مدل سازی نقشه های هوشمند در GIS:مدلسازی برای بصری سازی  تحلیل های مکانی

1. مدل سازی کارتوگرافی چیست؟
2. یک نمونه کار شده
3. خلاصه

 

1. مدل سازی کارتوگرافی چیست؟

مدل‌سازی نقشه‌کشی عملی است که مراحل مختلف یک نوع تحلیل فضایی را بر اساس لایه‌های نقشه به صورت دستی یا دیجیتالی هدایت می‌کند. متون و مراجع آن را به طرق مختلف تعریف می کنند، به عنوان یک رویکرد تحلیلی، به عنوان یک برنامه کاری طراحی شده، به عنوان تجسم وظایف پردازش یا به عنوان یک چارچوب کل نگر برای ثبت دنباله ای از عملیات. اگرچه عمل همپوشانی نقشه دستی یک قرن پیش در برنامه ریزی شهری مورد استفاده قرار گرفت (کاپوک و رایند 1991)، به طور سیستماتیک توسط مک هارگ (1969) به عنوان روشی برای تأثیرات عوامل محیطی متعدد در طراحی منظر مورد بحث قرار گرفت. تاملین (1990) برای اولین بار این اصطلاح را در اشاره به مدل سازی کارتوگرافی دیجیتال ابداع کرد. او این عمل را بیان اهداف، تعیین معیارهایی برای تعیین پارامترهای آن اهداف توصیف کرد. انتخاب لایه های داده برای هر معیار و کامپایل آن داده ها به شکل نقشه. تاملین در ابتدا این تمرین را با لایه های داده شطرنجی نشان داد و این تمرین را در زبان نقشه جبر رسمیت بخشید (به ورودی BoK AM-06 مراجعه کنید). روش مدل‌سازی به انواع داده‌های برداری و دیگر گسترش یافت، زیرا جامعه GIS به طور گسترده آن را پذیرفت که این روش به اندازه کافی قوی است تا دامنه آن را گسترش دهد (برای مثال به منیس و همکاران، 2005 مراجعه کنید). ورودی ها و خروجی های هر مرحله از مدل سازی نقشه کشی اغلب به شکل نقشه نمایش داده می شوند. برخی از پلتفرم‌های GIS (مانند Esri™ ModelBuilder) مدل‌سازی نقشه‌کشی را به یک قابلیت برنامه‌نویسی بصری گسترش می‌دهند و به کاربر اجازه می‌دهند نمادهایی را که فایل‌های داده و اپراتورهای GIS را نشان می‌دهند روی یک پنجره گرافیکی بکشد و رها کند تا آنها را به صورت گرافیکی پیوند دهد تا یک توالی پردازش دلخواه را نشان دهد. و سپس اعتبارسنجی و اجرای مدل نقشه برداری حاصل. امکان اولویت بندی یا وزن دادن به اهمیت نسبی معیارها و اصلاح یک نتیجه تحلیلی نهایی وجود دارد، اگرچه مدل های نقشه برداری به پارامترهای وزنی نیاز ندارند (Jankowski و Richard, 1994). اعتبار سنجی یک مدل کارتوگرافی را می توان با تجزیه و تحلیل حساسیت انجام داد، که به طور سیستماتیک پارامترهای معیار را برای تعیین ثبات نتایج و تأیید سهم نسبی هر معیار تنظیم می کند. 

1.1 مدل سازی نقشه کشی در GIS چه نقشی دارد؟

مدل‌سازی کارتوگرافی بصری و بسیار بصری است و بنابراین مقدمه‌ای برای ادغام عملیات GIS در مدل‌ها ارائه می‌دهد. این روش کاملاً منعطف است و به راحتی در مسائل علوم طبیعی و اجتماعی اعمال می شود. علاوه بر این، انتخاب معیارها می تواند بر اساس انتخاب فردی، پشتیبانی تصمیم گیری گروهی، ادبیات منتشر شده یا استانداردهای ملی پذیرفته شده باشد (تاملین 2013). به همه این دلایل، مدل‌سازی نقشه‌کشی معمولاً در برنامه‌ریزی شهری و منطقه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد، جایی که تصمیمات اتخاذ شده توسط شورای تصمیم‌گیرندگان ممکن است بر جامعه بزرگی تأثیر بگذارد و مراحل در فرآیند تصمیم‌گیری باید برای همه ذینفعان واضح و قابل توجیه باشد (مالچوسکی، 2004). سایر حوزه های کاربردی طیف کاملی از تجزیه و تحلیل GIS را شامل می شود، به عنوان مثال نظارت بر جانشینی جنگل در زمین های پس از کشاورزی (Szostak, 2020). تعیین جمعیت های در معرض خطر شیوع بیماری های عفونی (Tatem et al 2012). و ارزیابی برف برای پیش بینی در دسترس بودن آب (López-Moreno و همکاران 2007).

مدل سازی نقشه کشی به ویژه برای تحلیل تناسب فضایی مفید است. برای مثال، ممکن است کسی بخواهد مناسب‌ترین مکان را برای یک بیمارستان جدید در یک منطقه شهری با رشد سریع (کلیسا 2002)، یک مدل مناسب زیستگاهی برای جنگل‌های قدیمی (Store and Jokimäki 2003) یا مکانی برای یک گوزن در حال ترمیم تعیین کند. جمعیت در کارولینای شمالی (ویلیامز و همکاران 2015). هر یک از این مشکلات باید تعدادی از عوامل مرتبط را در نظر بگیرد، و مدل‌سازی نقشه‌برداری یک روش تحلیلی قدرتمند و شهودی برای بررسی چگونگی انعکاس این روابط فضایی در چشم‌انداز ارائه می‌کند. پرس و جوها و پردازش GIS لایه های داده نگاشت شده را برای پوشاندن نامناسب یا برای برجسته کردن مکان های مناسب ترکیب می کند (تاملین، 2013).

1.2 مدل سازی نقشه کشی چگونه شکل گرفت و تکامل یافت؟

عمل مدل‌سازی نقشه‌برداری از تکنیک‌های همپوشانی نقشه دستی ناشی می‌شود که تمرین استاندارد در معماری منظر بود، که رشته‌ای همبسته با GIScience است. معماران منظر برنامه ریزان، توسعه دهندگان و سازندگان هستند. معماران منظر به عنوان پایه‌ای برای کار خود، برجستگی طبیعت در دنیای انسان را تصدیق می‌کنند و برای همسو کردن عوامل اکولوژیکی، اجتماعی و اقتصادی در طراحی‌ها و محصولات ساخته شده خود، طراحی می‌کنند. علم اطلاعات جغرافیایی تمرکز بر عوامل طبیعی و اجتماعی را با فناوری نقشه برداری دیجیتال و توسعه پایگاه داده دیجیتال در اواسط دهه 1960 و 1970 همراه کرد (کاپوک و رایند، 1991) تا فرصت های محاسباتی قوی تری در مدل سازی و تجزیه و تحلیل محیطی ارائه دهند (Nijhuis، 2016). .

یک توضیح جامع در مورد مدل‌سازی نقشه‌کشی توسط Ian McHarg (1969) Design with Nature ارائه شده است .(اگرچه او از این اصطلاح استفاده نکرد) که در آن تعدادی از مطالعات موردی از کار خود به عنوان یک معمار حرفه ای منظر را توصیف می کند. در یک مطالعه موردی برای ساخت یک بزرگراه اصلی، مک هارگ مراحل طراحی را طی می کند. او با شروع با اهداف طبیعی و اجتماعی بیان شده مانند بهبود جریان ترافیک و راحتی، حفاظت از کیفیت زمین، هوا، منابع آب و حفظ کاربری های مولد زمین، هزینه ها و منافع را به عنوان مثال هزینه های ساخت و ساز، تغییرات در هزینه های سوخت، اصلاحات در زمین بیان می کند. ارزش ها و تأثیرات بر روی زیستگاه های جانوری و گیاهی). او این پارامترها را مجدداً به عنوان پارامترهای مقوله‌ای و عددی بیان می‌کند و از اطلاعات مکانی کمکی که از منابع متعدد گرفته شده است استفاده می‌کند. نمونه‌هایی از پارامترها عبارتند از توپوگرافی (زبری و شیب)، هیدروگرافی (نهارها و کانال‌های آبیاری، زهکشی سطحی)، خطرات خاک و فرسایش، نزدیکی به مراکز جمعیتی، و تأثیرات بر تفریح، حفظ تاریخی، زیبایی شناسی بصری و صوتی. داده های همه اینها را می توان به صورت مکانی ارجاع داد و نقشه برداری کرد. نگاشت و همپوشانی لایه های داده، طراحی و برنامه ریزی را وارد مرحله مدل سازی واقعی می کند.

بعداً، متن همنام تاملین (1990) تکامل مدل‌سازی نقشه‌کشی را از روش‌های دستی به روش‌های خودکار، با تکیه بر پایه‌هایی که قبلاً توسط مک هارگ ایجاد شده بود، پیشنهاد کرد. تاملین واژگانی به نام جبر نقشه تعریف کرد تا وظایف و دستوراتی را که تمرین و چارچوب مدلسازی مرتبط را تشکیل می‌دهند، نظام‌بندی کند.

1.3 مدل سازی کارتوگرافی چگونه کار می کند؟

مدل های کارتوگرافی می توانند توصیفی، تجویزی یا هنجاری باشند. تمایز بین اینها بر اساس سؤالات تحقیق یا بر اساس روشهای GIS نیست. در عوض بر اساس مفروضات اساسی و هدف یا هدف مدل فراگیر است (Demers, 2002). مدل‌های توصیفی شرایط واقعی را نشان می‌دهند و موقعیت، شکل یا آرایش فضایی را مشخص می‌کنند: آنها اغلب اولین مرحله اکتشافی در بررسی شرایط محلی را تشکیل می‌دهند. مدل‌های تجویزی در مورد اینکه چه چیزی به عنوان راه‌حل بهینه یا تقریباً بهینه برای یک سؤال یا موضوع معین پس از ارزیابی شرایط پیش‌بینی‌شده در نظر گرفته می‌شود، توصیه می‌کنند. مدل‌های هنجاری این را یک قدم فراتر می‌گذارند و راه‌حل‌هایی را ارائه می‌کنند که از مقررات، استانداردها یا سیاست‌های موجود پیروی می‌کنند. این سه نوع متقابلاً منحصر به فرد نیستند و باید به‌جای دسته‌بندی‌های گسسته، پیوستاری از افزایش محدودیت تحلیلی (از یک توصیف تا یک بهینه پیشنهادی تا یک راه‌حل بر اساس مقررات موجود) در نظر گرفته شوند. در گزارش نتایج، توضیح مفروضات و اهداف مورد استفاده در توسعه یک مدل مهم است و به همان اندازه در استفاده از نتایج هر مدلی، آگاهی از طراحی و زمان بندی پردازش مهم است. این امر بر نیاز به ابرداده در مورد مدل ها (یعنی نه فقط در مورد داده ها) تأکید می کند. یکی از مزیت‌های اساسی مدل‌سازی کارتوگرافی این است که توالی مراحل مدل‌سازی را مستقیماً همراه با پارامترهای خاص مورد استفاده برای هر عملیات ثبت می‌کند، بنابراین این عناصر مهم فراداده را به‌صراحت حفظ می‌کند. به اشتراک گذاری مدل کارتوگرافی به طور موثری ابرداده های مدل را نیز به اشتراک می گذارد.

یکی دیگر از مزیت های کلیدی توسط تاملین (1990؛ 2013) مطرح شد و در مورد سهولت ترکیب عملیات ساده برای ایجاد توابع پیچیده تر اظهار نظر کرد. برای مثال، یک عملیات مدل‌سازی ساده نقشه‌کشی ممکن است زیرمجموعه‌ای از سکونتگاه‌های روستایی را بر اساس ویژگی آستانه جمعیت انتخاب کند. این می‌تواند با عملیاتی برای ایجاد یک شطرنجی فاصله برای تعیین زمان سفر به کلینیک‌ها یا بیمارستان‌های مراقبت فوری موجود ترکیب شود. سپس مدل نقشه‌برداری دو عملیاتی حاصل می‌تواند به‌عنوان یک تابع منفرد در مدل نقشه‌برداری دیگر با عملیات GIS اضافی (در اصل، یک مدل در یک مدل) درج شود و در چندین شهرستان یا کل ایالت برای تعیین زمان سفر از جوامع روستایی به اندازه کافی اعمال شود. مراقبت های بهداشتی،

 

2. یک مثال کار شده

چندین مرحله در مدل سازی نقشه کشی دخیل است. و برخلاف انتظار برخی از کاربران، گام اول شامل راه اندازی بسته نرم افزاری GIS و شروع به اجرای دستورات GIS نیست. در واقع، بسیاری از کارها خارج از یک محیط GIS، برای اندیشیدن به اهداف و مقاصد مدل، شناسایی اهداف و معیارها، ایجاد لایه های داده مورد نیاز، ایجاد یک برنامه کاری، طراحی مدل، پیاده سازی و آزمایش آن انجام می شود. (Demers, 2002). در عمل، تنها مراحل نهایی (پیاده سازی و آزمایش) در یک محیط GIS انجام می شود. بخش بعدی به یک مثال می پردازد تا نشان دهد که چگونه یک مدل طراحی، ساخته، راه اندازی و ارزیابی می شود.

2.1 سناریو – مدل مناسب برای استقرار یک نیروگاه انرژی بیوگاز در یک جامعه روستایی

تصور کنید که شما یک تحلیلگر GIS هستید که برای یک دفتر برنامه ریزی منطقه ای کار می کنید که در آن کشاورزی یک اقتصاد مهم روستایی را تشکیل می دهد. اوراق قرضه ای برای تأمین بودجه برای نصب نیروگاه انرژی تجدیدپذیر در یک شهرستان روستایی که دفتر شما در آن خدمت می کند، تصویب شده است. با توجه به غلبه کشاورزی در ایالت شما، تصمیم گرفته شده است که سایت انرژی های تجدیدپذیر کود حیوانی، سیلوی گیاهی و زباله های جامد شهری را بپذیرد.

2.2 زمینه مسئله و اهداف مدل

زباله های زیستی منبع پایان ناپذیری از انرژی های تجدیدپذیر را تشکیل می دهند، و انرژی بیوگاز با توجه به هزینه معقول بودجه سرمایه ای مقرون به صرفه است (هولم-نیلسن و همکاران 2009). به این ترتیب یک منبع انرژی تجدیدپذیر امیدوارکننده در مناطق روستایی کوچکتر به ویژه در جایی که انرژی باد، خورشید یا زمین گرمایی به طور یکنواخت در طول سال قابل اعتماد نیستند فراهم می کند (Chintala et al 2012). تولید انرژی بیوگاز به طور گسترده در خارج از ایالات متحده و به ویژه در اتحادیه اروپا و جنوب جهانی پذیرفته شده است (Scarlat et al 2018; Vögeli et al 2014). پذیرش در ایالات متحده به دلیل چندین عامل، به ویژه لابی توسط طرفداران سوخت فسیلی، کند بوده است (Vergragt et al 2011). اما به دلیل افزایش گازهای گلخانه ای و افزایش قیمت برق و همچنین کاهش سوخت فسیلی، وضعیت در حال تغییر است.

مدل در این سناریو تجویزی است. تعداد کمی از عوامل جغرافیایی فعلی در نظر گرفته خواهد شد، بنابراین برخی ممکن است آن را یک مدل توصیفی بنامند. اما تجزیه و تحلیل فراتر از توصیف ساده برای برآوردن اهداف اعلام شده، ارائه تعدادی سایت بالقوه که معیارها را برآورده می کند، حرکت می کند. پارامترهای مدل‌سازی که در این مثال بیان شده‌اند، استانداردها، سیاست‌ها یا مقررات خاصی را مطابقت نمی‌دهند، اما همانطور که در یک مدل هنجاری الزامی شده است. این گزینه‌ها را می‌توان در اصلاحات بعدی معرفی کرد، اما برای نشان دادن یک مدل نقشه‌برداری ساده، گزینه تجویزی باید برای توضیح روش کافی باشد. مراحل این روش شامل ایجاد یک برنامه کاری و تنظیم پارامترهای اولیه (فلوچارت)، جمع آوری داده ها و قرار دادن آن در قالب GIS، آزمایش و اصلاح مدل است. بقیه این نوشته اولین و آخرین مراحل را پوشش می دهد. مجموعه دانش GIS&T شامل تعدادی مدخل در مورد جمع‌آوری و قالب‌بندی داده‌ها در بخش‌های «ضبط داده» و «مدیریت داده‌ها» است و این مطالب در اینجا تکرار نشده است.

2.3 تهیه یک برنامه کاری (فلوچارت)

یک مدل نقشه‌کشی با استفاده از فلوچارت طراحی می‌شود که طرحی را ارائه می‌کند که چه لایه‌های داده‌ای باید برای دستورات GIS خاص و در چه توالی خاصی وارد شوند. فلوچارت ها با سازماندهی مراحل پردازش GIS که باید انجام شوند، با تأیید اینکه چه لایه های داده ای مورد نیاز است و شروع پارامترهای مدل سازی برای هر مرحله، بار کاری را کاهش می دهند. اساساً یک فلوچارت متادیتا را برای مراحل مدل‌سازی فراهم می‌کند. برخی از محیط‌های GIS، رابط‌های برنامه‌نویسی بصری را برای خودکار کردن فلوچارت و (در برخی محیط‌های GIS) برای اجرای یک مدل به طور مستقیم از فلوچارت فراهم می‌کنند، اما کاملاً ممکن است که یک فلوچارت به طور جداگانه (یا حتی روی کاغذ) ایجاد شود، همانطور که در این کار انجام می‌شود. سناریو.

برنامه کاری باید معیارهای متعددی را برای شناسایی مکان مناسب، با پیروی از بهترین روش برای مدل های مکان در نظر بگیرد (چرچ، 2002). مدل نقشه‌کشی عمل نگاشت معیارهای ورودی و همچنین خروجی‌ها را در کنار هم می‌افزاید (تاملین، 2013). یکی از معیارهای سایت انرژی بیوگاز شامل یافتن قطعه ای با کاربری مناسب (مثلاً فضای باز، کشاورزی یا علفزار) و اندازه کافی برای قرار دادن هاضم و سوله ها و ساختمان های مرتبط است. سایت بیوگاز باید نزدیک اما نه در داخل شهرک ها یا شهرک های شهرستان باشد تا هزینه های حمل و نقل زباله های شهری به حداقل برسد. داده‌های شبکه جاده‌ای برای شناسایی شریان‌های بزرگ‌تر برای جا دادن کامیون‌های حمل زباله مورد نیاز است. سایت بیوگاز نیاز به دسترسی به یک بدنه آبی دارد که می تواند به عنوان یک حوضچه خنک کننده عمل کند. در نهایت، سایت باید نسبتا صاف باشد. 

شکل 1. نمودار جریانی که طراحی یک مدل مناسب ساده را برای شناسایی مکان‌های یک کارخانه پردازش انرژی تجدیدپذیر (بیوگاز) در یک شهرستان روستایی نشان می‌دهد. جعبه‌های سفید لایه‌های داده ورودی را نشان می‌دهند، جعبه‌های خاکستری خروجی‌های میانی از هر عملیات GIS را نشان می‌دهند. جعبه های قهوه ای اپراتورهای خاص GIS را همراه با پارامترهایی برای هدایت آن دستورات شناسایی می کنند. کادر سبز خروجی نهایی حاصل از این مدل را نشان می دهد. جزئیات در مورد جریان پردازش در متن توضیح داده شده است. منبع: نویسندگان 

لایه های داده اصلی (در کادرهای سفید) در سمت چپ فهرست شده اند، به طوری که توالی پردازش GIS از چپ به راست خوانده می شود. اپراتورهای GIS در جعبه های قهوه ای و خروجی های میانی با خاکستری روشن نشان داده شده اند. فلش های سفید نشان می دهد که چگونه لایه های داده در میان اپراتورهای مختلف GIS جریان می یابد. مرحله پردازش اولیه برای چهار معیار اول، سوابق داده را با انتخاب زیرمجموعه های داده ای که پارامترهای خاصی از نوع کاربری زمین و اندازه قطعه، اندازه سکونتگاه، اندازه جاده و نوع بدنه آب را برآورده می کنند، فیلتر می کند. معیار پنجم (زمین نسبتاً مسطح) با ایجاد یک لایه شیب و سپس طبقه بندی مجدد برای انتخاب زمین مسطح تر انجام می شود.

هر عملیات GIS در یک جعبه فلوچارت جداگانه ظاهر می شود. برخی از معیارها با یک عملیات GIS منفرد برآورده می شوند، مانند انتخاب جاده ها بر اساس تعداد خطوط. معیارهای دیگر، عملیات های متعدد را تضمین می کنند، مانند انتخاب انواع کاربری مناسب و سپس انتخاب زیرمجموعه ای از آنها که از اندازه معینی فراتر می رود (در اینجا، 10 هکتار). یک حائل در اطراف شهرک ها ایجاد می شود تا اطمینان حاصل شود که تأسیسات بیوگاز در خارج از مناطق مسکونی و مناطق تجاری قرار دارد. در سمت راست فلوچارت، می توان دید که برخی از عملیات GIS دو لایه داده میانی را ترکیب می کنند. به عنوان مثال، اپراتور Select by Location، بسته های بزرگ را در 5 کیلومتری مناطق اسکان نامزد شناسایی می کند. و این بسته‌ها بعداً فیلتر می‌شوند تا کسانی که در فاصله ۱ کیلومتری جاده‌های ۴ خطه قرار دارند، شناسایی شوند. این بسته‌ها در مرحله بعدی فیلتر می‌شوند تا آن‌هایی که در فاصله 250 متری یک حوضچه خنک‌کننده بالقوه قرار دارند شناسایی شوند. اپراتور نهایی GIS از دستور Zonal Statistics برای انتخاب بسته های بزرگ در نزدیکی جاده ها و حوضچه های خنک کننده استفاده می کند که همچنین در زمین های نسبتاً مسطح (یعنی با شیب متوسط ​​کمتر از 6٪) هستند.

شکل 2 لایه های داده ورودی و نتیجه مدل سازی به دست آمده با استفاده از پارامترهای مشخص شده در فلوچارت را نشان می دهد.

شکل 2. نتیجه مدل سازی. منبع: نویسندگان

2.4 پیاده سازی، آزمایش و اصلاح مدل

پیاده سازی مدل مرحله ای است که در آن کار مستقیماً به یک محیط GIS منتقل می شود، خواه تجاری باشد یا منبع باز. در حالی که ایجاد یک فلوچارت می تواند زمان مورد نیاز برای توسعه مدل کارتوگرافی را کاهش دهد، همانطور که در بالا توضیح داده شد، به دلایل متعددی در حین پیاده سازی و آزمایش مدل نیز مفید است. ابتدا، توالی عملیات GIS را می توان به روشی سیستماتیک کنترل و اصلاح کرد. در این سناریو، بافر کردن شهرهای مناسب در مراحل اولیه، تعداد قطعات زمین را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد، همانطور که در مقایسه لایه قطعه‌ای که ورودی است و قطعاتی که هنوز در خروجی نهایی در نظر گرفته می‌شوند، دیده می‌شود. و تنظیم مدل با این دنباله باعث می شود کارایی بیشتری انجام شود. دوم، یک فلوچارت به خوبی طراحی شده، پارامترهای هر عملیات GIS را فهرست می کند. اگر نتیجه مدل‌سازی سایت‌های بسیار کم یا بیش از حد مناسب را نشان دهد، پارامترها را می‌توان به طور سیستماتیک تغییر داد، که اجرای آن را سرعت می‌بخشد. در این سناریو، یک بافر اولیه در اطراف سکونتگاه ها در 10 کیلومتری تنظیم شد، که یک فاصله جستجو ایجاد کرد که بخش بسیار بیشتری از شهرستان را پوشش می داد، و مناطق زیادی را در بر می گرفت که در آن سکونتگاه های کمی وجود دارد (و در نتیجه ممکن است سایت مناسب به طور موثر به شهرستان خدمات ندهد). . این مزیت خاصی را برای یک مدل کارتوگرافی ایجاد می‌کند، زیرا هر مرحله در فرآیند مدل‌سازی یک نتیجه بصری ایجاد می‌کند. در مثال بیوگاز، محدود کردن فضای جستجو با کاهش اندازه بافر به 5 کیلومتر و بلافاصله تجسم اینکه منطقه مناسب کوچکتر به مناطقی نزدیکتر است که کشاورزی و سکونتگاهها در آن خدمات بهتری دارند، آسان بود. در این سناریو، یک بافر اولیه در اطراف سکونتگاه ها در 10 کیلومتری تنظیم شد، که یک فاصله جستجو ایجاد کرد که بخش بسیار بیشتری از شهرستان را پوشش می داد، و مناطق زیادی را در بر می گرفت که در آن سکونتگاه های کمی وجود دارد (و در نتیجه ممکن است سایت مناسب به طور موثر به شهرستان خدمات ندهد). . این مزیت خاصی را برای یک مدل کارتوگرافی ایجاد می‌کند، زیرا هر مرحله در فرآیند مدل‌سازی یک نتیجه بصری ایجاد می‌کند. در مثال بیوگاز، محدود کردن فضای جستجو با کاهش اندازه بافر به 5 کیلومتر و بلافاصله تجسم اینکه منطقه مناسب کوچکتر به مناطقی نزدیکتر است که کشاورزی و سکونتگاهها در آن خدمات بهتری دارند، آسان بود. در این سناریو، یک بافر اولیه در اطراف سکونتگاه ها در 10 کیلومتری تنظیم شد، که یک فاصله جستجو ایجاد کرد که بخش بسیار بیشتری از شهرستان را پوشش می داد، و مناطق زیادی را در بر می گرفت که در آن سکونتگاه های کمی وجود دارد (و در نتیجه ممکن است سایت مناسب به طور موثر به شهرستان خدمات ندهد). . این مزیت خاصی را برای یک مدل کارتوگرافی ایجاد می‌کند، زیرا هر مرحله در فرآیند مدل‌سازی یک نتیجه بصری ایجاد می‌کند. در مثال بیوگاز، محدود کردن فضای جستجو با کاهش اندازه بافر به 5 کیلومتر و بلافاصله تجسم اینکه منطقه مناسب کوچکتر به مناطقی نزدیکتر است که کشاورزی و سکونتگاهها در آن خدمات بهتری دارند، آسان بود. مناطق زیادی را در بر می گیرد که در آن سکونتگاه های کمی وجود دارد (و بنابراین مکان مناسب ممکن است به طور موثر به شهرستان خدمات ندهد). این مزیت خاصی را برای یک مدل کارتوگرافی ایجاد می‌کند، زیرا هر مرحله در فرآیند مدل‌سازی یک نتیجه بصری ایجاد می‌کند. در مثال بیوگاز، محدود کردن فضای جستجو با کاهش اندازه بافر به 5 کیلومتر و بلافاصله تجسم اینکه منطقه مناسب کوچکتر به مناطقی نزدیکتر است که کشاورزی و سکونتگاهها در آن خدمات بهتری دارند، آسان بود. مناطق زیادی را در بر می گیرد که در آن سکونتگاه های کمی وجود دارد (و بنابراین مکان مناسب ممکن است به طور موثر به شهرستان خدمات ندهد). این مزیت خاصی را برای یک مدل کارتوگرافی ایجاد می‌کند، زیرا هر مرحله در فرآیند مدل‌سازی یک نتیجه بصری ایجاد می‌کند. در مثال بیوگاز، محدود کردن فضای جستجو با کاهش اندازه بافر به 5 کیلومتر و بلافاصله تجسم اینکه منطقه مناسب کوچکتر به مناطقی نزدیکتر است که کشاورزی و سکونتگاهها در آن خدمات بهتری دارند، آسان بود.  

همچنین ذکر این نکته ضروری است که در این سناریو مانند اکثر مسائل مدلسازی کارتوگرافی، نتایج مدلسازی اولیه باید آزمایش و اصلاح شود. آزمایش و پالایش مدل، عناصر اولیه ارزیابی مدل هستند که می توانند چندین استراتژی را دنبال کنند. یک استراتژی تحلیل حساسیت نامیده می شود که در آن یک مدل ساز پارامترها را اصلاح می کند و سپس نتایج نهایی را با هم مقایسه می کند تا ببیند چه تغییراتی در مدل نهایی با تغییرات جزئی پارامتر ایجاد می شود. تغییرات چشمگیر نشان می دهد که مدل نسبت به یک معیار خاص بسیار حساس است و باید به ارزیابی بیشتر و متمرکزتر یا احتمالاً به معرفی معیارهای اضافی منجر شود. از سوی دیگر، تغییرات جزئی در خروجی مدل‌سازی نشان می‌دهد که یک معیار خاص ممکن است در نهایت نقش مهمی در مدل نداشته باشد. و در برخی موارد می توان آن معیار (و پردازش GIS مرتبط) را حذف کرد. به عنوان مثال، در سناریوی بیوگاز، ممکن است یک معیار اندازه برای محدود کردن بیشتر تعداد نامزدهای حوضچه خنک کننده مناسب معرفی شود. استراتژی دوم (که اغلب از تحلیل حساسیت پیروی می کند) مدل را در شهرستان دیگری با شرایط جغرافیایی مشابه یا متفاوت (الگوهای سکونتگاهی متفاوت، زمین های مختلف، دسترسی به آب متفاوت و غیره) اجرا می کند (تامپسون و همکاران 2013).

 

3. خلاصه

مدل سازی نقشه کشی روشی است که معمولاً در محیط های GIS اعمال می شود. این روش مزایایی را ارائه می دهد که می تواند کارایی مدل سازی را بهبود بخشد و قابلیت اطمینان مدل را نشان دهد. از آنجایی که GIS تا حد زیادی بر داده‌های مکانی متکی است، ورودی‌های اصلی و همچنین لایه‌های خروجی میانی را می‌توان به شکل نقشه نشان داد، که به نوبه خود امکان تعیین بصری را در حرکت مراحل مدل‌سازی به سمت یک نقطه پایانی منطقی فراهم می‌کند. مدل های کارتوگرافی می توانند به سه شکل (توصیفی، تجویزی و هنجاری) باشند. مدل‌های توصیفی برای توصیف موقعیت و شکل، یا ترکیب روابط فضایی و ایجاد ارتباط فضایی، تناسب، و احتمالاً تعیین سلسله مراتبی بودن روابط استفاده می‌شوند (تاملین، 2013). مدل های توصیفی را می توان با تمرکز بر یک عامل خاص به مدل های تجویزی تبدیل کرد.

در مثال بیوگاز، یک مدل توصیفی استفاده از زمین، استقرار، حمل و نقل، هیدروگرافی و زمین را به عنوان عواملی که می‌توانند مکان‌های سایت انرژی قابل دوام را تسهیل یا محدود کنند، بیان می‌کند. تبدیل به یک مدل تجویزی با تنظیم و اصلاح پارامترهایی مانند جمعیت، شیب، فاصله تا جاده‌ها و آب به منظور شناسایی مجموعه‌ای از مکان‌ها برای یک تأسیسات انرژی که به سکونتگاه‌های متوسط ​​خدمت می‌کنند، که با مسکونی، تفریحی تضاد ندارند، به دست می‌آید. یا کاربری های تاریخی زمین و هزینه های سنگین ساخت و ساز برای تسطیح زمین را متحمل نمی شود. تاملین (2013) به تبدیل به یک مدل تجویزی به عنوان “معکوس کردن” مدل توصیفی اشاره می کند. مدل‌های هنجاری در اینجا پوشش داده نمی‌شوند، اما می‌توان با تغییر مدل تجویزی به‌گونه‌ای دست یافت که انتخاب مقادیر پارامتر را مطابق با مقررات و سیاست‌های موجود در شهرستان محدود کند. علاوه بر این، می‌توان مراحلی را به مدل اضافه کرد تا وزن‌هایی را به هر معیار اختصاص دهد و سپس امتیازی را برای هر سایت بیوگاز محاسبه کرد که نشان‌دهنده نزدیکی مکان آن به بهینه است (یعنی بالاترین امتیاز به عنوان بهینه‌ترین مکان برای این معیارها). وزن ها را می توان مطابق با مقررات تعیین شده انتخاب کرد تا مدل را به وضعیت هنجاری نزدیک کند. می‌توان مراحلی را به مدل اضافه کرد تا وزن‌هایی را به هر معیار اختصاص دهد و سپس امتیازی را برای هر سایت بیوگاز محاسبه کرد که نشان‌دهنده نزدیکی مکان آن به بهینه است (یعنی بالاترین امتیاز به عنوان بهینه‌ترین مکان برای این معیارها تعیین می‌شود) . وزن ها را می توان مطابق با مقررات تعیین شده انتخاب کرد تا مدل را به وضعیت هنجاری نزدیک کند. می‌توان مراحلی را به مدل اضافه کرد تا وزن‌هایی را به هر معیار اختصاص دهد و سپس امتیازی را برای هر سایت بیوگاز محاسبه کرد که نشان‌دهنده نزدیکی مکان آن به بهینه است (یعنی بالاترین امتیاز به عنوان بهینه‌ترین مکان برای این معیارها تعیین می‌شود) . وزن ها را می توان مطابق با مقررات تعیین شده انتخاب کرد تا مدل را به وضعیت هنجاری نزدیک کند.

مدل‌سازی نقشه‌برداری با ایجاد فهرستی از معیارهای مربوطه، شناسایی لایه‌های داده‌ای که امکان بررسی معیارها را در قالب نقشه فراهم می‌کند، تولید یک فلوچارت برای برنامه‌ریزی توالی عملیات GIS و پارامترهایی که لایه‌های داده، اجرا و ارزیابی را ترکیب می‌کند، ادامه می‌یابد. ارزیابی نشان می‌دهد که مکان‌های انتخاب‌شده تا چه اندازه معیارها را برآورده می‌کنند. این مرحله آخر می تواند با تجزیه و تحلیل حساسیت، با پیاده سازی مدل در انواع شرایط جغرافیایی و با بررسی طرح مدل برای تعیین اینکه آیا معیارها یا لایه های داده اضافی می تواند در نظر گرفته شود، ادامه یابد. در سناریوی بیوگاز، می توان سه عامل را در نظر گرفت که در این مدل تعبیه نشده است. می‌توان شهرستان را بررسی کرد تا ببیند آیا نیروگاهی وجود دارد یا خیر، از آنجایی که قرار دادن تأسیسات بیوگاز در نیروگاه نیاز به انتقال بیوگاز به نیروگاه و احتمالاً افزایش هزینه ها را برطرف می کند. داده‌های مربوط به قیمت زمین ممکن است انتخاب مکان‌های مناسب را در صورت نیاز به خرید یک قطعه زمین محدود کند. داده های خاک می تواند برای تخمین هزینه های آماده سازی سایت مرتبط باشد. سطح هزینه مسافت جاده می تواند برای هر سایت انتخاب شده ایجاد شود تا به انتخاب یک سایت انرژی نهایی کمک کند که هزینه های حمل و نقل برای مزارع و سکونتگاه ها را در کل شهرستان کاهش دهد یا هزینه های حمل و نقل عادلانه را برای مشتریان دوردست تضمین کند.

در پایان، مدل‌سازی کارتوگرافی یک عمل ساده اما قوی است که از فناوری GIS به شیوه‌ای بصری بصری استفاده می‌کند. در حالی که دانش قبلی در مورد اپراتورهای GIS و آماده‌سازی داده‌ها را تضمین می‌کند، نیازی به مهارت‌های برنامه‌نویسی پیشرفته، ریاضیات یا آمار گسترده ندارد، اگرچه بسیاری از دانشمندان پیشرفته GIS از آن به‌عنوان اولین انتقال اکتشافی برای یک مسئله، اساساً به عنوان ابزاری برای فکر کردن سریع استفاده می‌کنند. از طریق راه حل های جایگزین (یعنی “نقشه برداری با صدای بلند”). این یک روش تحلیلی قدرتمند و بادوام برای استفاده از اطلاعات نقشه‌برداری شده برای پرسیدن و پاسخ به سؤالات در مورد دنیایی که در آن زندگی می‌کنیم، ارائه می‌کند و از طراحی و اجرای انواع تجزیه و تحلیل‌های GIS پشتیبانی می‌کند.