، ایکس. ژو، Q. یانگ، ام. یک مدل میدان برداری برای مدیریت جابجایی تعارضات چندگانه در تعمیم ساختمان. بین المللی جی. جئوگر. Inf. علمی 2015 ، 29 ، 1310-1331. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- سان، ی. گوا، کیو. لیو، ی. Xiuqin، L. یانگ، ن. تغییر مکان ساختمان بر اساس ساختار توپولوژیکی. کارتوگر. J. 2016 ، 53 ، 230-241. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- مارویاما، ک. تاکاهاشی، س. وو، اچ. Misue، K. آریکاوا، M. جابجایی نقشه‌برداری از مقیاس بر اساس بهینه‌سازی محدود. در مجموعه مقالات بیست و سومین کنفرانس بین المللی تجسم اطلاعات (IV)، پاریس، فرانسه، 2 تا 5 ژوئیه 2019؛ صص 74-80. [ Google Scholar ]
- بسارنر، م. سلچوک، ام. تکنیک تشخیص ساختار در تعمیم متنی ساختمان ها و مناطق ساخته شده. کارتوگر. J. 2008 , 48 , 274-285. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- دنگ، م. تانگ، جی. لیو، کیو. وو، اف. شناخت گروه‌های ساختمانی برای تعمیم: یک مطالعه تطبیقی. کارتوگر. Geogr. Inf. علمی 2018 ، 45 ، 187-204. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- ژانگ، ایکس. آی، تی. استوتر، جی. کراک، ام جی. Molenaar, M. Building Pattern Recognition in Topographic Data: مثالهایی در ترازهای خطی و منحنی. Geoinformatica 2013 ، 17 ، 1-33. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- وانگ، ایکس. Burghardt, D. استفاده از Stroke و Mesh برای تشخیص الگوهای گروه ساختمانی. بین المللی جی. کارتوگر. 2020 ، 6 ، 71–98. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- سیتینکایا، اس. Basaraner, M. خصوصیات ترازهای ساختمان با اقدامات جدید با استفاده از الگوریتم درخت تصمیم C4.5. ژئود. Vestnik 2014 ، 58 ، 552-567. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- ژائو، آر. آی، تی. یو، دبلیو. او، ی. شن، ی. شناخت الگوهای گروهی ساختمان با استفاده از شبکه کانولوشن گراف. کارتوگر. Geogr. Inf. علمی 2020 ، 47 ، 400-417. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- دو، اس. لو، ال. کائو، ک. Shu, M. استخراج الگوهای ساختمان با پارتیشن نمودار چندسطحی و گروه بندی ساختمان. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. 2015 ، 122 ، 81-96. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- مولر، JC تعمیم پایگاه های داده فضایی. در سیستم های اطلاعات جغرافیایی: اصول و کاربردها ; Maguire، DJ، Goodchild، MF، Rhind، DW، Eds. لانگمن: لندن، بریتانیا، 1991; جلد 2، ص 457–475. [ Google Scholar ]
- لوئیس، دی. تخمین چگالی هسته و کانتورهای درصد حجم. در ژئومحاسبات ; Brunsdon, C., Singleton, A., Eds. انتشارات SAGE، شرکت: لندن، انگلستان، 2015; صص 169-184. [ Google Scholar ]
- برت، جی. باربر، جنرال موتورز; Rigby, DL Elementary Statistics for Geographers , 3rd ed.; Guilford Press: لندن، انگلستان، 2009; پ. 416. [ Google Scholar ]
- بسارنر، م. Cetinkaya، S. عملکرد شاخص های شکل و طرح های طبقه بندی برای توصیف پیچیدگی شکل ادراکی ردپای ساختمان در GIS. بین المللی جی. جئوگر. Inf. علمی 2017 ، 31 ، 1952-1977. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- MacEachren، A. فشردگی شکل جغرافیایی: مقایسه و ارزیابی اقدامات. Geogr. ان سر B 1985 ، 67 ، 53-67. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
شکل 1. نقشه تخصیص فضا به گروه های ساختمان در بلوک ها (اقتباس از [ 1 ]). ( الف ) بلوک، مناطق تعمیم و گروه های ساختمان، ( ب ) ایجاد مناطق تعمیم.
شکل 2. اندازه بافرهای رو به جلو (1) و به سمت داخل (2) برای تشخیص الگوهای خطی در مورد ساختمان های کاملاً تراز شده.
شکل 3. تشخیص مناطق با الگوهای خطی که با اندازه چند ضلعی نهایی (سبز روشن) تعیین می شوند. یک الگوی خطی ( a ) یافت می شود، ( ب ) یافت نمی شود.
شکل 4. مناطق باریک الگوهای خطی (خطی و منحنی خطی). ( الف ) بافر 20 متری داخلی بافر محلول در اندازه PAT (زرد) و نواحی شامل (هچ شده)؛ ( ب ) مناطق باریک (سبز).
شکل 5. مجموعه نقطه شبکه یک منطقه تعمیم.
شکل 6. نمودار جریان رویکرد جابجایی.
شکل 7. ساختمان ها قبل (پر نشده) و بعد (پر) جابجایی به سمت مرکز. تضاد بین ساختمان ها و جاده ها: ( الف ) کاهش یافت، ( ب ) حل شد.
شکل 8. جابجایی به سمت داخل.
شکل 9. عناصر اصلاح وزن نقطه شبکه در مثال یک ساختمان: ( الف ) چند ضلعی منحصر به فرد بافر اصلی ( ، ( ب ) چند ضلعی منحصر به فرد بافر کمکی ( ، ( ج ) نقاط شبکه با وزن های اولیه مبتنی بر KDE و شرایط توپولوژیکی برای تغییرات آنها رنگ شده است.
شکل 10. تصویری از جابجایی داخلی.
شکل 11. تصویری از پس پردازش.
شکل 12. مثلث های مربوطه برای ارزیابی کیفیت استفاده می شود.
شکل 13. نمونه ای از یک گروه با سه ساختمان و مثلث های آنها قبل و بعد از جابجایی.
شکل 14. تفاوت آزیموت.
شکل 15. آمار رتبه بندی کیفیت جابجایی مناطق تعمیم.
شکل 16. نمودارهای جعبه‌ای از مقادیر متوسط جابجایی منطقه‌ای ساختمان ( ) و مقادیر جابجایی ناحیه ای مرکزهای گروه ساختمانی ( ).
شکل 17. نمودارهای جعبه ای از اندازه گیری های مقایسه زاویه، طول و فشردگی برای همه مناطق.
شکل 18. نمودارهای جعبه ای از اندازه گیری های مقایسه زاویه، طول و فشردگی برای همه مناطق با الگوهای خطی.
1 نظر