1. مقدمه
نقشه های کاداستر یک لایه زمین فضایی حیاتی برای اطلاعات کاربری اراضی و مدیریت زمین است، اما دارای ویژگی هایی است که آنها را از همه لایه های دیگر متمایز می کند [ 1 ]. بیشتر لایههای جغرافیایی – مانند پوشش زمین و توپوگرافی – یک نسخه نقشهبرداری شده هستند که نیاز به بهروزرسانیهای دورهای دارند. در مقابل، نقشه های کاداستر به طور مکرر با بررسی های جدید از توسعه ثابت زمین به روز می شوند [ 2]. تغییرات مرزی در طول زمان با تقسیمبندیها، ادغامهای گاه به گاه و بررسیهای مجدد با استفاده از تجهیزات نقشهبرداری دقیقتر اتفاق میافتد. در نتیجه، دقت آنها با استفاده از فناوری بهبود یافته برای بررسی و نقشه برداری قطعات زمین متفاوت است. تمایز دیگر، نحوه به روز رسانی نقشه های کاداستر با داده های جدید است. به روز رسانی سایر لایه های مکانی معمولاً به عنوان یک جایگزین کامل انجام می شود، در حالی که قطعات جدید به صورت تکه تکه به نقشه های کاداستر اضافه می شوند تا با قطعات مجاور مطابقت داشته باشند [ 1 ، 3 ]. دقت نقشه های کاداستر بسته به هدف آنها متفاوت است [ 4]. نقشه های کاداستر در ابتدا به عنوان یک شاخص گرافیکی ایجاد شد که تقریباً قطعه زمین را به تصویر می کشید. با گذشت زمان، آنها به فرم دیجیتال تبدیل شدند. در برخی از کشورها، مانند دانمارک، آنها به عنوان نماینده اولیه برای بررسی بسته های جدید تکامل یافته اند [ 1 ]. در حالی که در کشورهای دیگر، مانند استرالیا، طرحهای بررسی عمدتاً بهعنوان پرونده قانونی و بستهها از نظر فضایی مناسب هستند تا از نظر توپولوژیکی فقط با نقشه کاداستر موجود مطابقت داشته باشند [ 5 ]]. در هر صورت، فناوری دقت های مکانی را برای دقت اندازه گیری و نقشه برداری زمینی بهبود بخشیده است. نقشه های کاداستر نیاز به هماهنگی و ادغام با سایر مجموعه داده های فضایی دارند و در عین حال به ابعاد ثبت شده قانونی مربوط می شوند. فرآیند ادغام دقیق قطعات جدید در نقشه های کاداستر شامل یک تنظیم ویژه پس از فرآیند است [ 6 ]. این روش برای به روز رسانی نقشه کاداستر است که موضوع این مقاله است.
قبل از بحث در مورد فرآیند بهروزرسانی نقشههای کاداستر، ارزش دارد به طور مختصر ماهیت دادههای کاداستر و به طور خاص برای کاداسترهایی با مرزهای ثابت که به طور منظم از بررسیهای مرزی هندسی بهروزرسانی میشوند توضیح داده شود [ 7 ]. قطعه های کاداستر به عنوان بخشی از یک فرآیند قانونی برای ارائه یک طرح نقشه برداری به یک ثبت زمین دولتی ایجاد می شود [ 8 ، 9 ]. نقشه های نقشه برداری منبع اولیه برای ترسیم بسته ها با اندازه گیری های مرزی (جهت ها و فواصل) هستند و به گوشه های زمین یا بناهای تاریخی قابل شناسایی ارتباط دارند. این به عنوان یک متر و حدود نامیده می شودشرح. جزئیات فضایی کافی برای شناسایی بدون ابهام بسته ها و در صورت نیاز بازگرداندن مرزها در آینده وجود دارد. از نظر تاریخی، طرحهای نظرسنجی مبتنی بر کاغذ بودند، اما اکنون اسکن شده و به عنوان اسناد تصویری قابل دسترسی هستند. دولتها همچنین مجموعهای از تمام قطعات کاداستر را بهعنوان یک نمایه گرافیکی با دادههای مرتبط درباره جزئیات دارایی و پیوندهایی به اسناد منبع نگهداری میکنند. هدف آن مدیریت زمین برای توصیف فضایی مالکیت زمین، مالکیت، ارزش مالی و اطلاعات کاربری زمین است [ 2 ، 6 ، 10 ].]. دقت نقشه های کاداستر در ابتدا معادل استانداردهای نقشه برداری توپوگرافی بود، اما با گذشت زمان بهبود یافته است. اتصالات یادمان زمینی در نقشه های نقشه برداری اکنون به عنوان علائم دائمی قابل توجهی ایجاد شده است که توسط موقعیت یابی سیستم ماهواره ای ناوبری جهانی (GNSS) هماهنگ می شود [ 11 ]، بنابراین نقشه برداری اساس یک کاداستر دیجیتالی پیوسته را تشکیل می دهد [ 1 ]. با این حال، به دلیل روش تکه تکهای که نقشههای کاداستر تهیه میشوند، دقت آنها در مناطق وسیع بسیار متفاوت است. بنت [ 12 ] را برای بررسی دقیق تر مشکلات نگهداری اداره زمین ببینید.
موضوع دقت در بخش فضایی با بهبود فناوری نقشه برداری به خط مقدم تبدیل شده است. شکل 1 a نمونه ای از بسته های نقشه برداری شده را نشان می دهد که روی یک نقشه پایه در GIS [ 13 ] قرار گرفته اند. با وضوح فضایی ± 1 متر، هیچ مشکل تراز آشکاری با سایر ویژگی ها مانند خطوط حصار مرزی وجود ندارد. این را با شکل 1 مقایسه کنیدb که دارای تصویربرداری ارتویمایی با وضوح فضایی ± 0.1 متر است. یک عدم تطابق قابل مشاهده بین مرزهای بسته نقشه برداری شده و خطوط حصار وجود دارد. ارتویماتوری دارای دقت موقعیتی 0.2 متر است، بنابراین چیزی نادرست است. همان مسئله عدم تطابق فضایی نیز در زمین برای مکان یابی ویژگی ها با استفاده از دستگاه های GNSS کم هزینه با مختصات اصلاح شده از طریق تقویت سیگنال [ 14 ]، که دقت موقعیتی تقریباً 0.2 متری نیز دارند، آشکار می شود. این نقشه کاداستر است که با مرزهای خارج از محل 3-5 متر اشتباه است. این با استانداردهای مدرن غیرقابل قبول است.
این امکان وجود دارد که روی نقشه در شکل 1 b بزرگنمایی کنید و مکان هایی را ببینید که به وضوح با خطوط حصار مطابقت دارند و مکان های دیگری که مطابقت ندارند. این نشانه دقت های مختلف برای نقشه برداری کاداستر است. این وسوسه انگیز است که به سادگی نقشه کاداستر را از تصاویر ارتویماژی با وضوح بالاتر به روز کنیم، اما متأسفانه این نیز غیرقابل اعتماد است. این نیاز به پوشش بصری خوبی از شواهد زمینی همه مرزها دارد، که در مناطق ساخته شده دشوار است. به عنوان مثال، هیچ خط حصاری در پایینتر جاده در تصویربرداری ارتوی شکل 1 وجود ندارد. نقشه های کاداستر باید به طور صادقانه الگوی مرزهای بسته را به تصویر بکشد. بنابراین در نهایت یک راه حل متکی بر یکپارچه سازی بهتر اطلاعات طرح نظرسنجی و نقشه برداری بهبود یافته است.
بهبود دقت نقشه برداری کاداستر ضروری است، زیرا این یک لایه پایه برای زیرساخت های ملی داده های مکانی است [ 15 ]. یک رویکرد استراتژیک برای دستیابی به این هدف، بهبود سیستماتیک سطوح دقت مکانی در طول زمان است [ 16 ، 17 ]. سطح دقتی که مختصات مرزی را با طرحهای پیمایش تطبیق میدهد ، همتراز با بررسی نامیده میشود . اگر در جایی که مختصات مرزی وضعیت قانونی دارند به دقت بالاتری دست یابد، این یک بررسی مطابقت داردکاداستر دیجیتال سطح بعدی یک کاداستر مختصات قانونی است که در آن – در غیاب شواهد متناقض – میتوان از مختصات برای بازگرداندن مرزهای قانونی استفاده کرد. کشورهایی که این را اجرا کرده اند، مانند اتریش [ 18 ]، از نظر توده زمین کوچک هستند و دارای تراکم بالایی از نقاط کنترل GNSS برای پشتیبانی از یک کاداستر مختصات قانونی هستند. در این میان، یک کاداستر همسو با نقشه برداری از ادغام نقشه کاداستر با سایر اطلاعات جغرافیایی پشتیبانی می کند، اما این برای همه اهداف کاداستر مانند حل و فصل اختلافات تجاوزگری مالکان زمین مجاور مناسب نیست. در استرالیا، دادههای کاداستر همتراز با پیمایش بهعنوان یک پایگاه داده کاداستر دیجیتال (DCDB) منتشر میشوند، اما دقت آن بهطور قابلتوجهی متفاوت است. گرانت و همکاران [ 17] پرسشنامه ای را به گروه گسترده ای از ذینفعان اداره زمین ارائه کرد و دریافت که دقت موقعیت ایده آل برای کاداستر فضایی 0.1-0.2 متر در مناطق شهری و 0.3-0.5 متر در مناطق روستایی است.
فرضیات این مقاله این است که یک کاداستر همتراز با پیمایش باید از نظر بصری با مرزهای دارایی نشان داده شده در یک تصویر ارتو با وضوح بالا با دقت موقعیتی 0.1-0.2 متر در مناطق شهری و 0.3-0.5 متر در مناطق روستایی هماهنگ شود. اگر نقشه کاداستر این دقت را داشت، با ویژگی های قابل مشاهده برای سایر لایه های نقشه مطابقت می کرد و استفاده های اداری از داده ها را برآورده می کرد.
این مقاله اهداف زیر را برای بهبود دقت نقشه برداری کاداستر با استفاده از تعدیل حداقل مربعات بررسی می کند که:
این مقاله این اهداف را برای به روز رسانی نقشه کاداستر با استفاده از دو مثال بررسی می کند: (1) یک مطالعه آزمایشی تقریباً 15 هکتار برای دانشگاه کوئینزلند نشان داده شده در شکل 1 ، و (2) یک شبکه فرضی برای آزمایش ساده. به طور کلی، هدف این مقاله آزمایش این است که آیا زیرمجموعه ای از داده های اساسی از طرح های نقشه برداری برای به روز رسانی نقشه کاداستر کافی است یا خیر.
2. روش ها
یک کاداستر نقشهبرداری شده ممکن است از نظر ساختاری بهعنوان یک شبکه، با گوشههای بسته به عنوان گره و مرزهای بسته به عنوان لبهها، نمایش داده شود. در فضا تعبیه شده است به طوری که گوشه ها دارای مختصات و لبه ها دارای جهت هستند. مقادیر ممکن برای عناصر اندازه گیری شده ممکن است به عنوان ویژگی ذخیره شوند. در غیاب داده های دقیق تر، طول ها و جهت های لبه نسبت داده شده با محاسبه مختصات به دست می آیند و شامل یک جزء خطای تصادفی می شوند [ 19 ]]. دادههای بهدستآمده از ابعاد در طرحهای پیمایش، شجرهنامه بالاتری دارند و ابعاد منتسب به آن با مولفه خطای بسیار کوچکتری ثبت میشوند. ساختار شبکه امکان های مختلفی را برای محاسبه هندسه برای عناصر فراهم می کند. مؤلفه خطا در این امر مؤثر است و مطلوب است که تأثیر بیشتری به اندازه گیری های دقیق تر داده شود. این اصل پشت تنظیم شبکه است، یعنی وزن بیشتری به داده های دقیق داده می شود. ویژگیهای نقشهبرداری کاداستر بهعنوان یک مدل شبکه مشاهده [ 20 ] در نظر گرفته میشوند که شامل یک مدل عملکردی برای مرتبط کردن عناصر هندسی و یک مدل تصادفی است .برای انتشار خطای وزنی نقشههای کاداستر در مقایسه با شبکههای نقشهبرداری که شامل جزئیات یا خلاصهای برای هر اندازهگیری مشاهدهشده است، از نظر فضایی تعمیم داده میشوند تا جزئیات را حذف کنند. این احتمال وجود دارد که مؤلفه خطا برای هر عنصر داده متفاوت باشد، اما فرض می شود که دارای یک مقدار متوسط مربوط به مقیاس نقشه است [ 21 ].
تنظیم حداقل مربعات بهترین تناسب را برای حل مدل مشاهده شبکه ای پیدا می کند که خطای کلی را به حداقل می رساند، به عنوان مثال، مجموع وزنی خطاها. شبکه های نظرسنجی اندازه گیری ها را به عنوان داده های اولیه مشاهده می کنند و خطاهای اندازه گیری معمولاً توزیع می شوند. بنابراین قوانین ریاضی ممکن است برای انتشار واریانس ها برای اندازه گیری ها اعمال شود. رجوع کنید به Ogundare [ 20 ] و Wolf and Ghilani [ 22] برای جزئیات بیشتر در مورد تنظیم شبکه های نظرسنجی. عناصر نقشه های کاداستر دارای داده های ثانویه هستند که در آن اقدامات به طور غیرمستقیم از محاسبات مختصات به دست می آید و یک جزء خطای تقریبی به آنها اختصاص داده می شود. برای راحتی، آن را به عنوان یک انحراف استاندارد یا ریشه میانگین مربعات خطا محاسبه میشود، اما تخمینی است که بسیار متفاوت است. این موضوع برای خود روش تعدیل حداقل مربعات مطرح نیست، زیرا جزء خطا به عنوان وزنی در تنظیم تلقی می شود. این بیشتر یک مسئله برای تجزیه و تحلیل پس از تعدیل است که دقت کلی را بر اساس نمره های t، z-scores و آمار مجذور کای آزمایش می کند. به عنوان یک جایگزین، این مقاله اثرات پس از تنظیم تغییرات مختصات در گوشه ها و تغییرات اندازه گیری فاصله مشتق شده برای مرزها را بررسی می کند. این با تفسیر تنظیم بهعنوان یک فرآیند لایهبندی لاستیکی، که در آن جابهجایی مختصات مشابه تنش اعمالشده بر روی شبکه است، و کرنش بهعنوان فاصله اصلاحشده برای لبههای شبکه، سازگار است. روابط تنش-کرنش در مکانیک سازه برای تعیین تنش و جابجایی سازه تحت بار اعمال می شود. به طور شهودی به عنوان یک عامل استرس خارجی که بر روی عناصر محدود متصل عمل می کند، تفسیر می شود که منجر به تغییر شکل توزیع شده می شود [ 23 ]. روشهای اجزای محدود برای ارزیابی قابلیت اطمینان تعدیل داخلی شبکههای بررسی از تغییر شکلهای ناشی از خطا در اندازهگیریها استفاده شده است [ 24 ، 25 ]]. هدف این است که جابجایی مختصات محلی نقاط را به تغییر شکل دیفرانسیل هندسه متصل مرتبط کنیم. از نظر ریاضی، این ممکن است با خطاهای احتمالی در اندازه گیری خطوط شبکه (کرنش ها) و پیکربندی شبکه تعیین شود. قابلیت اطمینان یعنی تنظیم یک شبکه منجر به جابجایی نقاط کوچک می شود. از سوی دیگر، جابجایی های بزرگ نقطه نشان دهنده خطاهای اندازه گیری فاحش یا پیکربندی ضعیف شبکه است. رویکردهای دیگر که مستقیماً برای هندسه بسته قابل اجرا هستند بر اساس مفاهیم لایه لاستیکی برای مثلث بندی و تنظیم بسته ها هستند [ 26 ].
نرم افزار مورد استفاده در این مقاله Parcel Fabric Extension در ArcGIS Pro است [ 13 ]. این نشان دهنده ویژگی های فضایی برای: (i) قطعات دارایی و مرزهای خطوط با ویژگی های ابعاد جهت و فاصله، و (ب) نقاط کنترل و اتصالات گوشه بررسی آنها است. محیط GIS بسیاری از توابع مدیریت دادههای مکانی و ابزارهای تخصصی را برای ویرایش هندسه مختصات مرزها و تنظیم مرزها برای کنترل نقاط یا اندازهگیری دقیقتر خطوط مرزی فراهم میکند. این تنظیم متناسب با هندسه ضعیف تر پارچه بسته برای کنترل بررسی است. به طور معمول، معیارهای زاویه ای را در گوشه های مرزی و فواصل مرزی وزن می کند تا شکل بسته ها را حفظ کند.
بخش های بعدی تنظیم نقشه کاداستر را برای یک منطقه مورد مطالعه کوچک نشان داده شده در شکل 1 ، و یک شبکه فرضی که در آن کشف اثرات تنظیم آسان تر است، بررسی می کند.
2.1. تنظیم حداقل مربعات نقشه برداری کاداستر با استفاده از یک مثال منطقه کوچک
هدف از این مثال نشان دادن به روز رسانی نقشه کاداستر با نقاط کنترل است. بررسی های کاداستر اتصالات (فاصله و جهت) را از علائم بررسی دائمی تا گوشه های بسته ثبت می کند. شکل 2 را ببینید . مشاهده مختصات GNSS برای علائم دائمی برای بررسیهای کاداستر فعلی، یا بازدید مجدد از سایت و مشاهده آن برای بررسیهای قبلی، معمول است. علامت های کنترل نقشه برداری منبعی آماده برای به روز رسانی نقشه کاداستر و بهبود دقت آن فراهم می کند.
یک روش تعدیل حداقل مربعات ممکن است برای تنظیم اندازهگیریهای حاصل از دقت پایینتر (طول مرزها و جهتها) از نقشهبرداری کاداستر برای تناسب با کنترل بررسی با دقت بالاتر که به گوشهها متصل میشود، اعمال شود. رویکردهای قبلی برای ادغام دادههای فضایی جدید در نقشههای کاداستر مبتنی بر تحولات هندسی بود. اما این روشها بستههای جدید را برای تناسب با بستههای مجاور محدود نمیکند. تعدیل حداقل مربعات یک جایگزین امیدوارکننده بود [ 27 ]. برای تنظیم اندازهگیریها در شبکههای نظرسنجی توسعه داده شد [ 22]، اما برای نقشه کشی کاداستر زمانی که مرزها با انتساب هندسه مختصات در GIS نشان داده می شوند، قابل استفاده است. ثابت شده است که تنظیم حداقل مربعات افزودنی همه کاره به GIS برای ترکیب محدودیتهای ناحیه [ 28 ] و خطوط خط مرزی [ 29 ] است.
ما به روز رسانی نقشه کاداستر برای یک منطقه شهری 15 هکتاری در نزدیکی دانشگاه را بررسی می کنیم. داده ها از یک پایگاه داده کاداستر دیجیتالی در سراسر ایالت (DCDB) با مقیاس انتشار نقشه اعلام شده 1:2500 و دقت نقشه ± 1.5 متر [ 30 ] استخراج شد. علیرغم اینکه مساحت کوچکی از 4 قطعه و 40 خط مرزی است، مشکلات نقشه برداری کاداستر را مثال می زند. دو مشکل اصلی عبارتند از: (1) گوشه های بسته با خطاهای موقعیتی بیشتر از 1.5 ± متر (همانطور که در مقدمه بحث شد)، و (2) درجه انطباق ضعیف با ابعاد بررسی اولیه. شکل 2 بسته های استخراج شده و مکان علائم کنترل دائمی را در مجاورت آنها نشان می دهد. تمام علائم کنترل دارای اتصالات گوشه ای هستند. ArcGIS Parcel Fabric [ 13] برای نشان دادن بسته ها و مرزهای آنها استفاده شد. فرآیند گردش کار عبارت است از: (1) ساختن ویژگیهای بسته و مرز، (ب) محاسبه مختصات جهت هندسه و ویژگیهای فاصله برای خطوط مرزی، (iii) اختصاص دقتها به عنوان ویژگیهای بیشتر (1± متر برای فواصل، و ±1/10 درجه برای مسیرهای مبتنی بر فراداده DCDB)، (IV) اضافه کردن نقاط کنترل بررسی (محدود به مختصات نقشه ثابت)، (v) افزودن اتصالات از گوشه های بسته به کنترل بررسی، و (vi) تجزیه و تحلیل شبکه با تنظیم حداقل مربعات وزنی . محاسبات تنظیم توسط بسته DynAdjust [ 31 ] یکپارچه شده در ArcGIS انجام می شود، که قادر به تجزیه و تحلیل شبکه های بزرگ ژئودتیک، نقشه برداری و کاداستر است.
پسوند Parcel Fabric Extension در ArcGIS Pro [ 13 ] برای تنظیم استفاده می شود. این ابزارها را برای آماده سازی داده ها برای تنظیم فراهم می کند، که شامل تنظیم دقت در نقاط کنترل، اتصالات و خطوط مرزی است. نقاط کنترل مبنا به ثابت بودن محدود میشوند و فواصل و جهتهای خط مشتقشده از مختصات به ترتیب دقت کم، ± 1 متر و ± 1/10 درجه داده میشوند. در تنظیم حداقل مربعات، دقت ها مانند وزنه ها عمل می کنند، جایی که اندازه گیری های با دقت پایین تاثیر کمتری بر تثبیت هندسه تنظیم شده دارند. جزئیات بیشتر در مورد فرآیند تنظیم را می توان در اسناد ArcGIS برای Parcel Fabric [ 13 ] یافت.
شکل 3 نتایج یک تنظیم حداقل مربعات را نشان می دهد که اتصالات گوشه ای با دقت بالاتر را با علائم بررسی دائمی با هندسه با دقت پایین تر نقشه کاداستر تطبیق می دهد. تنظیم حداقل مربعات شکل هندسی بسته ها را حفظ می کند، اما برای تناسب با کنترل محدود می شود. با نگاهی به نتایجی که در انتهای شمالی نزدیک رودخانه با تصویربرداری همپوشانی شدهاند، اکنون مرزهای تنظیمشده به خوبی با نردهها و سایر ویژگیها هماهنگ هستند. به طور متوسط، جابجایی ها را به گوشه ها هماهنگ کنید (به عنوان بردارهای تنظیم در شکل 3 نشان داده شده است) 2.5 متر و انحراف استاندارد تنظیم شده 0.4 متر هستند. این نشان دهنده خطاهای باقی مانده در نقشه برداری کاداستر است. در مکان هایی که شواهد قابل مشاهده ای از ویژگی های مرزی ندارند، تشخیص اینکه چه چیزی مقصر است دشوار است. این اتفاق در انتهای جنوبی جاده به دلیل توسعه اخیر یک مرکز حمل و نقل بزرگ برای دانشگاه رخ می دهد.
به طور خلاصه، تنظیم کنترل بررسی نقشه برداری را بهبود می بخشد، اما همچنین مناطقی را با اختلافات بزرگ برجسته می کند. مشکل این است که تفاوت های قابل توجه در اندازه گیری های مرزی محاسبه شده را از نقشه کاداستر متمایز کنیم. بخش بعدی تلاش میکند تا با بررسی روابط بین گوشهها (تغییر مکان مختصات) و خطوط مرزی (ابعاد طول اصلاحشده) این مشکل را بیشتر از بین ببرد. هدف توسعه یک تشخیص پس از تنظیم برای جداسازی خطاهای بزرگ در نقشه برداری کاداستر است. زیرا می توان در صورت نیاز با کنترل اضافی یا اندازه گیری های طرح بررسی بهتر این مشکل را برطرف کرد. بخش بعدی یک شبکه ساده تر را تجزیه و تحلیل می کند تا نشان دهد که چگونه خطا در این نوع تنظیم منتشر می شود.
2.2. مواردی برای تنظیم حداقل مربعات یک شبکه اندازه گیری یکنواخت
این بخش ویژگی های تنظیم حداقل مربعات را با توجه به پیکربندی های مختلف شبکه و راه هایی برای بهبود نتایج تنظیم از اندازه گیری های کنترل یا مرز بررسی می کند. یک شبکه فرضی متشکل از 6 در 6 سلول یکنواخت (قطعه) 1 هکتاری فرض می شود که در مقیاس منقبض شده است تا با نقشه برداری نادقیق مطابقت داشته باشد. برای ساده نگه داشتن آن برای توضیح، ابتدا به هر یال یک طول محاسبه شده با مختصات نقطه پایانی آن داده می شود که 1 متر خطا دارد و یک انحراف استاندارد ± 1.0 متر تعیین می شود. همچنین فرض بر این است که اتصالاتی به کنترل دقیق بررسی در چهار گوشه شبکه وجود دارد، اینها در شکل 4 با برچسب A، B، C، D هستند.
با استفاده از داده های مثال، سه سناریو تنظیم بررسی می شود:
-
مورد 1- استفاده از اتصالات به خوبی توزیع شده برای کنترل بررسی در گوشه ها.
-
مورد 2- استفاده از اتصالات برای کنترل بررسی در سه گوشه، اما یک گوشه اتصال ندارد.
-
مورد 3 – همانطور که در بالا ذکر شد، اما برخی از طرفین اندازه گیری دقیق فاصله و جهت دارند.
مورد 1 در شکل 4 نشان داده شده است . شبکه باید به گونهای تنظیم شود که با چهار نقطه کنترل محدود A، B، C و D مطابقت داشته باشد. نتایج اعمال یک تنظیم حداقل مربعات، تمام گوشههای شبکه را به کنترل اصلاح میکند و فواصل تمام لبهها را مقیاس میدهد. جابجاییهای گوشه پس از تنظیم، که در شکل 4 به صورت فلش نشان داده شدهاند، دارای الگوی یکنواختی از جابجایی به سمت بیرون هستند تا در چهار گوشه کنترل قرار بگیرند. تغییرات در فواصل لبه باید تقریباً 1 متر باشد، اما به دلیل فرآیند تنظیم تکراری، این دقیقاً مطابق انتظار نیست.
این تنظیم مشابه کشش شبکه در مفهوم ورقه لاستیکی است، جایی که حرکت نقاط به سمت بیرون نشان دهنده تنش است و اصلاحات در فواصل لبه نشان دهنده کرنش است. لبه ها دارای انحراف استاندارد پس از تنظیم برای فاصله ± 0.3 متر (بهبود از ± 1.0).
مورد 2 در شکل 5 نشان داده شده است. این با حالت قبلی متفاوت است زیرا نقطه کنترل در D حذف شده و برای تنظیم استفاده نمی شود. نتایج اعمال تعدیل حداقل مربعات اکنون به طور یکنواخت مقیاس بندی نشده است. شبکه در گوشه پایین سمت چپ تغییر شکل داده است، جایی که هیچ اتصال نقطه کنترلی وجود ندارد. شبکه برای تناسب با نقاط کنترل در A، B و C تنظیم شده است. این شبیه به کشش برای تناسب با این مکان های گوشه است. تنظیم در امتداد لبه های شبکه منتشر می شود، اما عدم کنترل در نزدیکی D به این معنی است که سختی کمتری دارد و بیشتر تغییر شکل می دهد. لبههای نزدیک گوشههای با برچسب A، B، C دارای انحراف استاندارد پس از تنظیم برای فاصله ± 0.4 (بهبود از ± 1 متر) و گوشه با برچسب D دارای انحراف استاندارد پس تنظیم شده برای فاصله ± 0.5 است.
مورد 3 در شکل 6 نشان داده شده است . این با تغییر طول لبه در امتداد سمت چپ و پایین به فاصله دقیق آنها و با دقت بالاتر، به عنوان مثال، انحراف استاندارد کمتر ± 0.1 متر، با حالت قبلی متفاوت است. از نظر تشابه ورقه لاستیکی، برخی از اضلاع دارای سفتی اضافی برای مقاومت در برابر اعوجاج هستند. لبهها در امتداد اضلاع D-A و D-C به عنوان یک مهاربند راستزاویه اعمال شده بر روی شبکه در گوشه D عمل میکنند، و شبکه باقیمانده به گونهای کشیده میشود که با کنترل در نقاط A، B، C مطابقت داشته باشد. این ویژگی ویژگی تنظیم حداقل مربعات که در آن مقادیر غیردقیق (یا ناشناخته) به طور غیرمستقیم توسط محدودیتهای موجود در مقادیر دیگر که از نظر عملکردی با هندسه شبکه مرتبط هستند، بهبود مییابند (یا تعیین میشوند). 22 ].
شکل 7 سه مورد را از نظر روابط تنش-کرنش برای نقاط و خطوط فقط در مکانهای گوشه خلاصه میکند. مورد 1 دارای توزیع یکنواخت کنترل پیمایش است، بنابراین تنظیم باعث تغییر مکانهای موقعیت (تنشها) با مقیاس یکنواخت و اصلاح ابعاد لبه (کشش) در مکانهای گوشهای با برچسب A، B، C، D است. مورد 2 دارای توزیع نابرابر کنترل بررسی است، و گوشه با برچسب D است. کمتر تنظیم می شود و در نتیجه شبکه تاب می یابد. مورد 3 به طور مشابه دارای کنترل بررسی ناهموار است، اما با اندازهگیریهای صحیح در امتداد اضلاع A-D-C مهاربندی شده است، بنابراین لبههای مرتبط با این اضلاع سفتتر هستند و به جای اعوجاج به جای خود حرکت میکنند.
رابطه تنش-کرنش وسیله ای برای تفسیر تغییرات پیشینی و پس از تعدیل در شبکه فراهم می کند. همچنین سرنخ هایی برای آشکار کردن نقاط ضعف یا ابعاد پرت در یک شبکه می دهد. بهترین رویکرد انجام یک تحلیل در دو مرحله است: (1) تنظیم شبکه با کنترل بررسی توزیع شده یکنواخت در سراسر منطقه مورد مطالعه، و (2) بررسی بخشهایی از شبکه با ناهنجاریها برای تنشها (جابجاییهای موضعی ناهموار) یا کرنشها (در ابعاد فاصله و جهت) نسبت به سایر قسمت های شبکه. مرحله اول رد عدم کنترل در تنظیم است، بنابراین هر گونه ناهنجاری ممکن است به نقاط ضعف دیگر نسبت داده شود، به عنوان مثال، جزء خطای متغیر در ابعاد مرزی. اگر کنترل مختصات از منابع رسمی در دسترس نباشد، 32 ، 33 ].
در بخش بعدی، شبکه پیچیدهتری را برای مطالعه موردی دانشگاه بررسی میکنیم که دارای یک جزء خطای متغیر ناشناخته برای یالها است.
3. نتایج
ما دوباره از نمونه پردیس از مقدمه بازدید می کنیم تا بهتر بفهمیم که چرا جابجایی مختصات بزرگ در انتهای جنوبی سایت هنگام تنظیم نقشه کاداستر (فاز 1) رخ می دهد. شکل 8نمودار تنش-کرنش را برای پس از تنظیم نقشه کاداستر نشان می دهد. فاز 1 از تنظیم حداقل مربعات با کنترل موجود در سراسر منطقه مورد مطالعه توزیع شده است. بیشتر گوشهها به جابجاییهای مختصاتی نیاز داشتند تا با کنترل بررسی مطابقت داشته باشند، بزرگترین آنها در نزدیکی رودخانه (با برچسب R) بود، اما آنها یک الگوی شرقی منظم برای اکثر نقاط گوشه و اصلاحات فاصله مرزی تقریباً 1 متر داشتند. این ناهنجاری در انتهای جنوبی جاده (با برچسب S) بود، جایی که تغییرات موضعی در جابجایی گوشه ها و اصلاحات فاصله مرزی بزرگتر وجود داشت.
مروری بر طرحهای بررسی منبع، مجموعهای از بررسیهای کاداستری در امتداد جاده را در 60 سال گذشته نشان داد. به نظر می رسد که عرض جاده در نقشه کاداستر اشتباه تفسیر شده است. برای رفع این ناهنجاری، اندازهگیریهای پیمایشی از نقشههای اصلی در امتداد جاده گرفته شد و تنظیم مجدد (فاز 2) با این اندازهگیریهای با دقت بالاتر انجام شد. این باعث شد که جاده از نظر ساختاری سفت شود، بنابراین لبه های الاستیک بیشتری که به جاده متصل می شوند، برای کنترل کردن، کشیده می شوند. این به طور چشمگیری تغییر مکان نقاط در انتهای جنوبی جاده (برچسب S) را تغییر داد، که نشان دهنده خطای ابعادی بزرگ در داده های نقشه برداری برای یک یا چند یال است. بررسی بیشتر طرحهای بررسی، اشتباه 10 متری را برای ابعاد عرض جاده و موقعیتهای گوشه مربوطه تایید کرد. شکل 8 ، نشان دهنده کرنش کمتر است. مشابه مثال شبکه، مرزهای اصلاح شده به جای خود منتقل شدند. علاوه بر این، انحراف استاندارد وزنی (پس از تعدیل) به طور متوسط 0.25 ± متر بود (در مقایسه با انحراف استاندارد پیشینی در طول لبه 1± متر). در حالی که هیچ خط حصاری در محل انتهای جنوبی جاده وجود ندارد، نقشههای پیمایشی پیوندهایی را با ساختمانهای قابل مشاهده در تصویر ارتویی نشان میدهند و این با نقشهبرداری کاداستر تعدیلشده برای تأیید تطابق کلی بهتر مطابقت دارد.
برای مقایسه، تمام ابعاد طرحهای نظرسنجی برای آزمایش خطاهای نقشهبرداری دقیقاً پشتیبانگیری شدند. بسته شدن تراورس برای همه بسته ها کمتر از 0.05 ± متر بود، بنابراین اندازه گیری ها قابل اعتماد هستند. میانگین تفاوت بین اندازهگیریهای طرح نقشه برداری و طول لبه نقشهبرداری کاداستر ± 4.5 متر است (میانگین انحراف مربع ریشه). و پس از رفع اشتباهات فاز 2، این میزان به ± 2 متر کاهش یافت. شکل 9 تفاوت ها را بدون اصلاح نمودار می کند، و اندازه گیری های اشتباه برای عرض جاده به عنوان مقادیر بیرونی در نمودار آشکار است.
4. بحث
این مقاله مشکل بهبود دقت نقشهبرداری کاداستر را با یک روش تنظیمی که جنبههای هندسه نقشهبرداری، ارجاع جغرافیایی مختصات دقیقتر را با کنترل بررسی منبع و اندازهگیریهای طرح نقشه برداری ترکیب میکند، بررسی کرده است.
یک روش محاسباتی برای تنظیم هندسه استفاده می شود، یعنی تنظیم حداقل مربعات. به طور معمول برای تنظیم مشاهدات نظرسنجی اولیه با دقت شناخته شده استفاده می شود. این در تضاد با تنظیم نقشه کاداستر است که دارای اندازهگیریهای مرزی نادرست و اجزای خطای متغیر ناشناخته است. با این وجود، تنظیم حداقل مربعات ابزار مناسبی است زیرا مفروضات کمی در مورد ماهیت خطاها ایجاد می کند و ابزاری را برای تشخیص پس از تنظیم برای تجزیه و تحلیل خطاها فراهم می کند.
ما دو مجموعه داده نمونه را با هدف یافتن راهی برای درک و رسیدگی به نادرستی ها در تنظیم نقشه کاداستر برای خطاهای مربوط به موارد زیر بررسی می کنیم: (1) موقعیت یابی مختصات، و (ب) خطاهای متغیر در عناصر هندسه، به عنوان مثال، طول ها و زوایا.
این دو نوع خطا با هم تعامل دارند، و ارائه نتایج قابل اعتماد را دشوار می کند. یک راه حل قابل ترمیم این است که در ابتدا موقعیت یابی را با کنترل بررسی و تجزیه و تحلیل باقیمانده ها برای اندازه گیری های تنظیم شده برای تشخیص هندسه ضعیف یا اشتباهات انجام دهیم. این می تواند تا حدی با افزودن اندازه گیری های با کیفیت بالاتر موجود از طرح های بررسی کاداستر برای بهبود هندسه کلی برطرف شود.
مثال اول از یک شبکه با عدم دقت نقشه برداری ذاتی استفاده می کند، اما هندسه منظم آن بینش هایی را در مورد تأثیر تنظیم ارائه می دهد. مورد 1 یک تنظیم محدود برای تناسب با کنترل بررسی را نشان می دهد که شبکه را مقیاس می کند و دقت آن را بهبود می بخشد. بر حسب پوشش لاستیکی تفسیر شده، شبکه تا کنترل بررسی کشیده می شود (تنش) و ابعاد اندازه گیری مشتق شده تحت فشار قرار می گیرد تا مطابق آن تنظیم شود. مورد 2 اثر کنترل بررسی توزیع ضعیف را نشان می دهد که باعث تاب برداشتن ناهموار شبکه و تفاوت های تنظیم در قسمت های کنترل نشده شبکه می شود. این ممکن است با: (1) افزودن کنترل اضافی (مانند مورد 1)، یا (ب) افزودن اندازهگیریهای با کیفیت بالاتر در قسمتهایی از شبکه که ناهنجاریها شناسایی میشوند (مورد 3) اصلاح شود. این گزینه آخر در یک مطالعه دنیای واقعی با استخراج اندازهگیریها از طرحهای نظرسنجی اصلی برآورده میشود. پیشبینی میشود که استخراج ابعاد طرح نقشه برداری در امتداد جادههای اصلی، هندسه کاداستر را تقویت کند و اطلاعات مفیدی را برای ارتباط سایر داراییهای اطلاعاتی زمین ارائه دهد.
نمونه دوم از بخشی از نقشه کاداستر در مجاورت پردیس استفاده کرد. کنترل نقشه برداری از علائم بررسی دائمی با مختصات GNSS و اتصالات به گوشه های کاداستر در دسترس بود. با استفاده از یک رویکرد مرحلهای، تنظیم اولیه نقشه کاداستر با کنترل نقشهبرداری، تناسب بهبود یافته و هم ترازی بهتر با خطوط حصار قابل مشاهده در ارتواموگرافی با وضوح بالا را نشان داد، اما همچنین ناهنجاریها را در انتهای جنوبی منطقه مورد مطالعه برجسته کرد. این ناهنجاری از نظر بصری به عنوان جهتهای تصادفی برای جابجایی گوشهها و تفاوتهای موضعی در ابعاد مرزی تنظیمشده آشکار بود. برای رفع این ناهنجاری، اندازهگیریهای اولیه نقشه برداری با دقت بالاتر از طرحهای نقشه برداری استخراج و در نقشهبرداری کاداستر گنجانده شد. تنظیم دوم اندازه گیری نادرست عرض جاده را ثابت کرد. و در بازرسی بصری، مرزهای نقشهبرداری شده به خوبی با ارتواموگرافی با دقت پس از تنظیم ± 0.25 متر در طول مرز هماهنگ شدند. تلاش برای به دست آوردن داده های بررسی اضافی از طرح های بررسی اولیه حداقل بود، به عنوان مثال، اتصالات گوشه به کنترل نقشه برداری و چهار بعد بررسی در طول جاده. تلاش قابل ملاحظهای برای بازنگری تمام اندازهگیریهای طرح نظرسنجی [ 3 ] برای کاداستر مطابق با نظرسنجی.
5. نتیجه گیری ها
این مطالعه یک روش مقرون به صرفه و قابل حمل را برای بهبود دقت نقشه برداری کاداستر و اصلاح اشتباهات شناسایی شده در نقشه پیشنهاد می کند. این اطمینان را برای استفاده از نقشه کاداستر برای طیف وسیعی از کاربردهای مدیریت زمین، به عنوان مثال، نقشه برداری مربوط به مالکیت زمین، تصدی، جاده ها و سایر زیرساخت های ساخته شده فراهم می کند. این رویکرد در حوزههای قضایی که از نظر تاریخی از نقشه کاداستر به عنوان شاخصی برای ثبت رابطه (حقوق) بین مردم و زمین و به عنوان ثبت مرزهای ثابت استفاده میکنند، بسیار مناسب است [ 7 ].]. مطلوب است که نقشههای کاداستر بهعنوان یک لایه GIS برای تصرف زمین مورد استفاده قرار گیرند، اما این امر برای حل فضایی ابعاد هندسی از نقشههای نقشه برداری و دقت موقعیتی نقشهبرداری مدرن چالش برانگیز است. با استفاده از روشی مانند تنظیم حداقل مربعات از نقاط کنترل دقیق GNSS که به گوشههای بسته بررسیشده مرتبط هستند، میتوان بهروزرسانیهای کل منطقه را انجام داد. اما برای دستیابی به سطح بالاتری از دقت، همه اندازهگیریها از طرحهای بررسی باید با هم تطبیق داده شوند، تمرینی بسیار پیچیدهتر.
یکی دیگر از محصولات جانبی این مطالعه، تفسیر نتایج پس از تعدیل با نقشه کشی تنش-کرنش و نمودارها است. معادلسازی مؤلفه خطا در اندازهگیریهای نقشهبرداری کاداستر از نظر آماری مشکلساز است، و درک چنین آماری در یک شبکه توزیعشده اندازهگیری میتواند دشوار باشد. برای متخصصان نقشه برداری GIS – که با اصول محاسباتی برای تنظیم حداقل مربعات آشنا نیستند – داشتن تشخیص گرافیکی ساده برای تفسیر نتایج برای جابجایی گوشه ها و اصلاحات لبه های مرزی مطلوب است. هدف آینده کشف این الگو برای تفسیر نتایج تعدیل بر حسب روابط تنش-کرنش با مطالعات موردی نقشهبرداری کاداستری گستردهتر و پیچیدهتر است.
بدون دیدگاه