مبانی اطلاعات مکانی ونقشه

مبانی اطلاعات مکانی ونقشه

2-1 مقدمه

این فصل اصول مهم مرتبط با مبانی اطلاعات مکانی ونقشه‌ها را ارایه می‌دهد. قرنهاست که جغرافیدانان و افراد دیگر برحسب نیاز باید فعالیتهای انسانی، طبیعی وسایر فعالیت‌ها در سطح زمین را نمایش می‌دادند. براساس این نیاز، چندین مفهوم محوری و ایده ارایه شده است که براساس آنها مسیر نمایش زمین هدایت و مشخص می‌شود. این مفاهیم می‌توانند تاثیری شگرف بر نحوه تاثیرگذاری نمایشات(یعنی نقشه ها) بر آیتم‌های نقشه داشته باشد. برای مثال چنانچه در ادامه این فصل هم مشاهده خواهید کرد انتخاب تصویربرداری نقشه می‌تواند تبعات مهمی درزمینه نمایش مکانی ازحیث شکل و اندازه داشته باشد.

مفاهیم و ایده‌هایی ارایه شده در این فصل که همه آنها مدتها قبل از ظهور کامپیوتر و GIS نیز وحود داشته است زیربنای چگونگی نمایش زمین در فرمت‌های مختلف است(چه بصورت نقشه کاغذی دوبعدی یا یک محیط مجاری پیچیده سه بعدی). چنانچه در فصل‌های بعدی خواهید دید، مفاهیم و ایده‌های ارایه شده در این فصل هم در مباحث و مفاهیم عمومی نامرتبط با نرم افزار درخصوص نحوه کاربرد GIS در مدیریت بلایا و هم در محصولات نرم افزاری GIS خاص تکرار خواهد شد و از آنها نام برده خواهدشد. بنابراین، شناخت این مبانی دارای مزیت‌های زیر است: 1-قابلیت‌های شما در زمینه کاربرد GIS در فعالیت‌های مدیریت بلایا را بهبود می‌بخشد 2-به شناخت بهتر شما از محدودیت‌ها و همچنین مرتبط بودن داده‌های مکانی که با آن مواجه می‌شود کمک می‌کند3-باعث می‌شود تا دامنه واژگان شما در حیطه GIS و اپلیکیشن‌های تهیه نقشه افزایش یابدو 4-در نهایت باعث می‌شود تا شما یک متفکر فضایی شوید.

در ابتدا درباره مقیاس نقشه یا نحوه تقسیم بندی اندازه‌های واقعی به واحد‌های مشخص توسط نقشه بحث می‌شود. سپس تصویربرداری(نگاشت) نقشه یا چگونگی نمایش زمین (که یک موجودیت 3 بعدی است) در قالب فرمت نقشه مسطح 2 بعدی و همچنین موضوعات مرتبط با این تبدیل بحث می‌شود. بعد از آن به توضیح دستگاههای مختصات می‌پردازیم تا نشان دهیم چگونه شاخص‌ها و مرجع مکان های خاص را می‌توان بر روی نقشه نشان داد. بر مبنای این اصول علمی مرتبط با اطلاعات مکانی، این فصل در ادامه نمایی کلی از مبانی کارتوگرافی و تهیه نقشه ارایه می‌دهد. سپس نقشه‌های مرجع توضیح داده می‌شود که شامل نقشه‌هایی با هدف عمومی(نقشه‌های پایه) و نقشه‌های موضوعی است که یک یا چند متغیر را نشان می‌دهد و یا “پیامی” را انتقال می دهد. در نهایت، اصول پایه‌ای کارتوگرافی با توجه به اهمیت تهیه نقشه‌های مفید توضیح داده می‌شود.

2-1-1تفاوت بین داده و اطلاعات

قبل از اینکه این بحث را ادامه دهیم تمایز و تعریف دو واژه‌ای که به کرات درفصل‌های آینده مورد استفاده قرار خواهد گرفت یعنی اطلاعات و داده مهم است. این دو واژه اگرچه در بسیاری از موارد بجای همدیگر استفاده می‌شوداما دارای تفاوت‌هایی هستند. داده در واقع حقایق یا مشاهدات خام است. دمای هوا یا میزان بارش مثال‌های داده هستند. اطلاعات به داده‌های دارای مفهوم و یا درک معنادار داده‌هایی که مفید و قابل کاربرد است گفته می‌شود. اگر بخواهیم از مثال‌های قبلی استفاده کنیم، اطلاعات بدست آمده از داده‌های دمای هوا بخشی از گزارش آب و هوا است. نقشه‌ها را می‌توان نوعی محصول اطلاعاتی در نظر گرفت زیرا نقشه داده‌ها را در قالب بصری نشان می‌دهد. در واقع داده‌ها نقش اساسی در GIS دارند. درصورتیکه شما به تازگی وارد حیطه GIS شده باشید و یا یک متخصص GIS باشید به احتمال قوی اکثر زمان خود در هنگام کار با GIS به ایجاد یا ویرایش داده‌ها خواهید پرداخت. داده‌ها و اطلاعات هر دو در GIS استفاده می‌شوند. برای مثال منابع زیربنایی (مانند مکان جاده یا محل قرار گرفتن ساختمان ها) که در GIS لحاظ می‌شوند داده هستند. این داده‌ها سپس به شکل نقشه رقومی بصورت اطلاعات در یک بافت مشخص مفهوم سازی می‌شوند. در فصل 3، در باره نحوه تبدیل داده‌ها به اطلاعات توسط GIS توضیحات بیشتری ارایه خواهد شد. در این فصل، واژه ” اطلاعات” برای توصیف اصول بنیادی نمایش (نگاشت) زمین استفاده می‌شود زیرا بسیاری از این اصول برآمده از داده‌ها است(برای مثال طول وعرض جغرافیایی که سیستم مختصات X و Y را تشکیل میدهد). بخش زیر درباره این موضوعات وسایر اصول مهم اطلاعات مکانی توضیح می‌دهد.

2-1-2مقیاس

مقیاس نقشه به نسبت بین اندازه گیری‌ها در نقشه و اندازه گیری‌های متناظر در دنیای واقعی(در زمین) اطلاق می‌شود. بنابراین، مقیاس نقشه دقیقا همان مفهوم مقیاسی است که در مدل سازی یا هر حیطه دیگری که در آن واقعیت در ابعاد کوچکتر نمایش داده می‌شود می‌توان یافت.

2-1-2-1 روش‌های سه گانه نمایش مقیاس نقشه

برای نمایش مقیاس نقشه در محیط‌های نقشه رقومی و نقشه‌های غیر رقومی سه روش وجود دارد.

1-کسر معرف: این نوع کسر عبارت است از رابطه بین واحدهای مشخص شده توسط نقشه و واحدهای واقعی بر روی زمین و بنابراین از واحدهای خاص نقشه مانند فوت، متر یا کیلومتر استفاده نمی‌کند. در کسریا نسبت معرف، مقیاس بصورت عددی مانند 1: 100000 یا 1000000/1 نشان داده می‌شود. کسر معرف 1: 100000 اینگونه تفسیر می‌شود” یک واحد در نقشه برابر با یکصد هزار واحد در دنیای واقعی است”در به کاربردن واحدهای خاص برای کسر معرف، باید از واحدهای مشابه برای نقشه و دنیای واقعی استفاده شود. کسر معرف 1: 100000 به اینچ به این معنی است که هر 1 اینچ بر روی نقشه معرف 100000 اینچ در دنیای واقعی بر روی زمین است.

2-بیان کردن بصورت شفاهی: مقیاس نقشه را می‌توان بصورت شفاهی هم اعلام کرد. برای مثال می‌توتن گفت” 1 اینچ معادل 16 مایل است”. این نوع مقیاش‌های شفاهی دارای کاربردهای محدودی برای محاسبه فواصل واقعی بر حسب واحد هستند.

3-میله گرافیکی: شاید معمول ترین و مفیدترین شکل بیان مقیاس نقشه، استفاده از میله گرافیکی یا سایر شکل‌های بصری (شکل 2-1) باشد. این میله‌ها به خواننده نقشه اجازه می‌دهد تا بصورت بصری فواصل نمایش داده شده بر روی میله گرافیکی را بررسی کرده و به سرعت این فواصل را با فواصل نقشه برای تعیین فاصله زمینی (واقعی) مقایسه کند. در نتیجه دیگر نیازی به محاسبات ریاضی نیست. جنبه مهم دیگر مقیاس‌های میله گرافیکی قابلیت تنظیم آنها برا اساس تغییرات نقشه است. برای مثال، اگر اندازه یک نقشه کاغذی 11 اینچ (30 سانتی متر) در 17 اینچ(43 سانتی متر) کاهش باید، مقیاس میله گرافیکی نیز به همین نسبت کوچکتر خواهد شد. از این مقیاس میله‌ای همچنای میتوان برای محاسبه فاصله زمینی (واقعی) استفاده کرد. در حالیکه چنین ویژگی برای کسر معرف و مقیای شفاهی وجود ندارد زیرا تغییرات فیزیکی در نقشه باعث تغییر نسبت‌ها در این نوع نقشه‌ها خواهدشد. در نقشه‌های رقومی، با تغییر سطح بزرگنمایی نقشه، میله‌های مقیاس گرافیکی نیز تغییر خواهد کرد(شکل‌های 2-2).

شکل 2-1: مجموعه‌ای از بارهای مقیاس گرافیکی استفاده شده در نقشه‌های رقومی و هارد کپی

شکل 2-2a: در این نقشه انلاین، بار مقیاس گرافیکی فاصله واحدهای نقشه تا واحدهای زمین را نشان می‌دهد.

شکل 2-2b: در این تصویر، نمایی بزرگتر از نقشه شکل 2-2a نمایش داده شده است اما اندازه ویندوی مرورگز شبکه حاوی این نقشه تغییری نکرده است. بارهای مقیاس گرافیکی که بصورت پویاتغییر می‌کنند در بسیاری از کاربردهای تهیه نقشی رقومی بطور معمول استفاده می‌شود وبرای پی بردن به ابعاد کلی جغرافی استفاده شده در تقشه بسیار مهم است.

2-1-2-1 نقشه‌های دارای مقیاس کوچک و مقیاس بزرگ

چنانچه در ابتدای این فصل هم ذکر شد، توسعه مجموعه واژگان اصلی مربوطبه تهیه نقشه بسیار مهم است. نقشه‌های مقیاس بزرگ و مقیاس کوچک واژگان مهمی هستند که لازم شما آنها را بخوبی درک کنید. نقشه‌های مقیاس کوچک نقشه‌هایی هستند که ناحیه‌ای بزرگ با جزییات کمتر را نمایش می دهند. برای مثال، نقشه کل جهان با مقیاس 1: 30000000 که بر روی یکصفحه 8. 5 اینچ در 11 اینچ چاپ شده است یک نقشه داری مقیاس کوچک در نظر گرفته می‌شود. نقشه مقیاس بزرگ ناحیه‌ای کوچکتر با جزییات بیشتر را نشان می‌دهد. برای مثال، نقشه دارای مقیاس 1: 24000 مانند نقشه‌های توپوگرافیک در سازمان جغرافیای آمریکا مثال‌هایی از نقشه‌های مقیاس بزرگ هستند. در نگاه اول ممکن است ایده‌های نقشه‌های مقیاس کوچک و مقیاس بزرگ ممکن است غیرشهودی وغیر منطقی به نظر رسد. ممکن است فکر شودنقشه‌ای که ناحیه‌ای بزرگتر را نشان می دهد باید به عنوان نقشه مقیاس بزرگتر ونقشه‌ای که ناحیه کوچکتر را نشان می‌دهد باید به عنوان نقشه مقیاس بزرگتر طبقه بندی شود. برای درک بهتر این تمایز می‌توان به مقایسه فواصل بر روی زمین و هواپیما توجه کرد. آیتم‌ها در نقشه مقیاس کوچک دارای جزییات کمترو یا به بارتی کوچکتر است. درست همانطور که وقتی در هواپیما به زمین نگاه می‌کنیم عوارض روی زمین بسیار کوچکتر به نظر می‌رسند. هرچه به عوارض زمین نزدیکتر باشیم، آن عوارض بزرگتر به نظر می‌رسند. شکل 2-3 بصورت بصری تفاوت‌های بین نقشه‌های مقیاس کوچک و نقشه‌های مقیاس بزرگ را نشان می‌دهد.

شکل 2-3: تفاوتهای بین نقشه‌های مقیاس بزرگ ومقیاس کوچک. دقت کنید که نقشه سمت چپ منطقه کلی بزرگتری رابا جزییات کمتر نشان می‌دهد. با تغییر در مقیاس نقشه، مناطق کوچکتر اما با جزییات بیشتر نمایش داده می‌شود. این نقشه‌ها از سری نقشه‌های توپوگرافیک سازمان زمین شناسی آمریکا گرفته شده است.

2-1-2-2 چرا مقیاس مهم است: جزییات و دقت

در حوزه مدیریت بلایا، به دودلیل داشتن مقیاس مهم است. 1-جزییات داده‌ها وابسته به مقیاس هستند0مقیاس تعیین کننده جزییات است). با نگاه به شکل 2-3 متوجه می‌شوید که مقیاس و به تبع آن جزییات هر نقشه برحسب اهداف متفاوت نقشه تغییر می‌کند. اگر بخواهیم از مثال مدیریت بلایا استفاده کنیم، نقشه دارای مقیاس 1: 24000 در سمت چپ شکل 2. 3 برای برنامه‌ریزی درباره مسیرهای حمل کمک‌های امدادی از طریق بزرگراه مناسب است. نقشه دارای مقیاس 1: 100000 در وسط این شکل برای برنامه‌ریزی درباره محل استقرار تجهیزات امدادی در اطراف روستا مناسب است و نقشه دارای مقیاس 1: 24000 در سمت راست برای برنامه‌ریزی درباره تخلیه اماکنی مانند خانه و مناطق روستا مناسب است. هرکدام از این کارکردها به مقیاس نقشه‌ای که برای آن هدف و وظیفه استفاده می‌شود بستگی دارد. علاوه برآن، چنانچه در فصل 3 هم مشاهده خواهید کرد، در بحث درباره مفهوم فراداده(داده‌هایی که یک مجموعه داده را توصیف می‌کنند) بسیاری از مجموعه داده‌های رقومی مورد استفاده در GIS بر اساس دیجیتال سازی داده‌های حاصل از منابع غیررقومی است. بنابراین، دانستن مقیاسی که این داده‌های رقومی شده‌اند مهم است تا بدین طریق مطمئن شویم جزییات داده‌ها برای محقق شدن اهداف فرایند رقومی سازی داده کافی است.

برای مثال، شبکه جاده‌های که براساس نقشه دارای مقیاس 1: 250000 رقومی شده است نسب به شبکه جاده‌ای که براساس نقشه دارای مقیاس 1: 24000 رقومی شده است دارای جزییات متفاوتی است. 2-دقت بستگی به مقیاس دارد. برای مثال، درصورتیکه در برنامه‌ریزی بلایا از یک نقشه کاغذی یا یک منبع رقومی مبتنی بر نقشه کاغذی برای تعیین مکان ساختمان‌ها استفاده میکنید بسیار حیاتی است که نقشه از نظر مکان ساختمانهای نشان داده شده قابل اتکا باشد و واقعیت روی زمین را نشان دهد بطوریکه با استفاده از نقشه برداری دقیق بتوان آنچه بر روری نقشه نشان داده شده است را راست زمایی کرد. در واقع، سازمان جغرافیای آمریکا مدتهاست که استانداردهای نقشه را منتشر کرده است که هدف آن حصول اطمینان درباره دقت عمودی و افقی نقاط نشان داده شده در نقشه است. بطور خاص، استانداردهای دقت افقی ایجاب می‌کنند محل قرار گرفتن 90 درصد همه نقاط تست شده بایدحداقل در یک پنجاهم اینچ(0. 05 متر) بر روی نقشه دقیق باشد. در مقیاس 1: 24000، یک پنجاهم اینچ معادل 40 فوت(12. 2 متر) است. استاندارد دقت عمودی ایجاب می‌کند که ارتفاع 90 درصد همه نقاط تست شده در نیمی از فاصله منحنی تراز باید صحیح باشد. در نقشه دارای فاصله منحنی تراز 10 فوت، نقشه باید بطور صحیح 90 درصد همه نقاط تست شده در 5 فوت(1. 5متر) ارتفاع واقعی را نشان دهد(سازمان جغرافیای آمریکا 2006).

2-2تصویرسازی(نگاشت) نقشه

زمین به شکل یک کره اریب است. بنابراین، با شروع اندازه گیری زمین در زمان یونانیان باستان و نمایش گرافیکی زمین، نیاز عملی به تصویرسازی(نگاشت) نقشه کاملا احساس می‌شد. تصویرسازی(نگاشت) نقشه روشی است که از طریق آن سطح سه بعدی زمین بصورت سطح دوبعدی مسطح نمایش داده می‌شود.

فهرست زیر نکات کلیدی که باید درباره تصویرسازی(نگاشت) نقشه بدانید را ارایه می‌دهد:

1-تصویرسازی‌ها (نگاشت ها) تبدیل‌های ریاضی است(در ادامه در این فصل توضیح داده می‌شود)

2-مقیاس فقط در جاهای خاصی حقیق است

3-انواع متفاوتی از تصویرسازی‌ها (نگاشت ها) معرفی شده است

4- همه تصویرسازی ها(انگاشت های) نقشه منجر به ایجاد تحریف‌هایی می‌شود.

5-ویژگی‌های تحریف برحسب نوع تصویرسازی(انگاشت) متغیر است.

6- هر کدام از تصویرسازی‌ها (انگاشت) برای کاربرد ی خاص نسبت به کاربردهای دیگر مناسب‌تر است.

7-چند نوع بطور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در تصویرسازی نقشه، یک منبع نور (فرضی) در مرکز مدل سه بعدی زمین قرار داده می‌شود. از این نقطه مرکز، نور بصورت اشعه‌هایی که نشان دهنده طول وعرض جغرافیایی است بر روی یک سطح تصویرسازی دو بعدی که مبنای تصویرسازی نقشه است می‌تابد. همه تصویرسازی‌های (نگاشت) نقشه برمبنای سه سطح تصویرسازی معمول است که در شکل‌های 2-4 نشان داده شده است. در شکل 2-4 a -c خطوط مشکی پررنگ (در شکل 2-4 c نقطه مشکی بر بالای کره) خطوط استاندارد نامیده می‌شود. این خطوط درست در جایی قرار دارند که سطح تصویرسازی نقشه به مدل کره زمین متصل می‌شود. خطوط استاندارد تنها جایی در نقشه است که مقیاس واقعی را نشان می‌دهد(شکل 2-5).

شکل 2-4 a: سطح تصویرسازی استوانه‌ای که برای تصویرسازی‌های استوانه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مورد، سطح تصویرسازی مماس یا در تماس با یک نقطه یا خط از کره زمین است.

شکل 2-4b: سطح تصویرسازی مخروطی که برای تصویرسازی‌های مخروطی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مورد سطح تصویرسازی قطع کننده کره زمین است.

شکل 2-4c: سطح تصویرسازی صفحه که برای تصویرسازی‌های صفحه‌ای یا آزیموتال مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تصویرسازی نقشه باعث تغییرات و تحریفاتی در ویژگی‌های فضایی نقشه دوبعدی نهایی می‌شود. بعضی از ویژگی‌های فضایی که دستخوش تغییر می‌شوند عبارتند از: فاصله، مساحت، شکل و جهت. زمانی که نقشه‌ای مسطح ساخته می‌شود، برحسب کاربرد مدنظر برای نقشه باید تصمیم گرفته شود که کدام ویژگی‌ها حفظ شود. بنابراین، با توجه به اینکه هیچ نقشه‌ای نمی‌تواند همه این ویژگی‌ها را حفظ کند، تحریف و تغییر در همه این ویژگی‌ها اتفاق می‌افتد. تصویرسازی‌های نقشه اغلب بر اساس ویژگی‌های فضایی حفظ شده طبقه بندی میشوند. در زیر فهرستی از رده‌های تصویرسازی نقشه ارایه می‌شود(موسسه تحقیقات سیستم‌های زیست محیطی 2010، اطلس ملی آمریکا2013، کارلوس فروتی 2008، رابینسون و همکاران 1995).

همدیس: این نوع تصویرسازی، شکل و زوایا را حفظ می‌کند. تصویرسازی‌های همدیس برای نقشه‌هایی مانند نمودارهای ناوبری مناسب است. در اینجا حفظ شکل‌های دارای مساحت کوچک و زوایا مهم است. شکل نواحی بزرگ تحریف می‌شوند.

مساحت برابر: این نوع تصویرسازی، مساحت و اندازه را حفظ می‌کند. تصویرسازی مساحت برابر برای نقشه‌هایی که نواحی بزرگ را نشان می‌دهند(مانند قاره ها) مناسب است.

شکل 2-5: رابطه بین صفحه تصویرسازی، صفحه زمین و سطح نقشه(برگرفته از موسسه تحقیقات سیستمهای زیست محیطی 2020)

تصویر سازی فواصل برابر: این نوع تصویرسازی فواصل واقعی را در جهت مرکز تصویرسازی یا در امتداد خطوط ویژه‌ای حفظ می‌کند. برای مثال، نقشه فواصل برابر ازیموتی که متمرکز بر نیویورک سیتی است فواصل واقعی تا واشنگتن دی سی یا هر نقطه دیگری را نشان می‌دهد. نقشه همچنین فواصل دقیق از نیویرک سیتی تا بوفالو را نشان می‌دهد درحالیکه فاصله درست بن بوفالو و واشنگتن دی سی را نمایش نمی دهد.

آزیموتی: این نوع تصویرسازی جهت واقعی (ازیموت‌ها یا اندازه‌های زوایا) از نقطه مرجع را حفظ می‌کند. تصویرسازی آزیموتی را می‌توان با سایر ویژگی‌های تصویرسازی ترکیب کرد(چنانچه قبلا تصویرسازی فواصل برابر آزیموتی اشاره شد). نوع دیگر تصویرسازی، تصویرسازی توافقی است که در آن سعی می‌شود در تحریف ویژگی‌های مختلف فضایی نوعی توازن ایجاد شود

شکل 2-6 بصورت گرافیکی تصویرسازی‌های نقشه و میزان تحریف ویژگیهای فضایی مختلف را نشان می‌دهد. ممکن است این سوال برای شما مطرح شود که کدام تصویرسازی‌ها دارای بیشترین استفاده است. در زیر دستوراالعمل‌هایی کلی ارایه می‌شود که شما می‌توانید در انتخاب نوع تصویرسازی نقشه لحاظ کنید.

• از تصویرسازی‌های زاویه واقعی(همدیس) برای نقشه‌های مقیاس بزرگ و دستگاههای مختصات مسطح استفاده کنید.
• از تصویرسازی‌های مساحت برابر و توافقی برای نقشه‌های مقیاس کوچک آمریکا و جهان استفاده کنید.
• از تصویرسازیهای فواصل برابر و مسیر واقعی برای پروژه‌هایی مانند ناوبری استفاده کنید

شکل 2-6: مثال‌های تصویرسازی نقشه: در این شکل ها، طبقه کلی تصویرسازی همراه با نام تصویرسازی خاص نمایش داده شده است. تصویرسازی نقشه همدیسی (بالا سمت چپ) به وضوح نحوه حفظ شکل ها رانشان می‌دهد اما اندازه ومساحت تا حد زیادی دچار تحریف شده است(چنانچه در اندازه ومساحت گرینلند و قطب جنوب در قیاس با آفریقا قابل مشاهده است). تصویرسازی‌های دارای مساحت برابر (بالا سمت راست) عوارض را با اندازه و مساحت درست و در شکل صحیح خود نشان می‌دهد. در اینجا آفریقا بطور صحیح برحسب اندازه و مساحت در مقایسه با گرینلند و قطب جنوب نشان داده می‌شود. تصویرسازی فاصله برابر (چپ پایین) بطور وضوح کاربرد سطح تصویرسازی مخروطی را نمایش می‌دهد. تصویرسازی آزیموتال(پایین سمت راست)بر روی عرض جغرافیایی 0 درجه و طول جغرافیایی 0 درجه واقع شده است. بنابراین هرگونه جهت محاسبه شده از این نقطه صحیح خواهد بود(تهیه نقشه توسط برایان توماسزوسکی)

2-3 دستگاه های مختصات

در طول تاریخ، نقشه‌ها برای تعیین مرجع و شاخص جغرافیایی مکان‌ها در سطح زمین مورد استفاده قرار گرفته اند. ارجاع مکانی در سطح زمین دارای شکل های مختلفی است که زیپ کد تا آدرس های خیابانی و مختصات طول وعرض جغرافیایی را شامل می‌شود. مخصوصا طول جغرافیایی و عرض جغرافیایی بسیار مهم است زیرا مبنای بسیاری از انواع دیگر ارجاعات مکانی مانند تصویرسازی‌های نقشه دوبعدی و دستگاه های مختصات مبتنی بر تصویرسازی‌های نقشه دوبعدی است. برای توسعه تصویرسازی نقشه، مختصات عرض و طول جغرافیایی در یک معادله ریاضی به مختصات جغرافیایی سطح دکارتی (x, g) تبدیل می‌شود.

مختصات عرض و طول جغرافی که به نام مختصات کروی نیز شناخته می‌شود از اندازه‌های زاویه(درجه) از مرکز زمین برای عرض جغرافیایی و از نصف النهار (یا صفر درجه) برای طول جغرافیایی استفاده می‌کند. شکل 2. 7 بصورت گرافیکی مختصات طول و عرض جغرافیایی را نشان می‌دهد.

شکل 2-7: دستگاه مختصات عرض و طول جغرافیایی: خطوط عرض جغرافیایی(که به نام خطوط موازی نیز شناخته می‌شود)از شمال به جنوب و براساس مکان آنها نسبت به خط استوا اندازه گیری می‌شود. خطوط طول جغرافیایی(که به نام مدار‌های نصف النهار نیز شناخته می‌شود)از شرق به غرب نسبت به نصف النهار مبدا اندازه گیری می‌شود. در این شکل، یک نقطه فرضی در 40 درجه شمالی و 60 درجه جنوبی مرجع گذاری می‌شود. این نقطه براساس اندازه گیری‌های زایه‌ای (عرض جغرافیایی از مرکز زمین و طول جغرافیایی ار نقطه شروع دلخواه بر روی نصف اانهار مبدا)بدست می‌آید.

مختصات مسطح برمبنای فضای دکارتی است و سیستم ارجاع آن براساس شبکه x,g است. در شبکه x,g دکارتی، محور x براساس مقادیر مختصات شرق به غرب و محور y براساس مقادیر مختصات شمال به جنوب مشخص می‌شود. شکل 2-8 بصورت گرافیکی شبکه x,g دکارتی را که مبنای مختصات مسطح است را نشان می‌دهد. در بخش‌های این فصل مثال‌هایی از دستگاههای مختصات مسطح ارایه خواهد شد.

ممکن است این سوال برای شما مطرح شود چرا دستگاه های مختصات مسطح که مبتنی بر تصویرسازی‌های نقشه است و این تصویرسازی‌های هم ذاتا حاوی خطا است اصلا توسعه یافت. دلیل این است که مختصات مسطح در مقایسه با مختصات کروی ضمن اینکه کارامدتر است اندازه گیری‌های معنادار بهتری هم ارایه می‌دهد. برای مثال، در کاربردهایی مانند نقشه برداری، مفیدتر آن است که فاصله و مساحت را بر حسب فوت یا متر و نه درجه، دقیقه و ثانیه نشان داده شود. در بخش زیر دو دستگاه مختصات مسطح توضیح داده می‌شود.

شکل 2-8: شبکه دکارتی: در این مثال، نقطه‌ای در x برابر با 3 و y برابر با 2 مرجع گذاری می‌شود. توجه داشته باشید که این مختصات (x,g) در قسمت اعداد مثبت شبکه قرار دارد. دستگاههای مختصات صفحه‌ای (مسطح) بر مبنای نکات شبکه دکارتی است

2-3-1 سامانه مختصات جهانی مرکاتور معکوس(UTM)

این سامانه یک سیستم بین المللی مختصات مسطح استاندارد است که زمین در آن به 60 پهنه تقسیم می‌شود که هرکدام طول جغرافیایی 6 درجه را پوشش می‌دهد(60 پهنه ضربدر 6 درجه برابر 360 درجه است که کل زمین را پوشش میدهد). هر پهنه UTM به یک بخش شمالی و جنوبی تقسیم می‌شود(شکل 2-9). هر کدام از این پهنه‌ها از تصویرسازی استوانه‌ای معکوس برای به حداقل رساندن تحریف مقیاس استفاده می‌کند. در تصویرسازی استوانه‌ای معکوس، سطح تصویرسازی استوانه‌ای چرخید می‌شود تا بجای خط استوا در قطب‌های شمال و جنوب قرار گیرد). شکل 2. 10 بصورت گرافیکی ویژگی‌های هرکدام از چهنه‌های UTM را نشان می‌دهد. اگرچه دستگاه مختصات UTM بواسطه توانایی اش در تعیین اطلاعات مرجع هر نقطه بر روی زمین در سطح بین المللی از طریق سیستم مختصات مسطح بسیار مفید است اما دارای نقاط ضعفی هم است. برای مثال، 60 پهنه توسعه یافته در سیستم مختصات جهانی مرکاتور با مرزها و تقسیم بندی‌های سیاسی منطبق نیست و بنابراین در موقعیت‌هایی که به سیستم ارجاع مکانی در کل یک منطقه سیاسی نیاز داشته باشیم این نوع سامانه نمی‌تواند مفید باشد. علاوه براین، با توجه به اینکه هرکدام از پهنه‌های UTM برحسب تصویرسازی منحصربفرد آن تعریف می‌شود، نقشه‌های پهنه‌های مجاور در امتداد یک مرز مشترک با همدیگر منطبق نخواهند شد. شکل 2-11 ایم مسله را برای پهنه‌های UTM که کل قاره آمریکا را پوشش می‌دهد نشان می دهد.

شکل 2-9: شبکه پهنه جهان UTM نشان داده شده بر روی تصویرسازی مرکاتور جهانی. پهنه‌ها بصورت بخش‌های پنج تایی (5 واحدی) در بالای شکل نشان داده شده است. چنانچه مشاهده می کنید پهنه‌ها هرچه به قطب‌های شمال و جنوب نزدیک‌تر باشند میزان تغییر و تحریف در آنها بیشتر است. از خط استوا(عرض جغرافیایی 0 درجه) برای نشان دادن مرز بین بخش‌های شمال و جنوب هر کدام از پهنه‌های UTM مورد استفاده قرار می‌گیرد(تهیه نقشه توسط برایان توماسزوسکی).

شکل 2-10: تک پهنه UTM، این شکل بخش‌های شمال و جنوب این پهنه را نشان می‌دهد که بر خط استوا تقسیم شده است. شبکه دکارتی(x,g) پهنه شمال از سمت چپ و پایین این پهنه در خط استوا(عرض جغرافیایی 0 درجه) شروع می‌شود و شبکه دکارتیx,g)) پهنه جنوب از سمت پایین وچپ این پهنه در 90 درجه جنب شروع می‌شود. سپس ازنقاط مبدا متناظر درهر پهنه، مختصات برحسب متر در امتدادتصویرسازی این پهنه در فضای اعداد مثبت (شکل2. 8) اندازه گیری می‌شوند(با واحدههایی که به northing یا اندازه گیری‌های شمال به جنوب و easting یا اندازه گیری‌های شرق به غرب مشهور هستند). نصف النهار مرکزی هر پهنه UTM به نام false easting شناخته می‌شودو مقدار 500000 متر برای آن در نظر گرفته می‌شود. در نهایت به دو مختصاتUTM نمونه در شکل 2. 10 دقت کنیدکه تقریبا به ترتیب در مرکز شمال و جنوب قرار دارند. این مختصات نومنه چگونگی نوشان جفت مختصات UTM برحسب 1-عدد پهنه 2-نیمکره شمالی یا جنوبی 3–ارزش و مقدار و 4- مقدار (N northing 7) رقمی را نشان می‌دهد. برای مثال، مختصات نومنه پهنه شمال 18N 500000E, 5000000N است.

شکل 2-11: پهنه‌های UTM در ایالات متحده آمریکا. بسیاری از پهنه‌ها، ایالت‌ها را به دو یا چند بخش بیشتر تقسیم می‌کند. برای مثال، به کادر نقطه چین شده در سمت بالا و راست شکل دقت کنید که ناحیه بین پهنه‌های 17 و 18 را نشان می‌دهد و از میان ایالت نیویورک می‌گذرد. در این مورد، تصویرسازی نقشه خاص که پهنه 18 UTM نامیده می‌شود به گونه‌ای توسعه یافته است که مختصات پهنه 18 UTM را می‌توان برای کل ایالت نیویورک استفاده کرد(تهیه نقشه توسط برایان توماسزوسکی).

2-3-2دستگاه مختصات صفحه ایالت (SPC)

سیستم SPC مانند UTM بر مبنای مجموعه‌ای از تصویرسازی‌های تخصصی نقشه است که در آن پهنه‌هایی تخصصی تعریف شده است. اما در SPC همه این پهنه‌ها در ایالات متحده قرار دارد و در قالب مرزهای سیاسی (شکل 2-12) تعریف می‌شود. چنانچه از مباحث مربوط به سطوح تصویرسازی به خاطر دارید، تحریف در امتداد خطوط استاندارد حداقل است. بنابراین، پهنه‌های صفحه ایالت از تصویرسازی‌های تخصصی استفاده می‌کند که جهت متناسب شدن با شکل و جهت پهنه‌های موجود در آن ایالت بهینه سازی شده است(شکل 2-13).

شکل 2-12: پهنه‌های مختصات مسطح ایالتی(SPCs) در ایالات متحده. این پهنه‌ها فراتر از مرزهای ایالت گسترش نمی‌یابند و یک ایالت ممکن است دارای چندین پهنه باشد. بنابراین این پهنه‌های مختصات برای نقشه‌های منطقه ای(یعنی چندین ایالت) مناسب نیست. بطور کلی پهنه مسطح ایالت مختصات را بر حسب فوت در آمریکا انداز گیری می‌کند(تهیه نقشه توسط برایان توماسزوسکی).

شکل 2-13: مثال‌های پهنه‌های مختصات مسطح ایالتی و سطوح تصویرسازی مورد استفاده برای تعریف این پهنه ها. در سمت چپ این شکل، پهنه‌های مختصات مسطح ایالتی برای نیویورک نشان داده شده است. این پهنه‌ها بر اساس تصویرسازی استوانه‌ای متقاطع است زیرا جهت آنها از شمال به جنوب است. شمت راست این شکل پهنه‌های مختصات مسطح پنسلوانیا نشان داده شده است. این پهنه‌ها براساس سطح تصویرسازی استوانه‌ای است زیرا جهت آنها از شرق به غرب است. در انتخاب سطح تصویرسازی خاص باید کاهش تغییرات ناشی زا تصویرسازی مدنظر قرار گیرد(تهیه نقشه توسط برایان توماسزوسکی).

2-3-3 Datum

آخرین مفهوم مهمی که در ارتباط با دستگاه های مختصات لازم است بدانید(datumsواحد داده‌های پایه) است. datum افقی شامل دو عنصر است: مدل ریاضی کره زمین بیضی شکل و نقاط کنترل ذقیقا شناخته شده

2-3-3-1 بیضوی مرجع

زمین به شکل کره کامل نیست بلکه بیشتر شبیه به شکل بیضوی است و بنابراین برای اینکه سیستم مختصات بتواند به عنوان مرجعی برای سطح زمین عمل کند باید این شکل بیضوی تقریب سازی شود. در واقع مدل ریاضی کره زمین بیضی، نوعی تقریب سازی شکل زمین از طریق ریاضی است. نمونه‌های زیادی از این مدل‌ها طی 200 سال قبل توسعه یافته است و اغلب نام ریاضیدانی که آنرا طراحی کرده‌اند برای آن انتخاب می‌شود(برای مثال، مدل ریاضی کره زمین بیضی شکل کلارک 1866). بحث فنی درباره مدل ریاضی کره زمین فراتر از این کتاب است. شناخت ایده اصلی مدل‌های ریاضی بیضی در بستر GIS امری مهم است زیرا یک نقطه بر روی زمین می‌تواند برمبنای مدل ریاضی بیضی استفاده شده برای اندازه گیری مختصات دارای مقادیر مختصات متفاوتی باشد. شکل 2-14 به صورت گرافیکی مفهوم مدل ریاضی کره زمین بیضی را نشان می‌دهد.

شکل2-14: مثال‌های بیضی شکل مرجع و اهمیت آنها در دستگاه مختصات. نقطه فرضی (دایره کوچک در شکل بالا) واقع بر روی سطح بر مبنای شکل بیضی مرجع مورد استفاده برای اندازه گیری دارای مقادیر متفاوت عرض جغرافیایی است(35 درجه، 41 درجه و 45 درجه).

2-3-3-2 نقاط کنترل

نقاط کنترل مکان‌هایی است که بصورت دقیق اندازه گیری شده است و به عنوان نقاط مرجع در نقشه برداری زمین و توسعه datum استفاده می‌شود. در ایالات متحده، سازمان‌های دولتی مانند سازمان ژئودتیک و ساحل آمریکا این نقاط کنترل را با دیسک‌های فلزی کوچک که benchmark نامیده می‌شود مشخص می‌کنند(شکل 2-15).

شکل 2-15: مثالی از یک بنچمارک

2-3-3-3 اهمیت datum

Datum که اغلب در ارتباط با GIS مورد استفاده قرارمی گیرد برمبنای پیشرفت‌های بدست آمده در اندازه گیری شکل زمین توسعه یافته است و هدف آن پوشش دادن مساحت‌های بیشتر است. datum معمول درمجموعه داده‌های GISعبارتند از: datum 1983 آمریکای شمالی(یا NAD 83) و datum 1984 سیستم جهانی ژئودتیک (یا WGS 84). WGS 84 نوعی datum است که برای اکثر مختصات دریافت کننده جی پی اس مورد استفاده قرار می‌گیرد. در هنگام کارکردن با داده‌های GIS، شناخت datum مهم است(چنانچه در شکل 2-14 مشاهده شد). datum متفاوت که مبتنی بر مدل‌های ریاضی متفاوت است می‌تواند باعث شود تا باتوجه به مختصات مرجع، یک مکان دارای مقادیر مختصاتی متفاوتی باشد (شکل 2-16).

شکل 2-16: مثالی از مرجع سازی مجموعه داده GIS در ترازهای مبنای متفاوت و مسایل ناشی از آن. در این شکل، خطوط آبی یک شبکه جاده‌ای است که در تراز مبنای آمریکای شمالی در سال 1927(NAD 27) مرجع سازی شده است و خطوط قرمز دقیقا همان شبکه جاده‌ای است که در تراز مبنای آمریکای شمالی (NAD 83) مرجع سازی شده است. دقت کنید که داده‌های NAD 83 چگونه نسبت به داده‌های NAD 27 تغییر کرده است. بر حسب تراز مبنای استفاده شده، مکان ها ممکن است در محلی که مختصات آنها مرجع سازی شده است دارای تفاضل 100 فوتی (30 متری) است. تعیین نوع تراز مبنا برای GIS اولین قدم برای اصلاح داده‌هایی است که نمی‌توانند دارای همپوشانی صحیح باشند.

2-3-4 دستگاه های مختصات: تصویر کلی

جهت ارایه خلاصه‌ای از نحوه کارکرد اجزای مختلف سیستم مختصات، می‌توان سیستم مختصات را به شکل زیر توصیف کرد.

1-datum افقی (برمبنای نقاط کنترل و مدل بیضی کره زمین بیضوی)برای تعریف شکل زمین به زبان ریاضی مورد استفاده قرار می‌گیرد و مرجعی را برای مختصات طول و عرض جغرافیایی فراهم می‌کند.

2-تصویرسازی نقشه به صورت ریاضی نمایش سه بعدی زمین را به نمایش دو بعدی تبدیل می‌کند که در نتیجه آن تحریف بصورت اجتناب ناپذیری اتفاق می‌افتد. براساس این تبدیل که از طریق تصویرسازی نقشه ایجاد شده است، مختصات کروی را می‌تواند به مختصات مسطح (x,g) تبدیل کرد.

3-سپس دستگاه مختصات را می‌توان بر اساس تصویرسازی‌های نقشه بهینه شده برای یک منطقه خاص و با استفاده از واحدهای استاندارد اندازه گیری از یک نقطه مبدا بدست آورد.

بخش‌های بعدی در این فصل درباره اصول پایه‌ای کارتوگرافی توضیح می‌دهد و برای این منظور از مباحث قبلا مطرح شده استفاده می‌کند.

2-4 اصول اولیه کارتوگرافی

استفاده نقشه در جوامع انسانی دارای تاریخ بسیار طولانی است. برای مثال، استفاده از imago Mundi در زمان بابلیان به تقریبا 2500 سال قبل برمی گردد که رابطه شهر بابل با شهرهای دیگر و زمین‌های مجاور را ترسیم می‌کند(شکل 2-17).

هنر و علم تهیه نقشه یا کارتو گرافی به عنوان یکی از قدیمی ترین اشکال ارتباط انسانی، در طول تاریخ بر اساس اهدداف مختلف تکامل یافته است. از رهگذر این تکامل، چندین اصل کارتوگرافی شکل گرفته است. اگرچه فرایند تهیه نقشه از نظر قابلیت‌های قابل ارایه توسط GIS مدرن آسانتر شده است، اما شناخت اصول کارتوگرافیک نیز به همین اندازه مهم است زیرا در صورت عدم توجه، نتیجه کار طراحی نقشه‌های ضعیفی است که باعث انحراف و ارایه اطلاعات غلط می‌شود. بخش‌های زیر درباره اصول پایه‌ای کارتوگرافی در محیط GIS توضیح می‌دهد بنابراین به شما مبنای محکمی برای تهیه نقشه با GIS برای شما فراهم می‌کند.

شکل 2-17: Imago Mundi یکی از قدیمی ترین نقشه‌های بجامانده از عصر بابلیان است. به خط میخی بر بالای این اثر وتوصیف کلی بابل و چند جزیره و سرزمین‌های اطراف آن دقت کنید.

2-4-1اصول تهیه نقشه

قبل ازبحث درباره انواع خاص نقشه، شناخت بعضی از اصول پایه‌ای ساخت و طراحی نقشه و ایجاد نقشه‌های خاص با GIS برای مدیریت بلایا مهم است.

2-4-1-1 اندازه گیری داده ها

چهار روش برای اندازه گیری داده‌های خام (شکل 2-18) جهت نمایش آنها درنقشه وجود دارد. شناخت تفاوت‌های بین این 4 روش اندازه گیری مهم است زیرا انتخاب طراحی نقشه و درک دقیق نقشه به این تفاوت‌ها بستگی دارد. این چهار روش عبارتند از:

اسمی: در داده‌های اسمی برای هر کدام از مشاهدات داده کدی در نظر گرفته می‌شود و این کدها اط نظر ارزش ریاضی هیج تفاوتی با هم ندارند. بعضی اوقات داده‌های اسمی، داده‌های کیفی نیز نامیده می‌شود.

ترتیبی: داده‌های ترتیبی داده ایی هستند که به ترتیب رتبه بندی شده است(اول، دوم، سوم و غیره) اما میزان و درجه این تفاوت عددی بین آنها مشخص نیست. برای مثال می‌توان به پاسخ‌های پرسشنامه نظر سنجی اشاره کرد که شامل گزینه های”بسیار خوب، خوب، قابل قبول، ضعیف و بسیار ضعیف ” است. اگرچه این گزینه‌ها نسبت بهم رتبه بندی شده‌اند اما میزان تفاوت بین هر کدام از آنها بطور دقیق مشخص نشده است. در ارتباط با تهیه نقشه، مثال‌های داده‌های ترتیبی ارایه شده در شکل 2-3 مربوط به شبکه‌های جاده است که در آنها رتبه جاده‌های مختلف براساس منطقه و ناحیه‌ای که جاده در آن قرار دارد (فدرال، ایالت، شهرستان و ناحیه محلی) مشخص شده است. داده‌های ترتیبی مانند داده‌های اسمی یکی ازانواع داده‌های کیفی درنظر گرفته می‌شود.

فاصله‌ای: داده‌های فاصله‌ای داده‌هایی است که براساس بزرگی یا کوچکی عددی نسبت بهم رتبه بندی شده‌اند و براساس یک نقطه صفر تعیین شده میزان تفاوت بین هرکدام از این اعداد بطور دقیق مشخص شده است. دما یکی از نمونه‌های بارز دما است. برای مثال، 10 درجه سیلیسیوس و 10 درجه فارنهایت باتوجه به اینکه از نقاط صفر متفاوتی برای اندازه گیری استفاده می‌کنند احساس می‌شود با هم متفاوت هستند. نقشه contour در شکل 2-27 مثالی از تهیه نقشه داده‌های فاصله‌ای است. ارتفاعات نشان داده شده در این نقشه برحسب یک نقطه صفر اختیاری(سطح دریا)اندازه گیری می‌شود. داده‌های تناوبی نوعی اندازه گیری داده‌های کمی است.

نسبت: داده‌های نسبت شبیه به داده‌های فاصله‌ای است با این تفاوت که در داده‌های نسبت یک نقطه صفر غیری اختیاری به عنوان مبنای اندازه گیری در نظر گرفته می‌شود. مثال‌های داده‌های نسبت عبارتند از اندازه گیر‌ی های دما برحسب مقیاس کلوین، سن ووزن. این نوع داده‌های شکلی از اندازه گیری داده‌های کمی است.

شکل 2–18: مقایسه تعداد داده‌ های خام و داده‌های ارایه شده با فرمت نرمال را نشان می‌دهد(تهیه نقشه توسط برایان توماسزوسکی).

2-4-1-2 متغیرهای بصری

بطور کلی برای تهیه نقشه از سه بخش به عنوان اجزای سازنده نقشه استفاده می‌شود: نقاط، خطوط و مساحت. علاوه بر آن از متن نیز برای نشان دادن عنوان عوارض نقشه استفاده می‌شود. از متغیرهای بصری همراه با این اجزای تشکیل دهنده نقشه برای نمایش عوارض نقشه و دادها و پیامی که این داده‌ها و عوارض تلاش می‌کنند تا انتقال دهند استفاده می‌شود. البته این متغرها از جمله اندازه، شکل، جهت گیری و سطوح رنگی و روشنایی فقط مختص تهیه نقشه نیست و درکل ابزار مهمی در طراحی گرافیک محسوب می‌شوند. در فرایند تهیه نقشه، این متغیرهای بصری برای درک مناسب و به تبع آن منطبق کردن صحیح متغیر بصری با نوع اندازه گیری‌هایی که نقشه آنها باید تهیه شود ضروری است. شکل 2-19 مفهوم متغیرهای بصری و رابطه آنها با اندازه گیری داده با استفاده از مثال‌های مدیریت بلایا را نشان می‌دهد.

شکل 2-19: مجموعه‌ای از متغیرهای معمول که با مثال‌های فرضی از تهیه نقشه بلایای استفاده می‌شود. متغیرهای بصری، ابزار گرافیکی قدرتمندی است که برای انتقال پیام به شکل نقشه مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما در زمان طراحی نقشه‌ها، بایذ بخاطر داشته باشیم که ایجاد انطباق صحیح بین متغیرهای بصری با اندازه گیری داده‌های عوارض مورد نظر بسیار مهم است. عدم انطباق بین متغیرهای بصری، اندازه گیری داده‌ها وعوارض می‌تواند منجر به نقشه‌هایی شود که اطلاعات غلطی را انتقال می‌دهند.

2-4-1-3ارتباط بین تصویر و سطح زمین

این نوع روابط برای همه نوع طراحی گرافیکی مهم است. در ارتباط با تهیه نقشه، موضوع اصلی و زمینه به نمایش بصری اطلاعات اشاره می‌کند به گونه‌ای که عناصر مورد تاکید نقشه از عناصر دیگری که زمینه یا بافت این اشکال را فراهم یکنند بصورت بصری تمیز داده می‌شود و تباین محسوسی بین این دو ایجاد می‌شود.

بنابراین، توسعه روابط موضوع اصلی -زمینه در انتقال پیام اصلی نقشه بسیار مهم است. شکل‌های 2-20 مثال‌هایی از این روابط موضوع اصلی -زمینه برای مدیریت بلایا را نشان می‌دهد.

شکل 2-20a یک مثال بلایای فرضی را نشان می‌دهد که در آن نقطه مبدا و منطقه تاثیر انفجار به رنگ مشکی نمایش داده شده است تا با توجه به اینکه مهم ترین عوارض نقشه هستند در قالب موضوع اصلی نمایان شوند. نمودارهای کاربری زمین در اطراف که به شکل خاکستری کم رنگ نشان داده شده است زمینه و بافت بصری موضوع اصلی یعنی انفجار را تشکیل می‌دهند.

شکل 2-20b نیز مثالی از روابط موضوع اصلی-زمینه را برای یک نقشه منطقه بلایای فرضی را نشان میدهد اما در این مورد از رنگ‌های روشن‌تر برای مشخص کردن شکل مناطق آسیب دیده از بلایا و رنگ‌های تیره‌تر برای مشخص کردن زمینه یا مناطق اطراف منطقه آسیب دیده از بلایا استفاده می‌شود. هردو روش تعیین روابط موضوع اصلی -زمینه معتبر و موثر است و این طراح نقشه است که تعیین می‌کند کدام روش بهترین روش است و خواننده نقشه می‌تواند نقشه را به بهترین نحو قرائت کند.

اکنون که با بعضی اصول اولیه تهیه نقشه آشنا شده اید، در بخش‌های زیر انواع نقشه‌هایی که ازاین اصول استفاده می‌کنند توضیح داده می‌شود.

شکل 2-20a: نقشه تاثیر انفجار(تهیه نقشه توسط برایان توماسزوسکی).

شکل 2-20b: نقشه مناطق بلایا (تهیه نقشه توسط برایان توماسزوسکی).

2-4-2 انواع نقشه: مرجع و موضوعی

نقشه‌ها را می‌توان بطور کلی به دو نوع تقسیم کرد: نقشه‌های مرجع و نقشه‌های موضوعی

2-4-2-1 نقشه‌های مرجع

این نوع نقشه بدون انتقال پیام یا اطلاعات خاصی، عوارض متعدی را نمایش می‌دهد. معمولا در محیط GIS، نقشه مرجع را به عنوان نقشه پایه‌ای می‌شناسند زیرا مبنایی را ارایه می‌دهد که می‌توان عوارض خاص را براساس آن نشان داد. از زوایه دیگر، نقشه مرجع یا پایه را می‌توان به عنوان نقشه‌ای درنظرگرفت که برای عوارض زمین مد نظر طراح نقشه چارچوب و بافتی زمینه‌ای فراهم می‌کند. مثال‌های معمول نقشه‌های مرجع عبارتند از: نقشه توپوگرافیک ایالات متحده یا استفاده از تصاویر ماهواره‌ای مرئی در فناوری‌های مجازی جهانی مانند NASA World Wind یا Google Earth(شکل‌های 2-21 a و 2-21b)

شکل 2-21a: نقشه مرجع توپوگرافیک سازمان زمین شناسی آمریکا

شکل 2-21 b: نقشه مجازی و مرجع کره –Nasa World Wind

شکل 2-21a بخشی از نقشه توپوگرافیک هنریت غربی(مقیاس 1: 24000) تهیه شده توسط سازمان جغرافیای آمریکا را نشان می‌دهد که در آن چندین عوارض از جمله جاده‌ها، آب، ساختمان‌ها و نام مکان‌ها نشان داده شده است. چنین نقشه‌ای برای فراهم کردن بافت مکانی برای فعالیت فضایی مفید است. برای مثال، در صورت اضافه کردن خط آبی به این منطقه، نقشه تهیه شده توسط سازمان جغرافیای آمریکا می‌تواند به عنوان نقشه مبنا برای نشان دادن مکان خط آبی مورد استفاده قرار گیرد. شکل 2-21b برنامه جهان مجازی را وابسته به پروژه World Wind ناسا را نشان می‌دهد(http: //worldwind. arc. nasa. gov/java/). برنامه‌های مجازس جهان معمولا از تصاویر ماهواره‌ای به عنوان نقشه مرجع استفاده می‌کنند.

یک از عناصر مهم در 5 سال گذشته از نظر کاربرد نقشه‌های مرجع در مدیریت بلایا ظهور ابزار رایگان تهیه تقشه است که قابلیت‌های فوری برای تهیه نقشه های مرجع فراهم می‌کنند. (برای مثال، API در گوگل مپ و OpenStreetMap (شکل2-22).

شکل 2-22: OpenStreetMap یک نقشه مرجع رایگان اوپن سورس در سراسر جهان. این نقشه چندین عوارض از جمله جاده‌ها، آب، ساختمان‌ها و اسم مکان‌ها را نشان می‌دهد. سازندگان نقشه با استفاده از این نقشه می‌توانند به سرعت نقشه عوارض موردنظر را بدون نیاز به ایجاد نقشه مرجع که کاری وقت گیر است تهیه کنند.

چنانچه در فصل 1 توضیح داده شد، فناوری‌های مبتنی بر شبکه در مقایسه با روش‌های سنتی GIS دسکتاپ قادر است قابلیت‌های تهیه نقشه را در اختیار طیف وسیع تری از افراد قرار می‌دهد. حتی ابزار GIS استاندارد صنعت مانند ArcMap محصول موسسه تحقیقات سیستم‌های زیست محیطی (Esri) امروزه مجموعه‌ای از نقشه دهی مرجع را ارایه می‌دهد و کاربران می‌توانند بطور مستقیم این نفشه‌ها را با استفاده از خدمات تهیه نقشه مبتنی بر وب آدرس ArcMap بارگزاری کنند.

در واقع ظهور نقشه‌های مرجع سریع یکی از روندهای جذاب در عرصه ساخت نقشه است که مستلزم درنطرگرفتن تبعات و اثرات چنین نقشه‌های سریعی نیز است. برای مثال، نقشه مرجع سریع ممکن است همیشه بهترین انتخاب از نظر طراحی نباشد زیرا چنین نقشه‌هایی را نمی‌توان اصلاح کرد. چنانچه در بخش‌های بعدی این فصل خواهید دید، عوامل زیادی وجود دارد که که باید در طراحی کارتوگرافیک موثر در نظر گرفته شود و این در حالی است که نقشه مرجع فوری ممکن است برای نیازهای پیشرفته‌تر تهیه نقشه در مدیریت بلایا کارایی و اثربخش زیادی نداشته باشد.

شکل 2-23: گزینه‌های نقشه پایه در نرم افزار GIS ArcMap دسکتاپ متعلق به Esri. انواع مختلفی از نقشه های پایه باتوجه به نیازهای تهیه نقشه وجود دارد.

2-4-2-2 نقشه‌های موضوعی

این نوع نقشه‌ها پیام خاصی را (برای مثال توزیع یک یا چند ویژگی یا روابط بین چندین ویژگی را) منتقل می‌کند. برای توسعه آگاهانه الگوها و روندهای مکانی ابزار بسیار قدرتمندی وجود دارد. قبلا در فصل 1، شکل 1-2 با مفهوم نقشه‌های موضوعی آشنا شدید. در آنجا تعداد کلی افراد دارای سن 65-69 درشهرستان‌های آمریکا مشخص شدند. شکل 2-24 نقشه موضوعی دیگری است که الگوی منطقه‌ای را نشان می‌دهد. نقشه‌های موضوعی را همچنین می‌توان از طریق روش ساخت نقشه دسته بندی کرد. بخش‌های زیر انواع نقشه‌های موضوعی خاص که بطور معمول در فعالیت‌های مدیریت بلایا مورد استفاده قرار می‌گیرد را نشان می‌دهد.

شکل 2-24: مثالی از نقشه موضوعی: نتایج اتتخابات 2012 آمریکا بر حسب ایالت. در این نقشه، چندین الگوی منطقه‌ای را می‌توان مشاهده کرد. برای مثال، به خوشه ایالت‌های قرمز در بخش جنوب شرقی آمریکا توجه کرد که به میت رامنی رای دادند. همچنین به خوشه ایالت‌های آبی در شمال شرقی آمریکا توجه کنید که به باراک اوباما رای دادند. الگوهایی ماننداین موارد می‌تواند نشان دهنده ویژگی‌های افرادی باشد که در این مناطق (مانند ارزش‌های مذهبی یا اجتماعی) زندگی می‌کنند. این شکل مثالی از تهیه نقشه داده‌های اسمی یا کیفی است که برای اینکار از غلظت‌های مختلف رنگ استفاده می‌شود. برای مثال؛ ایالت‌های آمریکا به ایالت‌های رای دهنده به اوباما یا رامنی تقسیم می‌شوند. اگرچه این عناوین براساس تعداد رای‌ها در هر ایالت بدست آمده است بین ایالت‌ها از نظر رای دادن به اوبام یا رامنی تفاوت معناداری وجود ندارد (تهیه نقشه توسط برایان توماسزوسکی).

نقشه‌های کوروپلت 

این نوع نقشه‌ها معمولا برای نمایش داده در منطقه‌ای مشخص شده مانند ایالت یا شهرستان داده‌ها را باهم تجمیع می‌کند. معمولا داده‌ها دو به دوشیوه نمایش داده می‌شود. استفاده از تمایز کیفی بین موجودیت‌ها مانند سایه‌های رنگی مختلف برای نشان دادن انواع کاربری‌های زمین. در روش دوم یعنی تمایز کمی با استفاده از سطوح مختلف روشنایی رنگ(یا غلظت آن) بزرگی داده‌های نشان داده می‌شود. برای مثال، هرچه رنگ تیره‌تر باشد مقدار عدد نشان داده شده بزرگتر است(شکل 2-25).

شکل 2. 25: مثالی از نقشه موضوعی کوروپلت: تعداد آمار خام جمعیت بر حسب کشود در 2011، هرچه کشور دارای جمعیت کمتری باشد، رنگ آبی کمرنگ‌تر است و هر چه میزان داده‌ها (یاجمعیت) افزایش یاید، از رنگ تیره تری استفاده می‌شود. در رابطه با تهیه نقشه بلایا، نقشه‌ای مانند این نقشه ممکن است اولین قدم در اطلاع یافتن از توزیعات جمعیتی در کل دنیا و میزان آسیب پذیری آنها در برابر اثرات بلایا باشد. (تهیه نقشه توسط برایان توماسزوسکی بانک جهانی 2014).

با توجه به اینکه نقشه‌های موضوعی ;کروپلت، داده‌های تجمیع شده را براساس منطقه یا واحدازقبل تعریف شده (که به نام واحد enumeration شناخته می‌شود)نشان می‌دهد، اطلاع از این واقعیت که تجمیع داده‌ها ممکن است باعث سوءتفسیر پدیده‌ها نمایش دادهشده توسط نقشه شود از اهمیت بالایی برخوردار است. برای مثال، نقشه‌ای که برمبنای بالاترین تعداد یک گروه نژاد خاص، ترکیب نژادی شهرستانی را نشان می‌دهد سایر گروهیهای نژادی را در نظر نمی‌گیرد زیرا این گروهها در تجمیع داده‌ها لحاظ نشده است.

نقشه‌های علایم نسبی

این نوع نقشه‌ها از علایم دارای اندازه‌های مختلف به نسبت مقدار یا بزرگی نشان داده شده در نقشه استفاده می‌کند(شکل 2-26).

شکل 2-26: مثالی از نقشه نماد نسبتی: این مثال تعداد افراد زیر 18 سال که در استان‌های منطقه ساحل خلیج زیر خط فقر زندگی می‌کنندو در سال 2003 نیازمند دریافت کمکیهای ناشی از طوفان کاترینا بودند را نشان می‌دهد. چنین نقشه‌ای برای مقایسه تفاوت‌های بین استان‌ها جهت کاهش آسیب پذیری در برابر بلایا مفید است(تهیه نقشه توسط برایان توماسزوسکی).

نقشه‌های ایساریتمیک

این نوع نقشه‌ها از علایم خط برای نمایش پدیده‌هایی درای ماهیت استمرار و یپوسته استفاده می‌کنند. برای مثال، ارتفاع یک پدیده مستمر است. هچ جای دنیا نمی‌توانید مکان فاقد ارتفاع پیدا کنید. بنابراین، نقشه‌های contour (که نوعی نقشه ایساریتمیک است) برای نمایش ارتفاع سطح توسعه یافته است(شکل 2-27).

شکل 2. 27: مثالی از نقشه خطوط هم ارزش، در نقشه دارای خطوط فاصل، ارتفاع دارای مقادیر مشابه با استفاده از نمادهای خطی به هم متصل می‌شوند. در این نقشه، هر خط معرف دهنده تغییر 10 متری در ارتفاع است و تغییرات به ازائ هر 100 متر به وسیله برچسب‌های ارتفاع نشان داده می‌شود. هر چه این خط ها بهم نزدیک‌تر باشند افزایش ارتفاع بیشتر است. از همین روش می‌توان برای سطوح مستمر دیگر مانند دما یا بارش استفاده کرد. در مدیریت بلایا نقشه دارای خطوط فاصل میتواند دارای کاربردهای چندگانه است(مانند نمایش درجه شیبف مناطق آسیب پذیر در برابر سیلاب، برنامه‌ریزی مسیر تخلیه)

نقشه‌های تراکم نقطه ای

این نوع نقشه‌ها توزیع مشاهدات در نقاط خاص را نشان می‌دهد. نقشه‌های تراکم نقطه‌های بر اساس این ایده شکل گرفته است که هر نقطه می تواند معرف یک یا چند نمونه در یک نقطه باشد و در نتیجه، تکنیکی مفید برای نشان دادن الگوها بر اساس مشاهدات نقطه‌ای است(شکل 2-28).

شکل 2-28 مثالی از نقشه تراکم نقطه ای

2-4-3 خلاصه

نقشه‌های موضوعی را می‌توان به آسانی با استفاده از ابزارGIS ایجاد کرد. اما در زمان ایجاد نقشه موضوعی یا هر نوع نقشه دیگر با GIS، طراح نقشه باید این اطمینان را حاصل کند که داده‌های در نقشه سوء تعبیر نمی شوند وبطور صحیح نمایش داده می‌شوند. بخش‌های زیر توصیه‌های عملی درباره طراحی نقشه و اشتباهات رایج طراحان تازه کار نقشه‌های مبتنی بر GIS بحث می‌شود. شناخت و درک این ایده‌ها زمینه را برای شروع ایجاد نقشه‌های مفید جهت استفاده در فعالیت‌های مدیریت بلایا فراهم می‌کند.

2-5 طراحی نقشه‌های قابل استفاده در محیط GIS

ساخت نقشه‌ای که به آسانی قابل تفسیر، فهم و قابل استفاده باشد لزوما کار سختی نیست بلکه به تمرین نیاز دارد. تهیه نقشه بطور کلی یک فرایند تکراری محسوب می‌شود(شکل2-29).

شکل2-29: چرخه مدیریت بحران- پروسه ی تولید نقشه

چنانچه شکل2-29نشان می‌دهد، یکی از آیتم‌های سیکل مدیریت بلایا (فصل 4) که نقشه آن باید تهیه شود نقط شروع این فریند است برای مثال در مرحله کاهش اثرات بلایا، نقشه مناطق آسیب پذیر در برابر سیلاب ممکن است ضروری باشد. مورد دیگری که رابطه بسیار تنگاتنگی با آیتم مورد نظر درنقشه دارد مخاطب و کاربران نقشه و در نظر گرفتن آنها است. شناخت مخاطب نقشه نقش مهمی در تعیین ارایه نهایی نقشه دارد. در مثال کاهش اثرات سیلاب، نقشه‌ای که برای اعضای جامعه تهیه می‌شود نسبت به نقشه کاهش اثراتی که برای مهندسین سازه یا دانشمندان آب شناسی تهیه می‌شود متفاوت است. بعد از تعیین مخاطب وکاربر نقشه به مرحله جمع آوری داده می‌رسیم که به تلاش وکار فشرده و سخت نیاز دارد. چنانچه در فصل 3 مشاهده خواهید کرد GIS می‌تواند طیف وسیعی از داده‌ها در قالب مدخل‌های داده‌های پالایش شده یا تصویرسازی شده را شامل شود. علاوه برآن، یافتن داده‌های دارای مقیاس و جزییات چالش برانگیز و وقت گیر است. بعد از جمع آوری داده‌ها نوبت به بازنمایی و نمایش برروی نقشه می‌رسد که چنانچه در این فصل بحث می‌شود بر مبنای اصول کارتوگرافی است. برای مثال، آیا داده‌های جمع آوری شده را می‌توان برای تهیه نقشه موضوعی استفاده کرد. چه متغیرهای بصری را باید انتخاب کنید تا مخاطبین نقشه بتوانند نقشه را بخوبی درک کنند؟ بعد از توسعه فرایند بازنمایی نقشه و محصول نهایی نقشه در اختیار مخاطب قرار می‌گیرد و براساس بازخورهای دریافت شده از آنها در یک فرایند تکراری تغییراتی در نقشه ایجاد می‌شود. در مثال کاهش اثرات بلایا، ممکن است جامعه متخصصین درخواست کنند راهنمای نقشه تغییر کند تا راحت‌تر بتوان آنرا درک کرد ویا متخصصان آب شناسی در خواست کنند آیتم‌های بیشتری به نقشه اضافه شود تا بتوان سوالات علمی بیشتری را پوشش داد.

همچنین بهتر است فرایند تهیه نقشه را به عنوان یک دیالوگ در نظر بگیریم. برای مثال، فرض کنید ما باید نقشه‌ای از افراد آسیب پذیر در برابر سیلاب ساحلی در شرق آمریکا تهیه کنیم تا تصمیم گیرندگان سازمان مدیریت بحران فدرال بتوانند از آن استفاده کنند. داده‌های افراد مسن و معلول از مرکز سرشماری آمریکا جمع آوری شده و بر روی یک منطقه دارای مساحت مشابه تصویرسازی خواهد شد. از یک نقشه کرورپلت و لایه‌های مختلف رنگی برای نمایش تعداد نرمال شده افراد مسن ومعلول بر حسب درصدی از کل جمعیت سرشماری استفاده می‌شود. پیش بینی می‌کنیم با تهیه نقشه، ابعاد دیگری از آسیب پذیری مانند خانواده‌های کم درامد نیز لحاظ خواهد شد.

2-6 خلاصه فصل

در این فصل با اصول اصلی اطلاعات جغرافیایی و نقشه‌ها آشنا شدید. در ابتدا با تفاوت بین داده‌ها و اطلاعات و اهمیت درک این تمایزها در حوزه GIS آشنا شدید. سپس در ادامه پایه‌ای ترین و مهمترین مفاهیم در نقشه‌ها و تهیه نقشه یعنی مقیاس توضیح داده شد. چنانچه مشاهده کردید سه روش برای نشان دادن مقیاس وجود دارد. با تفاوت بین نقشه‌های بزرگ و کوچک و دلایل اهمیت مقیاس برحسب جزئیات و دقت نیز آشنا شدید.

سپس تصویرسازی نقشه به عنوان روشی برای نشان دادن شکل سه بعدی زمین در برحسب نمایش دو بعدی مورد بحث قرار گرفت. مشاهده کردید که چگونه تصویرسازی‌های نقشه تعدیل‌ها و تنظیماتی از نظر شکل، اندازه، مساحت، مسافت و زاویه انجام میدهند و کلاس‌های تصویرسازی بسیاری توسط تهیه کنندگان نقشه برای انعکاس این تعدیلات نقشه‌ای توسعه داده شده‌اند.

در ادامه سیستم‌های مختصات، که مبتنی بر کلاس‌های تصویرسازی نقشه هستند مورد بحث قرار گرفت. مشاهده کردید كه چگونه سیستم‌های مختصات مسطح با استفاده از مختصات كارتزیان x، که نقطه مقابل مختصات عرض و كروی طول جغرافیایی هستند می‌توانند به ما کمک کنند تا مکان‌ها بر روی سطح زمین را مرجع سازی کنیم. با این وجود، هر دو نوع سیستم مختصات از دیتایی استفاده می‌کنند که معرف شکل زمین هستند و از نقاط کنترل شناخته شده‌ای برای ارجاع و شاخص کردن مکان‌ها استفاده می‌کند. سپس در ادامه اصول تهیه نقشه توضیح داده شد.

در مورد روش‌های مختلف اندازه گیری کیفی وکمی مطالبی ارایه شد و نمونه‌های متغیر بصری خاص ارایه شد. متغیرهای بصری ابزار مهم تصویری برای نمایش عوارض نقشه هستند. شما همچنین مشاهده کردید که روابط شکل – زمینه برای ساختاربندی بصری عوارض نقشه مهم هستند. سپس با نمونه‌های مشخصی از نوع نقشه آشنا شدید. در ابتدا در مورد نقشه‌های مرجع، که فاقد پیام خاصی هستند مطالبی ارایه شد و نمونه‌هایی از نقشه‌های مرجع موجود در ابزارهای تهیه نقشه آنلاین نشان داده شد. در مرحله بعد، نمونه‌های خاصی از 4 نقشه موضوعی یا نقشه‌هایی با اهداف یا پیام خاص ارایه شد. همچنین نمونه‌هایی از تهیه نقشه موضوعی بحران ارائه شد تا به شما نشان دهیم که چگونه ایده‌های قبلی درباره اندازه گیری داده‌ها، متغیرهای بصری و روابط شکل – زمینه در زمان ایجاد نقشه‌های موضوعی با هم همگرا می‌شوند. این فصل با چند توصیه عملی در مورد چگونگی ایجاد نقشه‌های قابل استفاده با GIS به پایان رسید. همچنین چارچوبی برای فرایند طراحی نقشه نشان داده شد که تهیه کنندگان نقشه میتوانند پس از شروع ساخت نقشه‌ها، آن را دنبال کنید. سپس به برخی از مشکلات خاص و معمول که تهیه کنندگان نقشه تازه کار هنگام یادگیری درباره ایجاد نقشه با GIS با آنها دست و پنجه نرم کنند اشاره شد. سرانجام، مصاحبه با یکی از متفکران برجسته تهیه نقشه در جهان ایده‌های مهمی را برای شما ارایه داد که می‌توانید در تهیه نقشه بحران در نظر بگیرید. در فصل بعد، سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی به طور رسمی از نظر قالب‌های داده خاص GIS، کارکردهای اصلی GIS agnostic هر محصول نرم افزاری خاص GIS (تجزیه و تحلیل، تولید نقشه / نقشه برداری، مدل سازی داده ها) مورد بحث قرار می‌گیرند و پس از آن خصوصیات تجاری و محصولات نرم افزاری GIS رایگان و منبع باز مربوط به مدیریت بحران مرور می‌شود.

تفکر کنید!

1- برای مقابله با شرایط اضطراری و بلایای زیر، از چه مقیاسی استفاده خواهید کرد: (الف) خاموشی در محله، ب) برف وبوران شدید در شهر کوچک (<250، 000 نفر)، (ج) طوفانی که ساحل شرقی ایالات متحده، را در می‌نوردد (د) سونامی بزرگ در اقیانوس آرام غربی؟

2- برای سناریوهای ذکر شده در سؤال 1 از چه نوع کلاس‌های تصویرسازی نقشه استفاده می‌کنید؟

3- تهیه نقشه کوروپلت برای چه نوع موقعیت‌های بحرانی مناسب است؟

4- چگونه می‌توانید متغیرهای بصری مختلف را برای تهیه نقشه چند متغیره (مثلاً اندازه و روشنایی) ترکیب کنید.؟

5- فرض کنید که باید نقشه بحرانی را تهیه کنید و به دلیل عدم دسترسی به چاپگر رنگی نمی‌توانید از سایه‌های مختلف رنگی استفاده کنید. در این صورت چه تغییراتی در کاربرد متغیرهای بصری رخ می‌دهد؟

6- با مراجعه به شکل 2. 33 (راهنمای نقشه 4)، چه موضوعات دیگری را می‌توانید با این راهنمای نقشه پیدا کنید؟